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Title:
HYBRID METHOD FOR LIQUEFYING A FUEL GAS AND FACILITY FOR IMPLEMENTING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/103535
Kind Code:
A4
Abstract:
The present invention relates to a method for liquefying a fuel gas with a high methane content, which is a method that is a hybrid between an expansion method and a conventional open-cycle method. More specifically, the method according to the invention first of all compresses the cold medium then, in a first stage, uses the vaporisation thereof as cooling power and in a second stage expands to generate additional cold. The present invention also relates to a method for implementing the method according to the invention.

Inventors:
BENOIT, Laurent (136 rue Championnet, Paris, 75018, FR)
FAURE-BRAC, Denis (5 rue François Jacob, Rueil Malmaison, 92500, FR)
TORRES-MANSILLA, Anna (8 rue Masseran, Paris, 75007, FR)
DROUET, Emeline (14 rue Envierges, Paris, 75020, FR)
Application Number:
FR2016/053523
Publication Date:
August 10, 2017
Filing Date:
December 16, 2016
Export Citation:
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Assignee:
ENGIE (1 Place Samuel De Champlain, Courbevoie, 92400, FR)
International Classes:
F25J1/00; F25J1/02
Attorney, Agent or Firm:
NOVAGRAAF TECHNOLOGIES (Bâtiment O2, 2 rue Sarah BernhardtCS, 92665 Asnières-Sur-Seine Cedex, 92665, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS MODIFIÉES

reçues par le Bureau international le 12.Jun.2017 (12.06.2017)

1. Procédé de liquéfaction d'un gaz combustible comprenant majoritairement du méthane, dans lequel ledit gaz combustible circule dans un circuit primaire (12) depuis une source de gaz combustible (1) vers un réservoir pour gaz liquéfié (2), et un réfrigérant constitué d'azote se trouvant à l'état liquide ou au moins partiellement vaporisé circule dans un circuit secondaire (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 refroidi de la température ambiante To à une température de pré-refroidissement ΤΊ supérieure à la température de rosée T2 du gaz combustible, cette phase de pré-refroidissement étant réalisée par échange thermique avec l'azote se trouvant à l'état vaporisé et à basse pression et 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 combustible à la sortie de la zone d'échange thermique

(100) de pré-refroidissement, en deux sous-flux de débits respectifs nu et m2=m-mi, cette première phase de redistribution (1050) étant réalisée dans une première zone de distribution intermédiaire (150) , puis

• une phase de refroidissement (2000) au cours de laquelle le gaz combustible est refroidi depuis la température de pré-refroidissement ΤΊ jusqu'à la température de rosée T2 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 nu dans l' échangeur thermique (20) et injecter (2002) le sous-flux de gaz de débit m2 dans l'échangeur annexe (21), l'azote vaporisé circulant à contre-courant du flux de gaz combustible dans chacun des échangeurs (20, 21) de la zone d'échange thermique (200) de refroidissement ,- o à la température de rosée T2 du gaz combustible, réunir (2003) en un seul flux de débit m les deux sous-flux de gaz combustible de débits respectifs nu et m2 sortant respectivement de chacun des échangeurs (20, 21) de 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) ; 36

• 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 T3 jusqu'à une température de sous-refroidissement T4, 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 l'azote 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 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 respectifs η¾ 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 turbine (22) l'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

en ce que la phase de liquéfaction complète (3000) comprend en outre des étapes intermédiaires supplémentaires (3004, 3005, 3006, 3007) entre la température de rosée T2 du gaz combustible et la température T3 : 37 on injecte (3004) le sous-flux de débit ni3 dans 1 ' échangeur thermique (30) de la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction pour le liquéfier complètement et le refroidir jusqu'à la température T3, en y faisant circuler à contre-courant l'azote au moins partiellement vaporisé sortant de la zone d'échange thermique (400) de sous-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 T3, 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 débits respectifs m3 et m4 sortant respectivement de chacun des échangeurs thermiques (30, 31) de la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction, pour les réinjecter dans la zone d'échange thermique (400) de sous- refroidissement .

2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel : le débit mi du sous-flux de gaz combustible injecté dans l' échangeur thermique (20) de la zone d'échange thermique (200) de refroidissement représente au moins 80%, et de préférence au moins 85% du débit initial m de gaz combustible ; et

le débit η¾ du sous-flux de gaz combustible injecté dans l' échangeur thermique (30) de la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction représente au moins 38

60% du débit initial m de gaz combustible, et au plus la valeur de mi .

3. Procédé 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 .

4. Procédé selon la revendication 1, selon lequel l'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 turbine (22), à une pression égale ou inférieure à 0,2 MPa.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le gaz à liquéfier contient du méthane en une proportion molaire d'au moins 80%.

6. Installation de liquéfaction d'un gaz combustible pour la mise en œuvre du procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ladite 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, 400) disposées en cascade pour refroidir et liquéfier le gaz combustible circulant dans le circuit primaire (12), chacune desdites zones thermiques (100, 200, 300, 400) étant traversée par les circuits primaire (12) et secondaire (34) disposés de manière que le gaz combustible et l'azote y circulent à contre-courant selon la configuration suivante : 39 une zone d'échange thermique (100) de prérefroidissement comprenant au moins un 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 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 d'échange thermique (100) de pré- refroidissement , le gaz combustible en deux sous-flux de débits respectifs nu et et à les injecter respectivement dans l' échangeur thermique (20) et l' échangeur annexe (21) de la zone d'échange thermique (200) de refroidissement ,

- une zone d'échange thermique (300) de liquéfaction comprenant au moins un échangeur thermique (30) , et

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 :

un échangeur thermique annexe (31) dans la zone d'échange thermique (300) de liquéfaction, - une turbine (22) disposée, dans le circuit secondaire (34), entre la sortie de l'échangeur thermique (20) de la zone d'échange thermique 40

(200) de refroidissement et l'entrée de l' 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 (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), 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 échangeurs thermiques (20, 21) de 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 1' 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 1 ' échangeur thermique annexe (31) à contre-courant du sous-flux de gaz de débit nu .