Brevet FR2056914A1 — publié le 19710507

L'invention est relative à un procédé pour la liquéfaction de gaz ou de mélanges de gaz au moyen d'un circuit de froid à fluide formé par plusieurs composants et soumis à une condensation fractionnée. Le procédé est plus particulièrement approprié pour la 5 liquéfaction de gaz naturel. On connaît un procédé de ce type au cours duquel êes fluides du circuit, obtenus par une condensation fractionnée à partir du gaz naturel à liquéfier, sont détendus à une pression moyenne commune, sont mélangés et sont recomprimés à la pression du gaz naturel 10 circulant vers l'installation, pour être ensuite ,à nouveau mélangés à ce dernier, ' La caractéristique de ce procédé réside dans le fait que les différents fluides du circuit sont détendus à une pression moyenne commune. Il est en outre connu que dans ce procédé connu, le circuit de froid est réalisé sous la forme d'un circuit fermé. 16 Par rapport aux procédés en cascade classiques, de tels procédés présentent certains avantages étant donné qu'il suffit de ne prévoir qu'un seul circuit de froid avec un seul compresseur. Cependant, ce seul circuit de froid doit être subdivisé en un nombre élevé de circuits individuels, ce qui nécessite une subdivision correspondan-20 te des échangeurs de chaleur et une commutation compliquée qui en découle. De même, la consommation d'énergie est plus élevée par rapport à celle du procédé en cascade classique. Afin d'éliminer ces désavantages, on a déjà proposé de diviser les fluides du circuit, obtenus par la condensation fractionnée, et 25 de détendre chaque fois un courant partiel à une pression moyenne, tandis que l'autre courant partiel est détendu à environ la pression atmosphérique, ensuite les courants partiels détendus sont à nouveau réunis, ils sont mélangés au mélange de gaz à liquéfier et sont comprimés. Ce procédé est plus particulièrement approprié pour 30 des installations de liquéfaction de gaz naturel relativement petites, étant donné qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un compresseur propre pour le gaz naturel. En outre, ce procédé présuppose que le gaz naturel est fourni sous faible pression. Cependant, ces conditions n'existent pas toujours. Par exemple, le gaz naturel 35 est fréquemment fourni sous une pression suffisamment élevée. En outre, le mélange de gaz naturel léger et d'hydrocarbures lourds donne toujours lieu à une dépense accrue en énergie, et ce, en raison de l'accroissement de l'entropâe qui se manifeste. L'invention vise à éliminer ces désavantages et à permettre 40 que le procédé proposé ci-dessus puisse être utilisé d'une manière 70 26226 2 2056914 plus universelle. L'invention se base sur un procédé pour la liquéfaction de gaz ou de mélanges de gaz au moyen d'un circuit fermé formé par un mélange à plusieurs composants et au cours duquel le fluide du circuit, 5 comprimé par un compresseur, est fractionné, par une condensation fractionnée dans des séparateurs, en fractions à points d'ëbullition différents, tandis que ces fractions, sous la forme de circuits partiels, sont évaporées en transmettant le froid au fluide du circuit et au gaz ou mélange de gaz â liquéfier, elles sont réunies à 10 nouveau et sont recomprimées. Conformément à 1*invention l'évapora-tion et le réchauffage à environ la température ambiante des différentes fractions du produit de condensation s'effectuent séparément et ces fractions ne sont mélangées à nouveau les unes aux autres que pendant la recompression. Le procédé conforme à l'invention est 15 plus particulièrement avantageux pour la liquéfaction de gaz naturel, étant donné que deux circuits partiels à partir d'un seul séparateur suffisent pour la liquéfaction. Etant donné que l'accroissement de l'entropie est évité par le mélange entre le fluide du circuit et le gaz naturel, la consommation en énergie est relativement 20 faible. L'invention sera expliquée ci-après par la description qui suit à l'appui du dessin annexé. Le dessin représente un schéma de commutation du procédé conforme à l'invention pour la liquéfaction de gaz naturel, l'azote, contenu dans le gaz naturel, étant éliminé 25 sous forme gazeuse. Le gaz naturel à liquéfier et ayant la composition suivante : N2 = 14,3 % en volume CH4 = 82,4 % en volume C2H6 = 2,6 % en volume = 6,4 % en volume C4H10 = 0,3 % en volume pénètre par le conduit 1 sous line pression de 20 atm. et une température de +30°C, dans l'installation. Dàns l'installation d'épuration 2, ce gaz naturel est débarrassé des impuretés, plus particu-35 lièrement de l'eau et du gaz carbonique, et est conduit, ensuite, par le conduit 3, successivement à travers lès échangeurs de chaleur 4, 5 et 6. De ce fait ce gaz naturel est refroidi à environ -100°C et les hydrocarbures lourds s'éliminent par condensation. Ces hy-' drocarbures sont séparés dans le séparateur 7 et sont évacués par 40 le conduit 8. La partie restée gazeuse, formée principalement par du méthane et de l'azote, circule par le conduit 9 vers l'échangeur 70 26226 3 2056914 de chaleur 10 où elle est refroidie à environ -120°C et se liquéfie partiellement. Afin de faciliter la séparation de l'azote dans la colonne à azote 11, on sépare la phase liquide de la phase gazeuse dans le 5 séparateur 12, La phase gazeuse est enrichie en azote, tandis que la phase liquide est appauvrie d'azote. Les deux phases arrivent par les conduits 13 et 14 dans l'êchangeur de chaleur 15 où elles se refroidissent à environ -140°C et elles chauffent ensuite, au moyen des serpentins 16 et 17, le fond de la co---lonne à azote 11 en 10 se refroidissant davantage. Ensuite la phase liquide est détendue par la soupape d'étranglement 18 au centre de la colonne à azote 11, tandis que la phase gazeuse est d'abord refroidie à environ -183°C dans le refroidisseur à basse température 19 et est liquéfiée avant d'être détendue par la soupape d'étranglement 20 dans la lolonne à 15 azote 11. Dans la colonne à azote 11 qui se trouve sous une pression de 4 atm,, l'azote, contenu dans le gaz naturel, est entièrement séparé et est évacué par le conduit 21 de la tête de la colonne à azote 11 sous une température de -183°C, L'azote transmet son froid suc-20 cessivement dans le refroidisseur à basse température 19 et dans les échangeurs de chaleur 15, 10, 6, 5 et 4 et est ensuite disponible à température ambiante à la limite de l'installation. Cependant, l'azote peut également être détendu au préalable à la pression atmosphérique. Le gaz naturel liquéfié est soutiré par le con-25 duit 22 de la colonne à azote. Ensuite, de manière connue, ce gaz naturel est détendu dans un emmagasineur non représenté, les gaz évaporés spontanément et d'évaporatinn pouvant également être utilisés pour la transmissinn du froid. Le froid, nécessaire pour le refroidissement et la liquéfac-30 tion, est obtenu dans un circuit fermé d'un mélange de plusieurs composants qui est soumis à une condensation fractionnée. Le fluide du circuit est composé essentiellement par du méthane, de l'é-thane, di#ropane et du butane. Ce mélange pénètre sous une pression de 2 ou 7 atm. et environ à température ambiante dans le com-35 presseur 24, il est comprimé à environ 25 atm. et est refroidi dans le refroidisseur à eau 25 à +35°C. Ensuite, dans l'êchangeur de chaleur 4, ce mélange est refroidi davantage à environ 0°C en se liquéfiant partiellement. Par le conduit 26, ce mélange arrive dans le séparateur 27 où la phase liquide est séparée de la phase 5(D gazeuse. Les deux phases séparées forment maintenant les fluides 70 26226 2056914 pour les deux circuits partiels. Le fluide du circuit partiel qui est formé par la phase liquide ne contient que peu de méthane et les fractions lourdes éthane, propane et butane en proportions approximativement égales. 5 En vue de le refroidir davantage, ce circuit partiel est d'a bord conduit au moyen du conduit 28 à travers l'êchangeur de chaleur 5 et, ensuite, il est détendu dans la soupape d'étranglement 29 à 7,5 atm. Conformément à l'inventinn, le fluide du circuit s'ë vapore sous cette pression en transmettant le froid dans les échan-10 geurs de chaleur 5 et 4 et retourne vers le compresseur 24. Le fluide du circuit partiel de la phase gazeuse est.formé essentiellement par du méthane et contient une teneur moyenne en éthane et propane, tandis que la teneur en butane a*est plus que faible. 1:5 Ce fluide est d'abord refroidi dans les échangeurs de chaleur 5, 6, 10 et 15 à environ -140°C et est liquéfié et, ensuite, confor mément à l'invention, il est détendu dans la soupape d'étranglement 31 à environ la pression atmosphérique. Ensuite ce fluide du circuit s'évapore en transmettant du froid successivement dans les ë-20 changeurs de chaleur 15, 10, 6, 5 et 4 et retourne enfin, au moyen du conduit 23, à nouveau dans le compresseur 24. L'avantage particulier du procédé réside dans le fait qu'il peut être mis en oeuvre avec une seule subdivision du circuit et évite ainsi une séparation à plusieurs étages en nombreux circuits 25 partiels. 70 26226 5 2056914 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la liquéfaction de gaz ou Mélanges de gaz au moyen d'un circuit fermé d'un mélange à plusieurs composants, procédé au cours duquel le fluide du circuit, comprimé par un compresseur, est fractionné par une condensation fractionnée dans des sé- 5 parateurs, en fractions à points d'ébullition différents, tandis que ces fractions, sous la forme de circuits partiels, sont évaporés en transmettant le froid au fluide du circuit lui-même et au gaz ou mélange de gaz à liquéfier et sont ensuite recomprimées, caractérisé en ce que 1'évaporation et le réchauffage à environ la tempéra- 10 ture ambiante des différentes fractions du produit de condensation s'effectuent séparément et ejjuge que ces fractions ne sont à nouveau mélangées les unes aux autres/pendant la recompression. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide du circuit n'est fractionné qu'en cfeux circuits partiels, 25 le circuit partiel formé par la fraction à point d'ébullition plus élevé étant détendu à une pression moyenne, de préférence comprise entre 5 et 10 atm., tandis que le circuit partiel à fraction à point d'ébullition plus bas est détendu à une faible pression, de préférence comprise entre 1 et 5 atm. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que £» U le mélange de gaz à liquéfier est du gaz naturel, tandis que le fluide du circuit est formé par un mélange d'hydrocirbures. 4.- Procédé suivant la revendication 3 au cours duquel l'azote est éliminé du gaz naturel, caractérisé en ce que le gaz naturel est soumis àun pré-fractionnement au cours de son refroidissement avant 25 d'être refroidi davantage et est ensuite largement fractionné dans une colonne à azote.