Brevet FR2551531A1 — publié le 19850308

Stockage souterrain de butane La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour le stockage souterrain du butane dans une caverne à paroi non revêtue. Le butane peut être stocké comprimé à l'état liquide, à température ambiante (150), donc sous une pression de 2 bars environ. Cette pression est maintenue dans le stockage de la façon habituelle par la hauteur hydrostatique en choisissant convenablement la profondeur du stockage, dans un terrain approprié. L'étanchélté est assurée par le ruis sel'ment vers le stockage de l'eau qui imprègne le massif. Le butane ne peut dans ces conditions migrer vers le massif environnant. Le niveau de l'eau doit être surveillé. Il y a des cas où l'on doit se tourner vers le stockage réfrigéré, c'est-à-dire à pression atmosphérique, à température de liquéfaction du produit stocké. Le terrain est gelé, ce qui le rend parfaitement imperméable, pour éviter toute introduction d'eau dans la caverne et éviter toute fuite du produit stocké vers le massif environnant. Mais, le stockage à pression atmosphérique du butane pose des problèmes qui n'ont pas encore permis son application. La température d'équilibre en effet est de - 20C. A cette température, l'eau dans le terrain n'est pas gelée, car elle est chargée de divers produits en solution et soumise aux pressions capillaires.Dans un stockage à cette température, l'eau s'écoulerait en permanence dans la cavité, y gèlerait et remplirait la cavité de glace. Conformément à la présente invention, le stockage est maintenu à une température inférieure à la température d'équilibre à la pression atmosphérique, de façon à assurer le gel du terrain environnant, par exemple -15 C et une pression partielle d'un gaz ne réagissant pas avec le butane est maintenue au-dessus du liquide, pour y assurer une pression totale au moins égale à la pression atmosphérique (pressurisation). Dans la pratique, un stockage de butane est presque toujours associé à un stockage de propane. L'inventeur a pensé que l'on pouvait en tirer un parti avantageux. Conformément à une caractéristique importante de la présente invention, on utilise du propane pour établir une pression partielle gazeuse au-dessus du butane liquide, et pour assurer le refroidissement de la cavité à la température choisie. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins ci-joints et qui fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur les dessins, - la figure 1 est un schéma illustrant un premier mode d'application de l'invention ; et - la figure 2 est un schéma illustrant un deuxième mode d'application. Sur les deux figures on a représenté une caverne 1 contenant du butane (C4) et une caverne 2 contenant du propane (C3), les gaz étant dans les deux cavernes liquéfiés par abaissement de la température. On choisira des pressions de service légèrement supérieures à l'atmosphère, pour éviter les entrées d'air. Par exemple, la caverne 1 fonctionne sous 1,3 atm absolu et la caverne 2 sous 1,5. Dans la caverne 2, on aura pour le propane une température d'équilibre de -350C environ. Dans la caverne 1, on maintiendra artificiellement la température à -150C, pour s'assurer que la température de la roche et principalement de la paroi est toujours inférieure à -100C, de façon à être complètement gelée. La pression d'équilibre du butane correspondant à -150C est, selon les compositions, au maximum égale à 0,7 bar absolu. Pour assurer simultanément le refroidissement des parois de la caverne 1 et le complément de pression gazeuse partielle, une communication 3 est établie entre les deux cavernes. Dans la caverne 2, -la conduite 3 se termine par une prise 4 située dans le liquide, et dans la caverne 1 la conduite 3 se termine par un système d'aspersion 5 pour projeter du propane liquide contre les parois de la caverne, notamment en voûte. Le mouvement du propane peut résulter de la différence de pression entre les deux cavernes, ou la prise 4 peut comporter une pompe adéquate. Le propane liquide refroidit la paroi et se vaporise en assurant la pression partielle recherchée. L'introduction du propane par le système 5 a pour conséquence la formation d'un mélange butane-propane dans la caverne 1. Pour séparer le propane, il est prévu, conformément à la présente invention, une tour de séparation 8. Le butane liquide est pompé par une canalisation 9, à partir d'une prise 10 située près du fond et comportant une pompe appropriée. Le butane liquide chargé en propane est introduit dans la tour 8, en 11, vers le milieu de la tour. Une canalisation 13 prélève du gaz butane-propane dans le ciel de la caverne en 14 et l'introduit en 15 à la base de la tour. Le propane gazeux séparé est évacué en 17 au sommet de la tour tandis que le butane liquide sort en 19 au bas de la tour. De là, il peut être réintroduit dans la caverne par la conduite 20 ou envoyé vers la distribution par la conduite 21. Le chargement du stockage peut se faire par la conduite 20, qui peut être prolongée jusqu'au. fond de la caverne si l'on désire faire le chargement en source (voir figure 2). Le propane gazeux sortant en 17 de la tour 8 passe dans un compresseur 23 puis dans un réfrigérant 24 pour être réintroduit dans la caverne 2, par un système 25 d'aspersion de la voûte, pour maintenir en froid le massif. La distribution du propane liquide est assurée par une conduite 27 à partir d'une prise 28 située près du fond de la caverne. Une prise de gaz 31 extrait du propane dans le ciel gazeux pour maintenir sa température, soit en le renvoyant à travers le réfrigérant 24 directement, soit en le faisant passer préalablement dans le compresseur 23. L'installation comporte en outre les appareils usuels de mesure, de contrôle, de surveillance des niveaux, de régulation, etc.,. Dans le dispositif représenté sur la figure 2, le refroidissement et la pressurisation de la caverne 1 par le propane de la caverne 2 sont assurés par des-circuits indépendants. Une conduite 41 pompe du propane liquide par la prise 42 et communique avec un faisceau de tubes de refroidissement 43 situé dans la voûte, et 44 situé dans le radier de la caverne 1. A titre d'exemple le système de refroidissement de la caverne peut être du type de celui qui est décrit dans le brevet des EUA 3 581 573 de J.I. Crammer et al. Une conduite de retour 45 peut traverser un réfrigérant 46 ou un autre réfrigérant 24 et se termine par un dispositif 47 d'aspersion des parois de la caverne 2 de propane. L'équilibre de la pression gazeuse dans la caverne 1 est obtenu au mqyen de deux canalisations 51, 52 mettant en communication les ciels des deux cavernes. Une conduite 51 sert au déplacement du gaz de la caverne 2 vers la caverne 1 et comporte un détendeur 51a. L'autre conduite 52 sert au déplacement du gaz de la caverne 1 vers la caverne 2 à pression plus élevée et comporte à cet effet un surpresseur 52a. Dans cette forme d'exécution, la quantité de propane dissout dans le butane est très faible et peut rester en-dessous des tolérances fixées pour l'exploitation. Si ce n'est pas le cas, on peut prévoir une tour 8 agencée comme dans l'exemple de la figure 1. Le chargement de butane peut être effectué en source par la conduite 55. A titre de variante, la pressurisation pourrait être assurée par de l'azote. il faut disposer d'azote liquide, ce qui est assez onéreux. La solubilité de l'azote dans le butane étant faible, il n'y a pas à traiter le liquide. Dans la phase gazeuse, le butane et l'azote sont facilement séparés par le froid et l'azote est rejeté à l'atmosphère. On peut utiliser d'autrez gaz neutres, tels que des gaz brûlés par exemple (CO2 + N2) qu'il faut sécher pour que le point de rosée soit très inférieur à la température de stockage. Le ciel gazeux et le liquide sont traités dans une tour. Le refroidissement peut être assuré par une circulation du butane ou même de propane. On peut aussi envisager le refroidissement par l'azote mais c'est très coûteux. La présence usuelle d'un stockage de propane au voisinage d'un stockage de butane permet une simplification de l'installation. En effet, dans les deux exemples décrits, une seule installation de réfrigération assure le maintien en froid des deux galeries, et une telle installation est nécessaire pour le stockage de propane. Le butane est généralement livré à une température voisine de la température de liquéfaction à la pression atmosphérique (-20C), le stockage comportera une installation pour refroidir le butane avant de l'introduire dans le stockage. il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Revendications 1. Procédé de stockage souterrain de butane dans une caverne à paroi non revêtue, caractérisé en ce que la température du stockage est maintenue à une valeur de l'ordre de -150C, sensiblement inférieure à celle de la température de liquéfaction du butane et inférieure à celle de la température de gel du terrain, et en ce qu'un gaz inerte vis-à-vis du butane est introduit dans l'atmosphère gazeuse du stockage pour obtenir une pression totale au moins égale à la pression atmosphérique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise du propane pour pressuriser et refroidir la caverne de butane. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parois de la caverne sont aspergées avec du propane liquide. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que du butane liquide et du butane gazeux sont extraits de la caverne pour être traités dans une tour de séparation du propane. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on fait circuler du propane liquide dans un circuit fermé de refroidissement de la caverne de butane, tandis que du propane gazeux est introduit dans la caverne pour obtenir une pression totale au moins égale à la pression atmosphérique. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une première caverne (1) pour stocker du butane, et une seconde caverne (2) pour stocker du propane, au moins une conduite (3,41,51,52) connectant les deux cavernes pour permettre l'introduction de propane dans la caverne de butane. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une conduite (3), le cas échéant munie d'une pompe à une extrémité (4), est placée vers le fond de la caverne (2) de propane, l'autre extrémité étant connectée à un dispositif (5) d'aspersion de la paroi de la caverne (1) de butane 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la caverne de butane (1) est munie d'un faisceau réfrigérant (43,44) isolé de la caverne (1) et en communication par des conduites avec la caverne (2) de propane, les ciels des deux cavernes (1,2) étant connectés par au moins une conduite (51,52) munie le cas échéant d'un organe d'équilibrage de pression (5ira, 52a) du genre détendeur ou surpresseur.