Brevet FR2800858A1 — publié le 20010511

La présente invention concerne un procédé et dispositif de liquéfaction d'azote, et en particulier un procédé et dispositif de liquéfaction d'azote en utilisant les frigories fournies par vaporisation de gaz naturel liquéfié (GNL). JP46016081 décrit un procédé de vaporisation de GNL dans lequel de l'azote comprimé se refroidit contre un débit de GNL qui se vaporise, l'azote est ensuite détendu dans une vanne et envoyé dans un séparateur de phases. EP-A-0304355 décrit un procédé de vaporisation de GNL intégré avec un procédé de séparation d'air. Le GNL se vaporise dans un échangeur où se refroidissent deux débits d'azote à des pressions différentes et un des débits d'azote se liquéfie. US5141543 concerne également l'usage de GNL pour fournir les frigories à un procédé de liquéfaction d'azote. L'azote est soutiré à un point intermédiaire de l'échangeur de liquéfaction pour être comprimé avant d'être envoyé à l'échangeur. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de liquéfaction d'azote dans lequel l'azote est comprimé à une pression supercritique, refroidi par échange de chaleur avec un débit de gaz naturel liquéfié dans un premier échangeur, détendu jusqu'à une première pression et au moins partiellement liquéfié et une partie de l'azote détendu sous forme gazeuse se réchauffe dans le premier échangeur avant d'être mélangé avec l'azote à liquéfier en amont du premier échangeur. Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention - l'azote qui se réchauffe dans le premier échangeur est mélangé avec l'azote à comprimer et/ou comprimé à une pression en dessous de la pression supercritique ; - de l'azote liquéfié est sous-refroidi dans un deuxième échangeur, divisé en deux parties, une partie est détendu dans une vanne jusqu'à une deuxième pression plus basse que la première pression pour former un mélange biphasique qui est envoyé dans un séparateur de phases dont la fraction liquide sert à sous-refroidir l'azote liquéfié dans le deuxième échangeur et l'autre partie est la production d'azote liquide ; - la fraction gazeuse du séparateur de phases est réchauffée et mélangé avec l'azote à liquéfier; - une partie de l'azote liquéfié est détendue à une deuxième pression plus basse que la première pression et envoyée au premier échangeur; - seule une partie du gaz naturel liquéfié se vaporise dans le premier échangeur. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un dispositif de liquéfaction d'azote comprenant un premier échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer un débit d'azote à liquéfier et un débit de gaz naturel liquéfié au premier échangeur, des moyens pour détendre isenthalpiquement l'azote pour former une fraction gazeuse e une fraction liquide et des moyens pour envoyer de l'azote liquide au stockage caractérise en ce qu'il comprend des moyens pour réchauffer au moins une partie de la fraction gazeuse et de la mélanger avec l'azote à liquéfier en amont du premier échangeur. Optionnellement le dispositif comprend - au moins un séparateur de phases et des moyens pour envoyer une fraction gazeuse de la (chaque) séparateur de phases au premier échangeur de chaleur; - un premier compresseur pour comprimer l'azote à une pression intermédiaire et un deuxième compresseur pour comprimer l'azote de la pression intermédiaire à une pression supercritique ; - des moyens pour recycler de l'azote gazeux en amont du premier compresseur et/ou en amont du deuxième compresseur. L'invention sera maintenant décrite en plus de détail en se référant à la figure qui un diagramme schématique d'un dispositif selon l'invention. L'azote pur et sec 1 est comprimé à une pression supérieure à celle de son point critique dans les compresseurs 20 et 30. II alimente ensuite l'échangeur principal 3 où il se refroidit et se liquéfie. Après une détente isenthalpique dans la vanne 4 à pression moyenne, il est envoyé dans un séparateur de phases 40. Le gaz ainsi produit 5 est renvoyé à l'échangeur où il se réchauffe avant d'être mélangé avec l'azote comprimé dans le compresseur 20 pour être comprimé dans le compresseur 30. Le liquide formé 6 est sous-refroidi dans un échangeur 7 avant d'être envoyé en partie au stockage d'azote liquide 9. Le reste du liquide 10 est détendu isenthalpiquement dans la vanne 45 à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique et envoyé dans un séparateur de phases 50. La partie liquide 12 est vaporisée dans l'échangeur 7 et ensuite mélangé avec la partie gazeuse 13 pour former un débit 14. Ce débit 14 se réchauffe dans l'échangeur 3 et est envoyé à l'entrée du compresseur 20. L'apport principal de frigories se fait par un très grand débit de gaz naturel liquéfié 15 qui traverse l'échangeur 3 et se réchauffe à contre-courant de l'azote à haute pression 2. La partie principale de GNL 16, 17 quitte l'échangeur 3 à des points intermédiaires en étant toujours liquide ou partiellement gazeuse. Le reste du GNL 18 est entièrement vaporisé dans l'échangeur 3. Pour produire 410 tonnes (jour d'azote liquide, un débit 2 de 22685Nm31h d'azote à 35 bara et 15 C est envoyé à l'échangeur 3 ainsi qu'un débit de 500m31h de GNL à 7 bara et -157 C. Le débit 5 constitue 6150Nm3/h à une pression de 5,3 bara et le débit d'azote à basse pression 14 est de 2500Nm3/h. Le débit de GNL 18 sous forme gazeuse â 13 C est de 5850Nm3/h tandis que la partie principal du GNL reste liquide et les débits 16 et 17 sont respectivement à -153,5 C et -142 C. REVENDICATIONS 1. Procédé de liquéfaction d'azote dans lequel l'azote(1) est comprimé à une pression supercritique, refroidi par échange de chaleur avec un débit de gaz naturel liquéfié (15) dans un premier échangeur (3), détendu jusqu'à une première pression et au moins partiellement liquéfié et une partie (5,14) de l'azote détendu sous forme gazeuse se réchauffe dans le premier échangeur (3) avant d'être mélangé avec l'azote à liquéfier en amont du premier échangeur. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'azote qui se réchauffe dans le premier échangeur (3) est mélangé avec l'azote à comprimer et/ou comprimé à une pression en dessous de la pression supercritique. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel de l'azote liquéfié (6) est sous-refroidi dans un deuxième échangeur (7), divisé en deux parties, une partie est détendu dans une vanne (45) jusqu'à une deuxième pression plus basse que la première pression pour former un mélange biphasique qui est envoyé dans un séparateur de phases (50) dont la fraction liquide sert à sous-refroidir l'azote liquéfié dans le deuxième échangeur et l'autre partie est la production d'azote liquide. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel la fraction gazeuse du séparateur de phases (50) est réchauffée et mélangé avec l'azote à liquéfier. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel une partie (10) de l'azote liquéfié est détendue à une deuxième pression plus basse que la première pression et envoyée au premier échangeur (3). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel seule une partie du gaz naturel liquéfié se vaporise dans le premier échangeur (3). 7. Dispositif de liquéfaction d'azote comprenant un premier échangeur de chaleur (3), des moyens pour envoyer un débit d'azote à liquéfier et un débit de gaz naturel liquéfié au premier échangeur, des moyens pour détendre isenthalpiquement l'azote pour former une fraction gazeuse e une fraction liquide et des moyens pour envoyer de l'azote liquide au stockage caractérise en ce qu'il comprend des moyens pour réchauffer au moins une partie de la fraction gazeuse et de la mélanger avec l'azote à liquéfier en amont du premier échangeur. 8. Dispositif selon la revendication 8 comprenant au moins un séparateur de phases (40,50) et des moyens pour envoyer une fraction gazeuse de la (chaque) séparateur de phases au premier échangeur de chaleur (3). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8 comprenant un premier compresseur (20) pour comprimer l'azote à une pression intermédiaire et un deuxième compresseur (30) pour comprimer l'azote de la pression intermédiaire à une pression supercritique. 10. Dispositif selon la revendication 9 comprenant des moyens pour recycler de l'azote gazeux en amont du premier compresseur (20) etlou en amont du deuxième compresseur (30).