La présente invention concerne, de façon générale et selon un premier de ses aspects, un procédé de séparation permettant de séparer les constituants du gaz naturel en une première fraction de gaz, riche en méthane et essentiellement dépourvue d'hydrocarbures en C2 et supérieurs, et une-seconde fraction de gaz, riche en hydrocarbures en C2 et supérieurs et essentiellement dépourvue de méthane.

Plus précisément, l'invention concerne, selon son premier aspect, un procédé de séparation d'un mélange refroidi sous pression contenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, en une fraction finale légère enrichie en méthane et une fraction finale lourde enrichie en hydrocarbures en C2 et supérieurs, comprenant une première étape (I) dans laquelle (Ia) on sépare le mélange refroidi sous pression, dans un premier ballon, en une première fraction de tte relativement plus volatile, et une première fraction de pied relativement moins volatile, dans laquelle (Ib) on introduit la première fraction de pied dans une partie médiane d'une colonne de distillation, dans laquelle (Ic) on collecte, dans une partie basse de la colonne, en tant que seconde fraction de pied, la fraction finale lourde enrichie en hydrocarbures en C2 et supérieurs, dans laquelle (Id) on introduit, après l'avoir détendue dans une turbine, la première fraction de tte dans une partie haute de la colonne de distillation, dans laquelle (Ie) on collecte, dans la partie haute de la colonne, une seconde fraction de tte enrichie en méthane, dans laquelle (If) on soumet ensuite la seconde fraction de tte, pour l'obtention de la fraction finale légère, à une compression et à un

refroidissement, et dans laquelle (Ig) on prélève de la fraction finale légère une première fraction de prélèvement, ce procédé comprenant une seconde étape (II). dans laquelle (IIa) on introduit la première fraction de prélèvement, après refroidissement et liquéfaction, dans la partie haute de la colonne de distillation.

Un tel procédé est connu de l'art antérieur. Ainsi, le brevet US-5881569 divulgue un procédé conforme au préambule décrit ci-dessus.

L'extraction de l'éthane contenu dans le gaz naturel peut tre réalisée à l'aide de procédés connus, comme décrit dans les brevets US-4140504, US-4157904, US- 4171964 et US-4278547. Bien que les procédés décrits dans ces brevets aient un intért certain, ils ne permettent d'obtenir, au mieux, dans la pratique, qu'un taux de récupération de l'éthane de l'ordre de 85%. Ils mettent en jeu des séparateurs liquide/gaz, des échangeurs thermiques, des détendeurs (habituellement sous la forme de turbines), des compresseurs et des colonnes de distillation.

Plus récemment, d'autres procédés ont été rendus publics, notamment par les brevets US-4649063, US- 4854955, US-5555748 et US-5568737. Si ces procédés plus récents peuvent permettre d'obtenir des rendements d'extraction assez satisfaisants en éthane et en autres hydrocarbures, ces procédés nécessitent, pour l'obtention de fractions enrichies en méthane ou en hydrocarbures en C2 et supérieurs, des dépenses énergétiques relativement importantes.

Dans ce contexte, la présente invention vise à réduire la consommation d'énergie lors de la production de fractions enrichies en méthane ou en hydrocarbures en C2 et supérieurs, tout en maintenant des rendements d'extraction très élevés par rapport aux procédés de l'art antérieur.

A cet effet, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne

le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre une troisième étape dans laquelle on soumet la première fraction de pied à une. pluralité de sous-étapes comprenant un réchauffage, un passage dans un second ballon, et une séparation en une troisième fraction de tte relativement plus volatile, et une troisième fraction de pied relativement moins volatile, dans laquelle on introduit la troisième fraction de pied dans la partie médiane de la colonne de distillation, et dans laquelle on introduit la troisième fraction de tte, après refroidissement et liquéfaction, dans la partie haute de la colonne de distillation.

Un autre procédé, comme décrit dans le brevet US- 5566554, utilise deux séparateurs liquide/gaz dont une fraction liquide recueillie en pied du premier séparateur est chauffée puis introduite dans un second séparateur.

Cette technique permet en particulier d'améliorer l'extraction du méthane contenu dans la fraction de pied issue du premier séparateur et surtout d'utiliser la détente de cette fraction de pied pour refroidir dans un échangeur thermique le flux de gaz naturel à traiter qui rentre dans l'installation.

En revanche, ce procédé connu ne permet pas d'obtenir une extraction poussée de l'éthane car la quantité de reflux générée par la technique est faible et la teneur en éthane de ce reflux est relativement forte.

La présente invention surmonte ces problèmes par la mise en oeuvre de deux moyens.

D'une part, l'invention prévoit la dérivation d'une partie de la fraction de tte de colonne riche en méthane et sa réintroduction au dernier étage de la colonne après compression et refroidissement. Cela permet d'obtenir un reflux en quantité suffisante et de qualité excellente, car la teneur en C2 est très basse, par exemple inférieure à 0,1 % mol.

D'autre part, l'invention prévoit la dérivation vers la colonne d'une partie de la première fraction de

tte issue du premier séparateur avant l'étape de détente dans la turbine. Cette deuxième fraction dérivée est refroidie et liquéfiée avant introduction dans la. colonne. Cette façon de procéder permet de limiter la quantité de gaz recyclé et liquéfié cité ci-dessus et de réduire les frais de compression afférents.

L'invention peut en outre prévoir qu'on prélève de la première fraction de tte une deuxième fraction de prélèvement, et qu'on introduise cette deuxième fraction de prélèvement, après refroidissement et liquéfaction, dans la partie haute de la colonne de distillation.

Selon un mode de réalisation possible de l'invention, la deuxième fraction de prélèvement est refroidie et partiellement condensée puis séparée dans un troisième ballon en une quatrième fraction de tte relativement plus volatile, qui est refroidie et liquéfiée puis introduite dans la partie haute de la colonne de distillation, et en une quatrième fraction de pied relativement moins volatile, qui est réchauffée puis séparée dans un quatrième ballon en une cinquième fraction de tte relativement plus volatile qui est refroidie et liquéfiée puis introduite dans la partie haute de la colonne de distillation, et une cinquième fraction de pied relativement moins volatile qui est réchauffée puis est envoyée dans le deuxième ballon.

L'invention peut en outre prévoir que la partie inférieure de la colonne de distillation comporte une pluralité d'étages reliés par paires à un ou une pluralité de rebouilleurs latéraux.

L'invention peut en aussi prévoir que la deuxième fraction de tte, pour l'obtention de la fraction finale légère, soit, après sortie de la colonne de distillation, successivement soumise à un réchauffage, à une première compression dans un premier compresseur couplé à la turbine de détente, à une seconde compression dans un second compresseur, et à un refroidissement.

L'invention peut aussi prévoir que la partie haute de la colonne de distillation comprenne au moins deux étages successifs dont le premier soit le plus bas et que la cinquième fraction de tête soit introduite au dessus du premier étage.

L'invention peut par ailleurs prévoir que la partie haute de la colonne de distillation comprenne au moins trois étages successifs dont le premier soit le plus bas et que la cinquième fraction de tte soit introduite au dessus du deuxième étage.

L'invention peut également prévoir que la partie haute de la colonne de distillation comprenne au moins deux étages successifs dont le premier soit le plus bas et que la deuxième fraction de prélèvement soit introduite au dessus du premier étage.

L'invention peut par ailleurs prévoir que la partie haute de la colonne de distillation comprenne au moins trois étages dont le premier soit le plus bas, dans laquelle on introduise la première fraction de prélèvement dans une partie basse du dernier étage, et que la troisième fraction de tte soit introduite en dessous du dernier étage.

L'invention peut enfin prévoir que la troisième fraction de tte soit introduite au premier étage de la partie haute de la colonne de distillation.

L'invention peut par ailleurs prévoir que la partie médiane de la colonne de distillation comprenne au moins deux étages successifs dont le premier soit le plus bas et dans laquelle la troisième fraction de pied soit introduite au moins au premier étage, et que la première fraction de tte soit introduite au dessus du premier étage.

Selon un second de ses aspects, l'invention concerne un gaz enrichi en méthane obtenu par le présent procédé ainsi qu'un gaz liquéfié enrichi en hydrocarbures en C2 et supérieurs, obtenu par le présent procédé.

Selon un troisième de ses aspects, l'invention concerne une installation de séparation d'un mélange refroidi sous pression contenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, en une fraction finale légère enrichie en méthane et une fraction finale lourde enrichie en hydrocarbures en C2 et supérieurs, comprenant des moyens pour effectuer une première étape (I) dans laquelle (Ia) on sépare ledit mélange refroidi sous pression, dans un premier ballon, en une première fraction de tte relativement plus volatile, et une première fraction de pied relativement moins volatile, dans laquelle (Ib) on introduit la première fraction de pied dans une partie médiane d'une colonne de distillation, dans laquelle (Ic) on collecte, dans une partie basse de la colonne, en tant que seconde fraction de pied, la fraction finale lourde enrichie en hydrocarbures en C2 et supérieurs, dans laquelle (Id) on introduit, après l'avoir détendue dans une turbine, la première fraction de tte dans une partie haute de la colonne de distillation, dans laquelle (Ie) on collecte, dans la partie haute de la colonne, une seconde fraction de tte enrichie en méthane, dans laquelle (If) on soumet ensuite la seconde fraction de tte, pour l'obtention de la fraction finale légère, à une compression et à un refroidissement, et dans laquelle (Ig) on prélève de la fraction finale légère une première fraction de prélèvement, cette installation comprenant des moyens pour effectuer une seconde étape (II) dans laquelle (IIa) on introduit la première fraction de prélèvement, après refroidissement et liquéfaction, dans la partie haute de la colonne de distillation, cette installation comprenant des moyens pour effectuer une troisième étape (III) dans laquelle (IIIa) on soumet la première fraction de pied à une pluralité de sous-étapes comprenant un réchauffage, un passage dans un second ballon, et une séparation en une troisième fraction de tte relativement plus volatile, et une troisième fraction de pied relativement

moins volatile, dans laquelle (IIIb) on introduit la troisième fraction de pied dans la partie médiane de la colonne de distillation, et dans laquelle (IIIc) on. introduit la troisième fraction de tte, après refroidissement et liquéfaction, dans la partie haute de la colonne de distillation.

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, donnés 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 possible de l'invention ; et La figure 2 représente un schéma synoptique fonctionnel d'une installation conforme à un autre mode de réalisation préféré de l'invention.

Sur ces deux figures, on peut notamment lire les symboles « FC » qui signifie « contrôleur de débit », « GT » qui signifie « turbine à gaz », « LC » qui signifie « contrôleur de niveau de liquide », « PC » qui 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 seront reprises par les mmes 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 naturel sec, en particulier pour en isoler une fraction composée principalement de méthane essentiellement exempte d'hydrocarbures en C2 et supérieurs d'une part, et une fraction composée principalement d'hydrocarbures en C2 et supérieurs essentiellement exempte de méthane, d'autre part.

Du gaz naturel sec 14 est d'abord séparé en une fraction 15 qui est refroidie dans un échangeur thermique E1, et en une fraction 16 qui est envoyée dans une. conduite. La circulation de la fraction 16 est régulée par une vanne commandée 17 dont l'ouverture varie en fonction de la température d'une fraction 45. A la sortie de l'échangeur El, la fraction 15 est mélangée à la fraction 16 pour donner une fraction 18 refroidie. La fraction 18 est alors introduite dans un ballon séparateur liquide/gaz B1 dans lequel cette fraction 18 est séparée en une première fraction de tte 3 relativement plus volatile, et une première fraction de pied 4 relativement moins volatile.

La première fraction de tte 3 est détendue dans une une turbine T1 pour fournir une fraction détendue 19 qui est introduite dans la partie médiane d'une colonne de distillation Cl. On collecte ensuite d'une part, dans une partie basse de la colonne de distillation C1, en tant que seconde fraction de pied 2, la fraction finale lourde 2 enrichie en hydrocarbures en C2 et supérieurs.

Cette fraction finale lourde 2 est transportée dans une conduite comportant une vanne à ouverture commandée 60 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide contenu en pied de la colonne Cl. D'autre part, on collecte dans une partie haute de la colonne de distillation C1, une seconde fraction de tte 5 enrichie en méthane. Cette seconde fraction de tte 5 est ensuite réchauffée dans l'échangeur E1 pour fournir la fraction réchauffée 20, puis est soumise à une première compression dans un premier compresseur Kl couplé à la turbine T1. pour fournir une fraction comprimée 21. La fraction 21 est alors soumise à une seconde compression dans un second compresseur K2 alimenté par une turbine à gaz dont la vitesse est régulée par un contrôleur de vitesse asservi à un contrôleur de pression connecté à la conduite véhiculant la deuxième fraction de tte 5, pour fournir une autre fraction comprimée 22. Cette dernière est

ensuite refroidie par de l'air dans un échangeur thermique Al pour fournir une fraction comprimée et refroidie 23.

La fraction 23 est alors divisée en une première fraction de prélèvement 6 et en une fraction finale légère 1 enrichie en méthane. La première fraction de prélèvement 6 est ensuite refroidie et liquéfiée dans l'échangeur thermique E1 pour donner une fraction refroidie 24 qui est véhiculée dans une conduite comportant une vanne commandée 25 à ouverture dépendant du débit, puis est introduite dans la partie haute de la colonne de distillation Cl.

On prélève de la première fraction de tte 3 une deuxième fraction de prélèvement 9 qu'on refroidit et liquéfie dans l'échangeur thermique E1 pour fournir une fraction refroidie 26. Cette dernière est véhiculée dans une conduite comportant une vanne commandée 27 à ouverture dépendant du débit, puis est introduite dans la partie haute de la colonne de distillation Cl.

La première fraction de pied 4 est transportée dans une conduite qui comporte une vanne commandée 28 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide dans le fond du ballon séparateur B1. La première fraction de pied 4 est alors réchauffée dans l'échangeur E1 pour fournir une fraction 29 réchauffée. La fraction 29 est alors introduite dans un ballon séparateur liquide/gaz B2 pour tre séparée en une troisième fraction de tte 7 relativement plus volatile, et une troisième fraction de pied 8 relativement moins volatile.

La troisième fraction de pied 8 est transportée dans une conduite qui comporte une vanne commandée 30 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide dans le fond du ballon séparateur B2. La troisième fraction de pied 8 est alors introduite dans la partie médiane de la colonne de distillation Cl. La troisième fraction de tte 7 est refroidie et liquéfiée dans l'échangeur El pour donner une'fraction refroidie 31. Cette dernière est véhiculée

dans une conduite comportant une vanne commandée 32 à ouverture contrôlée en fonction de la pression, puis est introduite dans la colonne de distillation C1.

La colonne de distillation Cl comporte dans sa partie basse plusieurs étages qui sont reliés deux à deux par des circuits de réchauffage 33,34,35 qui sont connectés individuellement à l'échangeur thermique E1.

Chacun de ces circuits de réchauffage constitue un rebouilleur latéral. La régulation de la température de circulation de fluide dans chacun de ces circuits 33,34, 35 est effectuée à l'aide de vannes à ouverture commandée positionnées sur des canalisations de dérivation qui ne passent pas dans l'échangeur E1. L'ouverture de ces vannes est commandée par des contrôleurs de température connectés sur les conduites. Ces contrôleurs, respectivement 36,37,38, sont positionnés en aval de la zone de mélangeage des fractions après leur passage dans l'échangeur El et/ou les conduites de dérivation.

En se rapportant maintenant à la figure 2, on observe que la plupart des éléments contenus dans la figure 1 se retrouvent dans la figure 2, à l'exception notamment de l'ajout d'un circuit comportant deux ballons de séparation.

Ainsi, de la mme façon que pour la figure 1, l'installation représentée est destinée à traiter un gaz naturel sec, en particulier pour en isoler une fraction composée principalement de méthane essentiellement exempte d'hydrocarbures en C2 et supérieurs d'une part, et une fraction composée principalement d'hydrocarbures en C2 et supérieurs essentiellement exempte de méthane, d'autre part.

Du gaz naturel sec 14 est d'abord séparé en une fraction 15 qui est refroidie dans un échangeur thermique El, et en une fraction 16 qui est envoyée dans une conduite. La circulation de la fraction 16 est régulée par une vanne commandée 17 dont l'ouverture varie en fonction de la température d'une fraction 45. A la sortie

de l'échangeur E1, la fraction 15 est mélangée à la fraction 16 pour donner une fraction 18 refroidie. La fraction 18 est alors introduite dans un ballon. séparateur liquide/gaz Bl dans lequel cette fraction 18 est séparée en une première fraction de tte 3 relativement plus volatile, et une première fraction de pied 4 relativement moins volatile. La première fraction de tte 3 est détendue dans une turbine T1 pour fournir une fraction détendue 19 qui est introduite dans la partie médiane d'une colonne de distillation C1. On collecte ensuite d'une part, dans une partie basse de la colonne de distillation C1, en tant que seconde fraction de pied 2, la fraction finale lourde 2 enrichie en hydrocarbures en C2 et supérieurs. Cette fraction finale lourde 2 est transportée dans une conduite, comportant une vanne à ouverture commandée 60 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide contenu en pied de la colonne Cl.

D'autre part, on collecte dans une partie haute de la colonne de distillation C1, une seconde fraction de tte 5 enrichie en méthane. Cette seconde fraction de tte 5 est ensuite réchauffée dans l'échangeur E1 pour fournir une fraction réchauffée 20, puis est soumise à une première compression dans un premier compresseur K1 couplé à la turbine T1 pour fournir une fraction comprimée 21. La fraction 21 est alors soumise à une seconde compression dans un second compresseur K2 alimenté par une turbine à gaz dont la vitesse est régulée par un contrôleur de vitesse asservi à un contrôleur de pression connecté à la conduite véhiculant la deuxième fraction de tte 5, pour fournir une autre fraction comprimée 22. Cette dernière est ensuite refroidie par de l'air dans un échangeur thermique Al pour fournir une fraction comprimée et refroidie 23.

La fraction 23 est alors divisée en une première fraction de prélèvement 6 et en une fraction finale légère 1 enrichie en méthane. La première fraction de prélèvement 6 est ensuite refroidie dans l'échangeur

thermique E1 pour donner une fraction refroidie 24 qui est véhiculée dans une conduite comportant une vanne commandée 25 à ouverture dépendant du débit, puis est. introduite dans la partie haute de la colonne de distillation Cl.

On prélève de la première fraction de tte 3 une deuxième fraction de prélèvement 9 qu'on refroidit dans l'échangeur thermique E1 pour fournir une fraction refroidie 26. Cette dernière est véhiculée dans une conduite qui, à la différence de la figure 1, comporte une vanne commandée 39 à ouverture dépendant du débit. La fraction refroidie 26 est alors introduite dans un ballon séparateur liquide/gaz B3 pour tre séparée en une quatrième fraction de tte 10 relativement plus volatile, et une quatrième fraction de pied 11 relativement moins volatile.

La quatrième fraction de tte recueillie est ensuite refroidie dans l'échangeur E1 pour donner une fraction refroidie et liquéfiée 40.

La fraction refroidie et liquéfiée 40 est ensuite véhiculée dans une conduite comportant une vanne commandée 27 à ouverture dépendant du débit, puis est introduite dans la partie haute de la colonne de distillation Cl.

La quatrième fraction de pied 11, est transportée dans une conduite qui comporte une vanne commandée 41 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide dans le fond du ballon séparateur B3. La quatrième fraction de pied 11 est ensuite réchauffée dans l'échangeur E1 pour donner une fraction réchauffée 42. Cette fraction réchauffée 42 est séparée dans un quatrième ballon B4 en une cinquième fraction de tte relativement plus volatile 12 et une cinquième fraction de pied relativement moins volatile 13.

La cinquième fraction de tte 12 est refroidie et liquéfiée dans l'échangeur E1 pour produire une fraction refroidie et liquéfiée 43. Cette dernière est alors

transportée dans une conduite qui comporte une vanne commandée 44 dont l'ouverture dépend de la pression dans la conduite, puis est introduite dans la partie haute de. la colonne de distillation C1.

La cinquième fraction de pied relativement moins volatile 13 est transportée dans une conduite comportant une vanne 62 à ouverture commandée par un contrôleur de niveau de liquide contenu dans le ballon B4.

La première fraction de pied 4 est transportée dans une conduite qui comporte une vanne commandée 28 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide dans le fond du ballon séparateur B1. La première fraction de pied 4 et la cinquième fraction de pied 13 sont alors réunies pour donner une fraction mélangée 63 qui est réchauffée dans l'échangeur E1 pour fournir une fraction 29 réchauffée.

La fraction 29 est alors introduite dans un ballon séparateur liquide/gaz B2 pour tre séparée en une troisième fraction de tte 7 relativement plus volatile, et une troisième fraction de pied 8 relativement moins volatile.

La troisième fraction de pied 8 est transportée dans une conduite qui comporte une vanne commandée 30 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide dans le fond du ballon séparateur B2. La troisième fraction de pied 8 est alors introduite dans la partie médiane de la colonne de distillation Cl. La troisième fraction de tte 7 est refroidie et liquéfiée dans l'échangeur E1 pour donner une fraction refroidie et liquéfiée 31. Cette dernière est véhiculée dans une conduite comportant une vanne à ouverture contrôlée 32 en fonction de la pression, puis est introduite dans la colonne de distillation C1.

La colonne de distillation Cl comporte dans sa partie basse plusieurs plateaux qui sont reliés deux à deux par des circuits de réchauffage 33,34,35 qui sont connectés individuellement à l'échangeur thermique E1.

Chacun de ces circuits de réchauffage constitue un rebouilleur latéral. La régulation de la température de

circulation de fluide dans chacun de ces circuits 33,34, 35 est effectuée à l'aide de vannes à ouverture commandée positionnées sur des canalisations de dérivation qui ne. passent pas dans l'échangeur E1. L'ouverture de ces vannes est commandée par des contrôleurs de température connectés sur les conduites. Ces contrôleurs, respectivement 36,37,38, sont positionnés en aval de la zone de mélangeage des fractions après leur passage dans l'échangeur E1 et/ou les conduites de dérivation.

Le procédé d'extraction d'éthane utilisant une installation selon le schéma 1 permet de récupérer plus de 99 % de l'éthane contenu dans un gaz naturel.

Selon une modélisation de l'installation en fonctionnement du schéma 1, la charge de gaz naturel sec (14) à 24°C et 62 bar dont le débit est de 15000 kmol/h, et composée de 0,4998 % mol de COs, 0,3499 % mol de N2, 89,5642 % mol de méthane, 5, 2579 % mol d'éthane, 2,3790 % mol de propane, 0,5398 % mol d'isobutane, 0,6597 % mol de n-butane, 0,2399 % mol d'isopentane, 0,1899 % mol de n- pentane, 0,1899 % mol de n-hexane, 0,1000 % mol de n- heptane, 0,0300 % mol de n-octane est refroidie et partiellement condensée dans l'échangeur de chaleur E1 jusqu'à-42°C et 61 bar pour former la fraction 18. Les phases liquide et gazeuse sont séparées dans le ballon B1. La première fraction de tte 3 qui est un courant de 13776 kmol/h, est divisée en deux courants : (a) le courant principal 45, qui a un débit de 11471 kmol/h, est détendu dans la turbine Tl jusqu'à une pression de 23,20 bar. La détente dynamique permet de récupérer 3087 kW d'énergie et permet de refroidir ce courant jusqu'à une température de-83,41°C. Ce courant 19, qui est partiellement condensé, est envoyé vers la colonne Cl. Le courant 19 entre dans cette colonne sur un étage 46 qui est le dixième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne Cl. Sa pression d'entrée est de 23,05 bar et sa température est de-83,57°C.

(b) le courant secondaire 9 de 2305 kmol/h, qui est liquéfié et refroidi jusqu'à-101, 40°C dans l'échangeur E1 pour former la fraction 26. Cette fraction 26 qui. comprend 4,55 % mol d'éthane est détendue å 23,20 bar à une température de-101,68°C puis est introduite dans un étage 47 de la colonne Cl qui est le cinquième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne.

La première fraction de pied 4 du ballon B1 dont le débit est de 1224 kmol/h et qui comprend 54,27 % mol de méthane et 13,24 % mol d'éthane, est détendue à une pression de 40,0 bar puis est réchauffée dans l'échangeur E1 de-52,98°C à-38, 00°C pour obtenir la fraction 29.

Cette dernière est introduite dans le ballon de séparation B2.

La fraction de tte 7 issue du ballon B2 dont le débit est de 439 kmol/h et la teneur en éthane est de 6,21 % mol, est refroidie et-liquéfiée de-38,00°C à- 101,40°C, pour obtenir la fraction 31. Cette dernière est ensuite détendue à 23,2 bar et-101,47°C, puis introduite dans la colonne Cl à un étage 48 qui est le sixième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne.

La fraction de pied ou fraction de fond 8, dont le débit est de 784 kmol/h et la teneur en éthane est de 17,18 % mol, est détendue à 23,2 bar et-46,46°C puis introduite dans la colonne C1 à un étage 49 qui est le douzième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne.

La colonne Cl produit la fraction de tte 5 à une pression de 23 bar et une température de-103,71°C avec un débit de 15510 kmol/h. Cette fraction de tte 5 ne contient plus que 0,05 % mol d'éthane.

La fraction de tte 5 est réchauffée dans l'échangeur E1 pour fournir une fraction 20 à une température de 17,96°C et une pression de 22,0 bar. Cette fraction 20 est comprimée dans le compresseur Kl couplé à la turbine T1. La puissance récupérée par la turbine est utilisée pour comprimer la fraction 20 pour donner la

fraction comprimée 21 à une température de 38,80°C et une pression de 27,67 bar. Cette dernière fraction est alors comprimée dans le compresseur principal K2 pour donner la. fraction 22 à une pression de 63,76 bar et une température de 118,22°C. Le compresseur K2 est entraîné par la turbine à gaz GT. La fraction 22 est alors refroidie dans le refroidisseur à air Al pour fournir la fraction 23 à une température de 40,00°C et une pression de 63,06 bar.

La fraction 23 est alors séparée d'une part en la fraction principale 1 à raison de 13510 kmol/h qui est envoyée ensuite dans un gazoduc pour tre ensuite livré aux clients industriels, et d'autre part en la fraction de dérivation 6 à raison de 2000 kmol/h. La fraction 1 est composée de 99,3849 % mol de méthane et de 0,0481 % mol d'éthane, 0,0000 % mol de propane et alcanes supérieurs, 0,1785 % mol de CO2 et 0,3885 % mol de N2.

La fraction de dérivation 6 est recyclée vers l'échangeur thermique E1 pour fournir la fraction 24 refroidie à-101, 40°C sous 62,06 bar. La fraction 24 est alors détendue à 23,2 bar et-104,18°C pour tre ensuite introduite dans la colonne C1 à un étage 50 qui est le premier étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne.

La colonne Cl produit en fond la seconde fraction de pied 2 qui contient 99,18 % de l'éthane contenu dans la charge de gaz naturel sec 14, et 100 % des autres hydrocarbures contenus initialement dans cette charge 14.

Cette fraction 2, disponible à 19,16°C et 23,2 bar contient 3,4365 % mol de COs, 0,0000 % mol de N2, 0,5246 % mol de méthane, 52,4795 % mol d'éthane, 23,9426 % mol de propane, 5,4324 % mol d'isobutane, 6,6395 % mol de n- butane, 2,4144 % mol d'isopentane, 1,9114 % mol de n- pentane, 1,9114 % mol de n-hexane, 1,0060 % mol de n- heptane, 0,3018 % mol de n-octane.

La colonne Cl est pourvue de rebouilleurs latéraux dans sa partie basse, qui est située en dessous de

l'étage où la fraction 8 est introduite, et comporte une pluralité d'étages.

Ainsi, le liquide collecté sur un plateau 52, disponible à une température de-52,67°C et une pression de 23,11 bar, situé en dessous d'un étage 51 qui est le treizième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne, est conduit dans le rebouilleur latéral 33.

Celui-ci est constitué par un circuit intégré dans l'échangeur E1 dont le débit est de 2673 kmol/h. Ce rebouilleur latéral 33 a une puissance thermique de 3836 kW. Le liquide collecté sur le plateau 52 est alors réchauffé à-19, 79°C puis renvoyé dans la colonne Cl sur un plateau 53 qui correspond au fond du quatorzième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne. Le liquide soutiré du plateau 52 est composé notamment de 24,42 % mol de méthane et de 44,53 % mol d'éthane.

De mme, le liquide collecté sur un plateau 55, disponible à une température de 2,84°C et une pression de 23, 17 bar, situé en dessous d'un étage 54 qui est le dix- neuvième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne, est conduit dans le rebouilleur latéral 34.

Celui-ci est constitué par un circuit intégré dans l'échangeur E1 dont le débit est de 2049 kmol/h. Ce rebouilleur latéral 34 a une puissance thermique de 1500 kW. Le liquide collecté sur le plateau 55 est alors réchauffé à 11,01°C puis renvoyé dans la colonne Cl sur un plateau 56 qui correspond au fond du vingtième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne. Le liquide soutiré du plateau 55 est composé notamment de 2,84 % mol de méthane et de 57,29 % mol d'éthane.

Enfin, le liquide collecté sur un plateau 58, disponible à une température de 13,32°C et une pression de 23,20 bar, situé en dessous d'un étage 57 qui est le vingt-deuxième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne, est conduit dans le rebouilleur de fond de colonne ou rebouilleur latéral 35. Celui-ci est constitué par un circuit intégré dans l'échangeur E1 dont le débit

est de 1794 kmol/h. Ce rebouilleur latéral 35 a une puissance thermique de 1146 kW. Le liquide collecté sur le plateau 58, composé notamment de 0,93 % mol de méthane. et de 55,89 % mol d'éthane, est alors réchauffé à 19,16°C puis renvoyé dans le fond de la colonne Cl dans une enceinte 59 qui correspond au fond du vingt-troisième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne.

Le liquide quittant le plateau 58 a la mme composition que le produit de fond de colonne 59 et que le produit 2 soutiré en pied de colonne Cl.

L'ensemble des échanges de chaleur se fait dans l'échangeur cryogénique E1 qui est composé de préférence d'une batterie d'échangeurs à plaques en aluminium brasé.

Le procédé d'extraction d'éthane utilisant une installation selon le schéma 2 permet de récupérer plus de 99 % de l'éthane contenu dans un gaz naturel.

Selon une modélisation de l'installation en fonctionnement du schéma 2, la charge de gaz naturel sec 14, à une température de 24°C et une pression de 62 bar dont le débit est de 15000 kmol/h, et composée de 0,4998 % mol de CO2, 0, 3499 % mol de N2, 89,5642 % mol de méthane, 5,2579 % mol d'éthane, 2,3790 % mol de propane, 0,5398 % mol d'isobutane, 0,6597 % mol de n-butane, 0,2399 % mol d'isopentane, 0,1899 % mol de n-pentane, 0,1899 % mol de n- hexane, 0,1000 % mol de n-heptane, 0,0300 % mol de n-octane est refroidie et partiellement condensée dans l'échangeur de chaleur El jusqu'à-42°C et 61 bar pour former la fraction 18. Les phases liquide et gazeuse sont séparées dans le ballon B1. La première fraction de tte 3 qui est un courant de 13776 kmol/h, est divisée en deux courants : (a) le courant principal 45 d'un débit de 11471 kmol/h, qui est détendu dans la turbine T1 jusqu'à une pression de 23,20 bar. La détente dynamique permet de récupérer 3087 kW d'énergie et permet de refroidir ce courant jusqu'à une température de-83,41°C. Ce courant 19, qui est partiellement condensé, est envoyé vers la

colonne Cl. Il entre dans cette colonne sur un étage 46 qui est le dixième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne Cl. Sa pression d'entrée est de 23,05. bar et sa température est de-83,57°C.

(b) le courant secondaire 9, d'un débit de 2305 kmol/h, qui est liquéfié et refroidi jusqu'à-62, 03°C dans l'échangeur E1 pour former la fraction 26. Cette fraction 26 qui comprend 4,5 % mol d'éthane est détendue à 46 bar à une température de-72,68°C puis est introduite dans le troisième ballon séparateur B3 où les phases vapeur et liquide sont séparées en lae quatrième fraction de tte 10 et la quatrième fraction de pied 11.

La quatrième fraction de tte 10, dont le débit est de 1738 kmol/h, comprend 96,15 % mol de méthane et 2,61 % mol d'éthane. Cette dernière est alors liquéfiée et refroidie à-101, 4°C dans l'échangeur E1 pour donner la fraction 40. La fraction 40 est ensuite détendue à 23,2 bar à une température de-102,99°C pour tre introduite dans la colonne Cl à un étage 47 qui est le cinquième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne.

La quatrième fraction de pied 11, dont le débit est de 567 kmol/h, comprend 82,11 % mol de méthane et 10,48 % mol d'éthane. Cette dernière est alors réchauffée dans l'échangeur E1 à une température de-55,00°C et une pression de 44,50 bar pour tre introduite dans le quatrième ballon séparateur B4 où les phases liquide et gazeuse sont séparées en la cinquième fraction de tte 12 et la cinquième fraction de pied 13.

La cinquième fraction de tte 12, dont le débit est de 420 kmol/h, comprend. 91,96 % mol de méthane et. 6,05 % mol d'éthane. Cette dernière est alors liquéfiée et refroidie à-101, 4°C dans l'échangeur E1 pour donner la fraction 43. La fraction 43 est ensuite détendue à 23,2 bar à une température de-101,57°C pour tre introduite dans la colonne C1 à un étage 61 qui est le sixième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne.

La cinquième fraction de pied 13, dont le débit est de 146 kmol/h, comprend 53,85 % mol de méthane et 23,22 % mol d'éthane. Cette dernière est alors mélangée à la. première fraction de pied 4 pour donner la fraction 63.

La fraction 63 est alors réchauffée dans l'échangeur E1 de-53,70°C à-38, 00°C et à une pression de 39,5 bar pour donner la fraction 29.

La première fraction de pied 4 du ballon B1 dont le débit est de 1224 kmol/h et qui comprend 13,24 % mol d'éthane, est détendue à une pression de 40 bar avant d'tre mélangée à la fraction 13.

La fraction 29 est ensuite introduite dans le ballon de séparation B2. La fraction de tte 7 issue du ballon B2 dont le débit est de 494 kmol/h et la teneur en éthane est de 6,72 % mol, est refroidie et liquéfiée de- 38°C à-101, 4°C, pour obtenir la fraction 31. Cette dernière est ensuite détendue à 23,2 bar puis introduite dans la colonne Cl à un étage 48 qui est le septième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne.

La fraction de pied ou fraction de fond 8, dont le débit est de 876 kmol/h et la teneur en éthane est de 18,58 % mol, est détendue à 23,2 bar et-46,76°C puis introduite dans la colonne Cl à un étage 49 qui est le douzième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne.

La colonne Cl produit la fraction de tte 5 à une pression de 23 bar et une température de-103,61°C, avec un débit de 15308 kmol/h. Cette fraction de tte 5 ne contient plus que 0,05 % mol d'éthane.

La fraction de tte 5 est réchauffée dans l'échangeur E1 pour fournir la fraction 20 à une température de 17,48°C et une pression de 22 bar. Cette fraction 20 est comprimée dans le compresseur Kl couplé à la turbine T1. La puissance récupérée par la turbine est utilisée pour comprimer la fraction 20 pour donner la fraction comprimée 21 à une température de 38,61°C et une pression de 27,76 bar. Cette dernière fraction est alors

comprimée dans le compresseur principal K2 pour donner la fraction 22 à une pression de 63,76 bar et une température de 117,7°C. Le compresseur K2 est entraîné. par la turbine à gaz GT. La fraction 22 est alors refroidie dans le refroidisseur à air Al pour fournir la fraction 23 à une température de 40,00°C et une pression de 63,06 bar.

La fraction 23 est alors séparée d'une part en la fraction principale 1 à raison de 13517 kmol/h qui est envoyée ensuite dans un gazoduc pour tre ensuite livré aux clients industriels, et d'autre part en la fraction de dérivation 6 à raison de 1790 kmol/h. La fraction 1 est composée de 99,3280 % mol de méthane et de 0,0485 % mol d'éthane, 0,0000 % mol de propane et alcanes supérieurs, 0,2353 % mol de COs et 0,3882 % mol de N2.

La fraction de dérivation 6 est recyclée vers l'échangeur thermique E1 pour fournir la fraction 24 refroidie à-101, 4°C sous une pression de 62,06 bar. La fraction 24 est alors détendue à 23,2 bar pour une température de-104,17°C pour tre ensuite introduite dans la colonne C1 à un étage 50 qui est le premier étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne.

La colonne Cl produit en fond la seconde fraction de pied 2 qui contient 99,18 % de l'éthane contenu dans la charge de gaz naturel sec 14, et 100 % des autres hydrocarbures contenus initialement dans cette charge 14.

Cette fraction 2, disponible à 19,90°C et 23,2 bar contient 2,9129 % mol de CO2, 0,0000 % mol de Nu, 0,5274 % mol de méthane, 52,7625 % mol d'éthane, 24,0733 % mol de propane, 5,4620 % mol d'isobutane, 6,6758 % mol de n- butane, 2,4276 % mol d'isopentane, 1,9218 % mol de n- pentane, 1,9218 % mol de n-hexane, 1,0115 % mol de n- heptane, 0,3034 % mol de n-octane.

La colonne Cl est pourvue de rebouilleurs latéraux dans sa partie basse, qui est située en dessous de l'étage où la fraction 8 est introduite, et comporte une pluralité d'étages.

Ainsi, le liquide collecté sur un plateau 52, disponible à une température de-51,37°C et une pression de 23,11 bar, situé en dessous d'un étage 51 qui est le. treizième étage en partant de l'étage le plus élevé de. la colonne, est conduit dans le rebouilleur latéral 33.

Celui-ci est constitué par un circuit intégré dans l'échangeur E1 dont le débit est de 2560 kmol/h. Ce rebouilleur latéral 33 a une puissance thermique de 3465 kW. Le liquide collecté sur le plateau 52 est alors réchauffé à-19, 80°C puis renvoyé dans la colonne C1 sur un plateau 53 qui correspond au fond du quatorzième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne. Le liquide soutiré du'plateau 52 est composé notamment de 23,86 % mol de méthane et de 45,10 % mol d'éthane.

De mme, le liquide collecté sur un plateau 55, disponible à une température de 3,48°C et une pression de 23,17 bar, situé en dessous d'un étage 54 qui est le dix- neuvième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne, est conduit dans le rebouilleur latéral 34.

Celui-ci est constitué par un circuit intégré dans l'échangeur E1 dont le débit est de 2044 kmol/h. Ce rebouilleur latéral 34 a une puissance thermique de 1500 kW. Le liquide collecté sur le plateau 55 est alors réchauffé à 11,71°C puis renvoyé dans la colonne Cl sur un plateau 56 qui correspond au fond du vingtième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne. Le liquide présent sur le plateau 55 est composé notamment de 2,92 % mol de méthane et de 57,92 % mol d'éthane.

Enfin, le liquide collecté sur un plateau 58, disponible à une température de 14,09°C et une pression de 23,20 bar, situé en dessous d'un étage 57 qui est le vingt-deuxième étage en partant de l'étage le plus élevé de la colonne, est conduit dans le rebouilleur de fond de colonne ou rebouilleur latéral 35. Celui-ci est constitué par un circuit intégré dans l'échangeur E1 dont le débit est de 1788 kmol/h. Ce rebouilleur latéral 35 a une puissance thermique de 1147 kW. Le liquide collecté sur

le plateau 58 est alors réchauffé à 19,90°C puis renvoyé dans le fond 59 de la colonne Cl. Le liquide soutiré du plateau 58 est composé notamment de 0,94 % mol de méthane. et de 56,35 % mol d'éthane.

Dans le cas de l'utilisation d'une installation selon le procédé décrit au schéma 2, pour une récupération de l'éthane identique à celle obtenue lors de l'utilisation d'une installation selon le schéma 1, une diminution de la puissance du compresseur K2 de 12355 kW à 12130 kW est obtenue. De mme, une diminution du débit de gaz recyclé dans le circuit comprenant la fraction 6 de 2000 kmol/h à 1790 kmol/h permet de diminuer les échanges de chaleur lors du refroidissement de la fraction 6 pour l'obtention de la fraction 24.

On note également une réduction de la teneur en dioxyde de carbone de la coupe C2+ : -Selon le schéma 1 34365 % mol -Selon le schéma 2 : 2,9129 % mol Ce taux plus faible de C02 permet ainsi de faciliter un traitement ultérieur visant à éliminer au moins en partie le dioxyde de carbone présent dans la coupe en C2, soutirée en pied de colonne Cl.

L'invention présente donc un intért 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 oeuvre du procédé.

Ainsi, les résultats obtenus par l'invention procurent des avantages importants constitués par une simplification et une économie substantielles dans la 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.