Brevet FR3087525A1 — publié le 20200424

L'invention e pour objet un procédé de liquéfaction d'un courant gazeux d'évaporation issu du stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié. Cette invention concerne en particulier la liquéfaction d'un courant gazeux d'évaporation issu du 5 stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié sur des méthaniers. Les unités de liquéfaction de gaz naturel reposent pour la plupart sur des cycles de compression détente avec échange de chaleur d'un fluide appelé réfrigérant. Ce fluide peut être composé d'une seule molécule chimique ou bien d'une combinaison de molécules afin de mieux fournir la puissance de refroidissement à la température 10 requise. Ces procédés ont été historiquement développés pour la liquéfaction de gaz provenant de champs souterrains dans lesquels les pressions disponibles sont de l'ordre de la centaine de fois la pression atmosphérique voire plus. La liquéfaction du gaz naturel se faisait donc à haute pression ce qui permet d'avoir une liquéfaction efficace, Ainsi, 15 liquéfier du gaz naturel à 40 bar requiert environ 30% d'énergie en moins que la liquéfaction à 30bar. Dans le document US3874185, une unité de liquéfaction de gaz naturel â un seul composé réfrigérant est décrite. Dans le document US3780535, une d'unité de liquéfaction de gaz naturel à plusieurs composés réfrigérants est décrite. 20 Aujourd'hui, le gaz naturel liquéfié (GNL) est considéré comme Lune des énergies de transition les plus matures en terme de production, car reposant sur des procédés constamment améliorés depuis la seconde moitié du vingtième siècle. Le transport du GNL s'est initialement développé comme substitut au transport du gaz naturel par gazoduc (en anglais pipeline), afin d'offrir plus de flexibilité sur les sources 25 d'approvisionnement et de diminuer les coûts du transport sur de longues distances. Le GNL était acheminé dans des terminaux méthaniers. Aujourd'hui le GNL n'est plus seulement revaponsé depuis les terminaux méthaniers pour approvisionner les réseaux de gaz naturel domestiques mais est appelé à servir de carburant pour le transport de marchandises. A cette fin, de petites unités (unités 30 dont la production annuelle de GNL est inférieure à cinq cent mille tonnes par an) de liquéfaction de gaz naturel doivent être installées afin de diminuer les distances d'approvisionnement qui sont un frein à l'essor de ce carburant. En effet le GNL étant un fluide cryogénique, une partie du liquide se vaporise durant le transport jusqu'au lieu de consommation, ce qui implique d'en minimiser les distances, 2 Ces petites unités doivent donc être installées sur des réseaux pré-existants de gaz naturel dont les pressions peuvent être suffisamment basses (inférieures à 30bar) pour que l'ajout d'un compresseur de gaz naturel se justifie économiquement afin de diminuer l'énergie dépensée pour le liquéfier. Cette surpression permet également en diminuant le débit volumique, de diminuer la taille des équipements et donc de diminuer encore les coûts d'installation. Lors du stockage du gaz naturel liquéfié, une partie de celui-ci s'évapore; générant une perte. Afin d'éviter cela, les inventeurs de la présente invention ont mis au point une solution afin de liquéfier le courant d'évaporation issu de ce stockage. Un des problèmes que se propose donc de résoudre l'invention est celui de fournir un procédé de liquéfaction permettant d'améliorer les solutions existantes aux besoins identifiés précédemment. La présente invention a pour objet un procédé de liquéfaction d'un courant gazeux d'évaporation à l'aide d'un cycle fermé de réfrigération dans lequel un fluide réfrigérant est comprimé dans un premier moyen de compression, refroidi. détendu et ensuite réchauffé dans un échangeur de chaleur principal par échange thermique entre ledit courant d'évaporation à liquéfier et ledit fluide réfrigérant comprenant les étapes Etape a) Stockage d'un courant de gaz naturel liquéfEe dans un réservoir générant un courant gazeux d'évaporation ; Etape b) Compression du courant d'évaporation de gaz naturel issu de 'étape a) dans un deuxième moyen de compression Etape c) Introduction du courant issu de l'étape b) dans ledit échangeur principal afin de le condenser ; caractérisé en ce que ledit deuxième moyen de compression est enfreinte par le même moyen d entraEnernent que celui entrament ledit premier moyen de compression. La présente invention a également pour objet - Un, procédé tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que ledit moyen d'entrainement est choisi parmi une turbine à gaz, un moteur électrique, une turbine à vapeur ou un moteur à gaz. 3 - Un procédé tel que décrit précédemment, caractérisé en que lesdits moyens de compression sont entrainés à des vitesses différentes, - Un procédé tel que décrit précédemment, caractérisé en ce ledit fluide réfrigérant est un mélange d'au moins deux gaz réfrigérants choisis parmi l'azote, le méthane, l'éthane ettou éthylène etiou propane etiou propylène et/ou i-butane ettou n-butane, et/ou i-pentane. 10 - Un procédé tel que décrit précédemment. caractérisé en ce que des fuites de gaz au travers des étanchéités de chacun des deux moyens de compression sont collectées et recyclées à l'entrée du moyen de compression du fluide réfrigérant. - Un procédé tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que des impuretés issues 15 des fuites de gaz naturel, telles que le dioxyde de carbone, l'eau et les hydrocarbures lourds sont retirées per adsorption avant que les fuites de gaz ne soient recyclées à l'entrée du moyen de compression du fluide réfrigérant - Un procédé tel que décrit précédemment,caractérisé en ce qu'un circuit d'huile 20 permet la lubrification du moyen de compression du fluide réfrigérant et un autre circuit d'huile permet la lubrification du moyen de compression du gaz naturel, lesdits deux moyens étant couplés. Un moyen de compression est typiquement un compresseur. Un compresseur 25 comprend des roues de compression reliées entre elles par des pignons placés dans des paliers situés à des niveaux différents. Dans les moyens de compression mis en oeuvre dans la présente invention, de l'huile chaude est pompée depuis une bâche à huile (cuve parallélépipédique), puis refroidie 30 avant d'être injectée au niveau des paliers dudit compresseur. L'huile permet ainsi la lubrification et l'évacuation des calories générées par la rotation des pignons. Des paliers sont également présents au niveau du moteur du compresseur. L'huile ainsi réchauffée est retournée dans la bâche à huile. Une pompe principale du circuit d'huile est en générale attelée sur l'arbre principal du compresseur elle est donc directement 4 entrainée dès que la machine se met en marche. Néanmoins pour la mise en pression du circuit avant le démarrage, une pompe auxiliaire, permet d'assurer cette fonction. Le fait de combiner les deux machines permet aussi de combiner les circuits d'huile et donc de générer des gains de coûts mais aussi d'efficacité puisqu'en général plus une pompe délivre une puissance importante plus son rendement est élevé. L'expression "gaz naturel" telle qu'utilisée dans la présente demande se rapporte â toute composition contenant des hydrocarbures dont au moins du méthane. Cela comprend en particulier toute composition ayant été partiellement, substantiellement 10 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, le mercure et certains hydrocarbures lourds et aromatiques. L'échangeur de chaleur peut être tout échangeur thermique, toute unité ou autre agencement adapté pour permettre le passage d'un certain nombre de flux, et ainsi 15 permettre un échange de chaleur direct ou indirect entre une ou plusieurs lignes de fluide réfrigérant, et un ou plusieurs flux d'alimentation. Par cycle de réfrigération on entend un système généralement en boucle fermée, dans lequel un fluide de travail est comprimé, refroidi, détendu et réchauffé, transférant de la chaleur du procédé vers l'extérieur Deux principaux types de cycles existent un 20 cycle de Rankine inversé et un cycle de Brayton inversé, Avantageusement l'objet de la présente invention permet aussi la mise en commun des consoles d'huile servant à la, lubrification des paliers des compresseurs. Un avantage supplémentaire, dans le cas d'un cycle de réfrigération au mélange de 25 réfrigérants (azote et hydrocarbures linéaires ou mono-instaurés ne contenant pas plus de ring atomes de carbone), est d'utiliser le gaz naturel fuyant au travers des étanchéités du compresseur de gaz naturel pour le recycler dans le compresseur de réfrigération afin qu'il serve d'appoint en méthane au cycle de réfrigération. Le gaz naturel ainsi recyclé contient un peu d'eau et de CO2 présents dans le gaz de gazoduc. 30 Ces molécules pouvant geler à basse température, REVENDICATIONS1. Procédé de liquéfaction d'un courant gazeux d'évaporation à l'aide d'un cycle fermé de réfrigération dans lequel un fluide réfrigérant est comprimé dans un premier moyen de compression, refroidi, détendu et ensuite réchauffé dans un échangeur de chaleur principal par échange thermique entre ledit courant d'évaporation à liquéfier et ledit fluide réfrigérant comprenant les étapes : Etape a) Stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié dans un r r générant un courant gazeux d'évaporation Etape b) Compression du courant d'évaporation de gaz naturel issu de 'étape a) dans un deuxième moyen de compression Etape c) Introduction du courant issu de l'étape b) dans ledit échangeur principal afin de le condenser ; caractérisé en ce que ledit deuxième moyen de compression est entramé par le même moyen dientrainement que celui entrainant ledit premier moyen de compression 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit moyen d'entrainernent est choisi parmi une turbine à gaz, un moteur électrique, une turbine à vapeur ou un moteur à gaz. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de compression sont entrainés à des vitesses différentes. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit fluide réfrigérant est un mélange d'au moins deux gaz réfrigérants choisis parmi l'azote, le méthane. l'éthane et/ou éthylène et/ou propane et/ou propylène etiou i-butane et/ou n-butane, etiou i-pentane. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des fuites de gaz au travers des étanchéités de chacun des deux moyens de compression sont collectées et recyclées à l'entrée du moyen de compression du fluide réfrigérant. 30 6 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que des impuretés issues des fuites de gaz naturel telles que le dioxyde de carbone, l'eau et les hydrocarbures lourds sont retirées par adsorption avant que les 5 fuites de gaz ne soient recyclées à rentrée du moyen de compression du fluide réfrigérant, 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un circuit d'huile permet la lubrification du moyen de compression du fluide 10 réfrigérant et un autre circuit d'huile permet la lubrification du moyen de compression du gaz naturel, lesdits deux moyens étant couplés.