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Procédé de traitement d'un flux de gaz d'alimentation et installation associée
La présente invention concerne un procédé de traitement d'un flux de gaz
naturel
comportant les étapes suivantes :
- fourniture d'un flux de gaz d'alimentation et convoyage du flux de gaz
d'alimentation dans une unité d'extraction des liquides du gaz naturel ;
- dans l'unité d'extraction, refroidissement et avantageusement liquéfaction
au
moins partielle du flux de gaz d'alimentation, détente, dans un organe de
détente, et
séparation, dans une colonne de séparation, d'au moins un flux obtenu à partir
du flux de
gaz d'alimentation refroidi et récupération après séparation, d'un flux de gaz
traité et d'un
flux de liquides du gaz naturel ;
- compression du flux de gaz traité dans au moins un compresseur d'une unité
de
compression pour former un flux de gaz traité comprimé ; et,
- fractionnement, dans une unité de fractionnement, du flux de liquides du gaz
naturel en une pluralité de coupes d'hydrocarbures.
Un tel procédé est destiné à l'extraction des liquides du gaz naturel dans un
flux
de gaz d'alimentation, puis au fractionnement sélectif au sein des liquides du
gaz naturel
de composants liquides légers, par exemple l'éthane, le propane, par rapport à
des
composants liquides plus lourds, en particulier le butane, le pentane ou des
hydrocarbures plus lourds.
Ce procédé est destiné à permettre à des unités dimensionnées pour une
extraction d'un gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel, de
traiter simplement
des compositions de gaz d'alimentation plus riches en liquides du gaz naturel
en
minimisant le surdimensionnement des unités de récupération et de
fractionnement des
liquides de gaz naturel et la consommation énergétique associée.
D'une manière générale, les unités de récupération de liquides de gaz naturel
sont
conçues et dimensionnées pour produire une quantité déterminée de ces
liquides, en
particulier des composants liquides légers contenus dans les liquides du gaz
naturel,
notamment l'éthane et le propane.
La quantité déterminée est définie pour répondre aux besoins de
l'installation, par
exemple en termes de réfrigérants nécessaires pour un train de liquéfaction ou
est définie
par l'alimentation d'un complexe produisant des oléfines en aval.
Lors de la conception, il est tenu compte dans une certaine mesure de la
variabilité
de composition du gaz naturel d'alimentation. Généralement, l'unité est conçue
et
dimensionnée en se basant sur le gaz le plus pauvre pouvant y être traité, en
tenant
compte d'un taux d'extraction élevé des liquides du gaz naturel.
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Ceci ne donne pas entière satisfaction, notamment pour accepter des
compositions de gaz d'alimentation plus riches en liquides du gaz naturel. En
effet, pour
ces compositions de gaz d'alimentation plus riches, une extraction importante
de
composés lourds de liquides du gaz naturel est subie, afin d'atteindre le taux
d'extraction
requis pour les composés les plus légers. L'extraction de ces composés lourds
de liquides
du gaz naturel n'est pas forcément souhaitée. Cela implique deux conséquences
non
satisfaisantes.
D'une part, le taux d'extraction important de liquides de gaz naturel pour une
composition d'entrée riche doit être pris en compte pour dimensionner les
équipements de
récupération et de fractionnement des liquides du gaz naturel.
Ceci n'est pas satisfaisant, car la taille de l'unité de fractionnement comme
celle
de la boîte froide augmente notablement, ce qui augmente les coûts
d'investissement et
les coûts d'opération, notamment lorsque le gaz naturel de départ est pauvre
en liquides
du gaz naturel.
D'autre part, lorsque certains de ces liquides de gaz naturel ne sont pas
désirés, il
est nécessaire de prévoir une unité de réinjection des liquides du gaz
naturel, comme
décrit dans US9423175. La réinjection engendre des coûts d'investissement et
des coûts
d'exploitation supplémentaires.
Un but de l'invention est donc d'obtenir un procédé de traitement d'un gaz
d'alimentation qui permette l'extraction des liquides du gaz naturel contenus
dans le gaz
d'alimentation à des teneurs très variables et qui favorise l'extraction des
composés
légers du gaz naturel par rapport aux composés plus lourds qui peuvent ne pas
être
désirés, tout en présentant des coûts d'investissement et d'exploitation
faibles.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé
par les
étapes suivantes :
- prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé, d'un courant de recyclage
; et,
- réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage dans le flux de
gaz
d'alimentation en amont de l'unité d'extraction, dans le flux de gaz
d'alimentation refroidi,
ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en
amont de l'organe
de détente.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes combinaisons
techniquement possibles :
- réglage du débit du courant de recyclage réintroduit en fonction de la
teneur en
liquides du gaz naturel dans le flux de gaz d'alimentation ;
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- le débit molaire du courant de recyclage réintroduit est supérieur à 10% du
débit
molaire du flux de gaz d'alimentation avant la réintroduction du courant de
recyclage, le
débit molaire du courant de recyclage réintroduit étant avantageusement
compris entre
30% et 400% du débit molaire du flux de gaz d'alimentation avant la
réintroduction du
courant de recyclage ;
- la teneur en hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation après
réintroduction du courant de recyclage est inférieure d'au moins 20% à la
teneur en
hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation avant la réintroduction du
courant de
recyclage ;
- le débit molaire du flux de liquides du gaz naturel introduit dans l'unité
de
fractionnement est inférieur à 20% du débit molaire du flux de gaz
d'alimentation, après
réintroduction du courant de recyclage ;
- le courant de recyclage est introduit sans refroidissement dans le flux de
gaz
d'alimentation en amont de l'unité d'extraction ;
- le refroidissement et avantageusement la liquéfaction au moins partielle du
flux
de gaz d'alimentation comporte l'introduction du flux de gaz d'alimentation
dans un
échangeur thermique amont, le refroidissement et avantageusement la
liquéfaction au
moins partielle du flux de gaz d'alimentation dans l'échangeur thermique
amont, le
courant de recyclage étant avantageusement réintroduit dans le flux de gaz
d'alimentation
en amont de l'échangeur thermique amont ;
- le passage du flux de gaz traité dans l'échangeur thermique amont, avant
compression dans le compresseur ;
- le refroidissement du flux de gaz d'alimentation produit la liquéfaction au
moins
partielle du flux de gaz d'alimentation, le flux de gaz d'alimentation
refroidi et au moins
partiellement liquéfié obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation,
avantageusement
complété par le courant de recyclage, étant introduit dans un ballon
séparateur pour
produire un flux de tête gazeux et un flux de pied liquide, au moins une
fraction issue du
flux de tête gazeux et au moins une fraction issue du flux de pied liquide
étant introduites
après détente dans la colonne de séparation, la colonne de séparation
produisant en tête,
le flux de gaz traité et en pied, le flux de liquides du gaz naturel ;
- il comporte la détente d'au moins une fraction du flux de tête gazeux dans
l'organe de détente, l'organe de détente étant une turbine de détente
dynamique pour
former une fraction détendue dynamiquement, puis l'introduction de la fraction
détendue
dynamiquement dans la colonne de séparation ;
- le fractionnement comporte la séparation du flux de liquides de gaz naturel
dans
au moins une colonne de distillation en au moins une coupe légère et une coupe
lourde,
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avantageusement en une coupe riche en hydrocarbures en 02, en une coupe riche
en
hydrocarbures en 03, en une coupe riche en hydrocarbures en 04 et en une coupe
riche
en hydrocarbures 05+;
- le courant de recyclage est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation
avant
séparation du flux de gaz d'alimentation ;
- le courant de recyclage est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation
en
amont de l'unité d'extraction et en aval d'une étape de purification et de
séchage ;
- le courant de recyclage est réintroduit sous forme exclusivement gazeuse
dans le
flux de gaz d'alimentation ;
- l'organe de détente est une turbine de détente dynamique ou une vanne de
détente statique ;
- le flux de gaz traité comprimé résiduel après prélèvement du courant de
recyclage est convoyé vers un réseau de distribution ou/et vers un train de
liquéfaction.
L'invention a également pour objet une installation de traitement d'un gaz
d'alimentation comportant :
- une unité d'extraction de liquides du gaz naturel,
- un ensemble de fourniture d'un flux de gaz d'alimentation et de convoyage du
flux de gaz d'alimentation dans l'unité d'extraction des liquides du gaz
naturel ;
l'unité d'extraction comprenant :
* un ensemble de refroidissement et avantageusement de liquéfaction au moins
partielle du flux de gaz d'alimentation propre à produire un flux
d'alimentation refroidi ;
* un organe de détente et un ensemble de séparation d'au moins un flux obtenu
à
partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, comportant une colonne de
séparation,
l'ensemble de séparation étant propre à produire un flux de gaz traité et un
flux de
liquides du gaz naturel ;
- une unité de compression comprenant au moins un compresseur du flux de gaz
traité propre à former un flux de gaz traité comprimé ;
- une unité de fractionnement du flux de liquides du gaz naturel en une
pluralité de
coupes d'hydrocarbures;
caractérisé par:
- un ensemble de prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé, d'un
courant
de recyclage;
- un ensemble de réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage
dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'unité d'extraction, dans le
flux de gaz
d'alimentation refroidi ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz
d'alimentation refroidi,
en amont de l'organe de détente.
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L'installation selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes combinaisons
techniquement possibles :
- l'ensemble de réintroduction est propre à introduire sans refroidissement le
5 courant de recyclage dans le flux de gaz d'alimentation en amont de
l'unité d'extraction :
- l'ensemble de refroidissement comporte un échangeur thermique amont, pour
refroidir et avantageusement liquéfier au moins partiellement le flux de gaz
d'alimentation,
l'ensemble de réintroduction introduisant avantageusement le courant de
recyclage dans
le flux de gaz d'alimentation en amont de l'échangeur thermique amont et,
- l'ensemble de refroidissement est propre à produire un flux de gaz
d'alimentation
au moins partiellement liquéfié à partir du flux de gaz d'alimentation
avantageusement
complété par le courant de recyclage, l'ensemble de séparation comportant :
- un ballon séparateur recevant le flux de gaz d'alimentation refroidi et au
moins
partiellement liquéfié obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation complété
par le courant
de recyclage pour produire un flux de tête gazeux et un flux de pied liquide,
- un ensemble de détente du flux de tête gazeux et du flux de pied liquide
comprenant l'organe de détente;
- la colonne de séparation raccordée à l'ensemble de détente produisant en
tête,
le flux de gaz traité et en pied, le flux de liquides du gaz naturel ;
- elle comporte des équipements de convoyage du flux de gaz traité comprimé
résiduel après prélèvement du courant de recyclage vers un réseau de
distribution ou/et
vers un train de liquéfaction.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre,
donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins
annexés, sur
lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'une installation destinée à la mise en
oeuvre d'un premier procédé selon l'invention, lors de l'utilisation avec un
flux de gaz
d'alimentation riche en liquides du gaz naturel ;
- la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 de l'installation lors de
l'utilisation
avec un flux de gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel ;
- la figure 3 est un exemple d'unité de récupération des liquides du gaz
naturel
pouvant être prévue dans l'installation de la figure 1.
Dans tout ce qui suit, une même référence désigne un courant circulant dans
une
conduite et la conduite qui transporte ce courant. Par ailleurs, sauf
indication contraire, les
pourcentages sont des pourcentages molaires et les pressions s'entendent en
bars
relatifs.
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Une première installation 10 de traitement d'un gaz d'alimentation, destinée à
la
mise en oeuvre d'un premier procédé selon l'invention, est illustrée sur la
figure 1.
L'installation 10 comporte un ensemble 12 de fourniture et de convoyage d'un
flux
de gaz d'alimentation 14, et une unité 16 d'extraction des liquides du gaz
naturel, propre à
produire, à partir du flux de gaz d'alimentation 14, un flux 18 de gaz traité,
et un flux 20 de
liquides du gaz naturel.
L'installation 10 comporte en outre une unité de compression 22, propre à
former
un flux 24 de gaz traité comprimé à partir du flux de gaz traité 18, et une
unité de
fractionnement 26 propre à former des coupes d'hydrocarbures 28, 30, 32, 33 à
partir du
flux de liquides du gaz naturel 20.
Selon l'invention, l'installation 10 comporte en outre un ensemble 34 de
prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé 24, d'un courant de recyclage
36, et un
ensemble 38 de réintroduction du courant de recyclage 36 dans le flux
d'alimentation 14,
en amont de l'unité d'extraction des liquides du gaz naturel 16.
L'ensemble 12 de fourniture et de convoyage comporte au moins une source de
gaz d'alimentation 14, et au moins une conduite de convoyage du gaz
d'alimentation 14
vers l'unité d'extraction 16.
Un exemple non limitatif d'unité d'extraction 16 est une unité de type Gas
Subcooled Process ou GSP , tel qu'illustrée sur la figure 3.
Elle comporte dans ce cas un échangeur thermique amont 40 destiné à refroidir
et
avantageusement à liquéfier au moins partiellement le flux de gaz
d'alimentation 14 ayant
reçu le courant de recyclage 36, un ballon séparateur 42 propre à produire un
flux de tête
gazeux 44 et un flux de pied 46 liquide.
L'unité d'extraction 16 comporte en outre une colonne de séparation 48, munie
d'un rebouilleur de fond et d'un échangeur thermique de tête 51, un organe de
détente ici
formé par une turbine de détente dynamique 50 propre à détendre au moins une
partie du
flux de tête gazeux 44, avant son introduction dans la colonne de séparation
48,
avantageusement une première vanne de détente statique 51A propre à détendre
au
moins une autre partie du flux de tête gazeux 44 et une vanne de détente
statique 52,
pour détendre au moins une partie du flux de pied liquide 46, avant son
introduction dans
la colonne de séparation 48.
L'unité de compression 22 comporte un compresseur 53 accouplé à la turbine de
détente dynamique 50 et au moins un compresseur 54, avantageusement associé à
un
refroidisseur 56. Elle comporte avantageusement, entre le compresseur 53 et le
compresseur 54, un séparateur de liquide 58.
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L'unité de fractionnement 26 comporte au moins une colonne de distillation 60,
avantageusement munie d'un reflux.
L'ensemble de prélèvement 34 comporte par exemple un piquage réalisé dans la
conduite convoyant le flux de gaz traité comprimé 24 en aval du refroidisseur
56 et une
conduite de recirculation du courant de recyclage 36, munie d'une vanne de
régulation de
débit 62.
L'ensemble de réintroduction 38 comporte avantageusement un piquage réalisé
dans la conduite convoyant le flux de gaz d'alimentation 14.
La mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention dans l'installation 10 va
maintenant être décrite.
Initialement, un flux de gaz d'alimentation 14 est fourni. Le gaz
d'alimentation
contient des hydrocarbures et est par exemple formé de gaz naturel.
Il comporte avantageusement entre 75 % molaire et 99 % molaire de méthane.
Lorsque le gaz d'alimentation est riche en liquides du gaz naturel, il
comporte
avantageusement entre 3 % molaire et 10 % molaire d'hydrocarbures en 02, entre
1%
molaire et 8 % molaire d'hydrocarbures en 03, et entre 0,1 % molaire et 8 %
molaire
d'hydrocarbures en 04+.Au contraire, lorsque le gaz d'alimentation est pauvre
en liquides
du gaz naturel, la composition en 02+ est significativement réduite,
avantageusement
entre 10 % et 80 % pour chacun des composés hydrocarbures en 02, 03 et 04+ par
rapport à la teneur molaire de la composition riche indiquée ci-dessus.
Par hydrocarbures en On , on entend des composés hydrocarbures constitués
de carbone et d'hydrogène et comportant un nombre d'atomes de carbone égal à
n. Par
exemple, le terme hydrocarbures en 02 comprend l'éthane, l'éthylène et
l'acétylène.
Par hydrocarbures en Cn+ , on entend des composés hydrocarbures constitués
de carbone et d'hydrogène et comportant un nombre d'atomes de carbone
supérieur ou
égal à n.
La pression du flux de gaz d'alimentation 14 est généralement supérieure à 40
bars et est notamment comprise entre 50 bars et 75 bars.
Le flux de gaz d'alimentation 14 est avantageusement purifié pour éliminer les
impuretés, notamment les composés soufrés tels que les mercaptans et est séché
pour
éliminer l'eau. La teneur molaire en CO2 est abaissée de façon à éviter la
cristallisation
du dioxyde de carbone, cette teneur étant généralement inférieure à 1 % mol.
La teneur
massique en composés soufrés est également abaissée de préférence en dessous
de 10
ppm pour le sulfure d'hydrogène et généralement en dessous de 30 ppm pour les
composés soufrés de type mercaptan. Enfin, la teneur molaire en eau est
abaissée pour
éviter la formation d'hydrate ou de glace, généralement inférieure à 10 ppm.
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Le flux de gaz d'alimentation 14 est alors complété par le courant de
recirculation
36, comme on le décrira plus bas, pour former un flux de gaz d'alimentation
complété 64.
Le flux 64 est alors convoyé jusqu'à l'unité d'extraction 16 des liquides du
gaz naturel.
Dans cette unité, il est refroidi et avantageusement au moins partiellement
liquéfié,
détendu et séparé pour produire un flux de gaz traité 18 et un flux de
liquides du gaz
naturel 20.
Le flux de liquides du gaz naturel 20 est introduit dans l'unité de
fractionnement 26
pour être séparé en plusieurs coupes d'hydrocarbures 28, 30, 32, 33.
Dans l'exemple représenté sur la figure 2, dans l'unité de fractionnement 26
produit au moins une coupe 28 d'hydrocarbures en 02, contenant plus de 90 %
molaire
d'hydrocarbures en 02, une coupe 30 d'hydrocarbures en 03, contenant plus de
90%
molaire d'hydrocarbures en 03, une coupe 32 d'hydrocarbures en 04 contenant
plus de
90% molaire d'hydrocarbures en 04 et une coupe 33 d'hydrocarbures en 05+.
Le flux de gaz traité 18 comporte généralement moins de 30 % molaire des
hydrocarbures en 02+ contenus dans le flux de gaz d'alimentation complété 64.
Il
présente une teneur molaire en hydrocarbures en 02+ généralement inférieure à
5 %.
Il comporte généralement plus de 90 % molaire du méthane contenu dans le flux
de gaz d'alimentation complété 64.
Le flux de gaz traité 18 est alors introduit dans l'unité de compression 22
pour
produire un flux de gaz comprimé 24.
La pression du flux de gaz comprimé 24 est supérieure à la pression du flux de
gaz d'alimentation 14. Elle est notamment comprise entre 50 bars et 100 bars
Selon l'invention, lorsque le gaz d'alimentation est riche en liquides du gaz
naturel,
un courant de recyclage 36 est prélevé dans le flux de gaz comprimé 24 en aval
de l'unité
de compression 22.
Le courant de recyclage 36 présente ici sensiblement la même composition que
le
flux de gaz traité 18 et que le flux de gaz comprimé 24.
Le courant de recyclage 36 présente ainsi une teneur en hydrocarbures en 02+
inférieure à 5 % molaire.
Le courant de recyclage 36 est prélevé sans détente dans le flux de gaz
comprimé
24.
Le courant de recyclage 36 est ensuite passé à travers la vanne de régulation
de
débit 62 pour ajuster son débit. Il est ensuite réintroduit dans le flux de
gaz d'alimentation
14, en amont de l'unité d'extraction 16.
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Le débit du courant de recyclage 36 réintroduit dans le flux de gaz
d'alimentation
est réglé en fonction de la teneur en liquides du gaz naturel dans le flux de
gaz
d'alimentation 14 par l'intermédiaire de la vanne de régulation 62.
Le débit molaire du courant de recyclage 36 est inférieur à 90 % du débit
molaire
du flux de gaz traité comprimé 24, avant le prélèvement du courant de
recyclage 36 et est
notamment compris entre 25 % et 80 % du débit molaire du flux de gaz traité
comprimé
24, avant le prélèvement du courant de recyclage 36.
Avantageusement, le débit du courant de recyclage 36 réintroduit dans le flux
de
gaz d'alimentation 14 est supérieur à 10% molaire du débit du flux de gaz
d'alimentation
14 avant la réintroduction du courant de recyclage 36, et est notamment
compris entre
30% molaire et 400 % molaire du débit du flux de gaz d'alimentation 14 avant
la
réintroduction du courant de recyclage 36.
Le courant de recyclage 36 est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation
14,
sans refroidissement entre son point de prélèvement dans le flux de gaz
comprimé 24 et
son point de réintroduction dans le flux de gaz d'alimentation 14.
La teneur en hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation 64 après la
réintroduction du courant de recyclage 36 est inférieure d'au moins 25 % à la
teneur en
hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation 14 avant la réintroduction
du courant
de recyclage 36.
Le flux de gaz d'alimentation 64 complété par le courant de recyclage 36 est
alors
introduit dans l'unité d'extraction 16, comme décrit précédemment.
Dans l'exemple particulier représenté sur la figure 3, le courant de recyclage
36
est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation 14, en amont de l'échangeur
thermique
amont 40, pour constituer le flux de gaz alimentation 64 complété.
Le flux de gaz alimentation complété 64 est introduit dans l'échangeur
thermique
amont 40 pour y être refroidi et avantageusement au moins partiellement
liquéfié pour
former un flux de gaz d'alimentation 66 refroidi.
Avantageusement, la température du flux 66 est inférieure à -10 C et est
notamment comprise entre -20 C et -50 C.
La teneur molaire en liquide dans le flux 66 est généralement comprise entre
0%
et 10%.
Le flux 66 est ensuite introduit dans le ballon séparateur 42 pour y être
séparé en
le flux de tête gazeux 44 et le flux de pied liquide 46.
Une première fraction 67A du flux de tête 44 est introduite dans la turbine de
détente dynamique 50 pour y être détendue dynamiquement et former une première
fraction de flux de tête détendue 68A.
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La pression de la première fraction 68A est par exemple inférieure à 50 bars
et est
notamment comprise entre 20 bars et 40 bars.
La première fraction détendue 68A est ensuite introduite dans la colonne de
séparation 48, ici à un premier niveau intermédiaire Ni.
5 Avantageusement, une deuxième fraction 67B du flux de tête 44 est
introduite
successivement dans l'échangeur thermique de tête 51 pour y être refroidie,
puis dans la
vanne de détente statique 51A pour y être détendue et former une deuxième
fraction de
flux de tête détendu 68B.
La pression de la deuxième fraction 68B est par exemple inférieure à 50 bars
et
10 est notamment comprise entre 20 bars et 40 bars.
La deuxième fraction détendue 68B est ensuite introduite dans la colonne de
séparation 48, ici à un niveau de tête NT situé au-dessus du premier niveau
intermédiaire
Ni.
Le flux de pied liquide 46 est détendu dans la vanne de détente statique 52
pour
former un flux de pied détendu 70.
La pression du flux de pied détendu 70 est par exemple inférieure à 50 bars et
est
notamment comprise entre 20 bars et 40 bars.
Le flux de pied détendu 70 est introduit dans la colonne de séparation 48 à un
deuxième niveau intermédiaire N2 situé au-dessous du premier niveau
intermédiaire Ni
et au-dessus du rebouilleur de fond.
La colonne de séparation 48 produit en pied, le flux de liquides du gaz
naturel 20
destiné à alimenter l'unité de fractionnement 26.
La colonne de séparation 48 produit par ailleurs en tête, un flux 72 de tête
de
colonne. Le flux de tête 72 est introduit successivement dans l'échangeur
thermique de
tête 51, puis dans l'échangeur thermique aval 40 pour y être réchauffé et
former le flux de
gaz traité 18.
La température du flux de gaz traité 18 est par exemple supérieure à 10 C à la
sortie de l'échangeur thermique amont 40.
Le flux de gaz traité 18 est ensuite comprimé dans le compresseur 53. Il est
alors
passé dans le séparateur 58 pour éliminer les liquides qu'il contient
éventuellement, puis
est comprimé dans le compresseur 54, avant d'être refroidi dans le
refroidisseur à air 56,
pour former le flux de gaz comprimé 24.
Dans l'unité de fractionnement 26, le flux de pied détendu 70 est introduit
dans au
moins une colonne de distillation 60, de préférence dans un groupe de colonnes
successives, pour produire chacune des coupes 28, 30, 32, 33.
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Comme indiqué plus haut, le courant de recyclage 36 est prélevé dans le flux
de
gaz comprimé 24, en aval du compresseur 54 et du refroidisseur 56. Le flux de
gaz
comprimé résiduel 24A est ensuite convoyé vers un réseau de distribution ou/et
vers un
train de liquéfaction.
Dans l'exemple illustré sur la figure 2, pour un gaz d'alimentation pauvre en
liquides du gaz naturel, la vanne de régulation 62 est fermée et le débit du
courant de
recyclage 36 est nul.
Les tableaux suivants illustrent des exemples de mise en oeuvre du procédé
selon
l'invention pour un gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel et
pour un gaz
d'alimentation riche en liquides du gaz naturel. Le tableau illustre, à titre
comparatif un
procédé de l'état de la technique mis en oeuvre avec un gaz d'alimentation
riche en
liquides du gaz naturel.
CA 03119860 2021-05-12
WO 2020/099658
PCT/EP2019/081531
12
Procédé Courant Débit Dont C2 Dont C3 Dont C4 Remarques
(t/h) (t/h) (t/h) (t/h)
Selon 14 740 20,1 (1.5 7,8 (0,4 3,9 Masse
l'invention mol%) mol%) (0.16mor/o) molaire
:
avec gaz 16,63
d'alimentation 20 30,9 Non Non -
pauvre en déterminé déterminé
LNG (selon 24 709,1 3 (0,23 0,2 (0,01 0 Masse
figure 2) mol%) mol%) molaire :
16,24
24A Idem Idem 24 Idem 24 Idem 24
24
28 17,1 99,5 mol Non -
% déterminé
30 7,6 Non 99,5 mol% -
déterminé
32 3,9 Non Non 97,5% -
déterminé déterminé
33 2,3 Non Non Non Masse
déterminé déterminé déterminé molaire :
78,2
36 0 - - Pas
de
recyclage
64 Idem Idem 14 Idem 14 Idem 14
14
10
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Procédé Courant Débit Dont C2 Dont C3 Dont C4 Remarques
(t/h) (t/h) (t/h) (t/h)
Selon 14 200 18,5 (5,5 9,9 (2,0 3,9 (0,6 Masse
l'invention mol%) mol%) mol%) molaire :
avec gaz 17,85
d'alimentation 20 33,4 Non Non -
riche en LNG déterminé déterminé
(selon figure 24 640,7 Non Non -
1) déterminé déterminé
24A 166,6 1.5 (0,48 0,1 (0,01 Masse
mol%) mol%) molaire :
16,16
28 17,1 99,5 mol Non -
% déterminé
30 9,7 Non 99,5 mol% -
déterminé
32 3,9 Non Non 97,5 mol% -
déterminé déterminé
33 2,6 Non Non Non Masse
déterminé déterminé déterminé molaire :
79,15
36 474,1 Non Non -
déterminé déterminé
64 674,1 22,8 (1,87 10,0 (0,56 Masse
mol%) mol%) molaire :
16,62
10
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Procédé Courant Débit Dont C2 Dont C3 Dont C4 Remarques
(t/h) (t/h) (t/h) (t/h)
Etat de la 14 740 68,5 (5,5 36,6 (2,0 Masse
technique mol%) mol%) molaire :
avec gaz 17,85
d'alimentation 20 76,0 Non Non -
riche en LNG déterminé déterminé
(figure 1 sans 24 663 4,3 mol% 0,1 mol% Masse
courant de molaire :
dérivation 36) 16,72
28 17,2 99,5 mol Non -
% déterminé
30 34,3 Non 99,5 mol% -
déterminé
32 14,2 Non Non 97,5 mol% -
déterminé déterminé
33 9,7 Non Non Non Masse
déterminé déterminé déterminé molaire :
79,15
Comme le montrent ces tableaux, le passage d'un gaz d'alimentation pauvre en
liquides du gaz naturel à un gaz d'alimentation riche en liquides du gaz
naturel dans le
procédé de l'état de la technique conduit à augmenter très significativement
le débit du
flux de liquides du gaz naturel 20 extraits de l'unité d'extraction 16,
nécessitant un
dimensionnement particulièrement important de l'unité de fractionnement 26
pour
accommoder le flux 20 et une réinjection éventuelle d'une partie de ce flux
dans le gaz
traité qui concernent les composés de liquide gaz naturel qui ne sont pas
désirés.
Au contraire, l'utilisation d'un courant de recyclage 36 formé à partir du
flux de gaz
traité comprimé 24 obtenu à la sortie de l'unité de compression 22 appauvrit
le flux de gaz
d'alimentation 14 en hydrocarbures en C2+ et limite le poids moléculaire du
flux de gaz
d'alimentation complété 64. Ceci produit dans l'unité d'extraction 16 un flux
de liquides du
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gaz naturel 20 de débit notablement réduit (33,4 t/h pour le procédé selon
l'invention
contre 76 t/h pour le procédé de l'état de la technique).
Le recyclage maintient sensiblement constante la composition du flux de gaz
d'alimentation complété 64 introduit dans l'unité d'extraction 16, en
garantissant une
5 intégration thermique correcte, tout en limitant la quantité de liquides
du gaz naturels et de
composants lourds entrant dans l'unité. Le recyclage augmente notamment le
ratio 02 /
03+ dans le flux de gaz d'alimentation complété 64, pour extraire la quantité
requise de
coupe 02, tout en minimisant l'extraction de la coupe 03+ (produits
potentiellement
indésirables), en minimisant ainsi la taille de l'unité d'extraction 16.
10 L'impact de la composition du gaz d'alimentation plus riche sur le
dimensionnement des équipements est ainsi limité.
De cette manière, une capacité de production de liquides du gaz naturels
similaire
est obtenue avec une composition de gaz d'alimentation plus riche, sans
engendrer (ou
en minimisant) de coûts d'investissement ou de coûts d'opération
supplémentaires.
15 Ainsi, le procédé selon l'invention est opérable pour une large gamme
de
compositions de gaz d'alimentation, sans pour autant augmenter
significativement les
coûts engendrés.
Dans une variante (représentée en pointillés sur les figures), le compresseur
54
comporte plusieurs étages, le courant de recyclage 36 étant prélevé à un étage
intermédiaire du compresseur 54 et non en aval du compresseur 54.
Dans une variante (représentée en pointillés), le courant de recyclage 36 est
réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation refroidi 66, au sein de l'unité
d'extraction 16,
en aval de l'échangeur thermique 40 et en amont du ballon séparateur 42.
Alternativement, le courant de recyclage 36 est réintroduit dans un flux
obtenu à
partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en aval du ballon séparateur
42, et en amont
de la colonne de séparation 48. Le courant de recyclage est par exemple
réintroduit dans
le flux de tête gazeux 44, en amont de la turbine de détente dynamique 50, de
préférence
en amont de la séparation entre la première fraction 67A du flux de tête 44 et
la deuxième
fraction 67B du flux de tête 44.
Dans tous les cas précités, le courant de recyclage 36 est réintroduit dans le
flux
de gaz d'alimentation refroidi 66 ou dans un flux obtenu à partir du flux de
gaz
d'alimentation refroidi 66 sans refroidissement entre son point de prélèvement
dans le flux
de gaz comprimé 24 et son point de réintroduction.
En variante, la turbine de détente dynamique 50 est remplacée par une vanne de
détente statique.
