OA16683A - Natural gas liquefaction process with triple closed refrigerant gas circuit. - Google Patents

Natural gas liquefaction process with triple closed refrigerant gas circuit. Download PDF

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OA16683A
OA16683A OA1201300511 OA16683A OA 16683 A OA16683 A OA 16683A OA 1201300511 OA1201300511 OA 1201300511 OA 16683 A OA16683 A OA 16683A
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Marc Bonnissel
Parc Bertrand Du
Eric Zielinski
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Saipem S.A.
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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de liquéfaction d'un gaz naturel comprenant majoritairement du méthane, dans lequel on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de : (a) circulation dudit gaz naturel à liquéfier circulant dans 3 échangeurs thermiques montés en série dans lesquels il est refroidit à T3, T3 étant inférieure ou égale à la température de liquéfaction dudit gaz naturel à pression atmosphérique, et (b) circulation à circuit fermé d'au moins: - un premier flux de gaz réfrigérant à une pression PI inférieure à P3 entrant dans le troisième échangeur et sortant dudit premier échangeur, ledit premier flux étant obtenu par détente dans un premier détendeur d'une première partie d'un dit deuxième flux à P3 supérieure à P2, ledit deuxième flux circulant à co-courant dudit flux gaz naturel en entrant dans ledit premier échangeur et sortant dudit deuxième échangeur, et - un troisième flux à une pression P2 supérieure à PI et inférieure à P3 circulant à co-courant dudit premier flux, entrant dans ledit deuxième échangeur et sortant dudit premier échangeur, obtenu par détente dans un deuxième détendeur d'une deuxième partie dudit deuxième flux sortant dudit premier échangeur, (c) ledit deuxième flux de gaz réfrigérant à la pression P3 étant obtenu par compression par au moins deux premier et deuxième compresseurs disposés en série et couplés auxdits premier et deuxième détendeurs. The subject of the present invention is a process for liquefying a natural gas mainly comprising methane, in which said natural gas to be liquefied is liquefied by carrying out the following concomitant steps of: (a) circulation of said natural gas to be liquefied circulating in 3 exchangers heaters connected in series in which it is cooled to T3, T3 being less than or equal to the liquefaction temperature of said natural gas at atmospheric pressure, and (b) closed circuit circulation of at least: - a first flow of refrigerant gas at a pressure PI less than P3 entering the third exchanger and leaving said first exchanger, said first flow being obtained by expansion in a first regulator of a first part of a said second flow at P3 greater than P2, said second flow circulating at co-current of said natural gas stream entering said first exchanger and leaving said second exchanger, and - a third flow at a pressure P2 greater than PI and i n less than P3 circulating co-current with said first flow, entering said second exchanger and exiting from said first exchanger, obtained by expansion in a second regulator of a second part of said second flow leaving said first exchanger, (c) said second flow of refrigerant gas at pressure P3 being obtained by compression by at least two first and second compressors arranged in series and coupled to said first and second expansion valves.

Description

Procédé de liquéfaction de gaz naturel à triple circuit ferme de gaz réfrigérantNatural gas liquefaction process with triple closed circuit of refrigerant gas

La présente invention est relative à un procédé de liquéfaction de gaz naturel pour produire du GNL, ou Gaz Naturel Liquéfié, appelé aussi LNG en anglais. Plus particulièrement encore, la présente invention est relative à la liquéfaction de gaz naturel comportant majoritairement du méthane, de préférence au moins 85% de méthane, les autres principaux constituants étant choisis parmi l'azote et des alcanes en C-2 à C-4 à savoir de l'éthane, du propane, du butane.The present invention relates to a process for liquefying natural gas to produce LNG, or Liquefied Natural Gas, also called LNG. More particularly still, the present invention relates to the liquefaction of natural gas comprising predominantly methane, preferably at least 85% methane, the other main constituents being chosen from nitrogen and C-2 to C-4 alkanes. namely ethane, propane, butane.

La présente invention concerne aussi une installation de liquéfaction disposée sur un navire ou un support flottant en mer, soit en mer ouverte, soit en zone protégée, telle un port, ou encore une installation à terre dans le cas de petites ou de moyennes unités de liquéfaction de gaz naturel.The present invention also relates to a liquefaction installation arranged on a ship or a floating support at sea, either in the open sea, or in a protected area, such as a port, or an installation on land in the case of small or medium-sized vessels. liquefaction of natural gas.

Dans le cas d'installation disposée sur un navire, la présente invention est plus particulièrement relative à un procédé de re-liquéfaction de gaz à bord de navire de transport de GNL appelé « méthanier », ledit gaz à re-liquéfier étant le résultat du réchauffage et évaporation partielle du GNL contenu dans les cuves dudit navire, ledit gaz évaporé, en général majoritairement du méthane étant appelé en anglais « boîl off ».In the case of an installation arranged on a ship, the present invention relates more particularly to a process for re-liquefying gas on board a LNG transport ship called a “methane tanker”, said gas to be re-liquefied being the result of reheating and partial evaporation of the LNG contained in the tanks of said vessel, said evaporated gas, in general predominantly methane, being called in English "boîl off".

Le gaz naturel à base de méthane est soit un sous-produit des champs pétroliers, produit en quantité faible ou moyenne, en général associé à du pétrole brut, soit un produit majeur dans le cas des champs de gaz, où il est alors en combinaison avec d'autres gaz, principalement des alcanes en C-2 à C-4, du CO2, de l'azote.Methane-based natural gas is either a by-product of oil fields, produced in small or medium quantities, usually associated with crude oil, or a major product in the case of gas fields, where it is then in combination with other gases, mainly C-2 to C-4 alkanes, CO2, nitrogen.

Lorsque le gaz naturel est associé en faible quantité à du pétrole brut, il est en général traité et séparé, puis utilisé sur place comme carburant dans des turbines ou des moteurs à piston pour produire de l'énergie électrique et des calories utilisées dans les processus de séparation ou de production.When natural gas is combined in small quantities with crude oil, it is usually processed and separated, then used on-site as fuel in turbines or piston engines to produce electrical energy and heat for use in processes. separation or production.

Lorsque les quantités de gaz naturel sont importantes, voire ‘ ί1 considérables, on cherche à le transporter de maniéré a pouvoir les utiliser dans des régions éloignées, en général sur d'autres continents et, pour ce faire, la méthode préférée est de le transporter à l'état de liquide cryogénique (-165°C) sensiblement à la pression atmosphérique ambiante. Des navires de transport spécialisés appelés « méthaniers » possèdent des cuves de très grandes dimensions et présentant une isolation extrême de manière à limiter l'évaporation pendant le voyage.When the amounts of natural gas are important, even 'ί 1 large, we try to transport your mannered was able to use in remote areas, usually on other continents and, for this, the preferred method is to transport as a cryogenic liquid (-165 ° C) at substantially ambient atmospheric pressure. Specialized transport vessels called "LNG carriers" have very large tanks with extreme insulation so as to limit evaporation during the voyage.

La liquéfaction du gaz en vue de son transport s'effectue en général à proximité du site de production, en général à terre, et nécessite des installations considérables pour atteindre des capacités de plusieurs millions de tonnes par an, les plus grosses unités existantes regroupent trois ou quatre unités de liquéfaction de 3-4 Mt par an de capacité unitaire.The liquefaction of gas for transport is generally carried out near the production site, generally on land, and requires considerable facilities to reach capacities of several million tonnes per year, the largest existing units grouping together three or four liquefaction units of 3-4 Mt per year of unit capacity.

Ce procédé de liquéfaction nécessite des quantités d'énergie mécanique considérables, l'énergie mécanique étant en général produite sur place en prélevant une partie du gaz pour produire l'énergie nécessaire au procédé de liquéfaction. Une partie du gaz est alors utilisé comme carburant dans des turbines à gaz, des turbines à vapeur ou des moteurs thermiques à pistons.This liquefaction process requires considerable amounts of mechanical energy, the mechanical energy being generally produced on site by taking part of the gas to produce the energy necessary for the liquefaction process. Part of the gas is then used as fuel in gas turbines, steam turbines or reciprocating heat engines.

De multiples cycles thermodynamiques ont été développés en vue d'optimiser le rendement énergétique global. Il existe deux types principaux de cycles. Un premier type basé sur la compression et la détente de fluide réfrigérant, avec changement de phase, et un second type basé sur la compression et la détente de gaz réfrigérant sans changement de phase. On appelle « fluide réfrigérant », ou « gaz réfrigérant », un gaz ou mélange de gaz, circulant en circuit fermé et subissant des phases de compression, le cas échéant de liquéfaction, puis des échanges de chaleur avec le milieu extérieur, puis ensuite des phases de détente, le cas échéant d'évaporation, et enfin des échanges de chaleur avec le gaz naturel à liquéfier comprenant du méthane, qui peu à peu se refroidit pour atteindre sa température de liquéfaction à pression atmosphérique, c’est à dire environ -165°C dans ie cas du GNL.Multiple thermodynamic cycles have been developed in order to optimize the overall energy efficiency. There are two main types of cycles. A first type based on the compression and expansion of refrigerant fluid, with phase change, and a second type based on the compression and expansion of refrigerant gas without phase change. The term “refrigerant fluid” or “refrigerant gas” is used to refer to a gas or mixture of gases, circulating in a closed circuit and undergoing compression phases, where appropriate liquefaction, then heat exchanges with the external environment, then subsequently phases of expansion, where appropriate of evaporation, and finally of heat exchanges with the natural gas to be liquefied comprising methane, which gradually cools down to reach its liquefaction temperature at atmospheric pressure, i.e. approximately - 165 ° C in the case of LNG.

Ledit premier type de cycle, avec changement de phase, est en général utilisé sur des installations à terre et nécessite une grande quantité d'équipements et une emprise au sol considérable. De plus, les fluides réfrigérants, en général sous forme de mélanges, sont constitués de butane, de propane, d'éthane et de méthane, ces gaz étant dangereux car ils risquent, en cas de fuite, de provoquer des explosions ou des incendies considérables. Par contre, malgré la complexité des équipements requis, ils demeurent les plus efficaces et nécessitent une énergie de l'ordre de 0.3kWh par kg de GNL produit.Said first type of cycle, with phase change, is generally used on land installations and requires a large amount of equipment and a considerable footprint. In addition, refrigerant fluids, generally in the form of mixtures, consist of butane, propane, ethane and methane, these gases being dangerous because they risk, in the event of leakage, causing explosions or considerable fires. . On the other hand, despite the complexity of the equipment required, they remain the most efficient and require an energy of around 0.3 kWh per kg of LNG produced.

De nombreuses variantes de ce premier type de procédé avec changement de phase du fluide réfrigérant ont été développées et chaque fournisseur de technologie ou d'équipements, possède sa formulation de mélanges, associée à des équipements spécifiques, tant pour les procédés dits « en cascade », que pour les procédés dits en « cycle mixte ». La complexité des installations provient du fait que dans les phases où le fluide réfrigérant se trouve à l'état liquide, et plus particulièrement au niveau des séparateurs et des conduites de raccordement, il convient d'installer des collecteurs gravitaires pour rassembler la phase liquide et la diriger au cœur des échangeurs thermiques où elle se vaporisera alors au contact du méthane à refroidir et à liquéfier, pour obtenir du GNL. Ces dispositifs sont très encombrants, mais ceci ne pose pas de problèmes dans le cas d'installations à terre, car il est en général simple de disposer d'une surface de terrain suffisante pour loger tous ces équipements encombrants les uns à côté des autres. Ainsi, pour les installations à terre, tous ces équipements de compression, d'échangeurs et de collecteurs sont en général installés les uns à côté des autres sur des surfaces considérables de 25 à 50 000m2, voire plus.Many variants of this first type of process with phase change of the refrigerant fluid have been developed and each supplier of technology or equipment has its own formulation of mixtures, associated with specific equipment, both for the so-called “cascade” processes. , than for the so-called “mixed cycle” processes. The complexity of the installations comes from the fact that in the phases where the refrigerant is in the liquid state, and more particularly at the level of the separators and the connection pipes, it is necessary to install gravity collectors to bring together the liquid phase and direct it to the heart of the heat exchangers where it will then vaporize on contact with the methane to be cooled and liquefied, to obtain LNG. These devices are very bulky, but this does not pose any problems in the case of land-based installations, since it is generally easy to have a sufficient land area to house all these bulky equipment one beside the other. Thus, for onshore installations, all these compression equipment, exchangers and collectors are generally installed next to each other over considerable areas of 25 to 50,000 m 2 , or even more.

Le second type de procédé de liquéfaction, procédé sans changement de phase du gaz réfrigérant, est un cycle de Brayton inversé, ou cycle de Claude utilisant un gaz tel l'azote. L'efficacité de ce second type est moindre, car il nécessite en général une énergie de l'ordre de 0.5 kWh/kg de GNL produit, soit environ 20.84 kW x jour/t et, par contre, il présente un avantage considérable en termes de sécurité, car le gaz réfrigérant du cycle, l'azote, est inerte, donc incombustible, ‘ >The second type of liquefaction process, a process without phase change of the refrigerant gas, is an inverted Brayton cycle, or Claude cycle using a gas such as nitrogen. The efficiency of this second type is lower, because it generally requires energy of the order of 0.5 kWh / kg of LNG produced, i.e. about 20.84 kW x day / t and, on the other hand, it presents a considerable advantage in terms of safety, because the refrigerant gas of the cycle, nitrogen, is inert and therefore incombustible, '>

ce qui est très intéressant lorsque les installations sont concentrées sur un espace réduit, par exemple sur le pont d'un support flottant installé en mer ouverte, lesdits équipements étant souvent installés sur plusieurs niveaux, les uns au-dessus des autres sur une surface réduite au strict minimum. Ainsi, en cas de fuite du gaz réfrigérant, il n'y a aucun danger d'explosion et il suffit alors de réinjecter dans le circuit la fraction de gaz réfrigérant perdue.which is very interesting when the installations are concentrated in a small space, for example on the deck of a floating support installed in the open sea, said equipment often being installed on several levels, one above the other on a small surface to the bare minimum. Thus, in the event of a refrigerant gas leak, there is no danger of explosion and it is then sufficient to reinject the lost refrigerant gas fraction into the circuit.

De plus, ce procédé de liquéfaction de gaz naturel sans changement de phase est très intéressant dans le cas de supports flottants, car, du fait de l'absence de phase liquide dans le gaz réfrigérant, les équipements sont de conception beaucoup plus simple. En effet, dans de telles installations, l'ensemble des équipements bouge quasiment en permanence au rythme des mouvements du support flottant (roulis, tangage, lacet, embardée, cavalement, pilonnement). Et la gestion d'un procédé avec changement de phase impliquant une phase liquide du fluide réfrigérant serait extrêmement délicate même pour des mouvements faibles du support flottant, voire quasiment impossible pour les mouvements extrêmes, alors que dans des installations fixes à terre le problème des mouvements ne se pose pas.In addition, this method of liquefying natural gas without phase change is very advantageous in the case of floating supports, because, due to the absence of a liquid phase in the refrigerant gas, the equipment is of much simpler design. In fact, in such installations, all of the equipment moves almost continuously to the rhythm of the movements of the floating support (roll, pitch, yaw, sheer, swing, heaving). And the management of a process with phase change involving a liquid phase of the refrigerant would be extremely delicate even for weak movements of the floating support, or even almost impossible for extreme movements, whereas in fixed installations on land the problem of movements does not arise.

Malgré le rendement énergétique inférieur du procédé de liquéfaction sans changement de phase du gaz réfrigérant, ce dernier reste très intéressant car les équipements, principalement les compresseurs, les détendeurs, en des turbines, et les échangeurs sont beaucoup plus simples que les équipements requis pour un procédé de liquéfaction impliquant des cycles à changement de phase d'un fluide réfrigérant, tant en termes de technologie desdits équipements que de maintenance de ces équipements dans un environnement confiné, à savoir un support flottant ancré en mer. De plus, la conduite des installations en fonctionnement reste plus simple, car ce type de cycle est peu sensible aux variations de composition du gaz à liquéfier, à savoir un gaz naturel constitué d'un mélange où prédomine du méthane. En effet, dans le cas du cycle à changement de phase du fluide réfrigérant, pour que les rendements restent optimum, le fluide réfrigérant doit être adapté à la nature et composition du gaz à liquéfier et la composition du fluide réfrigérant doit le cas échéant être modifiée au cours du temps, en fonction de la composition du mélange de gaz naturel à liquéfier produit par le champ pétrolier.Despite the lower energy efficiency of the liquefaction process without phase change of the refrigerant gas, the latter remains very interesting because the equipment, mainly compressors, expansion valves, in turbines, and exchangers are much simpler than the equipment required for a liquefaction process involving phase change cycles of a refrigerant fluid, both in terms of technology of said equipment and maintenance of this equipment in a confined environment, namely a floating support anchored at sea. In addition, the operation of the installations operation remains simpler, because this type of cycle is insensitive to variations in the composition of the gas to be liquefied, namely a natural gas consisting of a mixture in which methane predominates. In fact, in the case of the phase change cycle of the refrigerant fluid, in order for the yields to remain optimum, the refrigerant must be adapted to the nature and composition of the gas to be liquefied and the composition of the refrigerant must be modified if necessary. over time, depending on the composition of the mixture of natural gas to be liquefied produced by the oil field.

Dans son principe la mise en œuvre d'un cycle du procédé de liquéfaction sans changement de phase du gaz réfrigérant tel que de l'azote comporte les 4 éléments principaux suivants:In principle, the implementation of a cycle of the liquefaction process without phase change of the refrigerant gas such as nitrogen comprises the following 4 main elements:

- un compresseur qui augmente la pression du gaz réfrigérant et le fait passer de la température ambiante à basse pression à une température élevée à haute pression,- a compressor which increases the pressure of the refrigerant gas and changes it from ambient temperature at low pressure to a high temperature at high pressure,

- un échangeur de chaleur qui refroidit le gaz réfrigérant de la température élevée et haute pression sensiblement jusqu'à la température ambiante et haute pression,- a heat exchanger which cools the refrigerant gas from high temperature and high pressure substantially to ambient temperature and high pressure,

- un dispositif de détente, en général une turbine de décompression, dans laquelle le gaz réfrigérant se détend : sa pression baisse et sa température est alors très basse ; tandis que, simultanément, on récupère au niveau de la turbine de détente l'énergie mécanique qui est alors en général directement réinjectée au niveau du compresseur qui lui est couplé,an expansion device, in general a decompression turbine, in which the refrigerant gas expands: its pressure drops and its temperature is then very low; while, simultaneously, the mechanical energy is recovered at the level of the expansion turbine which is then generally directly reinjected at the level of the compressor which is coupled to it,

- un échangeur cryogénique dans lequel circule d'un côté le gaz réfrigérant à température cryogénique, et de l'autre le gaz à liquéfier, ledit gaz réfrigérant absorbant les calories du gaz à liquéfier, donc se réchauffant, tandis que ledit gaz à liquéfier, cédant ses calories, se refroidit jusqu'à atteindre l'état liquide recherché. En fin de cycle de circulation, le gaz réfrigérant se trouve sensiblement à la température ambiante et il est alors réintroduit dans le compresseur pour effectuer un nouveau cycle en circuit fermé.a cryogenic exchanger in which circulates on one side the refrigerant gas at cryogenic temperature, and on the other the gas to be liquefied, said refrigerant gas absorbing the calories of the gas to be liquefied, therefore heating up, while said gas to be liquefied, giving up its calories, cools down until it reaches the desired liquid state. At the end of the circulation cycle, the refrigerant gas is approximately at ambient temperature and it is then reintroduced into the compressor to perform a new closed circuit cycle.

Pendant toute la durée du cycle le gaz réfrigérant reste à l'état gazeux et circule de manière continue comme expliqué précédemment : il cède peu à peu des frigories, donc absorbe peu à peu des calories du 30 gaz à liquéfier, à savoir un mélange constitué majoritairement de méthane et d'autres traces de gaz.Throughout the cycle, the refrigerant gas remains in the gaseous state and circulates continuously as explained previously: it gradually gives up frigories, therefore gradually absorbs calories from the gas to be liquefied, namely a mixture formed mostly methane and other traces of gas.

La circulation du gaz à liquéfier se fait à contre-courant du gaz réfrigérant, c'est à dire que ledit gaz naturel comprenant du méthane, entre sensiblement à température ambiante dans l'échangeur au niveau de la sortie du gaz réfrigérant où ce dernier est alors sensiblement à la 5 température ambiante. Puis, ledit gaz naturel comprenant du méthane progresse dans l'échangeur vers les zones plus froides et transfert ses calories au fluide réfrigérant : le gaz naturel comprenant du méthane se refroidit et le gaz réfrigérant se réchauffe. Au fur et à mesure de la progression du gaz naturel méthane dans l'échangeur, sa température 10 baisse, puis en fin de parcours il se liquéfie et sa température continue à baisser jusqu'à atteindre la température de T3=-165°C pour un gaz contenant 85% de méthane.The circulation of the gas to be liquefied takes place against the current of the refrigerant gas, that is to say that said natural gas comprising methane enters substantially at ambient temperature into the exchanger at the level of the refrigerant gas outlet where the latter is then substantially at room temperature. Then, said natural gas comprising methane progresses through the exchanger towards the colder zones and transfers its calories to the refrigerant fluid: the natural gas comprising methane cools and the refrigerant gas heats up. As the natural gas methane progresses in the exchanger, its temperature drops, then at the end of its journey it liquefies and its temperature continues to drop until it reaches the temperature of T3 = -165 ° C for a gas containing 85% methane.

Pendant tout son parcours dans le ou les échangeurs de chaleur, la liquéfaction du gaz naturel se fait sous pression PO de 5 à 50 bars, en 15 général 10 à 20 bars, en quatre phases principales :Throughout its journey in the heat exchanger (s), the liquefaction of natural gas takes place under PO pressure of 5 to 50 bars, in general 10 to 20 bars, in four main phases:

- phase 1 : refroidissement du gaz naturel depuis la température ambiante TO jusqu'à Tl= -50°C environ (cette température dépend de la composition du gaz naturel),- phase 1: cooling of natural gas from ambient temperature TO to Tl = -50 ° C approximately (this temperature depends on the composition of the natural gas),

- phase 2 : liquéfaction du gaz naturel (passage de l'état gazeux 20 à l’état liquide). Comme le gaz naturel est un mélange gazeux sous une pression PO d'environ quelques dizaines de bars, ce changement d'état s'échelonne entre Tl= -50°C et T2=-120°C environ,- phase 2: liquefaction of natural gas (transition from gaseous state 20 to liquid state). As natural gas is a gaseous mixture under a pressure PO of approximately a few tens of bars, this change of state ranges between Tl = -50 ° C and T2 = -120 ° C approximately,

- phase 3 : le gaz naturel une fois entièrement liquéfié (GNL) est alors à environ T2=-120°C, toujours sous une pression PO d'environ quelques dizaines de bars. Au sein du ou des échangeurs, le GNL continue son refroidissement pour atteindre la température T3 de 165°C, température correspondant à une phase liquide du GNL sous la pression atmosphérique,- phase 3: once completely liquefied natural gas (LNG) is then at approximately T2 = -120 ° C, still under a pressure PO of approximately a few tens of bars. Within the exchanger (s), the LNG continues to cool to reach the temperature T3 of 165 ° C, a temperature corresponding to a liquid phase of the LNG under atmospheric pressure,

- phase 4 : Le liquide obtenu ou GNL est alors dépressurisé 30 jusqu'à la pression atmosphérique où il reste à l'état liquide en raison de sa température T3 inférieure ou égale à -165°C, et peut être transféré vers un réservoir de stockage isolé, ou le cas échéant chargé directement sur un navire de transport tel un méthanier.- phase 4: The obtained liquid or LNG is then depressurized to atmospheric pressure where it remains in the liquid state due to its temperature T3 less than or equal to -165 ° C, and can be transferred to a tank of isolated storage, or where applicable loaded directly onto a transport vessel such as an LNG carrier.

La phase 2 est la plus consommatrice en énergie, car il faut fournir au gaz toute l'énergie correspondant à sa chaleur latente de vaporisation. La phase 1 est un peu moins consommatrice en énergie, et la phase 3 est la moins consommatrice en énergie, par contre elle se fait aux températures les plus basses, c'est à dire aux environs de -165°C.Phase 2 consumes the most energy, because the gas must be supplied with all the energy corresponding to its latent heat of vaporization. Phase 1 consumes a little less energy, and phase 3 consumes the least energy, on the other hand it is done at the lowest temperatures, ie around -165 ° C.

Les valeurs mentionnées ci-dessus pour Tl, T2 et T3 sont adaptées à un gaz naturel constitué de 85% de méthane et 15% des dits autres composants azote et alcanes en C-2 à C-4, et peuvent varier sensiblement pour un gaz de composition différente.The values mentioned above for Tl, T2 and T3 are suitable for a natural gas consisting of 85% methane and 15% of said other components nitrogen and C-2 to C-4 alkanes, and can vary significantly for a gas. of different composition.

Sur la figure 1, on a représenté un schéma d'installation d'un procédé standard de liquéfaction de gaz naturel impliquant un gaz réfrigérant constitué d'azote sans changement de phase du gaz réfrigérant tel que décrit ci-dessus et dont la description du procédé est explicitée plus loin.In Figure 1, there is shown an installation diagram of a standard natural gas liquefaction process involving a refrigerant gas consisting of nitrogen without phase change of the refrigerant gas as described above and whose description of the process is explained later.

Dans US 2011/0113825 et WO 2005/071333, on décrit un procédé de liquéfaction de gaz naturel dans lequel on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier par circulation dudit gaz naturel dans 3 échangeurs de chaleur cryogénique par circulation en circuit fermé de 3 flux de gaz réfrigérant restant à l'état gazeux comprimé sans changement de phase dans lequel on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :In US 2011/0113825 and WO 2005/071333, a natural gas liquefaction process is described in which said natural gas to be liquefied is liquefied by circulating said natural gas in 3 cryogenic heat exchangers by circulation in a closed circuit of 3 gas streams refrigerant remaining in the compressed gaseous state without phase change in which said natural gas to be liquefied is liquefied by carrying out the following concomitant steps of:

(a) circulation dudit gaz naturel à liquéfier circulant à une pression PO supérieure ou égale à la pression atmosphérique, dans 3 échangeurs de chaleur cryogéniques disposés en série dont :(a) circulation of said natural gas to be liquefied circulating at a pressure PO greater than or equal to atmospheric pressure, in 3 cryogenic heat exchangers arranged in series, including:

- un premier échangeur (101/5) dans lequel ledit gaz naturel entrant à une température T0 est refroidi et sort à une température Tl inférieure à T0, puis- a first exchanger (101/5) in which said natural gas entering at a temperature T0 is cooled and exiting at a temperature Tl lower than T0, then

- un deuxième échangeur (102/6) dans lequel le gaz naturel est entièrement liquéfié et sort à une température T2 inférieure à Tl et supérieure à T3, T3 étant inférieur à la température de liquéfaction du- a second exchanger (102/6) in which the natural gas is completely liquefied and leaves at a temperature T2 lower than Tl and higher than T3, T3 being lower than the liquefaction temperature of the

GNL, etLNG, and

- un troisième échangeur (103/7) dans lequel ledit gaz naturel liquéfié est refroidi de T2 à T3, et (b) circulation à circuit fermé de deux flux de gaz réfrigérant à l'état gazeux dénommés premier et troisième flux respectivement à des pressions différentes PI et P2, traversant deux dits échangeurs en contact indirect avec et à contre-courant du flux de gaz naturel, comprenant :- a third exchanger (103/7) in which said liquefied natural gas is cooled from T2 to T3, and (b) closed-circuit circulation of two streams of refrigerant gas in the gaseous state called first and third streams respectively at pressures different PI and P2, passing through two said exchangers in indirect contact with and against the flow of the natural gas flow, comprising:

- un premier flux de gaz réfrigérant à une pression PI inférieure à P3 traversant les 3 échangeurs entrant dans ledit troisième échangeur à une température T3' inférieure à T3, puis entrant à T2' inférieure à T2 dans ledit deuxième échangeur, puis entrant à Tl' inférieure à Tl dans ledit premier échangeur et sortant dudit premier échangeur à une température TO' inférieure ou égale à TO, ledit premier flux de gaz réfrigérant à PI et T3' étant obtenu par détente dans un premier détendeur (112/9) d'une première partie (122/16B) d'un deuxième flux de gaz réfrigérant (22/15) comprimé à la pression P3 supérieure à P2, ladite première partie de deuxième flux circulant en contact indirect avec et à co-courant dudit flux de gaz naturel, en entrant dans ledit premier échangeur à TO et sortant dudit deuxième échangeur sensiblement à T2, et- a first flow of refrigerant gas at a pressure PI less than P3 passing through the 3 exchangers entering said third exchanger at a temperature T3 'lower than T3, then entering at T2' lower than T2 in said second exchanger, then entering at Tl ' less than Tl in said first exchanger and leaving said first exchanger at a temperature TO 'less than or equal to TO, said first flow of refrigerant gas at PI and T3' being obtained by expansion in a first expansion valve (112/9) of a first part (122 / 16B) of a second flow of refrigerant gas (22/15) compressed at a pressure P3 greater than P2, said first part of the second flow circulating in indirect contact with and co-current with said flow of natural gas , entering said first exchanger at TO and leaving said second exchanger substantially at T2, and

- un troisième flux à une pression P2 supérieure à PI et inférieure à P3 circulant en contact indirect avec et à co-courant dudit premier flux, traversant uniquement les dits deuxième et premier échangeurs, entrant dans ledit deuxième échangeur sensiblement à une température T2' et sortant dudit premier échangeur sensiblement à TO', ledit troisième flux de gaz réfrigérant à P2 et T2 étant obtenu par détente dans un deuxième détendeur (111/8) d'une deuxième partie (121/17) dudit deuxième flux de gaz réfrigérant (22/15) sortant dudit premier échangeur sensiblement à Tl, (c) ledit deuxième flux de gaz réfrigérant comprimé à la pression P3 étant obtenu par compression par trois ou quatre compresseurs, et refroidissement desdits premier et troisième flux de gaz réfrigérant sortant du dit premier échangeur à PI et respectivement P2.- a third flow at a pressure P2 greater than PI and less than P3 circulating in indirect contact with and in co-current with said first flow, passing only through said second and first exchangers, entering said second exchanger at substantially a temperature T2 'and leaving said first exchanger substantially at TO ', said third flow of refrigerant gas at P2 and T2 being obtained by expansion in a second expansion valve (111/8) of a second part (121/17) of said second flow of refrigerant gas (22 / 15) leaving said first exchanger substantially at T1, (c) said second flow of refrigerant gas compressed to pressure P3 being obtained by compression by three or four compressors, and cooling of said first and third flow of refrigerant gas leaving said first exchanger to PI and respectively P2.

Dans US 2011/0113825, deux premier et deuxième compresseurs 113 et 114 disposés en série compriment le gaz réfrigérant des premier 5 et troisième flux à P'3 et deux autres compresseurs 115a et 115b disposés en parallèle le compriment de P'3 à P3.In US 2011/0113825, two first and second compressors 113 and 114 arranged in series compress the refrigerant gas from the first 5 and third streams to P'3 and two other compressors 115a and 115b arranged in parallel compress from P'3 to P3.

Dans WO 2005/071333, deux compresseurs 2 et 3 montés en série compriment ledit premier flux 16d à P'3 puis un troisième compresseur 4 monté en série avec les deux premiers compresseurs 10 comprime lesdits premier et troisième flux à P3.In WO 2005/071333, two compressors 2 and 3 mounted in series compress said first stream 16d to P ' 3 then a third compressor 4 mounted in series with the two first compressors 10 compresses said first and third streams to P 3 .

Dans le compte-rendu de la « 24th International Conférence and Exhibition for the LNG » du 25 mai 2009, au nom de Olve Skjeggedal et al. dans la revue GASTECH 2009, on décrit un procédé tel que décrit cidessus à triple flux de gaz réfrigérant à circuit fermé, dans lequel lesdits 15 premier et troisième flux sont comprimés à P'3 par deux compresseurs montés en série et deux autres compresseurs montés en série compriment lesdits premiers et troisième flux à P3 pour donner ledit deuxième flux.In the minutes of the “24th International Conference and Exhibition for the LNG” of May 25, 2009, on behalf of Olve Skjeggedal et al. in the review GASTECH 2009, a process as described above with a triple flow of closed-circuit refrigerant gas is described, in which said first and third flows are compressed to P'3 by two compressors connected in series and two other compressors connected in series. series compress said first and third stream at P3 to give said second stream.

Le procédé décrit ci-dessus est avantageux par rapport à celui de 20 la figure 1 en ce que, tout d'abord, plutôt que de recycler après détente une partie D2 du deuxième flux en sortie du premier échangeur pour rejoindre le premier flux à l'entrée du deuxième échangeur, on recycle cette partie D2 du deuxième flux à l'entrée du deuxième échangeur à une pression intermédiaire P2 supérieure à PI dans un troisième flux 53 25 indépendant et parallèle à SI, c'est à dire à co-courant de SI. Et, du fait que l'essentiel de l'énergie est consommée pour la phase 2 du procédé au sein dudit deuxième échangeur, ceci permet d'augmenter les transferts thermiques et le rendement énergétique du procédé.The process described above is advantageous over that of FIG. 1 in that, first of all, rather than recycling after expansion a part D2 of the second stream at the outlet of the first exchanger to join the first stream at the end. 'inlet of the second exchanger, this part D2 of the second flow is recycled at the inlet of the second exchanger at an intermediate pressure P2 greater than PI in a third flow 53 independent and parallel to SI, that is to say in co-current of SI. And, because most of the energy is consumed for phase 2 of the process within said second exchanger, this makes it possible to increase the heat transfers and the energy efficiency of the process.

Toutefois, dans le mode de réalisation de US 2011/0113825, 30 toute la puissance extérieure apportée auxdits premier compresseur 113 et deuxième compresseur 114 montés en série concerne les flux de gaz réfrigérant circulant à basse et moyenne pressions PI et P2, la récupération d'énergie au niveau des turbines 111 et 112 étant réinjectée au niveau des deux compresseurs 115a et 115b montés en parallèle comprimant le gaz réfrigérant à haute pression P'3/P3, aucune autre puissance extérieure complémentaire n'étant apportée au niveau desdits compresseurs en parallèle 115a et 115b. Les deux compresseurs en parallèle 115a et 115b sont alimentés uniquement respectivement par les deux turbines de récupération d'énergie 111 et 112.However, in the embodiment of US 2011/0113825, all the external power supplied to said first compressor 113 and second compressor 114 mounted in series relates to the flow of refrigerant gas circulating at low and medium pressures PI and P2, the recovery of energy at the level of the turbines 111 and 112 being reinjected at the level of the two compressors 115a and 115b mounted in parallel compressing the high pressure refrigerant gas P'3 / P3, no other additional external power being supplied to the level of said compressors in parallel 115a and 115b. The two compressors in parallel 115a and 115b are supplied only respectively by the two energy recovery turbines 111 and 112.

Les niveaux de pression PI et P2 des gaz sortant des turbines 112 et 111 sont différents et donc les débits de flux traversant les détendeurs 111 et 112 sont différents et notamment en pratique dans un rapport de 10-20% du débit total pour le débit du flux provenant du détendeur 112 contre 80-90% pour le débit du flux provenant du détendeur 111. Il en résulte que le compresseur 115b récupère seulement 10-20% de la puissance totale récupérée par rapport au 80-90% de puissance récupérée au niveau du compresseur 115a. Il résulte de cette disparité de puissance apportée aux deux compresseurs 115a et 115b montés en parallèle, une difficulté importante pour stabiliser le fonctionnement du circuit. En effet, le fonctionnement de deux compresseurs en parallèle peut conduire à des phénomènes de pompage, c'est-à-dire que l'un des compresseur prend le pas sur les autres en perturbant leurs pressions d'entrée et de sortie : il y a alors un risque de fonctionnement du ou des compresseurs de plus faible capacité en « mode turbine ». Ce mode de fonctionnement est à proscrire impérativement puisque toute ou partie du fluide tourne alors en boucle entre les compresseurs, l'un en mode compresseur, le ou les autres en « mode turbine » : le processus de compression se trouve alors radicalement perturbé, voire stoppé et le rendement global de l'installation s'effondre alors.The pressure levels PI and P2 of the gases leaving the turbines 112 and 111 are different and therefore the flow rates passing through the regulators 111 and 112 are different and in particular in practice in a ratio of 10-20% of the total flow for the flow rate of the flow from expander 112 against 80-90% for the flow rate from expander 111. As a result, compressor 115b only recovers 10-20% of the total power recovered compared to 80-90% of power recovered at the level compressor 115a. The result of this disparity in power supplied to the two compressors 115a and 115b mounted in parallel, a major difficulty in stabilizing the operation of the circuit. Indeed, the operation of two compressors in parallel can lead to pumping phenomena, that is to say that one of the compressors takes precedence over the others by disturbing their inlet and outlet pressures: there is there is then a risk of the lower capacity compressor (s) operating in "turbine mode". This mode of operation is to be avoided absolutely since all or part of the fluid then rotates in a loop between the compressors, one in compressor mode, the other or others in "turbine mode": the compression process is then radically disturbed, or even stopped and the overall efficiency of the installation then collapses.

La stabilisation du fonctionnement du circuit peut être réalisée classiquement au moyen de vannes de régulation en amont et/ou en aval desdits compresseurs 115a et 115b montés en parallèle, et/ou en amont et/ou en aval desdites turbines 111 et 112 pour contrôler les débits et fonctionnement des compresseurs. Toutefois, ces vannes de régulation engendrent des pertes des charges, donc d'énergie, ce qui affecte grandement le rendement global recherché et/ou la capacité de production de l'installation.The stabilization of the operation of the circuit can be carried out conventionally by means of control valves upstream and / or downstream of said compressors 115a and 115b mounted in parallel, and / or upstream and / or downstream of said turbines 111 and 112 to control the compressors flow rates and operation. However, these control valves generate losses in load, and therefore in energy, which greatly affects the overall efficiency sought and / or the production capacity of the installation.

Dans WO 2005/071333 et dans le compte-rendu de la revue GASTECH 2009 cité ci-dessus, tous les compresseurs sont couplés de manière mécanique à une même source de puissance, l'ensemble de la puissance étant apportée de façon non-différenciée entre les différents compresseurs.In WO 2005/071333 and in the review of the GASTECH 2009 review cited above, all the compressors are mechanically coupled to the same power source, all of the power being supplied in a non-differentiated manner between the different compressors.

Le but de la présente invention est de fournir un procédé de liquéfaction de gaz naturel du type sans changement de phase du gaz réfrigérant apte à être installé sur un navire ou support flottant qui présente un rendement énergétique amélioré, à savoir une énergie totale consommée dans le procédé minimale en termes de kWh pour obtenir 1 tonne de GNL et/ou qui, présente des transferts thermiques dans les échangeurs accru et/ou qui permette de mettre en œuvre une installation de liquéfaction plus compacte et plus efficace.The aim of the present invention is to provide a process for the liquefaction of natural gas of the type without phase change of the refrigerant gas capable of being installed on a ship or floating support which has improved energy efficiency, namely a total energy consumed in the tank. minimum process in terms of kWh to obtain 1 tonne of LNG and / or which exhibits increased heat transfers in the exchangers and / or which makes it possible to implement a more compact and more efficient liquefaction installation.

Pour ce faire, la présente invention fournit un procédé de liquéfaction d'un gaz naturel comprenant majoritairement du méthane, de préférence, au moins 85% de méthane, les autres composants comprenant essentiellement de l'azote et des alcanes en C-2 à C-4, dans lequel on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier par circulation dudit gaz naturel à une pression PO supérieure ou égale à la pression atmosphérique (Patm.), de préférence PO étant supérieure à la pression atmosphérique, dans au moins 1 échangeur de chaleur cryogénique (EC1, EC2, EC3) par circulation en circuit fermé à contre-courant en contact indirect avec au moins un flux de gaz réfrigérant restant à l'état gazeux comprimé à une pression PI entrant dans ledit échangeur cryogénique à une température T3' inférieure à T3, T3 étant la température en sortie dudit échangeur cryogénique, et T3 étant inférieure ou égale à la température de liquéfaction du dit gaz naturel liquéfié à la pression atmosphérique, dans lequel on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :To do this, the present invention provides a process for liquefying a natural gas comprising predominantly methane, preferably at least 85% methane, the other components comprising essentially nitrogen and C-2 to C alkanes. -4, wherein said natural gas to be liquefied is liquefied by circulating said natural gas at a pressure PO greater than or equal to atmospheric pressure (Patm.), Preferably PO being greater than atmospheric pressure, in at least 1 heat exchanger cryogenic (EC1, EC2, EC3) by closed-circuit circulation in counter-current in indirect contact with at least one flow of refrigerant gas remaining in the gaseous state compressed at a pressure PI entering said cryogenic exchanger at a temperature T3 'lower at T3, T3 being the temperature at the outlet of said cryogenic exchanger, and T3 being less than or equal to the liquefaction temperature of said liquefied natural gas at atmospheric pressure, in which l edit natural gas to be liquefied by carrying out the following concomitant steps:

(a) circulation dudit gaz naturel à liquéfier circulant à une pression PO supérieure ou égale à la pression atmosphérique, de préférence PO étant supérieure à la pression atmosphérique, dans au moins 3 échangeurs de chaleur cryogéniques disposés en série dont :(a) circulation of said natural gas to be liquefied circulating at a pressure PO greater than or equal to atmospheric pressure, preferably PO being greater than atmospheric pressure, in at least 3 cryogenic heat exchangers arranged in series, including:

- un premier échangeur dans lequel ledit gaz naturel entrant à une température TO est refroidi et sort à une température Tl inférieure à TO, puis- a first exchanger in which said natural gas entering at a temperature TO is cooled and exits at a temperature T1 below TO, then

- un deuxième échangeur dans lequel le gaz naturel est entièrement liquéfié et sort à une température T2 inférieure à Tl et supérieure à T3, et- a second exchanger in which the natural gas is completely liquefied and leaves at a temperature T2 lower than Tl and higher than T3, and

- un troisième échangeur dans lequel ledit gaz naturel liquéfié est refroidi de T2 à T3, et (b) circulation à circuit fermé d'au moins deux flux de gaz réfrigérant à l'état gazeux dénommés premier et troisième flux respectivement à des pressions différentes PI et P2, traversant au moins deux dits échangeurs en contact indirect avec et à contre-courant du flux de gaz naturel, comprenant :- a third exchanger in which said liquefied natural gas is cooled from T2 to T3, and (b) closed-circuit circulation of at least two streams of refrigerant gas in the gaseous state called first and third streams respectively at different pressures PI and P2, passing through at least two said exchangers in indirect contact with and against the flow of the natural gas flow, comprising:

- un premier flux de gaz réfrigérant à une pression PI inférieure à P3 traversant les 3 échangeurs entrant dans ledit troisième échangeur à une température T3' inférieure à T3, puis entrant à T2' inférieure à T2 dans ledit deuxième échangeur, puis entrant à Tl' inférieure à Tl dans ledit premier échangeur et sortant dudit premier échangeur à une température TO' inférieure ou égale à TO, ledit premier flux de gaz réfrigérant à PI et T3' étant obtenu par détente dans au moins un premier détendeur d'une première partie d'un deuxième flux de gaz réfrigérant comprimé à la pression P3 supérieure à P2, ledit deuxième flux circulant en contact indirect avec et à co-courant dudit flux de gaz naturel, en entrant dans ledit premier échangeur à TO et ladite première partie dudit deuxième flux sortant dudit deuxième échangeur sensiblement à T2, et- a first flow of refrigerant gas at a pressure PI less than P3 passing through the 3 exchangers entering said third exchanger at a temperature T3 'lower than T3, then entering at T2' lower than T2 in said second exchanger, then entering at Tl ' less than Tl in said first exchanger and leaving said first exchanger at a temperature TO 'less than or equal to TO, said first flow of refrigerant gas at PI and T3' being obtained by expansion in at least a first expansion valve of a first part of 'a second flow of refrigerant gas compressed to the pressure P3 greater than P2, said second flow circulating in indirect contact with and co-current with said flow of natural gas, entering said first exchanger at TO and said first part of said second flow leaving said second exchanger substantially at T2, and

- un troisième flux à une pression P2 supérieure à PI et inférieure à P3 circulant en contact indirect avec et à co-courant dudit premier flux, traversant uniquement les dits deuxième et premier échangeurs, entrant dans ledit deuxième échangeur sensiblement à une température T2' et sortant dudit premier échangeur sensiblement à TO', ledit troisième flux de gaz réfrigérant à P2 et T2 étant obtenu par détente dans un deuxième détendeur d'une deuxième partie dudit deuxième flux de gaz réfrigérant sortant dudit premier échangeur sensiblement à Tl, le débit D2 de ladite deuxième partie de deuxième flux étant de préférence supérieur au débit DI de la première partie de deuxième flux, (c) ledit deuxième flux de gaz réfrigérant comprimé à la pression P3 étant obtenu par compression par au moins deux compresseurs et refroidissement desdits premier et troisième flux de gaz réfrigérant sortant du dit premier échangeur à PI et respectivement P2, un premier compresseur comprimant de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant dudit premier échangeur, et au moins un deuxième compresseur, comprimant de P2 à au moins P'3, P'3 étant une pression inférieure ou égale à P3 et supérieure à P2, d'une part ledit troisième flux de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, pour obtenir ledit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement, ledit deuxième compresseur étant monté en série avec ledit premier compresseur, caractérisé en ce que :- a third flow at a pressure P2 greater than PI and less than P3 circulating in indirect contact with and in co-current with said first flow, passing only through said second and first exchangers, entering said second exchanger at substantially a temperature T2 'and leaving said first exchanger substantially at TO ', said third flow of refrigerant gas at P2 and T2 being obtained by expansion in a second regulator of a second part of said second flow of refrigerant gas leaving said first exchanger substantially at T1, the flow D2 of said second part of second flow preferably being greater than the flow rate DI of the first part of second flow, (c) said second flow of refrigerant gas compressed to pressure P3 being obtained by compression by at least two compressors and cooling of said first and third flow of refrigerant gas leaving said first exchanger at PI and P2 respectively, a first compressor compressing from PI to P2 the total ity of said first flow of refrigerant gas leaving said first exchanger, and at least one second compressor, compressing from P2 to at least P'3, P'3 being a pressure less than or equal to P3 and greater than P2, on the one hand said third flow of refrigerant gas leaving at P2 from said first exchanger and on the other hand said first flow of compressed refrigerant gas at P2 leaving said first compressor, to obtain said second flow of refrigerant gas at P3 and TO after cooling, said second compressor being mounted in series with said first compressor, characterized in that:

- les deux premier et deuxième compresseurs disposés en série sont couplés auxdits premier et respectivement deuxième détendeurs consistant en des turbines de récupération d'énergie, et- the two first and second compressors arranged in series are coupled to said first and respectively second expansion valves consisting of energy recovery turbines, and

- au moins le dit premier compresseur est couplé à un premier moteur, et- at least said first compressor is coupled to a first motor, and

- au moins une turbine à gaz est couplée- at least one gas turbine is coupled

- soit audit deuxième compresseur, celui-ci comprimant ledit deuxième flux de gaz réfrigérant directement à P3,- either to said second compressor, the latter compressing said second flow of refrigerant gas directly to P3,

- soit, à un troisième compresseur monté en série après le deuxième compresseur, le dit troisième compresseur comprimant de P'3 à P3 ledit deuxième flux de gaz réfrigérant,- Or, to a third compressor mounted in series after the second compressor, said third compressor compressing said second flow of refrigerant gas from P'3 to P3,

- ladite turbine à gaz apportant la majeur partie de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre.- Said gas turbine providing the major part of the total power supplied to all of said compressors used.

Dans la présente description, on entend par « compresseur couplé à un détendeur/turbine ou moteur » ou encore « compresseur actionné par un moteur » (ou vice versa un « détendeur/turbine ou moteur couplé au compresseur ») que l'arbre de sortie de la turbine ou respectivement du moteur entraîne l'arbre d'entrée du compresseur, c'est-à-dire, transfère une énergie mécanique à l'arbre du compresseur. Il s'agit donc d'un couplage mécanique du compresseur au détendeur/turbine ou respectivement du compresseur au moteur.In the present description, the term “compressor coupled to an expansion valve / turbine or engine” or “compressor actuated by an engine” (or vice versa an “expansion valve / turbine or engine coupled to the compressor”) is understood as the output shaft of the turbine or respectively of the engine drives the input shaft of the compressor, that is to say, transfers mechanical energy to the shaft of the compressor. It is therefore a mechanical coupling of the compressor to the expansion valve / turbine or respectively of the compressor to the engine.

Plus particulièrement, ledit moteur peut être soit un moteur thermique, soit de préférence un moteur électrique, ou toute autre installation capable de fournir de l'énergie mécanique au gaz réfrigérant ; et les compresseurs sont du type rotatif à turbine, encore dénommé compresseur centrifuge.More particularly, said motor can be either a heat engine, or preferably an electric motor, or any other installation capable of supplying mechanical energy to the refrigerant gas; and the compressors are of the rotary turbine type, also called a centrifugal compressor.

De préférence, après l'étape (a) on dépressurise le gaz naturel liquéfié sortant dudit troisième échangeur à T3, depuis la pression PO à la pression atmosphérique le cas échéant.Preferably, after step (a), the liquefied natural gas leaving said third exchanger is depressurized at T3, from pressure PO to atmospheric pressure where appropriate.

Le procédé selon l'invention est avantageux par rapport au procédé décrit dans US 2011/0113825 en ce que tous les compresseurs sont montés en série sans nécessiter de contrôle de débit avec des vannes de régulation de débit pour stabiliser le fonctionnement de l'installation. En effet, dans le procédé selon l'invention, il n'y a pas de séparation de flux dans la chaîne de compression. Il en résulte que la régulation de débit de flux et/ou d'énergie au niveau des différents compresseurs est obtenue essentiellement par la régulation de l'apport de puissance au niveau desdits premier et deuxième moteurs et dite turbine à gaz. Il n'est pas indispensable de mettre en œuvre des vannes de régulation au niveau desdits compresseurs et dite turbine du fait que lesdits premier et deuxième détendeurs sont couplés auxdits premier et deuxième compresseurs montés en série et ne sont donc pas couplés à des compresseurs montés en parallèles comme dans US 2011/0113825.The method according to the invention is advantageous over the method described in US 2011/0113825 in that all the compressors are connected in series without requiring flow control with flow control valves to stabilize the operation of the installation. In fact, in the method according to the invention, there is no separation of flows in the compression chain. It follows that the regulation of the flow rate of flow and / or energy at the level of the various compressors is obtained essentially by the regulation of the power input at the level of said first and second engines and said gas turbine. It is not essential to implement control valves at said compressors and said turbine because said first and second expansion valves are coupled to said first and second compressors mounted in series and are therefore not coupled to compressors mounted in series. parallels as in US 2011/0113825.

D'autre part, dans la présente invention, l'essentiel de la puissance apportée auxdits compresseurs est injecté au niveau des deuxième et/ou troisième compresseurs comprimant le flux de gaz réfrigérant à haute pression P'3/P3 et la récupération d'énergie au niveau des premier et deuxième détendeurs est réinjectée au niveau des premier et deuxième compresseurs, comprimant les gaz réfrigérants circulant à basse et moyenne pression PI et P2. En effet, la fraction de fluide traversant le compresseur Cl représente une faible fraction du débit total (par exemple 10-15%) et l'énergie nécessaire est du même ordre de grandeur que l'énergie récupérée par la turbine El. Il est donc intéressant de coupler les deux. De plus un ajout contrôlé de puissance en Cl permet d'améliorer le rendement énergétique du système en pilotant PI et P2 indépendamment l'une de l'autre.On the other hand, in the present invention, most of the power supplied to said compressors is injected at the level of the second and / or third compressors compressing the flow of refrigerant gas at high pressure P'3 / P3 and the recovery of energy. at the level of the first and second expansion valves is reinjected at the level of the first and second compressors, compressing the refrigerant gases circulating at low and medium pressure PI and P2. In fact, the fraction of fluid passing through compressor C1 represents a small fraction of the total flow (for example 10-15%) and the energy required is of the same order of magnitude as the energy recovered by the turbine El. It is therefore interesting to couple the two. Moreover, a controlled addition of power in Cl makes it possible to improve the energy efficiency of the system by controlling PI and P2 independently of one another.

D'autre part, la plus grande part de la puissance apportée aux compresseurs est injectée dans les compresseurs fournissant la plus grande pression (P'3, P3), ce qui permet d'augmenter la capacité de production du procédé, tout en améliorant son rendement énergétique.On the other hand, most of the power supplied to the compressors is injected into the compressors providing the greatest pressure (P'3, P3), which makes it possible to increase the production capacity of the process, while improving its performance. energy efficiency.

En outre, la mise en œuvre desdits premier et deuxième compresseurs en série couplés à desdits premier et deuxièmes détendeurs selon la présente invention permet aussi d'améliorer la compacité de l'installation ce qui est particulièrement avantageux pour la mise en œuvre d'un procédé à bord d'un support flottant où la place est limitée.In addition, the implementation of said first and second compressors in series coupled to said first and second expansion valves according to the present invention also makes it possible to improve the compactness of the installation, which is particularly advantageous for the implementation of a process. aboard a floating support where space is limited.

Le procédé selon l'invention en référence aux figures 2- 3 est avantageux par rapport à celui de la figure 1 en ce que, tout d'abord, plutôt que de recycler après détente une partie D2 du deuxième flux en sortie du premier échangeur pour rejoindre le premier flux à l'entrée du deuxième échangeur, on recycle cette partie D2 du deuxième flux à l'entrée du deuxième échangeur à une pression intermédiaire P2 supérieure à PI dans un troisième flux S3 indépendant et parallèle à SI, c'est à dire à co-courant de SI. Et, du fait que l'essentiel de l'énergie est consommée pour la phase 2 du procédé au sein dudit deuxième échangeur, ceci permet d'augmenter les transferts thermiques et le rendement énergétique du procédé.The method according to the invention with reference to FIGS. 2 - 3 is advantageous over that of FIG. 1 in that, first of all, rather than recycling after expansion a part D2 of the second stream at the outlet of the first exchanger for join the first flow at the inlet of the second exchanger, this part D2 of the second flow at the inlet of the second exchanger is recycled at an intermediate pressure P2 greater than PI in a third independent flow S3 and parallel to SI, that is to say say to co-current of SI. And, because most of the energy is consumed for phase 2 of the process within said second exchanger, this makes it possible to increase the heat transfers and the energy efficiency of the process.

D'autre part, le procédé selon l'invention est avantageux par rapport à WO 2005/071333 et le procédé décrit dans la revue GASTECH 2009 citée ci-dessus en ce qu'il permet de faire varier de façon contrôlée ladite pression P2 de manière à ce que l'énergie consommée pour la mise en oeuvre du procédé (Ef) soit minimale. En effet, selon la présente invention, on peut moduler et contrôler spécifiquement la valeur de la pression P2 en apportant une puissance différentiée au niveau dudit premier compresseur grâce audit premier moteur, permettant de moduler et contrôler la puissance apportée aux différents compresseurs de manière différentiée et donc de faire varier la valeur de P2.On the other hand, the method according to the invention is advantageous with respect to WO 2005/071333 and the method described in the GASTECH 2009 review cited above in that it makes it possible to vary said pressure P2 in a controlled manner. that the energy consumed for the implementation of the method (Ef) is minimal. Indeed, according to the present invention, it is possible to modulate and control specifically the value of the pressure P2 by providing a differentiated power at the level of said first compressor thanks to said first motor, making it possible to modulate and control the power supplied to the various compressors in a differentiated manner and therefore to vary the value of P2.

Ainsi, selon une caractéristique originale de la présente invention, on fait varier de façon contrôlée ladite pression P2 en apportant de la puissance de façon contrôlée audit premier compresseur avec le dit premier moteur, de manière à ce que l'énergie consommée pour la mise en œuvre du procédé (Ef) soit minimale, de préférence lorsque la composition du gaz naturel à liquéfier varie.Thus, according to an original characteristic of the present invention, said pressure P2 is varied in a controlled manner by supplying power in a controlled manner to said first compressor with said first motor, so that the energy consumed for switching on implementation of the process (Ef) is minimal, preferably when the composition of the natural gas to be liquefied varies.

Ce procédé est plus particulièrement avantageux car il permet ainsi, en modulant et contrôlant spécifiquement la valeur de la pression P2 dudit troisième flux, de modifier et optimiser le point de fonctionnement du procédé, à savoir minimiser l'énergie consommée et donc augmenter le rendement notamment lorsque, comme cela arrive en cours d'exploitation, la composition du gaz naturel à liquéfier varie.This process is more particularly advantageous because it thus makes it possible, by modulating and specifically controlling the value of the pressure P2 of said third flow, to modify and optimize the operating point of the process, namely to minimize the energy consumed and therefore to increase the efficiency in particular. when, as happens during operation, the composition of the natural gas to be liquefied varies.

Plus particulièrement, ledit premier moteur apporte au moins 3%, de préférence de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre, la dite turbine à gaz fournissant de 97 à 70% de la puissance totale apportée.More particularly, said first engine provides at least 3%, preferably from 3 to 30% of the total power supplied to all of said compressors used, said gas turbine providing from 97 to 70% of the total power brought.

Plus particulièrement encore, on observe que lorsque l'on augmente la puissance injectée au niveau dudit premier moteur, la pression PI reste sensiblement constante, la pression P2 augmente et le rendement augmente, c'est à dire que la consommation en énergie exprimée en kW x jour/t diminue, jusqu'à atteindre un minimum, puis en augmentant encore la puissance apportée par ledit moteur, notamment au-delà de 30% de la puissance totale, ladite consommation en énergie augmente à nouveau.More particularly still, it is observed that when the power injected into said first motor is increased, the pressure PI remains substantially constant, the pressure P2 increases and the efficiency increases, that is to say that the energy consumption expressed in kW x day / t decreases, until it reaches a minimum, then by further increasing the power supplied by said motor, in particular beyond 30% of the total power, said energy consumption increases again.

Une unité de liquéfaction conventionnelle est dimensionnée par rapport aux puissances des turbines à gaz disponibles, les turbines de forte puissance étant couramment de 25MW, voire 30MW lorsqu'elles sont destinées à être installées sur un support flottant. Les turbines à gaz fixes installées à terre peuvent atteindre des puissances maximales de 90-100MW.A conventional liquefaction unit is sized in relation to the power of the gas turbines available, high power turbines commonly being 25MW, or even 30MW when they are intended to be installed on a floating support. Fixed gas turbines installed on land can reach maximum powers of 90-100MW.

On cherche en général à augmenter la puissance de l'installation, et il est alors possible d'installer en parallèle deux turbines à gaz identiques pour obtenir une puissance double, mais on alors deux lignes de machines tournantes, ce qui augmente les encombrements, les quantités de conduites et bien sûr les coûts.We generally seek to increase the power of the installation, and it is then possible to install two identical gas turbines in parallel to obtain double power, but we then have two lines of rotating machines, which increases the size, quantities of pipes and of course the costs.

En installant une seule turbine GT de n MW et en rajoutant de la puissance inférieure à n MW au niveau d'un dit deuxième moteur M2, le fonctionnement du procédé est identique en termes de rendement à celui utilisant deux turbines à gaz de n MW en parallèle.By installing a single GT turbine of n MW and adding power less than n MW at the level of a said second motor M2, the operation of the process is identical in terms of efficiency to that using two gas turbines of n MW in parallel.

Ainsi, l'ajout de puissance au niveau du deuxième moteur M2, de préférence grâce à une motorisation électrique, donne plus de souplesse au fonctionnement et permet ainsi un accroissement de puissance. En revanche le rendement de l'ensemble reste inchangé.Thus, the addition of power at the level of the second motor M2, preferably by virtue of an electric motor, gives more flexibility in operation and thus allows an increase in power. On the other hand, the yield of the whole remains unchanged.

Si par contre, on fournit la même puissance au niveau du premier moteur Ml, la puissance globale est toujours la même, mais dans ce cas le rendement de l'ensemble est amélioré, ce qui représente un gain d'énergie consommée pour la même puissance globale, par rapport à une injection de puissance au niveau du deuxième moteur M2.If, on the other hand, the same power is supplied to the level of the first motor M1, the overall power is always the same, but in this case the efficiency of the assembly is improved, which represents a gain in energy consumed for the same power. overall, relative to a power injection at the second engine M2.

Ainsi, en fonction de la production de gaz naturel, tant en quantité qu'en qualité, en provenance des nappes souterraines, on utilisera avantageusement une turbine à gaz GT, par exemple de 25MW, à plein régime en permanence que l'on complétera, voire le cas échéant modulera, par :Thus, depending on the production of natural gas, both in quantity and quality, from groundwater, a GT gas turbine, for example of 25MW, will advantageously be used, at full speed continuously which will be completed, or even if necessary modulate, by:

- injection de puissance au niveau de la turbine GT ou du deuxième moteur M2 sans changer le rendement global, et/ou- power injection at the level of the GT turbine or of the second M2 engine without changing the overall efficiency, and / or

- injection de puissance au niveau du premier moteur Ml ce qui a pour effet d'améliorer le rendement global, jusqu'à atteindre un optimum, c’est à dire un minimum de consommation d'énergie.- power injection at the level of the first M1 engine, which has the effect of improving the overall efficiency, until an optimum is reached, that is to say a minimum of energy consumption.

Dans une première variante de réalisation du procédé, on met en œuvre deux compresseurs montés en série, comprenant :In a first variant embodiment of the method, two compressors connected in series are used, comprising:

(i) au moins un premier compresseur, de préférence un dit premier compresseur couplé audit premier détendeur, comprimant de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant dudit premier échangeur, et (ii) au moins un deuxième compresseur, de préférence ledit deuxième compresseur couplé audit deuxième détendeur, comprimant de P2 à au moins P'3, P'3 étant supérieure à P2 et inférieure ou égale à P3, d'une part ledit troisième flux de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur, et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, pour obtenir ledit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement, et iii) ledit premier compresseur est actionné par un premier moteur, ledit deuxième compresseur étant actionné par au moins une dite turbine à gaz.(i) at least a first compressor, preferably a said first compressor coupled to said first expander, compressing from PI to P2 all of said first flow of refrigerant gas leaving said first exchanger, and (ii) at least a second compressor, from preferably said second compressor coupled to said second expansion valve, compressing from P2 to at least P'3, P'3 being greater than P2 and less than or equal to P3, on the one hand said third flow of refrigerant gas exiting at P2 from said first exchanger , and on the other hand said first flow of refrigerant gas compressed at P2 leaving said first compressor, to obtain said second flow of refrigerant gas at P3 and TO after cooling, and iii) said first compressor is operated by a first motor, said second compressor being actuated by at least one said gas turbine.

Cette première variante de réalisation est avantageuse en ce qu'elle permet en œuvre une installation la plus compacte en termes d'encombrement à bord du support flottant.This first variant embodiment is advantageous in that it allows for the most compact installation in terms of size on board the floating support.

Dans une deuxième variante de réalisation, on met en œuvre trois compresseurs montés en série, comprenant :In a second variant embodiment, three compressors connected in series are used, comprising:

(i) un premier compresseur actionné par un premier moteur et couplé audit premier détendeur, comprimant de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant dudit premier échangeur, et (ii) un deuxième compresseur actionné par un deuxième moteur et couplé audit deuxième détendeur, comprimant de P2 à P'3, P'3 étant supérieur à P2 et inférieure à P3, d'une part ledit troisième flux de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur, et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, et (iii un troisième compresseur actionné par une turbine à gaz pour fournir la majeure partie de l'énergie et comprimer de P'3 à P3 la totalité des premier et troisième flux de gaz réfrigérant comprimés par le deuxième compresseur, pour obtenir ledit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement, et (iv) ledit premier moteur apporte au moins 3%, de préférence encore de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvres, la turbine à gaz couplée au dit troisième compresseur, ainsi que ledit deuxième moteur couplé au deuxième compresseur fournissant ensemble de 97 à 70% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre.(i) a first compressor actuated by a first motor and coupled to said first expander, compressing from PI to P2 all of said first flow of refrigerant gas exiting from said first exchanger, and (ii) a second compressor actuated by a second motor and coupled said second regulator, compressing from P2 to P'3, P'3 being greater than P2 and less than P3, on the one hand said third flow of refrigerant gas leaving at P2 from said first exchanger, and on the other hand said first flow of refrigerant gas compressed at P2 exiting from said first compressor, and (iii a third compressor operated by a gas turbine to supply the major part of the energy and compress from P'3 to P3 all of the first and third streams of refrigerant gas compressed by the second compressor, to obtain said second flow of refrigerant gas at P3 and TO after cooling, and (iv) said first motor provides at least 3%, more preferably from 3 to 30% of the total power supplied to the in seems to be said compressors implemented, the gas turbine coupled to said third compressor, as well as said second motor coupled to the second compressor together providing 97 to 70% of the total power supplied to all of said compressors implemented.

Cette deuxième variante de réalisation est avantageuse en termes de rendement thermodynamique et de capacité de production car on peut utiliser alors avantageusement comme turbine à gaz une turbine de capacité maximale disponible sur le marché, c'est-à-dire 25-30MW dans le cas de turbines destinées à être installées sur un support flottant, plus un deuxième moteur électrique par exemple de 5 à 10 MW relié au deuxième compresseur, la puissance globale des deuxième moteur et troisième moteur (turbine à gaz) étant alors de 30 à 40MW, donc largement supérieure à celle des turbine à gaz les plus grosses disponibles sur le marché et destinées à des supports flottants. Avantageusement, le deuxième moteur peut être lui aussi une turbine à gaz, de préférence de puissance identique à la turbine à gaz principale, ce qui permet alors d'atteindre une puissance globale de 50 à 60MW.This second variant embodiment is advantageous in terms of thermodynamic efficiency and production capacity because a maximum capacity turbine available on the market can then be used advantageously as a gas turbine, that is to say 25-30MW in the case of gas turbine. turbines intended to be installed on a floating support, plus a second electric motor for example of 5 to 10 MW connected to the second compressor, the overall power of the second motor and third motor (gas turbine) then being 30 to 40MW, therefore vastly superior to that of the largest gas turbines available on the market and intended for floating supports. Advantageously, the second engine can also be a gas turbine, preferably of identical power to the main gas turbine, which then makes it possible to achieve an overall power of 50 to 60 MW.

Le procédé selon l'invention permet, en faisant varier la pression P2 par apport d'énergie audit premier compresseur à l'aide dudit premier moteur, de mettre en œuvre une énergie totale Ef minimale consommée dans le procédé inférieur à 21.5 kW x jour/t, plus particulièrement deThe method according to the invention makes it possible, by varying the pressure P2 by supplying energy to said first compressor using said first motor, to implement a minimum total energy Ef consumed in the method of less than 21.5 kW x day / t, more particularly of

18.5 à 20.5 kW x jour/t de gaz liquéfié produit.18.5 to 20.5 kW x day / t of liquefied gas produced.

D'une manière générale, on fonctionnera avec une turbine à gaz GT à plein régime, que l'on complétera par un apport de puissance au niveau du premier moteur Ml, ledit apport étant limité à moins de 30% de la puissance globale de manière à optimiser le rendement à la valeur minimale de 18.5 à 21.5 kW x jour/t, puis en cas de nécessité, on augmentera la puissance globale par injection de puissance au niveau du deuxième moteur M2, et concomitamment on réajustera la puissance injectée au niveau du premier moteur Ml, de manière à ce que ladite puissance soit toujours sensiblement égale à moins de 30% de la puissance globale de manière à conserver le rendement de l'installation à la valeur optimale de 18.5 à 21.5 kW x jour/t.In general, we will operate with a gas turbine GT at full speed, which will be completed by a power supply to the first engine M1, said input being limited to less than 30% of the overall power so to optimize the output to the minimum value of 18.5 to 21.5 kW x day / t, then if necessary, the overall power will be increased by power injection at the level of the second motor M2, and concomitantly the power injected at the level of the engine will be readjusted first motor M1, so that said power is always substantially equal to less than 30% of the overall power so as to keep the efficiency of the installation at the optimum value of 18.5 to 21.5 kW x day / t.

Ledit rendement optimal de 19.75 kW x jour/t pour une puissance du premier moteur Ml représentant 24% de la puissance totale est valable pour un fluide réfrigérant constitué de 100% d'azote. Dans le cas d'autres gaz tels que n éon ou hydrogène ou de mélanges azote-néon ou azote-hydrogène, le rendement optimal ainsi que le pourcentage de puissance varient de 18.5 à 21.5 kW x jour/t en fonction du gaz ou du mélange et des pourcentages de néon ou d'hydrogène, mais les avantages détaillés précédemment restent valables et même se cumulent.Said optimum yield of 19.75 kW x day / t for a power of the first motor M1 representing 24% of the total power is valid for a refrigerant fluid consisting of 100% nitrogen. In the case of other gases such as neon or hydrogen or nitrogen-neon or nitrogen-hydrogen mixtures, the optimum efficiency as well as the power percentage vary from 18.5 to 21.5 kW x day / t depending on the gas or the mixture and percentages of neon or hydrogen, but the advantages detailed previously remain valid and even accumulate.

Plus particulièrement, ledit gaz réfrigérant comprend de l'azote.More particularly, said refrigerant gas comprises nitrogen.

Dans une variante de réalisation, ledit gaz réfrigérant consiste en un gaz unique choisi parmi l'azote, l'hydrogène et le néon.In an alternative embodiment, said refrigerant gas consists of a single gas chosen from nitrogen, hydrogen and neon.

De préférence, le néon est préféré au regard des risque d'explosion plus important de l'hydrogène et du fait que l'hydrogène peut présenter une certaine propension à percoler à travers les joints en élastomères et même à travers les parois métalliques de faible épaisseur.Preferably, neon is preferred in view of the greater risk of explosion of hydrogen and the fact that hydrogen may have a certain propensity to percolate through elastomeric seals and even through thin metal walls. .

Selon d'autres caractéristiques particulières :According to other particular characteristics:

- la composition du gaz naturel à liquéfier est comprise dans les fourchettes suivantes pour un total de 100% :- the composition of the natural gas to be liquefied is included in the following ranges for a total of 100%:

- Méthane de 80 à 100%,- Methane from 80 to 100%,

- azote de 0 à 20 %- nitrogen from 0 to 20%

- éthane de 0 à 20%- ethane from 0 to 20%

- propane de 0 à 20 %, et- propane from 0 to 20%, and

- butane de 0 à 20 % ; et- butane from 0 to 20%; and

- les températures suivantes :- the following temperatures:

- T0 et T0' sont de 10 à 35 °C (température en AA), et- T0 and T0 'are 10 to 35 ° C (temperature in AA), and

- T3 et T3' sont de -160 à -170°C (température en DD), et- T3 and T3 'are from -160 to -170 ° C (temperature in DD), and

- T2 et T2' sont de -100 à - 140°C (température en CC), et- T2 and T2 'are from -100 to - 140 ° C (temperature in CC), and

- Tl et Tl' sont de -30 à -70°C (température en CC) ;- Tl and Tl 'are from -30 to -70 ° C (temperature in CC);

Pour les pressions suivantes :For the following pressures:

- PO est de 0.5 à 5 MPa (5 à 50 bars), et- PO is 0.5 to 5 MPa (5 to 50 bars), and

- PI est de 0.5 à 5 MPa, et- PI is 0.5 to 5 MPa, and

- P2 est de 1 à 10 MPa (10 à lOObars), et- P2 is 1 to 10 MPa (10 to lOObars), and

- P3 est de 5 à 20 MPa (50 à 200bars).- P3 is 5 to 20 MPa (50 to 200 bars).

La présente invention fournit également une installation embarquée sur un navire ou support flottant pour mettre en œuvre un procédé selon l'invention caractérisé en ce qu'elle comprend :The present invention also provides an installation on board a ship or floating support for implementing a method according to the invention, characterized in that it comprises:

- au moins 3 dits échangeurs de chaleur cryogéniques en série comprenant au moins :- at least 3 said cryogenic heat exchangers in series comprising at least:

- un premier conduit de circulation à contre-courant apte à faire circuler un premier flux de gaz réfrigérant à l'état gazeux comprimés à PI traversant à contre-courant successivement les 3 troisième, deuxième et premier échangeurs,- A first counter-current circulation duct capable of circulating a first flow of refrigerant gas in the compressed gaseous state at PI passing through the 3 third, second and first exchangers successively,

- un deuxième conduit de circulation à co-courant apte à faire circuler un dit deuxième flux de gaz réfrigérant à l'état gazeux comprimé à P3 traversant à co-courant uniquement successivement les dits premier et deuxième échangeurs,a second co-current circulation duct capable of circulating a said second flow of refrigerant gas in the gaseous state compressed at P3 passing only successively passing through said first and second exchangers,

- un troisième conduit de circulation à contre-courant du dit gaz réfrigérant apte à la circulation circuler un dit troisième flux de gaz réfrigérant à l'état gazeux comprimé à P2 traversant à contre-courant uniquement successivement les dits deuxième et premier échangeurs,a third countercurrent circulation duct of said refrigerant gas suitable for circulation to circulate a said third flow of refrigerant gas in the gaseous state compressed at P2 passing only successively through said second and first exchangers in countercurrent manner,

- un quatrième conduit apte à faire circuler ledit gaz naturel à liquéfier traversant successivement les 3 premier, deuxième et troisième échangeurs,- a fourth duct capable of circulating said natural gas to be liquefied passing successively through the first, second and third exchangers,

- un premier détendeur entre la sortie dudit deuxième conduit et l'entrée dudit premier conduit,- a first regulator between the outlet of said second duct and the inlet of said first duct,

- un deuxième détendeur entre (i) une dérivation dudit deuxième conduit située entre les dits premier et deuxième échangeur et (ii) l'entrée dudit troisième conduit, et- a second regulator between (i) a bypass of said second duct located between said first and second exchanger and (ii) the inlet of said third duct, and

- un premier compresseur à la sortie dudit premier conduit couplé à une turbine constituant ledit premier détendeur,- a first compressor at the outlet of said first duct coupled to a turbine constituting said first expander,

- un deuxième compresseur à la sortie du dit deuxième conduit couplé à une turbine constituant ledit deuxième détendeur, ledit deuxième compresseur étant monté en série avec ledit premier compresseur, notamment en sortie dudit premier compresseur, eta second compressor at the outlet of said second duct coupled to a turbine constituting said second expander, said second compressor being mounted in series with said first compressor, in particular at the outlet of said first compressor, and

- un conduit de circulation de la totalité du gaz comprimé à P2 par le premier compresseur vers le deuxième compresseur ainsi monté en série dudit premier compresseur, eta conduit for circulating all of the gas compressed at P2 by the first compressor to the second compressor thus mounted in series with said first compressor, and

- au moins un premier moteur couplé audit premier compresseur, apte à apporter au moins 3%, de préférence 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble desdits compresseurs mis en œuvre.- at least a first motor coupled to said first compressor, capable of providing at least 3%, preferably 3 to 30% of the total power supplied to all of said compressors used.

Plus particulièrement encore, une dite installation comprend + seulement au moins deux compresseurs montés en série, comprenant :More particularly still, a said installation comprises + only at least two compressors mounted in series, comprising:

(i) au moins un dit premier compresseur couplé audit premier détendeur, apte à comprimer de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant dudit premier échangeur, et (ii) au moins un deuxième compresseur couplé audit deuxième détendeur, apte à comprimer de P2 à P3, d'une part ledit troisième flux de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, pour obtenir ledit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement, et (iii) un dit premier moteur couplé à un dit premier compresseur, et une turbine à gaz couplée à un dit deuxième compresseur, ledit premier moteur étant apte à apporter au moins 3%, de préférence encore de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre, et (iv) ladite turbine à gaz couplée audit deuxième compresseur étant apte à fournir de 97 à 70% de la puissance totale apportée.(i) at least one said first compressor coupled to said first expander, capable of compressing from PI to P2 all of said first flow of refrigerant gas leaving said first exchanger, and (ii) at least one second compressor coupled to said second expander, capable of in compressing from P2 to P3, on the one hand said third flow of refrigerant gas leaving at P2 from said first exchanger and, on the other hand, said first flow of compressed refrigerant gas at P2 leaving said first compressor, to obtain said second flow of gas refrigerant at P3 and TO after cooling, and (iii) a said first motor coupled to a said first compressor, and a gas turbine coupled to a said second compressor, said first motor being able to provide at least 3%, more preferably from 3 to 30% of the total power supplied to all of said compressors used, and (iv) said gas turbine coupled to said second compressor being able to supply from 97 to 70% of the total power supplied.

Plus particulièrement encore, une installation selon l'invention comprend :More particularly still, an installation according to the invention comprises:

seulement trois compresseurs montés en série comprenant :only three compressors mounted in series comprising:

(i) un dit premier compresseur couplé audit premier détendeur et à un dit premier moteur, et (ii) un dit deuxième compresseur couplé audit deuxième détendeur et à un dit deuxième moteur, et (iii) un troisième compresseur couplé à une turbine à gaz apte à fournir la majeure partie de l'énergie et apte à comprimer à P3 la totalité des premier et troisième flux de gaz réfrigérant comprimés par ledit deuxième compresseur, pour obtenir ledit troisième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement, et (iv) ledit premier moteur étant apte à apporter au moins 3%, de préférence encore de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvres, la turbine à gaz couplée au dit troisième compresseur, ainsi que ledit deuxième moteur couplé au deuxième compresseur étant apte à fournir ensemble de 97 à 70% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre.(i) a said first compressor coupled to said first expander and to a said first motor, and (ii) a said second compressor coupled to said second expander and to a said second motor, and (iii) a third compressor coupled to a gas turbine capable of supplying the major part of the energy and capable of compressing at P3 all of the first and third streams of refrigerant gas compressed by said second compressor, to obtain said third stream of refrigerant gas at P3 and TO after cooling, and (iv ) said first motor being able to provide at least 3%, more preferably from 3 to 30% of the total power supplied to all of said compressors used, the gas turbine coupled to said third compressor, as well as said second motor coupled to the second compressor being able to provide together from 97 to 70% of the total power supplied to all of said compressors used.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée de différents modes de réalisation qui va suivre, en référence aux figures suivantes.Other characteristics and advantages of the present invention will become apparent in the light of the detailed description of various embodiments which will follow, with reference to the following figures.

- la figure 1 représente le diagramme d'un procédé standard de liquéfaction à double boucle utilisant l'azote comme gaz réfrigérant,- Figure 1 shows the diagram of a standard double loop liquefaction process using nitrogen as refrigerant gas,

- la figure 2 représente le diagramme d'un procédé de liquéfaction selon l'invention à triple boucle utilisant l'azote ou un mélange comportant de l'azote comme gaz réfrigérant, dans une version dite « équilibrée »,- Figure 2 shows the diagram of a liquefaction process according to the invention with triple loop using nitrogen or a mixture comprising nitrogen as refrigerant gas, in a so-called “balanced” version,

- la figure 3 représente le diagramme d'un procédé de liquéfaction selon l'invention à triple boucle utilisant l'azote ou un mélange comportant de l'azote comme gaz réfrigérant, dans une version dite « compacte »,- Figure 3 shows the diagram of a triple loop liquefaction process according to the invention using nitrogen or a mixture comprising nitrogen as refrigerant gas, in a so-called “compact” version,

- la figure 4 représente un diagramme de refroidissement et de liquéfaction d'un gaz naturel dans le cadre d'un procédé de liquéfaction selon l'invention représentant l'enthalpie du gaz naturel et du fluide réfrigérant (kJ/kg) en fonction de la température de T0 à T3,- Figure 4 shows a diagram of cooling and liquefaction of a natural gas in the context of a liquefaction process according to the invention representing the enthalpy of natural gas and the refrigerant fluid (kJ / kg) as a function of the temperature from T0 to T3,

- les figures 5 et 5A représentent des diagrammes de l'énergie totale consommée (Ef) en kW x jour par tonne de GNL produit (kW x jour/t) d'un procédé de liquéfaction selon l’invention utilisant un mélange d'azote et de néon comme gaz réfrigérant, en fonction de la pression PI et des divers pourcentages en néon dudit mélange,- Figures 5 and 5A represent diagrams of the total energy consumed (Ef) in kW x day per tonne of LNG produced (kW x day / t) of a liquefaction process according to the invention using a mixture of nitrogen and neon as refrigerant gas, depending on the pressure PI and the various neon percentages of said mixture,

- les figures 5 et 5B représentent des diagrammes l'énergie totale consommée (Ef) kW x jour/t de GNL produit d'un procédé de liquéfaction selon l’invention utilisant un mélange d'azote et d'hydrogène comme gaz réfrigérant, en fonction de la pression PI et des divers pourcentages en hydrogène dudit mélange,- Figures 5 and 5B show diagrams the total energy consumed (Ef) kW x day / t of LNG produced from a liquefaction process according to the invention using a mixture of nitrogen and hydrogen as refrigerant gas, in as a function of the pressure PI and of the various percentages of hydrogen of said mixture,

- la figure 6A représente un diagramme de l'énergie totale consommée (Ef) en kW x jour/t de GNL produit d'un procédé de liquéfaction selon l’invention utilisant un mélange d'azote et de néon comme gaz réfrigérant en fonction de la pression P2 et divers pourcentages en néon dudit mélange,- Figure 6A shows a diagram of the total energy consumed (Ef) in kW x day / t of LNG produced from a liquefaction process according to the invention using a mixture of nitrogen and neon as refrigerant gas as a function of the pressure P2 and various neon percentages of said mixture,

- la figure 6B représente des diagrammes de ['énergie totale consommée (Ef) en kW x jour/t de GNL produit d'un procédé de liquéfaction selon l’invention utilisant un mélange d'azote et d'hydrogène comme gaz réfrigérant, en fonction de la pression P2 et divers pourcentages en hydrogène dudit mélange,FIG. 6B represents diagrams of the total energy consumed (Ef) in kW x day / t of LNG produced from a liquefaction process according to the invention using a mixture of nitrogen and hydrogen as refrigerant gas, in as a function of the pressure P2 and various percentages of hydrogen of said mixture,

- la figure 7 représente un diagramme de l'énergie totale consommée (Ef) en kW x jour/t de GNL produit de GNL produit dans un procédé de liquéfaction de la technique antérieure (60) et d'un procédé de liquéfaction selon l’invention, utilisant de l'azote comme gaz réfrigérant selon le niveau de la pression P3,- Figure 7 shows a diagram of the total energy consumed (Ef) in kW x day / t of LNG produced from LNG produced in a prior art liquefaction process (60) and a liquefaction process according to invention, using nitrogen as refrigerant gas according to the pressure level P3,

- la figure 7A représente un diagramme de l'énergie totale consommée (Ef) en kW x jour/t de GNL produit d'un procédé de liquéfaction selon l’invention utilisant un mélange d'azote et de néon comme gaz réfrigérant en fonction de la pression P3 et divers pourcentages en néon dudit mélange,- Figure 7A shows a diagram of the total energy consumed (Ef) in kW x day / t of LNG produced from a liquefaction process according to the invention using a mixture of nitrogen and neon as refrigerant gas as a function of the pressure P3 and various neon percentages of said mixture,

- la figure 7B représente un diagramme de l'énergie totale consommée (Ef) en kW x jour/t de GNL produit d'un procédé de liquéfaction selon l’invention utilisant un mélange d'azote et d'hydrogène comme gaz réfrigérant en fonction de !a pression P3 et divers pourcentages en hydrogène dudit mélange.FIG. 7B represents a diagram of the total energy consumed (Ef) in kW x day / t of LNG produced from a liquefaction process according to the invention using a mixture of nitrogen and hydrogen as refrigerant gas depending on of! A pressure P3 and various percentages of hydrogen of said mixture.

Sur la figure 1 on a représenté le PFD (Process Flow Diagram), c’est à dire le diagramme des flux du procédé standard à double boucle sans changement de phase utilisant de l'azote comme gaz réfrigérant. Le procédé comporte des compresseurs Cl, C2 et C3, des détendeurs El et E2, des refroidisseurs intermédiaires HI et H2 ainsi que des échangeurs cryogéniques EC1, EC2 et EC3. Les échangeurs de chaleur sont constitués, de manière connue, d'au moins deux circuits de fluides juxtaposés mais ne communiquant pas entre eux au niveau desdits fluides, les fluides circulant dans lesdits circuits échangeant de la chaleur tout au long du parcours au sein dudit échangeur thermique. De nombreux types d'échangeurs thermiques ont été développés pour les diverses industries et dans le cadre des échangeurs cryogéniques deux types prédominent de manière connue : - d'une part les échangeurs bobinés, d'autre part les échangeurs à plaque aluminium dites « brasées » appelés en anglais « cold box ».Figure 1 shows the PFD (Process Flow Diagram), that is to say the flow diagram of the standard double loop process without phase change using nitrogen as refrigerant gas. The process comprises compressors C1, C2 and C3, expansion valves El and E2, intercoolers HI and H2 as well as cryogenic exchangers EC1, EC2 and EC3. The heat exchangers consist, in a known manner, of at least two fluid circuits juxtaposed but not communicating with each other at the level of said fluids, the fluids circulating in said circuits exchanging heat throughout the path within said exchanger thermal. Numerous types of heat exchangers have been developed for the various industries and within the context of cryogenic exchangers two types predominate in a known manner: on the one hand wound exchangers, on the other hand so-called “brazed” aluminum plate exchangers. called in English "cold box".

Des échangeurs de ce type sont connus de l'homme de l'Art et commercialisés par les sociétés LINDE (France) ou FIVE Cryogénie (France). Ainsi, tous les circuits d'un échangeur cryogénique sont en contact thermique les uns avec les autres pour échanger des calories, mais les fluides qui y circulent ne se mélangent pas. Chacun des circuits est dimensionné pour présenter un minimum de pertes de charges au débit maximal de fluide réfrigérant et une résistance suffisante pour résister à la pression dudit fluide réfrigérant existant dans la boucle concernée.Exchangers of this type are known to those skilled in the art and marketed by the companies LINDE (France) or FIVE Cryogénie (France). Thus, all the circuits of a cryogenic exchanger are in thermal contact with each other to exchange calories, but the fluids which circulate therein do not mix. Each of the circuits is dimensioned to have a minimum of pressure drops at the maximum flow rate of refrigerant fluid and sufficient resistance to withstand the pressure of said refrigerant fluid existing in the loop concerned.

De manière conventionnelle, un détendeur réalise une chute de pression d'un fluide ou d'un gaz et est représenté par un trapèze symétrique, dont la petite base représente l'entrée 10a (haute pression), et la grande base représente la sortie 10b (basse pression) comme illustré sur la figure 1 en référence au détendeur E2, ledit détendeur pouvant être une simple réduction du diamètre de la conduite, ou encore une vanne ajustable, mais dans le cas du procédé de liquéfaction selon l'invention le détendeur est en général une turbine destinée à récupérer de l'énergie mécanique lors de ladite détente, pour que cette énergie ne soit pas perdue.Conventionally, a regulator achieves a pressure drop of a fluid or a gas and is represented by a symmetrical trapezoid, the small base of which represents the inlet 10a (high pressure), and the large base represents the outlet 10b (low pressure) as illustrated in Figure 1 with reference to the regulator E2, said regulator can be a simple reduction in the diameter of the pipe, or an adjustable valve, but in the case of the liquefaction process according to the invention the regulator is in general a turbine intended to recover mechanical energy during said expansion, so that this energy is not lost.

De la même manière, et de manière conventionnelle, un compresseur augmente la pression d'un gaz et est représenté par un trapèze symétrique, dont la grande base représente l'entrée lia (basse pression), et la petite base représente la sortie 11b (haute pression) comme illustré sur la figure 1 en référence au compresseur C2, ledit compresseur étant en général une turbine ou un compresseur à pistons, ou encore un compresseur à spirale. Selon l'invention, de préférence (figure 2 et 3) les compresseurs Cl et C2 sont reliés mécaniquement à un moteur Ml et M2 qui peut être soit à un moteur thermique, soit à un moteur électrique, ou toute autre installation capable de fournir de l'énergie mécanique.Similarly, and in a conventional manner, a compressor increases the pressure of a gas and is represented by a symmetrical trapezoid, the large base of which represents the inlet 11a (low pressure), and the small base represents the outlet 11b ( high pressure) as illustrated in FIG. 1 with reference to compressor C2, said compressor generally being a turbine or a piston compressor, or even a scroll compressor. According to the invention, preferably (Figure 2 and 3) the compressors C1 and C2 are mechanically connected to a motor M1 and M2 which can be either a heat engine or an electric motor, or any other installation capable of providing mechanical energy.

Le gaz naturel circule dans le circuit Sg et entre en AA dans le premier échangeur cryogénique EC1 à une température TO, supérieure ou sensiblement égale à la température ambiante, et Tl=-50°C environ. Dans cet échangeur EC1, le gaz naturel se refroidit, mais reste à l'état de gaz. Puis il passe en BB dans l'échangeur cryogénique EC2 dont la température est comprise entre Tl=-50°C environ et T2=-120°C environ.The natural gas circulates in the circuit Sg and enters at AA in the first cryogenic exchanger EC1 at a temperature TO, greater than or substantially equal to the ambient temperature, and Tl = -50 ° C. approximately. In this exchanger EC1, the natural gas cools, but remains in the gas state. Then it passes to BB in the cryogenic exchanger EC2, the temperature of which is between Tl = -50 ° C approximately and T2 = -120 ° C approximately.

Dans cet échangeur EC2, la totalité du gaz naturel se liquéfie en GNL à une température de T2=-120°C environ, puis le GNL passe en CC dans l'échangeur cryogénique EC3. Dans cet échangeur EC3, le GNL est refroidi jusqu'à la température de T3=-165°C ce qui permet d'évacuer le GNL en partie basse en DD, puis de le dépressuriser en EE pour enfin le stocker liquide à la pression atmosphérique ambiante, c’est à dire à une pression absolue de 1 bar environ (soit environ O.lMPa). Tout au long de ce parcours du gaz naturel dans le circuit Sg dans les divers échangeurs, le gaz naturel se refroidit en cédant des calories au gaz réfrigérant, lequel se réchauffe alors et doit subir de manière permanente un cycle thermodynamique complet pour pouvoir extraire de manière continue des calories au gaz naturel entrant en AA.In this exchanger EC2, all of the natural gas liquefies into LNG at a temperature of T2 = -120 ° C approximately, then the LNG passes to CC in the cryogenic exchanger EC3. In this EC3 exchanger, the LNG is cooled down to a temperature of T3 = -165 ° C which allows the LNG to be evacuated in the lower part in DD, then to depressurize it in EE to finally store it liquid at atmospheric pressure ambient, that is to say at an absolute pressure of approximately 1 bar (i.e. approximately O.lMPa). Throughout this natural gas journey in the Sg circuit in the various exchangers, the natural gas cools by giving up calories to the refrigerant gas, which then heats up and must permanently undergo a complete thermodynamic cycle in order to be able to extract in a continues natural gas calories entering AA.

Ainsi, le parcours du gaz naturel est représenté sur la gauche du PFD, et ledit gaz circule du haut vers le bas dans le circuit Sg, la température étant décroissante du haut vers le bas, depuis une température TO sensiblement ambiante en haut en AA, jusqu'à une température T3 d'environ -165°C en bas en DD.Thus, the path of natural gas is represented on the left of the PFD, and said gas circulates from top to bottom in the circuit Sg, the temperature decreasing from top to bottom, from a substantially ambient temperature TO at the top in AA, up to a temperature T3 of about -165 ° C at the bottom in DD.

Sur la partie droite du PFD, on a représenté le cycle thermodynamique du gaz réfrigérant à double boucle correspondant aux circuits SI et S2. Pour la clarté des explications, les niveaux de pression dans les principaux circuits sont représentés en trait fin pour la basse pression (PI dans le circuit SI), en trait moyen pour la pression intermédiaire (P2), et en trait fort pour la haute pression (P3 dans le circuit S2).On the right side of the PFD, there is shown the thermodynamic cycle of the double-loop refrigerant gas corresponding to circuits SI and S2. For clarity of explanation, the pressure levels in the main circuits are shown in thin lines for low pressure (PI in the SI circuit), in medium lines for intermediate pressure (P2), and in solid lines for high pressure (P3 in circuit S2).

Dans un schéma classique représenté sur la figure 1, les phases 1, 2 et 3 sont réalisées par une boucle basse pression PI à très basse température à l'entrée inférieure de EC3.In a conventional diagram shown in FIG. 1, phases 1, 2 and 3 are carried out by a low pressure loop PI at very low temperature at the lower inlet of EC3.

L'installation est composé de :The installation is composed of:

• un moteur, en général une turbine à gaz GT qui actionne le compresseur C3 et fournit l'intégralité de la puissance mécanique, • de 3 compresseurs :• an engine, generally a gas turbine GT which drives compressor C3 and provides all of the mechanical power, • 3 compressors:

C3 qui comprime l'intégralité du flux de réfrigérant,C3 which compresses the entire flow of refrigerant,

C2 qui est accouplé à la turbine E2 et qui comprime la portion D'2 du flux total D, etC2 which is coupled to the turbine E2 and which compresses the portion D'2 of the total flow D, and

Cl qui est accouplé à la turbine El et qui comprime la portion complémentaire D'I du flux total D, • de 2 turbines,Cl which is coupled to the turbine El and which compresses the complementary portion D'I of the total flow D, • of 2 turbines,

E2 couplé en direct sur le compresseur C2, et qui détend la portion D2 du flux total D, depuis la haute pression P3 jusqu'à la basse pression PI,E2 coupled directly to compressor C2, and which expands portion D2 of total flow D, from high pressure P3 to low pressure PI,

El couplé en direct sur le compresseur Cl, et qui détend la portion DI du flux total D, depuis la haute pression P3 jusqu'à la basse pression PI, • d'un échangeur cryogénique en trois parties ou 3 échangeurs en série EC1, EC2 et EC3, correspondant respectivement aux phase 1, phase 2 et phase 3 de la liquéfaction, comportant trois circuits, respectivement SG (gaz naturel) et S1-S2 (gaz réfrigérant), • de deux refroidisseurs au minimum, HI et H2, situés respectivement en sortie du compresseur principal C3 (Hl) et sur la boucle haute pression (H2), avant l'entrée dans les échangeurs cryogéniques.El coupled directly to the compressor C1, and which expands the DI portion of the total flow D, from high pressure P3 to low pressure PI, • a cryogenic exchanger in three parts or 3 exchangers in series EC1, EC2 and EC3, corresponding respectively to phase 1, phase 2 and phase 3 of liquefaction, comprising three circuits, respectively SG (natural gas) and S1-S2 (refrigerant gas), • at least two coolers, HI and H2, located respectively at the outlet of the main compressor C3 (Hl) and on the high pressure loop (H2), before entering the cryogenic exchangers.

Un refroidisseur Hl, H2 peut être constitué d'un échangeur à eau, par exemple un échangeur à eau de mer ou de rivière ou air froid du type ventilo convecteur ou tour de refroidissement, telle que celles utilisées dans les centrales nucléaires.A cooler H1, H2 can consist of a water exchanger, for example a sea or river water or cold air exchanger of the fan coil or cooling tower type, such as those used in nuclear power plants.

Plus précisément sur la figure 1, on a représenté le schéma d'un procédé et installation dans lesquels on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :More specifically in Figure 1, there is shown the diagram of a process and installation in which said natural gas to be liquefied is liquefied by carrying out the following concomitant steps of:

(a) circulation dudit gaz naturel à liquéfier circulant Sg à une pression PO supérieure ou égale à la pression atmosphérique (Patm), de préférence PO étant supérieure à la pression atmosphérique, dans 3 échangeurs de chaleur cryogéniques EC1,EC2, et EC3 disposés en série dont :(a) circulation of said natural gas to be liquefied circulating Sg at a pressure PO greater than or equal to atmospheric pressure (Patm), preferably PO being greater than atmospheric pressure, in 3 cryogenic heat exchangers EC1, EC2, and EC3 arranged in series including:

- un premier échangeur EC1 dans lequel ledit gaz naturel entrant à une température TO est refroidi et sort BB à une température Tl inférieure à TO à Eaquelle tous les composants dudit gaz naturel sont encore à l'état gazeux, puisa first exchanger EC1 in which said natural gas entering at a temperature TO is cooled and exits BB at a temperature T1 lower than TO at E which all the components of said natural gas are still in the gaseous state, then

- un deuxième échangeur EC2 dans lequel le gaz naturel est entièrement liquéfié et sort en CC à une température T2 inférieure à Tl, et- a second exchanger EC2 in which the natural gas is completely liquefied and leaves in CC at a temperature T2 lower than T1, and

- un troisième échangeur EC3 dans lequel ledit gaz naturel liquéfié est refroidi de T2 à T3, T3 étant inférieure à T2 et T3 étant inférieure ou égale à la température de liquéfaction dudit gaz naturel à pression atmosphérique, et (b) circulation en circuit fermé à contre-courant d'un premier flux SI de gaz réfrigérant à l'état gazeux comprimé à une pression PI inférieure à P3 en contact indirect avec et à contre-courant du flux de gaz naturel Sg, ledit premier flux SI à une pression PI traversant les 3 échangeurs EC3, EC2, et EC1 entrant en DD dans ledit troisième échangeur EC3 à une température T3' inférieure à T3 puis sortant dudit troisième échangeur et entrant dans ledit deuxième échangeur EC2 en CC à une température T2' inférieure à T2, puis sortant du deuxième échangeur et entrant dans le premier échangeur EC1 en BB à une température ΤΓ inférieure à Tl et sortant en AA dudit premier échangeur EC1 à une température TO' inférieure ou égale à TO,- a third exchanger EC3 in which said liquefied natural gas is cooled from T2 to T3, T3 being less than T2 and T3 being less than or equal to the liquefaction temperature of said natural gas at atmospheric pressure, and (b) circulation in a closed circuit at counter-current of a first flow SI of refrigerant gas in the gaseous state compressed at a pressure PI less than P3 in indirect contact with and against the current of the flow of natural gas Sg, said first flow SI at a pressure PI passing through the 3 exchangers EC3, EC2, and EC1 entering in DD into said third exchanger EC3 at a temperature T3 'lower than T3 then leaving said third exchanger and entering said second exchanger EC2 in CC at a temperature T2' lower than T2, then exiting from the second exchanger and entering the first exchanger EC1 at BB at a temperature ΤΓ less than T1 and exiting at AA from said first exchanger EC1 at a temperature TO 'less than or equal to TO,

- ledit premier flux SI de gaz réfrigérant à PI et T3' étant obtenu par détente dans un premier détendeur El d'une première partie DI d'un deuxième flux S2 de gaz réfrigérant comprimé à P3 supérieure à PI circulant à co-courant dudit gaz naturel entrant en AA dans ledit premier échangeur EC1 à TO et sortant CC dudit deuxième échangeur EC2 sensiblement à T2, et- Said first flow SI of refrigerant gas at PI and T3 'being obtained by expansion in a first regulator El of a first part DI of a second flow S2 of refrigerant gas compressed at P3 greater than PI circulating in co-current of said gas natural entering at AA in said first exchanger EC1 at TO and leaving CC from said second exchanger EC2 substantially at T2, and

- une deuxième partie D2 dudit deuxième flux S2 de gaz réfrigérant comprimé P3 circulant à co-courant dudit gaz naturel entrant en AA dans ledit premier échangeur EC1 à TO et sortant dudit premier échangeur sensiblement à Tl est détendue dans un deuxième détendeur E2 à ladite pression PI et à une dite température T2', et est recyclée pour rejoindre ledit premier flux à l'entrée en CC dudit deuxième échangeur, et (c) ledit deuxième flux S2 comprimé à P3 est obtenu par compression par trois compresseurs Cl, C2, et C3 suivi d'au moins deux refroidissements HI et H2 dudit premier flux SI de gaz réfrigérant recyclé sortant en AA du dit premier échangeur EC1, par un premier compresseur Cl couplé audit premier détendeur El, et (d) après l'étape (a) on dépressurise le gaz naturel liquéfié depuis la pression PO à la pression atmosphérique.a second part D2 of said second stream S2 of compressed refrigerant gas P3 circulating in co-current with said natural gas entering at AA in said first exchanger EC1 at TO and leaving said first exchanger substantially at T1 is expanded in a second regulator E2 at said pressure PI and at a said temperature T2 ′, and is recycled to join said first flow at the DC inlet of said second exchanger, and (c) said second flow S2 compressed at P3 is obtained by compression by three compressors C1, C2, and C3 followed by at least two coolings HI and H2 of said first flow SI of recycled refrigerant gas leaving at AA from said first exchanger EC1, by a first compressor C1 coupled to said first expansion valve El, and (d) after step (a) the liquefied natural gas is depressurized from the pressure PO to atmospheric pressure.

Plus précisément, sur la figure 1, on met en œuvre 3 compresseurs dont 2 premier et deuxième compresseurs disposés en parallèle comprenant :More precisely, in FIG. 1, 3 compressors are used, including 2 first and second compressors arranged in parallel comprising:

- un troisième compresseur C3 actionné par un moteur de préférence une turbine à gaz GT pour comprimer de P2T à P'3, P'3 étant compris entre PI et P3, la totalité du premier flux de gaz réfrigérant provenant de la sortie en AA dudit premier échangeur EC1, et- a third compressor C3 actuated by an engine, preferably a gas turbine GT to compress from P2T to P'3, P'3 being between PI and P3, the whole of the first flow of refrigerant gas coming from the outlet at AA of said first exchanger EC1, and

- un premier compresseur Cl couplé au premier détendeur El consistant en une turbine, pour comprimer de P2 à P'3, une partie Dl' dudit premier flux de gaz réfrigérant, comprimé par le troisième compresseur C3, eta first compressor C1 coupled to the first expansion valve El consisting of a turbine, for compressing from P2 to P'3, a part Dl 'of said first flow of refrigerant gas, compressed by the third compressor C3, and

- un deuxième compresseur C2 couplé au deuxième détendeur E2 consistant en une turbine, pour comprimer de P'3 à P3 une partie D2' dudit premier flux de gaz réfrigérant comprimé par le troisième compresseur C3.- A second compressor C2 coupled to the second expansion valve E2 consisting of a turbine, for compressing from P'3 to P3 a part D2 'of said first flow of refrigerant gas compressed by the third compressor C3.

Dans la figure 1, Cl et C2 sont donc disposés en parallèle et opèrent entre la moyenne pression P'3 et la haute pression P3 sur la totalité du flux en provenance de C3.In FIG. 1, C1 and C2 are therefore arranged in parallel and operate between the medium pressure P'3 and the high pressure P3 over the entire flow coming from C3.

Le gaz réfrigérant en sortie haute en AA du circuit SI, au niveau de l'échangeur EC1 a un débit D : il est à la basse pression PI et à une température ΤΌ sensiblement inférieure à TO et à la température ambiante. Il est alors comprimé en C3 à la pression P'3 puis passe à travers un refroidisseur Hl. Le fluide de débit D est alors séparé en deux partie de débits Dl' et D2' qui alimentent respectivement les compresseurs Cl (Dl') et C2 (D2') opérant en parallèle. Les deux flux à la pression P3 sont ensuite rassemblés puis refroidis sensiblement jusqu’à la température ambiante TO en passant dans le refroidisseur H2. Ce flux global D entre alors dans le haut de l’échangeur cryogénique EC1 au niveau du circuit S2, puis à la sortie du premier niveau, en BB, un large partie du flux de débit D2 (D2 supérieure à Dl) est extraite et dirigée vers la turbine E2 couplée au compresseur C2. Le reste du flux Dl traverse le deuxième étage de l'échangeur cryogénique EC2, puis au niveau CC est dirigé vers la turbine El couplée au compresseur Cl.The refrigerant gas at the high outlet in AA of the circuit SI, at the level of the exchanger EC1 has a flow rate D: it is at low pressure PI and at a temperature ΤΌ appreciably lower than TO and at ambient temperature. It is then compressed at C3 to pressure P'3 and then passes through a cooler H1. The flow rate fluid D is then separated into two parts of flow rates Dl 'and D2' which respectively feed the compressors C1 (Dl ') and C2 (D2') operating in parallel. The two streams at pressure P3 are then combined and then cooled substantially to ambient temperature TO by passing through the cooler H2. This overall flow D then enters the top of the cryogenic exchanger EC1 at the level of the circuit S2, then at the exit of the first level, in BB, a large part of the flow rate D2 (D2 greater than Dl) is extracted and directed. to the turbine E2 coupled to the compressor C2. The rest of the flow D1 passes through the second stage of the cryogenic exchanger EC2, then at level CC is directed to the turbine El coupled to the compressor C1.

A la sortie de la turbine El le gaz réfrigérant, à une température T3' inférieure à T3=-165°C, est alors dirigé vers le bas de l'échangeur cryogénique EC3 dans le circuit SI et remonte à contre-courant du gaz à liquéfier circulant dans le circuit Sg, dont ii assure la phase finale 3 de la liquéfaction.At the outlet of the turbine El, the refrigerant gas, at a temperature T3 'lower than T3 = -165 ° C, is then directed towards the bottom of the cryogenic exchanger EC3 in the circuit SI and goes up against the current of the gas at liquefy circulating in the circuit Sg, of which ii ensures the final phase 3 of the liquefaction.

Le flux D2 de gaz réfrigérant en provenance de la turbine E2 est à une pression PI et température T2 d'environ -120°C et est recombiné au sein du circuit SI au flux DI en provenance de la turbine El au niveau de la sortie supérieure de l'échangeur cryogénique EC3 en CC.The flow D2 of refrigerant gas coming from the turbine E2 is at a pressure PI and temperature T2 of about -120 ° C and is recombined within the circuit SI with the flow DI coming from the turbine El at the level of the upper outlet of the cryogenic exchanger EC3 in CC.

La séparation du deuxième flux S2 en deux parties de débits différents DI et D2 en sortie BB du premier échangeur, de préférence avec D2 supérieur à Dl, est avantageuse car l'essentiel de l'énergie consommée se produit dans la phase 2 au sein du deuxième échangeur EC2. Ainsi seule une partie mineure de débit Dl traverse le troisième échangeur EC3 où se produit la phase 3, tandis que le flux total D = D1 + D2 du circuit SI traverse alors l'échangeur cryogénique EC2 pour assurer la phase 2 de la liquéfaction (température deTl= -50°C à T2= -120°C).The separation of the second flow S2 into two parts of different flow rates DI and D2 at the outlet BB of the first exchanger, preferably with D2 greater than D1, is advantageous because most of the energy consumed occurs in phase 2 within the second exchanger EC2. Thus only a minor part of flow Dl passes through the third exchanger EC3 where phase 3 occurs, while the total flow D = D1 + D2 of the circuit SI then passes through the cryogenic exchanger EC2 to ensure phase 2 of liquefaction (temperature from T1 = -50 ° C to T2 = -120 ° C).

Le même flux D du circuit SI traverse enfin l'échangeur cryogénique EC1 pour assurer la phase 1 du processus de liquéfaction (température de Tl= -50°C à T0= température ambiante). A la sortie supérieure de l’échangeur cryogénique EC1, le flux D du circuit SI est à la température TO' sensiblement inférieure à la température ambiante. Puis, le flux D est de nouveau dirigé vers le compresseur C3 pour effectuer de manière continue un nouveau cycle.The same flow D of the circuit SI finally passes through the cryogenic exchanger EC1 to ensure phase 1 of the liquefaction process (temperature from T1 = -50 ° C to T0 = ambient temperature). At the upper outlet of the cryogenic exchanger EC1, the flow D of the circuit SI is at the temperature TO ′ substantially lower than the ambient temperature. Then, the flow D is again directed to the compressor C3 to continuously perform a new cycle.

Dans cette configuration, les compresseurs Cl et C2 fonctionnent en parallèle et doivent assurer le plus haut niveau de pression du cycle. Les deux compresseurs Cl et C2 traitent des débits de fluide réfrigérant différents, respectivement Dl' et D2', et sont accouplés directement aux turbines El et E2 lesquelles elles aussi traitent des débits différents, respectivement Dl et D2.In this configuration, compressors C1 and C2 operate in parallel and must ensure the highest level of pressure in the cycle. The two compressors C1 and C2 process different refrigerant fluid flow rates, respectively Dl 'and D2', and are coupled directly to the turbines El and E2 which also process different flow rates, respectively Dl and D2.

On a la relation :We have the relation:

DI + D2 = D = D'I + D'2, avec DI différent de D'I et D2 différent de D'2. En pratique, de préférence Dl/D= 5 à 35%, de préférence de 10 à 25%.DI + D2 = D = D'I + D'2, with DI different from D'I and D2 different from D'2. In practice, preferably D1 / D = 5 to 35%, preferably 10 to 25%.

Ainsi, dans ce type d'installation, l'intégralité de la puissance est injectée dans le système au niveau du compresseur C3 (par la turbine à gaz GT), les transferts de puissance au niveau des couples turbine compresseur E2-C2 et El-Cl étant variables en fonction des pressions dans les divers circuits (P1-P2-P3), des niveaux de température à l'entrée des échangeurs cryogéniques, ainsi que des transferts thermiques au sein de chacun de ces dits échangeurs cryogéniques.Thus, in this type of installation, all of the power is injected into the system at the level of the compressor C3 (by the gas turbine GT), the power transfers at the level of the turbine compressor pairs E2-C2 and El- C1 being variable depending on the pressures in the various circuits (P1-P2-P3), the temperature levels at the inlet of the cryogenic exchangers, as well as the heat transfers within each of these said cryogenic exchangers.

Ainsi, une telle installation présente un point de fonctionnement qui s'auto-stabilise à un niveau d'énergie de consommation donnée Ef exprimé en général en kW x jour/t c’est à dire en kW-jour par tonne de GNL produit, ou encore en kWh par kg de GNL produit, ledit point de fonctionnement pouvant le cas échéant être totalement instable. Il est alors très difficile de piloter les pressions des boucles haute et basse indépendamment l’une de l’autre. Cela peut se révéler nécessaire dans le cas de variations de composition du gaz naturel à liquéfier. Il est possible de modifier les flux en contraignant localement tout ou partie des flux Dl-D'l-D2-D'l, par exemple en créant des pertes de charge localisées, mais de telles dispositions conduisent à des pertes d'énergie, donc à une baisse du rendement global de l'installation de liquéfaction.Thus, such an installation has an operating point which stabilizes itself at a given level of energy consumption Ef generally expressed in kW x day / t, that is to say in kW-day per tonne of LNG produced, or again in kWh per kg of LNG produced, said operating point possibly being totally unstable. It is then very difficult to control the pressures of the high and low loops independently of each other. This may prove to be necessary in the case of variations in the composition of the natural gas to be liquefied. It is possible to modify the flows by locally constraining all or part of the Dl-D'l-D2-D'l flows, for example by creating localized pressure drops, but such arrangements lead to energy losses, therefore a drop in the overall efficiency of the liquefaction plant.

Le diagramme de la figure 4 illustre la variation d'enthalpie H, exprimé en kJ/ kg de GNL produit, dans un procédé de liquéfaction de gaz naturel. Ce diagramme de la figure 4 est le résultat d'un calcul théorique relatif à un gaz naturel comportant majoritairement du méthane (85%), le complément (15%) étant constitué d'azote, d'éthane (C-2), de propane (C-3) et de butane (C-4).The diagram in FIG. 4 illustrates the variation in enthalpy H, expressed in kJ / kg of LNG produced, in a natural gas liquefaction process. This diagram in figure 4 is the result of a theoretical calculation relating to a natural gas comprising mainly methane (85%), the remainder (15%) consisting of nitrogen, ethane (C-2), propane (C-3) and butane (C-4).

On y a représenté :We have represented:

- la phase 1 de refroidissement du gaz naturel entre les points AA et BB correspondant à l'étage EC1 du PFD de la figure 1, correspondant à des températures comprises entre la température ambiante TO et Tl= -50°C,- phase 1 for cooling natural gas between points AA and BB corresponding to stage EC1 of the PFD in figure 1, corresponding to temperatures between the ambient temperature TO and Tl = -50 ° C,

- la phase 2 de liquéfaction du gaz naturel entre les points BB et CC, correspondant à l'étage EC2 du PFD de la figure 1, correspondant à des températures comprises entre Tl= -50°C et T2= -120°C,- phase 2 of natural gas liquefaction between points BB and CC, corresponding to stage EC2 of the PFD in figure 1, corresponding to temperatures between Tl = -50 ° C and T2 = -120 ° C,

- la phase 3 de refroidissement du GNL entre les points CC et DD, correspondant à l'étage EC3 du PFD de la figure 1, correspondant à des températures comprises entre T2= -120°C et T3= -165°C.- phase 3 for cooling the LNG between points CC and DD, corresponding to stage EC3 of the PFD in figure 1, corresponding to temperatures between T2 = -120 ° C and T3 = -165 ° C.

La courbe 50 comportant des triangles, illustre les variations de l'enthalpie H des fluides circulant à co-courant dans les circuits Sg et S2 en fonction de la température du gaz à liquéfier comportant le méthane/GNL pour un procédé virtuel idéal.The curve 50 comprising triangles illustrates the variations in the enthalpy H of the fluids circulating in co-current in the circuits Sg and S2 as a function of the temperature of the gas to be liquefied comprising the methane / LNG for an ideal virtual process.

La courbe 51 correspond à la variation de l'enthalpie H du gaz réfrigérant circulant dans le circuit SI de la figure 1, donc représente l'énergie transférée aux circuits Sg et S2 lors du procédé de liquéfaction.The curve 51 corresponds to the variation of the enthalpy H of the refrigerant gas circulating in the circuit SI of FIG. 1, therefore represents the energy transferred to the circuits Sg and S2 during the liquefaction process.

La surface 52 comprise entre les deux courbes 50 et 51 représente la perte d'énergie globale consommée Ef dans le procédé de liquéfaction : - on cherche donc à minimiser cette surface de manière à obtenir le meilleur rendement. Dans les procédé à terre utilisant des procédés à changement de phase du fluide réfrigérant, la courbe 51 n'est plus rectiligne, mais se rapproche beaucoup plus de la courbe théorique 50, ce qui implique moins de pertes, donc un rendement amélioré, mais le procédé à changement de phase du fluide réfrigérant n'est pas adapté à la liquéfaction à bord d'un support flottant en environnement confiné.The surface 52 between the two curves 50 and 51 represents the overall loss of energy consumed Ef in the liquefaction process: it is therefore sought to minimize this surface so as to obtain the best efficiency. In land-based processes using refrigerant phase change processes, curve 51 is no longer rectilinear, but is much closer to theoretical curve 50, which implies less losses, therefore improved efficiency, but the The refrigerant phase change process is not suitable for liquefaction on board a floating support in a confined environment.

Les figures 2 et 3 illustrent le diagramme PFD du procédé amélioré selon l'invention, dans lequel le cheminement du gaz naturel à liquéfier comprenant majoritairement du méthane et de traces d'autres gaz, est identique à celui de la figure 1, et s'effectue de la même manière au sein du circuit Sg, du haut (température T0 sensiblement ambiante) vers le bas (état liquide à T3=-165°C), à travers trois échangeurs cryogéniques EC1, EC2 et EC3.Figures 2 and 3 illustrate the PFD diagram of the improved process according to the invention, in which the path of the natural gas to be liquefied mainly comprising methane and traces of other gases, is identical to that of Figure 1, and s' performs in the same way within the circuit Sg, from the top (substantially ambient temperature T0) to the bottom (liquid state at T3 = -165 ° C), through three cryogenic exchangers EC1, EC2 and EC3.

Sur les figures 2 et 3, plutôt que de recycler après détente une partie D2 du deuxième flux en sortie du premier échangeur pour rejoindre le premier flux à l'entrée basse CC du deuxième échangeur comme dans la figure 1, on recycle cette partie D2 du deuxième flux à l'entrée CC du deuxième échangeur à une pression intermédiaire P2 supérieure à PI dans un troisième circuit S3 indépendant de SI, S2, SG, et parallèle à SI, c'est à dire à co-courant de SI.In Figures 2 and 3, rather than recycling after expansion a part D2 of the second flow at the outlet of the first exchanger to join the first flow at the low inlet CC of the second exchanger as in Figure 1, this part D2 of the heat exchanger is recycled. second flow at the input CC of the second exchanger at an intermediate pressure P2 greater than PI in a third circuit S3 independent of SI, S2, SG, and parallel to SI, that is to say in co-current of SI.

Du fait que l'essentiel de l'énergie est consommée pour la phase 2 du procédé au sein dudit deuxième échangeur, ceci permet d'augmenter encore les transferts thermiques et le rendement énergétique global du procédé. Mais de façon plus importante, on permet en outre de moduler et contrôler spécifiquement la valeur de la pression P2 en montant en série les deux compresseurs Cl et C2 et en couplant Cl avec un moteur Ml permettant de moduler et contrôler la puissance supplémentaire apportée à Cl déjà couplé à la turbine El, et donc de contrôler la valeur de la pression P2 comme décrit ci-après.Because most of the energy is consumed for phase 2 of the process within said second exchanger, this makes it possible to further increase the heat transfers and the overall energy efficiency of the process. But more importantly, it is also possible to modulate and specifically control the value of the pressure P2 by mounting the two compressors C1 and C2 in series and by coupling Cl with a motor M1 making it possible to modulate and control the additional power supplied to Cl already coupled to the turbine El, and therefore to control the value of the pressure P2 as described below.

Plus précisément, sur les figures 2 et 3, on a représenté des procédé et installation dans lesquelles on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :More precisely, in FIGS. 2 and 3, there is shown the process and installation in which said natural gas to be liquefied is liquefied by carrying out the following concomitant steps of:

(a) circulation dudit gaz naturel à liquéfier circulant Sg à une pression PO supérieure ou égale à la pression atmosphérique (Patm), PO étant supérieure à la pression atmosphérique, dans 3 échangeurs de chaleur cryogéniques EC1, EC2, et EC3 disposés en série dont :(a) circulation of said natural gas to be liquefied circulating Sg at a pressure PO greater than or equal to atmospheric pressure (Patm), PO being greater than atmospheric pressure, in 3 cryogenic heat exchangers EC1, EC2, and EC3 arranged in series including :

- un premier échangeur EC1 dans lequel ledit gaz naturel entrant à une température TO est refroidit et sort en BB à une température Tl inférieure à TO, température Tl à laquelle tous les composants du gaz naturel sont encore à l'état gazeux, puisa first exchanger EC1 in which said natural gas entering at a temperature TO is cooled and exits at BB at a temperature Tl below TO, temperature Tl at which all the components of the natural gas are still in the gaseous state, then

- un deuxième échangeur EC2 dans lequel le gaz naturel est entièrement liquéfié et sort en CC à une température T2 inférieure à Tl, et- a second exchanger EC2 in which the natural gas is completely liquefied and leaves in CC at a temperature T2 lower than T1, and

- un troisième échangeur EC3 dans lequel ledit gaz naturel liquéfié est refroidit de T2 à T3, T3 étant inférieure à T2 et T3 étant inférieure à la température de liquéfaction dudit gaz naturel à pression atmosphérique, et (b) circulation à circuit fermé de deux flux SI et S3 de gaz réfrigérant à l'état gazeux dénommés respectivement premier et troisième flux, respectivement à des pressions différentes PI (SI) et P2 (S2), traversant deux dits échangeurs en contact indirect avec et à contre-courant du flux de gaz naturel Sg, comprenant :- a third exchanger EC3 in which said liquefied natural gas is cooled from T2 to T3, T3 being less than T2 and T3 being less than the liquefaction temperature of said natural gas at atmospheric pressure, and (b) closed circuit circulation of two streams SI and S3 of refrigerant gas in the gaseous state respectively called first and third flow, respectively at different pressures PI (SI) and P2 (S2), passing through two said exchangers in indirect contact with and against the current of the gas flow natural Sg, comprising:

- un premier flux de gaz réfrigérant SI à une pression PI inférieure à P3 traversant les 3 échangeurs EC1, EC2 et EC3 entrant en DD dans ledit troisième échangeur EC3 à une température T3' inférieure à T3 puis sortant dudit troisième échangeur et entrant dans ledit deuxième échangeur EC2 en CC à une température T2' inférieure à T2, puis sortant du deuxième échangeur et entrant dans le premier échangeur EC1 en BB à une température Tl' inférieure à Tl et sortant en AA dudit premier échangeur à une température TO' inférieure à TO, ledit premier flux de gaz réfrigérant à PI et T3' étant obtenu par détente dans un premier détendeur El d'une partie DI d'un deuxième flux S2 de gaz réfrigérant comprimé à la pression P3 supérieure à P2, ledit deuxième flux S2 circulant en contact indirect avec et à co-courant dudit flux gaz naturel Sg en entrant en AA dans ledit premier échangeur EC1 sensiblement à TO et sortant en CC dudit deuxième échangeur EC) sensiblement à la température T2, et- a first flow of refrigerant gas SI at a pressure PI less than P3 passing through the 3 exchangers EC1, EC2 and EC3 entering DD into said third exchanger EC3 at a temperature T3 'lower than T3 then leaving said third exchanger and entering said second exchanger EC2 in CC at a temperature T2 'lower than T2, then leaving the second exchanger and entering the first exchanger EC1 in BB at a temperature Tl' lower than Tl and exiting at AA from said first exchanger at a temperature TO 'lower than TO , said first flow of refrigerant gas at PI and T3 'being obtained by expansion in a first expansion valve El of a part DI of a second flow S2 of refrigerant gas compressed at the pressure P3 greater than P2, said second flow S2 circulating in indirect contact with and co-current of said natural gas flow Sg entering at AA in said first exchanger EC1 substantially at TO and exiting at CC from said second exchanger EC) substantially at temperature T2, and

- un troisième flux S3 à une pression P2 supérieure à PI et inférieure à P3 circulant en contact indirect avec et à co-courant dudit premier flux, traversant uniquement les dits deuxième et premier échangeurs EC2 et EC1, entrant en CC dans ledit deuxième échangeur sensiblement à une température T2' inférieure à T2 et sortant en AA dudit premier échangeur EC sensiblement à une température TO', ledit troisième flux S3 de gaz réfrigérant à P2 et T2 étant obtenu par détente dans un deuxième détendeur E2 d'une partie D2 dudit deuxième flux S2 de gaz réfrigérant sortant dudit premier échangeur sensiblement à Tl, (c) ledit deuxième flux de gaz réfrigérant S2 comprimé à la pression P3 étant obtenu par compression desdits premier et troisième flux de gaz réfrigérant sortant en AA du dit premier échangeur EC1 à PI et respectivement P2, par deux premier et deuxième compresseurs, respectivement Cl et C2 disposés en série et couplés respectivement auxdits premier et deuxième détendeurs El et E2 consistant en des turbines, et (d) après l'étape (a) on dépressurise le gaz naturel liquéfié sortant en DD dudit troisième échangeur à T3, depuis la pression PO à la pression atmosphérique le cas échéant.a third flow S3 at a pressure P2 greater than PI and less than P3 circulating in indirect contact with and in co-current with said first flow, passing only through said second and first exchangers EC2 and EC1, entering at DC into said second exchanger substantially at a temperature T2 ′ below T2 and leaving at AA from said first exchanger EC substantially at a temperature TO ′, said third flow S3 of refrigerant gas at P2 and T2 being obtained by expansion in a second expansion valve E2 of a part D2 of said second flow S2 of refrigerant gas leaving said first exchanger substantially at T1, (c) said second flow of refrigerant gas S2 compressed to pressure P3 being obtained by compressing said first and third flow of refrigerant gas leaving at AA from said first exchanger EC1 to PI and respectively P2, by two first and second compressors, respectively C1 and C2 arranged in series and coupled respectively to said first and second expansion valves El and E2 con residing in turbines, and (d) after step (a) the liquefied natural gas exiting at DD from said third exchanger at T3 is depressurized, from pressure PO to atmospheric pressure where appropriate.

Plus précisément, sur la figure 2, on met en œuvre :More specifically, in Figure 2, we implement:

(1) trois compresseurs Cl, C2 et C3 montés en série, comprenant :(1) three compressors C1, C2 and C3 mounted in series, comprising:

(i) un premier compresseur Cl couplé audit premier détendeur El, comprimant de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant en AA dudit premier échangeur EC1, et (ii) un deuxième compresseur C2 couplé audit deuxième détendeur E2, comprimant de P2 à P'3, P'3 étant supérieure à P2 et inférieure ou égal à P3, d'une part ledit troisième flux S3 de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur EC1, et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur Cl, et (iii) un troisième compresseur C3 actionné par une turbine à gaz GT pour fournir la majeure partie de l'énergie et comprimer de P'3 à P3 la totalité des premier et troisième flux de gaz réfrigérant comprimés par le deuxième compresseur C2, pour obtenir ledit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement (Hl, H2), et (2) ledit premier compresseur Cl est couplé à un premier moteur(i) a first compressor C1 coupled to said first expansion valve El, compressing from PI to P2 all of said first flow of refrigerant gas leaving at AA from said first exchanger EC1, and (ii) a second compressor C2 coupled to said second expansion valve E2, compressing from P2 to P'3, P'3 being greater than P2 and less than or equal to P3, on the one hand said third flow S3 of refrigerant gas exiting at P2 from said first exchanger EC1, and on the other hand said first flow of refrigerant gas compressed at P2 leaving said first compressor C1, and (iii) a third compressor C3 actuated by a gas turbine GT to supply the major part of the energy and compress from P'3 to P3 all of the first and third streams of refrigerant gas compressed by the second compressor C2, to obtain said second flow of refrigerant gas at P3 and TO after cooling (Hl, H2), and (2) said first compressor C1 is coupled to a first motor

Ml, permettant de faire varier de façon contrôlée la pression P2 en apportant de la puissance de façon contrôlée audit premier compresseur Cl, ledit premier moteur Ml apportant au moins 3%, de préférence encore de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre Cl, C2 et C3, la turbine à gaz GT couplée au dit troisième compresseur C3, ainsi que le deuxième moteur M2 couplé au deuxième compresseur C2 fournissant ensemble de 97 à 70% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre Cl, C2 et C3.M1, making it possible to vary the pressure P2 in a controlled manner by supplying power in a controlled manner to said first compressor C1, said first motor M1 providing at least 3%, more preferably from 3 to 30% of the total power supplied to it. 'set of said compressors used C1, C2 and C3, the gas turbine GT coupled to said third compressor C3, as well as the second motor M2 coupled to the second compressor C2 together providing 97 to 70% of the total power supplied to the set of said compressors used C1, C2 and C3.

L'installation de la figure 2 est donc composé de :The installation in figure 2 is therefore composed of:

- une pluralité de moteurs, en général une turbine à gaz GT qui actionne le compresseur C3 et des moteurs M1-M2, par exemple soit électriques soit thermiques, tels des turbines à gaz, connectés respectivement aux compresseurs C1-C2,a plurality of engines, in general a gas turbine GT which drives the compressor C3 and M1-M2 engines, for example either electric or thermal, such as gas turbines, respectively connected to the compressors C1-C2,

- 3 compresseurs :- 3 compressors:

C3 réfrigérant D, C3 refrigerant D, qui who comprime l'intégralité du compresses the entire flux de gaz gas flow C2 C2 qui who est accouplé au moteur is coupled to the motor M2 M2 et à la and at the turbine E2, et réfrigérant D, turbine E2, and coolant D, qui who comprime l'intégralité du compresses the entire flux flux de gaz gas Cl Cl qui who est accouplé au moteur is coupled to the motor Ml Ml et à la and at the

turbine El, et qui comprime la portion DI de premier flux de gaz réfrigérant,turbine El, and which compresses the portion DI of the first flow of refrigerant gas,

- 2 détendeurs, par exemple des turbines,- 2 regulators, for example turbines,

E2 couplé au compresseur C2 et au moteur M2,E2 coupled to compressor C2 and motor M2,

El couplé au compresseur Cl et au moteur Ml,El coupled to the compressor C1 and to the motor M1,

- d’un échangeur cryogénique en trois parties ou 3 échangeurs en série EC1, EC2 et EC3, correspondant respectivement aux phases 1, 2 et 3 de la liquéfaction et comportant quatre circuits, respectivement SG (gaz naturel) et SlS2-S3 (gaz réfrigérant),- a cryogenic exchanger in three parts or 3 exchangers in series EC1, EC2 and EC3, corresponding respectively to phases 1, 2 and 3 of liquefaction and comprising four circuits, respectively SG (natural gas) and SlS2-S3 (refrigerant gas ),

- de deux refroidisseurs, HI et H2, situés respectivement en sortie du compresseur principal C3 (Hl) avant l'entrée dans le circuit S2 des échangeurs cryogéniques, et sur la boucle haute pression (H2).- two coolers, HI and H2, located respectively at the outlet of the main compressor C3 (Hl) before the entry into the circuit S2 of the cryogenic exchangers, and on the high pressure loop (H2).

Les compresseurs Cl et C2 sont montés en série.Compressors C1 and C2 are mounted in series.

- Cl opère entre la basse pression PI et la moyenne pression P2, sur la portion DI du flux de gaz réfrigérant en provenance de la turbine El circulant dans le circuit SI, du bas vers le haut, à travers chacun des trois échangeurs cryogéniques EC3-EC2-EC1.- Cl operates between the low pressure PI and the medium pressure P2, on the portion DI of the flow of refrigerant gas coming from the turbine El circulating in the circuit SI, from the bottom to the top, through each of the three cryogenic exchangers EC3- EC2-EC1.

- C2 opère entre la moyenne pression P2 et la haute pression intermédiaire P'3 sur l'intégralité du flux D, composé de la portion DI de flux en provenance du compresseur Cl et de la portion D2 du flux de gaz réfrigérant en provenance de la turbine E2 circulant dans le circuit S3, du bas vers le haut, à travers chacun des deux échangeurs cryogéniques EC2-EC1.- C2 operates between the medium pressure P2 and the intermediate high pressure P'3 on the entire flow D, composed of the portion DI of the flow coming from the compressor C1 and the portion D2 of the flow of refrigerant gas coming from the turbine E2 circulating in circuit S3, from bottom to top, through each of the two cryogenic exchangers EC2-EC1.

L'intégralité du flux de gaz réfrigérant D sortant du compresseur C2 est refroidie dans un refroidisseur Hl avant de rentrer à la pression P'3 dans le compresseur C3, ce dernier étant connecté à un moteur (GT), en général une turbine à gaz. Ladite turbine à gaz ainsi que le moteur (M2) fournissent ensemble au gaz réfrigérant de 70 à 97% de la puissance globale Q, le reliquat de puissance étant fourni au système au niveau du moteur Ml, à savoir de 30 à 3% de la puissance globale Q.The entire flow of refrigerant gas D leaving compressor C2 is cooled in a cooler H1 before returning to pressure P'3 in compressor C3, the latter being connected to an engine (GT), generally a gas turbine . Said gas turbine and the engine (M2) together supply the refrigerant gas from 70 to 97% of the overall power Q, the remainder of power being supplied to the system at the level of the engine M1, namely 30 to 3% of the overall power Q.

En sortie du compresseur C3, l'intégralité du flux de gaz réfrigérant D est à la haute pression P3. Le flux est alors refroidi dans un refroidisseur H2 avant de circuler dans le circuit S2, du haut vers le bas, à travers chacun des deux échangeurs cryogéniques EC1-EC2.At the outlet of the compressor C3, the entire flow of refrigerant gas D is at high pressure P3. The flow is then cooled in a cooler H2 before circulating in the circuit S2, from top to bottom, through each of the two cryogenic exchangers EC1-EC2.

La portion D2 de flux de gaz réfrigérant est prélevée en BB à la sortie de l'échangeur cryogénique EC1 et dirigé vers l'entrée de la turbine E2, le complément, c'est à dire la portion DI de flux de gaz réfrigérant étant prélevée en CC à la sortie de réchangeur cryogénique EC2 et dirigé vers l'entrée de la turbine El.The refrigerant gas flow portion D2 is taken at BB at the outlet of the cryogenic exchanger EC1 and directed towards the inlet of the turbine E2, the remainder, ie the portion DI of the refrigerant gas flow being taken. in DC at the outlet of cryogenic exchanger EC2 and directed towards the inlet of the turbine El.

Au sein du compresseur C3, on installe entre deux étages de compression un refroidisseur H2 fonctionnant à la pression P'3, ledit refroidisseur H2 traitant l'intégralité du flux D.Within the compressor C3, a cooler H2 operating at pressure P'3 is installed between two compression stages, said cooler H2 treating all of the stream D.

Dans ce procédé selon l'invention, on a les relations :In this method according to the invention, we have the relationships:

DI + D2 = D et de préférence Dl/D2 = l/3 à 1/20, de préférence de 1/4 à 1/10.DI + D2 = D and preferably D1 / D2 = 1/3 to 1/20, preferably 1/4 to 1/10.

Le principal avantage du dispositif selon l'invention de la figure 2 réside dans la possibilité d'optimiser le rendement global des installations et de modifier à loisir les points de fonctionnement des diverses boucles correspondant aux circuits S1-S2-S3, c'est-à-dire de minimiser l'énergie consommée en augmentant ou diminuant la puissance injectée au niveau de l'un des compresseurs C1-C2-C3, ou en faisant varier la répartition de la puissance globale Q injectée dans le système. Ces ajustements de puissance injectées au niveau des divers compresseurs C1-C2-C3 ont pour effet de modifier les débits dans les diverses boucles, donc de modifier les pressions PI, P2 & P3 ainsi que les débits massiques D, DI et D2 dans les divers circuits S1-S2-S3, ce qui donne une grande souplesse dans l'optimisation du point de fonctionnement de l'installation et donc une grande facilité et une grande rapidité lors de réajustements du procédé suite à des fluctuations dans la composition du gaz naturel à liquéfier en provenance des réservoirs souterrains. Ces variations peuvent être importantes durant la vie du champ de production de gaz, qui peut s'étendre sur 20 à 30 ans, voire plus.The main advantage of the device according to the invention of FIG. 2 lies in the possibility of optimizing the overall efficiency of the installations and of modifying at will the operating points of the various loops corresponding to the circuits S1-S2-S3, that is that is to say to minimize the energy consumed by increasing or decreasing the power injected into one of the compressors C1-C2-C3, or by varying the distribution of the overall power Q injected into the system. These power adjustments injected into the various compressors C1-C2-C3 have the effect of modifying the flow rates in the various loops, therefore modifying the pressures PI, P2 & P3 as well as the mass flows D, DI and D2 in the various S1-S2-S3 circuits, which gives great flexibility in optimizing the operating point of the installation and therefore great ease and rapidity during process readjustments following fluctuations in the composition of the natural gas at liquefy from underground reservoirs. These variations can be significant during the life of the gas production field, which can extend over 20 to 30 years or more.

Ainsi, dans le diagramme de la figure 4 relatif à un gaz naturel comportant 85% de méthane, le complément étant constitué d'azote, d'éthane (C-2), de propane (C-3) et de butane (C-4), la courbe 50 comportant des triangles, illustre les variations de l'enthalpie H des fluides circulant dans les circuits Sg et S2 de la figure 2 en fonction de * * 4Thus, in the diagram of FIG. 4 relating to a natural gas comprising 85% methane, the remainder consisting of nitrogen, ethane (C-2), propane (C-3) and butane (C- 4), the curve 50 comprising triangles, illustrates the variations of the enthalpy H of the fluids circulating in the circuits Sg and S2 of figure 2 as a function of * * 4

la température du gaz naturel/GNL pour un processus virtuel idéal.natural gas / LNG temperature for an ideal virtual process.

La courbe 53 correspond à la variation de l'enthalpie H du fluide réfrigérant circulant dans les circuits SI et S3 de la figure 2, donc représente l'énergie transférée lors du processus de liquéfaction aux circuits Sg et S2 de la figure 2.The curve 53 corresponds to the variation of the enthalpy H of the refrigerant circulating in the circuits S1 and S3 of FIG. 2, therefore represents the energy transferred during the liquefaction process to the circuits Sg and S2 of FIG. 2.

La surface 52 comprise entre les deux courbes 50 et 53 représente la perte d'énergie globale dans le processus de liquéfaction en référence à la figure 2 : - on cherche donc à minimiser cette surface de manière à obtenir le meilleur rendement.The surface 52 between the two curves 50 and 53 represents the overall energy loss in the liquefaction process with reference to FIG. 2: it is therefore sought to minimize this surface so as to obtain the best efficiency.

Lors des variations dans le temps de la qualité du gaz naturel fourni par le champ de gaz, donc de sa composition, le point bas 54 de la courbe 50 correspondant à PO et T2 de fin de liquéfaction du GNL, peut varier de quelques %. Dans le processus conventionnel de la figure 1, le point correspondant 55 du circuit de gaz réfrigérant reste sensiblement fixe, et la surface 52, donc le rendement de l'installation ne peut pas être optimisé.During variations over time in the quality of the natural gas supplied by the gas field, and therefore in its composition, the low point 54 of the curve 50 corresponding to PO and T2 at the end of LNG liquefaction, may vary by a few%. In the conventional process of Figure 1, the corresponding point 55 of the refrigerant gas circuit remains substantially fixed, and the surface 52, therefore the efficiency of the installation can not be optimized.

Par contre, dans le dispositif selon l'invention selon la figure 2, en jouant sur la répartition de l'énergie mécanique et en particulier sur l'énergie injectée en GT, en Ml et M2, et plus particulièrement en Ml, on peut faire varier avantageusement la position du point 56, que l'on sait ainsi déplacer de manière optimale dans la direction du point 54, ce qui permet de réduire au minimum la surface de l'aire 52 comprise entre les courbes 50 et 53, et de ce fait d'optimiser en temps réel le rendement de l'installation de liquéfaction, en fonction de la composition du gaz naturel.On the other hand, in the device according to the invention according to FIG. 2, by playing on the distribution of the mechanical energy and in particular on the energy injected in GT, in M1 and M2, and more particularly in M1, it is possible to make advantageously vary the position of point 56, which it is thus known to move optimally in the direction of point 54, which makes it possible to reduce to a minimum the surface area of area 52 between curves 50 and 53, and thereby optimizing the performance of the liquefaction plant in real time, depending on the composition of the natural gas.

La figure 3 représente le diagramme PFD d'une version de l'invention présentant une compacité améliorée par rapport aux procédé et installation de la figure 2, dans laquelle le compresseur C2 est intégré sur la même ligne d'arbre que le compresseur C3 et est actionné par la turbine à gaz GT représentant un apport d'énergie mécanique de 85 à 95% de l'énergie totale Q. Dans cette configuration, la turbine d'expansion E2 se trouve alors connectée d'une part au compresseur C2 et d'autre part à la turbine à gaz GT.FIG. 3 represents the PFD diagram of a version of the invention having an improved compactness compared to the method and installation of FIG. 2, in which the compressor C2 is integrated on the same shaft line as the compressor C3 and is actuated by the gas turbine GT representing a mechanical energy input of 85 to 95% of the total energy Q. In this configuration, the expansion turbine E2 is then connected on the one hand to compressor C2 and to the other hand to the GT gas turbine.

Dans cette version de la figure 3 présentant une plus grande compacité que la version décrite en référence à la figure 2, on dispose toutefois de moins de latitude pour ajuster les points de fonctionnement des diverses boucles, car les ajustements de puissance ne peuvent alors se faire qu'au niveau des moteurs GT relié à C3 et Ml relié à Cl. Ainsi, cette version compacte se justifie avantageusement en cas de surface disponible très limitée, et de plus on n'a que deux lignes d'arbres de machines tournante et deux compresseurs, alors que dans la version en référence à la figure 2, on doit installer trois lignes d'arbres de machines tournante et trois compresseurs, ce qui représente un surcoût non négligeable, mais apporte un plus grande flexibilité dans le réglage fin des diverses boucle de pression, ainsi qu'un meilleur rendement final, donc une meilleure rentabilité des installation sur le long terme, pendant toute la durée de vie des installation qui dépasse 20 à 30 ans, voire plus.In this version of FIG. 3 exhibiting greater compactness than the version described with reference to FIG. 2, however, there is less latitude to adjust the operating points of the various loops, because the power adjustments cannot then be made. than at the level of GT engines connected to C3 and M1 connected to Cl. Thus, this compact version is advantageously justified in the event of a very limited available surface, and moreover there are only two rows of rotating machine shafts and two compressors, while in the version with reference to figure 2, three lines of rotating machine shafts and three compressors must be installed, which represents a significant additional cost, but provides greater flexibility in the fine adjustment of the various loops of pressure, as well as a better final yield, therefore a better profitability of the installations in the long term, during the entire lifespan of the installations which exceeds 20 to 30 years, or even more.

Sur les figures 5 à 9 discutées cî-après, on a reproduit les résultats des essais dans lesquelles on fait varier les valeurs de PI, P2 et P3 pour minimiser l'énergie totale consommée Ef en kW x jour/t en fonction de la variation de la composition du gaz réfrigérant.In Figures 5 to 9 discussed below, we reproduce the results of the tests in which the values of PI, P2 and P3 are varied to minimize the total energy consumed Ef in kW x day / t as a function of the variation the composition of the refrigerant gas.

Sur les figures 5-5A-5B, on a représenté le diagramme du rendement énergétique, plus précisément de Ef exprimé en kW x jour/t, en fonction de la pression PI, et en fonction des diverses variantes de l'invention. En fait, cette pression PI est constante pour une composition de gaz réfrigérant donnée, ce qui explique que tous les points d'une même courbe sont sur une droite parallèle aux ordonnées. Cette pression PI correspond à la température T3' la plus basse du dispositif, c’est à dire à la température à l'entrée basse de l'échangeur cryogénique EC3. Cette pression PI correspond sensiblement au point de rosée du gaz réfrigérant à une température T3' sensiblement inférieure à T3=-165°C, c’est à dire la température à laquelle le GNL restera liquide sous une pression correspondant à la pression atmosphérique, soit sensiblement O.lMPa absolue, c'est à dire sensiblement une atmosphère.In FIGS. 5-5A-5B, there is shown the diagram of the energy yield, more precisely of Ef expressed in kW x day / t, as a function of the pressure PI, and as a function of the various variants of the invention. In fact, this pressure PI is constant for a given refrigerant gas composition, which explains why all the points of the same curve are on a line parallel to the ordinates. This pressure PI corresponds to the lowest temperature T3 'of the device, ie the temperature at the low inlet of the cryogenic exchanger EC3. This pressure PI corresponds substantially to the dew point of the refrigerant gas at a temperature T3 'substantially lower than T3 = -165 ° C, that is to say the temperature at which the LNG will remain liquid under a pressure corresponding to atmospheric pressure, i.e. substantially absolute O.lMPa, ie substantially one atmosphere.

Sur les figures 5, 5A et 5B, on observe qu'en mélangeant l'azote à du néon ou de l'hydrogène, jusqu'à une proportion molaire de 50%, on peut augmenter la pression PI, ce qui s'accompagne d'une diminution de l'énergie optimale consommée au point de fonctionnement stabilisé, donc d'un meilleur rendement énergétique du procédé de liquéfaction.In FIGS. 5, 5A and 5B, it is observed that by mixing nitrogen with neon or hydrogen, up to a molar proportion of 50%, the pressure PI can be increased, which is accompanied by 'a reduction in the optimum energy consumed at the stabilized operating point, and therefore a better energy efficiency of the liquefaction process.

D'autre part, sur le diagramme 5A relatif à un mélange azotenéon, le point de fonctionnement dans le cas du procédé conventionnel de la figure 1 avec de l'azote pur se situe en 60. La courbe 70 (portion de droite) représente la variation du rendement énergétique en fonction de la puissance injectée dans le procédé au niveau du moteur Ml en référence aux figures 2 et 3. Le point supérieur W0=0 de la courbe 70 correspond à un moteur Ml non alimenté, donc fournissant une puissance nulle. Le point W1 correspond à une puissance Wl>0 fournie par ledit moteur Ml. De même les points successifs de la courbe correspondent à des puissances croissantes fournies au système au niveau du moteur Ml, à savoir W4>W3>W2>Wl>W0=0.On the other hand, on diagram 5A relating to an azoteneon mixture, the operating point in the case of the conventional process of FIG. 1 with pure nitrogen is located at 60. The curve 70 (right portion) represents the variation of the energy efficiency as a function of the power injected into the process at the level of the motor M1 with reference to FIGS. 2 and 3. The upper point W0 = 0 of the curve 70 corresponds to an unpowered motor M1, therefore providing zero power. Point W1 corresponds to a power Wl> 0 supplied by said motor M1. Likewise, the successive points of the curve correspond to increasing powers supplied to the system at the level of the motor M1, namely W4> W3> W2> Wl> W0 = 0.

Les points W0 à W4 correspondent à des puissances injectées au niveau du moteur Ml :Points W0 to W4 correspond to powers injected into the motor M1:

W0 = puissance nulle,W0 = zero power,

W1 = 7% de la puissance globale,W1 = 7% of the overall power,

W2 = 15% de la puissance globale,W2 = 15% of the overall power,

W3 = 24% de la puissance globale,W3 = 24% of the overall power,

W4 = 33% de la puissance globale.W4 = 33% of the overall power.

De manière similaire sur le diagramme de la figure 6A, on a représenté le rendement énergétique en fonction de la pression P2, et en fonction des diverses variantes de l'invention. La courbe 90 représente le procédé selon la figure 2 utilisant un gaz réfrigérant composé à 100% d'azote. Comme dans la figure 5A, le point supérieur W0=0 de la courbe 90 correspond à un moteur non alimenté, donc fournissant une puissance nulle. Le point W1 correspond à une puissance Wl>0 fournie par ledit moteur Ml. De même les points suivants de la courbe correspondent à des puissances croissantes fournies au système au niveau du moteur Ml, telles que W4>W3>W2>Wl>W0=0 : - lesdites puissances W1 à W4 étant identiques dans les figures 5A et 6A.Similarly in the diagram of FIG. 6A, the energy efficiency is shown as a function of the pressure P2, and as a function of the various variants of the invention. Curve 90 represents the process according to FIG. 2 using a refrigerant gas composed of 100% nitrogen. As in FIG. 5A, the upper point W0 = 0 of curve 90 corresponds to an unpowered motor, therefore providing zero power. Point W1 corresponds to a power Wl> 0 supplied by said motor M1. Similarly, the following points on the curve correspond to increasing powers supplied to the system at the level of the motor M1, such as W4> W3> W2> Wl> W0 = 0: - said powers W1 to W4 being identical in FIGS. 5A and 6A .

Ainsi, sur cette même figure 6A, on observe que lorsque Ton augmente la puissance W injectée au niveau de Ml, la pression PI reste constante, mais la pression P2 augmente et le rendement augmente, c’est à dire que la consommation en énergie exprimée en kW x jour/t diminue, jusqu'à atteindre un minimum 90a, ici sensiblement confondu avec le point W3, puis ladite consommation en énergie augmente à nouveau vers W4. Ce minimum 90a correspond au point bas 70a de la courbe 70 de la figure 5A, pour une consommation en énergie minimale d'environ 19.75 kW x jour/t, une pression PI d'environ 9 bars et d'une pression P2 d'environ 28 bars. En comparaison, le point de fonctionnement W0 sans apport d'énergie au niveau du moteur Ml correspond, pour un procédé à l'azote pur, à une consommation en énergie d'environ 21.25 kWxd/t, à une même pression PI d'environ 9 bars et une pression P2 d'environ 11 bars : le rendement énergétique est donc amélioré de 7.06%.Thus, in this same FIG. 6A, it is observed that when Ton increases the power W injected at the level of M1, the pressure PI remains constant, but the pressure P2 increases and the efficiency increases, that is to say that the energy consumption expressed in kW x day / t decreases, until reaching a minimum 90a, here substantially coincident with point W3, then said energy consumption increases again towards W4. This minimum 90a corresponds to the low point 70a of curve 70 in FIG. 5A, for a minimum energy consumption of approximately 19.75 kW x day / t, a pressure PI of approximately 9 bars and a pressure P2 of approximately 28 bars. In comparison, the operating point W0 without energy input to the motor M1 corresponds, for a pure nitrogen process, to an energy consumption of approximately 21.25 kWxd / t, at the same pressure PI of approximately 9 bars and a pressure P2 of about 11 bars: the energy efficiency is therefore improved by 7.06%.

De manière similaire sur le diagramme de la figure 7A, on a représenté le rendement énergétique en fonction de la pression P3, et en fonction des diverses variantes de l'invention, notamment dans le cas d'un mélange azote néon. Les points W0-W1-W2-W3-W4 correspondent aux mêmes niveaux de puissance injectés au niveau du moteur Ml que décrits précédemment en référence aux figures 5A - 6A. P3 représente ainsi la pression maximale du système au niveau du circuit S3 : elle croit proportionnellement à la puissance injectée, ainsi qu'au pourcentage de néon dans le mélange de gaz réfrigérant.Similarly in the diagram of FIG. 7A, the energy efficiency is shown as a function of the pressure P3, and as a function of the various variants of the invention, in particular in the case of a neon nitrogen mixture. Points W0-W1-W2-W3-W4 correspond to the same levels of power injected into the motor M1 as previously described with reference to FIGS. 5A-6A. P3 thus represents the maximum pressure of the system at the level of circuit S3: it increases in proportion to the power injected, as well as to the percentage of neon in the refrigerant gas mixture.

Ainsi, une augmentation de la proportion de puissance injectée W au niveau du moteur Ml des figures 2-3 par rapport à la puissance totale injectée:Thus, an increase in the proportion of injected power W at the level of the motor M1 of figures 2-3 compared to the total injected power:

- n'a pas d'influence sur la pression PI,- has no influence on the PI pressure,

- augmente la pression P2,- increases the pressure P2,

- augmente la pression maximale P3,- increases the maximum pressure P3,

- diminue la consommation en énergie Ef jusqu'à une valeur minimale, pour une proportion de puissance W donnée, puis cette consommation en énergie croît à nouveau au-delà de cette dite proportion de puissance W donnée.- decreases the energy consumption Ef to a minimum value, for a given proportion of power W, then this energy consumption increases again beyond this said given proportion of power W.

De la même manière, l'utilisation d'un mélange azote-néon conduit à une amélioration des performances énergétiques telle que représenté sur les figures 5A et 6A, tant dans les procédés conventionnels décrits en référence à la figures 1 que dans les procédés décrits en référence aux figures 2-3.Likewise, the use of a nitrogen-neon mixture leads to an improvement in energy performance as shown in FIGS. 5A and 6A, both in the conventional methods described with reference to FIG. 1 and in the methods described in reference to figures 2-3.

Ainsi, en considérant un mélange comportant 20% de néon, la pression PI est d'environ 12.5 bars et la courbe 71 de la figure 5A représente les variations de la consommation en énergie pour les mêmes puissances croissantes fournies au système au niveau du moteur M3 (W4>W3>W2>Wl>W0 = 0).Thus, considering a mixture comprising 20% neon, the pressure PI is about 12.5 bars and the curve 71 of FIG. 5A represents the variations in energy consumption for the same increasing powers supplied to the system at the level of the motor M3 (W4> W3> W2> Wl> W0 = 0).

Pour ce même pourcentage en néon de 20%, sur la courbe 91 de la figure 6A, on a représenté les variations de la consommation en énergie pour les mêmes puissances croissantes fournies au système au niveau du moteur Ml (W4>W3>W2>Wl>W0 = 0), en fonction de la pression P2. On observe ainsi que lorsque l'on augmente la puissance W injectée au niveau de Ml, le rendement augmente, c'est à dire que la consommation en énergie exprimée en kWxd/t diminue, jusqu'à atteindre un minimum 91a, situé entre les points W2 et W3 de ladite courbe 91, puis ladite consommation en énergie augmente à nouveau vers W4. Ce minimum correspond au point bas 71a de la courbe 71 de la figure 5A, pour une consommation en énergie minimale d'environ 19.4 kWxd/t, une pression PI d'environ 12.5 bars et d'une pression P2 d'environ 33 bars. En comparaison, le point de fonctionnement W0 de la même courbe 91 correspondant à un mélange à 20%, de néon, sans apport d'énergie au niveau du moteur Ml correspond, à une consommation en énergie d'environ 20,45 kW x jour/t, à une même pression PI d'environ 12.5 bars et une pression P2 d'environ 17 bars, ce qui illustre l'amélioration du rendement énergétique lorsque l'on combine l'augmentation du pourcentage de néon et l'augmentation de la puissance injectée au niveau du moteur Ml.For this same neon percentage of 20%, on curve 91 of FIG. 6A, the variations in energy consumption have been represented for the same increasing powers supplied to the system at the level of the motor M1 (W4> W3> W2> Wl > W0 = 0), depending on the pressure P2. It is thus observed that when the power W injected at the level of Ml is increased, the efficiency increases, i.e. the energy consumption expressed in kWxd / t decreases, until reaching a minimum 91a, located between the points W2 and W3 of said curve 91, then said energy consumption increases again towards W4. This minimum corresponds to the low point 71a of the curve 71 of FIG. 5A, for a minimum energy consumption of approximately 19.4 kWxd / t, a pressure PI of approximately 12.5 bars and a pressure P2 of approximately 33 bars. In comparison, the operating point W0 of the same curve 91 corresponding to a 20% mixture of neon, without energy input to the motor M1 corresponds to an energy consumption of approximately 20.45 kW x day / t, at the same pressure PI of about 12.5 bars and a pressure P2 of about 17 bars, which illustrates the improvement in energy efficiency when the increase in the percentage of neon is combined with the increase in power injected into the engine Ml.

Les mêmes effets sont observés pour l'hydrogène sur les figuresThe same effects are observed for hydrogen in the figures

5B et 6B.5B and 6B.

Sur les figures 5 à 7, on a représenté des diagrammes de performances d'un procédé conventionnel et du procédé selon l’invention, de liquéfaction d'un gaz naturel constitué de 85% de méthane, et 15% desdits autres constituant.Figures 5 to 7 show performance diagrams of a conventional process and of the process according to the invention, for liquefying a natural gas consisting of 85% methane, and 15% of said other constituents.

Dans le diagramme de la figure 7A, la pression maximale P3 est représentée en abscisses et l'énergie par unité de masse de gaz est en ordonnée. L'énergie est représentée en kW x jour/tonne de gaz naturel (1 kW x jour/t = 0.024 kWh/kg). Ainsi, pour un gaz réfrigérant constitué de 100% d'azote, le point de fonctionnement du processus conventionnel en référence à la figure 1 est situé en 60 sur cette figure 7A. Par contre, dans le procédé selon l'invention en référence aux figures 2 et 3, pour diverses compositions de mélange azote-néon, en injectant de la puissance au niveau du moteur Ml, on peut faire varier le rendement de l'installation selon la courbe 70 (20% de néon) et autres courbes (40 50% de néon). Ainsi, d'un point de fonctionnement à 45-50 bars selon le procédé conventionnel, correspondant à une consommation en énergie d'environ 21.3 kW x d/t, on peut augmenter le rendement thermodynamique en augmentant la pression maximale. Ainsi, comme représenté sur ce même diagramme, pour un gaz réfrigérant constitué de 100% d'azote pur, en injectant une partie de la puissance au niveau du moteur Ml, et en opérant à une pression d'environ 68 bars, la consommation en énergie chute à environ 19.75 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement de 7.28%.In the diagram of FIG. 7A, the maximum pressure P3 is represented on the abscissa and the energy per unit mass of gas is on the ordinate. Energy is represented in kW x day / tonne of natural gas (1 kW x day / t = 0.024 kWh / kg). Thus, for a refrigerant gas consisting of 100% nitrogen, the operating point of the conventional process with reference to FIG. 1 is located at 60 in this FIG. 7A. On the other hand, in the process according to the invention with reference to FIGS. 2 and 3, for various nitrogen-neon mixture compositions, by injecting power at the level of the motor M1, the efficiency of the installation can be varied according to the curve 70 (20% neon) and other curves (40 50% neon). Thus, from an operating point of 45-50 bars according to the conventional method, corresponding to an energy consumption of approximately 21.3 kW x d / t, the thermodynamic efficiency can be increased by increasing the maximum pressure. Thus, as shown in this same diagram, for a refrigerant gas consisting of 100% pure nitrogen, by injecting part of the power at the level of the motor M1, and by operating at a pressure of approximately 68 bars, the consumption in energy drops to around 19.75 kWxd / t, which represents an efficiency gain of 7.28%.

De manière générale, en opérant à plus forte pression, pour un débit massique donné, les débits volumiques sont réduits au prorata de l'augmentation de ladite pression : - les conduites sont de plus faible diamètre, mais leur résistance mécanique, donc leur épaisseur, leur poids et leur coût sont augmentés d'autant : - par contre, l'emprise au sol s'en trouve réduite d'autant, ce qui est très intéressant dans le cas d'installations en environnement confiné tel que sur un support flottant ancré en mer, ou encore sur un méthanier dans le cas d'unité de reliquéfaction de boil-off. De la même manière, les compresseurs et les turbines opérant à plus forte pression sont beaucoup plus compacts. En ce qui concerne les échangeurs cryogéniques, l'augmentation de la pression améliore aussi les transferts thermiques, mais les surfaces d'échange thermique ne sont pas réduites dans la même proportion que dans le cas des conduites et des compresseurs et des turbines. En revanche, leur poids augmente de manière importante car ils doivent résister à cet accroissement de pression.In general, by operating at higher pressure, for a given mass flow rate, the volume flow rates are reduced in proportion to the increase in said pressure: - the pipes are of smaller diameter, but their mechanical resistance, and therefore their thickness, their weight and cost are increased by as much: - on the other hand, the footprint is reduced accordingly, which is very interesting in the case of installations in a confined environment such as on an anchored floating support at sea, or on an LNG carrier in the case of a boil-off reliquefaction unit. Likewise, compressors and turbines operating at higher pressure are much more compact. With regard to cryogenic exchangers, the increase in pressure also improves heat transfers, but the heat exchange surfaces are not reduced in the same proportion as in the case of pipes and compressors and turbines. On the other hand, their weight increases significantly because they must resist this increase in pressure.

Ainsi, globalement, le procédé selon l’invention des figures 2-3 conduit à des installations présentant une compacité plus grande et à une amélioration importante du rendement énergétique lorsque le gaz réfrigérant est de l'azote pur, ledit rendement énergétique étant encore amélioré quand le gaz réfrigérant est un mélange d'azote et, soit de néon, soit d'hydrogène.Thus, overall, the process according to the invention of FIGS. 2-3 leads to installations having greater compactness and to a significant improvement in energy efficiency when the refrigerant gas is pure nitrogen, said energy efficiency being further improved when the refrigerant gas is a mixture of nitrogen and either neon or hydrogen.

Sur la figure 7A, on a représenté un diagramme de performances d'un procédé conventionnel en référence à la figure 1, et du procédé selon l’invention des figures 2-3 utilisant comme gaz réfrigérant un mélange d'azote et de néon, dans lequel la pression maximale P3 est représentée en abscisses et l'énergie par unité de masse de gaz est en ordonnée. L'énergie est représentée en KW x jour par tonne de gaz naturel (kW x d/t).In FIG. 7A, there is shown a performance diagram of a conventional method with reference to FIG. 1, and of the method according to the invention of FIGS. 2-3 using as refrigerant gas a mixture of nitrogen and neon, in in which the maximum pressure P3 is represented on the abscissa and the energy per unit mass of gas is on the ordinate. Energy is represented in KW x day per tonne of natural gas (kW x d / t).

Ainsi, pour une composition donnée de gaz, le point de fonctionnement du processus conventionnel en référence à la figure 1 est situé en 60 sur cette figure 7A. Dans le procédé selon l’invention en référence aux figures 2 et 3, utilisant un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote, en injectant de la puissance au niveau du moteur Ml, on peut faire varier le rendement de l'installation selon la courbe 61 avec un point de fonctionnement optimum 62 à environ 68 bars, correspondant à une consommation en énergie d'environ 19.75 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement de 7.28% par rapport au point de fonctionnement 60 du procédé conventionnel.Thus, for a given composition of gas, the operating point of the conventional process with reference to FIG. 1 is located at 60 in this FIG. 7A. In the process according to the invention with reference to FIGS. 2 and 3, using a refrigerant gas composed of 100% nitrogen, by injecting power at the level of the motor M1, the efficiency of the installation can be varied according to the curve 61 with an optimum operating point 62 at approximately 68 bars, corresponding to an energy consumption of approximately 19.75 kWxd / t, which represents an efficiency gain of 7.28% compared to the operating point 60 of the conventional process.

En utilisant comme gaz réfrigérant un mélange de 80% d'azote et de 20% de néon, on peut augmenter la pression, comme représenté sur la courbe 70, sans que le mélange de gaz n'atteigne son point de rosée,By using a mixture of 80% nitrogen and 20% neon as refrigerant gas, the pressure can be increased, as shown on curve 70, without the gas mixture reaching its dew point,

jusqu'à une valeur optimale 70a d'environ 88 bars et pour une consommation en énergie minimale d'environ 19.4 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 1.77% par rapport au point de fonctionnement 62 du procédé selon l'invention avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote et un gain de rendement thermodynamique de 8.92% par rapport au point de fonctionnement 60 du procédé conventionnel.up to an optimum value 70a of approximately 88 bars and for a minimum energy consumption of approximately 19.4 kWxd / t, which represents a gain in thermodynamic efficiency of 1.77% compared to the operating point 62 of the process according to invention with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen and a thermodynamic efficiency gain of 8.92% over the operating point 60 of the conventional process.

En utilisant comme gaz réfrigérant un mélange de 60% d'azote et de 40% de néon, on peut augmenter la pression, comme représenté sur la courbe 71, sans que le mélange de gaz n'atteigne son point de rosée, jusqu'à une valeur optimale 71a d'environ 118 bars et pour une consommation en énergie minimale d'environ 19.15 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 3.04% par rapport au point de fonctionnement 62 du procédé selon l'invention avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote et un gain de rendement thermodynamique de 10.09% par rapport au point de fonctionnement 60 du procédé conventionnel.By using a mixture of 60% nitrogen and 40% neon as refrigerant gas, the pressure can be increased, as shown on curve 71, without the gas mixture reaching its dew point, up to an optimum value 71a of approximately 118 bars and for a minimum energy consumption of approximately 19.15 kWxd / t, which represents a gain in thermodynamic efficiency of 3.04% compared to the operating point 62 of the process according to the invention with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen and a thermodynamic efficiency gain of 10.09% compared to the operating point 60 of the conventional process.

En utilisant comme gaz réfrigérant un mélange de 50% d'azote et de 50% de néon, on peut augmenter la pression, comme représenté sur la courbe 72, sans que le mélange de gaz n'atteigne son point de rosée, jusqu'à une valeur optimale 72a d'environ 145 bars et pour une consommation en énergie minimale d'environ 18.8 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 4.81% par rapport au point de fonctionnement 62 du procédé selon l’invention avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote et un gain de rendement thermodynamique de 11.74% par rapport au point de fonctionnement 60 du procédé conventionnel.By using a mixture of 50% nitrogen and 50% neon as refrigerant gas, the pressure can be increased, as shown on curve 72, without the gas mixture reaching its dew point, up to an optimum value 72a of approximately 145 bars and for a minimum energy consumption of approximately 18.8 kWxd / t, which represents a gain in thermodynamic efficiency of 4.81% compared to the operating point 62 of the process according to the invention with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen and a thermodynamic efficiency gain of 11.74% compared to the operating point 60 of the conventional process.

De la même manière, comme représenté sur le diagramme de la figure 7B on utilise avantageusement comme gaz réfrigérant un mélange d'azote et d'hydrogène.Likewise, as shown in the diagram of FIG. 7B, a mixture of nitrogen and hydrogen is advantageously used as refrigerant gas.

Ainsi, en utilisant comme gaz réfrigérant un mélange de 80% d'azote et de 20% d'hydrogène, on peut augmenter la pression, comme représenté sur la courbe 80, sans que le mélange de gaz n'atteigne sonThus, by using a mixture of 80% nitrogen and 20% hydrogen as refrigerant gas, the pressure can be increased, as shown on curve 80, without the gas mixture reaching its

II

point de rosee, jusqu'à une valeur optimale 80a d'environ 94 bars et pour une consommation en énergie minimale d'environ 19.2 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 2.78% par rapport au point de fonctionnement 62 du procédé selon l’invention des figures 2-3 avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote, et un gain de rendement thermodynamique de 9.86% par rapport au point de fonctionnement 60 du procédé conventionnel de la figure 1.dew point, up to an optimum value 80a of about 94 bars and for a minimum energy consumption of about 19.2 kWxd / t, which represents a thermodynamic efficiency gain of 2.78% compared to the operating point 62 of the process according to the invention of Figures 2-3 with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen, and a thermodynamic efficiency gain of 9.86% compared to the operating point 60 of the conventional process of Figure 1.

En utilisant comme gaz réfrigérant un mélange de 60% d'azote et de 40% d'hydrogène, on peut augmenter la pression, comme représenté sur la courbe 81, sans que le mélange de gaz n'atteigne son point de rosée, jusqu'à une valeur optimale 81a d'environ 140 bars et pour une consommation en énergie minimale d'environ 18.8 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 4.81% par rapport au point de fonctionnement 62 du procédé selon l'invention des figures 2-3 avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote et un gain de rendement thermodynamique de 11.74% par rapport au point de fonctionnement 60 du procédé conventionnel de la figure 1.By using a mixture of 60% nitrogen and 40% hydrogen as refrigerant gas, the pressure can be increased, as shown in curve 81, without the gas mixture reaching its dew point, up to at an optimum value 81a of approximately 140 bars and for a minimum energy consumption of approximately 18.8 kWxd / t, which represents a gain in thermodynamic efficiency of 4.81% compared to the operating point 62 of the process according to the invention of figures 2-3 with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen and a thermodynamic efficiency gain of 11.74% compared to the operating point 60 of the conventional process of figure 1.

En utilisant comme gaz réfrigérant un mélange de 50% d'azote et de 50% d'hydrogène, on peut augmenter la pression, comme représenté sur la courbe 82, sans que le mélange de gaz n'atteigne son point de rosée, jusqu'à une valeur optimale 82a d'environ 186 bars et pour une consommation en énergie minimale d'environ 18.7 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 5.32% par rapport au point de fonctionnement 62 du procédé selon l’invention des figures 2-3 avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote et un gain de rendement thermodynamique de 12.21% par rapport au point de fonctionnement 60 du procédé conventionnel de la figure 1.By using a mixture of 50% nitrogen and 50% hydrogen as refrigerant gas, the pressure can be increased, as shown in curve 82, without the gas mixture reaching its dew point, up to at an optimum value 82a of approximately 186 bars and for a minimum energy consumption of approximately 18.7 kWxd / t, which represents a thermodynamic efficiency gain of 5.32% compared to the operating point 62 of the process according to the invention of figures 2-3 with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen and a thermodynamic efficiency gain of 12.21% compared to the operating point 60 of the conventional process of figure 1.

Ainsi, un pourcentage croissant de gaz complémentaire, soit de l'hydrogène, soit du néon, rajouté à de l'azote pour constituer un gaz réfrigérant, améliore de manière radicale de rendement thermodynamique du procédé, tout en autorisant un fonctionnement à plus haute pression, ce qui implique des équipements plus compacts, ce qui est très avantageux dès lors que l'on ne dispose que de surfaces très réduites, ce qui est le cas sur un support flottant ancré en mer, ou à bord d'un méthanier, dans le cas d'unités de reliquefaction.Thus, an increasing percentage of complementary gas, either hydrogen or neon, added to nitrogen to constitute a refrigerant gas, radically improves the thermodynamic efficiency of the process, while allowing operation at higher pressure. , which implies more compact equipment, which is very advantageous when only very small surfaces are available, which is the case on a floating support anchored at sea, or on board an LNG carrier, in the case of reliquefaction units.

Le procédé selon l’invention utilise soit un mélange d'azote et de néon, soit d'azote et d'hydrogène, et malgré son rendement légèrement inférieur, on privilégiera l'utilisation du mélange d'azote et de néon, car le néon est un gaz inerte, alors que l'hydrogène est combustible et reste dangereux et délicat à opérer, surtout à haute pression dans des installations confinées à bord d'un support flottant. De plus l'hydrogène est un gaz qui percole très facilement à travers des joints élastomériques et même dans certains cas à travers les métaux, surtout à très haute pression, et de ce fait le procédé selon l’invention basé sur l'utilisation d'un mélange azote-hydrogène ne constitue pas la version préférée de l'invention : la version préférée de l'invention reste l'utilisation comme gaz réfrigérant d'un mélange d'azote et de néon dans les dispositifs décrits en référence aux diverses figures.The method according to the invention uses either a mixture of nitrogen and neon, or nitrogen and hydrogen, and despite its slightly lower yield, the use of the mixture of nitrogen and neon will be preferred, because neon is an inert gas, whereas hydrogen is combustible and remains dangerous and difficult to operate, especially at high pressure in confined installations on board a floating medium. In addition, hydrogen is a gas which percolates very easily through elastomeric seals and even in certain cases through metals, especially at very high pressure, and therefore the process according to the invention based on the use of a nitrogen-hydrogen mixture does not constitute the preferred version of the invention: the preferred version of the invention remains the use as refrigerant gas of a mixture of nitrogen and neon in the devices described with reference to the various figures.

De la même manière, on améliore le rendement des procédés conventionnels utilisant comme gaz réfrigérant de l'azote, en considérant un mélange binaire azote-néon ou azote-hydrogène.Likewise, the yield of conventional processes using nitrogen as refrigerant gas is improved, by considering a binary nitrogen-neon or nitrogen-hydrogen mixture.

Ainsi, comme représenté sur le diagramme de la figure 7A, la courbe 75 représente la variation du rendement d'un procédé conventionnel selon la figure 1, ou de ses variantes, en fonction du pourcentage de gaz néon dans le gaz réfrigérant. Pour un pourcentage de 20% de néon, le point de fonctionnement se situe en 70b, ce qui correspond à une pression maximale P3 de 63 bars environ et une consommation en énergie d'environ 20.45 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 3.76% par rapport au point de fonctionnement 60 du même procédé conventionnel avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote.Thus, as represented in the diagram of FIG. 7A, curve 75 represents the variation in the yield of a conventional process according to FIG. 1, or of its variants, as a function of the percentage of neon gas in the refrigerant gas. For a percentage of 20% neon, the operating point is at 70b, which corresponds to a maximum pressure P3 of approximately 63 bars and an energy consumption of approximately 20.45 kWxd / t, which represents a gain in efficiency thermodynamic of 3.76% compared to the operating point 60 of the same conventional process with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen.

Pour un pourcentage de 40% de néon, le point de fonctionnement se situe en 71b, ce qui correspond à une pression maximale P3 de 90 bars environ et une consommation en énergie d'environ 19.70 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 7.29% par rapport au point de fonctionnement 60 du même procédé conventionnel avec un gaz réfrigérant composé deFor a percentage of 40% neon, the operating point is at 71b, which corresponds to a maximum pressure P3 of approximately 90 bars and an energy consumption of approximately 19.70 kWxd / t, which represents a gain in efficiency thermodynamic of 7.29% compared to the operating point 60 of the same conventional process with a refrigerant gas composed of

100% d azote.100% nitrogen.

Pour un pourcentage de 50% de néon, le point de fonctionnement se situe en 72b, ce qui correspond à une pression maximale P3 de 120 bars environ et une consommation en énergie d'environ 19.35 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 8.94% par rapport au point de fonctionnement 60 du même procédé conventionnel avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote.For a percentage of 50% neon, the operating point is at 72b, which corresponds to a maximum pressure P3 of approximately 120 bars and an energy consumption of approximately 19.35 kWxd / t, which represents a gain in efficiency thermodynamic of 8.94% compared to the operating point 60 of the same conventional process with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen.

De la même manière avec un mélange azote-hydrogène comportant 20% d'hydrogène, comme représenté sur la figure 7B, le point de fonctionnement se situe en 80b, ce qui correspond à une pression maximale P3 de 68 bars environ et une consommation en énergie d'environ 20.2 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 4.94% par rapport au point de fonctionnement 60 du même procédé conventionnel avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote.In the same way with a nitrogen-hydrogen mixture comprising 20% hydrogen, as represented in FIG. 7B, the operating point is located at 80b, which corresponds to a maximum pressure P3 of approximately 68 bars and energy consumption. of approximately 20.2 kWxd / t, which represents a gain in thermodynamic efficiency of 4.94% compared to the operating point 60 of the same conventional process with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen.

Pour un pourcentage de 40% d'hydrogène, le point de fonctionnement se situe en 81b, ce qui correspond à une pression maximale P3 de 108 bars environ et une consommation en énergie d'environ 19.8 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 6.82% par rapport au point de fonctionnement 60 du même procédé conventionnel avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote.For a percentage of 40% hydrogen, the operating point is at 81b, which corresponds to a maximum pressure P3 of approximately 108 bars and an energy consumption of approximately 19.8 kWxd / t, which represents a gain of thermodynamic efficiency of 6.82% compared to the operating point 60 of the same conventional process with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen.

Pour un pourcentage de 50% d'hydrogène, le point de fonctionnement se situe en 82b, ce qui correspond à une pression maximale P3 de 150 bars environ et une consommation en énergie d'environ 19 kWxd/t, ce qui représente un gain de rendement thermodynamique de 10.59% par rapport au point de fonctionnement 60 du même procédé conventionnel avec un gaz réfrigérant composé de 100% d'azote.For a percentage of 50% hydrogen, the operating point is located at 82b, which corresponds to a maximum pressure P3 of approximately 150 bars and an energy consumption of approximately 19 kWxd / t, which represents a gain of thermodynamic efficiency of 10.59% compared to the operating point 60 of the same conventional process with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen.

A titre d'exemple, une unité de liquéfaction conventionnelle est dimensionnée par rapport aux puissances des turbines à gaz disponibles, /< * les turbines de forte puissance étant couramment de 25MW.By way of example, a conventional liquefaction unit is dimensioned with respect to the powers of the gas turbines available, / <* the high power turbines being commonly 25MW.

On cherche en général à augmenter la puissance de l'installation, et il est alors possible d'installer en parallèle deux turbines à gaz (GT1 et GT2) identiques pour obtenir 30MW (2xl5MW), voire 40MW 5 (2x20MW), mais on alors deux lignes de machines tournantes, ce qui augmente les encombrements, les quantités de conduites et bien sûr les coûts.We generally seek to increase the power of the installation, and it is then possible to install two identical gas turbines (GT1 and GT2) in parallel to obtain 30MW (2xl5MW), or even 40MW 5 (2x20MW), but we then two lines of rotating machines, which increases the overall dimensions, the quantities of pipes and of course the costs.

En installant une seule turbine GT de 25MW en C3 comme sur la figures 2 et en rajoutant de la puissance au niveau du deuxième moteur ΙΟ M2, par exemple 5MW, pour obtenir un total de 30MW, ou 15MW pour obtenir un total de 40MW, le fonctionnement du procédé en référence à la figure 2 est identique en termes de rendement à celui utilisant deux turbines à gaz (GT1 et GT2) en parallèle.By installing a single 25MW GT turbine in C3 as in figure 2 and adding power to the second motor ΙΟ M2, for example 5MW, to obtain a total of 30MW, or 15MW to obtain a total of 40MW, the Operation of the method with reference to FIG. 2 is identical in terms of efficiency to that using two gas turbines (GT1 and GT2) in parallel.

Ainsi, en considérant une turbine à gaz GT de 25MW, l'ajout de 15 5MW de puissance au niveau du moteur (M2), de préférence grâce à une motorisation électrique, donne plus de souplesse au fonctionnement et permet ainsi un accroissement de puissance de 20%. Par contre, le rendement de l'ensemble reste inchangé, sensiblement à 21.25 kW x jour/t de LNG produit comme représenté sur le diagramme de la figure 7 20 au niveau du point 60.Thus, considering a 25MW GT gas turbine, the addition of 15 5MW of power at the level of the motor (M2), preferably thanks to an electric motor, gives more flexibility in operation and thus allows an increase in power of 20%. On the other hand, the efficiency of the assembly remains unchanged, substantially at 21.25 kW x day / t of LNG produced as shown in the diagram of FIG. 7 at point 60.

Si par contre, on fournit la même puissance de 5MW au niveau du premier moteur Ml, la puissance globale est toujours de 30MW, mais dans ce cas le rendement de l'ensemble est amélioré et atteint sensiblement la valeur de 19.8 kW x jour/t de LNG produit, ce qui 25 représente un gain de 6.59% pour la même puissance globale de 30MW, par rapport à une injection de puissance de 5MW au niveau du deuxième moteur M2, comme détaillé précédemment. Ledit apport de puissance de 5MW au niveau du premier moteur Ml représente alors 16.6% de la puissance globale et ledit rendement (19.8 kW x jour/t) correspond 30 sensiblement au point W2 du diagramme de la figure 7.If, on the other hand, the same power of 5MW is supplied to the level of the first motor M1, the overall power is still 30MW, but in this case the efficiency of the assembly is improved and significantly reaches the value of 19.8 kW x day / t of LNG produced, which represents a gain of 6.59% for the same overall power of 30MW, compared to a power injection of 5MW at the level of the second motor M2, as detailed previously. Said power input of 5MW to the first motor M1 then represents 16.6% of the overall power and said efficiency (19.8 kW x day / t) corresponds substantially to point W2 of the diagram of FIG. 7.

De la même manière sur la figure 3, en installant une seule turbine GT de 25MW en C2 comme sur la figure 3 et en rajoutant de laIn the same way in figure 3, by installing a single GT turbine of 25MW in C2 as in figure 3 and by adding

4, *» puissance au niveau de la turbine GT, par exemple 5MW pour obtenir un total de 30MW, ou 10MW pour obtenir un total de 40MW, le fonctionnement du procédé en référence à la figure 2 est identique en termes de rendement à celui utilisant deux turbines à gaz (GT1 et GT2) 5 en parallèle.4, * »power at the GT turbine, for example 5MW to obtain a total of 30MW, or 10MW to obtain a total of 40MW, the operation of the process with reference to figure 2 is identical in terms of efficiency to that using two gas turbines (GT1 and GT2) 5 in parallel.

Ainsi, en considérant une turbine à gaz GT de 25MW, l'ajout de 5MW de puissance au niveau de la turbine GT, donne plus de souplesse au fonctionnement et permet ainsi un accroissement de puissance de 20%. Par contre, le rendement de l'ensemble reste inchangé, 10 sensiblement à 21.25 kW x jour/t de LNG produit comme représenté sur le diagramme de la figure 7 au niveau du point 60.Thus, considering a GT gas turbine of 25MW, the addition of 5MW of power at the level of the GT turbine, gives more flexibility in operation and thus allows a power increase of 20%. On the other hand, the efficiency of the whole remains unchanged, substantially at 21.25 kW x day / t of LNG produced as shown in the diagram of FIG. 7 at point 60.

Si par contre, on fournit la même puissance de 5MW au niveau du premier moteur Ml, la puissance globale est toujours de 30MW, mais dans ce cas le rendement de l'ensemble est amélioré et atteint 15 sensiblement la valeur de 19.8 kW x jour/t de LNG produit, ce qui représente un gain de 6.59% pour la même puissance globale de 30MW, par rapport à une injection de puissance de 5MW au niveau du deuxième moteur M2, comme détaillé précédemment. Ledit apport de puissance de 5MW au niveau du premier moteur Ml représente alors 16.6% de la 20 puissance globale et ledit rendement (19.8 kW x jour/t) correspond sensiblement au point W2 du diagramme de la figure 7.If, on the other hand, the same power of 5MW is supplied to the level of the first motor M1, the overall power is still 30MW, but in this case the efficiency of the assembly is improved and substantially reaches the value of 19.8 kW x day / t of LNG produced, which represents a gain of 6.59% for the same overall power of 30MW, compared to a power injection of 5MW at the level of the second motor M2, as detailed previously. Said power input of 5MW to the first motor M1 then represents 16.6% of the overall power and said efficiency (19.8 kW x day / t) corresponds substantially to point W2 of the diagram of FIG. 7.

Ainsi, en fonction de la production de gaz naturel, tant en quantité qu'en qualité, en provenance des nappes souterraines, on utilisera avantageusement une turbine à gaz GT, par exemple de 25MW, 25 à plein régime en permanence,Thus, depending on the production of natural gas, both in quantity and quality, from groundwater, a gas turbine GT, for example 25MW, 25 at full speed continuously, will advantageously be used,

- que l'on complétera par injection de puissance au niveau de la turbine GT (fig.2) ou du deuxième moteur M2 (fig.3) sans changer le rendement global (point WO de la figure 7), et- which will be completed by power injection at the level of the GT turbine (fig. 2) or of the second motor M2 (fig. 3) without changing the overall efficiency (point WO of figure 7), and

- que l'on complétera, voire le cas échéant modulera, par 30 injection de puissance au niveau du premier moteur Ml ce qui a pour effet d'améliorer le rendement global selon la courbe 61 de la même figure 7, jusqu'à atteindre un optimum, c'est à dire un minimum de- which will be supplemented, or even if necessary modulated, by power injection at the level of the first motor M1, which has the effect of improving the overall efficiency according to curve 61 of the same FIG. 7, until reaching a optimum, i.e. a minimum of

ii

consommation d'energie de 19.75 kW x jour/t correspondant sensiblement au point W3 de ladite courbe 61 : - l'énergie injectée au niveau dudit premier moteur Ml représentant alors dans ce cas sensiblement 24% de l'énergie totale.energy consumption of 19.75 kW x day / t corresponding substantially to point W3 of said curve 61: the energy injected into said first motor M1 then representing in this case substantially 24% of the total energy.

D'une manière générale, on fonctionnera avec une turbine à gaz GT à plein régime, que l'on complétera par un apport de puissance au niveau du premier moteur Ml, ledit apport étant limité à environ 24% de la puissance globale de manière à optimiser le rendement à la valeur minimale de 19.75 kW x jour/t, puis en cas de nécessité, on augmentera la puissance globale par injection de puissance au niveau du deuxième moteur M2, et concomitamment on réajustera la puissance injectée au niveau du premier moteur Ml, de manière à ce que ladite puissance soit toujours sensiblement égale à environ 24% de la puissance globale de manière à conserver le rendement de l'installation à la valeur optimale de 19.75 kW x jour/t.In general, we will operate with a gas turbine GT at full speed, which will be completed by a power supply to the first engine M1, said input being limited to about 24% of the overall power so as to optimize the output to the minimum value of 19.75 kW x day / t, then if necessary, the overall power will be increased by power injection at the level of the second motor M2, and concomitantly the power injected at the level of the first motor M1 will be readjusted , so that said power is always substantially equal to approximately 24% of the overall power so as to keep the efficiency of the installation at the optimum value of 19.75 kW x day / t.

Ledit rendement optimal de 19.75 kW x jour/t pour une puissance du premier moteur Ml représentant 24% de la puissance totale est valable pour un fluide réfrigérant constitué de 100% d'azote. Dans le cas de mélanges azote-néon ou azote-hydrogène, le rendement optimal ainsi que le pourcentage de puissance varient en fonction des mélanges et des pourcentages de néon ou d'hydrogène, mais les avantages détaillés précédemment restent valables et même se cumulent.Said optimum yield of 19.75 kW x day / t for a power of the first motor M1 representing 24% of the total power is valid for a refrigerant fluid consisting of 100% nitrogen. In the case of nitrogen-neon or nitrogen-hydrogen mixtures, the optimum efficiency as well as the power percentage vary depending on the mixtures and the percentages of neon or hydrogen, but the advantages detailed above remain valid and even accumulate.

1/121/12

FIG.1FIG. 1

2/12 i D,P3,To2/12 i D, P3, To

FIG.2FIG. 2

3/123/12

P3,To,DP3, To, D

FIG.3FIG. 3

H (KJ/kg)H (KJ / kg)

4/124/12

FIG.4FIG. 4

Ef (KWxd/t)Ef (KWxd / t)

21,521.5

20,520.5

19,519.5

18,518.5

60^»60 ^ "

Kwo t— \ H2 wM x K wo t— \ H2 wM x

70^70 ^

70a70a

W3^ rW2,W4 *W3 ^ rW2, W4 *

x Nex Do

-4I-X----x--------------------------------x-4I-X ---- x -------------------------------- x

X _____________X _____________

JJ

---'' ~U— —i— ! | 50% N2CiU^--- '' ~ U— —i—! | 50% N2CiU ^

--------U---------r-1-1ri 20 2530-------- U --------- r- 1 - 1 ri 20 2530

I 1I 1

100%I100% I

----’i—---- ’i—

80% N280% N2

IiII

----------------------------------i-------------------------i------------------Ii ___-Xi—.---------------------------------- i --------------- ---------- i ------------------ Ii ___- Xi—.

1015 —r- en rx>1015 —r - in rx>

FIG.5FIG. 5

Ef (KWxd/t)Ef (KWxd / t)

21.521.5

20.520.5

19.519.5

18.518.5

60- 60- r^W0=0 \ r ^ W0 = 0 \ 70- 70- \ \ wo=o \ \ wo = o W1- W1- 1 71- 1 71- W2.W4-1 W2.W4-1 I ΓΜ < 70a < I ΓΜ < 70a < X X » X X " < W0=0 <W0 = 0 100% N2^ 100% N2 ^ I I ^-71 a 72 A ^ -71 to 72 A '-M ’ 73·^ '-M ’73 · ^ ^W1 ^ W1 80% N2^ 80% N2 ^ 60% N2^ 60% N2 ^ r?ïa w? r? ia w? [W2,W4 73a [W2, W4 73a 50% N2 50% N2 P1 (bar) P1 (bar) I 5 I 5 * ] 10 *] 10 I 15 I 15 20 25 20 25 30 35 40 45 30 35 40 45

6/126/12

FIG.5AFIG.5A

Ef (KWxd/t)Ef (KWxd / t)

21,521.5

60% N2^T i60% N2 ^ T i

-------------rL------------- rL

----------1---------- 1

50% N2“V| i50% N2 “V | i

3030

100% N2100% N2

1---------------ί | 60% N2^1 --------------- ί | 60% N2 ^

------------------1 i i------------------ 1 i i

1-,--------11 -, -------- 1

Pi (bar)Pi (bar)

7/127/12

FIG.5BFIG. 5B

Ef (KWxdrt)Ef (KWxdrt)

8/128/12

FIG.6AFIG.6A

Ef (KWxd/t)Ef (KWxd / t)

FIG.6BFIG.6B

9/129/12

Ef (KWxd/t)Ef (KWxd / t)

FIG.7FIG. 7

10/1210/12

Ef (KWxd/t)Ef (KWxd / t)

FIG.7AFIG.7A

11/1211/12

Ef (KWxd/t)Ef (KWxd / t)

FIG.7BFIG.7B

12/1212/12

Claims (17)

REVENDICATIONS 1. Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel comprenant majoritairement du méthane, de préférence, au moins 85% de méthane, les autres composants comprenant essentiellement de l'azote et des 5 alcanes en C-2 à C-4, dans lequel on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier par circulation dudit gaz naturel à une pression PO supérieure ou égale à la pression atmosphérique (Patm), de préférence PO étant supérieure à la pression atmosphérique, dans au moins 1 échangeur de chaleur cryogénique (EC1, EC2, EC3) par circulation en circuit fermé à contre10 courant en contact indirect avec au moins un flux de gaz réfrigérant restant à l'état gazeux comprimé à une pression PI entrant dans ledit échangeur cryogénique à une température T3' inférieure à T3, T3 étant la température de liquéfaction du dit gaz naturel liquéfié en sortie dudit échangeur cryogénique, T3 étant inférieure ou égale à la température de 15 liquéfaction du dit gaz naturel liquéfié à la pression atmosphérique, dans lequel on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :1. A process for liquefying a natural gas predominantly comprising methane, preferably at least 85% methane, the other components essentially comprising nitrogen and 5 C-2 to C-4 alkanes, in which one liquefies said natural gas to be liquefied by circulating said natural gas at a pressure PO greater than or equal to atmospheric pressure (Patm), preferably PO being greater than atmospheric pressure, in at least 1 cryogenic heat exchanger (EC1, EC2, EC3 ) by circulation in a closed circuit against the current in indirect contact with at least one flow of refrigerant gas remaining in the gaseous state compressed at a pressure PI entering said cryogenic exchanger at a temperature T3 'lower than T3, T3 being the temperature of liquefaction of said liquefied natural gas at the outlet of said cryogenic exchanger, T3 being less than or equal to the liquefaction temperature of said liquefied natural gas at atmospheric pressure, in which it is liquefied said natural gas to be liquefied by carrying out the following concomitant steps of: (a) circulation dudit gaz naturel à liquéfier circulant (Sg) à une pression PO supérieure ou égale à la pression atmosphérique (Patm), de(a) circulation of said natural gas to be liquefied circulating (Sg) at a pressure PO greater than or equal to atmospheric pressure (Patm), from 20 préférence PO étant supérieure à la pression atmosphérique, dans au moins 3 échangeurs de chaleur cryogéniques ( EC1,EC2,EC3) disposés en série dont :20 preferably PO being greater than atmospheric pressure, in at least 3 cryogenic heat exchangers (EC1, EC2, EC3) arranged in series including: - un premier échangeur (EC1) dans lequel ledit gaz naturel entrant à une température TO est refroidit et sort (BB) à une- a first exchanger (EC1) in which said natural gas entering at a temperature TO is cooled and exiting (BB) at a 25 température Tl inférieure à TO, puis25 temperature Tl lower than TO, then - un deuxième échangeur (EC2) dans lequel le gaz naturel est entièrement liquéfié et sort (CC) à une température T2 inférieure à Tl et supérieure à T3, et- a second exchanger (EC2) in which the natural gas is completely liquefied and leaves (CC) at a temperature T2 lower than Tl and higher than T3, and - un troisième échangeur (EC3) dans lequel ledit gaz naturel 30 liquéfié est refroidit de T2 à T3, et (b) circulation à circuit fermé d'au moins deux flux (SI, S3) de gaz réfrigérant à l'état gazeux dénommés premier et troisième flux respectivement à des pressions différentes PI et P2, traversant au moins »- a third exchanger (EC3) in which said liquefied natural gas is cooled from T2 to T3, and (b) closed circuit circulation of at least two streams (SI, S3) of refrigerant gas in the gaseous state called the first and third flow respectively at different pressures PI and P2, passing through at least " deux dits échangeurs en contact indirect avec et à contre-courant du flux de gaz naturel (Sg), comprenant :two said exchangers in indirect contact with and against the flow of the natural gas flow (Sg), comprising: - un premier flux de gaz réfrigérant (SI) à une pression PI inférieure à P3 traversant les 3 échangeurs (EC1, EC2, EC3) entrant (DD) dans ledit troisième échangeur (EC3) à une température T3' inférieure à T3, puis entrant (CC) à une température T2' inférieure à T2 dans ledit deuxième échangeur (EC2), puis entrant (BB) à une température Tl' inférieure à Tl dans ledit premier échangeur (EC1) et sortant (AA) dudit premier échangeur à une température TO' inférieure ou égale à TO, ledit premier flux de gaz réfrigérant à PI et T3' étant obtenu par détente dans au moins un premier détendeur (El) d' une première partie (Dl) d' un deuxième flux (S2) de gaz réfrigérant comprimé à la pression P3 supérieure à P2, ledit deuxième flux (S2) circulant en contact indirect avec et à co-courant dudit flux gaz naturel (Sg) en entrant (AA) dans ledit premier échangeur (EC1) à TO et ladite première partie (Dl) du deuxième flux (S2) sortant (CC) dudit deuxième échangeur (EC2) sensiblement à T2, et- a first flow of refrigerant gas (SI) at a pressure PI less than P3 passing through the 3 exchangers (EC1, EC2, EC3) entering (DD) in said third exchanger (EC3) at a temperature T3 'lower than T3, then entering (CC) at a temperature T2 'lower than T2 in said second exchanger (EC2), then entering (BB) at a temperature Tl' lower than Tl in said first exchanger (EC1) and leaving (AA) from said first exchanger at a temperature TO 'less than or equal to TO, said first flow of refrigerant gas at PI and T3' being obtained by expansion in at least a first expansion valve (El) of a first part (Dl) of a second flow (S2) of gas refrigerant compressed to the pressure P3 greater than P2, said second flow (S2) circulating in indirect contact with and co-current of said natural gas flow (Sg) entering (AA) in said first exchanger (EC1) at TO and said first part (Dl) of the second flow (S2) leaving (CC) from said second exchanger (EC2) substantially at T2, and - un troisième flux (S3) à une pression P2 supérieure à PI et inférieure à P3 circulant en contact indirect avec et à co-courant dudit premier flux, traversant uniquement les dits deuxième et premier échangeurs (EC2, EC1), entrant (CC) dans ledit deuxième échangeur à une température T2' inférieure à T2 et sortant (AA) dudit premier échangeur (EC1) à TO' inférieur ou égale à TO, ledit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant à P2 et T2 étant obtenu par détente dans un deuxième détendeur (E2) d'une deuxième partie (D2) dudit deuxième flux (S2) de gaz réfrigérant sortant dudit premier échangeur sensiblement à Tl, le débit D2 de ladite deuxième partie de deuxième flux étant de préférence supérieur au débit Dl de la première partie de deuxième flux (c) ledit deuxième flux de gaz réfrigérant (S2) comprimé à la pression P3 étant obtenu par compression par au moins deux compresseur (Cl, C2, C3) et refroidissement (Hl, H2) desdits premier et troisième flux (SI, S3) de gaz réfrigérant sortant (AA) du dit premier échangeur (EC1) à PI et respectivement P2, un premier compresseur- a third flow (S3) at a pressure P2 greater than PI and less than P3 circulating in indirect contact with and co-current of said first flow, passing only through said second and first exchangers (EC2, EC1), entering (CC) in said second exchanger at a temperature T2 'lower than T2 and leaving (AA) from said first exchanger (EC1) at TO' less than or equal to TO, said third flow (S3) of refrigerant gas at P2 and T2 being obtained by expansion in a second regulator (E2) of a second part (D2) of said second flow (S2) of refrigerant gas leaving said first exchanger substantially at T1, the flow rate D2 of said second part of the second flow being preferably greater than the flow rate Dl of the first part of second flow (c) said second flow of refrigerant gas (S2) compressed to pressure P3 being obtained by compression by at least two compressors (Cl, C2, C3) and cooling (Hl, H2) of said first and third flows (SI, S3) outgoing refrigerant gas (AA) from said first exchanger (EC1) to PI and P2 respectively, a first compressor II 4« comprimant de PI a P2 la totalité dudit premier flux de gaz réfrigérant sortant (AA) dudit premier échangeur(ECl), et au moins un deuxième compresseur (C2), comprimant de P2 à au moins P'3, P'3 étant une pression inférieure ou égale à P3 et supérieure à P2, d'une part ledit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant sortant à P2 dudit premier échangeur (EC1) et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, pour obtenir ledit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement (Hl, H2), procédé dans lequel:4 "compressing from PI to P2 all of said first flow of refrigerant gas leaving (AA) from said first exchanger (ECl), and at least one second compressor (C2), compressing from P2 to at least P'3, P'3 being a pressure less than or equal to P3 and greater than P2, on the one hand said third flow (S3) of refrigerant gas exiting at P2 from said first exchanger (EC1) and, on the other hand, said first flow of compressed refrigerant gas at P2 exiting from said first compressor, to obtain said second flow of refrigerant gas at P3 and TO after cooling (Hl, H2), process in which: - les deux premier et deuxième compresseurs (Cl, C2) disposés en série sont couplés respectivement auxdits premier et deuxième détendeurs (El, E2) consistant en des turbines de récupération d'énergie, et- the two first and second compressors (C1, C2) arranged in series are coupled respectively to said first and second expansion valves (El, E2) consisting of energy recovery turbines, and - au moins le dit premier compresseur (Cl) est couplé à un premier moteur (Ml), ledit procédé étant caractérisé en ce que :- at least said first compressor (C1) is coupled to a first motor (M1), said method being characterized in that: - ledit premier moteur permet de faire varier de façon différentiée la puissance apportée audit premier compresseur par rapport à la puissance apportée aux autres compresseurs, et- Said first motor makes it possible to vary the power supplied to said first compressor in a differentiated manner with respect to the power supplied to the other compressors, and - une turbine à gaz (GT) est couplée soit audit deuxième compresseur, celui-ci comprimant ledit deuxième flux de gaz réfrigérant directement à P3, soit à un troisième compresseur (C3) monté en série après le deuxième compresseur (C2), le dit troisième compresseur comprimant de P'3 à P3 ledit deuxième flux de gaz réfrigérant, la dite turbine à gaz apportant la majeur partie de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre ( Cl, C2, C3),- a gas turbine (GT) is coupled either to said second compressor, the latter compressing said second flow of refrigerant gas directly to P3, or to a third compressor (C3) mounted in series after the second compressor (C2), said third compressor compressing said second flow of refrigerant gas from P'3 to P3, said gas turbine providing the major part of the total power supplied to all of said compressors used (Cl, C2, C3), - ledit premier moteur (Ml) apportant au moins 3%, de préférence de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2), la dite turbine à gaz (GT) fournissant de 97 à 70% de la puissance totale apportée.- said first motor (M1) providing at least 3%, preferably from 3 to 30% of the total power supplied to all of said compressors used (Cl, C2), said gas turbine (GT) providing from 97 to 70% of the total power supplied. ** 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on » I fait varier de façon contrôlée ladite pression P2 en apportant de la puissance de façon contrôlée audit premier compresseur avec le dit premier moteur, de manière à ce que l'énergie consommée pour la mise en œuvre du procédé (Ef) soit minimale.2. Method according to claim 1, characterized in that one »I varies said pressure P2 in a controlled manner by supplying power in a controlled manner to said first compressor with said first motor, so that the energy consumed for the implementation of the method (Ef) is minimal. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on augmente la pression P2 en augmentant la puissance injectée au premier compresseur avec le premier moteur, la pression PI restant sensiblement constante.3. Method according to claim 2, characterized in that the pressure P2 is increased by increasing the power injected to the first compressor with the first motor, the pressure PI remaining substantially constant. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on fait varier de façon contrôlée ladite pression P2 en apportant de la puissance de façon contrôlée audit premier compresseur avec le dit premier moteur lorsque la composition du gaz naturel à liquéfier varie.4. Method according to claim 2 or 3, characterized in that said pressure P2 is varied in a controlled manner by supplying power in a controlled manner to said first compressor with said first motor when the composition of the natural gas to be liquefied varies. . 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on met en œuvre deux compresseurs (Cl, C2) montés en série, comprenant :5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that two compressors (C1, C2) connected in series are used, comprising: (i) un dit premier compresseur couplé audit premier détendeur (El), comprimant de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant (AA) dudit premier échangeur (EC1), et (ii) un dit deuxième compresseur (C2) couplé audit deuxième détendeur (E2), comprimant de P2 à P3, d'une part ledit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur (EC1) et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, pour obtenir ledit deuxième flux de gaz réfrigérant (S2) à P3 et TO après refroidissement (H 1,H2), et (Hi) ledit premier compresseur (Cl) est actionné par un premier moteur (Ml), ledit deuxième compresseur (C2) étant actionné par au moins une dite turbine à gaz (GT).(i) a said first compressor coupled to said first expander (El), compressing from PI to P2 all of said first flow of refrigerant gas leaving (AA) from said first exchanger (EC1), and (ii) a said second compressor (C2 ) coupled to said second expansion valve (E2), compressing from P2 to P3, on the one hand said third flow (S3) of refrigerant gas exiting at P2 from said first exchanger (EC1) and on the other hand said first flow of compressed refrigerant gas at P2 leaving said first compressor, to obtain said second flow of refrigerant gas (S2) at P3 and TO after cooling (H 1, H2), and (Hi) said first compressor (Cl) is operated by a first motor (Ml) , said second compressor (C2) being operated by at least one said gas turbine (GT). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu on met en œuvre trois compresseurs (Cl, C2, C3) montés en série, comprenant :6. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that three compressors (C1, C2, C3) connected in series, comprising: (i) un dit premier compresseur (Cl) actionné par un dit premier moteur (Ml) et couplé audit premier détendeur (El), comprimant de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant (AA) dudit premier échangeur(ECl), et (ii) un dit deuxième compresseur (C2) actionné par un dit deuxième moteur (M2) et couplé audit deuxième détendeur (E2), comprimant de P2 à P'3, P'3 étant supérieur à P2 et inférieur à P3, d'une part ledit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur (EC1), et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur Cl, et (iii) un troisième compresseur (C3) actionné par une dite turbine à gaz (GT) pour fournir la majeure partie de l'énergie et comprimer à P3 la totalité des premier et troisième flux de gaz réfrigérant sortant du deuxième compresseur (C2), pour obtenir ledit troisième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement (Hl, H2), et (iv) ledit premier moteur (Ml) apporte au moins 3%, de préférence de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3), la dite turbine à gaz (GT) couplée au dit troisième compresseur (C3), ainsi que le dit deuxième moteur (M2) couplé au compresseur (C2) fournissant ensemble de 97 à 70% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3).(i) a said first compressor (C1) actuated by a said first motor (M1) and coupled to said first expander (El), compressing from PI to P2 all of said first flow of refrigerant gas leaving (AA) from said first exchanger ( ECl), and (ii) a said second compressor (C2) actuated by a said second motor (M2) and coupled to said second expander (E2), compressing from P2 to P'3, P'3 being greater than P2 and less than P3, on the one hand said third flow (S3) of refrigerant gas leaving at P2 from said first exchanger (EC1), and on the other hand said first flow of compressed refrigerant gas at P2 leaving said first compressor C1, and (iii) a third compressor (C3) actuated by a said gas turbine (GT) to supply the major part of the energy and to compress to P3 all of the first and third streams of refrigerant gas leaving the second compressor (C2), to obtain said third flow of refrigerant gas at P3 and TO after cooling (Hl, H2), and (iv) said first motor (Ml) contributes at least 3%, preferably 3 to 30% of the total power supplied to all of said compressors used (Cl, C2, C3), said gas turbine (GT) coupled to said third compressor ( C3), as well as said second motor (M2) coupled to the compressor (C2) together providing 97 to 70% of the total power supplied to all of said compressors used (C1, C2, C3). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit gaz réfrigérant comprend de l'azote.7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that said refrigerant gas comprises nitrogen. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la composition du gaz à liquéfier est comprise dans les fourchettes suivantes pour un total de 100% :8. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the composition of the gas to be liquefied is included in the following ranges for a total of 100%: - Methane de 80 à 100%,- Methane from 80 to 100%, I tI t - azote de 0 à 20 %,- nitrogen from 0 to 20%, - éthane de 0 à 20 %,- ethane from 0 to 20%, - propane de 0 à 20 %, et- propane from 0 to 20%, and - butane de 0 à 20 %.- butane from 0 to 20%. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que :9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that: - T0 et TO' sont de 10 à 35 °C, et- T0 and TO 'are 10 to 35 ° C, and - T3 et T3' sont de -160 à -170°C, et- T3 and T3 'are from -160 to -170 ° C, and - T2 et T2' sont de -100 à - 140°C, et- T2 and T2 'are from -100 to - 140 ° C, and - Tl et Tl' sont de -30 à -70°C.- Tl and Tl 'are -30 to -70 ° C. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en10. Method according to one of claims 1 to 9, characterized in ce que : what: - PO - PO est is de of 0.5 0.5 à 5 MPa, et at 5 MPa, and - PI - PI est is de of 0.5 0.5 à 5 MPa, et at 5 MPa, and - P2 - P2 est is de of 1 à 1 to 10 MPa, et 10 MPa, and - P3 - P3 est is de of 5 à 5 to 20 MPa. 20 MPa.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on fait varier P2 jusqu'à ce que l'énergie totale Ef minimale consommée dans le procédé est inférieur à 21.5 kW x jour/t de gaz liquéfié produit, de préférence de 18.5 à 20.5 kW x jour/t.11. Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that P2 is varied until the minimum total energy Ef consumed in the process is less than 21.5 kW x day / t of liquefied gas produced. , preferably 18.5 to 20.5 kW x day / t. 12. Procédé selon les revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre à bord d'un support flottant.12. Method according to claims 1 to 11, characterized in that it is implemented on board a floating support. 13. Installation embarqué sur un support flottant pour mettre en œuvre un procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'elle comprend :13. Installation on board a floating support for implementing a method according to one of claims 1 to 12, characterized in that it comprises: - au moins 3 dits échangeurs de chaleur cryogéniques (EC1, EC2, EC3) en série comprenant au moins :- at least 3 so-called cryogenic heat exchangers (EC1, EC2, EC3) in series comprising at least: « *"* - un premier conduit de circulation a contre-courant apte a faire circuler un premier flux (SI) de gaz réfrigérant à l'état gazeux comprimés à PI traversant à contre-courant successivement les 3 troisième, deuxième et premier échangeurs (EC3, EC2, EC1),- a first counter-current circulation duct capable of circulating a first flow (SI) of refrigerant gas in the gaseous state compressed to PI passing through the 3 third, second and first exchangers successively (EC3, EC2, EC1), - un deuxième conduit de circulation à co-courant apte à faire circuler un dit deuxième flux (S2) de gaz réfrigérant à l'état gazeux comprimé à P3 traversant à co-courant uniquement successivement les dits premier et deuxième échangeurs (EC1, EC2),- a second co-current circulation duct capable of circulating a said second flow (S2) of refrigerant gas in the gaseous state compressed at P3 passing only successively passing through said first and second exchangers (EC1, EC2) , - un troisième conduit de circulation à contre-courant du dit gaz réfrigérant apte à la circulation circuler un dit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant à l'état gazeux comprimé à P2 traversant à contre-courant uniquement successivement les dits deuxième et premier échangeurs (EC2, EC1),- a third countercurrent circulation duct of said refrigerant gas suitable for circulation to circulate a said third flow (S3) of refrigerant gas in the gaseous state compressed to P2 passing through countercurrently only successively said second and first exchangers (EC2, EC1), - un quatrième conduit (Sg) apte à faire circuler ledit gaz naturel à liquéfier traversant successivement les 3 premier, deuxième et troisième échangeurs (EC1, EC2, EC3),- a fourth duct (Sg) capable of circulating said natural gas to be liquefied passing successively through the first, second and third exchangers (EC1, EC2, EC3), - un premier détendeur (El) entre la sortie dudit deuxième conduit et l'entrée dudit premier conduit,- a first regulator (El) between the outlet of said second duct and the inlet of said first duct, - un deuxième détendeur (E2) entre (i) une dérivation (BB) dudit deuxième conduit située entre les dits premier et deuxième échangeur et (ii) l'entrée (CC) dudit troisième conduit, et- a second regulator (E2) between (i) a bypass (BB) of said second duct located between said first and second exchanger and (ii) the inlet (CC) of said third duct, and - un premier compresseur (Cl) à la sortie dudit premier conduit, couplé à une turbine constituant ledit premier détendeur,- a first compressor (C1) at the outlet of said first duct, coupled to a turbine constituting said first expander, - un deuxième compresseur à la sortie du dit deuxième conduit, couplé à une turbine constituant ledit deuxième détendeur, et ledit deuxième compresseur étant monté en série avec ledit premier compresseur, eta second compressor at the outlet of said second duct, coupled to a turbine constituting said second expansion valve, and said second compressor being mounted in series with said first compressor, and - un conduit de circulation de la totalité du gaz comprimé à P2 par le premier compresseur (Cl) vers le deuxième compresseur (C2) ainsi monté en série dudit premier compresseur, et- a conduit for circulating all of the gas compressed at P2 by the first compressor (C1) to the second compressor (C2) thus mounted in series with said first compressor, and - au moins un compresseur (Cl) couplé à un premier moteur (Ml) apte à apporter au moins 3 %, de préférence de 3 à 30%, de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en- at least one compressor (C1) coupled to a first motor (M1) capable of providing at least 3%, preferably from 3 to 30%, of the total power supplied to all of said compressors placed in -· t- t œuvre (Cl, C2, C3), ledit premier moteur permettant de faire varier de façon différentiée la puissance apportée audit premier compresseur par rapport à la puissance apportée aux autres compresseurs, etwork (C1, C2, C3), said first motor making it possible to vary the power supplied to said first compressor in a differentiated manner with respect to the power supplied to the other compressors, and - une turbine à gaz (GT) couplée soit audit deuxième compresseur, celui-ci comprimant ledit deuxième flux de gaz réfrigérant directement à P3, soit à un troisième compresseur (C3) monté en série après le deuxième compresseur (C2), le dit troisième compresseur comprimant de P'3 à P3 ledit deuxième flux de gaz réfrigérant, la dite turbine à gaz étant apte à apporter la majeur partie de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre ( Cl, C2, C3).- a gas turbine (GT) coupled either to said second compressor, the latter compressing said second flow of refrigerant gas directly to P3, or to a third compressor (C3) mounted in series after the second compressor (C2), the said third compressor compressing said second flow of refrigerant gas from P'3 to P3, said gas turbine being able to provide the major part of the total power supplied to all of said compressors used (C1, C2, C3). 14. Installation selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'elle comprend seulement deux compresseurs (Cl, C2) montés en série, comprenant :14. Installation according to claim 13, characterized in that it comprises only two compressors (C1, C2) mounted in series, comprising: (i) un dit premier compresseur (Cl) couplé audit premier détendeur (El), apte à comprimer de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant (AA) dudit premier échangeur (EC1), et (ii) un dit deuxième compresseur (C2) couplé audit deuxième détendeur (E2), apte à comprimer de P2 à au moins P'3, P'3 étant une pression supérieure à P2 et inférieure ou égale à P3, d'une part ledit troisième flux (53) de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur (EC1) et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, pour obtenir ledit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement (Hl, H2), et (iiî) un dit premier moteur (Ml) couplé à un dît premier compresseur (Cl), et au moins une turbine à gaz (GT) couplée audit deuxième compresseur (C2), ledit premier moteur étant apte à apporter au moins 3%, de préférence encore de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2), et (îv) ladite turbine à gaz (GT) couplée audit deuxième compresseur étant apte à fournir de 97 à 70% de la puissance totale apportée.(i) a said first compressor (Cl) coupled to said first expander (El), able to compress from PI to P2 all of said first flow of refrigerant gas leaving (AA) from said first exchanger (EC1), and (ii) a said second compressor (C2) coupled to said second expansion valve (E2), capable of compressing from P2 to at least P'3, P'3 being a pressure greater than P2 and less than or equal to P3, on the one hand said third flow ( 53) of refrigerant gas exiting at P2 from said first exchanger (EC1) and on the other hand said first flow of refrigerant gas compressed at P2 leaving said first compressor, to obtain said second flow of refrigerant gas at P3 and TO after cooling (Hl , H2), and (iiî) a said first motor (M1) coupled to a said first compressor (C1), and at least one gas turbine (GT) coupled to said second compressor (C2), said first motor being able to provide at least 3%, more preferably from 3 to 30% of the total power supplied to all of said compressors used e (Cl, C2), and (îv) said gas turbine (GT) coupled to said second compressor being able to deliver from 97 to 70% of the total power supplied. 15. Installation selon la revendication 14, caractérisé en ce 5 qu'elle comprend seulement trois compresseurs (Cl, C2, C3) montés en série comprenant :15. Installation according to claim 14, characterized in that it comprises only three compressors (C1, C2, C3) mounted in series comprising: (i) un dit premier compresseur (Cl) couplé audit premier détendeur (El) et à un premier moteur (Ml), et (ii) un dit deuxième compresseur (C2) couplé audit(i) a said first compressor (C1) coupled to said first expander (El) and to a first motor (M1), and (ii) a said second compressor (C2) coupled to said 10 deuxième détendeur (E2) et à un deuxième moteur (M2), et (iii) un troisième compresseur (C3) couplé à une turbine à gaz (GT) apte à fournir la majeure partie de l'énergie et apte à comprimer à P3 la totalité des premier et troisième flux de gaz réfrigérant comprimés par le deuxième compresseur (C2), pour10 second expansion valve (E2) and to a second engine (M2), and (iii) a third compressor (C3) coupled to a gas turbine (GT) capable of supplying the major part of the energy and capable of compressing at P3 all of the first and third streams of refrigerant gas compressed by the second compressor (C2), for 15 obtenir ledit troisième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement (Hl, H2), et (iv) le dit premier moteur (Ml) étant apte à apporter au moins 3%, de préférence encore de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre15 obtaining said third flow of refrigerant gas at P3 and TO after cooling (Hl, H2), and (iv) said first motor (M1) being able to provide at least 3%, more preferably from 3 to 30% of the total power supplied to all said compressors used 20 (Cl, C2, C3), et (v) la turbine à gaz (GT) couplée au dit troisième compresseur (C3), ainsi que ledit deuxième moteur (M2) couplé au deuxième compresseur (C2) étant apte à fournir ensemble de 97 à 70% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits20 (Cl, C2, C3), and (v) the gas turbine (GT) coupled to said third compressor (C3), as well as said second motor (M2) coupled to the second compressor (C2) being able to supply together 97 to 70% of the total power supplied to all said 25 compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3).25 compressors used (Cl, C2, C3).
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