WO2012175889A4 - Procédé de liquéfaction de gaz naturel a triple circuit ferme de gaz réfrigérant - Google Patents

Procédé de liquéfaction de gaz naturel a triple circuit ferme de gaz réfrigérant Download PDF

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de liquéfaction d'un gaz naturel comprenant majoritairement du méthane, dans lequel on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de : (a) circulation dudit gaz naturel à liquéfier circulant dans 3 échangeurs thermiques montés en série dans lesquels il est refroidit à T3, T3 étant inférieure ou égale à la température de liquéfaction dudit gaz naturel à pression atmosphérique, et (b) circulation à circuit fermé d'au moins: - un premier flux de gaz réfrigérant à une pression PI inférieure à P3 entrant dans le troisième échangeur et sortant dudit premier échangeur, ledit premier flux étant obtenu par détente dans un premier détendeur d'une première partie d'un dit deuxième flux à P3 supérieure à P2, ledit deuxième flux circulant à co-courant dudit flux gaz naturel en entrant dans ledit premier échangeur et sortant dudit deuxième échangeur, et - un troisième flux à une pression P2 supérieure à PI et inférieure à P3 circulant à co-courant dudit premier flux, entrant dans ledit deuxième échangeur et sortant dudit premier échangeur, obtenu par détente dans un deuxième détendeur d'une deuxième partie dudit deuxième flux sortant dudit premier échangeur, (c) ledit deuxième flux de gaz réfrigérant à la pression P3 étant obtenu par compression par au moins deux premier et deuxième compresseurs disposés en série et couplés auxdits premier et deuxième détendeurs.

Claims

64 REVENDICATIONS MODIFIÉES reçues par le Bureau international le 16 octobre 2013 (16.10.2013) 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 ledit gaz naturel à liquéfier par circulation dudit gaz naturel à une pression PO supérieure ou égale à la pression atmosphérique (Patm), de préférence PO étant supérieure à la pression atmosphérique, dans au moins 1 échangeur de chaleur cryogénique (EC1, EC2, EC3) par circulation en circuit fermé à contre- courant en contact indirect avec au moins un flux de gaz réfrigérant restant à l'état gazeux comprimé à une pression PI entrant dans ledit échangeur cryogénique à une température T3' inférieure à T3, T3 étant la température 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, dans lequel on liquéfie ledit gaz naturel à liquéfier en réalisant les étapes concomitantes suivantes de :
(a) circulation dudit gaz naturel à liquéfier circulant (Sg) à une pression P0 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 :
- un premier échangeur (EC1) dans lequel ledit gaz naturel entrant à une température TO est refroidit et sort (BB) à une température Tl inférieure à TO, puis
- 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 - 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 65
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 (Sg), comprenant : - un premier flux de gaz réfrigérant (SI) à une pression PI inférieure à P3 traversant les 3 échangeurs (ECl, EC2, EC3) entrant (DD) dans ledit troisième échangeur (EC3) à une température T3' inférieure à T3, puis entrant (CC) à une température 12' inférieure à T2 dans ledit deuxième échangeur (EC2), puis entrant (BB) à une température TV inférieure à Tl dans ledit premier échangeur (ECl) et sortant (AA) dudit premier échangeur à une température TO' inférieure ou égale à TO, ledit premier flux de gaz réfrigérant à PI et T3' étant obtenu par détente dans au moins un premier détendeur (El) d' une première partie (Dl) d' un deuxième flux (S2) de gaz réfrigérant comprimé à la pression P3 supérieure à P2, ledit deuxième flux (S2) circulant en contact indirect avec et à co-courant dudit flux gaz naturel (Sg) en entrant (AA) dans ledit premier échangeur (ECl) à TO et ladite première partie (Dl) du deuxième flux (S2) sortant (CC) dudit deuxième échangeur (EC2) sensiblement à T2, et - 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, ECl), entrant (CC) dans ledit deuxième échangeur à une température T2' inférieure à T2 et sortant (AA) dudit premier échangeur (ECl) à TO' inférieur ou égale à TO, ledit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant à P2 et T2 étant obtenu par détente dans un deuxième détendeur (E2) d'une deuxième partie (D2) dudit deuxième flux (S2) de gaz réfrigérant sortant dudit premier échangeur sensiblement à Tl, le débit D2 de ladite deuxième partie de deuxième flux étant de préférence supérieur au débit Dl de la première partie de deuxième flux
(c) ledit deuxième flux de gaz réfrigérant (S2) comprimé à la pression P3 étant obtenu par compression par au moins deux compresseur (Cl, C2, C3) et refroidissement (Hl, H2) desdits premier et 66
troisième flux (SI, S3) de gaz réfrigérant sortant (AA) du dit premier échangeur (ECl) à PI et respectivement P2, un premier compresseur comprimant de PI à P2 la totalité dudit premier flux de gaz réfrigérant sortant (AA) dudit premier échangeur(ECl), et au moins un deuxième compresseur (C2), comprimant de P2 à au moins P'3, P'3 étant une pression inférieure ou égale à P3 et supérieure à P2, d'une part ledit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant sortant à P2 dudit premier échangeur (ECl) et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, pour obtenir ledit deuxième flux de gaz réfrigérant à P3 et TO après refroidissement (Hl, H2), procédé dans lequel:
- les deux premier et deuxième compresseurs (Cl, C2) disposés en série sont couplés respectivement auxdits premier et deuxième détendeurs (El, E2) consistant en des turbines de récupération d'énergie, et
- au moins le dit premier compresseur (Cl) est couplé à un premier moteur (Ml), ledit procédé étant caractérisé en ce que : - ledit premier moteur permet de faire varier de façon différentiée la puissance apportée audit premier compresseur par rapport à la puissance apportée aux autres compresseurs, et
- une turbine à gaz (GT) est couplée soit audit deuxième compresseur, celui-ci comprimant ledit deuxième flux de gaz réfrigérant directement à P3, soit à un troisième compresseur (C3) monté en série après le deuxième compresseur (C2), le dit troisième compresseur comprimant de P'3 à P3 ledit deuxième flux de gaz réfrigérant, la dite turbine à gaz apportant la majeur partie de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre ( Cl, C2, C3), - ledit premier moteur (Ml) apportant au moins 3%, de préférence de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en uvre (Cl, C2), la dite turbine à gaz (GT) fournissant de 97 à 70% de la puissance totale apportée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait varier de façon contrôlée ladite pression P2 en apportant de la puissance de façon contrôlée audit premier compresseur avec le dit premier moteur, de manière à ce que l'énergie consommée pour la mise en œuvre du procédé (Ef) soit minimale.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on augmente la pression P2 en augmentant la puissance injectée au premier compresseur avec le premier moteur, la pression PI restant sensiblement constante.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on fait varier de façon contrôlée ladite pression P2 en apportant de la puissance de façon contrôlée audit premier compresseur avec le dit premier moteur lorsque la composition du gaz naturel à liquéfier varie.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on met en œuvre deux compresseurs (Cl, C2) montés en série, comprenant :
(i) un dit premier compresseur couplé audit premier détendeur (El), comprimant de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant (AA) dudit premier échangeur (EC1), et
(ii) un dit deuxième compresseur (C2) couplé audit deuxième détendeur (E2), comprimant de P2 à P3, d'une part ledit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur (EC1) et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur, pour obtenir ledit deuxième flux de gaz réfrigérant (S2) à P3 et T0 après refroidissement (H1,H2), et
(iii) ledit premier compresseur (Cl) est actionné par un premier moteur (Ml), ledit deuxième compresseur (C2) étant actionné par au moins une dite turbine à gaz (GT).
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre trois compresseurs (Cl, C2, C3) montés en série, comprenant : (i) un dit premier compresseur (Cl) actionné par un dit premier moteur (Ml) et couplé audit premier détendeur (El), comprimant de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant (AA) dudit premier échangeur(ECl), et
(ii) un dit deuxième compresseur (C2) actionné par un dit deuxième moteur (M2) et couplé audit deuxième détendeur (E2), comprimant de P2 à P'3, P'3 étant supérieur à P2 et inférieur à P3, d'une part ledit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant sortant à P2 du dit premier échangeur (EC1), et d'autre part ledit premier flux de gaz réfrigérant comprimé à P2 sortant dudit premier compresseur Cl, et
(iii) un troisième compresseur (C3) actionné par une dite turbine à gaz (GT) pour fournir la majeure partie de l'énergie et comprimer à P3 la totalité des premier et troisième flux de gaz réfrigérant sortant du deuxième compresseur (C2), pour obtenir ledit troisième flux de gaz réfrigérant à P3 et T0 après refroidissement (Hl, H2), et
(iv) ledit premier moteur (Ml) apporte au moins 3%, de préférence de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3), la dite turbine à gaz (GT) couplée au dit troisième compresseur
(C3), ainsi que le dit deuxième moteur (M2) couplé au compresseur (C2) fournissant ensemble de 97 à 70% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit gaz réfrigérant comprend de l'azote. 69
8. Procédé selon l 'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la composition du gaz à liquéfier est comprise . dans les fourchettes suivantes pour un total de 100% :
- Méthane de 80 à 100%,
- azote de 0 à 20 %,
- éthane de 0 à 20 %,
- propane de 0 à 20 %, et
- butane de 0 à 20 % .
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que :
- T0 et T0' sont de 10 à 35 °C, et
- T3 et T3' sont de - 160 à - 170°C, et
- T2 et 12' sont de - 100 à - 140°C, et
- Tl et Tl' sont de -30 à -70°C.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que :
- P0 est de 0.5 à 5 M Pa, et
- PI est de 0.5 à 5 M Pa, et
- P2 est de 1 à 10 MPa, et
- P3 est de 5 à 20 M Pa .
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on fait varier P2 jusqu'à ce que l'énergie totale Ef minimale consommée dans le procédé est inférieur à 21.5 kW x jour/t de gaz liquéfié produit, de préférence de 18.5 à 20.5 kW x jour/t.
12. Procédé selon les revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre à bord d'un support flottant.
13. Instal lation em ba rqué sur un support flottant pour mettre en œuvre un procédé selon l 'une des revendications 1 à 12, caractérisé en 70
ce qu'elle comprend :
- au moi ns 3 dits échangeurs de chaleur cryogéniq ues (EC1, EC2, EC3) en série comprenant au moins :
- un premier conduit de circulation à contre-courant apte à faire circuler un prem ier fl ux (SI) de gaz réfrigéra nt à l 'état gazeux comprimés à PI traversant à contre-courant successivement les 3 troisième, deuxième et prem ier échangeurs (EC3, EC2, EC1),
- un deuxième conduit de circulation à co-cou ra nt apte à faire circuler un dit deuxième fl ux (S2) de gaz réfrigérant à l'état gazeux comprimé à P3 traversant à co-courant uniquement successivement les dits premier et deuxième échangeurs (EC1, EC2),
- un troisième conduit de circulation à contre-courant du dit gaz réfrigérant apte à la circulation circuler un dit troisième flux (S3) de gaz réfrigérant à l'état gazeux com primé à P2 traversant à contre-coura nt uniquement successivement les dits deuxième et prem ier échangeurs (EC2, EC1 ),
- u n quatrième conduit (Sg) apte à faire circuler ledit gaz naturel à liquéfier traversant successivement les 3 premier, deuxième et troisième échangeurs (EC1, EC2, EC3),
- un premier détendeur (El) entre la sortie dudit deuxième conduit et l'entrée d udit premier conduit,
- un deuxième détendeur (E2) entre (i) une dérivation (BB) dudit deuxième conduit située entre les dits premier et deuxième échangeur et (ii) l'entrée (CC) dudit troisième cond uit, et
- un premier compresseur (Cl) à la sortie dudit prem ier conduit, couplé à une turbine constituant ledit premier détendeur,
- un deuxième compresseur à la sortie du dit deuxième conduit, couplé à une turbine constituant ledit deuxième détendeu r, et ledit deuxième com presseur éta nt monté en série avec ledit premier com presseur, et
- un conduit de circulation de la totalité d u gaz comprimé à P2 par le premier compresseur (Cl) vers le deuxième compresseur (C2) 71
ainsi monté en série dudit premier compresseur, et
- au moins un compresseur (Cl) couplé à un premier moteur (Ml) apte à apporter au moins 3 %, de préférence de 3 à 30%, de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3), ledit premier moteur permettant de faire varier de façon différentiée la puissance apportée audit premier compresseur par rapport à la puissance apportée aux autres compresseurs, et
- une turbine à gaz (GT) couplée soit audit deuxième compresseur, celui-ci comprimant ledit deuxième flux de gaz réfrigérant directement à P3, soit à un troisième compresseur (C3) monté en série après le deuxième compresseur (C2), le dit troisième compresseur comprimant de P'3 à P3 ledit deuxième flux de gaz réfrigérant, la dite turbine à gaz étant apte à apporter la majeur partie de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre ( Cl, C2, C3).
14. Installation selon la revendication 13, caractérisé en qu'elle comprend seulement deux compresseurs (Cl, C2) montés série, comprenant :
(i) un dit premier compresseur (Cl) couplé audit premier détendeur (El), apte à comprimer de PI à P2 la totalité du dit premier flux de gaz réfrigérant sortant (AA) dudit premier échangeur (EC1), et
(ii) un dit deuxième compresseur (C2) couplé audit deuxième détendeur (E2), apte à comprimer de P2 à au moins P'3, P'3 étant une pression supérieure à P2 et inférieure ou égale à P3, d'une part ledit troisième flux (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 T0 après refroidissement (Hl, H2), et
(iii) un dit premier moteur (Ml) couplé à un dit premier compresseur (Cl), et au moins une turbine à gaz (GT) couplée 72
audit deuxième compresseur (C2), ledit premier moteur étant apte à apporter au moins 3%, de préférence encore de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en uvre (Cl, C2), et (iv) ladite turbine à gaz (GT) couplée audit deuxième compresseur étant apte à fournir de 97 à 70% de la puissance totale apportée.
15. Installation selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'elle comprend seulement trois compresseurs (Cl, C2, C3) montés en série comprenant :
(i) un dit premier compresseur (Cl) couplé audit premier détendeur (El) et à un premier moteur (Ml), et
(ii) un dit deuxième compresseur (C2) couplé audit deuxième détendeur (E2) et à un deuxième moteur (M2), et (iii) un troisième compresseur (C3) couplé à une turbine à gaz (GT) apte à fournir la majeure partie de l'énergie et apte à comprimer à P3 la totalité des premier et troisième flux de gaz réfrigérant comprimés par le deuxième compresseur (C2), pour obtenir ledit troisième flux de gaz réfrigérant à P3 et T0 après refroidissement (Hl, H2), et
(iv) le dit premier moteur (Ml) étant apte à apporter au moins 3%, de préférence encore de 3 à 30% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3), et (v) la turbine à gaz (GT) couplée au dit troisième compresseur (C3), ainsi que ledit deuxième moteur (M2) couplé au deuxième compresseur (C2) étant apte à fournir ensemble de 97 à 70% de la puissance totale apportée à l'ensemble des dits compresseurs mis en œuvre (Cl, C2, C3).

73

DECLARATION SELON ARTICLE 19 PCT

REPONSE AU RAPPORT DE RECHERCHE INTERNATIONALE RELATIF A LA DEMANDE PCT/FR2012/051428, déposée le 22 juin 2012

Au nom de : SAIPEM S.A.

Intitulée « Procédé de liquéfaction de gaz naturel à triple circuit fermé de gaz réfrigérant » N/Réf. H52 314 CAS 88 WO (MD/JP-13.492)

Nous vous soumettons un nouveau jeu de revendications dans lequel les revendications ont été modifiées comme suit.

La revendication 1 a été modifiée en incorporant la caractéristique de l'ancienne revendication 3 et, en outre, il a été rajouté dans la revendication 1 une caractéristique relative à la faculté de variation différenciée de puissance apportée au premier compresseur tirée de la description page 16, lignes 5-10 entre autres.

La revendication 2 a été modifiée en supprimant le mode préféré de réalisation final de l'ancienne revendication 2.

Une nouvelle revendication 3 a été ajoutée portant sur une caractéristique décrite dans la description page 16, lignes 27 et suivantes.

La nouvelle revendication 4 porte sur la caractéristique préférée supprimée dans l'ancienne revendication 2.

Les nouvelles revendications 5-15 correspondent aux anciennes revendications 4-14.

Dans la nouvelle revendication 13 (ancienne revendication 12) on a ajouté la caractéristique relative à la turbine à gaz décrite dans le dernier alinéa de l'ancienne revendication 1 et une caractéristique relative à la variation différenciée de puissance au niveau du premier compresseur à l'aide du premier moteur tirée de la description page 16, lignes 5-10.

La nouvelle revendication 14 (ancienne revendication 13) a été limitée en supprimant l'expression « au moins » aux paragraphes i) et ii).

En conséquence, nous vous prions de bien vouloir poursuivre la procédure de délivrance sur la base de ce nouveau jeu de revendications.

PCT/FR2012/051428 2011-06-24 2012-06-22 Procédé de liquéfaction de gaz naturel a triple circuit ferme de gaz réfrigérant WO2012175889A2 (fr)

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