Brevet FR2888311A1 — publié le 20070112

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de compression d'un gaz cryogénique notamment d'un gaz d'hydrocarbures comprenant: - un compresseur pour comprimer le gaz; et - une conduite pour alimenter en gaz le côté aspiration du compresseur et transférer le gaz comprimé à une installation en aval pour être utilisé. Le gaz provient par exemple du stockage d'un liquide cryogénique dans un réservoir d'alimentation. Etat de la technique On connaît selon le document EP-0 069 717-B 1 une installation du type défini ci-dessus. Dans un bateau tanker pour le transport de gaz naturel liquéfié (GNL), on stocke le gaz naturel liquide, refroidi dans un réservoir sensiblement à la pression atmosphérique. Le gaz naturel qui s'évapore dans le réservoir est fourni par une conduite de gaz à un compresseur électrique pour être ensuite refroidi et être reconduit pour le stockage intermédiaire dans un réservoir à gaz. Le gaz comprimé jusqu'à une pression d'environ 200 bars, est transféré du réservoir à gaz à une machine diesel à deux carburants conçus pour brûler du gaz et du gazole et entraînant le navire. Mais comme à la fois la charge du moteur diesel à deux carburants et la quantité de gaz évaporée dans le réservoir peuvent subir de fortes variations, il faut des réservoirs sous pression pour le stockage intermédiaire du gaz comprimé. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une installation de compression d'un gaz cryogénique permettant de réguler de manière souple et de façon simple et avec un rendement énergétique acceptable, la quantité de gaz alimentant une installation en aval. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une installation du type défini ci-dessus caractérisée en ce que la conduite comporte une dérivation permettant de renvoyer le gaz comprimé au côté aspiration du compresseur, et la dérivation comporte un expanseur pour refroidir de nouveau le gaz passant par la dérivation. Comme expanseur il est particulièrement avantageux d'utiliser un turbo expanseur réalisé sous la forme d'une machine fluidique. Bien que le gaz se réchauffe lors de sa compression, du fait du refroidissement du gaz passant par la dérivation, le compresseur peut être conçu pour des températures d'aspiration faibles ce qui se répercute avantageusement sur la puissance consommée, le poids et l'encombrement du compresseur. L'installation selon l'invention peut être une installation tant fixe que mobile par exemple une installation équipant un navire réservoir utilisé pour le transport d'hydrocarbures liquides comme par exemple du gaz naturel liquéfié GNL. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les conduites comportent du côté pression du compresseur un refroidisseur dans lequel on refroidit le gaz comprimé à une température supérieure à la température du gaz arrivant côté aspiration du compresseur et la dérivation est raccordée à la conduite en aval du refroidisseur. La différence de température résultant de l'expansion du gaz dans l'expanseur dépend principalement de la différence de pression entre le côté pression et le côté aspiration. Grâce à la réduction de la température du gaz du côté pression par le refroidisseur, on peut ainsi diminuer également la température du gaz traversant la dérivation après expansion. Le compresseur et l'expanseur peuvent être couplés mécaniquement. Un tel couplage mécanique par exemple par une transmission mécanique ou un arbre d'entraînement commun est particulièrement simple à réaliser si l'expanseur est un turbo expanseur. Le couplage mécanique peut compenser au moins en partie l'énergie nécessaire à la compression par l'énergie libérée dans l'expanseur. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on refroidit la veine de gaz dans l'expanseur à une température inférieure à -30 C et de préférence à une température comprise entre - 140 C et -80 C. Pour un tel développement, on peut faire passer une partie plus importante du gaz voire tout le gaz dans un circuit fermé par la dérivation sans sortir de la plage des basses températures pour les- quelles est conçu le compresseur. La pression dans les conduites du côté pression du compresseur est de préférence comprise entre 6 et 50 bars. Le gaz cryogénique peut être produit par exemple par évaporation d'un liquide stocké dans un réservoir. Dans ce cas, le li- quide cryogénique est de préférence sensiblement à la pression atmosphérique dans le réservoir. Pour une telle réalisation, il faut que le réservoir qui peut être composé de plusieurs batteries de réservoirs n'est pas réalisé comme réservoir résistant à la pression ce qui permet une fabrication économique. L'objet de l'invention concerne également un procédé de régulation d'une installation de compression d'un gaz cryogénique notamment du gaz d'hydrocarbure produit par le stockage d'un liquide cryogénique et le gaz cryogénique est fourni à un compresseur à une température inférieure à 30 C pour être comprimé par le compresseur à une pression de 6 à 50 bars pour être ensuite utilisé et au moins une partie du gaz comprimé est renvoyée au côté aspiration du compresseur pour être refroidie par un expanseur. On fournit de préférence le gaz à une température comprise entre -140 C et -80 C du côté aspiration à la conduite et la veine de gaz que l'on fait passer dans l'expanseur de préférence sous la forme d'un turbo expanseur est refroidie de préférence à une température inférieure à - 50 C. Ainsi le gaz qui traverse l'expanseur peut être refroidi tout particulièrement à une température égale ou inférieure à celle du gaz introduit côté aspiration dans la conduite. Dans le cadre du procédé, l'expanseur et le compresseur peuvent être couplés mécaniquement et en particulier pour un expanseur et un compresseur réalisés notamment sous la forme d'une ma-chine fluidique, on aura un couplage mécanique simple par une transmission commune ou un arbre d'entraînement commun. Selon un développement préférentiel du procédé, le gaz comprimé est refroidi à une température comprise entre 10 et 80 C et une partie du gaz comprimé et refroidi est renvoyée comme flux de dérivation au côté aspiration du compresseur pour être refroidi encore plus par l'expanseur. Dans le cadre du procédé de l'invention, le gaz comprimé peut être utilisé pour faire fonctionner une turbine à gaz ou un moteur à combustion et en fonction de la demande de gaz nécessaire au fonctionnement de la turbine à gaz ou du moteur à combustion, on fera passer une veine de dérivation plus ou moins importante au côté aspiration du compresseur pour refroidir par l'expanseur. La veine de gaz ainsi refroidie par l'expanseur peut servir à refroidir le côté aspiration de l'installation. Par exemple, l'environnement du réservoir à gaz dans lequel se produit le gaz par évaporation d'un liquide cryogénique peut être pré-refroidi par la veine de gaz refroidie ce qui permet de réduire la puissance consommée par l'installation de refroidissement du réservoir de stockage. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans l'unique figure annexée. L'unique figure montre une installation selon l'invention utilisant du gaz naturel produit par l'évaporation de gaz naturel liquéfié (GNL) pendant son stockage pour servir de carburant dans un moteur à gaz ou dans une turbine. Description du mode de réalisation Le gaz naturel liquéfié, refroidi est stocké sensiblement à la pression atmosphérique comme liquide cryogénique 1 à une température de l'ordre de -163 C dans un réservoir de stockage 2. Le volume de gaz 3 du réservoir de stockage il s'accumule du gaz évaporé 4 à une température de -140 C qui est extrait en continu du réservoir 2 par une conduite 5 du côté aspiration 6 pour alimenter un compresseur 7. Le compresseur qui est réalisé sous la forme d'un turbo compresseur à un ou plusieurs étages on comprime le gaz 4 à une pression de 26 bars et la température du gaz passe alors au-dessus de +100 C. Après compression on introduit le gaz 4 dans un refroidisseur 8 dans lequel on refroidit le gaz 4 à une température d'environ +35 C. Une dérivation 9 est reliée à la conduite 5 en aval du refroidisseur 8. Une partie du gaz comprimé 4 est reconduite du côté pression 10 à travers la dérivation 9 vers le côté aspiration 6 du compresseur 7; l'autre partie du gaz 4 est transférée à une installation 11 utilisant de l'énergie par exemple un moteur à gaz ou une turbine à gaz. Un expanseur 12 en forme de turbo expanseur est installé dans la dérivation 9 pour récupérer le gaz 4 qui passe par la dérivation 9. L'expanseur 12 est couplé mécaniquement par une transmission 13 au compresseur 7 pour compenser une partie de l'énergie nécessaire à la compression par l'énergie libérée par l'expansion. La température du gaz 4 refroidi dans l'expanseur 12 correspond à une température inférieure à 100 C c'est-à-dire sensible-ment à la température d'extraction du gaz 4 hors du réservoir d'alimentation 2. La veine de gaz refroidie dans l'expanseur 12 peut également servir à refroidir préalablement le réservoir de stockage 2. En fonction de la demande de gaz nécessaire au fonctionnement de la turbine 11, on renvoie un flux de dérivation plus ou moins grand au côté aspiration 6 du compresseur 7 pour le refroidir ainsi avec l'expanseur 12; l'ensemble du gaz 4 du côté pression 10 peut être renvoyé à travers la dérivation 9 et par l'expanseur 12 au côté aspiration 6. REVENDICATIONS 1 ) Installation de compression d'un gaz cryogénique (4) notamment d'un gaz d'hydrocarbure comprenant: - un compresseur (7) pour comprimer le gaz (4), et - une conduite (5) pour alimenter en gaz (4) le côté aspiration (6) du compresseur (7) et transférer le gaz comprimé (4) à une installation en aval pour être utilisé, caractérisée en ce que la conduite (5) comporte une dérivation (9) permettant de renvoyer le gaz comprimé (4) au côté aspiration (6) du compresseur (7), et la dérivation (9) comporte un expanseur (12) pour refroidir de nouveau le gaz (4) passant par la dérivation (9). 2 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la conduite (5) comporte un refroidisseur (8) sur le côté pression (10) du compresseur (7) pour refroidir le gaz comprimé (4) à une température supérieure à la température du gaz (4) fourni au côté aspiration (6) du compresseur (7), et la dérivation (9) est raccordée en aval du refroidisseur (8) à la conduite (5). 3 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le compresseur (7) et l'expanseur (12) sont couplés mécaniquement. 4 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'expanseur (12) assure un refroidissement de la veine de gaz à une température inférieure à -30 C de préférence à une température comprise entre -140 C et -80 C. 5 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pression dans la conduite (5) du côté pression (10) du compresseur (7) est comprise entre 6 et 50 bars. 6 ) Procédé de régulation d'une installation de compression d'un gaz cryogénique (4) notamment d'un gaz d'hydrocarbure produit par le stockage d'un liquide cryogénique selon lequel: - on fournit le gaz cryogénique (4) à une température inférieure à - 30 C à un compresseur (7) et on comprime le gaz à une pression de 6 bars à 50 bars pour être utilisé ensuite, cette compression se faisant à l'aide du compresseur (7), et - au moins une partie du gaz comprimé (4) est reconduite au côté aspiration (6) du compresseur (7) pour être ainsi refroidie par l'expanseur (12). 7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' - on introduit le gaz (4) du côté aspiration (6) dans la conduite (5) à une température comprise entre -140 C et -80 C, et - on refroidit la veine de gaz traversant l'expanseur (12) à une tempé- rature inférieure à -50 C. 8 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'expanseur (12) et le compresseur (7) sont couplés mécaniquement. 9 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on refroidit le gaz comprimé (4) à une température comprise entre 10 C et 80 C pour être ensuite utilisé et on renvoie une partie du gaz com- primé et refroidi (4) comme courant de dérivation vers le côté aspiration (6) du compresseur (7) et on continue son refroidissement par l'expanseur (12). 10 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz cryogénique (4) est produit par l'évaporation d'un liquide cryogénique (1) stocké dans un réservoir d'alimentation (2). 11 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on utilise le gaz comprimé (4) pour faire fonctionner une turbine à gaz (11) ou un moteur à combustion, et en fonction de la demande de gaz pour le fonctionnement de la turbine à gaz (11) ou du moteur à combustion, on renvoie un débit de dérivation plus ou moins important vers le côté aspiration (6) du compresseur (7) et on le refroidit par l'expanseur (12). 12 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on utilise la veine de gaz refroidie dans l'expanseur (12) pour refroidir le côté aspiration (6) de l'installation.