Brevet FR2004783A1 — publié le 19691128

i 2004783 La présente invention a pour objet un procédé pour regazéifier et mettre sous pression des mélanges gazeux condensés se trouvant à basse température, par un programme d'intégration de chaleur qui augmente au maximum l'utilisation du "froid" dans le liquide à re-5 gazéifier et à mettre sous pression. Ce programme d'intégration de chaleur, contrairement à l'utilisation de milieux de transfert de chaleur séparés, présente des avantages économiques importants en ce sens qu'on peut utiliser un appareillage d'échange de chaleur plus économique, qu'aucun appareillage séparé n'est nécessaire pour 10 manipuler un milieu de transfert de chaleur intermédiaire, et qu'on évite les pertes qui accompagnent normalement l'utilisation de milieux de transfert de. chaleur intermédiaires, le programme d'intégration de chaleur rend possible la suppression de compresseurs, et réduit au minimum l'appareillage de pompage utilisé pour augmenter la 15 pression du mélange regazéifié. la présente invention concerne d'une manière générale un procédé de chauffage de fluides à basse température. Elle concerne plus particulièrement un procédé qui fournit une méthode de chauffage de fluides à bassë température en utilisant un programme d'intégration 20 de chaleur qui augmente au maximum l'utilisation du "froid" dans le fluide soumis au chauffage, et qui réduit au minimum les prix d'investissement et de fonctionnement. La présente invention peut s'appliquer en particulier à la regazéification du gaz naturel liquéfié (appelé ci-après GEL)„ 25 Le gaz naturel se trouve souvent dans des régions éloignées de son point d'utilisation. Très souvent la source de combustible est séparée de son point d'utilisation par une grande étendue d'eau, auquel cas il peut être nécessaire d'effectuer un transfert en masse du gaz naturel en utilisant des pétroliers de grande capacité conçus 30 pour un tel transport. Dans ce cas, des considérations économiques dictent de réduire considérablement le volume du gaz naturel à liquéfier et de le transporter à la pression pratiquement atmosphérique. Dans ces conditions, le (ML se trouve alors à une température voisine de -161°C, qui est le point d'ébullition du méthane à la près-7^ sion atmosphérique. On notera toutefois que le GîîL contient souvent des quantités d'hydrocarbures plus lourds, tels que l'éthane, le propane, le butane, etc., qui font varier le point d'ébullition du Gi\iïj, de sorte qu'il tombe entre -151 et -161°C. Toutefois, l'azote qui SAO ORIGINAL 69 08944 2 2004783 peut être également présent peut faire que les températures les plus basses atteignent des températures aussi basses que -168°C. Quand le GEL arrive à son point d'utilisation, il se trouve sous forme liquéfiée, et il devient nécessaire de lo regazéifier 5 avant de l'utiliser comme combustible. En outre, il peut être nécessaire d'ajuster le pouvoir calorifique du gaz naturel afin de se conformer aux besoins de la région avant son entrée dans le système de- distribution du combustible. Quand ceci est nécessaire, on peut réaliser un réglage par une opération de reformage du type décrit 10 ci-après. Il peut également être nécessaire d'augmenter la pression du produit regazéifié de la pression atmosphérique à la pression des tuyaux de distribution, qui dans certains cas peut atteindra 70 kg/ 2 cm absolus. On se rend compte que la reconversion du GEL sous forme ga-15 zeuse nécessite un chauffage important. Quand on chauffe des courants cryogéniques, tels que GEL, il se pose souvent de nombreux problèmes de nature à la fois économique et technique. Par exemple, quand on chauffe ces courants, un échange direct de chaleur n'est possible qu'avec des courants de chauffage qui sont secs, étant donné que tou-20 te trace d'humidité éventuellement présente se congèle et se dépose, en bouchant ou en obturant finalement les échangeurs de chaleur utilisés. En outre, les sources de chaleur les moins onéreuses sont humides (par ex., mple l'eau, la vapeur d'eau, l'air et le gaz do car-neau), et ainsi il se pose souvent des problèmes dans cette zone. 25 Les problèmes de cette nature rencontrés dans la technique antérieure ont été résolus en utilisant un fluide d'échange de chaleur intermédiaire séparé contenu dans un cycle fermé ou autre système analogue. Le but do ce type de système fluide intermédiaire est d'absorber la chaleur provenant d'une source de chaleur humide chaude et de l'in-30 jecter dans le courant de GEL froid. L'utilisation d'un tel système présente toutefois de nombreux inconvénients économiques. Par exemple, les besoins des surfaces d'échange de chaleur sont en fait doublés étant donné que le nombre d'échanges nécessaire est habituellement élevé. En outre, il est nécessaire de prévoir des aménagements 35 séparés pour stocker, manipuler et éventuellement produire le fluide d'échange intermédiaire séparé. Contrairement à ce qui est mentionné ci-dessus, la présente invention fournit un procédé do chauffage de fluides cryogéniques. BAD ORIGINAL 69 08944 3 2004783 tels que GUI, qui évite les difficultés mentionnées ci-dessus. Ainsi, l'utilisation du procédé décrit en détail dans la présente invention a pour résultat de réduire de façon importante le -prix de l'échange do chaleur et d'éliminer le besoin d'utiliser des aménage-5 ments de manipulation séparés. Elle évite en outre la nécessité de compenser les pertes du milieu d'échange de chaleur intermédiaire. On peut obtenir les résultats extrêmement avantageux ci-dessus, conformément à la présente invention, en utilisant des courants de traitement recyclés à la place d'un fluide d'échange de chaleur 10 intermédiaire. Dans un modo de mise en oeuvre préféré de l'invention, on réalise la regazéification du GUL en combinaison avec une opération de reformage d'un type connu dans la technique et décrit ci-après. Dans un mode de réalisation préféré, on réchauffe un courant froid de GEL liquide en le faisant passer dans une série d'échangeurs 15 de chaleur qui servent à condenser les vapeurs de tête provenant 'd'un "ballon de détente et d'une colonne de distillation (la colonne servant à séparer des constituants C^+ des constituants plus légers du gaz naturel). lors de san passage dans ces séries d'échangeurs de chaleur, le courant d'arrivée de GÏÏL est soumis à un échange de 20 chaleur avec une partie du distillât de queue provenant d'un deuxième ballon de détente, puis entre dans le premier ballon de détente comme charge d'alimentation. Une partie du distillât de queue provenant du deuxième ballon de détente est envoyée en échange de chaleur avec un ou plusieurs courants chauds provenant de l'opération de reformage. 25 Le distillât de tête sortant du second ballon de détente et le reste des produits de queues provenant de ce ballon sont mélangés et envoyés dans la colonne de fractionnement. Les'queues sortant de cette colonne, comprenant 0^ et des hydrocarbures plus lourds, sont envoyées vers l'opération de reformage, comme décrit ci-après en détail. 30 Les produits de tête de la colonne de fractionnement sont envoyés èn échange de chaleur avec GÏÏL comme indiqué ci-après et les liquides condensés sont recyclés dans la partie supérieure de la colonne On fait également passer les vapeurs non condensées dans un deuxième échangeur de chaleur avec le GÏJL (qui sert à réchauffer ce 35 dernier), puis on les pompe jusqu'à ce qu'on atteigne la pression requise dans les canalisations, Après cette augmentation de pression, on fait passer ces matières en échange de chaleur avec les vapeurs .de tête sortant du premier ballon, puis on les envoie dans un »„n» , 2004783 69 08944 4 système de distribution de gaz approprié. la présente invention a donc comme but de fournir un procédé efficace pour chauffer un fluide"froid sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de milieu d'échange de chaleur intermédiaire séparé. 5 Un autre but de l'invention est de fournir un système qui per met l'utilisation d'un appareillage d'échange de chaleur plus économique et aucun aménagement séparé pour le fluide do transfert de chaleur intermédiaire, ce qui réduit considérablement le prix de l'appareillage, qui utilise un appareillage d'échange de chaleur à 10 pression réduite pour le chauffage initial du GEL, et qui nécessite un nombre moins important de pompes pour obtenir la pression requise dans les canalisations et qui réduit au minimum le prix de l'opération pour porter le G-ÏÏL de la pression atmosphérique à la pression relativement élevée nécessaire dans les canalisations. 15 D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven tion ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ce dessin, la figure unique représente un schéma d'écou-20 lement des courants illustrant un procédé conforme à l'invention. Sur ce dessin, une cuve de stockage calorifugée fixe 2 reçoit le GEL à la pression atmosphérique provenant d'un pétrolier (non représenté). le GÎ3L dans la cuve 2 se trouve normalement à une température comprise entre environ -151°C et -161°C, et peut avoir par 25 exemple les gammes de compositions indiquées dans le Tableau I. TABLEAU I Constituant Mole ja C1 ^ 60 à 70 C2 15 à 25 30 C3 , 8 à 15 . C4 2 à 4 °5 0 à 1 Cg+ 0 à 1 le GEL provenant de la cuve 2 est envoyé par le conduit 3 dans une- 35 pompe 4 dans laquelle sa pression absolue est augmentée de 1,02 kg/ 2 \ 2 ? cm à environ 35 kg/cm et de préférence à 31 kg/cm • la pompe 4 fait passer le courant de GEL sous pression par les conduits 6, 12-, 14 et 18 à travers une série d'échangeurs de chaleur 8, 10, 16 et 20 69 08944 s 2004783 . décrits ci-api-ès on détail. Lorsque le courant de GEL sort de l'é- changeur 20 par le conduit 22, il a été chauffé à une température comprise entre -34,4°C et -57°C et de préférence à -50°G, le courant de GUI chauffé est ensuite envoyé dans un premier ballon de détente 5 24. le ballon de détente peut fonctionner à des pressions absolues 2 comprises entre 21 et 49 kg/cm , et de préférence entre 24,6 et 2 28 kg/cm . les vapeurs sortant du ballon de détente 24 sont constituées principalement de méthane et ont une gamme de compositions telle qu'indiquée dans le Tableau II. Cette composition dépend bien 10 entendu de la composition de la matière première initiale et de la température et de la pression exactes du ballon 24. Tfl.BLEA.IJ II Constituant Mole % C1 80 à 95 15 02 - 5 à 15 C^ 0 à 3 C4 0 à 1 C5 0 à 0,1 °6 0 20 En sortant du ballon 24, les vapeurs sont envoyées par le conduit 26 dans l'échangeur de chaleur 10. Une partie des vapeurs provenant du ballon 24 va dans le "conduit 30 et est envoyée dans l'échangeur de chaleur 32. les vapeurs dans l'échangeur 10 servent à réchauffer le GUI entrant dans le conduit 12. la séparation des 25 têtes sortant du ballon de détente 24 dans les conduits 26 et 30 assure que les températures dans les échangeurs de chaleur 10 et 32 ne tombent pas en desoous des limites admises. En sortant des échangeurs 10 et 32, les têtes sont réunies dans le conduit 34 et se trouvent à une température comprise entre environ -96 et -112°C, selon la 30 composition du courant de tête sortant du ballon 24 et la composition de la charge introduite, et est de préférence de -107°C. le produit dans le conduit 34 est ensuite mélangé avec le courant de tête sortant de la colonne de fractionnement qui a été condensé et p dont la pression absolue est portée de 22,4 à 26,7 kg/cm à l'aide 35 d'une pompe. Après avoir mélangé les courants d'effluents sortant des échangeurs 8, 10 et 32, le mélange se trouve sous une pression 2 absolue comprise entre 24,6 et 31,6 kg/cm et de préférence à 26,7 kg/cm et à une température comprise entre -96 et -118°C, soit 69 08944 environ 5,5°C en dessous du point de "bulle du courant, suivant la composition du courant, puis le produit se trouvant dans le conduit 38 est comprimé par la pompa 40 jusqu'à ce qu'on obtienne une près- 2 sion absolue comprise entre 63 et 77 kg/cm et de préférence de 2 5 70 kg/cm environ. On utilise ensuite ce courant sous pression élevée pour condenser les vapeurs du courant, de tête sortant du ballon 24 dans l'échangeur 32. En sortant de l'échangeur 32, les vapeurs sont entraînées par le conduit 44 dans l'échangeur de chaleur 46, lequel sert à vaporiser et à surchauffer le produit gazeux riche en 10 méthane de sorte que lorsqu'il est combiné au gaz reformé dans le conduit 49, on obtient une température qui convient aux canalisations comprise entre 0 et 40°G, et de préférence de 10°C» lorsque le produit sort de l'échangeur 46 par le conduit 47, il se trouve, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, sous une pression 15 absolue de 70 kg/cm et à une température de -15°C« Ce produit a la composition indiquée dans le Tableau III. TABLEAU III Constituant Mole jo 0 70 à 80 20 G2 20 à 25 C, 0 à 5 3 C_+ \ 0 à 0,5 3 le produit dans le conduit 47, quand il est combiné avec le produit reformé dans le conduit 49, se trouve dans des conditions de distri-25 bution appropriées dans les canalisations et est envoyé paî le conduit 51 vers un réseau de distribution approprié (non représenté). Dans le ballon 24, les produits de queues sortant du ballon 24 par le conduit 48 et se trouvant à une température voisine de -50°C sont mélangés avec une partie des produits de queue sortant 30 du ballon 52. le courant combiné sert de milieu de transfert de chaleur dans le circuit des pompes, le courant combiné dans le conduit 50, se trouvant à une température de 10°C environ, est envoyé dans le ballon. 52. la charge allant dans le ballon de-détente 52 a une composition dans lr>s gammes indiquées dans le Tableau IV ci-après : 69 08944 2004783 l TâELEâU 17 Constituant °1 C2 °3 °4 Gr- et C[-+ 5 5 Mole % 18 à 25 25 à 35 18 à 25 9 à 15 2 à 5 Le "ballon 52 fonctionne à une pression absolue comprise entre environ 2 2 21 et 31,6 kg/cm , et de px^éférence de 26,7 kg/cm . Une partie du 10 produit de queue quittant le "ballon 52, appelé "courant de pompe", est envoyée par le conduit 88 dans l'échangeur 90, où. elle est chauffée par passage en échange avec un courant chaud résultant de l'opération de reformage entrant dans l'échangeur 90 par le conduit 82 et sortant de l'échangeur 90 par le conduit 84. En sortant de l'échan-15 geur 90, cette partie du produit de queue sortant du ballon 52 est envoyée par le conduit 91 dans l'échangeur 46, où. le gaz riche en méthane est vaporisé. En quittant l'échangeur 46, le courant de pompe est envoyé par le conduit 92 dans l'échangeur 20, où il sert à chauffer davantage le courant de charge de G-HL. En sortant de l'é-20 changeur 20, cette fraction de produit de queue est mélangée aux produits de queue sortant du ballon 24 et introduite par le conduit 50 à nouveau dans le ballon 52. là partie restante des produits de queue sortant du ballon 52 est mélangée avec les produits quittant la partie supérieure du 25 ballon 52 par le conduit 54, et ce courant recombiné est ensuite envoyé par le conduit 58 dans une colonne ou tour de fractionnement 60. La tour de fractionnement 60 sépare les constituants C^- et C^+. Le produit C^+ quitte le bas de la tour par le conduit 74 et entre dans le rebouilleur 76. Une partie du produit entrant dans le re-30 bouilleur 76 est réintroduite au bas de la tour de fractionnement par le conduit 78. La partie restante du produit de queue sortant de la colonne 60 quitte le rebouilleur 76 par le conduit 79 et est ensuite envoyée dans un complexe de reformage 80. Le produit entrant dans le complexe de reformage a la composition indiquée dans le 35 Tableau V ci-après : BAD ORIGINAL 69 08944 8 TABLEAU V 2004783 Constituant 0, °4 Autres Mole jo 0 0 60 à 70 20 à 30 5 à 15 Dans l'opération de reformage, cette composition est transformée et le produit résultant a la composition indiquée Tableau VI. 10 TABLEAU VI 15 Constituant c°2 CO H2 CH. Mole % 3 à 7 1 à 2 20 à 30 60 à 70 Une grande quantité d'eau, constituant environ 50 moles fo du courant est également présente. On élimine cette eau (dans un appareil approprié non représenté) après que le gaz sortant du complexe de reformage ait été soumis à un échange de chaleur avec la partie 20 des produits de queues sortant du "ballon 52 comme expliqué ci-dessus Après cet échange de chaleur, on. envoie le gaz sortant du complexe de reformage par le conduit 86 dans un compresseur 87 où. on élève sa pression jusqu'à environ 70 kg/cm . Le produit quittant le compresseur 87 est ensuite envoyé par le conduit 49 dans le conduit 51 25 pour produit gazeux. L'exemple suivant illustre la présente invention. EXEMPLE 30 On utilise comme matière première du G-HL ayant la composition suivante : TABLEAU VII 35 Constituant ci C, Mole $ 68 19 10 2 1 •~t on opere dans les gammes de températures et de pressions préférée mentionnées ci—dessus. Le tableau suivant indique les températures, les pressions et les compositions des courants présent© à divers 40 endroits dans le procédé décrit. Ces endroits sont désignés par les références utilisées sur le dessin annexé. » TABLEAU VIII Endroit Température Pression absolue Composition typique lu oouiant 2 (en kg/cm ) °i A. °5 °4 °JL 00, Ng 00 H2 Conduit 6 -157 31,6 68 19 10 2 1 Conduit 14 - 65 29,4 68 .19 10 2 - 1 Conduit 22 - 50 28,1 68 19 10 2 - 1 - - - - Conduit 26 - 50 28, 1 85 13 2 — - - — — — — Conduit 48 - 50 28, 1 25 35 26,5 11,5 1,5 0,5 - — ~ _ Conduit 58 + 10 26,7 25 35 26,5 11>5 1,5 0,5 — — — - Conduit 62 - 26 24,5 36 55' 9- - - — » Conduit 79 + 71 25,3 - - 57,5 31,5 10 1 — — — _ Conduit 51 ,+ 10 70,3 74,2 11,8 1,7 0,17 0,005 - 1,4 - 0,92 9,6 Il va de soi que la présente' invention n' a été décrite et représentée qu 'à titre indica .tif, mais nullement limitatif , et qu'elle est susceptible de diverses variantes O vQ O 00 sO JS» J2k UD NJ O O £» sans sortir de son cadre. 00 OJ 69 08944 « 2004783 SEVEMPICKeiOSS 1. Procédé permettant de regazéifier une charge de gaz liquéfié caractérisé par le fait qu'il comprend les stades suivants : - on met sous pression et on chauffe la charge de gaz li- 5 quéfié; - on détend la charge dans un premier- "ballon de détente; - on fait passer le produit de queue sortant du premier ballon dans un second ballon de détente;' - on soutire une fraction du courant du bae du second ballon 10 - on chauffe cette fraction de courant en utilisant un courant de traitement extérieur; - on fait passer cette partie chauffée en échange de chaleur avec la charge d'arrivée de gaz liquéfié dans le premier ballon, et - on mélange cotte fraction avec le produit de queue sortant 15 du premier ballon et on fait passer le courant combiné résultant dans le second ballon. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le chauffage initial est en partie réalisé en utilisant la chaleur provenant des matières sortant à la partie supérieure du premier 20 ballon de détente. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier ballon fonctionne à une pression absolue comprise o entre environ 21 et 35 kg/cm et que le second ballon fonctionne à p une pression absolue comprise entre environ 21 et 31,6 kg/cm . 25 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le gaz liquéfié est du gaz naturel liquéfié et que le courant externe de traitement est un courant gazeux de reformage chaud obtenu en reformant les produits de queue lourds du gaz naturel. 5. Procédé selon la revendication 1, utilisant du gaz naturel 30 liquéfié (G-Î5L), caractérisé par le fait que le chauffage initial est réalisé par un échange de chaleur entre la charge de gaz naturel introduite et les courants de traitement résultant du fractionnement de cette charge de gaz naturel. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait 35 que le produit de tête sortant du premier ballon de détente est envoyé également en .échange de chaleur avec la charge entrante de gaz naturel» 7. Procédé selon la revendication 1, pour chauffer et 69 08944 n 200478.3 regazéifier une charge gazeuse d'hydrocarbure liquéfié, caractérisé par le fait qu'on met sous pression la charge, on la détend dans un premier ballon de détente, on utilise le produit de tête sortant du ballon de détente pour chauffer la charge d'alimentation, on fait 5 passer le produit de queue du ballon dans un second ballon, on fait passer une fraction du produit de qusue du second ballon en échange de chaleur av-ac un courant de traitement extérieur, ce qui chauffe .cette fraction de produit de queue, et on utilise cette fraction de produit chauffé pour chauffer davantage la charge d'alimentation. 10 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les vapeurs sortant au haut du second ballon et le reste du produit de queue sortant du second ballon sont mélangés et fractionnés en une fraction de produit en et de produits plus lourds et en une fraction de produit en et de produits plus légers, la frac-15 tion contenant le produit en 0^ et les produits plus légers passant en échange de chaleur avec la charge mise sous pression. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le produit de tête sortant du premier ballon est séparé en deux courants secondaires, le premier courant secondaire passant o£ 20 échange de chaleur avec .La charge d'alimentation et le second courant secondaire passant en échange de chaleur avec les vapeurs provenant de la fraction de produit en et de produits plus légers.