Brevet FR2442983A1 — publié le 19800627

La présente invention concerne un procédé et un dispositif, qui est avantageusement un injecteur à turbulence, en vue de la compression du gaz naturel à faible pression à l'aide de l'énergie de pression d'un gaz naturel à pression élevée et/ou d' un gaz auxiliaire. Au cours du traitement moderne du gaz naturel, on utilise énergie de pression du gaz naturel fabriqué. Cette énergie est avantageusement utilisée en général au cours du déroulement technologique. Le gaz naturel brut est normalement "humide", dans le sens qui contient une phase condensée, c'est-à-dire une phase liquide et une phase solide. La phase condensée se sépare du gaz naturel dès avant la détente, ou lors de celle-ci. Dans le cas des condensats incompressibles, l'utilisation d'une machine à piston est presque impossible, meme la mise en oeuvre d'une turbine de détente est limitée, parce que l'érosion provoquée par les gouttes de liquide ne peut astre que réduite, mais pas supprimée. Bien que les machines de détente à vis peuvent être utilisées en présence d'une phase condensée, elles ne peuvent pas être fabriquées rentablement pour une pression élevée, par suite de l'accroissement des forces axiales.Les machines opératrices ne peuvent par conséquent être utilisées que de façon limitée en vue de la détente de gaz naturel humide à haute pression. En raison de ce qui précède, ces dernières années, des injecteurs à jets de gaz ont été mis au point et utilisés, dans lesquels est aspiré le gaz qui est obtenu à partir du liquide séparé du gaz naturel au moyen d'une réduction de pression. Dans ce procédé, le courant de gaz sortant de l'injecteur, qui provient ainsi du gaz séparé du gaz naturel brut et du séparateur à détente de liquide, est amené dans un dispositif de séparation, dans lequel sont séparés non seulement le condensat d'hydrocarbure instable (gazoline), mais également la phase aqueuse. Dans les conditions habituelles de fonctionnement du dispositif, la phase liquide contient une quantité importante de méthane, d' éthane et éventuellement de CO2, qui sont contenus à l'état dissous0 Ces constituants sont libérés lors de la diminution de pression du liquide.La composition du gaz dégagé est telle que le gaz peut être introduit dans la canalisation à grande distance sans nuire à la qualité. Grâce à l'injecteur à jets de gaz, le même gaz est aspiré et comprimé à la valeur de pression de la canalisation à longue distance. L'invention a par conséquent pour objet de comprimer le gaz naturel à faible pression à l'aide de l'énergie de pression d'un gaz naturel à pression élevée et/ou d'un gaz auxiliaire ou de pétrole, l'opération étant effectuée de la manière la plus simple et la plus économique. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, la détente du gaz naturel est effectuée dans un injecteur à turbulence et dans le cas d'une pression de gaz naturel de 3,0 MPa avant la détente, ou dans le cas d'une pression de gaz naturel supérieure à 1,0 MPa après la détente, ou de telle sorte que le quotient de la pression de gaz avant et après la détente soit au moins 1,5, de sorte que le gaz se dégageant, sous l'action de la réduction de pression et en raison d'une application de chaleur du liquide extrait du gaz naturel et/ou le gaz extrait du pétrole, et/ou provenant de la canalisation d'injection et/ou le gaz provenant du séparateur à torche, est introduit dans l'injecteur à turbulence. Dans le procédé selon l'invention, on utilise par conséquent un Injecteur à turbulence grâce auquel sont mises à profit les propriétés des gaz présentant une vitesse élevée d'écoulement et circulant le long d'une trajectoire en hélice. Dans l'injecteur à turbulence, on n'a pas voulu utiliser l'effet de séparation résultant de la chaleur des courants de gaz turbulents, mais l'effet d'aspiration de ceux-ci. Lors du traitement du gaz naturel, la quantité du gaz naturel brut détendu s'élève en règle générale à un multiple, 50 à 100 fois, la quantité de gaz résultant du traitement du liquide. Cela signifie pratiquement que le rendement adiabatique dans le cas d'utilisation d'un injecteur à turbulence est très favorable. Deux processus sont en effet réalisés : la conversion de la i > res- sion du gaz naturel brut et de son énergie interne en énergie cinétique (dans le cas de la buse d'injection) et la conversion de l'énergie cinétique du courant de gaz turbulent en une énergie de pression (dans le diffuseur à giration), de telle sorte que la réduction de pression obtenue est accrue par le fait que le courant de gaz est dirigé le long d'une trajectoire à faible rayon de courbure. Une différence de pression radiale est ainsi provoquée, sous l'action de laquelle est accrue la dépression.De cette manière, le phénomène provoqué d'un gradient de pression dans l'injecteur à turbulence peut être avantageusement utilisé dans l'opération de traitement du gaz naturel, et même là où la teneur en méthane, éthane et éventuellement en propane, butane du condensat extrait du gaz naturel est séparée par réduction de pression et par application de chaleur. L'utilisation de l'injecteur à turbulence est également possible du fait que le pétrole et le gaz naturel proviennent souvent du même gisement et sont ainsi traités dans la même entreprise. Il est en outre connu que le gaz dissous peut être extrait de liquides saturés avec un rendement maximal si la pression du gaz est réduite dans plusieurs étages et si le gaz dégagé est dérivé dans les différents étages. En pratique, le nombre des étages est cependant limité du fait que les coûts en investissements croissent relativement défavorablement avec l'agrandissement des dispositifs de séparation, des compresseurs. Par conséquent, en général, on effectue du dégazage en deux étages. Dans le cas de la séparation de pétrole, une loi analogue existe : à une plus faible pression, moins de gaz dissous subsiste dans le pétrole, mais simultanément une séparation plus sélective peut être effectuée, parce que la volatilité mesurée des constituants du mélange croit. Selon l'invention, il est avantageux que la réduction de pression du liquide séparé du gaz naturel soit effectuée au plus en cinq étages et qu'au moins le gaz provenant des deuxième et troisième étages soit introduit dans le premier, éventuellement dans le deuxième injecteur à turbulence. Selon une autre caractéristique de l'invention, cinq gaz de pressions différentes sont au plus introduits dans un injecteur à turbulence, de telle sorte que la pression du gaz introduit dans la chambre de turbulence de l'injecteur, en partant de l'intérieur vers l'extérieur, croisse sous l'action des gradients de pression radiaux. Le gradient de pression très élevé provoqué dans la turbulence à grande vitesse peut être utilisé pour qu'au moins une partie du gaz, qui jusqu'ici était dirigée sur le séparateur à torche ou dans le ventilateur d'évacuation, soit rendu utilisable. Jusqu'ici on ne pouvait pas obtenir de tels gaz, parce que la quantité de gaz varie entre des limites extrêmes et l'accroissement de pression ne pouvait pas être obtenue ni par des moyens classiques, ni par des compresseurs ni des injecteurs. L'invention a trait également à un injecteur à turbulence servant à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, deux, mais au plus cinq tubes d'introduction de gaz débouchant dans l'injecteur à turbulence. L'invention est caractérisée par le fait que les tubes sont avantageusement concentriques et présentent la forme d'un corps de révolution. Leur longueur à l'intérieur de l'injecteur à turbulence suit la relation suivante 15 # 14 # 13 # 12 # 11 Il est avantageux que, selon l'invention, entre les tubes d'introduction de gaz, soient disposés des éléments hélicoïdaux servant au renforcement et à la déviation de l'écoulement. Selon une autre caractéristique, les buses sont disposées sur une surface latérale semi-conique (70PA d 4 90 ), dont l'axe est le même que celui de la chambre de turbulence. Grâce à cette disposition, l'accroissement des composantes de vitesse axiales est assuré lors de l'introduction du gaz. La différence entre la vitesse tangentielle du gaz accomplissant le travail et celle du gaz accéléré est ainsi réduite. Cette dernière constitue, selon l'enseignement général des processus de fourniture, une source de perte, car entre les différentes couches apparat un courant impulsionnel dirigé, c'est-à-dire une friction. Selon l'invention, il est avantageux que le courant de gaz entrant dans un diffuseur à giration soit soumis à un mouvement de rotation et pénètre ainsi dans la chambre de turbulence. Une autre caractéristique de l'invention est que le diffuseur et/ou le confuseur à giration présentent une surface latérale extérieure se composant de deux ou de plusieurs segments de surface cylindrique disposés excentriquement. L'invention sera expliquée ci-après, en regard des dessins annexés. La Fig. 1 représente le schéma de montage correspondant au procédé. La Fig. 2 est une coupe de la réalisation de principe de l'injecteur à turbulence. La Fig. 3 est une coupe longitudinale de l'exemple de réalisation de l'injecteur à turbulence. La Fig. 4 est une coupe verticale d'un autre injecteur à turbulence. La Fig. 5 est une coupe selon la ligne V-V de la Fig. 4. Comme on le voit sur la Fig. 1, au cours du déroulement du procédé selon l'invention, le gaz naturel brut est amené depuis un tube 1 dans un séparateur 2, dans lequel les teneurs en eau et en gazoline du gaz sont séparées. L'eau est transférée depuis la chambre d'eau du séparateur 2, par l'intermédiaire d'une canalisation 13, dans une installation d'épuration. Sur le schéma, une solution en vue du traitement de la gazoline a été représentée en pointillés, la gazoline brute étant transférée dans un séparateur froid 5. Le gaz est amené du séparateur 2 dans un échangeur de chaleur 3 dans lequel le gaz est refroidi par de l'hydrogène sec amené au séparateur froid 5 par un tube 6. De l'échangeur de chaleur 3, le gaz naturel humide est amené dans la chambre de turbulence de l'injecteur 4, le gaz, qui circule dans l'injecteur 4 et qui frappe la paroi, étant forcé à circuler sur une trajectoire hélicoïdale par des buses disposées tangentiellement, hélicoldales, pouvant cependant présenter un axe rectiligne. Dans la chambre interne de l'injecteur à turbulence 4, débouchant des tubes d'aspiration 10, 11, disposés concentriquement. Le mélange du gaz naturel détendu dans l'injecteur à turbulence 4 et du gaz aspiré est séparé dans le séparateur froid 5 de la gazoline et de la phase inhibitrice, aqueuse (non représentée sur la Figure). La gazoline brute est séparée dans le séparateur froid 5. Sous l'action de la réduction de pression et éventuellement par application de chaleur, le gaz ainsi dégagé est séparé dans un séparateur 8 dit "à détente de liquide". De ce séparateur 8, le gaz est amené par le tube d'aspiration 11 dans la région axiale de l'injecteur à turbulence 4 et la gazoline partiellement dégazée dans la chambre supérieure d'une colonne de séparation 9. La colonne 9 est chauffée par un échangeur de chaleur 15. La colonne 9 est en général réalisée sous la forme d'un dispositif de distillation fonctionnant sans reflux dont la pression présente une valeur plus petite que le séparateur 8 à détente de liquide. Le gaz provenant de la colonne de séparation 9 est amené par un tube d'aspiration 10 dans la région axiale de l'injecteur à turbulence 4. Le liquide dégazé parvient à l'appareil d'utilisation en provenance de la colonne 9 par la canalisation 12. Parallèlement à l'injecteur à turbulence 4 est mis en oeuvre un autre injecteur à turbulence 18 dans lequel le gaz est amené par l'intermédiaire du tube 17 en vue de la séparation d'huile. Si une quantité de gaz plus importante traverse le séparateur 24 en direction du séparateur à torche 23 et ainsi Si la pression dans le tube collecteur 26 croit, un injecteur à turbulence 20 est mis en service. Dans ce cas, par suite de la pression dans le tube collecteur 26, les robinets 25, 19, 22 sont ouverts et le gaz circule à travers le tube 21 en direction de la région axiale de l'injecteur à turbulence 20. Le procédé de l'invention est ainsi plus efficace que les procédés jusqu'ici connus, parce qu'à l'aide des injecteurs à turbulence 4, 18, 20 un rapport de compression peut être obtenu qui ne pourrait plus l'être grâce à un injecteur à jets de gaz. Selon le procédé de l'invention, la concentration du liquide en gaz diminue. En outre, les coûts de fabrication du dispositif sont sensiblement abaissés par la séparation à faible pression, parce que le dispositif peut être réalisé avec des étages de compression plus petits. Sur la Fig. 2, est représenté un autre exemple de réalisation. Dans ce dispositif on utilise deux tubes d'aspiration concentriques 10, 11. L'enveloppe 4a a la forme d'un corps de révolution, dont le diamètre D1, est mesuré dans les plans des buses. Les buses 4b, dont la section transversale peut être soit circulaire, soit rectangulaire sont disposées à un espacement lo pris depuis l'extrémité de l'enveloppe. Le nombre des buses 4b n'est pas limité. Elles sont avantageusement uniformément réparties à la périphérie de l'enveloppe. Le tube d'aspiration 11 sert à l'introduction d'un gaz de pression P2. Sa longueur, mesurée depuis la paroi de ltenve- loppe 4a, est 11. Par le tube d'aspiration 10 est aspiré un fluide dont la pression est P1. Cette pression P1 est inférieure à la pression P2. Le tube d'aspiration 10 pénètre d'une longueur 12, mesurée depuis la paroi de l'enveloppe, dans l'enveloppe 4a. Entre les tubes d'aspiration 10, 11 sont disposées des plaques grâce auxquelles est assurée la position coaxiale des tubes d'aspiration 10, 11 et simultanément la vibration du tube 10 est amortie. Les plaques sont réalisées de telle sorte que le gaz de pression P2 et qui est introduit par le tube d'aspiration 11, présente une giration de même sens que le gaz qui a été introduit par les buses 4b. A l'injecteur à turbulence 4 est en outre relié un diffuseur à giration 4d qui présente la forme d'une vis sans fin et possède une plaque de couverture inférieure plane 4e. Sur la Fig. 3 est représenté un injecteur à turbulence, dont la chambre de mélange est conique, c'est-à-dire D1 ; D2 ; son diamètre croit en direction du diffuseur à giration. Sa plaque de couverture 4f est une surface conique. Sur les Figs. 4 et 5 sont réalisées des exemples de réalisation pour des injecteurs à turbulence, qui s'écartent de ceux représentés sur les Figs. 2 et 3, par le fait que les diffuseurs à giration 4d sont constitués par des segments d'une surface conique disposés excentriquement. Les buses peuvent, selon l'invention, être disposées dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'injecteur à turbulence, ou en variante, avantageusement sur une surface conique, dont l'axe correspond avec celui de la chambre à turbulence et son demi-angle de cône est 700 REVENDICATIONS 1 - Procédé de compression du gaz naturel à faible pression à l'aide de l'énergie de pression du gaz naturel à pression élevée et/ou d'un gaz auxiliaire, caractérisé en ce que la détente du gaz naturel est effectuée dans un injecteur à turbulence et dans le cas d'une pression de gaz naturel de 3,0 MPa avant la détente, ou dans le cas d'une pression de gaz naturel supérieure à 1,0 MPa après la détente, ou de telle sorte que le quotient de la pression de gaz, avant et après la détente, soit au moins 1,5 de sorte que le gaz se dégageant, sous l'action de la réduction de pression, et en raison d'une application de chaleur du liquide extrait du gaz naturel et/ou le gaz extrait du pétrole, et/ou provenant de la canalisation d'injection et/ou le gaz provenant du séparateur à torche, est introduit dans l'injecteur à turbulence. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans un injecteur à turbulence sont introduits au plus cinq gaz de pressions différentes, de telle sorte que la pression du gaz affluant dans la chambre de turbulence de l'injecteur, en partant du centre, croisse sous l'action des gradients de pression radiaux. 3 - Injecteur à turbulence selon une des revendications 1 et 2, pour la mise en oeuvre du procédé, deux, mais au plus cinq tubes d'introduction de gaz débouchent dans l'injecteur à turbulence (4), caractérisé en ce que les tubes d'aspiration (10, 11) sont disposés concentriquement et présentent la forme d'un corps de révolution, leurs longueurs (15, 14... 1 li), calculées depuis la paroi de l'injecteur à turbulence suivent la relation suivante 5 ; 14 ? 13 A 12 ? 4 - Injecteur à turbulence selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'entre les tubes (10, 11) d'introduction de gaz, concentriques, sont disposés des éléments hélicoïdaux de renfort et de déviation d'écoulement. 5 - Injecteur à turbulence selon une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ces buses sont disposées sur une surface conique, dont l'axe est le même que celui de la chambre à turbulence et le demi-angle de cône ( ) de la surface conique est compris entre 700 et 900. 6 - Injecteur à turbulence selon une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'un diffuseur à giration est disposé entre le courant de gaz et la chambre de turbulence. 7 - Injecteur à turbulence selon une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la surface du diffuseur et/ou du confuseur à giration se composent de deux ou de plusieurs segments de surface conique disposés excentriquement.