Brevet FR2131985A1 — publié le 19721117

La présente invention se rapporte à un procédé de liquéfaction de gaz permanents. Par gaz permanents, on entend ici des gaz tels que l'azote, l'air, l'oxygène, l'argon et autres gaz difficiles à liquéfier. Dans la description qui suit, afin d'éviter les répétitions, on se référera seulement à l'azote, même si le procédé est approprié pour la liquéfaction de tous les gaz permanents. La liquéfaction des gaz permanents présente un intérêt industriel tout particulier compte tenu des applications remarquables des gaz liquéfiés. Cette liquéfaction s'effectuait il y a quelques années selon des procédés très complexes et délicats, nécessitant des quantités considérables d'énergie. Ces procédés, tels que ceux de Linde et de Claude, par exemple, nécessitent une série d'expansions isoenthalpiques et isoentropi-ques réalisant à chaque étage du procédé une liquéfaction seulement partielle, rendant par suite nécessaire une récompression de la partie non liquéfiée. Ces dernières années, le transport par mer du gaz naturel liquéfié (GNL) s'est développé à une échelle mondiale à partir des champs de production jusqu'aux zones industrialisées pauvres en énergie. La gazéification du GNL aux stations terminales libère une grande quantité de frigories. On a pensé à utiliser ces frigories pour liquéfier les gaz permanents ayant une température d'êbullition inférieure sous la pression atmosphérique et une température critique supérieure à la température d'êbullition atmosphérique du GNL. Ces procédés sont bien connus dans la technique et essentiellement basés sur le principe de la condensation de l'azote aux dépens de 1'évaporation du GNL sous la pression atmosphérique ou sous une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique. 'lame si ces procédés réalisent des économies d'énergie considéra-Iles, ils présentent néanmoins des inconvénients fondamentaux. En. fait, on doit considérer que le GNL est admis à l'état gazeux dans les tubes de distribution sous une pression qui peut atteindre jusqu'à 70kg/cm2. Par suite si l'on effectue la vaporisation du GNL à la pression 72 06859 2 2131985 atmosphérique on est contraint de recomprimer le gaz au moyen de compresseurs centrifuges, ce qui représente un dépense d'énergie considérable. De plus, on doit garder à l'esprit que ces gaz naturels contiennent des quantités considérables d'hydrocarbures lourds ; par suite on n'a pas une température d'évaporation constante, mais une large gamme de températures d'évaporation. On arrive ainsi à un point où la température d'évaporation s'avère supérieure à la température critique de l'azote, ce qui rend impossible l'utilisation complète de toutes les frigories du GNL. On a découvert, et ceci constitue un objet de la présente invention, un procédé de liquéfaction des gaz permanents, en particulier de l'azote, au moyen du GNL, grâce auquel on évite les inconvénients et les défauts des techniques connues. Le procédé objet de l'invention comprend les étapes suivantes : 1) Compression de l'azote de la pression à laquelle il est disponible jusqu'à une pression supérieure à la pression critique, de préférence seulement légèrement supérieure à la pression critique. 2) Refroidissement et liquéfaction de l'azote comprimé à une pression supérieure à la pression critique au moyen de GNL qui se trouve à une température inférieure à la température critique de l'azote et qui a été précédemment comprimé à la pression du réseau ou à une pression supérieure à celle du réseau. 3) Détente de l'azote liquéfié d'une pression supérieure à la pression critique jusqu'à la pression d'utilisation. 4) Recyclage au compresseur des vapeuis formées dans les étapes de détente. Dans le procédé selon la présente invention, le GNL est maintenu à l'état liquide après qu'il ait été comprimé généralement jusqu'à une pression égale à celle du réseau plus les pertes de charge dans les équipements de liquéfaction d'azote et de gazéification du GNL. De cette manière, il est possible d'éviter l'emploi du compresseur nécessaire dans les procédés selon la technique bien connue pour comprimer le GNL vaporisé pendant la condensation de l'azote. En fait, dans ce cas, on réalise la compression du GNL au moyen d'une pompe avant qu'elle ne pénètre dans l'équipement de liquéfaction de l'azote, ce qui réduit de façon considérable les dépenses de compression. 72 06859 3 2131985 Il est bien connu que la compression d'un gaz est bien plus coûteuse que la compression d'un liquide au moyen d'une pompe.. Dans le procède selon la présente invention, l'azote ou d'autres gaz à liquéfier sont amenés à des conditions hypercritiques pour faciliter leur liquéfaction sans qu'on soit tenu d'opérer avec du GNL bouillant à la pression atmosphérique avec les inconvénients sus-mentionnés, ou d'avoir à recomprimer le gaz naturel pour l'admettre dans le réseau. Les conditions hypercritiques peuvent être obtenues au moyen d'un compresseur à plusieurs étages, de préférence à trois étages pour l'azote, avec un étage intermédiaire de refroidissement. Le coût d'une compression accrue de l'azote est négligeable, comparé à l'économie réalisée éliminant la compression du GNL gazeux. L'exemple suivant est donné à titre non limitatif pour mieux illustrer l'invention. EXEMPLE En appliquant le schéma d'agencement de la figure 1, l'azote a été liquéfié en utilisant comme milieu de refroidissement le GNL à une température de 160°C. L'azote gazeux II alimente 1'échangeur 1 dans lequel on fait passer le GNL provenant du réservoir 10 au moyen de la pompe 9. Le GNL sort de l'échangeur par la ligne 15. L'azote refroidi à -150°C dans l'échangeur, alimente le compresseur 12 en même temps que l'hydrogène gazeux provenant du dernier étage 2 de la tour de séparation liquide-gaz 16. Cette tour de séparation se compose de trois étages dont le dernier est alimenté en azote comprimé dans le dernier compresseur 14 et liquéfié toujours dans l'échangeur 1. L'azote gazeux provenant de l'échangeur 1, comme on l'a dit ci-dessus, alimente le compresseur 12 et ensuite se refroidit en 1. Cet azote comprimé et refroidi alimente le compresseur 13 en même temps que l'azote de recyclage provenant du second étage 3 de la tour de séparation 16. Après compression en 13, l'azote gazeux est refroidi en 1 à -150°C et ensuite alimente le dernier compresseur 14. L'azote provenant de 14 est refroidi toujours dans l'échangeur 1, 72 06859 4 2131985 cette fois à -155°C et alimente, après détente â travers la vanne 5, l'étage 4 de la tour de séparation 16. Les trois parties de la tour de séparation 16 communiquent par l'intermédiaire de tubes munis de vannes de détente 6 et 7. L'azote liquide soutiré de l'étage 2 de la tour de séparation 16 est enfin évacué par la pompe 8. La consommation d'énergie observée a été de 0,086kw/h par kg d'azote. Si l'on avait utilisé le schéma classique dans lequel l'azote n'est pas comprimé dans des conditions hypercritiques, la consommation d'énergie se serait élevée à 0,396 kw/h par kg d'azote liquéfié. 72 06859 5 2131985 REVENDICATIONS 1. Procédé de liquéfaction des gaz permanents au moyen de gaz naturel liquéfié, caractérisé en ce qu'il comporte au moins l'une des étapes suivantes : a) compression du gaz permanent de la pression à laquelle il est 5 disponible jusqu'à une pression supérieure à sa pression critique, de préférence seulement légèrement supérieure à sa pression critique . ; b) refroidissement et liquéfaction du gaz permanent comprimé au moyen d'un gaz naturel liquéfié ayant une température inférieure 10 à la température critique du gaz permanent et une pression supérieure ou égale à celle du réseau ; c) détente du gaz permanent liquéfié jusqu'à la pression d'utilisation ; d) recyclage des vapeurs formées dans les étapes de détente à 15 l'étape de compression a). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz permanent est l'azote. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz permanent est l'oxygène. 20 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz permanent est l'argon. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz permanent est l'air.