Brevet FR3101406A1 — publié le 20210402

Installation de système de liquéfaction de fluide d’hydrocarbure s par réfrigérant mixte et son système. Un aspect de l’invention concerne un système de liquéfaction de fluide d’hydrocarbures comprenant un premier module d’échange thermique (1A) comprenant un échangeur de pré-refroidissement comprenant un circuit de pré-refroidissement et une pluralité de circuits réfrigérant pour pré-refroidir le courant d’alimentation par la circulation d’un premier courant de réfrigérant mixte détendu, et un deuxième module d’échange thermique (2A) comprenant un échangeur de liquéfaction comprenant un circuit de liquéfaction et un circuit réfrigérant pour liquéfier le courant d’alimentation par la circulation d’un deuxième courant de réfrigérant mixte détendu, dans lequel chaque module d’échange thermique (1A, 2A) comprend des parois pour isoler thermiquement et un squelette permettant de transporter le module, fixer le module et empiler le premier module d’échange thermique (1A) au-dessous du deuxième module d’échange thermique (2A). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 Installation de système de liquéfaction de fluide d’hydrocarbures et son système Le domaine technique de l’invention est celui de liquéfaction de gaz naturel typiques utilisant un cycle de réfrigérant mixte double. La présente invention concerne une installation de système de liquéfaction de gaz naturel utilisant un cycle de réfrigérant mixte et son système. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION 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. Par exemple pour un gaz naturel, le volume peut être réduit à huit cents fois par rapport au gaz naturel. Plusieurs méthodes et systèmes de liquéfaction d'un courant d’hydrocarbures par exemple le gaz naturel pour obtenir du gaz naturel liquéfié (GNL) sont connus, notamment la liquéfaction par réfrigérant mixte et aussi par réfrigérant double mélange. Dans le cas de la liquéfaction par double réfrigérant mixte, le système de liquéfaction par double fluide réfrigérant mixte, comprend un premier courant réfrigérant mixte et un deuxième courant réfrigérant mixte circulant chacun dans un circuit fermé. Le système comprend en outre un premier compresseur et deuxième compresseur pour compresser respectivement les premier et deuxième courants réfrigérants ainsi qu’un premier refroidisseur et un deuxième refroidisseur pour refroidir respectivement les premier et deuxième courants réfrigérants. Le système comprend un échangeur de chaleur principal (échangeur bobiné ou échangeur à plaques en aluminium brazé) où le gaz naturel est totalement liquéfié et sous-refroidi par d’une part le premier courant réfrigérant circulant dans des corps d’échangeur et comprend au moins une entrée suite à une étape de détente du courant réfrigérant jusqu’à une température intermédiaire (typiquement de l’ordre de -30°C à -100°C, pour le pré-refroidissant et la liquéfaction partielle du mélange d'hydrocarbures à liquéfier). Puis par le deuxième réfrigérant circulant dans un corps d‘échangeur à la suite d’une étape de détente du réfrigèrent jusqu’à une température la plus froide du procédé (typiquement inférieure à -100°C par exemple -185°C ou -165°C), pour la liquéfaction et le sous-refroidissement total du mélange d'hydrocarbures à liquéfier. Le courant réfrigérant de chaque circuit fermé circule dans au moins un circuit réfrigérant dans lequel il est vaporisé par l’échange d’énergie des corps d’échangeur entre le courant réfrigérant contenu dans le corps échangeur et le gaz naturel circulant dans l’échangeur principal comprenant ses composants qui se liquéfient en refroidissant en léchant le corps échangeur. A la sortie de chaque corps de l'échangeur de chaleur principal pour chacun des circuits réfrigérants, le réfrigérant est détendu en formant une phase vapeur et peut contenir une phase liquide dont l’ensemble des deux phases est remélangé et réintroduit dans l'échangeur principal afin d’être vaporisé dans chaque corps d’échangeur contre la fraction riche en hydrocarbures qui se liquéfie. L’hydrocarbure par exemple le gaz naturel se refroidit et comprend des composés ayant différentes caractéristiques physiques dont certains sont regroupées en composées dit lourd qui se liquéfient entre la température d’introduction (température ambiante par exemple environ 20°C) et la température intermédiaire et d’autres sont regroupées en composées légers qui se liquéfient entre la température intermédiaire et la température la plus froide. Les composés les plus lourds vont donc se vaporiser à une température plus élevée que des composés plus légers tels que l’azote ou le méthane par exemple. De tels systèmes de liquéfaction par double mélange imposent des problèmes d’installations du fait de la surface et volume qui ait nécessaire à l’installation dans son environnement et des écoulements des circuits qui doivent être maitrisés pour optimiser le changement d’état graduel du gaz naturel ainsi que du courant réfrigèrant. En particulier à chaque niveau de vaporisation du réfrigérant dans chaque corps d’échangeur va correspondre un palier de refroidissement permettant un transfert d’énergie maximal. L’installation est donc contrainte par la position respective des équipements les uns par rapport aux autres en fonction des pertes de charges liées aux différents conduits et des hauteurs hydrauliques. En outre dans des environnements tels que sur des navires comprenant de tels systèmes on doit s’adapter à la surface et au volume disponibles du fait du prix au mètre carré ou/et du mètre cube important dans de tels environnements imposant une recherche d’optimisation prix surface volume disponible par rapport au coût d’installation du système, une fabrication et une installation spécifique pour chaque cas impliquant une augmentation du prix total de l’installation. Il existe donc un besoin de proposer une installation de liquéfaction par réfrigérant à double mélange qui s’adapte à l’environnement de façon simple et le moins onéreux possible. Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La figure 1 montre une représentation d’un schéma de principe d’un système de liquéfaction de fluide d’hydrocarbure par réfrigérant par double mélange selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. Les figures 2 à 6 montrent chacune différemment une représentation schématique d’installation du système de liquéfaction de fluide d’hydrocarbure par réfrigérant par double mélange selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. Système de liquéfaction d’un courant d’hydrocarbures comprenant : un premier module d’échange thermique (1A) comprenant : un échangeur de pré-refroidissement (A1) comprenant : un circuit de pré-refroidissement (A10) comprenant une entrée de courant d’alimentation du courant d’hydrocarbures, une sortie de courant d’alimentation, une pluralité de circuits réfrigérants pour pré-refroidir (A11) le courant d’alimentation par la circulation d’un premier courant de réfrigérant mixte détendu (MPR), les circuits réfrigérants pour pré-refroidir (A11) comprenant chacun une entrée et une sortie, au moins un circuit détendeur (A3) comprenant : un détenteur (A30), une entrée pour recevoir le premier courant de réfrigérant mixte compressé (MPR) et une sortie connectée à l’entrée du circuit réfrigérant pour pré-refroidir (A11) correspondant pour lui transférer le premier courant de réfrigérant mixte (MPR) détendu par le détendeur (A30), un deuxième module d’échange thermique (2A) comprenant : un échangeur de liquéfaction (A2) comprenant : un circuit de liquéfaction (A20) comprenant une entrée de courant d’alimentation du courant d’hydrocarbures, une sortie de courant d’alimentation en un flux d’hydrocarbures liquéfié (LNG), un circuit réfrigérant pour liquéfier (A21) le courant d’alimentation par la circulation d’un deuxième courant de réfrigérant mixte détendu (MR), le circuit réfrigérant pour liquéfier (A21) comprenant une entrée et une sortie du deuxième courant de réfrigérant mixte (MR) détendu, un circuit détendeur (A3’) comprenant : un détenteur (A30’), une entrée pour recevoir le deuxième courant de réfrigérant mixte (MR) compressé et une sortie reliée à l’entrée du circuit réfrigérant pour liquéfier (A21) pour lui transférer le deuxième courant de réfrigérant mixte (MR) détendu par le détendeur (A30’), caractérisé en ce que chaque module d’échange thermique (1A, 2A) comprend des parois pour isoler thermiquement par rapport à l’extérieur et comprend un squelette permettant de transporter le module d’échange thermique, fixer le module d’échange thermique et empiler le premier module d’échange thermique (1A) au-dessus du deuxième module d’échange thermique (2A). Système de liquéfaction selon la revendication précédente comprenant en outre: un premier module de séparateur de phases (1B) du courant de réfrigérant mixte détendu pour pré-refroidir (MPR), comprenant un séparateur de phases (1B0) par circuit réfrigérant pour pré-refroidir (A13); comprenant chacun : une entrée connectée à une sortie du circuit réfrigérant pour pré-refroidir (A13) correspondant et une sortie de phase gazeuse pour être connectée à un compresseur, un deuxième module de séparateur de phases (2B) comprenant au moins un séparateur de phases (2B0) du courant de réfrigérant mixte pour liquéfier (MR) détendu, le séparateur de phases (2B0) comprenant : une entrée connectée à une sortie du circuit réfrigérant pour liquéfier (A21) et une sortie de phase gazeuse pour être connectée à un compresseur (2C0), et caractérisé en ce que chaque module de séparateur (1B, 2B) est empilable et comprend au moins un squelette pour permettre le transport, la fixation, et l’empilement au-dessus ou au-dessous d’un autre module de séparateur (2B, 1B). Système de liquéfaction selon la revendication 1 ou 2 comprenant en outre : un premier module de compression pour le pré-refroidissement (1C) comprenant un premier compresseur (1C0) comprenant une sortie reliée au premier module d’échange thermique (1A) et une entrée par circuit réfrigérant pour pré-refroidir (A3) reliée chacune à la sortie du circuit réfrigérant pour pré-refroidir (A3), un deuxième module de compression (2C) pour la liquéfaction comprenant un deuxième compresseur (2C0) comprenant une sortie reliée au deuxième module d’échange thermique (2A) et une entrée reliée à la sortie du circuit réfrigérant pour liquéfier (A21), chaque module de compression (1C, 2C) comprenant un squelette pour le transport du module. Système de liquéfaction selon la revendication 3 comprenant en outre : un premier refroidisseur (1D) comprenant une entré reliée au premier compresseur (1C0) pour le pré-refroidissement et une sortie pour être reliée à l’échangeur de pré-refroidissement (A1), un deuxième refroidisseur (2D) comprenant une entré reliée au deuxième compresseur (2C0) et une sortie pour être reliée au deuxième échangeur de liquéfaction (A2). Système de liquéfaction selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’échangeur de pré-refroidissement (1A) et l’échangeur de liquéfaction (2A) comprennent chacun en outre un premier circuit de refroidissement (A13, A23) du courant de réfrigérant mixte comprimé correspondant, comprenant une entrée pour être reliée à une sortie d’un compresseur (1C0, 2C0) et une sortie par circuit détendeur (A3, A3’) du module d’échange thermique correspondant, reliée chacune à une entrée du détendeur (A30, A30’) correspondant. Système de liquéfaction selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’échangeur de pré-refroidissement (A1) comprend en outre un deuxième circuit de refroidissement (A12) du deuxième courant de réfrigérant mixte comprimé (MR) comprenant une entrée pour recevoir le deuxième courant de réfrigérant mixte comprimé (MR) et une sortie reliée à l’entrée du circuit détendeur (A3’) du deuxième module d’échange thermique (2A). Système de liquéfaction selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque circuit détendeur (A3, A3’) comprend un séparateur de phases comprenant une entrée reliée à la sortie du détendeur correspondant, une première sortie de phase gazeuse et une deuxième sortie de phase liquide reliées chacune à l’entrée du circuit pour pré-refroidir (A11, A21) correspondant. Installation d’un système de liquéfaction par réfrigérant mixte selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le premier module d’échange thermique (1A) est monté sur le deuxième module d’échange thermique (2A). Installation selon la revendication précédente comprenant le système de liquéfaction par réfrigérant mixte selon la revendication 2 et l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le premier module de séparateur de phases est monté sur le deuxième module de séparateur de phases. Installation d’un système de liquéfaction par réfrigérant mixte selon la revendication 2 et l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle les modules d’échanges thermiques sont montés l’un à côté de l’autre et en ce que le premier module de séparateur de phase est connecté directement au premier module d’échange thermique et le deuxième module de séparateur de phases est connecté directement au deuxième module d’échange thermique. Installation selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un récupérateur de phases ayant la capacité de la plus grande capacité liquide du système de liquéfaction.