WO2008017786A2 - Unité et procédé de déazotation de gaz naturel - Google Patents

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Definitions

  • the units that can de-gas natural gas can be of various designs, meeting different needs.
  • the feed gas may be at low pressure so that it must be both de-nitrogenated and compressed for future use.
  • One type of unit that may correspond to this requirement is a "pump” process where the feed gas is overpressured beyond the supply pressure, thereby making it possible to pump the methane-rich liquid and vaporize it. at the "opposite" supply pressure of the condensation of the supercharged charge gas.
  • the vaporization pressure of the product (which is, at load losses, that of supply) will define the minimum temperature range of condensation of the feed gas. At a given nitrogen content, this is equivalent to giving the pressure at which the charge gas must be compressed, thus defining the machine situated upstream of the unit.
  • the compression pressure of the charge gas must be sized to the maximum nitrogen content. Otherwise, when the nitrogen content is higher than the design, it will no longer be possible to spray the product at the correct pressure and a compressor must be provided downstream of the unit.
  • one way of avoiding this over-sizing of energy and equipment is to take advantage of the first charge gas compressor:
  • the idea is to recycle some of the methane-rich gas before pumping into the feed gas to lower the nitrogen content. This is possible due to the low pressure at which the feed gas is available.
  • a denitrogenation unit of a gaseous mixture comprising at least methane and nitrogen in which the mixture is separated to form a nitrogen-enriched gas and a methane enriched liquid comprising means for vaporize some of the enriched liquid in methane to form a gas rich in methane and means for recycling at least a portion of the methane-rich gas to the gaseous mixture to be separated.
  • the unit includes:
  • a compressor means for sending the gaseous mixture to be separated and the gas rich in methane recycled to the compressor.
  • a denitrogenation process of a gaseous mixture comprising at least methane and nitrogen in which the mixture is separated to form a nitrogen-enriched gas and a methane enriched liquid. and a portion of the methane enriched liquid is vaporized to form a methane-rich gas and at least a portion of the methane-rich gas is recycled to the gaseous mixture to be separated if, preferably only if, the nitrogen content of the mixture to be separated exceeds a threshold.
  • the gas mixture to be separated is compressed and the part of the methane-rich gas recycled in a common compressor upstream of the denitrogenation step;
  • the invention requires the installation of passages in the cryogenic exchange line to vaporize the de-nitrogenated product at low pressure. Then, it is necessary to adapt the compression machine of the feed gas so that it can compress this recycled gas (possibly intermediate entry and higher processing capacity).
  • the invention will be described in more detail with reference to the figure which schematically shows a unit according to the invention.
  • the feed gas 1 is a purge of a natural gas liquefaction train: upstream of this train, desiccation bottles (not shown) can be regenerated with dry nitrogen, which implies peaks of nitrogen in the feed gas of the train during the regeneration phases. These peaks have little impact on the operation of the train itself, and the liquefaction apparatus of the product gas will thus cyclically produce a waste gas 1 richer in nitrogen.
  • This residual gas must, in certain cases, be partially denazed in a denitrogenation apparatus 3 in order to enhance methane molecules that will have been washed away with those of nitrogen from the main stream of liquefied natural gas. It is therefore for this waste gas 1, available at low pressure, that we can implement the invention.
  • the waste gas 1 is sent to the denitrogenator 3 which operates by cryogenic distillation, as described in Isalski's "Separation of Gases", page 190-197, for example.
  • the apparatus produces a nitrogen-rich gas that can be vented and a methane-enriched liquid 7. All the liquid is pumped by the pump 9 and sent to the customer.
  • a portion 13 of the liquid 7 is vaporized in a vaporizer 15, for example by heat exchange with a vapor flow rate 17.
  • the gas thus produced is mixed with the waste gas 1 and the mixture produced is compressed by a compressor 2.
  • the amount of recycled liquid can be varied according to the amount of nitrogen present in the mixture to be separated 1 by means of a FIC 19.
  • the control of the sending of recycled liquid will be regulated according to the nitrogen content of the mixture 1 to be separated or as a function of the flow time of the regeneration cycle.

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Abstract

Dans un procédé de déazotation d'un mélange gazeux comprenant au moins du méthane et de l'azote, le mélange (1) est séparé pour former un gaz (5) enrichi en azote et un liquide (7) enrichi en méthane et une partie (13) du liquide enrichi en méthane est vaporisée pour former un gaz riche en méthane et au moins une partie du gaz riche en méthane est recyclée au mélange gazeux à séparer si la teneur en azote du mélange à séparer dépasse un certain seuil.

Description

Unité et procédé de déazotation de gaz naturel
Les unités pouvant déazoter du gaz naturel peuvent être de conceptions variées, répondant à différents besoins. Le gaz de charge peut être à basse pression de sorte qu'il faut à la fois le déazoter et le comprimer pour ses utilisations futures.
Un type d'unité pouvant correspondre à ce besoin est un procédé « à pompe » où le gaz de charge est surpressé au-delà de la pression de fourniture, ce faisant, il devient possible de pomper le liquide riche en méthane et de le vaporiser à la pression de fourniture « en face » de la condensation du gaz de charge surpressé.
La pression de vaporisation du produit (qui est, aux pertes de charge près, celle de fourniture) va définir la plage de température minimale de condensation du gaz de charge. A teneur en azote donnée, cela est équivalent à donner la pression à laquelle il faut surpresser le gaz de charge, définissant ainsi la machine située en amont de l'unité.
Si la teneur en azote est amenée à fluctuer au cours du temps (changement de la teneur d'azote du gaz extrait du champ) ou cycliquement en fonction du procédé produisant ce gaz de charge (voir exemple plus loin), la pression de compression du gaz de charge devra être dimensionnée sur la teneur maximale d'azote. Dans le cas contraire, lorsque la teneur en azote sera plus importante qu'au design, il ne sera plus possible de vaporiser le produit à la bonne pression et un compresseur devra être prévu en aval de l'unité.
Selon l'invention, une façon d'éviter ce sur-dimensionnement coûteux en énergie et en équipements (surface d'échange plus importante, pressions de calcul plus élevées, etc.), consiste à profiter du premier compresseur de gaz de charge : l'idée est de recycler une partie du gaz riche en méthane avant pompage dans le gaz de charge pour abaisser la teneur en azote. Cela est possible grâce à la faible pression à laquelle est disponible le gaz de charge. Selon l'invention, il est prévu une unité de déazotation d'un mélange gazeux comprenant au moins du méthane et de l'azote dans lequel le mélange est séparé pour former un gaz enrichi en azote et un liquide enrichi en méthane comprenant des moyens pour vaporiser une partie du liquide enrichi en méthane pour former un gaz riche en méthane et des moyens pour recycler au moins une partie du gaz riche en méthane au mélange gazeux à séparer. Selon d'autres aspects facultatifs, l'unité comprend :
- un compresseur, des moyens pour envoyer le mélange gazeux à séparer et le gaz riche en méthane recyclé au compresseur .
- des moyens de régulation du débit de gaz riche en méthane recyclé. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de déazotation d'un mélange gazeux comprenant au moins du méthane et de l'azote dans lequel le mélange est séparé pour former un gaz enrichi en azote et un liquide enrichi en méthane et une partie du liquide enrichi en méthane est vaporisée pour former un gaz riche en méthane et au moins une partie du gaz riche en méthane est recyclée au mélange gazeux à séparer si, de préférence uniquement si, la teneur en azote du mélange à séparer dépasse un seuil. Selon d'autres aspects facultatifs du procédé : - on comprime le mélange gazeux à séparer et la partie du gaz riche en méthane recyclée dans un compresseur commun en amont de l'étape de déazotation ;
- on régule le débit de gaz riche en méthane recyclé en fonction de la teneur en azote du mélange gazeux. L'invention nécessite d'installer des passages dans la ligne d'échange cryogénique pour vaporiser à basse pression le produit déazoté. Ensuite, il faut adapter la machine de compression du gaz de charge pour qu'elle puisse comprimer ce gaz recyclé (entrée intermédiaire éventuellement et capacité de traitement plus importante). L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui montre schématiquement une unité selon l'invention.
Le gaz de charge 1 est une purge d'un train de liquéfaction de gaz naturel : en amont de ce train, des bouteilles de dessiccation (non-illustrées) peuvent être régénérées avec de l'azote sec, ce qui implique des pics d'azote dans le gaz d'alimentation du train lors des phases de régénération. Ces pics n'ont que peu d'impact sur le fonctionnement du train lui-même, et l'appareil de liquéfaction du gaz produit va donc produire de façon cyclique un gaz résiduaire 1 plus riche en azote. Ce gaz résiduaire doit dans certains cas être à son tour déazoté partiellement dans un appareil de déazotation 3 pour valoriser les molécules de méthane qui auront été emportées avec celles d'azote du flux principal de gaz naturel liquéfié. C'est donc pour ce gaz résiduaire 1 , disponible à basse pression, que l'on pourra mettre en œuvre l'invention.
En dehors de la période de régénération des bouteilles, le gaz résiduaire 1 est envoyé à l'appareil de déazotation 3 qui fonctionne par distillation cryogénique, tel que décrit dans « Séparation of Gases » d'Isalski, page 190-197, par exemple. L'appareil produit un gaz riche en azote 5 qui peut être mis à l'air et un liquide enrichi en méthane 7. Tout le liquide est pompé par la pompe 9 et envoyé au client. Pendant la période de régénération des bouteilles, une partie 13 du liquide 7 est vaporisée dans un vaporiseur 15, par exemple par échange de chaleur avec un débit de vapeur 17.
Le gaz ainsi produit est mélangé avec le gaz résiduaire 1 et le mélange produit est comprimé par un compresseur 2. La quantité de liquide recyclé peut être varié en fonction de la quantité d'azote présente dans le mélange à séparer 1 au moyen d'un FIC 19.
La commande de l'envoi de liquide recyclé sera réglée en fonction de la teneur en azote du mélange 1 à séparer ou en fonction du temps d'écoulement du cycle de régénération.

Claims

REVENDICATIONS
1. Unité de déazotation d'un mélange gazeux (1) comprenant au moins du méthane et de l'azote dans lequel le mélange est séparé pour former un gaz enrichi en azote (5) et un liquide enrichi en méthane (7) comprenant des moyens (15, 17) pour vaporiser une partie (13) du liquide enrichi en méthane pour former un gaz riche en méthane et des moyens pour recycler au moins une partie du gaz riche en méthane au mélange gazeux à séparer.
2. Unité selon la revendication 1 comprenant un compresseur (2), des moyens pour envoyer le mélange gazeux à séparer et le gaz riche en méthane recyclé au compresseur.
3. Unité selon la revendication 1 ou 2 comprenant des moyens de régulation du débit de gaz riche en méthane recyclé (19).
4. Procédé de déazotation d'un mélange gazeux (1 ) comprenant au moins du méthane et de l'azote dans lequel le mélange est séparé pour former un gaz enrichi en azote (5) et un liquide enrichi en méthane (7) et une partie
(13) du liquide enrichi en méthane est vaporisée pour former un gaz riche en méthane et au moins une partie du gaz riche en méthane est recyclée au mélange gazeux à séparer si, de préférence uniquement si, la teneur en azote du mélange à séparer dépasse un seuil.
5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel on comprime le mélange gazeux à séparer et la partie du gaz riche en méthane recyclée dans un compresseur commun (2) en amont de l'étape de déazotation.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5 dans lequel on régule le débit de gaz riche en méthane recyclé en fonction de la teneur en azote du mélange gazeux.
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