OA16795A - A process for liquefying natural gas with a mixture of refrigerant gas. - Google Patents

A process for liquefying natural gas with a mixture of refrigerant gas. Download PDF

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OA16795A
OA16795A OA1201300510 OA16795A OA 16795 A OA16795 A OA 16795A OA 1201300510 OA1201300510 OA 1201300510 OA 16795 A OA16795 A OA 16795A
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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, de préférence, au moins 85% de méthane, les autres composantes 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 liquéfier circulant 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 contrecourant en contact indirect avec au moins un flux de gaz réfrigérant restant à l'état gazeux comprimé à une pression PI entrant dans le dit échangeur cryogénique à une température T3' inférieure à T3, T3 étant la température de liquéfaction du dit gaz naturel liquéfié à la dite pression PO en sortie du dit échangeur cryogénique, caractérisé en ce que le dit gaz réfrigérant comprend un mélange d'azote et d'au moins un autre constituant choisi parmi le néon et l'hydrogène. The present invention relates to a process for the liquefaction of a natural gas comprising mainly methane, preferably at least 85% methane, the other components essentially comprising nitrogen and C-2 to C-4 alkanes. , in which said natural gas to be liquefied is liquefied by circulating said natural gas to be liquefied circulating 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 heat (EC1, EC2, EC3) by closed-circuit countercurrent circulation in indirect contact with at least one flow of refrigerant gas remaining in the compressed gaseous state at a pressure PI entering said cryogenic exchanger at a temperature T3 'lower at T3, T3 being the liquefaction temperature of said liquefied natural gas at said pressure PO at the outlet of said cryogenic exchanger, characterized in that said refrigerant gas comprises a mixture of nitrogen and at least one other constituent selected from neon and hydrogen.

Description

Procédé de liquéfaction de gaz naturel avec un mélange de gaz réfrigérantProcess for liquefying natural gas with a mixture 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 reliquéfaction de gaz à bord de navire de transport de GNL appelé « méthanier », ledit gaz à reliquéfier 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 « boil off ».In the case of an installation placed on a ship, the present invention relates more particularly to a gas reliquefaction process on board an LNG transport ship called a “methane tanker”, said gas to be reliquefied being the result of heating and partial evaporation. LNG contained in the tanks of said vessel, said evaporated gas, in general mainly methane, being called in English “boil 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.

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Lorsque les quantités de gaz naturel sont importantes, voire considérables, on cherche à le transporter de manière à 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 5 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 quantities of natural gas are large or even considerable, it is sought to transport it so that it can be used in remote regions, generally on other continents, and to do this, the preferred method is to transport it to the cryogenic liquid state (-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 10 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 installations 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 unit capacity.

I5 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 20 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 required 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 25 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 30 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 le 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 30 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 5 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 case of leakage, causing explosions or fires. considerable. 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 I5 « 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 20 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 25 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. , as for the so-called I5 “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 connecting pipes, it is necessary to install gravity collectors to bring together the liquid phase and directing 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 a problem in the case of land-based installations, since it is generally simple to have a sufficient area of land to accommodate all these bulky items of 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.

Dans US 6 438 994, on décrit un procédé de liquéfaction avec changement de phase dans lequel le gaz réfrigérant condense partiellement seulement vers l'état liquide du fait qu'il comprend un mélange de premier composant choisi parmi l'argon et l'azote (qui condensent vers l'état liquide aux températures et pressions du procédé) et l'autre composant choisi parmi l'hélium et le néon (qui ne condensent pas vers l'état liquide).In US Pat. No. 6,438,994, a phase change liquefaction process is described in which the refrigerant gas only partially condenses to the liquid state because it comprises a mixture of first component selected from argon and nitrogen ( which condense towards the liquid state at the temperatures and pressures of the process) and the other component chosen from among helium and neon (which do not condense towards the liquid state).

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 5 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, ce qui est très intéressant lorsque les installations sont concentrées sur 10 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 15 gaz réfrigérant perdue.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 an energy of the order of 0.5 kWh / kg of LNG produced, or about 20.84 kW x day / t and, on the other hand, it presents a considerable advantage in terms of terms of safety, because the refrigerant gas of the cycle, nitrogen, is inert and therefore incombustible, which is very advantageous when the installations are concentrated in a small space, for example on the deck of a floating support installed at sea open, said equipment often being installed on several levels, one above the other on a surface reduced to the strict minimum. Thus, in the event of a refrigerant gas leak, there is no danger of explosion and it is then sufficient to reinject the fraction of refrigerant gas lost 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.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.

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 25 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 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 small movements of the floating support, or even almost impossible for extreme movements, whereas in fixed installations on land the problem of movements do 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 deDespite 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, both in terms of the technology of said equipment and of

ιί * 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.ιί * maintenance of this equipment in a confined environment, namely a floating support anchored at sea. In addition, the operation of the installations in operation remains simpler, because this type of cycle is not very sensitive to variations in the composition of the gas to be liquefied, namely a natural gas made up 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, 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,- a heat exchanger which cools the refrigerant gas from high temperature and high pressure substantially to ambient temperature and high pressure, an expansion device, in general a decompression turbine, in which the refrigerant gas expands: its pressure drops and its temperature is 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.

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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 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 consisting mainly of of 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 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 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 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, generally 10 to 20 bars, in four main phases:

- phase 1 : refroidissement du gaz naturel depuis la température ambiante T0 jusqu'à Tl = -50°C environ (cette température dépend de la composition du gaz naturel),- phase 1: cooling of the natural gas from the ambient temperature T0 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 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 (passage from the gaseous state to the liquid state). As natural gas is a gas mixture under a pressure PO of about 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 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 liquid obtained 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 storage tank isolated, 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 10 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 est explicité 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 is explained. further.

Dans EP 1 939 564, on décrit un procédé de liquéfaction de gaz naturel du type sans changement de phase, dans lequel le gaz réfrigérant est de l'air, c'est-à-dire un mélange d'azote et essentiellement d'oxygène et d'argon. L'oxygène et l'argon sont des gaz à températures de point critique plus élevées que celle de l'azote, de sorte que ce mélange de gaz réfrigérant (l'air) nécessite de réduire la pression du gaz réfrigérant pour éviter toute condensation vers l'état liquide, comparativement à un gaz réfrigérant constitué exclusivement d'azote. Le mélange circulant à plus faible pression, les échanges de chaleurs nécessitent des débits plus important et donc des conduites de plus grands diamètres et des échangeurs de surfaces plus importantes, ce qui contribue à augmenter le coût et l'encombrement de l'installation et réduit le rendement thermodynamique global du procédé.In EP 1 939 564, a process for the liquefaction of natural gas of the type without phase change is described, in which the refrigerant gas is air, that is to say a mixture of nitrogen and essentially oxygen. and argon. Oxygen and argon are gases with higher critical point temperatures than nitrogen, so this mixture of refrigerant gas (air) requires reducing the pressure of the refrigerant gas to prevent condensation to the liquid state, compared to a refrigerant gas consisting exclusively of nitrogen. As the mixture circulates at lower pressure, heat exchanges require greater flow rates and therefore pipes of larger diameters and exchangers with larger surfaces, which contributes to increasing the cost and size of the installation and reduces the overall thermodynamic efficiency of the process.

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 le dit 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 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 le dit 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, caractérisé en ce que le dit gaz réfrigérant consiste essentiellement en un mélange d'azote et d'au moins un autre constituant choisi parmi le néon et l'hydrogène.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, in which 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 heat by circulation in a closed circuit against the current in indirect contact with at least one flow of refrigerant gas remaining in the compressed gaseous state at a pressure PI entering the said cryogenic exchanger at a temperature T3 'lower than T3, T3 being the temperature at the outlet from said cryogenic exchanger, and T3 being less than or equal to the liquefaction temperature of said liquefied natural gas at atmospheric pressure, characterized in that said refrigerated gas erant consists essentially of a mixture of nitrogen and at least one other constituent chosen from neon and hydrogen.

On entend ici par « consiste essentiellement » que des traces d'autres gaz dans des proportions faibles, ne dépassant pas globalement 1%, ne perturbent pas le procédé ni son rendement global, et sont donc acceptables comme explicité plus loin.The term “essentially consists” here means that traces of other gases in small proportions, not generally exceeding 1%, do not disturb the process or its overall yield, and are therefore acceptable as explained below.

Les inventeurs ont en effet découvert et démontré que la mise en œuvre d'un gaz réfrigérant comprenant un mélange d'azote et d'au moins un autre constituant choisi parmi le néon et l'hydrogène, permet d'augmenter la pression PI sans que le point de rosée du mélange ainsi constitué, ne soit atteint. Plus particulièrement, à -170°C, la pression de saturation d'un mélange azote + néon ou azote + hydrogène est supérieur à celle de l'azote seule, ce qui permet d'augmenter la pression du mélange sans engendrer de condensation vers l'état liquide d'aucun des composants du mélange, du fait que le point critique du néon et de 5 l'hydrogène est plus faible que celui de l'azote. Ainsi, le gaz réfrigérant ne condense pas vers l'état liquide mais reste à l'état gazeux bien que sa pression soit augmentée de manière très significative. Il en résulte une augmentation de la pression P3 et une amélioration du rendement thermodynamique global ainsi qu'un meilleur transfert thermique au sein 10 des échangeurs cryogéniques, ce qui augmente le rendement énergétique du procédé, c'est-à-dire minimise l'énergie totale consommée pour produire une quantité donnée de GNL pendant une durée donnée, et donc permet de mettre en œuvre des installations plus compacte, notamment des machines tournantes, compresseur et 15 turbines, plus compactes et des conduites de circulation de plus petite section. Le mélange de gaz réfrigérant selon la présente invention est donc particulièrement avantageux dans le cas où on met en œuvre le procédé sans changement de phase à bord d'un support flottant où la place est limitée.The inventors have in fact discovered and demonstrated that the use of a refrigerant gas comprising a mixture of nitrogen and at least one other constituent chosen from neon and hydrogen makes it possible to increase the pressure PI without causing the dew point of the mixture thus formed is reached. More particularly, at -170 ° C, the saturation pressure of a nitrogen + neon or nitrogen + hydrogen mixture is greater than that of nitrogen alone, which makes it possible to increase the pressure of the mixture without generating condensation towards the The liquid state of none of the components of the mixture, since the critical point of neon and hydrogen is lower than that of nitrogen. Thus, the refrigerant gas does not condense towards the liquid state but remains in the gaseous state although its pressure is increased very significantly. This results in an increase in the pressure P3 and an improvement in the overall thermodynamic efficiency as well as a better heat transfer within the cryogenic exchangers, which increases the energy efficiency of the process, i.e. minimizes the energy. total consumed to produce a given quantity of LNG over a given period of time, and therefore allows the implementation of more compact installations, in particular rotating machines, compressors and turbines, more compact and circulation pipes of smaller section. The refrigerant gas mixture according to the present invention is therefore particularly advantageous in the case where the process is implemented without phase change on board a floating support where space is limited.

Le néon et l'hydrogène présentent en effet une température de liquéfaction inférieure à celle de l'azote (laquelle est de -196°C à Patm) de sorte qu'un mélange selon l'invention présente à pression donnée un point de rosée plus bas que celui de l'azote seul et de ce fait, à une même température T3' que l'azote seul, la pression PI du mélange selon 25 l'invention est supérieure, d'où il résulte un meilleur rendement thermodynamique et de meilleures conditions d'échange thermique, donc un meilleur rendement énergétique du procédé en terme d'énergie totale consommée pour la liquéfaction du gaz naturel, en général exprimé en kW x h/kg ou en kW x jour/tonne (en anglais kW x day /t= kW x d /t) de 30 GNL produit.Neon and hydrogen in fact have a liquefaction temperature lower than that of nitrogen (which is -196 ° C at Patm) so that a mixture according to the invention has at a given pressure a dew point more lower than that of nitrogen alone and therefore, at the same temperature T3 'as nitrogen alone, the pressure P1 of the mixture according to the invention is higher, resulting in a better thermodynamic efficiency and better thermodynamic efficiency. heat exchange conditions, therefore better energy efficiency of the process in terms of total energy consumed for the liquefaction of natural gas, generally expressed in kW xh / kg or in kW x day / tonne (in English kW x day / t = kW xd / t) of 30 LNG produced.

De préférence, le dit mélange de gaz réfrigérants consiste en un mélange binaire d'azote et néon. Bien que le mélange azote-hydrogène présente un meilleur rendement énergétique global, le néon est préféré au regard des risque d'explosion plus important de l'hydrogène et duPreferably, said mixture of refrigerant gases consists of a binary mixture of nitrogen and neon. Although the nitrogen-hydrogen mixture has a better overall energy yield, neon is preferred in view of the greater risk of explosion of hydrogen and

niveau de pression P1-P2-P3 plus élevé dans le cas dudit mélange azotehydrogène, l'hydrogène pouvant avoir de plus une certaine propension à percoler à travers les joints en élastomères et même à travers les parois métalliques de faible épaisseur. Le néon est donc préféré à l'hydrogène car il constitue un gaz inerte et ne présente pas de danger dans une installation compacte installée à bord d'un support flottant où la place est limitée.higher pressure level P1-P2-P3 in the case of said nitrogen-hydrogen mixture, the hydrogen may also have a certain propensity to percolate through the elastomeric seals and even through the thin metal walls. Neon is therefore preferred over hydrogen because it constitutes an inert gas and presents no danger in a compact installation installed on board a floating support where space is limited.

Plus particulièrement, le dit mélange de gaz réfrigérants comprend un mélange d'azote et dedit(s) autre(s) composant(s) avec une teneur molaire en dit(s) autre(s) composant(s) de pas plus de 50% de préférence de 20 à 40%. Au-delà de 50%, on observe une diminution du rendement énergétique.More particularly, said mixture of refrigerant gases comprises a mixture of nitrogen and said other component (s) with a molar content of said other component (s) of not more than 50 % preferably 20 to 40%. Beyond 50%, there is a decrease in energy efficiency.

Plus particulièrement encore, dans le procédé selon l'invention, on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :More particularly still, in the process according to the invention, 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 (Patm), 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 (Patm), preferably PO being greater than atmospheric pressure, in at least 3 cryogenic heat exchangers arranged in series including:

- un premier échangeur dans lequel le dit gaz naturel entrant à une température T0 est refroidi et sort à une température Tl inférieure à T0, puis- a first exchanger in which said natural gas entering at a temperature T0 is cooled and exits at a temperature Tl lower than T0, 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 en circuit fermé à contre-courant d'au moins un premier flux de gaz réfrigérant à l'état gazeux à une pression PI inférieure à P3, en contact indirect avec et à contre-courant du flux de gaz naturel, ledit premier flux (SI) à une pression PI traversant les 3 échangeurs en entrant dans le dit troisième échangeur à une température T3' inférieure à T3, puis entrant dans le dit deuxième échangeur à T2' inférieure à T2, puis entrant dans ledit premier échangeur à Tl' inférieure à Tl et sortant dudit premier échangeur à une température TO' inférieure ou égale à TO,- a third exchanger in which said liquefied natural gas is cooled from T2 to T3, and (b) circulation in a closed circuit against the current of at least a first flow of refrigerant gas in the gaseous state at a pressure PI less than P3, in indirect contact with and against the current of the natural gas flow, said first flow (SI) at a pressure PI passing through the 3 exchangers entering said third exchanger at a temperature T3 'lower than T3, then entering said second exchanger at T2 ′ less than T2, then entering said first exchanger at Tl ′ less than Tl and leaving said first exchanger at a temperature TO ′ less than or equal to TO,

- le dit premier flux de gaz réfrigérant à Pl et T3' étant obtenu par détente dans au moins un premier détendeur d'au moins une première partie d'au moins un deuxième flux de gaz réfrigérant comprimé à P3 supérieure à Pl circulant à co-courant dudit gaz naturel entrant dans ledit premier échangeur à TO et sortant dudit deuxième échangeur sensiblement à T2, et- Said first flow of refrigerant gas at P1 and T3 'being obtained by expansion in at least a first regulator of at least a first part of at least one second flow of refrigerant gas compressed at P3 greater than P1 circulating at co- stream of said natural gas entering said first exchanger at TO and leaving said second exchanger substantially at T2, and

- une deuxième partie dudit deuxième flux de gaz réfrigérant comprimé P3 circulant à co-courant dudit gaz naturel entrant dans ledit premier échangeur à TO et sortant dudit premier échangeur sensiblement à Tl, est détendue dans un deuxième détendeur à la dite pression Pl et à une dite température T2', et est recyclée pour rejoindre ledit premier flux à l'entrée dudit deuxième échangeur ; le débit D2 de la dite deuxième partie de deuxième flux étant supérieur au débit DI de la première partie de deuxième flux, et (c) ledit deuxième flux comprimé à P3 étant obtenu par compression par au moins un compresseur suivi d'au moins un refroidissement dudit premier flux de gaz réfrigérant recyclé sortant du dit premier échangeur, de préférence au moins un premier compresseur couplé audit premier détendeur, et (d) de préférence, après l'étape (a) on dépressurise le gaz naturel liquéfié depuis la pression PO à la pression atmosphérique le cas échéant.a second part of said second stream of compressed refrigerant gas P3 circulating in co-current with said natural gas entering said first exchanger at TO and leaving said first exchanger substantially at T1, is expanded in a second regulator at said pressure Pl and at a said temperature T2 ', and is recycled to join said first flow at the inlet of said second exchanger; the flow rate D2 of said second part of the second flow being greater than the flow rate DI of the first part of the second flow, and (c) said second flow compressed to P3 being obtained by compression by at least one compressor followed by at least one cooling of said first flow of recycled refrigerant gas leaving said first exchanger, preferably at least a first compressor coupled to said first expander, and (d) preferably, after step (a) the liquefied natural gas is depressurized from the pressure PO to atmospheric pressure where applicable.

La séparation du deuxième flux S2 en deux parties de débits différents DI et D2 en sortie du premier échangeur, de préférence avecThe separation of the second flow S2 into two parts of different flow rates DI and D2 at the outlet of the first exchanger, preferably with

D2 supérieur à Dl, est avantageuse car l'essentiel de l'énergie consommée se produit dans la phase 2 au sein du deuxième échangeur.D2 greater than Dl, is advantageous because most of the energy consumed occurs in phase 2 within the second exchanger.

Ainsi seule une partie mineure de débit Dl est détendue pour atteindre la température la plus basse de sensiblement -165°C, et traverse le troisième échangeur EC3 où se produit la phase 3 tandis que le fluxThus only a minor part of the flow Dl is expanded to reach the lowest temperature of substantially -165 ° C, and passes through the third exchanger EC3 where phase 3 occurs while the flow

D=D1+D2 du circuit SI traverse alors l'échangeur cryogénique EC2 pour assurer la phase 2 de la liquéfaction.D = D1 + D2 of the SI circuit then passes through the cryogenic exchanger EC2 to ensure phase 2 of the liquefaction.

Dans un mode de réalisation, on met en œuvre 3 compresseurs dont au moins un premier compresseur et un deuxième compresseur disposés en parallèle, comprenant :In one embodiment, 3 compressors are used, at least a first compressor and a second compressor arranged in parallel, comprising:

- un compresseur dénommé troisième compresseur actionné par un moteur, de préférence une turbine à gaz, pour comprimer de Pl à P'3 la totalité du premier flux de gaz réfrigérant, P'3 étant comprise entre Pl et P3, eta compressor called a third compressor actuated by an engine, preferably a gas turbine, to compress from Pl to P'3 all of the first flow of refrigerant gas, P'3 being between Pl and P3, and

- un premier compresseur couplé au premier détendeur consistant en une turbine, pour comprimer de P'3 à P3 au moins une première partie dudit premier flux de gaz réfrigérant sortant dudit premier échangeur, eta first compressor coupled to the first expansion valve consisting of a turbine, to compress from P'3 to P3 at least a first part of said first flow of refrigerant gas leaving said first exchanger, and

- un deuxième compresseur couplé au deuxième détendeur consistant en une turbine, pour comprimer de P'3 à P3 au moins une deuxième partie dudit premier flux de gaz réfrigérant sortant dudit premier échangeur.a second compressor coupled to the second expansion valve consisting of a turbine, for compressing from P'3 to P3 at least a second part of said first flow of refrigerant gas leaving said first exchanger.

Plutôt que de recycler après détente une partie D2 du deuxième flux en provenance de la sortie du premier échangeur, pour rejoindre le premier flux à l'entrée du deuxième échangeur, dans un mode préféré de réalisation, on recycle cette partie D2 du deuxième flux à l'entrée du deuxième échangeur à une pression intermédiaire P2 supérieure à Pl dans un troisième circuit S3 indépendant et parallèle au circuit SI, c'est à dire à co-courant de SI. Du fait que l'essentiel de l'énergie consommée pour la phase 2 du procédé est transférée au sein dudit deuxième échangeur, ceci permet d'augmenter encore les transferts thermiques et le rendement énergétique du procédé.Rather than recycling after expansion a part D2 of the second flow coming from the outlet of the first exchanger, to join the first flow at the inlet of the second exchanger, in a preferred embodiment, this part D2 of the second flow is recycled to the entry of the second exchanger at an intermediate pressure P2 greater than Pl in a third independent circuit S3 and parallel to the circuit SI, that is to say in co-current of SI. Because most of the energy consumed for phase 2 of the process is transferred within said second exchanger, this makes it possible to further increase the heat transfers and the energy efficiency of the process.

Plus précisément, pour ce faire, dans un mode préféré de réalisation du procédé selon l'invention, on liquéfie le dît gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :More precisely, to do this, in a preferred embodiment of the process according to the invention, the 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, 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 le dit 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 lower than 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 le dit troisième échangeur à une température T3' inférieure à T3, puis entrant à T2' inférieure à T2 dans le dit 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, le dit 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 du deuxième flux sortant dudit deuxième échangeur sensiblement à T2, et- a first flow of refrigerant gas at a pressure PI lower 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 at the pressure P3 greater than P2, said second flow circulating in indirect contact with and in co-current with said flow of natural gas, entering said first exchanger at TO and said first part the 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', le dit 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 la dite deuxième partie de deuxième flux étant supérieur au débit DI de la première partie de deuxième flux, (c) le dit 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, de préférence par au moins deux premier et deuxième compresseurs disposés en série et couplés respectivement auxdits premier et deuxième détendeurs consistant en des turbines à gaz, et (d) 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.- 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 the second flow being greater than the flow rate DI of the first part of the 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 respectively P2, preferably by at least two first and second compressors s arranged in series and coupled respectively to said first and second regulators consisting of gas turbines, and (d) preferably, after step (a) the liquefied natural gas leaving said third exchanger is depressurized at T3, from the pressure PO at atmospheric pressure where appropriate.

Dans un mode encore préféré de réalisation, on met en œuvre des moyens pour faire varier de façon contrôlée la dite pression P2.In a still preferred embodiment, means are implemented to vary said pressure P2 in a controlled manner.

Plus particulièrement, pour ce faire, au moins un compresseur est couplé à un moteur permettant de faire varier de façon contrôlée au moins la pression P2, en apportant de la puissance de façon contrôlée audit compresseur, de préférence au moins 3%, de préférence encore de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre. Plus particulièrement encore, on observe que lorsque l'on augmente la puissance injectée au niveau dudit moteur, la pression PI reste 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, la dite consommation en énergie augmente à nouveau.More particularly, to do this, at least one compressor is coupled to a motor making it possible to vary at least the pressure P2 in a controlled manner, by supplying power in a controlled manner to said compressor, preferably at least 3%, more preferably still. from 3 to 30% of the total power supplied to all of the said compressors used. More particularly still, it is observed that when the power injected into said motor is increased, the pressure PI remains 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.

Plus particulièrement encore, on peut moduler et contrôler spécifiquement la valeur de la pression P2 en montant en série les deux «' k premier et deuxième compresseurs Cl et C2 et en couplant le premier compresseur Cl, déjà couplé avec la turbine de détente El, avec un premier moteur complémentaire Ml permettant de moduler et contrôler la puissance apportée à Cl et donc la valeur de la pression P2.More particularly still, it is possible to modulate and specifically control the value of the pressure P2 by mounting the two first and second compressors C1 and C2 in series and by coupling the first compressor C1, already coupled with the expansion turbine El, with a first complementary motor M1 making it possible to modulate and control the power supplied to C1 and therefore the value of the pressure P2.

Ce procédé est plus particulièrement avantageux car il permet, en modulant et contrôlant spécifiquement l'apport de puissance complémentaire au niveau de Ml, de contrôler spécifiquement la valeur de la pression P2 dudit troisième flux, et permet alors de ce fait d'optimiser le point de fonctionnement du procédé, à savoir minimiser l'énergie consommée notamment lorsque, comme cela arrive en cours d'exploitation, la composition du gaz naturel à liquéfier varie.This method is more particularly advantageous because it makes it possible, by modulating and specifically controlling the supply of additional power at the level of M1, to specifically control the value of the pressure P2 of said third flow, and then thus makes it possible to optimize the point of operation of the process, namely minimizing the energy consumed in particular when, as happens during operation, the composition of the natural gas to be liquefied varies.

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.A conventional liquefaction unit is sized in relation 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 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 i I 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.

De la même manière, en installant une seule turbine GT de n MW et en rajoutant de la puissance au niveau de la turbine GT, inférieure à n MW, le fonctionnement du procédé est identique en termes de rendement à celui utilisant deux turbines à gaz de n MW en parallèle.Likewise, by installing a single n MW GT turbine and adding power to the GT turbine, less than n MW, the operation of the process is identical in terms of efficiency to that using two gas turbines of n MW in parallel.

Ainsi, en considérant une turbine à gaz l'ajout de puissance au niveau de la turbine GT, donne plus de souplesse au fonctionnement et permet ainsi un accroissement de puissance. En revanche, le rendement de l'ensemble reste inchangé.Thus, by considering a gas turbine, the addition of power at the level of the GT turbine, gives more flexibility to the 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 apportée, 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 overall power. provided, compared 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, parThus, depending on the production of natural gas, both in quantity and quality, from groundwater, a GT gas turbine, for example of 25MW, will be used advantageously, 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- power injection at the level of the GT turbine or of the second M2 engine without changing the overall efficiency, and

- 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 un mode préféré de réalisation, les deux premier et deuxième compresseurs disposés en série sont couplés respectivement auxdits premier et deuxième détendeurs consistant en des turbines de récupération d'énergie, etIn a preferred embodiment, the two first and second compressors arranged in series are coupled respectively to said first and 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

- une turbine à gaz est couplée soit audit deuxième compresseur, celui-ci comprimant ledit deuxième flux de gaz réfrigérant directement à 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, la dite turbine à gaz apportant la majeur partie de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre.- A gas turbine is coupled either to said second compressor, the latter compressing said second flow of refrigerant gas directly to P3, or to a third compressor mounted in series after the second compressor, said third compressor compressing from P'3 to P3 said second flow of refrigerant gas, said gas turbine providing the major part of the total power supplied to all of said compressors used.

Dans ce mode de réalisation, 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.In this embodiment, 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 «Furthermore, 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 "

h 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.h compactness of the installation which is particularly advantageous for the implementation of a process on board a floating support where space is limited.

Dans la présente description, on entend par « compresseur couplé 5 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 10 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 to mean the shaft of The output 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 matter of 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 ; et les 15 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; and the compressors are of the rotary turbine type, also called centrifugal compressor.

De préférence encore, dans le procédé, on met en œuvre deux compresseurs montés en série, comprenant :More preferably, in the method, two compressors connected in series are used, comprising:

(i) un 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) un 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 le dit troisième flux de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur, et d'autre part le dit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, pour obtenir le dit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement, et (iii) ledit premier compresseur est couplé à un premier moteur, et ledit deuxième compresseur étant couplé à au moins une turbine à gaz, ledit premier moteur permettant de faire varier de façon contrôlée la pression P2 en apportant de la k(i) a 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) a second compressor coupled to said second expander, 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 the said third flow of refrigerant gas exiting at P2 from the said first exchanger, and on the other hand the 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 coupled to a first engine, and said second compressor being coupled to at least one gas turbine, said first motor allowing the pressure P2 to be varied in a controlled manner by providing k

puissance de façon contrôlée audit premier compresseur, ledit premier moteur apportant au moins 3%, de préférence encore de à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre, ledit deuxième compresseur actionné par une turbine à gaz fournissant de 97 à 70% de la puissance totale mis en œuvre.power in a controlled manner to said first compressor, said first motor providing at least 3%, more preferably from 30% of the total power supplied to all of said compressors used, said second compressor actuated by a gas turbine providing from 97 to 70% of the total power used.

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.

Plus particulièrement, on met en œuvre trois compresseurs dont deux premier et deuxième compresseurs montés en série, comprenant :More particularly, three compressors are used, including two first and second compressors connected in series, 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 le dit troisième flux de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur, et d'autre part le dit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, et (Iîi) 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 25 réfrigérant comprimés par le deuxième compresseur, pour obtenir le dit 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 qu'un deuxième moteur couplé au deuxième compresseur fournissant ensemble de à 70% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvres.(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 expander, 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 P2 from said first exchanger, and on the other hand said first stream of refrigerant gas compressed at P2 leaving said first compressor, and (Iîi) a third compressor driven 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 power total provided to all of said compressors implemented, the gas turbine coupled to said third compressor, as well as a second motor coupled to the second compressor providing together from 70% of the total power supplied to all of said compressors placed in works.

Cette deuxième variante de réalisation est avantageuse en termes de rendement thermodynamique et de capacité de production, car on utilise 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 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, since a maximum capacity turbine available on the market is then advantageously used as gas turbine, that is to say 25-30MW in the case of gas turbine. of turbines intended to be installed on a floating support, plus a second electric motor of 5 to 10 MW connected to the second compressor, the overall power of the second engine and third engine (gas turbine) then being 30 to 40 MW, therefore much higher 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.

En faisant varier la pression P2, le procédé selon l'invention permet de mettre en œuvre une énergie totale Ef minimale consommée dans le procédé inférieur à 21.5 kW x jour/t, plus particulièrement de 18.5 à 20.5 kW x jour/t de gaz liquéfié produit.By varying the pressure P2, the process according to the invention makes it possible to implement a minimum total energy Ef consumed in the process of less than 21.5 kW x day / t, more particularly from 18.5 to 20.5 kW x day / t of liquefied gas product.

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 comprise entre 18.5 et 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 la dite 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 comprise entre 18.5 et 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 between 18.5 and 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 will be readjusted of the 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 between 18.5 and 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 de gaz réfrigérant autre tel que néon ou hydrogène_ou mélanges azotenéon 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 réfrigérant ou 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 refrigerant gas such as neon or hydrogen or mixtures of nitrogen or nitrogen-hydrogen, the optimum efficiency as well as the power percentage vary from 18.5 to 21.5 kW x day / t depending on the refrigerant gas or mixture and the percentages of neon or hydrogen, but the advantages detailed previously remain valid and even accumulate.

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

- la composition du gaz à liquéfier est comprise dans les fourchettes suivantes pour un total de 100%:- the composition of the 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

- Pl est de 0.5 à 5 MPa, et- Pl 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).

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 a 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 liquefaction process according to the invention with a triple loop 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 TO 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 TO 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 SB 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 SB represent 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 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 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 la 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 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. Many 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 the so-called “brazed” aluminum plate exchangers. 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 10 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 la dite détente, pour que cette énergie ne 15 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 FIG. 1 with reference to the regulator E2, said regulator possibly being a simple reduction in the diameter of the pipe, or else an adjustable valve, but in the case of the liquefaction process according to the invention the regulator is generally 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) 20 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 25 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 else a scroll compressor. According to the invention, preferably (FIGS. 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. 30 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 enIn this EC2 exchanger, all the natural gas liquefies to

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.LNG at a temperature of T2 = -120 ° C approximately, then the LNG goes to DC 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 (Pl 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 (Pl 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 Pl à très basse température à l'entrée inférieure d'EC3.In a conventional diagram shown in FIG. 1, phases 1, 2 and 3 are carried out by a low pressure loop P1 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, et- C2 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 Pl,- E2 coupled directly to compressor C2, and which expands portion D2 of the total flow D, from high pressure P3 to low pressure Pl,

- El couplé en direct sur le compresseur Cl, et qui détend la portion Dl du flux total D, depuis la haute pression P3 jusqu'à la basse pression Pl, • 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 portion Dl of the total flow D, from high pressure P3 to low pressure Pl, • 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 le dit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :More precisely in Figure 1, there is shown the diagram of a process and installation in which the 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 le dit gaz naturel entrant à une température TO est refroidi et sort BB à une température Tl inférieure à TO à laquelle 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 below TO at 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 Pl inférieure à P3 en contact indirect avec et à contre-courant du flux de gaz naturel Sg, ledit premier flux SI à une pression Pl traversant les 3 échangeurs EC3, EC2, et EC1 entrant en DD dans le dit troisième échangeur EC3 à une température T3' inférieure à T3 puis sortant dudit troisième échangeur et entrant dans le dit 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 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 Pl 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 Pl 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 leaving the second exchanger and entering the first exchanger EC1 at BB at a temperature Tl 'lower than Tl and exiting at AA from said first exchanger EC1 at a temperature TO' less than or equal to TO,

- le dit premier flux SI de gaz réfrigérant à Pl et T3' étant obtenu par détente dans un premier détendeur El d'une première partie Dl d'un deuxième flux S2 de gaz réfrigérant comprimé à P3 supérieure à Pl 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 Pl and T3 'being obtained by expansion in a first expansion valve El of a first part Dl of a second flow S2 of compressed refrigerant gas at P3 greater than Pl circulating in co-current of said natural gas 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 la dite pression Pl et à une dite température T2', et est recyclée pour rejoindre ledit premier flux à l'entrée en CC dudit deuxième échangeur, et (c) le dit 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 exiting from said first exchanger substantially at T1 is expanded in a second regulator E2 at said pressure Pl and at a said temperature T2 ', and is recycled to join said first flow at the CC 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 expander El, and (d) after step ( a) the liquefied natural gas is depressurized from 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 PI à P'3, P'3 étant compris entre PI et P3, la totalité dudit premier flux de gaz réfrigérant provenant de la sortie AA dudit premier échangeur EC1, et- a third compressor C3 actuated by an engine, preferably a gas turbine GT to compress from PI to P'3, P'3 being between PI and P3, all of said first flow of refrigerant gas coming from the outlet AA of said first EC1 exchanger, and

- un premier compresseur Cl couplé au premier détendeur El consistant en une turbine, pour comprimer de P'3 à P3, une partie Dl' du dit premier flux de gaz réfrigérant, comprimé par le troisième compresseur C3, et- a first compressor C1 coupled to the first expansion valve El consisting of a turbine, to compress from P'3 to P3, 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 TO' 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 DI' et D2' qui alimentent respectivement les compresseurs Cl (DI') 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 the low pressure PI and at a temperature TO 'substantially lower than TO and at the 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 DI 'and D2' which respectively feed the compressors C1 (DI ') and C2 (D2') operating in parallel. The two flows at pressure P3 are then combined and then cooled substantially to ambient temperature TO while 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 il 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 it 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 Dl 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 D1 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 Dl 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 Dl and D2 at the outlet BB of the first exchanger, preferably with D2 greater than Dl, is advantageous because most of the energy consumed occurs in phase 2 within the second exchanger EC2. Thus only a minor part of the 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 the 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 TO=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.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 TO = 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.

Puis, le flux D est de nouveau dirigé vers le compresseur C3 pour effectuer de manière continue un nouveau cycle.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 DI' et D2', et sont accouplés directement aux turbines El et E2 lesquelles elles aussi traitent des débits différents, respectivement DI 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 DI 'and D2', and are coupled directly to the turbines El and E2 which also process different flow rates, DI and D2 respectively.

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 TO 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 TO) 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 le dit 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 the 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 le dit 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 lower than 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 le dit troisième échangeur EC3 à une température T3' inférieure à T3 puis sortant dudit troisième échangeur et entrant dans le dit 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 à une température TO' inférieure à TO, le dit 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 the 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 ΤΓ less than T1 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 regulator 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', le dit 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) le dit 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 15 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 at 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 c onsisting in 15 turbines, and (d) after step (a) depressurizes the liquefied natural gas leaving at DD from said third exchanger at T3, 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(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, 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 le dit troisième flux S3 de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur EC1, et d'autre part le dit 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 le dit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement (Hl, H2), et (2) le dit premier compresseur Cl est couplé à un premier moteur 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.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 leaving 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 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 stream of refrigerant gas at P3 and TO after cooling (Hl, H2), and (2) said first compressor C1 is coupled to a first motor 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 potency nce provided to all 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 all of the 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 qui comprime l'intégralité du flux de gaz réfrigérant D,- C3 which compresses the entire flow of refrigerant gas D,

- C2 qui est accouplé au moteur M2 et à la turbine E2, et qui comprime l'intégralité du flux de gaz réfrigérant D,- C2 which is coupled to the motor M2 and to the turbine E2, and which compresses the entire flow of refrigerant gas D,

- Cl qui est accouplé au moteur Ml et à la turbine El, et qui comprime la portion Dl de premier flux de gaz réfrigérant,- Cl which is coupled to the motor M1 and to the turbine El, and which compresses the portion Dl 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, H1 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, H1 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. La dite 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 provide 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 from 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 ['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 l'échangeur cryogénique EC2 et dirigé vers l'entrée de la turbine El.The portion D2 of the refrigerant gas flow 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 CC at the outlet of the 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 Pl, 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 Pl, P2 & P3 as well as the mass flow rates 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 la température du gaz naturel/GNL pour un processus virtuel idéal.Thus, 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 FIG. 2 as a function of the temperature of the natural gas / LNG 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 procédés 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 àFIG. 3 represents the PFD diagram of a version of the invention exhibiting improved compactness compared to the methods and installation of FIG. 2, in which the compressor C2 is integrated on the same shaft line as the compressor C3 and is powered by the gas turbine GT representing a mechanical energy input of 85 to

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.95% of the total energy Q. In this configuration, the expansion turbine E2 is then connected on the one hand to the compressor C2 and on the other hand to the gas turbine GT.

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 ci-après, on a reproduit les résultats des essais dans lesquelles on fait varier les valeurs de Pl, 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 FIGS. 5 to 9 discussed below, the results of the tests in which the values of P1, 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 Pl, et en fonction des diverses variantes de l'invention. En fait, cette pression Pl 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 Pl 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 Pl 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 P1, and as a function of the various variants of the invention. In fact, this pressure P1 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 Pl corresponds to the lowest temperature T3 'of the device, that is to say the temperature at the low inlet of the cryogenic exchanger EC3. This pressure Pl 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 supérieurSimilarly 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 figure 5A, the upper point

W0=0 de la courbe 90 correspond à un moteur non alimenté, donc fournissant une puissance nulle. Le point WI 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 WI à W4 étant identiques dans les figures SA et 6A.W0 = 0 of curve 90 corresponds to an unpowered motor, therefore providing zero power. The point WI corresponds to a power Wl> 0 supplied by said motor M1. Likewise the following points of 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 WI to W4 being identical in figures SA and 6A .

Ainsi, sur cette même figure 6A, on observe que lorsque l'on 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 la dite consommation en énergie augmente à nouveau vers W4. Ce minimum 90a correspond au point bas 70a de la courbe 70 de la figure SA, 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 the power W injected at the level of M1 is increased, the pressure PI remains constant, but the pressure P2 increases and the efficiency increases, that is to say that the consumption in energy expressed in kW x day / t decreases, until it reaches 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 figure SA, 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.- 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 proportion.

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 la dite courbe 91, puis la dite 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 approximately 12.5 bars and a pressure P2 of approximately 17 bars, which illustrates the improvement in energy efficiency when the increase in the percentage of neon and the increase in the injected power are combined at the level of the engine Ml.

Les mêmes effets sont observés pour l'hydrogène sur les figures 5B et 6B.The same effects are observed for hydrogen in Figures 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.FIGS. 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 la dite 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 5 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 10 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, 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 a floating support anchored at sea, or even 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 15 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 method 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 20 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 25 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 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 ton 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 30 100% 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 pointThus, 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 method 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 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 point

I de fonctionnement 60 du procédé conventionnel.I operating 60 of the conventional method.

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, 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.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, 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 the invention with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen and a thermodynamic efficiency gain of 8.92% compared to 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 son 5 point de rosée, 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 10 de rendement thermodynamique de 9.86% par rapport au point de fonctionnement 60 du procédé conventionnel de la figure 1.Thus, by using a mixture of 80% nitrogen and 20% hydrogen as refrigerant gas, the pressure can be increased, as shown in curve 80, without the gas mixture reaching its 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 l The invention of Figures 2-3 with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen, and a gain in thermodynamic efficiency of 9.86% over 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 15 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 20 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 Figures 2-3 with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen and a thermodynamic efficiency gain of 11.74% over 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 25 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 30 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 gain in thermodynamic efficiency of 5.32% compared to the operating point 62 of the process according to the invention Figures 2-3 with a refrigerant gas composed of 100% nitrogen and a thermodynamic efficiency gain of 12.21% over 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 reliquéfaction.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 de 100% d'azote.For 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% 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 10 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% over 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 15 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.Likewise with a nitrogen-hydrogen mixture comprising 20% hydrogen, as shown in FIG. 7B, the operating point is located at 80b, which corresponds to a maximum pressure P3 of approximately 68 bars and a consumption in energy of about 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 25 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 25 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 deFor 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% d'azote.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 in relation 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 (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 (2x20MW), but we then have two rotating machine lines, 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 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 M2, for example 5MW, to obtain a total of 30MW, or 15MW to obtain a total of 40MW, the operation of the process 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 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 au niveau du point 60.Thus, considering a GT gas turbine of 25MW, the addition of 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 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 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 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 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 5 MW 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 la 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 5 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.In the same way in figure 3, by installing a single GT turbine of 25MW in C2 as in figure 3 and by adding power at the level of the GT turbine, for example 5MW to obtain a total of 30MW, or 10MW for obtain a total of 40MW, the operation of the process 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 5MW de puissance au niveau de la turbine GT, donne plus de souplesse 10 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 au niveau du point 60.Thus, considering a 25MW GT gas turbine, 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 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 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 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 5 MW 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 25 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,Thus, depending on the production of natural gas, both in quantity and quality, coming from the groundwater, a gas turbine GT, for example of 25MW, will advantageously be used at full speed continuously,

- 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 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 consommation d'énergie de 19.75 kW x jour/t correspondant sensiblement au point W3 de la dite courbe 61 : l'énergie injectée au niveau dudit premier moteur- which will be completed, 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 an optimum is reached , i.e. a minimum 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

Ml représentant alors dans ce cas sensiblement 24% de l'énergie totale.Ml 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 la dite 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.

L'invention a été décrite avec un mélange constitué essentiellement d'azote et de néon ou d'hydrogène, l'hélium ne représentant pas d'intérêt avéré dans le processus.The invention has been described with a mixture consisting essentially of nitrogen and neon or hydrogen, helium not representing any proven interest in the process.

En effet des traces d'autres gaz dans des proportions faibles, ne dépassant pas globalement par exemple 0.5 à 1%, ne perturbent pas le procédé, ni son rendement global, car ils se liquéfieront aux point bas des zones froides et y resteront confinés, sauf s'ils sont entraînés par la vitesse du gaz réfrigérant. Le seul vrai danger serait que ces particules liquides entrent en contact avec les aubes des compresseurs ou des turbines en rotation à grande vitesse, ce qui est facile à éviter en disposant les points bas en des endroits privilégiés et en les équipant avantageusement de purgeurs vers l'atmosphère. Ces purgeurs permettent ainsi d'éliminer rapidement les gaz résiduels non désirés et donc de disposer alors, après quelques heures, voire quelques jours de fonctionnement, d'un mélange vraiment binaire de gaz réfrigérant.Indeed, traces of other gases in small proportions, not exceeding overall for example 0.5 to 1%, do not disturb the process, nor its overall yield, because they will liquefy at the low points of cold zones and will remain confined there, unless they are driven by the speed of the refrigerant gas. The only real danger would be that these liquid particles come into contact with the blades of compressors or turbines rotating at high speed, which is easy to avoid by placing the low points in privileged places and by fitting them advantageously with traps towards the top. 'atmosphere. These traps thus make it possible to quickly eliminate the unwanted residual gases and therefore to have then, after a few hours, or even a few days of operation, a truly binary mixture of refrigerant gas.

Claims (15)

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 alcanes en C-2 à C-4, dans lequel on liquéfie le dit 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 le dit 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 liquéfaction du dit gaz naturel liquéfié à la pression atmosphérique, caractérisé en ce que le dit gaz réfrigérant consiste essentiellement en un mélange d'azote et d'au moins un autre constituant choisi parmi le néon et l'hydrogène.1. A process for liquefying a natural gas predominantly comprising methane, preferably at least 85% methane, the other components essentially comprising nitrogen and C-2 to C-4 alkanes, in which it is liquefied 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 compressed gaseous state at a pressure PI entering the said cryogenic exchanger at a temperature T3 'lower than T3, T3 being the liquefaction temperature 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, characterized in that the d it refrigerant gas consists essentially of a mixture of nitrogen and at least one other constituent chosen from neon and hydrogen. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz réfrigérant consiste en un mélange binaire d'azote et néon.2. Method according to claim 1, characterized in that said refrigerant gas consists of a binary mixture of nitrogen and neon. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un mélange d'azote et dedit(s) autre(s) composant(s) avec une teneur molaire en dit(s) autre(s) composant(s) de pas plus de 50% de préférence de 20 à 40%.3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a mixture of nitrogen and said other (s) component (s) with a molar content of said other component (s) ( s) not more than 50% preferably 20 to 40%. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on liquéfie le dit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that 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 au moins 3 échangeurs de chaleur cryogéniques (EC1, EC2, 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 at least 3 cryogenic heat exchangers (EC1, EC2 , EC3) arranged in series including: - un premier échangeur (EC1) dans lequel le dit gaz naturel entrant à une température TO est refroidit et sort (BB) à une température Tl inférieure à TO, puis- a first exchanger (EC1) in which said natural gas entering at a temperature TO is cooled and exits (BB) at a 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 liquéfié est refroidit de T2 à T3, et (b) circulation en circuit fermé à contre-courant d'au moins un premier flux (SI) de gaz réfrigérant à l'état gazeux 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 (EC1, EC2, EC3) en entrant (DD) dans le dit troisième échangeur (EC3) à une température T3' inférieure à T3, puis entrant (CC) à une température T2' inférieure à T2 dans le dit deuxième échangeur (EC2), puis entrant (BB) à une température Tl' inférieure à Tl dans ledit premier échangeur (EC1) et sortant (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, and (b) circulation in a closed circuit against the current of at least a first flow (SI) of refrigerant gas in the gaseous state at a pressure PI lower than P3 in indirect contact with and against the flow of the natural gas flow (Sg), said first flow (SI) at a pressure PI passing through the 3 exchangers (EC1, EC2, EC3) on 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 ' less than T1 in said first exchanger (EC1) and leaving (AA) from said first exchanger (EC1) at a temperature TO 'less than or equal to TO, - le dit premier flux (SI) de gaz réfrigérant à PI et T3' étant obtenu par détente dans au moins un premier détendeur (El) d'au moins une première partie (Dl) d'au moins un deuxième flux (S2) de gaz réfrigérant comprimé à P3 supérieure à PI circulant à co-courant dudit gaz naturel entrant (AA) dans ledit premier échangeur (EC1) à TO et sortant (CC) dudit deuxième échangeur (EC2) sensiblement à T2, le débit D2 de la dite deuxième partie de deuxième flux étant supérieur au débit Dl de la première partie de deuxième flux, et- Said first flow (SI) of refrigerant gas at PI and T3 'being obtained by expansion in at least a first expander (El) of at least a first part (Dl) of at least a second flow (S2) of refrigerant gas compressed at P3 greater than PI circulating in co-current with said natural gas entering (AA) in said first exchanger (EC1) at TO and exiting (CC) from said second exchanger (EC2) substantially at T2, the flow rate D2 of said second part of the second flow being greater than the flow Dl of the first part of the second flow, and - une deuxième partie (D2) dudit deuxième flux (S2) de gaz réfrigérant comprimé P3 circulant à co-courant dudit gaz naturel entrant (AA) dans ledit premier échangeur (EC1) à TO et sortant dudit premier échangeur sensiblement à Tl est détendue dans un deuxième détendeur (E2) à la dite pression PI et à une dite température T2', et est recyclée pour rejoindre ledit premier flux à l'entrée (CC) dudit deuxième échangeur, et (c) le dit deuxième flux (S2) comprimé à P3 étant obtenu par compression par au moins un compresseur (Cl, C2, C3) suivi d'au moins- a second part (D2) of said second flow (S2) of compressed refrigerant gas P3 circulating in co-current with said natural gas entering (AA) in said first exchanger (EC1) at TO and exiting from said first exchanger substantially at T1 is expanded in a second regulator (E2) at said pressure PI and at said temperature T2 ', and is recycled to join said first flow at the inlet (CC) of said second exchanger, and (c) said second compressed flow (S2) with P3 being obtained by compression by at least one compressor (Cl, C2, C3) followed by at least 5 un refroidissement (Hl, H2) dudit premier flux (SI) de gaz réfrigérant recyclé sortant (AA) du dit premier échangeur (EC1), de préférence au moins un premier compresseur (Cl) couplé audit premier détendeur (El), et (d) de préférence, après l'étape (a) on dépressurise le gaz naturel 10 liquéfié depuis la pression PO à la pression atmosphérique le cas échéant.5 cooling (Hl, H2) of said first flow (SI) of recycled refrigerant gas leaving (AA) from said first exchanger (EC1), preferably at least a first compressor (C1) coupled to said first expander (El), and ( d) preferably, after step (a), the liquefied natural gas is depressurized from pressure PO to atmospheric pressure where appropriate. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on met en œuvre 3 compresseurs dont un premier compresseur et un deuxième compresseur disposés en parallèle, comprenant :5. Method according to claim 4, characterized in that three compressors are implemented, including a first compressor and a second compressor arranged in parallel, comprising: I5 - un troisième compresseur (C3) actionné par un moteur de préférence une turbine à gaz GT pour comprimer à P'3, P'3 étant compris entre Pl et P3, la totalité dudit premier flux de gaz réfrigérant provenant de la sortie (AA) dudit premier échangeur (EC1), etI5 - a third compressor (C3) actuated by an engine preferably a gas turbine GT to compress to P'3, P'3 being between Pl and P3, all of said first flow of refrigerant gas coming from the outlet (AA ) of said first exchanger (EC1), and - un premier compresseur (Cl) couplé au premier détendeur (El)- a first compressor (Cl) coupled to the first expansion valve (El) 20 consistant en une turbine, pour comprimer de P'3 à P3, une partie (ΟΓ) du dit premier flux de gaz réfrigérant, comprimé par le troisième compresseur (C3), et20 consisting of a turbine, for compressing from P'3 to P3, a part (ΟΓ) 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- a second compressor (C2) coupled to the second expansion valve (E2) consisting of a turbine, to compress from P'3 to P3 a part 25 (D2') dudit premier flux de gaz réfrigérant comprimé par le troisième compresseur (C3).25 (D2 ') of said first flow of refrigerant gas compressed by the third compressor (C3). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on liquéfie le dit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :6. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that said natural gas to be liquefied is liquefied by carrying out the following concomitant steps of: 30 (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 au »(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 at » t moins 3 échangeurs de chaleur cryogéniques ( EC1, EC2, EC3) disposés en série dont :t at least 3 cryogenic heat exchangers (EC1, EC2, EC3) arranged in series including: - un premier échangeur (EC1) dans lequel le dit gaz naturel entrant à une température TO est refroidit et sort (BB) à une température Tl inférieure à TO, puis- a first exchanger (EC1) in which said natural gas entering at a temperature TO is cooled and exits (BB) at a 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 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 Pl et P2, traversant au moins 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, and (b) closed circuit circulation of at least two streams (SI, S3) of refrigerant gas in the gaseous state called first and third flow respectively at different pressures P1 and P2, passing through at least two said exchangers in indirect contact with and against the current of the flow of natural gas (Sg), comprising: - un premier flux de gaz réfrigérant (SI) à une pression Pl inférieure à P3 traversant les 3 échangeurs (EC1, EC2, EC3) entrant (DD) dans le dit troisième échangeur (EC3) à une température T3' inférieure à T3, puis entrant (CC) à une température T2' inférieure à T2 dans le dit 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, le dit premier flux de gaz réfrigérant à Pl 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 sortant (CC) dudit deuxième échangeur (EC2) sensiblement à T2, et- a first flow of refrigerant gas (SI) at a pressure Pl lower 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, the said first flow of refrigerant gas at Pl 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 refrigerant gas compressed at the pressure P3 greater than P2, said second flow (S2) circulating in indirect contact with and in co-current with said natural gas flow (Sg) entering (AA) in said first exchanger (EC1) at TO and said first part (Dl) of the second outgoing flow (CC) of said second exchanger (EC2) substantially at T2, and - un troisième flux (S3) à une pression P2 supérieure à Pl 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, le dit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant à P2 et T2 étant obtenu par détente dans un 5 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 la dite deuxième partie de deuxième flux étant supérieur au débit DI de la première partie de deuxième flux, (c) le dit deuxième flux de gaz réfrigérant (S2) comprimé à la- a third flow (S3) at a pressure P2 greater than Pl 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 expansion valve (E2) of a second part (D2) of said second flow (S2) of refrigerant gas leaving said first exchanger substantially at T1, the flow D2 of the said second part of the second flow being greater than the flow rate DI of the first part of the second flow, (c) said second flow of refrigerant gas (S2) compressed at the 10 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, de préférence par au moins deux premier et deuxième compresseurs (Cl, C2) disposés en série et 15 couplés respectivement auxdits premier et deuxième détendeurs (El, E2) consistant en des turbines, et (d) de préférence, après l'étape (a) on dépressurise le gaz naturel liquéfié sortant (DD) dudit troisième échangeur à T3, de la pression PO à la pression atmosphérique le cas échéant.10 pressure P3 being obtained by compression by at least two compressors (Cl, C2, C3) and cooling (Hl, H2) of said first and third streams (SI, S3) of refrigerant gas leaving (AA) from said first exchanger (EC1) to PI and respectively P2, preferably by at least two first and second compressors (C1, C2) arranged in series and coupled respectively to said first and second expansion valves (El, E2) consisting of turbines, and (d) preferably, after step (a), the liquefied natural gas exiting (DD) from said third exchanger at T3 is depressurized from pressure PO to atmospheric pressure, where appropriate. 2020 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on fait varier de façon contrôlée la dite pression P2, 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.7. Method according to claim 6, characterized in that the said pressure P2 is varied in a controlled manner, so that the energy consumed for the implementation of the method (Ef) is minimal, preferably when the composition of the natural gas to be liquefied varies. 2525 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au moins un compresseur (Cl) est couplé à un moteur (Ml) permettant de faire varier de façon contrôlée la pression P2 en apportant de la puissance de façon contrôlée audit compresseur, de préférence ledit moteur (Ml) apportant chacun au moins 5%, de 30 préférence de 5 à 30%, de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3).8. Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that at least one compressor (C1) is coupled to a motor (M1) making it possible to vary the pressure P2 in a controlled manner by supplying power in a controlled manner. controlled by said compressor, preferably said motor (M1) each providing at least 5%, preferably from 5 to 30%, of the total power supplied to all of said compressors used (C1, C2, C3). 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel on ' ,» · met en œuvre au moins un premier compresseur (Cl) comprimant de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant (AA) dudit premier échangeur (EC1), 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 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), caractérisé en ce que :9. Method according to one of claims 6 to 8, wherein we ', »· implements at least a first compressor (Cl) compressing from PI to P2 all of said first flow of refrigerant gas exiting (AA) from said first exchanger (EC1), 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 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), characterized in that: - les deux premier et deuxième compresseurs (Cl, C2) disposés en série sont couplés respectivement auxdits premier et deuxième- the two first and second compressors (C1, C2) arranged in series are coupled respectively to said first and second détendeurs regulators (El, E2) consistant (El, E2) consistent en in des turbines turbines de of récupération recovery d'énergie, et energy, and - au - at moins le dit premier less said first compresseur compressor (Cl) (Cl) est is couplé à un coupled to a premier moteur (Ml), et first motor (Ml), and - une - a turbine à gaz (GT) gas turbine (GT) est is couplée coupled soit is audit deuxième second audit
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, ladite turbine à gaz apportant la majeur partie de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3).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 from P'3 to P3 said second flow of refrigerant gas, said gas turbine providing the major part of the total power supplied to all of said compressors used (C1, C2, C3).
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'on met en œuvre deux compresseurs (Cl, C2) montés en série, comprenant :10. The method of claim 8 or 9, characterized in that uses two compressors (C1, C2) connected 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 (AA) dudit premier échangeur (EC1), et (ii) un deuxième compresseur (C2) couplé audit deuxième détendeur (E2), comprimant de P2 à au moins P'3, P'3 étant supérieur à P2 et inférieur ou égal à P3, d'une part le dit i(i) a first compressor (Cl) 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 second compressor ( C2) coupled to said second regulator (E2), 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 i troisième flux (53) de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur (EC1) et d'autre part le dit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, pour obtenir le dit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement (Hl, H2), et (iii) ledit premier compresseur (Cl) est couplé à un premier moteur (Ml), et ledit deuxième compresseur (C2) étant couplé à une turbine à gaz (GT), ledit premier moteur 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), ledit deuxième compresseur (C2) actionné par une turbine à gaz (GT) fournissant de 97 à 70% de la puissance totale mis en œuvre.third flow (53) 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, to obtain said second flow of refrigerant gas at P3 and TO after cooling (Hl, H2), and (iii) said first compressor (Cl) is coupled to a first engine (M1), and said second compressor (C2) being coupled to a gas turbine (GT), said first engine 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 the 'set of said compressors used (C1, C2), said second compressor (C2) actuated by a gas turbine (GT) providing 97 to 70% of the total power used. 11. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'on met en œuvre trois compresseurs (Cl, C2, C3) montés en série, comprenant :11. The method of claim 8 or 9, characterized in that three compressors (C1, C2, C3) connected in series are used, comprising: (i) un premier compresseur (Cl) actionné par un 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 (EC1), et (ii) un deuxième compresseur (C2) actionné par un deuxième moteur (M2) couplé audit deuxième détendeur (E2), comprimant de P2 à P'3, P'3 étant supérieur à P2 et inférieur à P3, d'une part le dit troisième flux (53) de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur (EC1), et d'autre part le dit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur Cl, et (iii) au moins 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 sortant dudit deuxième compresseur (C2), pour obtenir le dit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement (Hl, H2), et (iv) ledit moteur (Ml) apporte 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, C3), la turbine à gaz (GT) couplée au dit troisième compresseur (C3), ainsi que le moteur (M2) couplé au compresseur (C2) fournissent ensemble de 97 à 70% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3).(i) a first compressor (Cl) actuated by a first motor (M1) and coupled to said first expansion valve (El), compressing from PI to P2 all of said first flow of refrigerant gas leaving (AA) from said first exchanger (EC1) , and (ii) a second compressor (C2) actuated by a second motor (M2) coupled to said second expander (E2), compressing from P2 to P'3, P'3 being greater than P2 and less than P3, by a on the one hand said third flow (53) 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) at least one 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 compressed refrigerant gas streams leaving said second compressor (C2), to obtain said second flow of refrigerant gas at P3 and TO after cooling (Hl, H2), and (iv) said motor (Ml) contributes at least 3%, more preferably from 3 to 30% of the total power supplied to all of said compressors used (Cl, C2, C3), the gas turbine (GT) coupled to said third compressor ( C3), as well as the motor (M2) coupled to the compressor (C2) together provide 97 to 70% of the total power supplied to all of the said compressors used (C1, C2, C3). 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la composition du gaz à liquéfier est comprise dans les fourchettes suivantes pour un total de 100% :12. Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the composition of the 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 %.- butane from 0 to 20%. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que :13. Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that: - T0 et T0' sont de 10 à 35 °C, et- T0 and T0 '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. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que :14. Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that: - PO est de 0.5 à 5 MPa, et- PO is 0.5 to 5 MPa, and - Pl est de 0.5 à 5 MPa, et- Pl is 0.5 to 5 MPa, and - P2 est de 1 à 10 MPa, et- P2 is 1 to 10 MPa, and - P3 est de 5 à 20 MPa.- P3 is 5 to 20 MPa. 15. Procédé selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que l'on fait varier P2 jusqu'à ce que l'énergie totale Ef minimale consommée dans le procédé soit inférieur à 21.5 kW x jour/t de gaz liquéfié produit, de préférence de 18.5 à 20.5 kW x jour/t.15. Method according to one of claims 7 to 14, 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. product, preferably 18.5 to 20.5 kW x day / t.
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