Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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"Procédé de récupération d'éthane, mettant en oeuvre
un cycle de réfrigération utilisant un mélange d'au
moins deux fluides réfrigérants, gaz obtenus par ce
procédé, et installation de mise en oeuvre".
La présente invention concerne, de façon générale
et selon un premier de ses aspects, l'industrie gaziëre,
et en particulier un procédé de récupération d'éthane
contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane
et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en oeuvre
un cycle de réfrigération à composants multiples.
Par « cycle ~ de réfrigération à composants
multiples », il faut comprendre qu'il s'agit d'un cycle
de réfrigération utilisant un mélange réfrigêrant composé
d'au moins deux fluides réfrigérants.
Plus précisément, l'invention concerne, selon son
premier aspect, un procédé de récupération d'éthane
contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane
et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en oeuvre
un cycle réfrigêrant dans lequel un premier fluide
réfrigérant relativement moins volatil est comprimé,
refroidi et détendu pour ensuite servir au
refroidissement dudit gaz sous pression à séparer ou de
premiers produits de séparation à une première
température relativement haute, et dans lequel un second
fluide réfrigérant relativement plus volatil est
comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au
refroidissement au moins de seconds produits de
séparation dudit gaz sous pression à une seconde
température relativement basse.
Des procédés de réfrigération de ce type sont bien
connus de l'homme de l'art et utilisés depuis de
nombreuses années.
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Ces procédés de réfrigêration présentent des
inconvénients de coûts d'exploitation en raison de
dépenses énergétiques liées au faible rendement
thermodynamique de ces cycles de réfrigération.
Ces procédés connus présentent également des
inconvénients de coûts d'exploitation générés par des
difficultés de maintenance ou par la fréquence des
interventions, par exemple sur des installations de
compression, des pompes, ou encore sur des appareils de
mesure et de contrôle.
Ces inconvénients entraînent eux-mêmes des coûts
excessifs qui freinent la vitesse d'amortissement de
l'investissement financier dans de telles installations
en raison des arrêts de la production.
Dans ce contexte, un premier but de la présente
invention est de proposer un procédé, par ailleurs
conforme à la définition générique qu'en donne le
préambule ci-dessus, qui est essentiellement caractérisé
en ce que les premier et second fluides réfrigérants sont
utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimés et
refroidis, en ce que ce mélange est ensuite soumis à une
séparation en une première fraction contenant
essentiellement le premier fluide relativement moins
volatil, et en une seconde fraction contenant
essentiellement le second fluide relativement plus
volatil, en ce que le premier fluide réfrigérant est
utilisé sous la forme de la première fraction pour
réaliser le refroidissement, à la première température
relativement haute, et en ce que le deuxième fluide
réfrigérant est utilisé sous la forme de la deuxième
fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième
température relativement basse.
Ce procédé permet de limiter les coûts
d'exploitation de l'installation, notamment vis à vis des
dépenses énergétiques, par un meilleur rendement
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thermodynamique, et aussi en ce qui concerne la
maintenance, par la réduction du nombre d'appareils de
l'installation du fait de la combinaison de deux circuits
de réfrigération en un seul. Ainsi, les opérations de
maintenance sont simplifiées, la durée de la
détermination des causes de défaillance de l'installation
est réduite, et par conséquent, un arrêt éventuel de la
production sera moins long que lors de l'utilisation
d'installations utilisant un procédé selon l'art
antérieur.
Selon un premier aspect du procédé de l'invention,
la première fraction peut être refroidie dans un premier
échangeur, détendue pour donner une premiêre fraction
détendue, puis réchauffée dans le premier échangeur, pour
être ensuite introduite à un étage à basse pression d'un
compresseur.
Selon le premier aspect du procédé de l'invention,
la seconde fraction peut être refroidie dans le premier
échangeur puis dans un second échangeur, détendue puis
réchauffée dans le second échangeur, et mélangée à la
première fraction détendue.
Selon le premier aspect du procédé de l'invention,
une troisiême fraction peut être prélevée de la première
fraction après son refroidissement dans le premier
échangeur thermique, et la troisième fraction peut être
détendue et réchauffée dans le premier échangeur pour
fournir une quatrième fraction détendue et réchauffée qui
peut être introduite à un étage à moyenne pression du
compresseur.
Selon le premier aspect du procêdé de l'invention,
une cinquième fraction gazeuse peut être prélevée sur des
fluides en cours de compression dans le compresseur (K1)
à une pression moyenne légèrement supérieure à celle de
la quatrième fraction détendue et réchauffée, puis être
refroidie et détendue à la même pression que ladite
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quatrième fraction pour être ensuite mélangée avec cette
dernière.
Selon un second aspect du procédé de l'invention,
les premier et second fluides réfrigérants peuvent être
utilisés en mélange avec un troisième fluide réfrigérant.
Selon le second aspect du procédé de l'invention,
les fluides réfrigérants peuvent être le méthane,
l'éthylène et le propane.
Selon un troisième de ses aspects, l'invention
concerne un gaz enrichi en méthane et un produit enrichi
en éthane obtenus par le présent procédé ainsi qu'un
produit enrichi en hydrocarbures en C2 et supérieurs,
obtenu par le présent procédé.
Selon un quatrième de ses aspects, l'invention
concerne une installation de récupération d'éthane
contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane
et des hydrocarbures en CZ et supérieurs, mettant en
ouvre, en particulier, un cycle de réfrigération à
composants multiples, cette installation utilisant un
cycle réfrigérant et comprenant des moyens pour
comprimer, refroidir et détendre un premier fluide
réfrigérant relativement moins volatil, des moyens pour
refroidir, au moyen du premier fluide réfrigérant, ledit
gaz sous pression à séparer ou des premiers produits de
sêparation à une première température relativement haute,
et des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un
second fluide réfrigérant relativement plus volatil, des
moyens pour refroidir, au moyen du second fluide
réfrigérant, au moins des seconds produits de séparation
dudit gaz sous pression à une seconde température
relativement basse, caractérisée en ce que les premier et
second fluides réfrigêrants sont utilisés en mélange
lorsqu'ils sont comprimês et refroidis, et en ce que
cette installation comprend des moyens pour soumettre ce
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mélange à une séparation en une première fraction
contenant essentiellement le premier fluide relativement
moins volatil, et en une seconde fraction contenant
essentiellement le second fluide relativement plus
5 volatil, le premier fluide réfrigérant étant utilisé sous
la forme de la première fraction pour réaliser le
refroidissement, à la première température relativement
haute, et le deuxième fluide réfrigérant étant utilisé
sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le
refroidissement à la deuxième tempêrature relativement
basse.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts,
caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
qui va suivre en se référant aux dessins schématiques
annexés, donnês uniquement à titre d'exemple non
limitatif et dans lesquels:
- La figure 1 représente un schéma synoptique
fonctionnel d'une installation conforme à un mode de
réalisation de l'art antérieur;
- La figure 2 représente un schéma synoptique
fonctionnel d'une installation conforme à un mode de
réalisation préféré de l'invention.
Sur ces deux figures, on peut notamment lire les
symboles « FC » qui signifie « contrôleur de dêbit »,
« GT » qui signifie « turbine à gaz », « LC » qui
signifie « contrôleur de niveau de liquide », « PC » gui
signifie « contrôleur de pression », « SC » qui signifie
« contrôleur de vitesse » et « TC » qui signifie
« contrôleur de température ».
Par souci de clarté et de concision, les conduites
utilisées dans les installations des figures 1 et 2
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seront reprises par les mêmes signes de référence que les
fractions gazeuses qui y circulent.
En se rapportant à la figure 1, l'installation
représentée est destinée à traiter un gaz de charge sec,
en particulier pour en isoler une fraction composée
principalement de méthane essentiellement exempte
d'hydrocarbures en CZ et supérieurs d'une part, et une
fraction composée principalement d'éthane et d'autres
hydrocarbures en CZ et supérieurs essentiellement exempte
de mêthane, d'autre part.
Cette installation présente trois circuits
indépendants. Un premier circuit correspond au trajet
effectué par un gaz à purifier, un second circuit
correspond au cycle de refroidissement d'une unité de
réfrigération dont le fluide réfrigérant est l'éthylène,
et un troisième circuit correspond au cycle de
refroidissement d'une unité de réfrigération dont le
fluide réfrigérant est le propane.
Plus précisément, dans le premier circuit, un gaz de
charge 1, disponible à 15°C et 18 bar, avec un débit de
3903 kmol/h est refroidi dans un échangeur El pour
fournir un gaz refroidi 302 à moins 17, 52°C et 17, 8 bar.
Ce dernier est encore refroidi dans un second échangeur
E2, pour fournir un fluide refroidi 303 à moins 30,00°C
et 17,6 bar, partiellement condensé. Le flux 1 est
composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 24,3 % de
méthane, 74,4 % d'éthane et 1,2 % de propane.
Le fluide 303 est alors introduit dans un ballon V1
où il subit une séparation de ses constituants liquide et
gazeux .
La phase gazeuse, flux 304, disponible avec un débit
de 2219 kmol/h est refroidie à moins 60°C et
partiellement condensée dans un échangeur E3, pour
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fournir un fluide 305 à 17,4 bar. Ce fluide 305 alimente
une colonne de distillation T1 dans sa partie supérieure.
La phase liquide, flux 306, disponible avec un débit
de 1684 kmol/h est pompée par une pompe P1, circule dans
une conduite comportant une vanne commandée 321 dont
l'ouverture dépend d'un contrôleur de niveau de liquide
présent dans le ballon V1, pour fournir un flux 307 à
moins 29,8°C et 19,6 bar. Ce dernier est alors introduit
dans une partie médiane de la colonne de distillation T1.
La colonne T1 produit en tête une vapeur 308 â moins
65,79°C et 17,2 bar, disponible à un débit de 1358
kmol/h, qui est refroidie dans un échangeur E4, pour
fournir un fluide partiellement condensé 309 à moins 90°C
et 17,0 bar. Ce dernier est ensuite séparé dans un ballon
V2 en une fraction gazeuse 310 à raison de 971 kmol/h qui
est composée de 0,1 % de dioxyde de carbone, 94,9 % de
méthane et de 5, 0 % d' éthane, et en une fraction liquide
311 à raison de 387 kmol/h qui est composée de 0,4 % de
dioxyde de carbone, 47,6 % de méthane et de 52,0
d'éthane, qui est pompée par une pompe P2 vers une
conduite 312. Cette conduite 312 comporte une vanne à
ouverture commandée 322 dont l'ouverture dépend du débit
dans cette même conduite.
La fraction liquide transportée dans la conduite 312
est ensuite introduite au dernier étage de la colonne T1.
La fraction gazeuse 310 issue du ballon V2 à une
température de moins 90,0°C, circule dans un échangeur
thermique E6 pour fournir une fraction réchauffée 313 à
moins 35,0°C, cette fraction 313 circule ensuite dans un
échangeur thermique E7 pour fournir une fraction
réchauffée 326, pour ensuite passer dans une vanne à
ouverture commandée 317, dont l'ouverture dépend de la
pression dans la conduite 326. En sortie de vanne 317, le
produit est collecté dans une conduite de distribution
320 â 20,0°C et quitte l'installation.
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La colonne de distillation T1 comporte dans sa
partie basse plusieurs plateaux qui sont reliés deux à
deux par des circuits de réchauffage dont deux sont
représentés. Ce sont les circuits 315, 316 et 318, 319.
Chacun de ces circuits de réchauffage constitue un
rebouilleur latéral pour le circuit 315, 316, et un
rebouilleur de fond de colonne pour le circuit 318, 319.
Le fluide en circulation dans la conduite 315, à un
débit de 3000 kmol/h et à une température de moins
20,26°C est réchauffé dans l'échangeur thermique E1, par
échange de chaleur avec le gaz de charge 1 pour fournir
un fluide réchauffé 316 à moins 16,61°C qui est. ensuite
introduit sur un plateau inférieur au plateau oü
s'effectue le soutirage du fluide 315. La régulation de
la température de circulation de fluide dans ce circuit
315, 316 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture
commandée 323, positionnée sur une canalisations de
dérivation du circuit 315, 316 qui ne passe pas dans
l'échangeur E1. L'ouverture de cette vanne 323 est
commandée par un contrôleur de température connecté sur
la conduite 302.
De façon analogue, le fluide en circulation dans la
conduite 318 à un débit de 3341 kmol/h et â une
température de moins 16,15°C, qui est située sur un étage
inférieur à l'étage d'introduction du fluide réchauffé
316, est réchauffé dans un échangeur thermique E5, par
échange de chaleur avec un fluide réfrigérant constitué
de propane, pour fournir un fluide réchauffé 319 à moins
14,87°C. Ce dernier est introduit sur un plateau
inférieur au plateau où s'effectue le soutirage du fluide
318. La régulation de la température de circulation de
fluide dans ce circuit 318, 319 est effectuée à l'aide
d'une vanne à ouverture commandée 324, positionnée sur
une canalisation de dérivation du fluide rëfrigérant
transporté dans des conduites 220, 221, qui ne passe pas
dans l'échangeur E5. L'ouverture de cette vanne 324 est
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commandée par un contrôleur de température connecté sur
la conduite 319.
Enfin, le liquide résiduel obtenu en fond de la
colonne T1, qui est enrichi en hydrocarbures en CZ et
supérieurs, est soutiré à une température de moins
14,87°C et une pression de 17,4 bar à raison de 2932
kmol/h par une conduite 314. Celle-ci comporte une vanne
325 dont l'ouverture est commandée par un contrôleur de
niveau de liquide en fond de colonne T1.
Dans le second circuit, qui correspond au cycle de
refroidissement d'une unité de réfrigération dont le
fluide réfrigérant est l'éthylène, un flux d'éthylène
liquide 100 d'un débit de 2570 kmol/h à une température
de moins 30°C et une pression de 19,58 bar, est soutiré
d'un ballon de stockage V5. Ce flux 100 est divisé en .
(a) un premier flux 117 d'un débit de 1993 kmol/h
qui est détendu à 6,79 bar et refroidi à moins 63°C par
passage dans une vanne 120 pour fournir un flux 101 qui
est mélangé à un flux 104 pour donner un flux 102 qui
alimente l'échangeur E3 en éthylène de réfrigération.
L'ouverture de la vanne 120 est commandée par un
contrôleur de niveau de liquide dans l'échangeur E3.
(b) un second flux 114 d'un débit de 577 kmol/h qui
est détendu à 18,58 bar et refroidi à moins 80°C dans
l'échangeur E6 pour donner un flux réchauffé 115.
Les 577 kmol/h du flux 115 sont divisées en
(a) 417 kmol/h qui constituent un premier flux 116
qui est détendu à 1,83 bar et refroidi à moins 93°C par
passage dans une vanne 121 pour fournir un flux 106 qui
alimente l'échangeur E4 en éthylène de réfrigération.
L'ouverture de la vanne 121 est commandée par un
contrôleur de niveau de liquide contenu dans l'échangeur
E4. De plus, ce contrôleur de niveau de liquide est
asservi par un autre contrôleur de niveau de liquide
contenu dans le ballon séparateur V2.
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(b) 160 kmol/h qui constituent un second flux qui
circule dans une conduite 105 munie d'une vanne 122, dont
l'ouverture dépend du débit dans la conduite 105, pour
donner un flux 104 à moins 79,62°C et 6,79 bar. Ce flux
5 104 est mélangé au flux 101 pour donner un flux 102,
préalablement à son introduction dans l'échangeur E3.
La vaporisation de l'éthylène contenu dans
l'échangeur E4 permet de refroidir le flux 8 provenant de
10 la tête de la colonne T1. L'éthylène vapeur ainsi obtenu,
flux 107 à moins 93°C et 1,83 bar, est dirigê vers
l'étage basse pression du compresseur K1, en passant par
le ballon d'aspiration V3.
La vaporisation de l'éthylène contenu dans
l'échangeur E3 permet de refroidir le flux 4 provenant du
ballon V1. L'éthylène vapeur ainsi obtenu, flux 103 à
moins 62,83°C et 6,79 bar, est dirigé vers l'étage
moyenne pression du compresseur K1, en passant par le
ballon d'aspiration V4.
L'éthylène comprimé obtenu en sortie de K1 fournit
un fluide 112 à 17,75°C et 20,6 bar avec un débit de 2570
kmol/h, qui est refroidi et condensé par passage
successif dans l'échangeur E8 pour donner une fraction
118 à moins 7°C et 20,1 bar, puis l'échangeur E9 pour
donner une fraction 119 à moins 30°C et 19,6 bar, pour
ensuite alimenter le ballon V5 en éthylène liquide.
Dans le troisième circuit, qui correspond au cycle
de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le
fluide réfrigérant est le propane, un flux de 4340 kmol/h
de propane liquide sous pression 220 est soutiré d'un
ballon de stockage V6 à 42°C et 18 bar. Ce flux 220 est
refroidi dans l'échangeur E5 par échange de chaleur avec
le liquide circulant dans les conduites 18, 19 pour
fournir un fluide refroidi 221 à 33,64°C et 17,5 bar. En
parallêle du circuit de refroidissement passant par
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l'échangeur E5, une conduite comportant une vanne 24
permet de réguler les échanges d'énergie au sein de E5.
Les 4340 kmol/h du fluide refroidi 221 sont ensuite
séparées en deux flux .
- un premier flux 200 de 4030 kmol/h qui est détendu
par passage dans une vanne 226 pour fournir un flux 201 à
3,46 bar et moins 10°C. L'ouverture de la vanne 226 est
contrôlée par un contrôleur de niveau de liquide contenu
dans l'échangeur E8. Le flux 201 alimente l'échangeur E8
en propane de réfrigération.
- un deuxiëme flux 222 de 310 kmol/h qui est
refroidi dans l'échangeur E7 pour donner le flux 223 à
moins 25°C.
Le flux 223 est détendu par passage dans une vanne
229 dont l'ouverture est contrôlée par le débit dans la
conduite, pour donner un flux détendu 224 à 1,48 bar.
Le flux de propane 201 qui est introduit dans
l'échangeur E8 est partiellement vaporisé pour donner une
phase vapeur 203 à raison de 1387 kmol/h et une phase
liquide 204 à raison de 2643 kmol/h. Ce flux 204 est
partagé en deux flux .
- 1700 kmol/h qui constituent un flux 205 qui est
détendu par passage dans une vanne 227 dont l'ouverture
dépend du niveau de liquide contenu dans l'échangeur E9,
pour fournir un flux 206 à 1,48 bar et moins 33°C qui
alimente l'échangeur E9 en propane de réfrigération,
- 943 kmol/h qui constituent un flux 208 qui est
détendu par passage dans une vanne 228 dont l'ouverture
dépend du niveau de liquide contenu dans l'échangeur E2,
pour fournir un flux 225 à 1,48 bar et moins 33°C à qui
alimente l'échangeur E2 en propane de réfrigération.
Les flux 225 et 224 sont réunis préalablement à leur
introduction dans l'échangeur E2 pour donner un flux 209.
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La vaporisation du propane dans l'échangeur E2
permet de refroidir et de condenser partiellement le flux
2. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 210 à moins 33°C
et 1,48 bar, est mélangé à un flux gazeux 207 issu de
l'échangeur E9 pour donner un flux 211 qui est envoyé
d'abord dans un ballon d'aspiration V7, puis est dirigé
vers l'étage basse pression d'un compresseur K2.
La vaporisation du propane dans l'échangeur E9
permet de refroidir et de condenser partiellement le flux
118. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 207 à moins
33°C et 1,48 bar, est mélangé au flux gazeux 210 issu de
l'échangeur E9 pour donner le flux 211 qui est envoyé
d'abord dans le ballon d'aspiration V7, puis est dirigé
vers l'étage basse pression du compresseur K2.
La vaporisation du propane dans l'échangeur E8
permet de refroidir et de condenser partiellement le flux
112. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 203 à moins
10°C et 3,46 bar, est d'abord envoyé dans le ballon
d'aspiration V8, puis est dirigé vers l'étage moyenne
pression du compresseur K2.
Le compresseur K2 fournit un flux 217 de propane
comprimé gazeux chaud à 78,02°C et 18,6 bar, à un débit
de 4340 kmol/h. Ce flux 217 est refroidi dans un premier
échangeur E10 pour fournir un flux refroidi 218 à 52,36°C
et 18,3 bar, puis dans un second échangeur E11 pour
fournir un flux liquide 219 à 42°C et 18,0 bar. Ce
dernier est alors stocké dans le ballon V6.
En se rapportant maintenant à la figure 2,
l'installation représentée est destinée à traiter un gaz
de charge sec, en particulier pour en isoler une fraction
composée principalement de méthane essentiellement
exempte d'hydrocarbures en CZ et supérieurs d'une part, et
une fraction composée principalement d'éthane et d'autres
hydrocarbures en Cz et supérieurs essentiellement exempte
de méthane, d'autre part.
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Cette installation présente deux circuits
indépendants. Un premier circuit correspond au trajet
effectué par un gaz à purifier, un second circuit
correspond au cycle de refroidissement d'une unitê de
réfrigération dont le fluide réfrigérant est un mélange
d'au moins trois produits différents qui peuvent être
notamment le propane, l'éthylène, et le méthane.
Plus précisément, dans le premier circuit, un gaz de
charge 1, disponible à 15°C et 18 bar, avec un débit de
3903 kmol/h est refroidi à moins 60°C et 17,7 bar.dans un
échangeur E1, qui est ici un échangeur à plaques, pour
fournir un gaz refroidi 303. Ce dernier alimente une
colonne de distillation T1 dans sa partie supérieure. Le
flux 1 est composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 24,3
de méthane, 74,4 % d'éthane et 1,2 % de propane.
De la même façon que dans le procédé décrit en
figure 1, la colonne T1 produit en tête une vapeur 308, à
moins 66,21°C et 17,0 bar, à un débit de 1342 kmol/h, qui
est refroidie dans un échangeur E2, pour fournir un
fluide partiellement condensé 309. Les flux 308 et 309
sont composés de 0 , 16 % de dioxyde de carbone , 81, 8 % de
méthane et de 18,0 % d'éthane. Le flux 309 est ensuite
séparé dans un ballon V2 en une fraction gazeuse 310, et
en une fraction liquide 311. Cette fraction liquide 311,
est transportée par gravité dans une conduite qui
comporte une vanne à ouverture commandée 322 dont
l'ouverture dépend du niveau de liquide dans le ballon
V1.
La fraction liquide 311 est alors introduite au
dernier étage de la colonne T1.
La fraction gazeuse 310 issue du ballon V2 est
composée de 0,1 % de dioxyde de carbone, 94,9 % de
méthane et de 5,0 % d'éthane. Celle-ci entre dans un
échangeur thermique E2 à moins 90°C pour fournir une
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fraction réchauffée 326 à moins 70°C, puis passe
successivement dans l'échangeur E1 et dans une vanne à
commandée 317 dont l'ouverture dépend de la pression dans
la conduite 326. En sortie de vanne 317, le produit est
collecté dans une conduite de distribution 320 à 39°C et
quitte l'installation.
La colonne de distillation T1 comporte dans sa
partie basse plusieurs plateaux qui sont reliés deux à
deux par des circuits de réchauffage dont deux sont
représentés. Ce sont les circuits 315, 316 et 318, 319.
Chacun de ces circuits de réchauffage constitue un
rebouilleur latéral pour le circuit 315, 316, et un
rebouilleur de fond de colonne pour le circuit 318, 319.
Le fluide en circulation dans la conduite 315 à un
débit de 1000 kmol/h et une température de moins 40,7°C
est réchauffé dans l'échangeur thermique E1 pour fournir
un fluide réchauffé 316 à moins 19,14°C. Celui-ci est
ensuite introduit sur un plateau inférieur au plateau où
s'effectue le soutirage du fluide 315. La régulation de
la température de circulation de fluide dans ce circuit
315, 316 est effectuée à l'aide d'une vanne â ouverture
commandée 323, positionnée sur une canalisations de
dérivation du circuit 15, 16 qui ne passe pas dans
l'échangeur E1. L'ouverture de cette vanne 323 est
commandée par un contrôleur de tempêrature connecté sur
la conduite 316 en aval de la zone de mélangeage des
fluides circulant dans la conduite 316 et la conduite de
dérivation comportant la vanne 323.
De façon analogue, Le fluide en circulation dans la
conduite 318 â un débit de 3790 kmol/h et une température
de moins 17,36°C est réchauffé dans l'échangeur thermique
E1 pour fournir un fluide réchauffé 319 à moins 14,94°C.
Ce dernier est ensuite introduit sur un plateau inférieur
au plateau où s'effectue le soutirage du fluide 318. La
régulation de la température de circulation de fluide
dans ce circuit 318, 319 est effectuée à l'aide d'une
vanne à ouverture commandée 324, positionnée sur une
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canalisations de dérivation du circuit 315, 316 qui ne
passe pas dans l'échangeur El. L'ouverture de cette vanne
324 est commandée par un contrôleur de température
connecté sur la conduite 316 en aval de la zone de
5 mélangeage des fluides circulant dans la conduite 319 et
la conduite de dérivation comportant la vanne 324.
Enfin, le liquide résiduel obtenu en fond de la
colonne T1, qui est enrichi en hydrocarbures en Cz et
supérieurs, est soutiré par une conduite 314 qui comporte
10 une vanne 325 dont l'ouverture est commandée par un
contrôleur de niveau de liquide en fond de colonne T1. Ce
liquide, disponible à moins 14,94°C et 17,4 bar est
composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 1 % de méthane,
97,4 % d'éthane et de 1,5 % de propane.
Dans le second circuit, qui correspond au cycle de
refroidissement d'une unité de réfrigération dont le
fluide réfrigérant est un mélange d'au moins trois
produits, un mélange réfrigérant 13 composé de 5 % de
méthane 12, 25 % d'éthylène 3, et 70 % de propane 2, à
une température de 42°C et à une pression de 27,79 bar,
et dont le débit est de 3970 kmol/h, est séparé dans un
ballon V2 en une première fraction 4 contenant
essentiellement le premier fluide moins volatil 2 et en
une seconde fraction 5 contenant essentiellement le
second fluide plus volatil 3 et le troisième fluide plus
volatil 12.
Le flux 5, qui constitue la phase vapeur du ballon
séparateur V2, qui est composé de 9,8 % de méthane, 36,3
% d'éthylène et de 53,9 % de propane, et dont le débit
est de 1469 kmol/h, est refroidi et condensé dans
l'échangeur E1 pour donner un flux 14 disponible à moins
60°C.
Le flux 14 est ensuite refroidi dans un échangeur E2
pour donner un flux 15 disponible à moins 90°C et 27,1
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bar. Ce flux 15 est détendu dans une vanne 16 pour
fournir un flux 17 à une pression de 2,3 bar et à une
température de moins 96°C. L'ouverture de la vanne 16 est
régulée par un contrôleur de température dans la conduite
310.
Le flux 17 est réchauffé dans l'échangeur E2 et se
vaporise partiellement afin d'assurer les besoins en
réfrigération de l'échangeur E2, pour fournir le flux 18
à une température de moins 67,9°C et une pression de 2,2
bar en sortie d'échangeur.
Le flux 4, qui constitue la phase liquide du ballon
séparateur V2, est composé de 2,2 % de méthane,.18,3 %
d'éthylène et de 79,5 % de propane, dont le débit est de
2501 kmol/h, est refroidi dans l'échangeur E1 pour donner
un flux 19 disponible à moins 60°C.
Le flux 19 est ensuite séparé en deux flux .
- Un flux 8, dont le débit est de 1000 kmol/h, est
détendu à 8,1 bar par passage dans une vanne 20, pour
donner un flux 21. Ce dernier est vaporisé et réchauffé
dans l'échangeur E1 pour donner un flux 9 à une
température de 38,5°C et une pression de 7,8 bar.
- Un flux 22, dont le débit est de 1501 kmol/h, est
détendu â 2 , 2 bar dans une vanne 23 , puis est mêlangé au
flux 18 pour donner le flux 6. Ce dernier, disponible à
une température de moins 64,93°C et une pression de 2,2
bar, composé de 6,0 % de méthane, 27,2 % d'éthylène et
66,8 % de propane, est vaporisé et réchauffé dans
l'échangeur E1 pour fournir un flux 7 disponible à 38,5°C
et 1,9 bar.
Le flux 7 est dirigé vers l'étage basse pression
d'un compresseur K1, en passant par un ballon
d' aspiration V3 . Un flux 11, issu du compresseur K1 à un
débit de 2970 kmol/h qui correspond à la totalité du flux
7 entrant à l'êtage basse pression du compresseur, est
introduit dans un échangeur à eau E11 à une pression de
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8,0 bar et une température de 113,75°C pour produire un
flux refroidi 25 à 42,0°C et 7,7 bar.
Le flux 9 circule au travers d'un ballon
d'aspiration V4, puis est mélangé au flux 25 pour fournir
un flux 10 à un débit de 3970 kmol/h, à 41,01°C et 7,7
bar. Ce dernier flux 10 est introduit à un étage moyenne
pression du compresseur Kl.
Un flux 26 issu d'un étage à haute pression du
compresseur K1 à un débit de 3970 kmol/h, 111,66°C et
28, 39 bar, est refroidi dans un échangeur à eau E10 pour
donner un flux 27 à 54,36°C. Ce flux 27 es.t enfin
refroidi à 42,0°C dans un échangeur à eau E12 pour donner
le flux 13.
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Les performances des deux procédés sont maintenant
données par le moyen de tableaux comparatifs.
Comparaison des puissances des compresseurs (kW):
(Les puissances sont basées sur des rendements
polytropiques de 82 %)
Procd Procd selon
conventionnel l'invention
(figure 1) (figure 2)
Compresseur 2124
d'thylne
Compresseur de 7406
propane
Compresseur de
rfrigrant en 8708
mlange
Total 9530 8708
Le procédê selon l'invention permet un gain de
puissance de 9,4 %
Comparaison des échangeurs à eau de réfrigêration:
Procd Procd
conventionnel de l'invention
Echangeur Chaleur MTD Surface Chaleur MTD Surface
eau change (C) d'change change (C) d'change
(kW) (m2) (kW) (mz)
E10 3239 22,1 293 5989 35,2 341
E11 16426 8,88 3700 4451 24,4 365
E12 8211 6,88 2388
Total 19665 3993 18651 3094
La surface des échangeurs à eau de réfrigération du
procédé selon l'invention est inférieure de 29 % à celle
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du procédé conventionnel. La consommation d'eau est plus
faible de 5,4 % pour le procédé de l'invention.
Comparaison des échangeurs cryogéniques:
Procd Procd
conventionnel de l'invention
Echangeur Chaleur MTD Surface Chaleur MTD Surface
change (C) d'change change (C) d'change
(kW) (m2) (kW) (m2)
E1 2000 11,2 357 30100 7,27 8286
E2 5658 6,74 1679 2367 3,49 1356
E3 5514 15,7 702
E4 1397 11,4 245
E5 1258 53,2 47
E6 606 8,59 141
E7 570 12,4 595
E8 929 11,0 169
E9 7500 3,75 4000
Total 25432 7935 32467 9642
Le procédé conforme à l'invention utilise une
surface totale d'échange plus importante de 21 % par
rapport au procédé connu. Cependant, le coût de ces
échangeurs est plus faible.
Comparaison du nombre d'équipements:
Procd Procd de
conventionnel l'invention
Echangeurs cryogniques 9 2
Echangeurs eau 2 3
Ballons 8 4
Colonne 1 1
Compresseurs 2 1
Pompes 2 0
Total 24 11
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Le procédé de l'invention ne comporte que 11
équipements au lieu de 24 pour le procédé connu.
Comparaison du nombre de chaînes de contrôle:
5
Procd Procd de
conventionnel l'invention
Contrle de dbit 3 1
Contrle de niveau 7 2
Contrle de temprature 2 4
Contrle de pression 1 1
Total 13 8
Le nouveau procédé possède 8 chaînes de contrôle au
lieu de 13 pour le procédé conventionnel.
10 L'invention présente donc un intérêt pour la
limitation des , dépenses énergétiques lors de la
production de gaz purifiés. Ce but est atteint tout en
permettant une grande sélectivité de séparation du
méthane et des autres constituants lors de la mise en
15 aeuvre du procédé.
Ainsi, les résultats obtenus par l'invention
procurent des avantages importants constitués par une
simplification et une économie substantielles dans la
20 réalisation et la technologie des équipements et des
méthodes de leur mise en oeuvre ainsi que dans la qualité
des produits obtenus par ces méthodes.
