Brevet FR3045794A1 (20170623)
REVENDICATIONS1. Procédé de liquéfaction d'un gaz combustible comprenant majoritairement du méthane, dans lequel ledit 5 gaz combustible circule dans un circuit primaire (12) depuis une source de gaz combustible (1) vers un réservoir pour gaz liquéfié (2), et un mélange réfrigérant constitué d'azote liquide ou au moins partiellement vaporisé circule dans un circuit secondaire 10 (34) ouvert depuis un réservoir d'azote (3) pour être relâché vers l'atmosphère (4), ledit procédé comprenant les phases suivantes : - une phase de pré-refroidissement (1000) au cours de laquelle le gaz combustible de débit initial m est 15 refroidi de la température ambiante To une température de pré-refroidissement T1 supérieure à la température de rosée T2 du gaz combustible, cette phase de pré-refroidissement étant réalisée par échange thermique avec un flux d'azote vaporisé à 20 basse pression circulant à contre-courant du flux de gaz combustible dans au moins un échangeur thermique (10) d'une zone d'échange thermique (100) de pré-refroidissement ; - une première phase de redistribution (1050) du gaz 25 combustible la sortie de la zone d'échange thermique (100) de pré-refroidissement, en deux sous-flux de débits respectifs ml et m2=m-ml, cette première phase de redistribution (1050) étant réalisée dans une première zone de distribution 30 intermédiaire (150), puis - une phase de refroidissement (2000) au cours de laquelle le gaz combustible est refroidi depuis la 3045794 28 température de pré-refroidissement T1 jusqu'à la température de rosée 12 du gaz combustible, cette phase de refroidissement étant réalisée dans une zone d'échange thermique (200) de refroidissement comprenant un échangeur thermique (20) et un échangeur annexe (21), selon les étapes suivantes : o injecter (2001) le sous-flux de débit ml dans l'échangeur thermique (20) et injecter (2002) le sous-flux de gaz de débit m2 dans l'échangeur annexe (21), un flux d'azote au moins partiellement vaporisé circulant à contre-courant du flux de gaz combustible dans chacun des échangeurs (20,\n<CLM>\1\tde la zone d'échange thermique (200) de refroidissement ; o à la température de rosée 12 du gaz combustible, réunir (2003) en un seul flux de débit m les deux sous-flux de gaz combustible de débits respectifs ml et m2 sortant respectivement de chacun des échangeurs (20,\n<CLM>\1\tde la zone d'échange thermique (200) de refroidissement ; - une phase de liquéfaction complète (3000) au cours de laquelle le flux unique de gaz combustible sortant de la zone d'échange thermique (200) de refroidissement est complètement liquéfié par refroidissement jusqu'à une température T3 au moins aussi basse que la température bulle du gaz combustible ; cette phase de liquéfaction complète (3000) étant réalisée dans une zone d'échange thermique (300) de liquéfaction comprenant au moins un échangeur thermique (30) ; 3045794 29 - une phase de sous-refroidissement (4000) au cours de laquelle le gaz combustible liquéfié sortant de la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction est sous-refroidi de la température 13 jusqu'à une 5 température de sous-refroidissement 14, cette phase de sous-refroidissement (4000) étant réalisée dans une zone d'échange thermique (400) de sous-refroidissement comprenant au moins un échangeur thermique (40) par échange thermique avec un flux 10 d'azote gazeux initialement complètement liquide provenant du réservoir d'azote liquide (3) et circulant à contre-courant du flux de gaz combustible ; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il 15 comporte en outre, entre les phases de refroidissement (2000) et de liquéfaction complète (3000), une deuxième phase de redistribution (2050) du flux de gaz combustible de débit m sortant de la zone d'échange thermique (200) de refroidissement, en deux sous-flux de débits 20 respectifs m3 et m4=m-m3 ;cette deuxième phase de redistribution (2050) étant réalisée dans une deuxième zone de distribution intermédiaire (250) ; et en ce que ledit procédé comporte une étape supplémentaire consistant à détendre (2004) dans une 25 turbine (22) le flux d'azote vaporisé à la sortie de l'échangeur thermique (20) de la zone d'échange thermique (200) de refroidissement ; puis on réinjecte l'azote vaporisé et détendu dans l'échangeur thermique annexe 31 ; et 30 en ce que la phase de liquéfaction complète (3000) comprend en outre des étapes intermédiaires supplémentaires (3004, 3005, 3006, 3007) entre la 3045794 30 température de rosée T2 du gaz combustible et la température T3 : - on injecte (3004) le sous-flux de débit m3 dans l'échangeur thermique (30) de la zone d'échange 5 thermique (300) de liquéfaction pour le liquéfier complètement et le refroidir jusqu'à la température T3, en y faisant circuler à contre-courant le flux d'azote au moins partiellement vaporisé sortant de la zone d'échange thermique (400) de sous- 10 refroidissement ; - on injecte (3005) le sous-flux de débit m4 dans un échangeur thermique annexe (31) de la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction pour le liquéfier complètement et le refroidir jusqu'à la température 15 13, en y faisant circuler, à contre-courant du gaz combustible, le flux d'azote sortant de la turbine (22) ; - à la température T3 du gaz combustible, on réunit (3006) les deux sous-flux de gaz combustible de 20 débits respectifs m3 et m4 sortant respectivement de chacun des échangeurs thermiques (30,\n<CLM>\1\tde la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction, pour les réinjecter dans la zone d'échange thermique (400) de sous-refroidissement. 25\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 1, selon lequel : - le débit ml du sous-flux de gaz combustible injecté dans l'échangeur thermique (20) de la zone d'échange thermique (200) de refroidissement représente au 30 moins 80%, et de préférence au moins 85% du débit initial m de gaz combustible ; et 3045794 31 - le débit m3 du sous-flux de gaz combustible injecté dans l'échangeur thermique (30) de la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction représente au moins 60% du débit initial m de gaz combustible, et au 5 plus la valeur de ml.\n<CLM>\1\tProcédé selon les revendications 1 ou 2, selon lequel l'azote liquide provenant du réservoir d'azote liquide (3) est pompé à une pression d'au moins 1,2 MPa. 10\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 1, selon lequel le flux d'azote au moins partiellement vaporisé à la sortie de l'échangeur thermique (20) de la zone d'échange thermique (200) de refroidissement est détendu, dans la 15 turbine (22), à une pression égale ou inférieure à 0,2 MPa.\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le gaz à liquéfier contient du méthane 20 en une proportion molaire d'au moins 80%.\n<CLM>\1\tInstallation de liquéfaction d'un gaz combustible pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ladite 25 installation comprenant un circuit primaire (12) relié à une source (1) de gaz combustible et à un réservoir pour gaz liquéfié (2), un circuit secondaire (34) ouvert relié à un réservoir d'azote liquide (3), et quatre zones d'échange thermiques (100, 200, 300,\n<CLM>\1\tdisposées en 30 cascade pour refroidir et liquéfier le gaz combustible circulant dans le circuit primaire (12), chacune desdites zones thermiques (100, 200, 300,\n<CLM>\1\tétant traversée par les circuits primaire (12) et secondaire (34) disposés de 3045794 32 manière que le gaz combustible et l'azote y circulent contre-courant selon la configuration suivante : - une zone d'échange thermique (100) de pré-refroidissement comprenant au moins un 5 échangeur thermique (10), - une zone d'échange thermique (200) de refroidissement comprenant un échangeur thermique (20) et un échangeur annexe (21), la zone d'échange thermique (200) de 10 refroidissement étant reliée, dans le circuit primaire (12), à la zone d'échange thermique (100) de pré-refroidissement par - une première zone de distribution intermédiaire (150) apte à distribuer, à la sortie de la zone 15 d'échange thermique (100) de pré- refroidissement, le gaz combustible en deux sous-flux de débits respectifs ml et m2=m-ml, et à les injecter respectivement dans l'échangeur thermique (20) et l'échangeur annexe (21) de la 20 zone d'échange thermique (200) de refroidissement, - une zone d'échange thermique (300) de liquéfaction comprenant au moins un échangeur thermique (30), et 25 - une zone d'échange thermique (400) de sous- refroidissement comprenant au moins un échangeur thermique (40), ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre : 30 - un échangeur thermique annexe (31) dans la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction, 3045794 33 - une turbine (22) disposée, dans le circuit secondaire (34), entre la sortie de l'échangeur thermique (20) de la zone d'échange thermique (200) de refroidissement et l'entrée de l' 5 échangeur thermique annexe (31) de la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction, pour y détendre et refroidir l'azote au moins partiellement vaporisé sortant de l'échangeur thermique (20) de la zone d'échange thermique 10 (200) de refroidissement avant de l'injecter dans l'échangeur thermique annexe (31) de la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction, - une deuxième zone de distribution intermédiaire (250) reliant, dans le circuit primaire (12), 15 les zones d'échange thermique (200) de refroidissement et (300) de liquéfaction, la deuxième zone de distribution intermédiaire (250) étant apte à réunir en un seul flux les deux sous-flux de gaz combustible sortant des 20 échangeurs thermiques (20,\n<CLM>\1\tde la zone d'échange thermique (200) de refroidissement et à les redistribuer en deux autres sous-flux de gaz combustible de débits respectifs m3 et m4=m-m3 pour les injecter respectivement dans 25 l'échangeur thermique (30) et l'échangeur thermique annexe (31) de la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction, l'azote détendu et refroidi provenant de la turbine (22) circulant dans l'échangeur thermique 30 annexe (31) à contre-courant du sous-flux de gaz de débit m4.