Brevet FR3048492A1 — publié le 20170908

La présente invention concerne un procédé de liquéfaction d'un courant d'hydrocarbures tel que le gaz naturel en particulier dans un procédé pour la production de gaz naturel liquéfié. Sur des usines de liquéfaction de gaz naturel typiques utilisant un cycle de réfrigérant mixte, des courants réfrigérants sont utilisés pour produire le froid à différents niveaux d'un échangeur de chaleur principal en se vaporisant contre le courant d'hydrocarbures à liquéfier (typiquement le gaz naturel). Le réfrigérant mixte est typiquement un mélange contenant des hydrocarbures. Il est souhaitable de liquéfier le gaz naturel pour un certain nombre de raisons. A titre d'exemple, le gaz naturel peut être stocké et transporté sur de longues distances plus facilement à l'état liquide que sous forme gazeuse, car il occupe un volume plus petit pour une masse donnée et n'a pas besoin d'être stocké à une pression élevée. Plusieurs méthodes de liquéfaction d'un courant de gaz naturel pour obtenir du gaz naturel liquéfié (GNL) sont connues. Typiquement le réfrigérant mixte est comprimé au moyen d'un compresseur puis il est introduit dans l'échangeur de chaleur principal (échangeur bobiné ou échangeur à plaques en aluminium brazé) où il est totalement liquéfié et sous-refroidi jusqu'à la température la plus froide du procédé, typiquement celle du courant de gaz naturel liquéfié. A la sortie la plus froide de l'échangeur de chaleur principal, le réfrigérant est détendu en formant une phase liquide et une phase vapeur l'ensemble des deux phases est remélangé et réintroduit dans l'échangeur principal afin d'être vaporisé contre la fraction riche en hydrocarbures qui se liquéfie. Il est connu d'utiliser des équipements standards pour ce type de 30 méthodes mettant en oeuvre un cycle de réfrigérant mixte, par exemple les compresseurs utilisés sont des compresseurs lubrifiés à l'huile. Le principal inconvénient lié à l'utilisation de ce type de compresseur est que l'huile emportée par le réfrigérant mixte doit être entièrement retiré en aval du compresseur pour éviter sa solidification dans la boite froide comportant 3048492 2 l'échangeur de chaleur. L'efficacité adiabatique moyenne des compresseurs standards de réfrigérants est de l'ordre de 60% à 70% ce qui limite l'efficacité de l'unité de liquéfaction. Pour les unités de liquéfaction mettant en oeuvre des courants réfrigérants mixtes, le coût de l'énergie peut être deux à trois fois plus 5 élevé que le coût des équipements. En conséquence, l'amélioration de l'efficacité de la liquéfaction peut permettre des gains très importants. Les inventeurs de la présente invention ont alors mis au point une solution permettant de résoudre le problème soulevé ci-dessus tout en optimisant les dépenses énergétiques. 10 La présente invention a pour objet une unité de liquéfaction d'un courant d'hydrocarbures tel que le gaz naturel comprenant un compresseur d'un courant réfrigérant mixte et une boite froide, ladite boite froide comprenant au moins un échangeur de chaleur dans lequel ledit courant d'hydrocarbures est liquéfié au contact du courant réfrigérant mixte issu dudit compresseur 15 caractérisée en ce que le compresseur est un compresseur centrifuge à paliers magnétiques. Selon un mode particulier de réalisation, la présente invention concerne : Une unité telle que décrite ci-dessus caractérisée en ce que ledit au moins un échangeur de chaleur est un échangeur à plaques en aluminium 20 brazé. La présente invention concerne aussi : Un procédé de liquéfaction d'un courant d'hydrocarbures tel que le gaz naturel comprenant les étapes suivantes : a) Compression d'un courant réfrigérant mixte au moyen d'un 25 compresseur centrifuge à paliers magnétiques ; b) Refroidissement du courant issu de l'étape a) ; c) Liquéfaction d'un courant d'hydrocarbures tel que le gaz naturel dans un échangeur de chaleur au contact du courant issu de l'étape b). Selon d'autres modes de réalisation, l'invention a aussi pour objet : Un procédé tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce que ledit réfrigérant mixte comprend de l'azote ainsi qu'au moins un alcane ayant de 1 à 5 atomes de carbone. 3048492 3 Un procédé tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce que ledit réfrigérant mixte comprend quatre, cinq ou six composants choisis parmi les alcanes ayant de 1 à 5 atomes de carbone et l'azote. Bien que le procédé selon la présente invention soit applicable à divers 5 courants d'alimentation d'hydrocarbures, il est particulièrement adapté pour des courants de gaz naturel à liquéfier. En outre, l'homme de l'art comprendra aisément que, après liquéfaction, le gaz naturel liquéfié peut être davantage traité, si désiré. A titre d'exemple, le gaz naturel liquéfié obtenu peut être dépressurisé au 10 moyen d'une vanne de Joule-Thomson ou par l'intermédiaire d'une turbine. En outre, d'autres étapes de traitement intermédiaires entre la séparation gaz/liquide et le refroidissement peuvent être réalisées. Le courant d'hydrocarbures à liquéfier est généralement un flux de gaz naturel obtenu à partir de gaz naturel ou des réservoirs de pétrole. 15 Comme alternative, le flux de gaz naturel peut également être obtenu d'une autre source, comprenant également une source synthétique comme c'est le cas dans un procédé de Fischer-Tropsch. Habituellement, le flux de gaz naturel est composé essentiellement de méthane. De préférence, le courant d'alimentation comprend au moins 60% mol 20 de méthane, de préférence au moins 80% mol de méthane. En fonction de la source, le gaz naturel peut contenir des quantités d'hydrocarbures plus lourds que le méthane, tels que l'éthane, le propane, le butane et le pentane ainsi que certains hydrocarbures aromatiques. Le flux de gaz naturel peut également contenir des produits non-hydrocarbures tels que 25 H2O, N2, CO2, H2S et d'autres composés soufrés, et autres. Le flux d'alimentation contenant le gaz naturel peut être prétraité avant d'être l'introduit dans l'échangeur de chaleur. Ce prétraitement peut comprendre la réduction et/ou l'élimination des composants indésirables tels que le CO2 et le H2S, ou d'autres étapes telles que le pré-refroidissement et/ou 30 la mise sous pression. Etant donné que ces mesures sont bien connues de l'homme de l'art, elles ne sont pas davantage détaillées ici. L'expression "gaz naturel" telle qu'utilisée dans la présente demande se rapporte à toute composition contenant des hydrocarbures dont au moins du méthane. Cela comprend une composition « brute » (préalablement à tout 3048492 4 traitement tel que nettoyage ou lavage), ainsi que toute composition ayant été partiellement, substantiellement ou entièrement traitée pour la réduction et/ou élimination d'un ou plusieurs composés, y compris, mais sans s'y limiter, le soufre, le dioxyde de carbone, l'eau, et les hydrocarbures ayant deux atomes 5 de carbone ou plus. L'échangeur de chaleur visé par l'invention est de préférence un échangeur à plaques mais peut être toute colonne, une unité ou autre agencement adapté pour permettre le passage d'un certain nombre de flux, et ainsi permettre un échange de chaleur direct ou indirect entre une ou plusieurs lignes de fluide réfrigérant, et un ou plusieurs flux d'alimentation. 10 L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures. La figure 1 illustre un schéma d'un procédé de liquéfaction de gaz naturel mettant en oeuvre un équipement standard de l'état de la technique. La figure 2 illustre un schéma d'un mode de réalisation d'une mise en 15 oeuvre d'un procédé selon l'invention. Sur la figure 1, un courant 1' réfrigérant mixte circule dans un compresseur 2'. Le compresseur 2' est un compresseur classique lubrifié à l'huile et est muni d'un système 3' de régulation de pression. En sortie du compresseur 2', le courant réfrigérant est refroidi dans une unité de 20 refroidissement 4'. En sortie de cette unité de refroidissement 4', le courant réfrigérant est séparé de l'huile qui a servi à lubrifier le compresseur 2' dans une unité de s'extraction d'huile 5'. Le courant réfrigérant refroidi ainsi débarrassé de l'huile est introduit dans un échangeur de chaleur 6' dans lequel est liquéfié 8' un courant de gaz naturel 7' à liquéfier. 25 Sur la figure 2, un courant 1 réfrigérant mixte circule dans un compresseur 2. Le compresseur 2 est un compresseur centrifuge à paliers magnétiques. Ce compresseur 2 n'est pas muni d'un système de régulation de pression, ce qui permet de réduire la complexité du système. En sortie du compresseur 2, le courant réfrigérant est refroidi dans une unité de 30 refroidissement 4. En sortie de cette unité de refroidissement 4, le courant réfrigérant est introduit dans un échangeur de chaleur 6 dans lequel est liquéfié 8 un courant de gaz naturel 7 à liquéfier. Contrairement au schéma de la figure 1, aucune unité d'extraction d'huile n'est nécessaire. 3048492 5 Les avantages suivants découlent de la présente invention illustrée sur cette figure 2 : - La fiabilité de l'unité de liquéfaction est améliorée par l'élimination du besoin d'extraire l'huile du système puisque le compresseur n'est pas lubrifié à 5 l'huile. - L'efficacité en est améliorée, car l'efficacité adiabatique du compresseur centrifuge à paliers magnétiques est supérieure à 80%. - Par ailleurs, la flexibilité de l'unité de liquéfaction peut-être encore plus grande en couplant le compresseur centrifuge 2 avec un pilote à fréquence 10 variable. - Le pouvoir refroidissant du cycle de réfrigérant mixte peut-être ajusté en augmentant ou diminuant le ratio de compression dudit cycle à efficacité de compression constante. 15 REVENDICATIONS1. Unité de liquéfaction d'un courant d'hydrocarbures (7) tel que le gaz naturel comprenant un compresseur (2) d'un courant réfrigérant mixte (1) et une boite froide, ladite boite froide comprenant au moins un échangeur de chaleur (6) dans lequel ledit courant d'hydrocarbures (7) est liquéfié au contact du courant réfrigérant mixte (1) issu dudit compresseur (2) caractérisée en ce que le compresseur (2) est un compresseur centrifuge à paliers magnétiques. 2. Unité selon la revendication précédente caractérisée en ce que ledit au moins un échangeur de chaleur (6) est un échangeur à plaques en aluminium brazé. 3. Procédé de liquéfaction d'un courant d'hydrocarbures (7) tel que le gaz naturel comprenant les étapes suivantes : a) Compression d'un courant réfrigérant mixte (1) au moyen d'un compresseur (2) centrifuge à paliers magnétiques ; b) Refroidissement du courant issu de l'étape a) ; c) Liquéfaction d'un courant d'hydrocarbures (7) tel que le gaz naturel dans un échangeur de chaleur (6) au contact du courant issu de l'étape b). 4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit courant réfrigérant mixte (1) comprend de l'azote ainsi qu'au moins un alcane ayant de 1 à 5 atomes de carbone. 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit courant réfrigérant mixte (1) comprend quatre, cinq ou six composants choisis parmi les alcanes ayant de 1 à 5 atomes de carbone et l'azote.