DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention vise un procédé et un dispositif de liquéfaction d’un gaz naturel. Elle s’applique, notamment, au domaine de l’approvisionnement en gaz naturel liquéfié de véhicules.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

L’utilisation de gaz naturel liquéfié (alternativement ci-après « GNL ») en tant que carburant routier ou marin est en plein développement, promue par les avantages environnementaux et économiques que le GNL procure en comparaison des autres énergies fossiles.

En général, les stations-services GNL sont composées d’un système de réception du GNL, d’un stockage cryogénique permettant de stocker le GNL à l’état sous refroidi présentant une pression opératoire comprise généralement entre 7 et 9 bar, d’une pompe cryogénique permettant de transférer le GNL et d’un système de distribution pour alimenter le véhicule.

La tendance du marché se dirige vers l’approvisionnement des véhicules en GNL saturés à 8 bar (-130°C)

Aujourd’hui le GNL dans une station-service n’est pas odorisé. Le GNL est naturellement inodore et incolore, ce qui le rend visuellement ou olfactivement indétectable en cas de fuite.

La détection de gaz en cas de fuite nécessite donc l’utilisation d’équipements à la fois coûteux et faillibles ce qui constitue une problématique supplémentaire.

Les stations-services GNL sont approvisionnés depuis une source de GNL par camion-citerne (terminal méthanier, station satellite). Ce GNL n’est pas odorisé.

Or l’odorisation, quand elle est réalisée, est aujourd’hui effectuée uniquement dans un gaz une fois vaporisé en sortie de terminaux méthaniers d’import par injection de THT (pour tétrahydrothiophène). Les stations existantes ne disposent pas de GNL odorisé conduisant à utiliser de nombreux détecteurs de gaz pour détecter une éventuelle fuite. Ces détecteurs de gaz peuvent poser des problèmes de fiabilités ou présenter des défauts de conception.

On connaît, notamment, des systèmes tels que décrits dans les demandes de brevets US 2013/118204, US 2017/167786, WO 2017/132566 et US 5 651 269. Toutefois, aucun de ces systèmes ne permet de réaliser de manière efficace une odorisation du gaz.

OBJET DE L’INVENTION

La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.

À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un procédé de liquéfaction de gaz naturel odorisé, qui comporte :

- une étape de fourniture, en entrée, de gaz naturel,

- une étape de compression du gaz naturel à une pression déterminée,

- une étape de déviation d’une partie du flux de gaz naturel pour former un flux de gaz principal et un flux de gaz complémentaire,

- une étape de détente du flux complémentaire formant un flux diphasique vapeur-liquide,

- une étape de séparation de la partie liquide du flux complémentaire détendu et une étape d’alimentation de ladite partie liquide à un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié,

- une étape de refroidissement du flux principal,

- une étape d’échange thermique entre le flux principal refroidi et de la vapeur séparée au cours de l’étape de séparation du flux complémentaire détendu, le flux complémentaire en sortie de ladite étape d’échange thermique étant fourni à l’étape de compression, le flux principal étant, en sortie de ladite étape d’échange thermique, diphasique et

- une étape de séparation de la partie liquide du flux principal diphasique et une étape d’alimentation de ladite partie liquide à un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié.

Grâce à ces dispositions, le gaz naturel peut être liquéfié sans présenter de risque de cristallisation du composé odorisant. Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte, en aval de l’étape de fourniture :

- une étape de traitement de gaz naturel fourni pour retirer des impuretés transportées par le gaz naturel,

- une étape de détermination d’une quantité de composé odorisant du gaz naturel traité présentant une composition propre et

- une étape de comparaison de la quantité de composé odorisant déterminée et d’une valeur limite déterminée, puis, si la quantité de composé odorisant déterminée est supérieure à la valeur limite déterminée, l’étape de compression.

Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte, en aval de l’étape de séparation de la partie liquide du flux principal diphasique en sortie de l’étape d’échange thermique :

- une étape de détente additionnelle de la partie vapeur séparée au cours de l’étape de séparation de la partie liquide du flux principal pour former un flux diphasique liquide-vapeur,

- une étape de séparation additionnelle d’une partie liquide du flux diphasique détendu au cours de l’étape de détente additionnelle et

- une étape d’alimentation de ladite partie liquide à un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié.

Ces modes de réalisation permettent d’optimiser la quantité de gaz naturel liquéfié stocké dans le réservoir.

Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte une étape de fourniture de la partie vapeur séparée au cours de l’étape de séparation additionnelle à l’étape d’échange thermique, la vapeur en sortie de cette étape d’échange étant fournie à l’étape de compression.

Ces modes de réalisation permettent d’optimiser l’échange thermique ayant lieu au cours de l’étape d’échange thermique tout en recyclant la vapeur pour former du gaz naturel liquéfié.

Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte :

- une étape de fourniture de gaz d’évaporation à l’étape d’échange thermique,

- une étape de refroidissement du gaz d’évaporation en sortie de l’étape d’échange thermique, - une étape de compression du gaz d’évaporation refroidi et

- une étape de fourniture du gaz d’évaporation comprimé à l’étape de déviation.

Ces modes de réalisation permettent de recycler le gaz d’évaporation pour en faire du gaz naturel liquéfié et d’optimiser l’échange thermique ayant lieu au cours de l’étape d’échange thermique.

Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte une étape de stockage du gaz naturel liquéfié en sortie de chaque étape de séparation.

Dans des modes de réalisation, le procédé objet de la présente invention comporte une étape de sortie de gaz d’évaporation formé au cours de l’étape de stockage, le gaz d’évaporation étant fourni à l’étape d’échange thermique.

Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un dispositif de liquéfaction de gaz naturel odorisé, qui comporte :

- un moyen de fourniture, en entrée, de gaz naturel,

- un moyen de compression du gaz naturel à une pression déterminée,

- un moyen de déviation d’une partie du flux de gaz naturel pour former un flux de gaz principal et un flux de gaz complémentaire,

- un moyen de détente du flux complémentaire formant un flux diphasique vapeur-liquide,

- un moyen de séparation de la partie liquide du flux complémentaire détendu et un moyen d’alimentation de ladite partie liquide à un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié,

- un moyen de refroidissement du flux principal,

- un moyen d’échange thermique entre le flux principal refroidi et de la vapeur séparée dans le moyen de séparation du flux complémentaire détendu, le flux complémentaire en sortie dudit moyen d’échange thermique étant fourni au moyen de compression, le flux principal étant, en sortie dudit moyen d’échange thermique, diphasique et

- un moyen de séparation de la partie liquide du flux principal diphasique et un moyen d’alimentation de ladite partie liquide à un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié.

Les buts, avantages et caractéristiques particulières du dispositif objet de la présente invention étant similaires à ceux du procédé objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes d'un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention et

- la figure 2 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention.

DESCRIPTION D’EXEMPLES DE RÉALISATION DE L’INVENTION

La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.

On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle.

On appelle « composé odorisant » tout composé chimique pouvant être perçu par l’odorat humain. En particulier, un tel composé odorisant peut être du THT (pour tétrahydrothiophène).

On observe, sur la figure 1 , qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du procédé 100 objet de la présente invention. Ce procédé 100 de liquéfaction de gaz naturel odorisé comporte :

- une étape 105 de fourniture, en entrée, de gaz naturel,

- une étape 125 de compression du gaz naturel à une pression déterminée,

- une étape 130 de déviation d’une partie du flux de gaz naturel pour former un flux de gaz principal et un flux de gaz complémentaire,

- une étape 135 de détente du flux complémentaire formant un flux diphasique vapeur-liquide,

- une étape 140 de séparation de la partie liquide du flux complémentaire détendu et une étape 145 d’alimentation de ladite partie liquide à un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié,

- une étape 150 de refroidissement du flux principal,

- une étape 155 d’échange thermique entre le flux principal refroidi et de la vapeur séparée au cours de l’étape de séparation du flux complémentaire détendu, le flux complémentaire en sortie de ladite étape d’échange thermique étant fourni à l’étape de compression, le flux principal étant, en sortie de ladite étape d’échange thermique, diphasique et

- une étape 160 de séparation de la partie liquide du flux principal diphasique et une étape 165 d’alimentation de ladite partie liquide à un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié.

En entrée du procédé 100, le gaz naturel peut être odorisé, partiellement odorisé ou non odorisé.

L’étape de fourniture 105 est réalisée, par exemple, par une conduite d’injection de gaz naturel. Cette conduite d’injection peut être reliée à un terminal de production de gaz naturel ou à un terminal de transport de gaz naturel, tel un navire méthanier, par exemple. Une telle conduite est illustrée, en figure 2, par la référence 305.

L’étape de compression 125 est configuré pour porter le gaz naturel odorisé à une pression déterminée. Cette pression, que l’on qualifie de « haute pression », est préférentiellement supérieure à 40 bar et encore préférentiellement supérieure à 60 bar. Cette pression est, par exemple, de l’ordre de 70 bar. Par « pression critique », on entend la valeur de pression à laquelle le gaz naturel change d’état pour une valeur de température déterminée. Cette pression critique est déterminée lors de la conception du dispositif mettant en œuvre le procédé 100 en fonction de la composition du gaz naturel fourni en entrée.

L’étape de compression 125 est réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’un compresseur centrifuge ou alternatif selon le débit de gaz en entrée pour lequel le dispositif mettant en œuvre le procédé 100 a été conçu. Le compresseur peut comporter un seul ou plusieurs étages successifs. Un moyen de compression 325, réalisant l’étape de compression 125, tel qu’un compresseur centrifuge ou alternatif par exemple, est illustré en figure 2.

Le flux résultant de cette étape de compression 125 est divisé en deux flux : un flux principal et un flux complémentaire. Cette division a lieu au cours de l’étape 130 de déviation, réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’une conduite de déviation de flux gazeux. Un moyen de déviation 330, réalisant l’étape de déviation 130, telle que la conduite de déviation par exemple, est illustré en figure 2.

Le flux complémentaire traverse l’étape de détente 135 au cours de laquelle la pression du flux complémentaire est abaissée. Préférentiellement, la pression du flux complémentaire est abaissée à une valeur supérieure à 7 bar. L’étape de détente 135 est réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’une turbine de détente ou d’une vanne Joule-Thomson.

En sortie de cette étape de détente 135, le flux complémentaire est diphasique. Ce flux est dirigé vers l’étape de séparation 140 qui consiste en une séparation de la partie liquide et de la partie valeur du flux complémentaire détendu. Cette étape de séparation 140 est réalisée, par exemple, par un ballon de séparation liquide-vapeur. Un moyen de séparation 340, réalisant l’étape de séparation 140, telle que le ballon de séparation par exemple, est illustré en figure 2.

La partie liquide ainsi séparée est dirigée vers un réservoir de stockage, tel que le réservoir de stockage 346 illustré en figures 2 et 3, au cours de l’étape d’alimentation 145. Cette étape d’alimentation 145 est réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’une conduite dédiée. Un moyen d’alimentation 345, réalisant l’étape d’alimentation 145, telle que la conduite d’alimentation par exemple, est illustré en figure 2.

La partie vapeur ainsi séparée est dirigée vers l’étape d’échange thermique 155 détaillée ci-après.

Le flux principal de gaz naturel en sortie de l’étape de déviation 130 traverse une étape de refroidissement 150 au cours de laquelle la température du flux principal est abaissée à une valeur, par exemple, de l’ordre de 15°C. L’étape de refroidissement 150 est réalisée, par exemple, par un échangeur à plaque avec de l’eau, de l’air ou du gaz d’évaporation. Un moyen de refroidissement 350, réalisant l’étape de refroidissement 150, telle que l’échangeur à plaque par exemple, est illustré en figure 2.

Le flux principal refroidi est fourni à l’étape d’échange thermique 155. Au cours de cette étape d’échange thermique 155, le flux principal est refroidi par échange thermique avec la partie vapeur du flux complémentaire. Cette étape d’échange thermique 155 est réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’un échangeur tubulaire. En sortie de cette étape d’échange thermique 155, le flux principal est diphasique. Un moyen d’échange thermique 355, réalisant l’étape d’échange thermique 155, tel que l’échangeur tubulaire par exemple, est illustré en figure 2.

Ce flux principal diphasique traverse une étape de séparation 160, similaire à l’étape de séparation 140. Un moyen de séparation 360, réalisant l’étape de séparation 160, similaire au moyen de séparation 340 par exemple, est illustré en figure 2.

La partie liquide du flux principal est dirigée, au cours de l’étape d’alimentation 165, vers le réservoir 346 de gaz naturel liquéfié. Un moyen d’alimentation 365, réalisant l’étape d’alimentation 165, telle qu’une conduite d’alimentation par exemple, est illustré en figure 2.

Préférentiellement, le gaz naturel liquéfié stocké dans le réservoir présente une température supérieure à -150°C.

À cette version minimale de mode de réalisation du procédé 100 objet de la présente invention, plusieurs modes de réalisations préférentiels peuvent être envisagés.

Dans des modes de réalisation particuliers, tel que celui représenté en figure 1 , le procédé 100 comporte, en aval de l’étape de séparation 160 de la partie liquide du flux principal diphasique en sortie de l’étape 155 d’échange thermique :

- une étape 170 de détente additionnelle de la partie vapeur séparée au cours de l’étape de séparation de la partie liquide du flux principal pour former un flux diphasique liquide-vapeur,

- une étape 175 de séparation additionnelle d’une partie liquide du flux diphasique détendu au cours de l’étape de détente additionnelle et

- une étape 180 d’alimentation de ladite partie liquide à un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié.

Dans ces modes de réalisation, la partie vapeur du flux principal séparée au cours de l’étape de séparation 160 est fournie à l’étape de détente 170 additionnelle en vue d’en réduire la pression. La pression en sortie de cette étape 170 de détente est, par exemple, de l’ordre de 7 bar. Cette étape de détente 170 est réalisée, par exemple, par une turbine de détente. Un moyen de détente 370, réalisant l’étape de détente 170, telle que la turbine de détente par exemple, est illustré en figure 2.

Le flux détendu, biphasique, traverse l’étape de séparation additionnelle 175, réalisée de manière analogue à l’étape de séparation 140 de sorte à séparer la partie liquide de la partie vapeur du flux détendu. Un moyen de séparation 375, réalisant l’étape de séparation 175, tel qu’un ballon de séparation liquide-vapeur par exemple, est illustré en figure 2.

La partie liquide est dirigée vers le réservoir de stockage de GNL au cours de l’étape d’alimentation 180, analogue à l’étape d’alimentation 145. Un moyen d’alimentation 380, réalisant l’étape d’alimentation 180, telle qu’une conduite d’alimentation par exemple, est illustré en figure 2.

Dans des modes de réalisation particuliers, tel que celui représenté en figure 1 , le procédé 100 comporte une étape 185 de fourniture de la partie vapeur séparée au cours de l’étape 175 de séparation additionnelle à l’étape 155 d’échange thermique, la vapeur en sortie de cette étape d’échange thermique 155 étant fournie à l’étape 125 de compression.

L’étape de fourniture 185 est réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’une conduite de gaz reliant le moyen réalisant l’étape de séparation 175 et le moyen réalisant l’étape d’échange thermique 155. La partie vapeur agit alors en tant que fluide froid par rapport au flux principal de gaz naturel entrant dans l’étape d’échangeur thermique. Un moyen de fourniture 385, réalisant l’étape de fourniture 185, telle que la conduite de gaz par exemple, est illustré en figure 2.

En sortie de l’étape d’échange thermique 155, le flux de vapeur est dirigé vers l’étape de compression 125 afin que cette vapeur soit recyclée.

Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1 , le procédé 100 objet de la présente invention comporte :

- une étape 110 de traitement de gaz naturel fourni pour retirer des impuretés transportées par le gaz naturel,

- une étape 115 de détermination d’une quantité de composé odorisant du gaz naturel traité présentant une composition propre, optionnelle,

- une étape 120 de comparaison de la quantité de composé odorisant déterminée et d’une valeur limite déterminée, puis, si la quantité de composé odorisant déterminée est supérieure à la valeur limite déterminée, l’étape de compression 125.

Dans ces modes de réalisation, le flux de gaz fourni au procédé 100 traverse l’étape de traitement 110 au cours de laquelle le gaz est mis aux spécifications des dispositifs consommateurs du gaz naturel liquéfié produit par le procédé 100. Cette mise aux spécifications comprend, par exemple, le retrait d’impuretés transportées par le gaz naturel. On entend par impureté, par exemple, du dioxyde de carbone, de l’eau, du mercure et des gaz acides. Cette étape de traitement 110 est réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’un tamis moléculaire. Un moyen de traitement 310 réalisant l’étape de traitement 110, tel qu’un tamis moléculaire par exemple, est illustré en figure 2. En sortie de l’étape de traitement 110, le gaz naturel traité traverse l’étape 115 de détermination d’une quantité de composé odorisant présent dans la composition dudit gaz naturel traité. On note que l’étape de détermination 115 peut déterminer une valeur ou donnée représentative de ladite quantité et non pas la quantité en tant que telle. On note, par ailleurs, que le terme quantité peut se référer à une quantité de composé odorisant par unité de volume ou de quantité molaire de gaz naturel, par exemple.

La quantité de composé odorisant déterminée est comparée à une valeur déterminée au cours de l’étape 120 de comparaison. La valeur déterminée est, par exemple, prédéterminée lors de la conception du dispositif mettant en œuvre le procédé 100 de sorte à ce que le composé odorisant soit présent dans une proportion volumique ou molaire déterminé en sortie du procédé 100. Cette étape de comparaison 120 est réalisée, par exemple, par un dispositif électronique de calcul. Si la quantité de composé odorisant est supérieure à la valeur déterminée, le gaz naturel est dirigé vers l’étape de compression 125. Un moyen de comparaison 320, réalisant l’étape de comparaison 120, tel que le dispositif électronique de calcul, est illustré en figure 2.

Dans des modes de réalisation particuliers, tel que celui représenté en figure 1 , le procédé 100 comporte :

- une étape 190 de fourniture de gaz d’évaporation à l’étape 155 d’échange thermique,

- une étape 195 de refroidissement du gaz d’évaporation en sortie de l’étape d’échange thermique,

- une étape 200 de compression du gaz d’évaporation refroidi et

- une étape 205 de fourniture du gaz d’évaporation comprimé à l’étape 130 de déviation.

Le gaz d’évaporation est recueilli, par exemple, par une conduite de collecte de gaz d’évaporation connectée au réservoir de stockage. Ce gaz d’évaporation est fourni à l’étape d’échange thermique 155 au cours de l’étape 190 de fourniture, cette étape de fourniture 190 étant réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’une conduite de gaz. Le gaz d’évaporation agît, au cours de l’étape d’échange thermique 155, en tant que fluide froid pour le flux principal de gaz naturel. Un moyen de fourniture 390, réalisant l’étape de fourniture 190, telle que la conduite de gaz par exemple, est illustré en figure 2. Le gaz d’évaporation en sortie de l’étape d’échange thermique 155 traverse une étape de refroidissement 195. Cette étape de refroidissement 195 est réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’un échangeur tubulaire utilisant de l’eau ou de l’air en guise de fluide froid. Un moyen de refroidissement 395, réalisant l’étape de refroidissement 195, telle que l’échangeur à plaque par exemple, est illustré en figure 2.

Le gaz d’évaporation refroidi traverse ensuite une étape de compression 200 en vue d’augmenter la pression dudit gaz d’évaporation. Cette étape de compression 200 est réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’un compresseur alternatif. Un moyen de compression 400, réalisant l’étape de compression 200, telle que le compresseur alternatif par exemple, est illustré en figure 2.

Le gaz d’évaporation comprimé est ensuite fourni à l’étape de déviation 130 où il est intégré au flux de gaz naturel comprimé au cours de l’étape de compression 125.

Dans des modes de réalisation particuliers, tel que celui représenté en figure

1 , le procédé 100 comporte une étape 210 de stockage du gaz naturel liquéfié en sortie de chaque étape de séparation, 145, 165 et/ou 180. Ce gaz naturel liquéfié est stocké, par exemple, en vue d’être distribué.

L’étape de stockage 210 est réalisée, par exemple, par le réservoir 346 de stockage. Ce réservoir de stockage est, par exemple, un réservoir à double enveloppes isolé sous vide. Au cours de l’étape de stockage 210, le gaz naturel liquéfié est stocké à une pression préférentiellement comprise entre 6 et 8 bar, préférentiellement à 7 bar.

Dans des modes de réalisation particuliers, tel que celui représenté en figure 1 , le procédé 100 comporte une étape 240 de sortie de gaz d’évaporation formé au cours de l’étape 210 de stockage, le gaz d’évaporation étant fourni à l’étape 155 d’échange thermique.

L’étape de sortie 240 est réalisée, par exemple, par la mise en œuvre d’une conduite d’évacuation de gaz d’évaporation positionnée en partie haute du réservoir réalisant l’étape de stockage 210. Un moyen de sortie 440, réalisant l’étape de sortie 240, telle qu’une conduite d’évacuation de gaz d’évaporation par exemple, est illustré en figure 2.

Cette conduite d’évacuation peut également être munie d’un déverseur 441 configuré pour permettre le déversement de gaz d’évaporation lorsque la pression atteinte au cours de l’étape de stockage 210 est supérieure à une valeur limite déterminée. Ces modes de réalisation permettent une valorisation du gaz d’évaporation par recyclage dans l’étape d’échange thermique 155.

On observe, en figure 2, un mode de réalisation particulier du dispositif 300 objet de la présente invention. Ce dispositif 300 de liquéfaction de gaz naturel odorisé comporte :

- un moyen 305 de fourniture, en entrée, de gaz naturel,

- un moyen 325 de compression du gaz naturel à une pression déterminée,

- un moyen 330 de déviation d’une partie du flux de gaz naturel pour former un flux de gaz principal et un flux de gaz complémentaire,

- un moyen 335 de détente du flux complémentaire formant un flux diphasique vapeur-liquide,

- un moyen 340 de séparation de la partie liquide du flux complémentaire détendu et un moyen 345 d’alimentation de ladite partie liquide à un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié,

- un moyen 350 de refroidissement du flux principal,

- un moyen 355 d’échange thermique entre le flux principal refroidi et de la vapeur séparée dans le moyen de séparation du flux complémentaire détendu, le flux complémentaire en sortie dudit moyen d’échange thermique étant fourni au moyen de compression, le flux principal étant, en sortie dudit moyen d’échange thermique, diphasique et

- un moyen 360 de séparation de la partie liquide du flux principal diphasique et

- un moyen 365 d’alimentation de ladite partie liquide à un réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié.

Des exemples de réalisation de ces différents moyens ont été décrits en regard de la figure 1.