WO2011039476A1 - Procede de traitement d'un effluent gazeux et installation de traitement associee - Google Patents

Procede de traitement d'un effluent gazeux et installation de traitement associee Download PDF

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Abstract

Ce procédé comprend la circulation de l'effluent gazeux brut à travers un premier échangeur thermique (34) pour être condensé au moins partiellement par échange thermique avec un fluide réfrigérant liquide, et le convoyage de l'effluent partiellement condensé dans un bac de séparation (36). Il comprend la séparation de l'effluent partiellement condensé en un effluent traité gazeux et en un liquide, et l'évacuation d'un courant gazeux d'effluent traité hors du bac de séparation (36). Le fluide réfrigérant liquide circule à travers le premier échangeur thermique (34) pour s'évaporer au moins partiellement par échange thermique avec l'effluent gazeux brut. Le procédé comprend l'amenée du fluide réfrigérant liquide à une pression supérieure à 3,8 bars dans le premier échangeur thermique (34).

Description

Procédé de traitement d'un effluent gazeux et installation de traitement associée.
La présente invention concerne un procédé de traitement d'un effluent gazeux, notamment issu d'un ensemble de liquéfaction de gaz, du type comprenant les étapes suivantes :
- circulation de l'effluent gazeux brut à travers un premier échangeur thermique pour être condensé au moins partiellement par échange thermique avec un fluide réfrigérant liquide ;
- convoyage de l'effluent partiellement condensé issu du premier échangeur thermique dans un bac de séparation ;
- séparation dans le bac de séparation de l'effluent partiellement condensé en un effluent gazeux traité et en un liquide ;
- évacuation vers l'atmosphère d'un courant gazeux d'effluent traité hors du bac de séparation.
Ce procédé s'applique notamment aux effluents issus des ensembles de liquéfaction de gaz naturel situés à terre ou sur des installations flottantes de liquéfaction de type « FLNG ».
Ces installations sont un type particulier d'installations flottantes de production, de stockage et de déchargement de gaz, désignées par l'acronyme anglais « FPSO » (« Floating Production Storage and Off-loading »).
Le gaz naturel extrait du sol constitue une source importante de combustible pouvant être valorisé. Pour transporter le gaz naturel sous forme gazeuse depuis son lieu de production vers son lieu d'exploitation, il est connu d'utiliser des pipelines.
Toutefois, dans de nombreux cas, notamment lorsque le lieu de production est situé dans une étendue d'eau, il est plus simple et plus économique de transporter le gaz naturel sous forme liquéfiée afin de diminuer son volume pendant le transport et de faciliter son stockage et sa manipulation.
Pour procéder à la liquéfaction, le gaz naturel brut issu du gisement est généralement purifié pour extraire le dioxyde de carbone, les composés soufrés et l'eau pouvant s'y trouver. Des étapes de séparation sont ensuite mises en œuvre pour former un courant gazeux riche en méthane et extraire l'éthane, et les hydrocarbures en C3 +, pour les valoriser séparément.
Le courant gazeux riche en méthane est alors envoyé vers un train de liquéfaction, pour y être totalement liquéfié. Le courant de GNL formé est ensuite détendu jusqu'à la pression atmosphérique avant d'être transporté jusqu'au lieu d'utilisation par exemple par un navire méthanier. D'une manière connue, les étapes successives de purification du gaz naturel, de formation du courant gazeux riche en méthane, de liquéfaction et de détente engendrent des effluents gazeux qui, selon les sources sont riches en azote, tout en comportant une faible fraction d'hydrocarbures, ou riches en hydrocarbures tout en comportant une faible fraction d'azote pendant les phases de démarrage de l'installation, d'ajustement et de contrôle de la pression opératoire par exemple. Autant que possible, ce type d'effluent est utilisé comme combustible dans l'installation. Toutefois, dans certains cas, l'effluent doit finalement être rejeté à l'atmosphère.
Avant d'être rejeté, une torche chaude ou froide est utilisée pour brûler les résidus d'hydrocarbures.
La mise à la torche d'un effluent contenant des hydrocarbures conduit à la production de gaz à effet de serre, notamment lors des phases de démarrage de l'installation de liquéfaction.
En outre, les résidus d'hydrocarbures ainsi brûlés ne peuvent pas être valorisés dans l'installation, ce qui diminue l'efficacité économique globale du procédé.
WO 96/21 121 décrit un procédé de traitement d'un effluent issu d'un réservoir de gaz dans lequel le réservoir est rincé à l'aide d'azote. L'effluent obtenu est soumis à un échange thermique avec de l'azote liquide statique contenu dans un réservoir d'azote liquide. Un tel procédé ne permet cependant pas de traiter efficacement une grande quantité d'effluent gazeux issu d'une installation de liquéfaction de gaz.
Un but de l'invention est donc d'obtenir un procédé de traitement d'un effluent gazeux issu d'une installation de liquéfaction de gaz qui est efficace et économique et qui minimise les rejets nuisibles pour l'environnement.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement du type précité, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant liquide circule à travers le premier échangeur thermique pour s'évaporer au moins partiellement par échange thermique avec l'effluent gazeux brut, le procédé comprenant l'amenée du fluide réfrigérant liquide à une pression supérieure à 3,8 bars dans le premier échangeur thermique, au moins une partie de la puissance thermique nécessaire à la condensation de l'effluent gazeux dans le premier échangeur thermique étant fournie par le réchauffage d'un courant d'azote liquide en circulation.
Plus généralement, la pression du fluide réfrigérant liquide dans le premier échangeur thermique peut être supérieure à 2,4 bars, avantageusement à 2,9 bars sans être nécessairement supérieure à 3,8 bars, notamment lorsque le fluide réfrigérant est un fluide distinct de l'azote liquide comme un hydrocarbure tel que le propane. Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) :
- l'étape d'évacuation comprend le convoyage du courant gazeux d'effluent traité vers une torche pour le soumettre à une combustion ;
- le fluide réfrigérant liquide est formé par de l'azote liquide ;
- le fluide réfrigérant liquide est formé par un liquide distinct de l'azote liquide, le fluide réfrigérant liquide étant refroidi, avant son passage dans le premier échangeur thermique, par mise en relation d'échange thermique avec un courant d'azote liquide en circulation ;
- le fluide réfrigérant liquide est délivré à partir d'un réservoir de fluide réfrigérant liquide ayant une pression supérieure à 3,8 bars, avantageusement à 2,4 bars ou à 2,9 bars, le fluide réfrigérant liquide étant délivré à partir du réservoir de fluide réfrigérant liquide vers l'échangeur thermique en étant maintenu à une pression supérieure à 3,8 bars, avantageusement à 2,4 bars ou à 2,9 bars ;
- le fluide réfrigérant liquide est délivré à partir d'un réservoir de fluide réfrigérant liquide ayant une pression inférieure à 3,8 bars, avantageusement à 2,4 bars ou à 2,9 bars, la pression du fluide réfrigérant liquide étant augmentée entre le réservoir de fluide réfrigérant liquide et le premier échangeur thermique ;
- le réservoir de fluide réfrigérant liquide est disposé au-dessus du premier échangeur thermique, le fluide réfrigérant liquide s'écoulant par gravité entre le réservoir de fluide réfrigérant liquide et le premier échangeur thermique, la hauteur relative du réservoir de fluide réfrigérant liquide par rapport au premier échangeur thermique étant choisie pour engendrer une pression de fluide réfrigérant liquide supérieure à 3,8 bars, avantageusement à 2,4 bars ou à 2,9 bars, à l'entrée du premier échangeur thermique ;
- le fluide réfrigérant liquide issu du réservoir de fluide réfrigérant liquide est introduit dans une colonne de remontée diphasique, à un point inférieur de cette colonne, le fluide réfrigérant liquide étant convoyé vers le haut à travers la colonne de pressurisation par du gaz injecté au voisinage du point inférieur ;
- le fluide réfrigérant liquide issu du réservoir de fluide réfrigérant liquide est pompé jusqu'à une pression supérieure à 3,8 bars, avantageusement à 2,4 bars ou à 2,9 bars, par l'intermédiaire d'une pompe entraînée en rotation par une turbine de détente dynamique d'un courant de fluide réfrigérant gazeux formé à la sortie du premier échangeur thermique.
L'invention a également pour objet une installation de traitement d'un effluent gazeux du type comprenant : - un premier échangeur thermique ;
- des moyens de circulation de l'effluent gazeux brut à travers le premier échangeur thermique pour le condenser au moins partiellement par échange thermique avec un fluide réfrigérant liquide ;
- un bac de séparation de l'effluent partiellement condensé en un effluent gazeux traité et en un liquide ;
- des moyens de convoyage de l'effluent partiellement condensé issu du premier échangeur thermique dans le bac de séparation ;
- des moyens d'évacuation vers l'atmosphère d'un courant gazeux d'effluent traité hors du bac de séparation ;
caractérisée en ce que l'installation comprend :
- des moyens de mise en circulation du fluide réfrigérant liquide à travers le premier échangeur thermique pour l'évaporer au moins partiellement par échange thermique avec l'effluent gazeux brut,
- des moyens d'amenée du fluide réfrigérant liquide à une pression supérieure à 3,8 bars, avantageusement à 2,4 bars ou à 2,9 bars, dans le premier échangeur thermique, au moins une partie de la puissance thermique nécessaire à la condensation de l'effluent gazeux dans le premier échangeur thermique étant fournie par le réchauffage d'un courant d'azote liquide en circulation.
L'installation selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) :
- l'installation comprend une torche raccordée aux moyens d'évacuation du courant gazeux d'effluent traité pour le soumettre à une combustion ;
- le fluide réfrigérant liquide est formé par de l'azote liquide ;
- le fluide réfrigérant liquide est formé par un liquide distinct de l'azote liquide, l'installation comprenant des moyens de refroidissement du fluide réfrigérant liquide, avant son passage dans le premier échangeur thermique par mise en relation d'échange thermique avec un courant d'azote liquide en circulation ;
- l'installation comprend un réservoir de fluide réfrigérant liquide maintenu à une pression supérieure à 3,8 bars, avantageusement à 2,4 bars ou à 2,9 bars, le fluide réfrigérant liquide introduit dans le premier échangeur thermique étant fourni à partir du réservoir de fluide réfrigérant liquide sous pression en étant maintenu à une pression supérieure à 3,8 bars, avantageusement à 2,4 bars ou à 2,9 bars ; et
- l'installation comprend un réservoir de fluide réfrigérant liquide maintenu à une pression inférieure à 3,8 bars, ava n ta ge u se m e nt à 2 ,4 ba rs ou à 2 , 9 ba rs, avantageusement à la pression atmosphérique, l'installation comprenant des moyens d'augmentation de la pression du fluide réfrigérant liquide disposés entre le réservoir de fluide réfrigérant liquide et le premier échangeur thermique.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 est un schéma synoptique représentant schématiquement un ensemble de production de gaz naturel liquéfié qui comporte une installation de liquéfaction et une première installation de traitement d'un effluent gazeux de l'installation de liquéfaction ;
- la Figure 2 est un schéma synoptique représentant la première installation de traitement selon l'invention ;
- la Figure 3 est une vue analogue à la Figure 2 d'une deuxième installation de traitement selon l'invention ;
- la Figure 4 est une vue analogue à la Figure 2 d'une troisième installation de traitement selon l'invention ;
- la Figure 5 est une vue analogue à la Figure 2 d'une quatrième installation de traitement selon l'invention ; et
- la Figure 6 est une vue analogue à la Figure 2 d'une cinquième installation de traitement selon l'invention ;
- la Figure 7 est une vue analogue à la Figure 2 d'une sixième installation de traitement selon l'invention ; et
- la Figure 8 est une vue analogue à la Figure 2 d'une septième installation de traitement selon l'invention.
Dans tout ce qui suit, sauf si le contraire est indiqué, les pourcentages sont des pourcentages molaires et les pressions s'entendent en bars absolus.
En outre, un même numéro de référence désigne généralement une conduite convoyant un fluide et le fluide circulant dans cette conduite.
Un premier ensemble 10 de production de gaz liquéfié 12 selon l'invention à partir d'un gaz de charge 14 est représenté sur la Figure 1 .
Le gaz de charge 14 est avantageusement du gaz naturel extrait du sol à une pression supérieure à la pression atmosphérique et le gaz liquéfié est avantageusement du gaz naturel liquéfié obtenu à une température inférieure à -160°C et à pression atmosphérique.
Le gaz naturel contient de l'azote et des hydrocarbures. Le gaz naturel liquéfié contient plus de 50% en moles de méthane. L'ensemble de production 10 est par exemple un ensemble flottant sur une étendue d'eau, telle qu'une mer, un océan, ou un lac. Il est porté par un navire 16 pour constituer une installation de type « FLNG ».
Comme illustré par la Figure 1 , l'ensemble de production 10 comprend une installation de liquéfaction 18 produisant, à partir du gaz de charge 14, un courant de gaz liquéfié 12, et au moins un effluent gazeux 20. L'ensemble de production 10 comprend en outre une première installation de traitement 22 de l'effluent gazeux 20.
Comme illustré de manière schématique sur la Figure 1 , l'installation de liquéfaction 18 comprend, d'amont en aval, une unité 24 de traitement du courant de gaz naturel 14, une unité 26 de séparation du courant de gaz naturel traité pour former un courant gazeux riche en méthane et pauvre en hydrocarbures en C3 +, une unité 28 de liquéfaction du courant riche en méthane et une unité 27 de fractionnement des hydrocarbures en C2 +. L'installation peut comprendre également une unité 29 d'élimination d'azote.
L'unité de traitement 24 est apte à traiter le courant de gaz naturel 14 pour diminuer sa teneur en dioxyde de carbone, en composés soufrés et en eau, afin d'empêcher que ces composés ne perturbent la liquéfaction dans l'unité de liquéfaction 28.
L'unité de séparation 26 est propre à produire, à partir du courant de gaz naturel purifié obtenu à la sortie de l'unité 24, un courant gazeux riche en méthane, et à récupérer les composés en C3 + issus de la séparation pour les valoriser.
L'unité de liquéfaction 28 est propre à liquéfier le courant riche en méthane pour produire, après détente à la pression atmosphérique, le courant de gaz naturel liquéfié 12. Elle comprend un train de liquéfaction.
Le courant 12 est destiné à être déchargé sur des navires de transport pour être transporté jusqu'au lieu d'utilisation.
L'installation de liquéfaction 1 8 prod u it au moi ns un effl uent gazeux dont la composition varie sensiblement selon sa provenance.
En particulier, pendant le démarrage, le gaz déchargé formant l'effluent gazeux proviendra soit de l'unité de traitement 24, soit de l'unité de séparation 26 et sa composition sera un gaz traité riche en Ci et C2. Dans les deux cas, la teneur en azote de l'effluent gazeux dépend du gaz de charge, par exemple une teneur molaire en azote entre 1 % et 1 0% , ava ntageu sem ent i nféri eu re à 5% , et u n e ten eu r m ol a i re en hydrocarbures avantageusement supérieure à 95%.
Suite à une défaillance d'un équipement ou d'une boucle de contrôle, l'effluent peut provenir, selon la localisation de la défaillance : - de l'unité 24 de traitement, dans ce cas l'effluent aura une composition sensiblement proche au gaz de charge,
- de l'unité 26 de séparation, dans ce cas l'effluent aura une composition d'un gaz traité riche en Ci et C2 ; la teneur en azote de l'effluent gazeux dépend du gaz de charge, par exemple une teneur molaire en azote entre 1 % et 10%, avantageusement inférieure à 5%, et une teneur molaire en hydrocarbures avantageusement supérieure à 95%,
- de l'unité 28 de liquéfaction, dans ce cas l'effluent aura soit une composition d'un gaz traité riche en Ci et C2 - la teneur en azote de l'effluent gazeux dépend du gaz de charge, par exemple une teneur molaire en azote entre 1 % et 10%, avantageusement inférieure à 5%, et une teneur molaire en hydrocarbures avantageusement supérieure à 95% - soit une composition d'un réfrigérant, qui peut être composé par exemple - selon le procédé de liquéfaction utilisé - par au moins 99% de propane ou par un mélange Ci, C2 , C3 , C4 et azote constituant le « mixed réfrigérant » - contenant typiquement 2 à 15% d'azote et 85% à 98% d'hydrocarbures - , ou encore par au moins 95% de méthane, ou encore par au moins 99% d'éthylène, ou par un réfrigérant avec au moins 80% d'azote.
- de l'unité 26 de fractionnement, dans ce cas l'effluent gazeux aura une composition d'un gaz traité riche en C2 + ; la teneur en azote de l'effluent gazeux sera quasiment nulle, avantageusement inférieure à 0,1 %, et une teneur molaire en hydrocarbures avantageusement supérieure à 99,9%,
- éventuellement de l'unité 29 d'élimination d'azote (détente finale du GNL avant stockage) si présente, dans ce cas l'effluent gazeux aura une composition riche en azote, entre 20% et 90%, avantageusement supérieure à 40%.
- du navire ou d'une unité de stockage intermédiaire pendant le chargement du GNL (fluide 12), dans ce cas l'effluent gazeux aura une composition similaire à celle du GNL, mais plus riche en azote, entre 1 % et 50%, avantageusement inférieure à 30%.
Comme illustré par les Figures 1 et 2, l'installation 22 de traitement de l'effluent 20 comprend un dispositif de condensation 30 et une torche chaude ou froide 32.
En référence à la Figure 2, le dispositif 30 comprend un premier échangeur thermique 34, un bac 36 de réception et de séparation et un ensemble de réfrigération 38 délivrant un fluide réfrigérant liquide à une pression supérieure à 3,8 bars pour alimenter le premier échangeur thermique 34.
Dans cet exemple, le fluide réfrigérant liquide est formé par de l'azote liquide.
Comme illustré par la Figure 2, le premier échangeur thermique 34 est raccordé à l'installation de liquéfaction 18 par une conduite 40 d'amenée d'effluent gazeux 20 brut. Il est raccordé en aval au bac de séparation 36 par une conduite 42 de décharge de l'effluent condensé. L'échangeur thermique 34 est par exemple du type à faisceaux de tubes à plaques ou à serpentins. Il est propre à mettre en relation d'échange thermique direct, sans contact, l'effluent brut amené par la conduite 40 avec le fluide réfrigérant issu du cycle 38.
Par « échange thermique direct », on entend que les fluides qui échangent thermiquement sont situés de part et d'autre d'une paroi conduisant la chaleur, sans interposition d'un fluide réfrigérant intermédiaire.
Le bac 36 présente un volume intérieur à pression atmosphérique. Il est raccordé à la torche 32 par une conduite 44 de transport d'effluent gazeux traité et est muni d'une conduite 46 de décharge des liquides condensés issus de l'effluent 18.
La conduite 44 de transport d'effluent gazeux traité débouche dans une partie supérieure du bac 36.
La conduite 46 de décharge des liquides condensés débouche dans le fond du bac 36. Elle est munie d'une pompe 47A et d'un distributeur (non représenté) pour envoyer les liquides condensés sélectivement vers un stockage 47B, vers un cycle de réfrigération 47C, ou vers un train de traitement 47D.
L'ensemble de réfrigération 38 comprend un réservoir 50 de fluide réfrigérant liquide sous pression, une conduite 52 d'amenée de fluide réfrigérant liquide vers le premier échangeur thermique 34, et une conduite 54 de transport de fluide réfrigérant partiellement évaporé depuis le premier échangeur 34 vers le réservoir 50. La circulation du fluide réfrigérant dans l'échangeur se fera de préférence selon le principe du « thermosiphon».
Le réservoir 50 est formé par un bac 56 fermé de volume intérieur 58 supérieur à 50 m3. Au moins 5 % du volume intérieur 58 est rempli de fluide réfrigérant liquide sous pression. Dans le cas où le fluide réfrigérant est de l'azote liquide, cet azote liquide est conservé à une pression supérieure à 3,8 bars et à une température supérieure à -182°C, avantageusement supérieure à -180°C.
Le réservoir 50 comprend un capteur 60 de mesure du niveau de liquide dans le bac 56 et un capteur 62 de mesure de la pression régnant dans le bac 56.
Le réservoir 50 est muni d'un piquage aval 64 d'évent, raccordé à un évent ou à un réseau de distribution d'azote 65. Le piquage 64 est muni d'une vanne 66 raccordée au capteur de pression 62 pour réguler la pression dans le volume intérieur 58. Additionnellement, le piquage 64 peut comprendre une soupape de sécurité du type « à ressort » ou piloté destinée à s'ouvrir si la pression en amont est supérieure à une pression déterminée par le ressort (par exemple 4,5 bars). Le réservoir 50 comporte en outre un piquage amont 68 d'injection d'azote liquide, raccordé à une source 70 de fluide réfrigérant liquide produit dans l'installation de liquéfaction 18.
Le piquage amont 68 est muni d'une vanne d'introduction 72 raccordée au capteur 60 de mesure du niveau de liquide, pour réguler la hauteur de liquide présente dans le volume intérieur 58.
Le bac 56 est disposé au-dessus du premier échangeur 34 pour permettre l'écoulement de fluide réfrigérant liquide à travers la conduite d'amenée 52 par gravité.
La conduite d'amenée 52 raccorde une sortie inférieure du bac 56 à une entrée inférieure du premier échangeur thermique 34.
La conduite de transport 54 raccorde une sortie supérieure de l'échangeur thermique 34 à une entrée supérieure du bac 56.
Une conduite 71 de dérivation d'urgence, fermée en fonctionnement normal, raccorde la conduite d'amenée 40 à la conduite de transport 44 en amont de l'échangeur thermique 34.
Un premier procédé de fonctionnement de l'ensemble de production 10 selon l'invention va maintenant être décrit.
Ce procédé comprend une phase de liquéfaction du courant de gaz naturel 14 pour former un courant de gaz naturel liquéfié 12 et un effluent gazeux brut 20, et une phase de traitement de l'effluent gazeux 20 dans l'installation 22.
Dans la phase de liquéfaction, le courant de gaz naturel 14 issu du gisement est tout d'abord introduit dans l'unité de traitement 24 pour abaisser sa teneur en eau, en composés soufrés, et en dioxyde de carbone.
Le courant de gaz naturel traité est ensuite introduit dans l'unité de séparation 26 pour former un courant gazeux riche en méthane et en éthane au moins un courant riche en hydrocarbures en C3 +.
Le courant gazeux riche en méthane est alors introduit dans l'unité de liquéfaction 28 pour produire le courant de GNL 12 après passage dans le train de liquéfaction.
L'effluent gazeux 20 brut extrait de l'installation de liquéfaction 18 et provenant de l'un des équipements de l'installation de liquéfaction 18 est alors convoyé jusqu'à l'installation de traitement 22 à travers la conduite d'amenée 40.
Cet effluent brut est introduit dans le premier échangeur thermique 34. Dans cet échangeur 34, l'effluent brut est refroidi et au moins partiellement condensé par échange thermique avec le fluide réfrigérant liquide circulant dans l'échangeur 34 à contre-courant de l'effluent brut, sans contact avec cet effluent. Comme on le verra plus bas, et selon l'invention, la pression du fluide réfrigérant liquide présent dans l'échangeur thermique est supérieure à 3,8 bars, de sorte que, dans le cas de l'azote, sa température est supérieure à - 182°C et est avantageusement comprise entre -180°C et -164°C pour condenser les hydrocarbures en d+, C2 + et C3 + dont les températures respectives de condensation sont de -161 ,6°C, -88,7°C et -42,1 °C à pression atmosphérique .
Ainsi, au moins 50 % molaire de l'effluent brut est condensé sous forme de liquide, sans former de quantité significative de solide. La quantité de solide présente à la sortie de l'échangeur 34 dans l'effluent condensé recueilli dans la conduite de transport 42 est avantageusement inférieure à 5 %.
Le courant d'effluent au moins partiellement condensé issu de la conduite de transport 42 est ensuite déversé dans le bac 36, où il se sépare à pression atmosphérique en un liquide résiduel et éventuellement en un effluent gazeux purifié, principalement de l'azote.
L'effluent gazeux purifié est évacué par la conduite de transport 44 jusqu'à la torche 32 où il subit une combustion.
La teneur en hydrocarbures de l'effluent purifié circulant dans la conduite 44, avant son passage dans la torche 32, est inférieure à 5 % en moles, ce qui permet de limiter considérablement les émissions de gaz nocifs lors du passage dans la torche 32.
Le liquide résiduel est pompé par la pompe 47A pour être évacué à travers la conduite de décharge 46.
Lors du passage de l'effluent gazeux dans le premier échangeur thermique 34, le courant de fluide réfrigérant liquide est introduit en continu à une pression supérieure à 3.8 bars dans l'échangeur 34 pour circuler à contre-courant de l'effluent gazeux.
Ce courant provient du réservoir 50 et est amené à travers la conduite d'amenée 52. Il s'évapore au moins partiellement dans le premier échangeur thermique 34 et est évacué par l' interméd iaire de la cond uite de transport 54 sous forme au moi ns partiellement gazeuse.
Si nécessaire, la pression dans le réservoir 58 est ajustée par mise à l'évent à travers le piquage d'évent 64 en ouvrant la vanne 66 sous le contrôle du capteur de pression 62. En cas de disfonctionnement, une soupape à « ressort » ou pilotée (non représentée) est propre à s'ouvrir dès que la pression en amont de celle-ci est supérieure à une valeur déterminée par exemple supérieur à 4,5 bars. De même, le niveau de fluide réfrigérant liquide présent dans le bac 56 est régulé en permanence par l'ajout de réfrigérant liquide provenant de la source 70 en ouvrant la vanne 72 commandée par le capteur de niveau 60. Le dispositif 30 de condensation d'une deuxième installation de traitement 80 selon l'invention est représenté sur la Figure 3.
A la différence du dispositif 30 de la première installation 22, ce dispositif 30 comprend au moins un échangeur thermique amont 82 disposé sur la conduite d'amenée 40 en amont du premier échangeur thermique 34. L'échangeur 82 comprend un collecteur 84 des liquides condensés. Dans une variante, l'échangeur 82 est remplacé par deux échangeurs (non représentés) et un ballon séparateur (non représenté) est prévu sur la conduite d'amenée 40 en aval de l'échangeur thermique amont et en amont de l'échangeur 34.
L'échangeur thermique amont 82 est de type analogue au premier échangeur thermique 34. L'échangeur thermique amont 82 est raccordé au piquage d'évent 64 par une conduite 86 d'amenée de réfrigérant gazeux froid qui débouche dans une partie inférieure de l'échangeur 82.
L'échangeur thermique amont 82 est en outre raccordé à l'évent 65 par une conduite 88 d'évacuation d'azote gazeux réchauffé, qui débouche dans une partie supérieure de l'échangeur 82.
La conduite d'amenée 86 est munie d'une soupape 89 à ressort ou pilotée propre à s'ouvrir lorsque la pression en amont de la soupape 89 est supérieure à une valeur déterminée par le ressort de la soupape 89.
Le collecteur 84 et/ou le ballon séparateur (non représenté) sont propres à collecter les condensais liquides formés à partir de l'effluent brut lors de son passage dans l'échangeur thermique amont 82. Le collecteur 84 est raccordé au bac de séparation 36 par une conduite 90 de décharge d'effluent liquide.
Le bac de séparation 36 comprend une cloison interne 92 délimitant un compartiment 94 de réception des conduites de décharge 42, 90, et un compartiment 96 d'évacuation de liquide.
Le niveau de liquide dans le compartiment de réception 94 est maintenu suffisant pour que les conduites de décharge 42, 90 débouchent dans du liquide, assurant ainsi une contre pression dans les conduites de décharge en aval des échangeurs thermiques 34, 82.
La phase de traitement de l'effluent 20 mise en œuvre dans la deuxième installation de traitement 80 diffère de celle mise en œuvre dans la première installation 22, en ce qu'un courant de réfrigérant gazeux froid (ou légèrement réchauffé si nécessaire par tout moyen connu) issu du réservoir 50 est envoyé à travers la conduite d'amenée 86 vers l'échangeur thermique amont 82 pour condenser les hydrocarbures en C4 + tel que l'isobutane ou le n-butane et éviter de d'envoyer un effluent contenant des hydrocarbures en C4 + vers l'échangeur thermique aval 34, ce qui limite le risque de gel et de bouchage du dispositif.
Ce courant gazeux présente une pression supérieure à 3,8 bars et une température supérieure à -138,3°C et préférentiellement inférieure à -120°C. Il pénètre dans l'échangeur thermique amont 82 et circule à contre-courant de l'effluent brut pour être mis en relation d'échange thermique avec cet effluent, sans contact avec celui-ci. Il est ensuite réchauffé et évacué vers l'évent 65 à travers la conduite d'évacuation 88.
L'effluent brut circulant dans l'échangeur amont 82 se condense partiellement. Les liquides condensés à partir de l'effluent sont recueillis dans le collecteur 84 et sont convoyés vers le bac 36 à travers la conduite de décharge 90.
L'effluent brut est ainsi pré-refroidi avant son passage dans le premier échangeur thermique 34.
Une troisième installation de traitement 100 selon l'invention est représentée sur la Figure 4.
A la différence de la deuxième installation 80 représentée sur la Figure 3, le fluide réfrigérant liquide contenu dans le réservoir 50 est maintenu sensiblement à la pression atmosphérique.
Toutefois, le fond du réservoir 50 est situé à une hauteur au moins supérieure à 35 m, avantageusement 40 m par rapport à l'entrée d'introduction de fluide réfrigérant liquide dans le premier échangeur thermique 34, pour que la pression du fluide à cette entrée soit supérieure à 3,8 bars.
En outre, l'ensemble de réfrigération 38 est ouvert. I l comprend un ballon séparateur 102 qui est raccordé à la sortie du premier échangeur thermique 34 par la conduite d'évacuation 54 pour permettre la séparation du courant de fluide réfrigérant partiellement évaporé en un courant de réfrigérant liquide et en un courant de réfrigérant gazeux.
Une conduite inférieure 104 de transport du réfrigérant liquide récupéré dans le ballon 102 raccorde le fond du ballon 102 à la conduite d'amenée 52 en amont du premier échangeur 34.
Une conduite supérieure 106 d'évacuation du réfrigérant gazeux raccorde la tête du ballon 102 à une entrée du deuxième échangeur thermique 82. Ainsi, contrairement à la Figure 3, l'entrée du deuxième échangeur thermique 82 n'est pas alimentée en fluide réfrigérant provenant directement du réservoir 50.
Le cycle de réfrigération 38 comprend en outre un réchauffeur intermédiaire 108 pour mettre en relation d'échange thermique le réfrigérant gazeux réchauffé issu de l'échangeur thermique amont 82 circulant dans la conduite d'évacuation 88 et le fluide réfrigérant liquide sous pression présent dans la conduite d'amenée 52.
Le réfrigérant liquide présent à pression atmosphérique dans le réservoir 50 s'écoule à travers la conduite d'amenée 52 où sa pression augmente sous l'effet de la hauteur séparant le fond du réservoir 50 de l'entrée du premier échangeur thermique 34.
Le courant de réfrigérant liquide sous pression passe alors dans le réchauffeur 108 où il est partiellement réchauffé jusqu'à une température supérieure à -182°C et avantageusement supérieure à -180°C.
Puis, ce courant liquide reçoit le courant de réfrigérant liquide issu de la conduite inférieure 104 et pénètre dans le premier échangeur thermique 34 pour être réchauffé au contact de l'effluent refroidi dans l'échangeur amont 82.
Le courant de fluide réfrigérant partiellement gazeux est évacué à travers la conduite d'évacuation 54, puis est introduit dans le ballon 102 pour être séparé en un courant de réfrigérant liquide et en un courant de réfrigérant gazeux.
Le courant de réfrigérant gazeux est alors évacué à travers la conduite d'évacuation 106 jusqu'à l'échangeur thermique amont 82 où il se réchauffe par échange thermique direct avec l'effluent provenant de la conduite d'amenée d'effluent brut 40. Le courant de réfrigérant gazeux ainsi réchauffé passe ensuite dans le réchauffeur 108 avant d'être évacué vers l'évent 65 ou le réseau de distribution d'azote 65.
Une quatrième installation de traitement selon l'invention 120 est représentée sur la Figure 5.
Cette quatrième installation 120 diffère de la troisième installation 100 en ce qu'une pompe 122 est interposée sur la conduite d'amenée de fluide réfrigérant liquide 52, entre la sortie du réservoir 50 et le réchauffeur 108, en amont du premier échangeur thermique 34.
La pompe 122 est accouplée par un arbre d'entraînement commun 124 à une turbine 126 de détente dynamique de gaz (« expander » en langue anglaise), qui est interposée sur la conduite d'évacuation 88, en aval du réchauffeur 108.
Ainsi, la pression du fluide réfrigérant liquide présent dans le réservoir 50 est inférieure à 3,8 bars et est sensiblement égale à la pression atmosphérique. Le bac 50 peut présenter un fond qui se situe à une hauteur quelconque par rapport à l'échangeur thermique 34.
La phase de traitement effectuée à l'aide de la quatrième installation 120 selon l'invention diffère de celle effectuée à l'aide de la troisième installation 100 en ce que le courant de fluide réfrigérant liquide prélevé dans le réservoir 50 est pompé dans la pompe 122 jusqu'à une pression supérieure à 3,8 bars, avant son passage dans le réchauffeur 108.
Le courant de réfrigérant gazeux réchauffé circulant dans la conduite d'évacuation 88, après son passage dans le réchauffeur 108, est détendu dynamiquement dans la turbine de détente dynamique 126 jusqu'à la pression atmosphérique, ce qui entraîne en rotation l'arbre commun 124 et assure au moins en partie la propulsion de la pompe 122.
Une cinquième installation 130 de traitement selon l'invention est illustrée par la Figure 6. La cinquième installation 130 diffère de la quatrième installation 120 en ce qu'elle comprend, à la place de la pompe 122, un premier ensemble de remontée diphasique 132A et un deuxième ensemble de remontée diphasique 132B montés en série sur la conduite 52 d'amenée d'azote liquide sous pression.
Chaque ensemble 132A, 132B comporte une colonne de remontée diphasique 134A, 134B, un éjecteur 136A, 136B monté à l'extrémité inférieure de la colonne 134A, 134B et un ballon séparateur 138A, 138B monté à l'extrémité supérieure de la colonne 134A, 134B.
Chaque colonne 134A, 134B est formée par un tube de hauteur supérieure à celle du réservoir 50 et de diamètre inférieur à celui du réservoir 50. La colonne 134A, 134B présente, au voisinage de son extrémité supérieure, un coude 140A, 140B. La hauteur de chaque colonne 134A, 134B est par exemple supérieure à 18 m.
L'éjecteur 136A, 136B est monté à l'extrémité inférieure de la colonne 134A, 134B. Il comprend une entrée d'injection 142A, 142B de fluide réfrigérant liquide et une entrée 144A, 144B d'injection de gaz située sensiblement à la même hauteur que l'entrée d'injection de fluide réfrigérant liquide 142A, 142B.
L'éjecteur 136A du premier ensemble de remontée diphasique 132A est plongé dans le fluide réfrigérant liquide présent à l'intérieur du volume intérieur 58.
L'éjecteur 136B du deuxième ensemble de remontée diphasique 132B est situé hors du réservoir 50, sensiblement à la même hauteur que l'injecteur 136A.
Chaque éjecteur 136A, 136B comprend, en aval de l'entrée 144A, 144B d'injection de gaz, une première région de diminution de la pression du gaz, présentant une section de passage diminuée. Ensuite, l'éjecteur 136A, 136B comprend une chambre du mélange du gaz avec le fluide réfrigérant liquide et une région d'augmentation de la pression du mélange par augmentation de la section de passage.
Ainsi, l'éjecteur 136A, 136B permet d'expulser un fluide biphasique obtenu à une première pression vers un milieu à une pression supérieure.
Les éjecteurs 136A et 136B ne sont pas strictement nécessaires au fonctionnement de la colonne mais permettent de réduire la hauteur des colonnes 134A, 134B de remontée diphasique, et de fonctionner avec un niveau de liquide minimal dans le réservoir 50.
Dans une variante, l'ensemble de remontée diphasique 132A, 132B est dépourvu d'éjecteurs 136A, 136B. Dans ce cas, la hauteur des colonnes 134A, 134B est augmentée et le niveau de liquide minimal dans le réservoir est supérieur à 1 ,5 mètre afin de permettre la remontée diphasique dans la colonne 134A.
Dans ce cas, le réservoir 50 est muni d'une botte sur son fond, dans laquelle est installée le bas de la colonne 134A, la botte étant remplie de fluide réfrigérant liquide. En outre, l'injection du gaz par l'entrée 142A, 142B est effectuée directement à l'entrée de la colonne de remontée 134A, 134B.
Chaque ballon séparateur 138A, 138B est monté à l'extrémité supérieure de la colonne 134A, 134B.
Chaque ballon 138A, 138B est raccordé à la source de fluide réfrigérant liquide 70 par un piquage d'introduction 68A, 68B de fluide réfrigérant liquide muni d'une vanne de commande 72A, 72B.
Une conduite d'évacuation d'azote gazeux 150A, 150B raccorde la tête de chaque ballon 138A, 138B au volume intérieur 58 du réservoir 50. Dans l'exemple représenté sur la Figure 6, les conduites 150A, 150B présentent un tronçon commun 152 débouchant dans le réservoir 50.
Chaque conduite 150A, 150B est munie d'une vanne de commande 154A, 154B pilotée par un capteur de pression 156A, 156B dans le ballon 138A, 138B.
Le pied du ballon séparateur 138A est raccordé à l'entrée d'éjection 142B de l'éjecteur 136B du deuxième ensemble de remontée diphasique 132B par l'intermédiaire d'un tronçon amont 157 de la conduite 52.
Un tronçon aval 162 de la conduite 52 raccorde le fond du ballon séparateur 138B du deuxième ensemble de pressurisation 132B à l'entrée du réchauffeur 108.
Un premier piquage d'évacuation de liquide 158A, muni d'une vanne 160A est piqué sur le tronçon amont 157 pour raccorder le ballon séparateur 138A du premier ensemble de remontée diphasique 132A au réservoir 50.
Par ailleurs, un deuxième piquage d'évacuation de liquide 158B raccorde le tronçon aval 162 de la conduite 52, situé en aval du fond du ballon 138B au réservoir 50.
Les piquages d'évacuation de liquide 158A, 1 58B sont munis de vannes de commande 160A, 160B respectives.
Chaque ballon 138A, 138B est équipé d'un capteur de niveau 164 permettant de réguler la hauteur de liquide dans le ballon 138A, 138B entre une valeur maximale Hmax et une valeur minimale Hmin. Ainsi, le capteur de niveau 164 de chaque ballon 138A, 138B est relié respectivement à chaque vanne de commande 160A, 160B sur le piquage d'évacuation de liquide 158A, 158B pour ouvrir cette vanne lorsque le niveau de liquide augmente au- dessus de la valeur Hmax dans le ballon 138A, 138B.
Le capteur de niveau 164 est en outre raccordé à la vanne de commande 72A, 72B sur le piquage d'introduction 68A, 68B pour alimenter chaque ballon 138A, 138B en fluide réfrigérant liquide provenant de la source 70 lorsque le niveau d'azote dans le ballon 138A, 138B passe en dessous de la valeur Hmin.
Par ailleurs, contrairement au quatrième dispositif 120 selon l'invention, la conduite d'évacuation 88 est raccordée aux entrées 144A, 144B d'injection de gaz dans les éjecteurs 136A, 136B, en aval du réchauffeur 108, par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation en azote gazeux 166A, 166B respective. La conduite d'évacuation 88 n'est donc pas reliée à un évent 65.
Par contre, le réservoir 50 est muni d'un piquage d'évacuation 168 de gaz qui débouche dans l'évent 65 ou le réseau de distribution d'azote.
En vue du démarrage de la cinquième installation 130 ou d'opération à bas débit d'effluent, le réservoir 50 est en outre muni d'une pompe 170 d'appoint, propre à pomper du fluide réfrigérant liquide dans le fond du réservoir 50 et à l'amener dans la conduite d'amenée 52, en aval du réchauffeur 108, par l'intermédiaire d'un piquage d'alimentation raccordé à la pompe 170.
Le fonctionnement de la cinquième installation de traitement 130 selon l'invention, lors de la phase de traitement, est le suivant.
Initialement, pour démarrer l'installation, la pompe 170 est activée. Du fluide réfrigérant liquide est pompé à une pression supérieure à 3,8 bars pour être amené dans le premier échangeur thermique 34 via le réchauffeur 108.
Comme décrit précédemment, l'effluent brut refroidi circulant dans la conduite d'amenée 40, en aval de l'échangeur amont 82 se condense partiellement dans le premier échangeur thermique 34 par échange thermique sans contact avec le fluide réfrigérant liquide circulant à contre-courant dans cet échangeur 82.
Ceci provoque l'évaporation d'une partie du fluide réfrigérant liquide, et l'évacuation d'un courant de fluide réfrigérant au moins partiellement évaporé dans la conduite d'évacuation 54. Ce courant est amené jusqu'au ballon séparateur 102. Le réfrigérant liquide collecté dans le ballon 102 est réinjecté sous pression dans la conduite d'amenée 52 en amont du premier échangeur thermique 34, comme décrit précédemment. Le réfrigérant gazeux collecté dans la conduite d'évacuation 106 est déchargé à travers la vanne 107, puis passe dans l'échangeur amont 82 où il se réchauffe au contact de l'effluent brut circulant dans la conduite 40.
Le courant de réfrigérant gazeux réchauffé issu de la conduite d'amenée 88 est ensuite convoyé à travers les conduites d'alimentation 166A, 166B jusqu'aux entrées d'injection 144A, 144B des éjecteurs 136A, 136B.
Le réfrigérant gazeux forme alors des bulles dans la colonne 134A, 134B, qui entraînent vers le haut le fluide réfrigérant liquide introduit à travers l'entrée 142A, 142B dans le fond du réservoir 50.
Le fluide réfrigérant liquide est ainsi convoyé à travers la première colonne 134A du premier ensemble de remontée diphasique 132A. La pression du fluide augmente ensuite dans le tronçon 157 par charge hydrostatique pour être supérieure à 2 bars en aval du tronçon 157, en amont de l'éjecteur 136B.
La pression dans le ballon 138A est commandée par l'ouverture de la vanne 154A présente sur la conduite d'évacuation 150A commandée par le capteur de pression 156A. Elle est légèrement supérieure à la pression atmosphérique de l'ordre de 1 ,2 bars à 1 ,3 bars.
Le fluide réfrigérant liquide partiellement pressurisé s'évacue alors par le tronçon amont 1 57 de la condu ite 52 jusq u'à l'éjecteur 1 36 B d u deuxième ensemble de pressurisation 132B.
Le fluide réfrigérant gazeux provenant de la conduite 88 à travers la conduite d'alimentation 166B est alors mélangé dans l'éjecteur 136B au fluide réfrigérant liquide partiellement pressurisé pour remonter la colonne 134B jusqu'au deuxième ballon séparateur 138B.
La pression du fluide réfrigérant liquide dans le deuxième ballon séparateur 138B est alors supérieure à 1 ,8 bars. Cette pression est régulée à une valeur donnée par l'ouverture de la vanne 154B présente sur la conduite d'évacuation de gaz 150B en fonction de la valeur donnée par le capteur de pression 156B.
Le fluide réfrigérant liquide soumis à une pression supérieure à 1 ,8 bars est alors déchargé par le tronçon aval 162 de la conduite 52.
La partie aval du tronçon 162 se trouve à une élévation inférieure à celle du ballon 138B, afin de fournir au liquide une hauteur statique par exemple supérieure à 18 m et permettre une augmentation de la pression du fluide jusqu'à au moins 3,8 bars.
Le fluide réfrigérant est ensuite convoyé jusqu'au premier échangeur thermique 34 à travers le réchauffeur 108.
Lorsqu'un régime permanent est établi, la pompe 170 est coupée. Une sixième installation 180 de traitement d'effluent selon l'invention est représentée sur la Figure 7.
A la différence des installations précédemment décrites, le dispositif de condensation 30 comprend un premier cycle de réfrigération 38 du premier échangeur 34 utilisant un fluide réfrigérant distinct de l'azote, dont la puissance thermique de refroidissement est fournie par un deuxième cycle réfrigérant 182 fonctionnant à l'aide d'azote liquide.
Le fluide réfrigérant distinct de l'azote présente une température d'ébullition supérieure à celle de l'azote, par exemple au moins 50°C au dessus de celle de l'azote. Dans cet exemple, le fluide réfrigérant distinct de l'azote est un hydrocarbure, tel que le propane.
Le premier cycle réfrigérant 38 comprend un échangeur thermique intermédiaire 184, un ensemble de remontée diphasique 186 du fluide réfrigérant issu de l'échangeur intermédiaire 184, et un séparateur de fluide intermédiaire 188 propre à recevoir le fluide pressurisé issu de l'ensemble 186 et à l'introduire dans le premier échangeur thermique 34.
L'échangeur thermique intermédiaire 184 est propre à mettre en relation d'échange thermique direct et sans contact, le fluide réfrigérant circulant dans le premier cycle de réfrigération 38 avec l'azote liquide circulant à contre-courant de ce fluide réfrigérant dans le deuxième cycle de réfrigération 182.
L'ensemble intermédiaire de remontée diphasique 186 est analogue à l'ensemble 132A de la quatrième installation 120. Il comprend un ballon d'injection inférieur 136 formé par un ballon intermédiaire de collecte, une colonne 134 présentant un coude 140 et un ballon de séparation 138 monté à l'extrémité supérieure de la colonne 140.
Le ballon d'injection 136 est muni d'une entrée 142 d'injection de réfrigérant liquide raccordée à une sortie inférieure de l'échangeur thermique intermédiaire 184 par une conduite 190 d'évacuation de fluide réfrigérant sous-refroidi.
Le ballon d'injection 136 présente en outre une entrée d'injection de gaz réfrigérant 144 disposée sous l'entrée 142.
La colonne 140 est propre à convoyer le fluide réfrigérant liquide reçu de la conduite 190 jusqu'au ballon 138 par l'intermédiaire de la poussée engendrée par le gaz réfrigérant injecté par l'entrée 144.
Le ballon 138 est situé à l'extrémité supérieure de la colonne 134. Sa tête est raccordée à une entrée de l'échangeur thermique intermédiaire 184 par une conduite de décharge 192 de réfrigérant gazeux. Le ballon 138 présente un fond qui est situé à une hauteur supérieure à 5 m par rapport au fond du séparateur 188.
Le fond du ballon 138 est raccordé au fond du séparateur 188 par une conduite 194 de décharge de réfrigérant liquide.
Le séparateur 188 présente une tête raccordée à l'entrée 144 d'injection de réfrigérant gazeux du ballon d'injection 136 par une conduite 196 d'alimentation en gaz réfrigérant munie d'une vanne de commande 198.
La vanne 198 est pilotée en fonction de la pression du gaz contenu dans le séparateur 188 mesurée par l'intermédiaire d'un capteur 200 de mesure de pression. La conduite d'amenée 196 comprend avantageusement une soupape de sécurité (non représentée) à ressort ou pilotée qui s'ouvre si la pression est supérieure à une pression déterminée
Le fond du séparateur 188 est raccordé au premier échangeur thermique 34 par une conduite 202 d'alimentation en fluide réfrigérant liquide sous pression.
Une conduite 204 d'évacuation de fluide réfrigérant partiellement évaporé raccorde une sortie du premier échangeur 34 à un point intermédiaire du séparateur 188 situé entre la tête et le fond.
Comme dans la première installation 22 selon l'invention, le deuxième cycle 182 comprend un réservoir d'azote liquide 50 raccordé à l'échangeur intermédiaire par une conduite d'amenée d'azote liquide 52. L'azote liquide présent dans le volume intérieur 58 délimité par le réservoir 50 est maintenu à pression sensiblement atmosphérique.
En variante, la pression dans le réservoir est supérieure à la pression atmosphérique.
Une conduite 54 d'évacuation d'azote partiellement évaporé raccorde une sortie de l'échangeur intermédiaire 184 à une partie supérieure du réservoir 50.
En outre, comme décrit précédemment, le réservoir 50 est alimenté en azote liquide provenant d'une source 70 par un piquage d'introduction 68 muni d'une vanne 72. Un piquage d'évacuation de gaz 64 est piqué sur le réservoir 50 pour maintenir la pression dans le réservoir 50 sensiblement constante.
Le fonctionnement de la sixième installation 180 lors d'une phase de traitement d'un effluent est le suivant.
Comme précédemment décrit, l'effluent brut 20 issu de l'installation de liquéfaction 18 est convoyé à travers la conduite d'amenée 40 jusqu'au premier échangeur thermique 34. Dans le premier échangeur thermique 34, l'effluent brut est mis en relation d'échange thermique, sans contact, avec le fluide réfrigérant liquide, circulant à une pression supérieure à 3,8 bars à partir de la conduite d'alimentation 202.
Sous l'effet de l'évaporation partielle du fluide réfrigérant, l'effluent brut se condense partiellement et est déchargé dans le bac 36 par la conduite de décharge 42.
L'effluent gazeux traité récupéré dans le bac 36 est ensuite convoyé vers la torche 32 à travers la conduite de transfert 44, comme décrit précédemment.
Les condensais liquides sont maintenus dans le bac 36 ou sont évacués par la conduite de décharge 46.
Le fluide réfrigérant partiellement évaporé provenant de la conduite d'évacuation 204 est réintroduit dans le séparateur 188.
Le réfrigérant gazeux issu du séparateur 188 est convoyé jusqu'à l'entrée 144 du ballon d'injection 136 par l'intermédiaire de la conduite d'alimentation 196. Ce réfrigérant gazeux forme des bulles qui convoient le fluide réfrigérant liquide sous-refroidi provenant de l'échangeur thermique intermédiaire 184 par la conduite d'évacuation 190 dans la colonne 134 jusqu'au ballon séparateur 138.
Le liquide réfrigérant partiellement pressurisé collecté dans le ballon 138 est alors amené dans le séparateur 188 par l'intermédiaire de la conduite de décharge 194 où il se mélange au réfrigérant liquide issu de la conduite d'évacuation 204.
Le fluide réfrigérant contenu dans le ballon 188 est présent à une pression supérieure à 3,8 bars pour former le fluide réfrigérant sous pression introduit dans le premier échangeur thermique 34.
Le réfrigérant gazeux issu du ballon 138 est convoyé jusqu'à l'échangeur thermique intermédiaire 184 via la conduite de décharge 192. Ce réfrigérant gazeux est ensuite condensé par échange thermique avec l'azote liquide introduit dans l'échangeur intermédiaire 184 pour former le fluide réfrigérant liquide sous-refroidi déchargé par la conduite d'évacuation 190.
Le courant d'azote partiellement gazeux formé dans l'échangeur intermédiaire 184 est alors réintroduit dans le réservoir d'azote liquide 50, par la conduite d'évacuation 54, comme décrit plus haut.
Une septième installation 210 selon l'invention est illustrée par la Figure 8.
A la différence de la sixième installation 180, l'ensemble de remontée diphasique 186 est formé par une colonne intermédiaire 212 de mise en contact de fluide.
Cette colonne est alimentée au voisinage de sa tête par la conduite 190 d'alimentation en fluide réfrigérant sous-refroidi. La tête de la colonne 210 est raccordée à l'échangeur thermique intermédiaire 184 par l'intermédiaire de la conduite de décharge de réfrigérant gazeux 192.
Le pied de la colonne 212 est situé à une hauteur supérieure à 5 mètres par rapport au pied du séparateur 188. Il est raccordé au pied du séparateur 188 par la conduite de décharge 194 de réfrigérant liquide.
Par ailleurs, la conduite 196 d'alimentation en gaz réfrigérant provenant du séparateur 188 débouche au voisinage du pied de la colonne 210 en dessous de la conduite d'évacuation 190.
Dans une variante de la sixième et de la septième installation, le fluide réfrigérant liquide est introduit dans le premier échangeur thermique 34 à une pression supérieure à 2,4 bars, avantageusement à 2,9 bars, sans être supérieure à 3,8 bars.
Le fonctionnement de la septième installation 210 est par ailleurs analogue à celui de la sixième installation.
Dans une variante, l'installation de traitement selon l'invention est disposée dans un ensemble industriel susceptible de générer des effluents gazeux tel que par exemple une raffinerie de pétrole, un site de production de gaz ou d'huile.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Procédé de traitement d'un effluent gazeux (20) du type comprenant les étapes suivantes :
- circulation de l'effluent gazeux brut à travers un premier échangeur thermique (34) pour être condensé au moins partiellement par échange thermique avec un fluide réfrigérant liquide ;
- convoyage de l'effluent partiellement condensé issu du premier échangeur thermique (34) dans un bac de séparation (36) ;
- séparation dans le bac de séparation (36) de l'effluent partiellement condensé en un effluent gazeux traité et en un liquide ;
- évacuation vers l'atmosphère d'un courant gazeux d'effluent traité hors du bac de séparation (36) ;
caractérisé en ce que le fluide réfrigérant liquide circule à travers le premier échangeur thermique (34) pour s'évaporer au moins partiellement par échange thermique avec l'effluent gazeux brut, le procédé comprenant l'amenée du fluide réfrigérant liquide à une pression supérieure à 3,8 bars dans le premier échangeur thermique (34), au moins une partie de la puissance thermique nécessaire à la condensation de l'effluent gazeux dans le premier échangeur thermique (34) étant fournie par le réchauffage d'un courant d'azote liquide en circulation.
2. - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape d'évacuation comprend le convoyage du courant gazeux d'effluent traité vers une torche (32) pour le soumettre à une combustion.
3. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant liquide est formé par de l'azote liquide.
4. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant liquide est formé par un liquide distinct de l'azote liquide, le fluide réfrigérant liquide étant refroidi, avant son passage dans le premier échangeur thermique (34), par mise en relation d'échange thermique avec un courant d'azote liquide en circulation.
5. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant liquide est délivré à partir d'un réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide ayant une pression supérieure à 3,8 bars, le fluide réfrigérant liquide étant délivré à partir du réservoir de fluide réfrigérant liquide vers l'échangeur thermique en étant maintenu à une pression supérieure à 3,8 bars.
6. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant liquide est délivré à partir d'un réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide ayant une pression inférieure à 3,8 bars, la pression du fluide réfrigérant liquide étant augmentée entre le réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide et le premier échangeur thermique (34).
7. - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide est disposé au-dessus du premier échangeur thermique (34), le fluide réfrigérant liquide s'écoulant par gravité entre le réservoir de fluide réfrigérant liquide et le premier échangeur thermique, la hauteur relative du réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide par rapport au premier échangeur thermique (34) étant choisie pour engendrer une pression de fluide réfrigérant liquide supérieure à 3,8 bars à l'entrée du premier échangeur thermique (34).
8. - Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant liquide issu du réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide est introduit dans une colonne (134A, 134B ; 134) de remontée diphasique, à un point inférieur de cette colonne, le fluide réfrigérant liquide étant convoyé vers le haut à travers la colonne de pressurisation (134A, 134B ; 134) par du gaz injecté au voisinage du point inférieur.
9. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant liquide issu du réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide est pompé jusqu'à une pression supérieure à 3,8 bars par l'intermédiaire d'une pompe (122) entraînée en rotation par une turbine de détente dynamique (126) d'un courant de fluide réfrigérant gazeux formé à la sortie du premier échangeur thermique (34).
10. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la condensation au moins partielle de l'effluent gazeux brut s'effectue sans former de quantité significative de solide.
1 1 . - Installation (22 ; 80 ; 100 ; 120 ; 130 ; 180 ; 210) de traitement d'un effluent gazeux (120) du type comprenant :
- un premier échangeur thermique (34) ;
- des moyens de circulation de l'effluent gazeux brut à travers le premier échangeur thermique (34) pour le condenser au moins partiellement par échange thermique avec un fluide réfrigérant liquide ;
- un bac (36) de séparation de l'effluent partiellement condensé en un effluent gazeux traité et en un liquide ;
- des moyens (42) de convoyage de l'effluent partiellement condensé issu du premier échangeur thermique (34) dans le bac de séparation (36) ;
- des moyens (44) d'évacuation vers l'atmosphère d'un courant gazeux d'effluent traité hors du bac de séparation ;
caractérisée en ce que l'installation comprend : - des moyens de mise en circulation du fluide réfrigérant liquide à travers le premier échangeur thermique (34) pour l'évaporer au moins partiellement par échange thermique avec l'effluent gazeux brut,
- des moyens (52 ; 202) d'amenée du fluide réfrigérant liquide à une pression supérieure à 3,8 bars dans le premier échangeur thermique (34), au moins une partie de la puissance thermique nécessaire à la condensation de l'effluent gazeux dans le premier échangeur thermique (34) étant fournie par le réchauffage d'un courant d'azote liquide en circulation.
12. - Installation (22 ; 80 ; 100 ; 120 ; 130 ; 180 ; 210) selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce qu'elle comprend une torche (32) raccordée aux moyens d'évacuation du courant gazeux d'effluent traité pour le soumettre à une combustion.
13. - Installation (22 ; 80 ; 100 ; 120 ; 130 ; 180 ; 210) selon la revendication 1 1 ou 12, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant liquide est formé par de l'azote liquide.
14. - Installation (180 ; 210) selon la revendication 1 1 ou 12, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant liquide est formé par un liquide distinct de l'azote liquide, l'installation comprenant des moyens (182) de refroidissement du fluide réfrigérant liquide, avant son passage dans le premier échangeur thermique (34) par mise en relation d'échange thermique avec un courant d'azote liquide.
15. - Installation (22 ; 80 ; 100 ; 120 ; 130 ; 180 ; 210) selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'elle comprend un réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide maintenu à une pression supérieure à 3,8 bars, le fluide réfrigérant liquide introduit dans le premier échangeur thermique étant fourni à partir du réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide sous pression en étant maintenu à une pression supérieure à 3,8 bars.
16. - Installation selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'elle comprend un réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide maintenu à une pression inférieure à 3,8 bars, avantageusement à la pression atmosphérique, l'installation comprenant des moyens (132A, 132B ; 42 ; 122) d'augmentation de la pression du fluide réfrigérant liquide disposés entre le réservoir (50) de fluide réfrigérant liquide et le premier échangeur thermique (34).
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