CA1050413A - Procede et installation pour le refroidissement d'un melange gazeux - Google Patents
Procede et installation pour le refroidissement d'un melange gazeuxInfo
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Abstract
La présente invention concerne un procédé et une installation refroidissement d'un mélange gazeux. Selon l'invention, on effectue sous une haute pression une condensation fractionnée d'un mélange de cycle, comprenant au moins une première étape et une dernière étape de condensation fractionnée; on détend l'avant-derniére et la dernière fraction condensée du mélange de cycle à une basse pression pour constituer un courant frigorigène principal, et on détend au moins la première fraction condensée du mélange de cycle à une pression intermédiaire entre la haute pression et la basse pression pour constituer un courant frigorigène auxiliaire. L'invention s'applique à la liquéfaction d'un gaz naturel.
Description
~5~4~3 La présente invention concerne un procédé et une installation pour le refroidissement d'un mélange gazeux, et plus particulièrement pour le refroi- -dissement, la condensation, et éventuellement le sous-refroidissement d'un gaz naturel.
Plus précisément, l'invention se rapporte à un procédé de refroidissement, tel que décrit par A.P. KLEEMENKO au Congrès du froid de 1959 à Copenhague (conférer comptes rendus : pages 34 à 39), à l'aide d'au moins un cycle frigori-fique de type fermé, connu sous le nom de "cycle à cascade incorporée", mettant en oeuvre un mélange de cycle comportant une pluralité de constituants ; dans ~10 le cas de la liquéfaction d'un gaz naturel, de nombreux constituants du mélange de cycle peuvent être identiques à ceux du mélange gazeux traité. ~n tel cycle frigorifique comporte les étapes ~uivantes :
a) on effectue SOU8 une haute pression une condensation fractionnée du mélange de cycle comportant au moins :
- une première étape de condensation fractionnée, pendant laquelle on conden~e partiellement le mélange de cycle par échange de chaleur avec un ré-frigérant externe, on sépare le mélange de cycle partiellement condensé en une première fraotion oondens~e et une première fraotion vapeur, - une dernière étape de oondensation fractionnée, pendant la~uelle on '20 oondense partiellement l'avant-dernière fraotion vapeur du mélange de oycle, on i sépare l'avant-dernièrè frao-tion vapeur partiellement oondensée en une dernière fraotion vapeur et une avant-dernière fraotion oonden~ée, on oondense totalementla dernière fraotion vapeur pour obtenir la aernière fraction condensée.
ll Les différentes fraotion~ oondensées du mélange de cyole, y compris la ; dernière fraotion oondensée, autres gue la première fraotion oondensée, sont obtenues par oondensation partielle ou totale de la fraotion vapeur préoéden-te, ;~
I en échange de ohaleur à oontre-oourant exolusivement avec un oourant frigori-",I
g~ne du mélange de oycle, en oour~ de réohauffemen-t BOUB une basse pression l inférieure à la haute pression ; ainsi la dernière fraotion cond~nsée du mélange Z30 de oyole e~t obtenue par éohange de chaleur de l'avant-dernière fraotion vapeur ~l à oontre-oourant avec le oourant frigorigène en oours de réohauf~ement sous la -~ basse pression. I
b) On effectue la totalité du refroidis~ement du mélange ga~eux, y compris -la partie finale de ce refroidissement, par échange de ohaleur à oontre-courant exclusivement aveo le oourant frigorigène en cours de réchauffement sou6 la basse prèssion, o) on détend à la bas~e pres~ion au moins une partie, sinon la totalité, de la dexnière fraotion oondensée du mélange de cyole, et la partie ainsi déten-due oonstitue au moins une partie initiale dudit oourant frigorigène.
~40 d) onildétend à la basse pression au moins une partie, ~inon la totalité, .~., ', ~oS~4~3 ::
de toutes les autres fractions condensées du mélange de cycle, y compris de la première fraction condensée, précédant la dernière fraction condensée, et :
on réunit les parties ainsi détendues au courant fri,gorigène, e) on recomprime le courant frigorigène réchauffé de la basse pression à
la haute pression, pour reconstituer au moins en partie :Le mélange de cycle sous la haute pression. ~.
Dans le cadre de ses travaux et recherche relatifs à la liquéfaction du gaz naturel, la Demanderesse s'est attachée à améliorer les performances énergé-tiquas du cycle précédemment défini, c'est-à-dire essentiellement;~.i.i.~ . ~......... .. ~
l~énergie de compression conso~,mée, tout en diminuant la taille des é~uipements : ~;
(essentiellement celle du moyen de compreæsion) nécessaires à la mise en oeuvre du cycle frigorifique. ~ ~ :
On a alors découvert qu'un tel but pouvait être satisfait par la coopéra~
tion des mesures suivantes :
f) on obtient au moins une fraction condensée du mélange de cycle, inter-médiaire entre la premi,~re fraction condensée et la dernière fraction conden~ée, par oonden~ation partielle de la fraction vapeur précédente, en éohange de ohaleur à contre-oourant exolusivemen-t aveo un courant frigorigène intermédiaire du mélange.de oyole, distinot dudit courant frigorigène sous la basse pression, en cours de réohauffement sous une pression intermédiaire entre la basse pression et la haute pression, g) on détend à oette pression intermédiaire au moins une partie d'au moins une autre fraotion oondensée du mélange de oycle, précédant ladite fraction condènsée intermédiaire, pour oons-tituer au moins une partie initiale dudit oourant frigorigène intermédiaire, h) on reoomprime ledit oourant frigorigène inte~médiaire réohauffé, oom-biné au préalable aveo ledit oourant frigorigène reoomprimé à la pres~ion inter-médiaire, dè oe-t-te.dernière à la haute presslon. .-~i~.fe ~ ~i;e ~ .
Selon un mode préféré d'exécution de la présente invention, on effectue ~. . -au moins une partie du refroidissement initial du mélange ga~eux traité, par éohange de ohaleur à oontre-oourant avec le oourant frigorigène intermédiaire, : .
en cours de réohauffement sous la preesion intermédiaire, puis on effectue le refroidissement final du mélange ga~eux par échange de chaleur à contre-courant ~.:
avec ledit courant frigorigène en cours de réchauffement sous la base pression. .~
~out d'abord, pour une meme surface totale d'échange de chaleur, la com- : :
binaison des mesures opératoires f) à h) permet de dim,inuer d'au moins environ 12 % l'énergie de compression consommée, par rapport au procédé antérieur de refroidissement, de type fermé, défini préoédemment, oonnu sous le nom de "oycle à~ca6cade incorporée", et travaillant avec une seule et mê~,e pression de réchauffement du mélange de cycle.
. : - 2 -.. . . . . . , , ~ . . ..
5~34~3 Le réchauffement du courant frigorigène intermédiaire du mélange de cycle,accompli sous une pression intermédiaire entre la basse pression et la haute pression du cycle frigorifique, permet d'effectuer la deuxième étape de conden-sation fractionnée, et éventuellement la troisième étape de condensation fraction-née au mélange de cycle, avec un rendement d'échange thermique a~élioré entre, d'une part le mélange de cycle en cours de réchauffement, et d'autre part le mélange de cycle en cours de refroidissement et condensation fractionnéa. En effet, conformément à l'art antérieur précédemment défini, cette ou ces étapes de conaensation fractionnée étaient effectuées dans une zone de refroidissement ~10 comprise approximativement entre + 30C et - 600C, par échange de chaleur avec le courant frigorigène du mélange de cycle en cours de réchauffement sous la basse pression. Par conséquent, selon cette technique antérieure, le mélange de cycle, par son réchauffement, apportait le froid nécessaire à la condensation fractionnée dudit mélange, à un niveau de température trop bas par rc~pport au niveau de température strictement nacessaire pour effectuer les deuxième et éven-tuellement troisième étape~ de conden~ation fractionnée. Par comparaison, selon l'invention, le réchauffement du courant frigorigène intermédiaire du mélange de oycle, effectué ~ous une pression intermédiaire en général plu~
élevée que la bas~e pression envisagée préoédemment, apporte le froid nécessaire,20 à la pour~uite de la condensation fractionnée du mélange de cycle, à un niveau de température relativement plu8 élevé que celui obtenu selon l'art antérieur.
Corrélativement, dan~ la zone de refroidi~sement précédemment mentionnée (~ 30Cà environ - 60C), on diminue l'écart de températures entre le mélange de cycle en cours de réchauffement et le mélange de cycle en cours de consensation frac-tionnée ; et par conséquent, on améliore ainsi le rendement énergétique global du oyole frigorifique.
Par ailleurs, la oombinaison des meaure~ opératoires f) à h) permet de diminuer con~idérablement la taille du ou des oompresse~rs nécessaires à la re-oompression du mélange de oycle, par rapport ~ oelle du ou des compresseurs nécessaires à l'exéoution au procédé antérieur de refroidissemen-t, défini pré-c~demment ; ceci laisse le choix à l'homme de métier entre~tous les types de compresseurs rotatifs, qu'ils soient axiaux ou centrifuges.
~, Cette amélioration obtenue selon l'invention résulte en partie des con-I sidérations techniques suivantes :
1) le débit vol~ique de chacun des couran~ frigorigène et courant frigo-~¦ rigène intermédiaire du mélange de cycle, est plus faible que le dél~it volumique I du courant frigorigène unique au mélange de cycle, réchauffé se on l'art anté-rieur sous une seule e-t même bas~e pression, en refroiaissant à la fois le mélange e cycle et le mélange gazeux traité ; en effet, selon l'invention, chacun des courants précédemme~t mentionnés n'effectue qu'une partie du refroicLissement 140 du mélange gazeux traité et/ou ~u mélange de oycle l 3 ,., : :
~!
1~56~413
Plus précisément, l'invention se rapporte à un procédé de refroidissement, tel que décrit par A.P. KLEEMENKO au Congrès du froid de 1959 à Copenhague (conférer comptes rendus : pages 34 à 39), à l'aide d'au moins un cycle frigori-fique de type fermé, connu sous le nom de "cycle à cascade incorporée", mettant en oeuvre un mélange de cycle comportant une pluralité de constituants ; dans ~10 le cas de la liquéfaction d'un gaz naturel, de nombreux constituants du mélange de cycle peuvent être identiques à ceux du mélange gazeux traité. ~n tel cycle frigorifique comporte les étapes ~uivantes :
a) on effectue SOU8 une haute pression une condensation fractionnée du mélange de cycle comportant au moins :
- une première étape de condensation fractionnée, pendant laquelle on conden~e partiellement le mélange de cycle par échange de chaleur avec un ré-frigérant externe, on sépare le mélange de cycle partiellement condensé en une première fraotion oondens~e et une première fraotion vapeur, - une dernière étape de oondensation fractionnée, pendant la~uelle on '20 oondense partiellement l'avant-dernière fraotion vapeur du mélange de oycle, on i sépare l'avant-dernièrè frao-tion vapeur partiellement oondensée en une dernière fraotion vapeur et une avant-dernière fraotion oonden~ée, on oondense totalementla dernière fraotion vapeur pour obtenir la aernière fraction condensée.
ll Les différentes fraotion~ oondensées du mélange de cyole, y compris la ; dernière fraotion oondensée, autres gue la première fraotion oondensée, sont obtenues par oondensation partielle ou totale de la fraotion vapeur préoéden-te, ;~
I en échange de ohaleur à oontre-oourant exolusivement avec un oourant frigori-",I
g~ne du mélange de oycle, en oour~ de réohauffemen-t BOUB une basse pression l inférieure à la haute pression ; ainsi la dernière fraotion cond~nsée du mélange Z30 de oyole e~t obtenue par éohange de chaleur de l'avant-dernière fraotion vapeur ~l à oontre-oourant avec le oourant frigorigène en oours de réohauf~ement sous la -~ basse pression. I
b) On effectue la totalité du refroidis~ement du mélange ga~eux, y compris -la partie finale de ce refroidissement, par échange de ohaleur à oontre-courant exclusivement aveo le oourant frigorigène en cours de réchauffement sou6 la basse prèssion, o) on détend à la bas~e pres~ion au moins une partie, sinon la totalité, de la dexnière fraotion oondensée du mélange de cyole, et la partie ainsi déten-due oonstitue au moins une partie initiale dudit oourant frigorigène.
~40 d) onildétend à la basse pression au moins une partie, ~inon la totalité, .~., ', ~oS~4~3 ::
de toutes les autres fractions condensées du mélange de cycle, y compris de la première fraction condensée, précédant la dernière fraction condensée, et :
on réunit les parties ainsi détendues au courant fri,gorigène, e) on recomprime le courant frigorigène réchauffé de la basse pression à
la haute pression, pour reconstituer au moins en partie :Le mélange de cycle sous la haute pression. ~.
Dans le cadre de ses travaux et recherche relatifs à la liquéfaction du gaz naturel, la Demanderesse s'est attachée à améliorer les performances énergé-tiquas du cycle précédemment défini, c'est-à-dire essentiellement;~.i.i.~ . ~......... .. ~
l~énergie de compression conso~,mée, tout en diminuant la taille des é~uipements : ~;
(essentiellement celle du moyen de compreæsion) nécessaires à la mise en oeuvre du cycle frigorifique. ~ ~ :
On a alors découvert qu'un tel but pouvait être satisfait par la coopéra~
tion des mesures suivantes :
f) on obtient au moins une fraction condensée du mélange de cycle, inter-médiaire entre la premi,~re fraction condensée et la dernière fraction conden~ée, par oonden~ation partielle de la fraction vapeur précédente, en éohange de ohaleur à contre-oourant exolusivemen-t aveo un courant frigorigène intermédiaire du mélange.de oyole, distinot dudit courant frigorigène sous la basse pression, en cours de réohauffement sous une pression intermédiaire entre la basse pression et la haute pression, g) on détend à oette pression intermédiaire au moins une partie d'au moins une autre fraotion oondensée du mélange de oycle, précédant ladite fraction condènsée intermédiaire, pour oons-tituer au moins une partie initiale dudit oourant frigorigène intermédiaire, h) on reoomprime ledit oourant frigorigène inte~médiaire réohauffé, oom-biné au préalable aveo ledit oourant frigorigène reoomprimé à la pres~ion inter-médiaire, dè oe-t-te.dernière à la haute presslon. .-~i~.fe ~ ~i;e ~ .
Selon un mode préféré d'exécution de la présente invention, on effectue ~. . -au moins une partie du refroidissement initial du mélange ga~eux traité, par éohange de ohaleur à oontre-oourant avec le oourant frigorigène intermédiaire, : .
en cours de réohauffement sous la preesion intermédiaire, puis on effectue le refroidissement final du mélange ga~eux par échange de chaleur à contre-courant ~.:
avec ledit courant frigorigène en cours de réchauffement sous la base pression. .~
~out d'abord, pour une meme surface totale d'échange de chaleur, la com- : :
binaison des mesures opératoires f) à h) permet de dim,inuer d'au moins environ 12 % l'énergie de compression consommée, par rapport au procédé antérieur de refroidissement, de type fermé, défini préoédemment, oonnu sous le nom de "oycle à~ca6cade incorporée", et travaillant avec une seule et mê~,e pression de réchauffement du mélange de cycle.
. : - 2 -.. . . . . . , , ~ . . ..
5~34~3 Le réchauffement du courant frigorigène intermédiaire du mélange de cycle,accompli sous une pression intermédiaire entre la basse pression et la haute pression du cycle frigorifique, permet d'effectuer la deuxième étape de conden-sation fractionnée, et éventuellement la troisième étape de condensation fraction-née au mélange de cycle, avec un rendement d'échange thermique a~élioré entre, d'une part le mélange de cycle en cours de réchauffement, et d'autre part le mélange de cycle en cours de refroidissement et condensation fractionnéa. En effet, conformément à l'art antérieur précédemment défini, cette ou ces étapes de conaensation fractionnée étaient effectuées dans une zone de refroidissement ~10 comprise approximativement entre + 30C et - 600C, par échange de chaleur avec le courant frigorigène du mélange de cycle en cours de réchauffement sous la basse pression. Par conséquent, selon cette technique antérieure, le mélange de cycle, par son réchauffement, apportait le froid nécessaire à la condensation fractionnée dudit mélange, à un niveau de température trop bas par rc~pport au niveau de température strictement nacessaire pour effectuer les deuxième et éven-tuellement troisième étape~ de conden~ation fractionnée. Par comparaison, selon l'invention, le réchauffement du courant frigorigène intermédiaire du mélange de oycle, effectué ~ous une pression intermédiaire en général plu~
élevée que la bas~e pression envisagée préoédemment, apporte le froid nécessaire,20 à la pour~uite de la condensation fractionnée du mélange de cycle, à un niveau de température relativement plu8 élevé que celui obtenu selon l'art antérieur.
Corrélativement, dan~ la zone de refroidi~sement précédemment mentionnée (~ 30Cà environ - 60C), on diminue l'écart de températures entre le mélange de cycle en cours de réchauffement et le mélange de cycle en cours de consensation frac-tionnée ; et par conséquent, on améliore ainsi le rendement énergétique global du oyole frigorifique.
Par ailleurs, la oombinaison des meaure~ opératoires f) à h) permet de diminuer con~idérablement la taille du ou des oompresse~rs nécessaires à la re-oompression du mélange de oycle, par rapport ~ oelle du ou des compresseurs nécessaires à l'exéoution au procédé antérieur de refroidissemen-t, défini pré-c~demment ; ceci laisse le choix à l'homme de métier entre~tous les types de compresseurs rotatifs, qu'ils soient axiaux ou centrifuges.
~, Cette amélioration obtenue selon l'invention résulte en partie des con-I sidérations techniques suivantes :
1) le débit vol~ique de chacun des couran~ frigorigène et courant frigo-~¦ rigène intermédiaire du mélange de cycle, est plus faible que le dél~it volumique I du courant frigorigène unique au mélange de cycle, réchauffé se on l'art anté-rieur sous une seule e-t même bas~e pression, en refroiaissant à la fois le mélange e cycle et le mélange gazeux traité ; en effet, selon l'invention, chacun des courants précédemme~t mentionnés n'effectue qu'une partie du refroicLissement 140 du mélange gazeux traité et/ou ~u mélange de oycle l 3 ,., : :
~!
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2) Le débit massique du courant frigorigène intermédiaire est en géné-ral beaucoup plus élevé que celui du courant frigorigène sous la basse pression ;
corrélativement, selon l'invention, la majeure partie cLu mélange de cycle est aspi-rée sous la pression intermédiaire, donc sous une pression d'aspiration en géné-ral plus élevée que la pression d'aspiration du mélange de cycle selon le pro-cédé de refroidissement conforme à l'art antérieur.
En outre, pour des raisons similaires à celles énoncées précédemment, à
capacité de production égale, et par rapport à la mise en oeuvre d'un cycle conforme à l'art antérieur, la combinaison des mesures opératoires f) à h) - 10 permet de diminuer notablement l'encombrement global des échangeurs et permet de mieux répartir entre les différents échangeurs la surface d'échange thermiqueto-tale nécessaire à l'accomplissement du cycle frigorifique. On améliore donc globalement la compacité de l'installation de refroidissement mettan-t en oeuvrele cyole fri~trifique conforme à l'invention.
Dans toute la présente description, et dans les revendications on entend i par :
1 - mélange gazeux, un gaz à refoidir comprenan-t une pluralité de consti--1 tuants ou oorp~ purs ; un gaz naturel répond notamment à oette définition, puisqu'il oomprend par exemp7e de l'azote, du méthane, de l'éthane, du propane, du butane, etc....
- mélange de cycle, un gaz comprenant une pluralité de constituants ou corps purs, ciroulant en rond dans un cycle frigorifique, et dont la ~eule fonction est de produire du froid ; d~ns lé cas du refroidissement d'un ga~ naturel, le mélange de cyole comprend plusieurs constituants du mélange gazeux à ref~oidir, - réfrigérant exte~ne, un réfrigérant distinct du mélange de cycle, assu-j rant notamment la conden~ation partielle du mélange de cyole lors de la première étape de oon~ensation fraotionnée, et/ou la condensation partielle du mélange de oyole reoomprimé à la pression intermédiaire. Il s'agit soit d'un réfrigérantliquide en cours de réohauffement, par exemple de l'eau, soit d'un réfrigérant en oours de v~porisation, par exemple du propane. Dans ce derni~r cas, tout , autre réfrigérant équivalent au propane peut être choisi ; il s'agit par exemple ; , d'un mélange de corps purs tpropane et prop~lène par exemple~, ou d'un seul et même corps pur (butane par exemple) ; il s'agit aussi d'amm~niac, ou de ré-frigérants hydrocarbonés fluorés connus sous le nom de "~réons". Dans le dernieroas, le procédé de refroidissement conforme à l'invention peut mettre en oeuvre -un autre ogole frigorifique, ~ ou cyole frigorifique auxi-liaire, comprenant suooessivement une oompression du réfrigérant externe ~ous forme gazeuse, une oondensation du réfrigérant oomprimé par éohange de chaleur , avec un autre réfrigérant externe tel que de l'eau, une détente d~dit réfrigérant -j ~o oondensé, une vaporisation dudit réfrigérant détendu par éohange de chaleur ~'''". .
~, . .
.. , .. . - . ~
105~4~3 avec au moins le mélange de cycle sous la haute pression, au cours de la pre-mière étape de conaensation fractionnée, ledit réfrigérant vaporisé étant recyclé vers la compression, - composition, sauf indications contraires, une composition volumique d'un gaz ~mélange de cycle, mélange gazeux, fractions gazeuses, vapeur, etc.. ) exprimée en pourcentages volumiques, - ensemble d'échange de chaleur :
. - soit un échangeur de chaleur unique, par exemple du type échangeur de . chaleur bobiné, compor.tan~ une calandre unique à l'intérieur de laquelle sont disposés, d'une part au moins un conduit de condensation ~ totale du mélange ~ de cycle, et d'autre part au moins un passage de refroidissément du mélange : gazeux traité, l'intérieur de la calandre unique jouant alors le r81e d'un : passage de vaporisa-tion ou réchauffement du courant frigorigène 90US la basse pression, - soit une pluralité d'échangeurs de chaleur dieposés en série, dont au moins un comporte un oonduit de condensation totale du mélange de cycle ;
chaque échangeur comporte d'une part un circuit de refroidissement du mélange gazeux traité, et d'autre part un circuit de vaporisa-tion ou réchauffement du courant frigorigène sous la basse pression, en relation d'échange thermique avecledit circuit de refroidissement,et avec éventuellement ledit conduit de con-densation to.bale ; les différents circuits de vaporisation;. sont connectés entre ~.
I eux en ~érie, et jouent ensemble le rale du passage de vaporisation du cou- :
' rant frigorigène sous la basse pres~ion ; de mAeme les différents circuits de `~I refroidissement sont connectés entre eux en série, et jouen-t ensemble le rôle : du passage de refroidissement du mélange gazeux traité, :
- ensemble d'éohange de chaleur intermédiaire : ~ .
- soit un échangeur de chaleur unique, par exemple du type échangeur de ohaleur bobin~, comportant une oalandre unique à l'intérieur de laquelle est disposé au moins un conduit de condensation partielle du mélange de cycle, ~,30 l'intérieur de la calandre unique jouant alors le rale du passage de vapbrisa-tion ou réchauffement du courant frigorigène intermédiaire, :~
- soit une pluralité d'éohangeurs de ohaleur dispo~és en série, compor-, tant ohaoun au moins un c~dlit de oondensation partielle du mélange de cycle, :~ et un circuit de vaporisation ou réchauffement du courant frigorigène inter-médiaire, en relation d'échange thermique avec ledit conduit de condensation .
partielle ; les différents circuits de vaporisation sont connectés entre eux :
en série, et jouent ensemble le ~81e du passage de vaporisation ou réchauffement ~.
du courant frigorigène intermédiaire.
Sauf indications contraires, dans la présente description et dans le~
revendications, par ~irefroidir" et "refroidissement", bn entend une opération . ;l 5 .` .. ~ :'' ' : . . ..
10504~3 par laquelle on abaisse la température d'un gaz comportant plusieurs constituants (mélange gazeux, mélange de cycle, fractions gazeuses, vapeur, etc...), impliquant -au moins l'un des phénomènes suivants :
1) un refroidissement dudit gaz depuis une température initiale voisine ou inférieureà la température ambiante, jusqu'à une température finale ég ~e ou supérieure à la température de rosée dudit gaz, ce dernier demeurant à l'é-tat gazeux, - 2) une condensation dudit gaz (se trouvant initialement à sa température de rosée) pouvant Aetre partielle, ou totale, ou fractionnée~ Dans le cas d'une condensation partielle, on abaisse la température dudit gaz depuis sa tempéra-ture de rosée jusqu'à une température supérieure à sa température d'ébullition.
Dans le cas d'une condensation tota~e, on abaisse la température dudit gaz de-pUi8 sa température de rosée jusqu'à sa tempéra-ture d'ébulli-tion. Par conden-sation fractionnée, on entend une opération compor-tant au moins une étape de condensation fractionnée, ladite étape comprenant successivement :
- une condensation partielle dudlt gaz ou d'une frac-tion vapeur de ce dernier, - une séparation dudit gaz partiellement condensé, ou de la fraction vapeur partiellement condensée, en une fraction vapeur et une fraction condensée, - éventuellement (lorsqu'il s'agit de la dernière étape de condensation ifractionnée ou d'une seule et unique étape de condensation fractionnée), une -condensation~t~tale de la fraction vapeur séparée~précédemment, pour obtenir une dernière fraction condensée,
corrélativement, selon l'invention, la majeure partie cLu mélange de cycle est aspi-rée sous la pression intermédiaire, donc sous une pression d'aspiration en géné-ral plus élevée que la pression d'aspiration du mélange de cycle selon le pro-cédé de refroidissement conforme à l'art antérieur.
En outre, pour des raisons similaires à celles énoncées précédemment, à
capacité de production égale, et par rapport à la mise en oeuvre d'un cycle conforme à l'art antérieur, la combinaison des mesures opératoires f) à h) - 10 permet de diminuer notablement l'encombrement global des échangeurs et permet de mieux répartir entre les différents échangeurs la surface d'échange thermiqueto-tale nécessaire à l'accomplissement du cycle frigorifique. On améliore donc globalement la compacité de l'installation de refroidissement mettan-t en oeuvrele cyole fri~trifique conforme à l'invention.
Dans toute la présente description, et dans les revendications on entend i par :
1 - mélange gazeux, un gaz à refoidir comprenan-t une pluralité de consti--1 tuants ou oorp~ purs ; un gaz naturel répond notamment à oette définition, puisqu'il oomprend par exemp7e de l'azote, du méthane, de l'éthane, du propane, du butane, etc....
- mélange de cycle, un gaz comprenant une pluralité de constituants ou corps purs, ciroulant en rond dans un cycle frigorifique, et dont la ~eule fonction est de produire du froid ; d~ns lé cas du refroidissement d'un ga~ naturel, le mélange de cyole comprend plusieurs constituants du mélange gazeux à ref~oidir, - réfrigérant exte~ne, un réfrigérant distinct du mélange de cycle, assu-j rant notamment la conden~ation partielle du mélange de cyole lors de la première étape de oon~ensation fraotionnée, et/ou la condensation partielle du mélange de oyole reoomprimé à la pression intermédiaire. Il s'agit soit d'un réfrigérantliquide en cours de réohauffement, par exemple de l'eau, soit d'un réfrigérant en oours de v~porisation, par exemple du propane. Dans ce derni~r cas, tout , autre réfrigérant équivalent au propane peut être choisi ; il s'agit par exemple ; , d'un mélange de corps purs tpropane et prop~lène par exemple~, ou d'un seul et même corps pur (butane par exemple) ; il s'agit aussi d'amm~niac, ou de ré-frigérants hydrocarbonés fluorés connus sous le nom de "~réons". Dans le dernieroas, le procédé de refroidissement conforme à l'invention peut mettre en oeuvre -un autre ogole frigorifique, ~ ou cyole frigorifique auxi-liaire, comprenant suooessivement une oompression du réfrigérant externe ~ous forme gazeuse, une oondensation du réfrigérant oomprimé par éohange de chaleur , avec un autre réfrigérant externe tel que de l'eau, une détente d~dit réfrigérant -j ~o oondensé, une vaporisation dudit réfrigérant détendu par éohange de chaleur ~'''". .
~, . .
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105~4~3 avec au moins le mélange de cycle sous la haute pression, au cours de la pre-mière étape de conaensation fractionnée, ledit réfrigérant vaporisé étant recyclé vers la compression, - composition, sauf indications contraires, une composition volumique d'un gaz ~mélange de cycle, mélange gazeux, fractions gazeuses, vapeur, etc.. ) exprimée en pourcentages volumiques, - ensemble d'échange de chaleur :
. - soit un échangeur de chaleur unique, par exemple du type échangeur de . chaleur bobiné, compor.tan~ une calandre unique à l'intérieur de laquelle sont disposés, d'une part au moins un conduit de condensation ~ totale du mélange ~ de cycle, et d'autre part au moins un passage de refroidissément du mélange : gazeux traité, l'intérieur de la calandre unique jouant alors le r81e d'un : passage de vaporisa-tion ou réchauffement du courant frigorigène 90US la basse pression, - soit une pluralité d'échangeurs de chaleur dieposés en série, dont au moins un comporte un oonduit de condensation totale du mélange de cycle ;
chaque échangeur comporte d'une part un circuit de refroidissement du mélange gazeux traité, et d'autre part un circuit de vaporisa-tion ou réchauffement du courant frigorigène sous la basse pression, en relation d'échange thermique avecledit circuit de refroidissement,et avec éventuellement ledit conduit de con-densation to.bale ; les différents circuits de vaporisation;. sont connectés entre ~.
I eux en ~érie, et jouent ensemble le rale du passage de vaporisation du cou- :
' rant frigorigène sous la basse pres~ion ; de mAeme les différents circuits de `~I refroidissement sont connectés entre eux en série, et jouen-t ensemble le rôle : du passage de refroidissement du mélange gazeux traité, :
- ensemble d'éohange de chaleur intermédiaire : ~ .
- soit un échangeur de chaleur unique, par exemple du type échangeur de ohaleur bobin~, comportant une oalandre unique à l'intérieur de laquelle est disposé au moins un conduit de condensation partielle du mélange de cycle, ~,30 l'intérieur de la calandre unique jouant alors le rale du passage de vapbrisa-tion ou réchauffement du courant frigorigène intermédiaire, :~
- soit une pluralité d'éohangeurs de ohaleur dispo~és en série, compor-, tant ohaoun au moins un c~dlit de oondensation partielle du mélange de cycle, :~ et un circuit de vaporisation ou réchauffement du courant frigorigène inter-médiaire, en relation d'échange thermique avec ledit conduit de condensation .
partielle ; les différents circuits de vaporisation sont connectés entre eux :
en série, et jouent ensemble le ~81e du passage de vaporisation ou réchauffement ~.
du courant frigorigène intermédiaire.
Sauf indications contraires, dans la présente description et dans le~
revendications, par ~irefroidir" et "refroidissement", bn entend une opération . ;l 5 .` .. ~ :'' ' : . . ..
10504~3 par laquelle on abaisse la température d'un gaz comportant plusieurs constituants (mélange gazeux, mélange de cycle, fractions gazeuses, vapeur, etc...), impliquant -au moins l'un des phénomènes suivants :
1) un refroidissement dudit gaz depuis une température initiale voisine ou inférieureà la température ambiante, jusqu'à une température finale ég ~e ou supérieure à la température de rosée dudit gaz, ce dernier demeurant à l'é-tat gazeux, - 2) une condensation dudit gaz (se trouvant initialement à sa température de rosée) pouvant Aetre partielle, ou totale, ou fractionnée~ Dans le cas d'une condensation partielle, on abaisse la température dudit gaz depuis sa tempéra-ture de rosée jusqu'à une température supérieure à sa température d'ébullition.
Dans le cas d'une condensation tota~e, on abaisse la température dudit gaz de-pUi8 sa température de rosée jusqu'à sa tempéra-ture d'ébulli-tion. Par conden-sation fractionnée, on entend une opération compor-tant au moins une étape de condensation fractionnée, ladite étape comprenant successivement :
- une condensation partielle dudlt gaz ou d'une frac-tion vapeur de ce dernier, - une séparation dudit gaz partiellement condensé, ou de la fraction vapeur partiellement condensée, en une fraction vapeur et une fraction condensée, - éventuellement (lorsqu'il s'agit de la dernière étape de condensation ifractionnée ou d'une seule et unique étape de condensation fractionnée), une -condensation~t~tale de la fraction vapeur séparée~précédemment, pour obtenir une dernière fraction condensée,
3) un sous-refroidissement dudit gaz condensé préliminairement, ou d'au moins une fraction oonden~ée dudit gaz, lorsque celui-ci a subi une condensa-tion fraotlonnée, par lequel on abai~e la température dudit gaz condensé ou d'au moins ladite fraotion oondensée, depuis une température initiale voisine de la température d'ébullition dudit gaz oondensé ou de ladite fraction 1 30 condensée, jusqu'à une température finale.
¦Dans le cas du mélange de cyole, la oondensation fractionnée impliquée -par l'invention oompor-te au moins deux étapes de oondensation fractionnée, telles que définie~ précédemment, et le nombre de ballons séparateurs, assurant chacun la ~éparation d'une fraotion oondensée et d'une fraotion vapeur, est égal au nombre d'étapes~de la oondensation fractionnée du mélange de cycle.
Dans le cas du mélange gazeux traité, lorsque celui-ci est soum~s à une condensation fractionnée, on peut effectuer au moins une séparation fraction ~ -condensée/fraotion vapeur par reotifioation du mélange gazeux traité oorres-pondant, au moins partiellement condensé, ou par rectification d~ne fraction
¦Dans le cas du mélange de cyole, la oondensation fractionnée impliquée -par l'invention oompor-te au moins deux étapes de oondensation fractionnée, telles que définie~ précédemment, et le nombre de ballons séparateurs, assurant chacun la ~éparation d'une fraotion oondensée et d'une fraotion vapeur, est égal au nombre d'étapes~de la oondensation fractionnée du mélange de cycle.
Dans le cas du mélange gazeux traité, lorsque celui-ci est soum~s à une condensation fractionnée, on peut effectuer au moins une séparation fraction ~ -condensée/fraotion vapeur par reotifioation du mélange gazeux traité oorres-pondant, au moins partiellement condensé, ou par rectification d~ne fraction
4 vapeur correspondante de celui-ci, également au moins partiellemen-t condensée.
... ~ I .. ..
",~ .
,, , . . : . :
~OS04~3 Sauf indications contraires, dans la présente description et dans les revendications, par "réchauffer" et "réchauffement", on en-tend une opération par laquelle on augmente la température d'un liquide comportant plusieurs constituants (fractions liquides, condensées, etc...), ou d'un mélange diphasi-que liquide-gaz (mélange de cycle, courant rigorigène et courant rigorigène intermédiaire) comprenant un tel liquide, impliquant au moins l'un des phénomenes suivants :
1) une vaporisation totale dudit liquide, ou dudit mélange diphasique,se trouvant initialement à la température d'ébul~tion dudit liquide, en augmentant la température dudit liquide, ou dudit mélange diphasique, depuis la températured'ébullition dudit liquide jusqu'à la température de rosée dudit liquide, 2) un réchauffement dudit liquide vaporisé, ou dudit mélange diphasique vaporisé, depuis une température initiale égale ou supérieure à la température de rosée dudit liquide vaporisé, jusqu'à une température finale voisine ou inférieure à la température ambiante.
~e mélange diphasique envisagé précédemment peut subir plusieurs vapo-risations suocessives oonformes à la déinition préoédente, oorrespondant ohaoune à l'introduotion d'un nouveau liquide dans ledit mélange.
Par courant frigorigène, on entend un oourant du mélange de oyole, des-tiné à refroidir un mélange de oyole et/ou un mélange gazeux traité, oirculant i~ depuis l'extrémité froide jusqu'à l'extrémité ohaude d'un ensemble d'échange de ohaleur, résultant initialement (o'est-à-dire à l'extrémité roide dudit ensemble) de l'introduotion, puis de la vaporisation dans ledit ensemble , d'éohange de ohaleur, d'au moins une partie détendue d'une fraotion oondensée du mélange de oyole, à laquelle se joint, au oours de la progression dudit oourant vers l'extrémité ohaude dudit ensemble, au moins une partie d'au moins une autre fraotion oondenaée du mélange de cycle.
I,a présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexé~ dans le~quels :
- la figure 1 représente ~ohématiquemen-t une installation pour le re-froidissement d'un gaz naturel, conforme à la présente invention, - les figures 2 à 5 représentent respe¢tivement et schématiquement i d'autres installations de refroidissement d'un gaz naturel, conorme à la ~` présente invention.
Par reférence à la igure 1, une installation de refroidissement d'un gaz naturel (mélange gazeux traité), oonforme à la présente invention oomprend :a) un moyen de oompression 1 dont llaspiration 1'a et le refoulement , 1i'b fonotionnent respectivement SQUS une ba~se pression ~P et une haute -pression RP ; oe moyen dè oompression comprend un premier étage 1' dont l'aspiration 1'a et le refoulement 1'b fonctionnent respectivement sous la ~ .. ..
`.'.', ' ~ "' ',", :' ~ ' .
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.~ .. ~ ,. . .. .. . .. . . . . . . , . . . - .. . . . .
~.oS0~3 : basse pression ~P et sous une pression intermédiaire PI entre la basse pression P et la haute pression HP, et un autre ou dexième étage 1 " dont l'aspiration ` 1 "a et le refoulement 1 "b fonctionnent respectivement sous la pression inter-médiaire PI et sous la haute pression HP ; le refoulement 1'b du premier étage 1' communique avec l'aspiration 1 "a du deuxième étage 1 ", par l'inte~médiaire d'un conduit sur lequel est disposé un refroidisseur-3, comportant des moyens de circulation pour un réfrigérant externe, b) un condenseur 2 dont l'entrée 2a communique avec le refoulement 1 "b -~
du moyen de compression 1, et comportant des moyens de circulation pour un ré-frigérant externe, c) une pluralité, soit deux séparateurs 4 et 5 disposés en série, compor-tant chacun une entrée!diphasique repérée par l'indice inférieur a, une sortie liquide repérée par l'indice inférieur o, et une sortie gazeuse repérée par :
l'indice inférieur b ; l'entrée diphasique ~ du premier séparateur 4 communique i .
avec la sortie 2b du condenseur 2 ; l'entrée diphasique 5a dudeu~ième ou dernierséparateur 5 communique avec la sortie gazeuae ~ du premier ou avant-dernier ~éparateur 4, d) un ensemble d'éohange de ohaleur 6, cooperant aveo le deuxième ou der-~ier séparateur 5, pour te~miner la oondensa-tion fraotionnée du mélange de cycle, comprenant trois échangeurs distincts7, 8 et 9. Cet ensemble comprend ..
'j premièrement un conduit de condensation totale 8a de la dernière fraction va-peur du mélange de cyole, disposé dans l'éohangeur 8, dont l'entrée communique avec la sortie gazeuse 5b du d~xième ou d~rnier séparateur 5, deuxièmement un passage de vaporisation en relation d'éohange thermique aveo le oonduit 8a de oondensation totale, oonsistant en la communication en série de l'intérieur 9b de la oala~dre de l'éohangeur 9, du oonduit de liaison 98 entre les échan-: geurs 9 et 8, de l'intérleur 8b de la oalandre de l'échangeur 8, ~u oonduit de .
liaison ~7 entre le~ éohangeurs 8 et 7, et de l'intérieur 7b de la oalandre de l'échangeur 7, troisièmement un passage de refroidissement en relation d'éohange thermique aveo l~ passage de vaporisation préoédemment défini, oonsis- :
.'1 , , .
, tant en la oommunioation en série des conduits 70 de l'éohangeur 7, 80 de .l l'éohangeur 8, et 9c de l'éohangeur 9. ~'éohangeur 9 oomprend en outre un oon-duit 9d de sous-refroi~issement de la dernière fraotion oondensée du mélange de oyole, en:relation d'éohange thermique aveo le passage de vaporisa-bion ~9b, 98, 8b, 87, 7b). ~'éohangeur 8 comprend en outre un conduit de sous-refroidissement , 8d de l'avant-dernière ou deuxième fraotion oondensée du mélange de oyole, en ~ - relation d'éohange thermique.aveo le même passage de vaporisation, i e) un ensemble d'éohange de chale.ur intermédiaire 60, distinot de l'en-~emble d'éohange de ohaleur 6, oonsistant en un seul éohangeur 10. Cet en~emble ., . . . ~ . .. . ...
,.. . ., . , . , ~L~504~3 comprend premièrement un conduit de condensation partielle 10a de la première fraction vapeur du mélange de cycle, dont la sortie communique avec l'entrée di-phasique 5a du séparateur 5, succéaant au premier separateur 4, dont l'entrée communique avec la sortie gazeuse 4b du premier séparateur 4, précédan-t le deuxième ou séparateur intermédiaire 5, deuxièmement ~m paesage de vaporisation interméaiaire 10b, en relation d'échange thermique avec le conduit de conden-sation partielle 10a. Par ailleurs, l'échangeur 10 comprend en outre un con-duit 10d de sous-refroidissement de la première fraction condensée du mélange .
de cycle, en rela-tion d'échange thermique avec le passage de vaporisation intermédiaire 1Ob, f) une pluralité, soit trois moyens ou vannes de détente s~ccessifs 11, - 12 et 13 ; l'amont du dernier ou troisième moyen de détente 13 communique avec la sortie du conduit de condeneation totale 8a, par l'intermédiaire du ~ conduit 9d de ~ous-refroidissement de lléchangeur 10 ; l'amont de l'avant-: dernier ou deuxième moyen de détente 12 communique avec la sortie liquide 5c .~ du deuxième ou dernier séparateur 5, par l'intermédiaire du conduit de sous-refxoiai~sement 8d de l'~changeur 8 ; l'aval des dernier ou troi~ième, e-t avant-de~nier ou deuxième moyens de déténte 13 et 12 communique avec le pa~age de vaporisation préc~demment défini (9b, 98, 8b, 87, 7b), ~~20 g) l'amont du premier moyen de détente 11, ou moyen de détente intermé- :
.~ diaire, disposé en amont de l'avant-dernier ou deuxième moyen de déten-te 12, communique avec la sortie liquide 4c du séparateur 4, précéaant le deuxième ., séparateur 5, ou séparateur intermédiaire, tandis que l'aval ae ce même moyen de déte~te in-termédiaire 11, ou première vanne de détente, communique ~.
avec le passage de vaporisa-tion intermédiairé 10b défini précédemment, h) un conduit de retour 14 dont l'amont communique avec le pas0age de vapori~ation (9b, 98, 8b, 87, 7b), et dont l'aval oommunique avec l'aspiration 1'a du moyen de oompres0ion 1, ou avec l'aapiration du premier étage 1' du `~ compre~0eur 1, i) un conduit de retour intermédiaire 15 don-t l'amont communique avec le pas~age de vaporisation intermédiaire 10b, et don-t l'aval oommunique avec .. l'aspiration 1 "a de l'autre ou deuxième étape de compression 1 ", l'aspira-tion 1 "a du deuxième étage de compression 1 " communiquant avec le refoulement 1'b du premier étage de compression 1'. !~.n ~es moyens de fractionnement du gaz naturel traité, en vue de récupérer :
à l'état pur ou en mélange au moins une partie des constituants plus lourds ;~ que le méthane, peuvent être prévus sur le passage de refroidissement du mé-lange gazeux traité, entre les conduits 7c et 8c.
~ 'installation de refroidissement précédemment dé~rite per et de refroidir un gaz natural (mélange gazeux traité), à l'aide d'un cycle frigorifique de ,40 type fermé, mettant en oeuvre un mélange de oycle comportant une pluralité de _ 9 _ .j , . . : ~ - , . . i ., , .~ . ,, .,, , ., , :
. , . . .. . . . ., . , ,, ,, ., ... , ,. ,.. ~ . .; . ,. . ,; .
~Lo50~L3 ~ .
constituants, dont certains sont identiques à ceux du gaz naturel traité. Ce cycle frigorifique comporte les étapes suivantes :
a) on effectue sous la haute pression ~P une condensation fractionnée ; du mélange de cycle, comportant : :~
- une première étape de condensation fractionnée, effectuée par la coopé-ration du condenseur 2 et du premier separateur 4, pendant laquelle on condense :
partiellement le mélange de cycle par échange de chaleur (dans le condenseur 2) ~ :
avec un réfrigérant externe, on sépare le mélange de cycle par-tiellement con-densé dans le séparateur 4 en une première fraction condensée disponible à . :
la sortie liquide 4c, et en une première fraction vapeur disponible à la sortie gazeuse 4b du séparateur 4, - une deuxième ou dernière étape de condensation fractionnée, effectuée : gr~e à la coopération du conduit de condensation partielle 10a, du séparateur
... ~ I .. ..
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,, , . . : . :
~OS04~3 Sauf indications contraires, dans la présente description et dans les revendications, par "réchauffer" et "réchauffement", on en-tend une opération par laquelle on augmente la température d'un liquide comportant plusieurs constituants (fractions liquides, condensées, etc...), ou d'un mélange diphasi-que liquide-gaz (mélange de cycle, courant rigorigène et courant rigorigène intermédiaire) comprenant un tel liquide, impliquant au moins l'un des phénomenes suivants :
1) une vaporisation totale dudit liquide, ou dudit mélange diphasique,se trouvant initialement à la température d'ébul~tion dudit liquide, en augmentant la température dudit liquide, ou dudit mélange diphasique, depuis la températured'ébullition dudit liquide jusqu'à la température de rosée dudit liquide, 2) un réchauffement dudit liquide vaporisé, ou dudit mélange diphasique vaporisé, depuis une température initiale égale ou supérieure à la température de rosée dudit liquide vaporisé, jusqu'à une température finale voisine ou inférieure à la température ambiante.
~e mélange diphasique envisagé précédemment peut subir plusieurs vapo-risations suocessives oonformes à la déinition préoédente, oorrespondant ohaoune à l'introduotion d'un nouveau liquide dans ledit mélange.
Par courant frigorigène, on entend un oourant du mélange de oyole, des-tiné à refroidir un mélange de oyole et/ou un mélange gazeux traité, oirculant i~ depuis l'extrémité froide jusqu'à l'extrémité ohaude d'un ensemble d'échange de ohaleur, résultant initialement (o'est-à-dire à l'extrémité roide dudit ensemble) de l'introduotion, puis de la vaporisation dans ledit ensemble , d'éohange de ohaleur, d'au moins une partie détendue d'une fraotion oondensée du mélange de oyole, à laquelle se joint, au oours de la progression dudit oourant vers l'extrémité ohaude dudit ensemble, au moins une partie d'au moins une autre fraotion oondenaée du mélange de cycle.
I,a présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexé~ dans le~quels :
- la figure 1 représente ~ohématiquemen-t une installation pour le re-froidissement d'un gaz naturel, conforme à la présente invention, - les figures 2 à 5 représentent respe¢tivement et schématiquement i d'autres installations de refroidissement d'un gaz naturel, conorme à la ~` présente invention.
Par reférence à la igure 1, une installation de refroidissement d'un gaz naturel (mélange gazeux traité), oonforme à la présente invention oomprend :a) un moyen de oompression 1 dont llaspiration 1'a et le refoulement , 1i'b fonotionnent respectivement SQUS une ba~se pression ~P et une haute -pression RP ; oe moyen dè oompression comprend un premier étage 1' dont l'aspiration 1'a et le refoulement 1'b fonctionnent respectivement sous la ~ .. ..
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~.oS0~3 : basse pression ~P et sous une pression intermédiaire PI entre la basse pression P et la haute pression HP, et un autre ou dexième étage 1 " dont l'aspiration ` 1 "a et le refoulement 1 "b fonctionnent respectivement sous la pression inter-médiaire PI et sous la haute pression HP ; le refoulement 1'b du premier étage 1' communique avec l'aspiration 1 "a du deuxième étage 1 ", par l'inte~médiaire d'un conduit sur lequel est disposé un refroidisseur-3, comportant des moyens de circulation pour un réfrigérant externe, b) un condenseur 2 dont l'entrée 2a communique avec le refoulement 1 "b -~
du moyen de compression 1, et comportant des moyens de circulation pour un ré-frigérant externe, c) une pluralité, soit deux séparateurs 4 et 5 disposés en série, compor-tant chacun une entrée!diphasique repérée par l'indice inférieur a, une sortie liquide repérée par l'indice inférieur o, et une sortie gazeuse repérée par :
l'indice inférieur b ; l'entrée diphasique ~ du premier séparateur 4 communique i .
avec la sortie 2b du condenseur 2 ; l'entrée diphasique 5a dudeu~ième ou dernierséparateur 5 communique avec la sortie gazeuae ~ du premier ou avant-dernier ~éparateur 4, d) un ensemble d'éohange de ohaleur 6, cooperant aveo le deuxième ou der-~ier séparateur 5, pour te~miner la oondensa-tion fraotionnée du mélange de cycle, comprenant trois échangeurs distincts7, 8 et 9. Cet ensemble comprend ..
'j premièrement un conduit de condensation totale 8a de la dernière fraction va-peur du mélange de cyole, disposé dans l'éohangeur 8, dont l'entrée communique avec la sortie gazeuse 5b du d~xième ou d~rnier séparateur 5, deuxièmement un passage de vaporisation en relation d'éohange thermique aveo le oonduit 8a de oondensation totale, oonsistant en la communication en série de l'intérieur 9b de la oala~dre de l'éohangeur 9, du oonduit de liaison 98 entre les échan-: geurs 9 et 8, de l'intérleur 8b de la oalandre de l'échangeur 8, ~u oonduit de .
liaison ~7 entre le~ éohangeurs 8 et 7, et de l'intérieur 7b de la oalandre de l'échangeur 7, troisièmement un passage de refroidissement en relation d'éohange thermique aveo l~ passage de vaporisation préoédemment défini, oonsis- :
.'1 , , .
, tant en la oommunioation en série des conduits 70 de l'éohangeur 7, 80 de .l l'éohangeur 8, et 9c de l'éohangeur 9. ~'éohangeur 9 oomprend en outre un oon-duit 9d de sous-refroi~issement de la dernière fraotion oondensée du mélange de oyole, en:relation d'éohange thermique aveo le passage de vaporisa-bion ~9b, 98, 8b, 87, 7b). ~'éohangeur 8 comprend en outre un conduit de sous-refroidissement , 8d de l'avant-dernière ou deuxième fraotion oondensée du mélange de oyole, en ~ - relation d'éohange thermique.aveo le même passage de vaporisation, i e) un ensemble d'éohange de chale.ur intermédiaire 60, distinot de l'en-~emble d'éohange de ohaleur 6, oonsistant en un seul éohangeur 10. Cet en~emble ., . . . ~ . .. . ...
,.. . ., . , . , ~L~504~3 comprend premièrement un conduit de condensation partielle 10a de la première fraction vapeur du mélange de cycle, dont la sortie communique avec l'entrée di-phasique 5a du séparateur 5, succéaant au premier separateur 4, dont l'entrée communique avec la sortie gazeuse 4b du premier séparateur 4, précédan-t le deuxième ou séparateur intermédiaire 5, deuxièmement ~m paesage de vaporisation interméaiaire 10b, en relation d'échange thermique avec le conduit de conden-sation partielle 10a. Par ailleurs, l'échangeur 10 comprend en outre un con-duit 10d de sous-refroidissement de la première fraction condensée du mélange .
de cycle, en rela-tion d'échange thermique avec le passage de vaporisation intermédiaire 1Ob, f) une pluralité, soit trois moyens ou vannes de détente s~ccessifs 11, - 12 et 13 ; l'amont du dernier ou troisième moyen de détente 13 communique avec la sortie du conduit de condeneation totale 8a, par l'intermédiaire du ~ conduit 9d de ~ous-refroidissement de lléchangeur 10 ; l'amont de l'avant-: dernier ou deuxième moyen de détente 12 communique avec la sortie liquide 5c .~ du deuxième ou dernier séparateur 5, par l'intermédiaire du conduit de sous-refxoiai~sement 8d de l'~changeur 8 ; l'aval des dernier ou troi~ième, e-t avant-de~nier ou deuxième moyens de déténte 13 et 12 communique avec le pa~age de vaporisation préc~demment défini (9b, 98, 8b, 87, 7b), ~~20 g) l'amont du premier moyen de détente 11, ou moyen de détente intermé- :
.~ diaire, disposé en amont de l'avant-dernier ou deuxième moyen de déten-te 12, communique avec la sortie liquide 4c du séparateur 4, précéaant le deuxième ., séparateur 5, ou séparateur intermédiaire, tandis que l'aval ae ce même moyen de déte~te in-termédiaire 11, ou première vanne de détente, communique ~.
avec le passage de vaporisa-tion intermédiairé 10b défini précédemment, h) un conduit de retour 14 dont l'amont communique avec le pas0age de vapori~ation (9b, 98, 8b, 87, 7b), et dont l'aval oommunique avec l'aspiration 1'a du moyen de oompres0ion 1, ou avec l'aapiration du premier étage 1' du `~ compre~0eur 1, i) un conduit de retour intermédiaire 15 don-t l'amont communique avec le pas~age de vaporisation intermédiaire 10b, et don-t l'aval oommunique avec .. l'aspiration 1 "a de l'autre ou deuxième étape de compression 1 ", l'aspira-tion 1 "a du deuxième étage de compression 1 " communiquant avec le refoulement 1'b du premier étage de compression 1'. !~.n ~es moyens de fractionnement du gaz naturel traité, en vue de récupérer :
à l'état pur ou en mélange au moins une partie des constituants plus lourds ;~ que le méthane, peuvent être prévus sur le passage de refroidissement du mé-lange gazeux traité, entre les conduits 7c et 8c.
~ 'installation de refroidissement précédemment dé~rite per et de refroidir un gaz natural (mélange gazeux traité), à l'aide d'un cycle frigorifique de ,40 type fermé, mettant en oeuvre un mélange de oycle comportant une pluralité de _ 9 _ .j , . . : ~ - , . . i ., , .~ . ,, .,, , ., , :
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~Lo50~L3 ~ .
constituants, dont certains sont identiques à ceux du gaz naturel traité. Ce cycle frigorifique comporte les étapes suivantes :
a) on effectue sous la haute pression ~P une condensation fractionnée ; du mélange de cycle, comportant : :~
- une première étape de condensation fractionnée, effectuée par la coopé-ration du condenseur 2 et du premier separateur 4, pendant laquelle on condense :
partiellement le mélange de cycle par échange de chaleur (dans le condenseur 2) ~ :
avec un réfrigérant externe, on sépare le mélange de cycle par-tiellement con-densé dans le séparateur 4 en une première fraction condensée disponible à . :
la sortie liquide 4c, et en une première fraction vapeur disponible à la sortie gazeuse 4b du séparateur 4, - une deuxième ou dernière étape de condensation fractionnée, effectuée : gr~e à la coopération du conduit de condensation partielle 10a, du séparateur
5, et du conduit de conden~ation totale aa, pendant laquelle on condense partiel-.l lement dans le conduit lOa la première ou avant-dernière fraction vapeur du ,~ mélange de cycle, on cépare dans le sépara-teur 5 l'avant-derni~re ou première fraotion vapeur partiellement conden~ée en une deuxième et dernière fraction .
vapeur di~ponible à la sortie 5b du ~éparateur 5, et une avant-dernière ou ~ deuxième fraction condensée disponible à la sortie liquide 5c du séparateur 5 ;
j20 finalement, on condense tobalement dans le conduit 8a la dernière ou deuxième ~; fraotion vapeur pour obtenir la dernière-fraction condensée du mélange de cycle, disponible à la sortie du conduit de condensation totale 8a, la dernière ou troisième fraction condensée est obtenue par échange de I chaleur (ensemble d'échange de chaleur 6) à contre-courant excluaivement avec j un courant frigorigène du mélange de cy¢le, circulant dans le~passage de vapo--l risation (9b, 98, 8b, 87, 7b), en cour~ de réchauffement sous la basse pression ¦ BP inférieure à la haute pression ~P. Par ailleurs, les deuxième et ~troisième ;:
fraotions condensées du mélange de ogole sont ~ous-refroidies respectivement.
dans les conduits 8d et 9d, par éohange de chaleur à contre-courant exclusi-vement aveo oe meme oourant frigorigène du mélange de cycle, circulant dans ., le passage de vaporisation précédemment défini.
.l b) on obtient la deuxième fraction oondensée du mélange de eycle, dis-~i ponible à la sortie liquide 5G du séparateur 5, intermédi~ire entre la première ~ fraotion condeneée et la troisième ou dernière fraction oondensée, par condensation :~ partielle dans le conduit 10a de la fraction vapeur précédente, ou première 1 fraction vapeur, disponible à la sortie ga~euse 4b du séparateur 4 ; cette j oonde~nsation partielle est effectuée en échange de chaleur à contre-oourant, j dans l'~ohangeur 10, exolusivement aveo un oourant frigorigène intermédiaire `~ au mélarge de c~cle9 di~tinct du courant frigorigène sous la bas~e pression i 40 préoédemment mentiormée, oirculant dans le passage de vaporisation intermédiaire ., , :~ . !
'I ':
'1 ; .
1(~5~)4~3 10b, et en cours de réchauffement sous la pression intermédiaire PI entre la basse pression BP et la haute pression HP, c) on effectue la totalité du refroidissement du gaz naturel, y compris la partie finale de ce refroidissement, par échange de chaleur dans le passage de refroidissement (7c, 8c, 9c,), à contre-courant exclusivement avec le courantfrigorigène précédemment mentionné, en cours de réchauffement sous la basse ;;;.
pression BP, dans le passage de vaporisation (9b, 98, 8b, 87, 7b), d) on détend à la basse pression BP, dans le troisième ou dernier moyen de détente 13, la totalité de la dernière ou troisième fraction condensée du ..
mélange de cycle, et cette fraction condensée détendue constitue une partie initiale du courant frigorigène circulant dans le passage de vaporisation (9~, ..
98, 8b, 87, 7b), :::
e) on détend à la basse pression BP, dans le deuxième ou avan-t-dernier : moyen de détente 12, la totalité d'une autre fraction condensée du mélange de cycle, c'est-à-dire de la deuxième fraction condensée, précédant la troisième ~:~
.~ ou dernière fraction oondensée dudit mélange, et on réunit dans le conduit de : . :
liaison 98 l'avant-dernière ou deuxième fraotion oondensée détendue au oourant frigorie~ne oiroulant dans le paasage de vaporisation (9b, 98, 8~, 87, 7b), 1 f) on détend dans le premier moyen de détente 11 à la pression intermé- :
l20 diaire PI là totalité d'une autre fraction condensée du mélange de oycle, pré- ..
`1l oédant la deuxième fraotion condensée, ou fraction oondensée intermédiaire ; 1:
plus préoisément, on détend à la pression intermédiaire PI, d&ns la vanne 11, .
~! la totalité de la première fraotion oondensée, pour oonstituer une partie ini- :. :.
-1 tiale du oourant frigorigène intermédiaire oiroulant dans lè passage de vapori- . -sation intermédiaire 10b ; dans le cas présent, le oourant frigorigène inter-médiaire est constitué par l'in-té~ralité de la première fraotion oondensée détendue, ~) on reoomprime le oourant frigorigène réohauffé, provenant par le oonduit ~;` de retour 1~ du passage de vaporisation ~9b, 98, 8b, 87, 7b), de la basse ~30 pressio~ BP à la haute pression HP, dans le mo~en de oompression 1, pour oonsti- .
tuer au moins en partie le mélange de oyole sous la haute pressiQn HP, dispo-~i nible au refoulement 1 "b du oompresseur 1 ; à oette fin, le oourant frigori-j gè~e réohauffé est tout d'abord reoomprimé à la pression intermédiaire PI, .1 dans l'étage 1' du aompreseeur 1, puis on reoomprime le oourant frigorigène ~ :
. intermédiaire réohauffé,.proYe~nt.. du~ p~ssa~e.de.. ~ isation intermédiaire 10b .i par le conduit de retour 15, oombiné au oouran-t frigorigène préoédent reoompri- :
mé, de la pression intermédiaire PI à la haute pression HP dans l'autre étage 1 " du oompresseur 1.
'4o Selon le procédé décrit par référenoe à la ~igure 1, on oonstate que dans `1 - ~ . - 11 - , ' ~ . . . ' '.':
' I . : . , , '' ' ' .~ ~
. I '," "~' .
' ,.,:.' ,, ' '' ' .,' ' ,, " . ~ ' ., . '.' ', . ,', . ' ',.. , '' ,,.', '' I' ." ' .. ' .' ' ' , ' ''' . ., lOS04~3 ce mode d'exécution de l'invention - la condensation fractionnée du mélange de cycle comprend exclusivement deux étapes de condensation fractionnée, correspondant respectivement aux sépa-rateuræ 4 et 5, moyennant quoi les avant-dernière et dernière fractions vapeur du mélange de cycle sont respectivement les première e-t deuxième fractions vapeur de celui-ci, disponibles respectivemen-t aux sorties gazeuses 4b et 5b des séparateurs 4 et 5, tandis que les avant-de~nière et dernière fractions i condensées du mélange de cycle sont respectivement les deuxième et troisième fractions condensées de celui-ci, disponibles respectivement à la sortie liquide :~
5c du séparateur 5, et à la sortie du co~duit de condensation totale 8a, - on obtient la troisième fraction condensée du mélange de cycle par ~ :
. échange de chaleur de.la deuxième fraction vapeur, à contre-oourant exclusive-ment avec le courant frigorigène clrculant dans le passage de vaporisation ;; (9b, 98, 8b, 87, 7b), en cours de réchauffement sous la basse pression BP, - on détend en totalité les deuxième e-t troisième fractions condenséeb du mélange de oyole, respectivement dans les moyens de détente 12 e-t 13, à la ; bas~e pre~sion ~P, et la troisième Praotion oondensée détendue cons-ti-tue une partie initiale du oourant frigorigène oir~ulant dans le passage de vaporisation.l (9b, 98, 8b, 87, 7b), tandis que la deuxième fraction condensée détendue est .
!o réunie à ce courant frigorigène, dans le conduit 98, .j - on obtient la deuxième fraction condensée du mélange de cycle, dispo-nible à la sertie liquide 5c, par condensation partielle de la première fractionvapeur, disponible à la sortie gazeuse4b, en échange de chaleur à contre-oourant. ~ exolusivement avec le oourant frigorigène intermédiaire, circulant dans le ., passage de vaporisation intermédiaire 10b, en oours de réchauffement sous la .i pres~ion intermédiaire PI, i - on d~tend en totalité à la pression intermédiaire PI, dans le moyen .~ de détente 11, la première frsotion oondensée du mélange de oyole, disponible a la sortie liquide 40, et la première fraction condensée ainsi détiendue oonsti-b tue en totalité le courant frigorigène intermédiaire, ciroùlsnt dans le passage ~l~ de vaporisation intermédiaire 10b de l'éohsngeur~10.
:~ Par ailleurs, on constate que l'on effectue le refroidissement initial, ~l puis le ref~oidissement final du mélsnge gszeux traité (gaz naturel),.iar échange ~.
j de ohaleur (dsns:l'ensem~le d'éohange 6) à contre-courant exclusivement avec le ¦ ooursnt ~rigorigène en cours de réohauffement sou~ la basse pression ~P dsns le : -passage de vaporisation (9b; 98, 8b, 87, 7b). ~ .
I En outre, le débit moyen du courant frigorigène oiroulant dans le passage .
:~ de vaporisation (9b, 98, 8b, 87, 7b) es-t lsrgement exoédentaire par rapport au :
! d~bi~i moyen du~m~l ~ e gazeux en oours de refroidissement, oirculant dans le ..
: - 1 2 - :
, ~ ~ .
:1 ' '. ~ , 1~504i3 passage de refroidissement (7c, 8c, 9c) ; de cette manière, on réchauffe le courant frigorigène jusqu'à une température finale inférieure à la température :
ambiante, et on recomprime directement dans le compresseur 1 le courant frigo-rigène ainsi réchauffé. Par conséquent, l'aspiration 1 "a du moyen de compres-sion 1 s'effectue sous une température inférieure à la témpérature ambiante. .
L'installation de refroidissement, représentée à la figure 2, diffère ~:
essentiellement de celle représentée à la figure 1, par le fait que :
- il est prévu un séparateur supplémentaire 18, dont l'entrée diphasique i~
.` 18a communique avec la sortie gazeuse 4b au pre~ier séparateur 4, dont la sortie liquide 18O communique avec le moyen de détente 11 par l'intermédiaire du con-:. duit de sous-refroidissement 10d de l'échangeur 10, et dont la sortie gazeuse .
~ 18b communique avec l'entréediphasique 5a du séparateur 5 par l'intermédiaire ::
.. du conduit de condensation partielle 10a de l'échangeur 10, : -- corrélativement, l'ensemble d'échange de chaleur intermédiaire 60 ~:
comprend un échangeur 17 supplémen-taire ; oet éohangeur.¢omprend-premlèrement un oonduit de oondensation partielle 17a dont l'entrée oommunique aveo la sortie ~. :
~ du;s~parateur 4, et dont la sortie oommunique aveo l'en-tree diphasique 18a I du séparateur 18, deuxièmement un oonduit de sous-refroidissement 17d de la pre.~
I mière fraotion oondensée du mélange de oyole, dont l'entrée oommunique aveo la .
~l20 sortie liquide 40 du séparateur 4, et dont la sortie oommunique aveo le premier `.
; moyen de détente 19, troisièmement un oonduit de vaporisation intermédiaire ;~ 17b en relation d'éohange thermique aveo les oonduit~ de oondensa-tion partielle .l 17a et de sous-refroidissement 17d, oommuniquant avec le oonduit de vaporisation intermédiaire 10b par l'intermédiaire du oonduit de liaison 107. Par oonséquent,:~ la oommunioation en série de l'intérieur 10b de la oalandre de l'éohangeur 10, 1 du oonduit de liaison 107, et de l'intérieur 17b de la oalandre de l'éohan~eur :1 17, oonstitue le passage de vaporisation intermédiaire de l'ensemble de oha-leur intermédiaire 60, - oorrélativement, il est prévu un autre moyen de détente 19, dont l'amont ~0 oommunique aveo la sortie liquide 40 du premier séparateur 4, par l'intermé- ..
.I diaire du conduit de sous-refroidissement 17d, et dont l'a~al oommunique aveo le passage de vaporisation intermédiaire préoédemment défini,~ en débouohant dans le oonduit de liaison 107.
',J De manière oorrespondante, le prooédé de refroidiseement, mi~s en oeuvre ~.
par l'installation conforme à la figure ~, ne diffare du prooédé préoédemment ~ explioité que par le fait que la oondensation fraotionnée du mélange de oycle .~
j comprend une étape de oonaensation eupplémentaire, effeotuée entre la première :: .
étape de oondensation fraotionnée oorreepondant au séparateur 4, et la der- : :
~0 niare étape~de oondensation fraotionnée oorrespondant au séparateur 5. .~ :~
13 - .
:1050~3 Corrélativement, les différences suivantes peuvent etre énoncées :
` - la condensation fractionnée du mélange de cycle comprend exclusivement trois étapes de condensation fractionnée, correspondant respectivemen-t aux séparateurs 4, 18 et 5, moyennant quoiles ~vant-dernière et dernière fractions vapeur du mélange de c~cle, rencontrées précédemment, correspondent maintenant .
respectivement aux deuxième et troisième fractions vapeur du mélange de cycle, disponibles respectivement aux sorties gazeuses 18b et 5b des séparateurs 18 et 5 ; le~ avant-dernière et dernière fractions conde:nsées du mélange de cycle,mentionnées précédemment, correspondent maintenant respectivement aux troisième et quatrième fraotions conden6ées du mélange de cycle, disponibles respectivement à la sortie liquide 5c du séparateur 5, et à la sortie du conduit de condensa-.~ tion totale 8a, - on obtient la quatrième fraotion condensée au mélange de cycle, par ~-éohange de ohaleur de la troisième fraotion vapeur dans le conduit 8a à
oontre-oourant exolusivement aveo le oourant frigorigène oiroulant dans le .
passage de vaporisation (9b, 98, 8b, 87, 7b), en oours de réohauffement sous la basse pression ~P, - on détend en totalité à la basse pression ~P, dans les moyens de dé-tente 12 et 13, les troisième et quatrième fraotions oondensées du mélange de ~j 20 oyole ; la quatrième fraotion oondensée détendue oonstitue une partie initiale .l du courant frigorigènb oiroulant d~ns le passage de vaporisation préoédemment `l défini, tandi~ que la troisième fraotion oondensée détendue est réunie au `:~ oourant frigorigène dans le oonduit de liaison 98, - on obtient les deuxième et troisième fraotions oondensées au mélange de oyole, disponibles aux ~orties liquides 180 et 50 des séparateurs 18 et 5, ' par oondensation partielle respeotivement des première et deuxième fraotions ;. vapeur du mélange de oyole, disponibles respeotivement aux sorties g~zeuses j 4b e-t 18b des s~para-teurs 4 et 18, en ~ohange de ohaleur à oontre-oourant, respeotivement dans les oonduits de oondensation partielle 17a et 10a, exolu-~ivement aveo le oourant frigorigène intermédiaire, oiroulant dans le passage ~ :;
de vaporisation intermédiaire (10b, 107, 17b), en oours de réohauffement sous ~ :
' la pression intermédiaire, i - on détend en to~all-t~à la pression intermédiaire PI les première et . ~-1 deuxième fraotions oondensées du mélange de oyole, disponibles aux sorties :¦ liquides 4c et 18O du séparateur 4 et 18 ; la deuxième fraotion oondensée, :~
! ainsi détendue dans le moyen de détente 11, oonstitue une partie initiale du .~ oourant frigorigène intermédiaire précédemment défini, tandis que la première ~^~ fraotion condensée, détendue dans le moyen de ~étente 19, est réunie au -~ oourant frigorigène intermédiaire, dans le oonduit de liai~on 107.
L'installation de refroidissement représentée à la figure 3 diffère de . . - 14 -.` . ..
.
~5~ 3 celle définie par référence à la figure 2 essentiellement par les points suivants : ~ :
- l'autre ou deuxième étage de compression 1 " du moyen de compression 1 comprend deux sous-étages 101et102 de compression, dont l'aspiration et le refoulement de l'un (101) fonctionnent respectivement sous la pression inter-médiaire PI et à une pression moyenne PM, intermédiaire entre la pression inter-médiaire PI et la haute pression HP, et dont l'aspiration e-t le refoulement de l'autre (102) fonctionnent respectivement à la pression moyenne PM et à une ::
.`~ pression égale à la haute pression ~P, - il est prévu un condenseur auxiliaire 21 dont l'entrée 21a communique avec le refoulement du premier sous-étage 101, et comportant des moyens de -:` -circulation pour un réfrigérant externe, - il est prévu également un séparateur auxiliaire 22, comportan-t une .. ~`entrée diphasique 22a communiquant avec la sortie 21b du condenseur auxiliaire 21, une sortie gazeuse 22b oommuniquant avec l'aspiration du deuxième ~ous-étage 102, et une sortie liquide 22c) - il est prévu en outre une pompe auxiliaire 23 dont l'amont communique avec la sortie liquide 22c du séparateur auxiliaire 22, et dont l'aval commu-nique avec.l'entrée diphasique 4a du premier sépara-teur ~o Corrélativement, le procédé de refroidissement mis en oeuvre conformément l à la figure 3 diffère de celui décrit par référence à la figure 2 par les , points suivants :
.. `, - on recomprime le courant frigorigène intermédiaire réchauffé, provenant ~ du conduit 15, et combiné au courant frigorigène recomprimé à la pression . intermédiaire, refoulé par le premier étage 1' du moyen de compression 1, en .1 deux étapes ~uccessives de compression, l'une étant effectuée dans le sous-.l étage 101 depuis une pre~sion lnitiale égale à la pression intermédiaire PI
'. jusqu'à la pression moyenne PM, et l'autre étant effectuée dans le sous-étage .
~, 102 depuis la pression PM jusqu'à une pression finale égale à la haute pression HP, .. ~ - on condense partiellement le mélange de cycle sous la pre~sion moyenne ;~ PM, dans le condenseur auxiliaire 21, entre les.deux étapes de compression 101 : ~ , ::~ et 102, par échange de chaleur avec un réfrigérant externe, - on sépare, dans le séparateur auxiliaire 22, le mélange de cycle ain~
l partiellement condensé, en une fraction gazeu~e envoyée par la sortie gazeuse 22b dans la aernière ~tape de compression 102 pour 8tre recomprimée de la . pres~ion moyenne PM à la pression finale HP, èt une fraction liquide envoyée ~:l par la sortie liquide 22c dans la pompe 23, . ~
;~ - cette fraction liquide est comprimée dans la pompe 2~, de la pression .`.~.
;' moyenne FM à la hau-te pres~on ~P, pUi9 réunie directemen-t au mélange de cycle . - 15 - ; .
o~O,~3 sous la haute pression HP, entre le refoulement 1 "b du moyen de compression 1 et le condenseur 2, avant d'effectuer la condensation fractionnée du mélange de cycle.
L'installation de refroidissement représentée à la figure 4 diffère de celle définie par référence à la figure 2, essentiell~ment par le point suivant.
~ 'ensemble d'échange de chaleur intermédiaire 60 comprend un passage de refroidiesement inte~médiaire du mélange ga~eux, conetitué par la succession des conduits de refroidissement 17c et 10c disposés respectivemen-t dans les -échangeurs 17 et 10 ; ce passage de refroidissement est donc en relation d'échange thermique aveo le passage de vaporisation intermédiaire (10b, 107, 17b). Par ailleurs, ce passage de refroidissemen-t intermédiaire (17c, 10~
commNnique avec le pas~age de refroiaissement (80, 9c) de l'ensemble d'échange de chaleur 6.
Corrélativemen-t, le procédé ae refroiaissement, correspondant à l'ins~al-lation de la figure ~, ne diffère du fonotionnement de l'installation représen-tée à la figure 2, que par le point suivant.
On effeotue un refroidissement initial du mélange gazeux traité par échange de ohaleur à oontre-oourant, dans le passage de refroidissement (17c, l 20 10o), exolusivement avec le oourant frigorigène intermédiaire ciroulant dans j le passage de vaporisation intermédiaire (lOb, 107, 17b), en cours de réohauf-fement sous la pression intermédiaire PI, puis on effeotue le refroidissement final de oe même mélange gazeux par éohange de ohaleur à oontre-oourant, aans le passage de refroidissement (80, 9o), exolusivement avec le courant frigori- ~ ;
gène oirculant dans le passage de vapori~ation (9b, 98, 8b), en cours de ré-;~l ohauffement sous la basse pression BP.
Conformément à la figure 5, on a représenté une autre installatiQn ae refroidissement d'un mélange gaæeux (gaz naturel) se distinguant de l'instal-lation représentée à la fig~re 3, essentiellement par les oaraotéristiques ~uivantes .
- 1) l'ensemble d'éohange de ohaleur intermédiaire 60 est oonstitué par un éohangeur de ohaleur unique, oomportant une calandre unique à l'intérieur de l~
~, quelle sont disposés les oonduits de oondensation partielle 17a et 10a aes première et deuxième fraotions vapeur du mélange de oyole, les oonduits de sous- ~ ``
refroidissement 17d et 10d des première et deuxième fraotions oondensées du ~ mélange de oyole. ~'interieur de la calandre de l'éohangeur 60 joue alQrs `~ le r8le des paasages de vapQrisatiQn 17b~et 10b du oourant frigorigène inter-médiaire de oyole. Corrélativement, le oonduit de liaison 107 est supprimé, et les van~es de détente 11 et 19 oommuniquent direotement aveo l'interieur de la oalandre de l'eohahgeur de ohaleur unique 60, ., '~,: , . .
. ~. ' '~ ' ~L0504~1L3 ?) les échangeurs de chaleur 8 et 9 sont remplacés par un échangeur de chaleur unique 110, comportant une calandre unique à l'intérieur de laquelle : -sont dispo~és le conduit de condensation totale 8a de la troisième fraction vapeur du mélange de cycle, le conduit 8d de sous-refroidissement de la troisième fraction condensée du mélange de cycle, le c:onduit 9d de SOUS-refroidissement de la quatrième fraction condensée du mélange de cycle, et le ~` passage de refroidissement (8c, 9c) du mélange gazeflx traité (gaz naturel). ..
: L'intérieur de la calandre de l'éohangeur unique 110 joue alors le r8ile des passages de vaporisation 8b et 9b du courant frigorigène de cycle. Corrélati-- 10 vement, le conduit de liaison 98 eæt supprimé, et les vannes de détente 12 et ~ ~
. 13 communiquent directement avec l'intérièur de la calandre de l'éohangeur 110, ..
f 3) sur lé; passage de refroidissement du gaz naturel sont in-terposées: ~
-i - d'une part, une colonne de rectification 73 (ou déméthaniseur), entre .:
-I le oonduit de refroidissement 7c de l'échangeur 7 et le conduit de refroidis- ..
sement 8c de la seotion d'échange de chaleur 8 de l'échangeur unique 110 ; cetteoolonne permet d'~liminer par le conduit 74 1es hydrocarbures plus lourds que : ;
:~ le méthane (C2+), - d'autre part, une oolonne de reotification 80 (ou désazoteur), entre . le oonduit de refroidissement 8c de la section d'échange de chaleur 8, et le con-320 duit de refroidissement 9c de la se¢tion d'é¢hange de chaleur 9 de l~échangeur unique 110 ; cette colonne permet. d'éliminer par le conduit 81 un mélange azote/ .
méthane (N2 /C1)-Corrélativement, le sommet 75 de la colonne 73 communique par le conduit ~1 78 avec le conduit 8c de refroidicfsement de l.'échangeur 110, tandis que le .. : .:
.. ~ conduit 7c de refroidissement ¢ommunique avec la tete de cette m~me colonne 73. -'t. Par ailleurfaf, la cuve de la oolonne 80 oommunique par le oonduit 85 avec le I oonduib 9o de refroidissement de l'échangeur 110, tandis que le conduit 8c de refroidifaff~ement du gaz naturel oommunique par le oondui-t 82 et la vanne de dé- . . , .l ten-te 83 aveo le sommet de la oalonne 80, ~:~
:~30 4) l'amont du passage de refroidissement (7c, 8c, 9c) du gaz naturel com~
munique aveo une unité de dé3hydratation 72, 5) l'entrée de l'unité de déshydratation 72 communigfue avec.la sortie d'un .~~~ échangeur 71 de pré-refroidissement ; oe dernier oomporte un oonduit de pré- : : :
1 refroidissement 71c, en relation d'éohange thermique aveo un passage 71b de vapo~
~ risation partielle d'une partie de la première fraction condensée du mélange de ~ :`
`f cyole. ~'entrée du paf3sage 71b communique avec la~sortie liquide 4c du premier :
1 séparff~teur 4, par l'intermédiaire d'un conduit 88, d'un échangeur de sous- .~:
! refroidi8aement 89, oomportant un passage de réohauffement 99 pour la fraotion .~f gazeuse riohe en azote (~2/C1) en provenance~du.sommet 81 de la colonne 80, et : .
. 40 par l'intermédiaire d'une va~ne de détente 90. La sortie du passage 71b commu-i 17 -.;f . ~-., . '' ' , .
10504~L3 nique par le conduit 91 avec une entrée diphasique du séparateur auxiliaire 22.
vapeur di~ponible à la sortie 5b du ~éparateur 5, et une avant-dernière ou ~ deuxième fraction condensée disponible à la sortie liquide 5c du séparateur 5 ;
j20 finalement, on condense tobalement dans le conduit 8a la dernière ou deuxième ~; fraotion vapeur pour obtenir la dernière-fraction condensée du mélange de cycle, disponible à la sortie du conduit de condensation totale 8a, la dernière ou troisième fraction condensée est obtenue par échange de I chaleur (ensemble d'échange de chaleur 6) à contre-courant excluaivement avec j un courant frigorigène du mélange de cy¢le, circulant dans le~passage de vapo--l risation (9b, 98, 8b, 87, 7b), en cour~ de réchauffement sous la basse pression ¦ BP inférieure à la haute pression ~P. Par ailleurs, les deuxième et ~troisième ;:
fraotions condensées du mélange de ogole sont ~ous-refroidies respectivement.
dans les conduits 8d et 9d, par éohange de chaleur à contre-courant exclusi-vement aveo oe meme oourant frigorigène du mélange de cycle, circulant dans ., le passage de vaporisation précédemment défini.
.l b) on obtient la deuxième fraction oondensée du mélange de eycle, dis-~i ponible à la sortie liquide 5G du séparateur 5, intermédi~ire entre la première ~ fraotion condeneée et la troisième ou dernière fraction oondensée, par condensation :~ partielle dans le conduit 10a de la fraction vapeur précédente, ou première 1 fraction vapeur, disponible à la sortie ga~euse 4b du séparateur 4 ; cette j oonde~nsation partielle est effectuée en échange de chaleur à contre-oourant, j dans l'~ohangeur 10, exolusivement aveo un oourant frigorigène intermédiaire `~ au mélarge de c~cle9 di~tinct du courant frigorigène sous la bas~e pression i 40 préoédemment mentiormée, oirculant dans le passage de vaporisation intermédiaire ., , :~ . !
'I ':
'1 ; .
1(~5~)4~3 10b, et en cours de réchauffement sous la pression intermédiaire PI entre la basse pression BP et la haute pression HP, c) on effectue la totalité du refroidissement du gaz naturel, y compris la partie finale de ce refroidissement, par échange de chaleur dans le passage de refroidissement (7c, 8c, 9c,), à contre-courant exclusivement avec le courantfrigorigène précédemment mentionné, en cours de réchauffement sous la basse ;;;.
pression BP, dans le passage de vaporisation (9b, 98, 8b, 87, 7b), d) on détend à la basse pression BP, dans le troisième ou dernier moyen de détente 13, la totalité de la dernière ou troisième fraction condensée du ..
mélange de cycle, et cette fraction condensée détendue constitue une partie initiale du courant frigorigène circulant dans le passage de vaporisation (9~, ..
98, 8b, 87, 7b), :::
e) on détend à la basse pression BP, dans le deuxième ou avan-t-dernier : moyen de détente 12, la totalité d'une autre fraction condensée du mélange de cycle, c'est-à-dire de la deuxième fraction condensée, précédant la troisième ~:~
.~ ou dernière fraction oondensée dudit mélange, et on réunit dans le conduit de : . :
liaison 98 l'avant-dernière ou deuxième fraotion oondensée détendue au oourant frigorie~ne oiroulant dans le paasage de vaporisation (9b, 98, 8~, 87, 7b), 1 f) on détend dans le premier moyen de détente 11 à la pression intermé- :
l20 diaire PI là totalité d'une autre fraction condensée du mélange de oycle, pré- ..
`1l oédant la deuxième fraotion condensée, ou fraction oondensée intermédiaire ; 1:
plus préoisément, on détend à la pression intermédiaire PI, d&ns la vanne 11, .
~! la totalité de la première fraotion oondensée, pour oonstituer une partie ini- :. :.
-1 tiale du oourant frigorigène intermédiaire oiroulant dans lè passage de vapori- . -sation intermédiaire 10b ; dans le cas présent, le oourant frigorigène inter-médiaire est constitué par l'in-té~ralité de la première fraotion oondensée détendue, ~) on reoomprime le oourant frigorigène réohauffé, provenant par le oonduit ~;` de retour 1~ du passage de vaporisation ~9b, 98, 8b, 87, 7b), de la basse ~30 pressio~ BP à la haute pression HP, dans le mo~en de oompression 1, pour oonsti- .
tuer au moins en partie le mélange de oyole sous la haute pressiQn HP, dispo-~i nible au refoulement 1 "b du oompresseur 1 ; à oette fin, le oourant frigori-j gè~e réohauffé est tout d'abord reoomprimé à la pression intermédiaire PI, .1 dans l'étage 1' du aompreseeur 1, puis on reoomprime le oourant frigorigène ~ :
. intermédiaire réohauffé,.proYe~nt.. du~ p~ssa~e.de.. ~ isation intermédiaire 10b .i par le conduit de retour 15, oombiné au oouran-t frigorigène préoédent reoompri- :
mé, de la pression intermédiaire PI à la haute pression HP dans l'autre étage 1 " du oompresseur 1.
'4o Selon le procédé décrit par référenoe à la ~igure 1, on oonstate que dans `1 - ~ . - 11 - , ' ~ . . . ' '.':
' I . : . , , '' ' ' .~ ~
. I '," "~' .
' ,.,:.' ,, ' '' ' .,' ' ,, " . ~ ' ., . '.' ', . ,', . ' ',.. , '' ,,.', '' I' ." ' .. ' .' ' ' , ' ''' . ., lOS04~3 ce mode d'exécution de l'invention - la condensation fractionnée du mélange de cycle comprend exclusivement deux étapes de condensation fractionnée, correspondant respectivement aux sépa-rateuræ 4 et 5, moyennant quoi les avant-dernière et dernière fractions vapeur du mélange de cycle sont respectivement les première e-t deuxième fractions vapeur de celui-ci, disponibles respectivemen-t aux sorties gazeuses 4b et 5b des séparateurs 4 et 5, tandis que les avant-de~nière et dernière fractions i condensées du mélange de cycle sont respectivement les deuxième et troisième fractions condensées de celui-ci, disponibles respectivement à la sortie liquide :~
5c du séparateur 5, et à la sortie du co~duit de condensation totale 8a, - on obtient la troisième fraction condensée du mélange de cycle par ~ :
. échange de chaleur de.la deuxième fraction vapeur, à contre-oourant exclusive-ment avec le courant frigorigène clrculant dans le passage de vaporisation ;; (9b, 98, 8b, 87, 7b), en cours de réchauffement sous la basse pression BP, - on détend en totalité les deuxième e-t troisième fractions condenséeb du mélange de oyole, respectivement dans les moyens de détente 12 e-t 13, à la ; bas~e pre~sion ~P, et la troisième Praotion oondensée détendue cons-ti-tue une partie initiale du oourant frigorigène oir~ulant dans le passage de vaporisation.l (9b, 98, 8b, 87, 7b), tandis que la deuxième fraction condensée détendue est .
!o réunie à ce courant frigorigène, dans le conduit 98, .j - on obtient la deuxième fraction condensée du mélange de cycle, dispo-nible à la sertie liquide 5c, par condensation partielle de la première fractionvapeur, disponible à la sortie gazeuse4b, en échange de chaleur à contre-oourant. ~ exolusivement avec le oourant frigorigène intermédiaire, circulant dans le ., passage de vaporisation intermédiaire 10b, en oours de réchauffement sous la .i pres~ion intermédiaire PI, i - on d~tend en totalité à la pression intermédiaire PI, dans le moyen .~ de détente 11, la première frsotion oondensée du mélange de oyole, disponible a la sortie liquide 40, et la première fraction condensée ainsi détiendue oonsti-b tue en totalité le courant frigorigène intermédiaire, ciroùlsnt dans le passage ~l~ de vaporisation intermédiaire 10b de l'éohsngeur~10.
:~ Par ailleurs, on constate que l'on effectue le refroidissement initial, ~l puis le ref~oidissement final du mélsnge gszeux traité (gaz naturel),.iar échange ~.
j de ohaleur (dsns:l'ensem~le d'éohange 6) à contre-courant exclusivement avec le ¦ ooursnt ~rigorigène en cours de réohauffement sou~ la basse pression ~P dsns le : -passage de vaporisation (9b; 98, 8b, 87, 7b). ~ .
I En outre, le débit moyen du courant frigorigène oiroulant dans le passage .
:~ de vaporisation (9b, 98, 8b, 87, 7b) es-t lsrgement exoédentaire par rapport au :
! d~bi~i moyen du~m~l ~ e gazeux en oours de refroidissement, oirculant dans le ..
: - 1 2 - :
, ~ ~ .
:1 ' '. ~ , 1~504i3 passage de refroidissement (7c, 8c, 9c) ; de cette manière, on réchauffe le courant frigorigène jusqu'à une température finale inférieure à la température :
ambiante, et on recomprime directement dans le compresseur 1 le courant frigo-rigène ainsi réchauffé. Par conséquent, l'aspiration 1 "a du moyen de compres-sion 1 s'effectue sous une température inférieure à la témpérature ambiante. .
L'installation de refroidissement, représentée à la figure 2, diffère ~:
essentiellement de celle représentée à la figure 1, par le fait que :
- il est prévu un séparateur supplémentaire 18, dont l'entrée diphasique i~
.` 18a communique avec la sortie gazeuse 4b au pre~ier séparateur 4, dont la sortie liquide 18O communique avec le moyen de détente 11 par l'intermédiaire du con-:. duit de sous-refroidissement 10d de l'échangeur 10, et dont la sortie gazeuse .
~ 18b communique avec l'entréediphasique 5a du séparateur 5 par l'intermédiaire ::
.. du conduit de condensation partielle 10a de l'échangeur 10, : -- corrélativement, l'ensemble d'échange de chaleur intermédiaire 60 ~:
comprend un échangeur 17 supplémen-taire ; oet éohangeur.¢omprend-premlèrement un oonduit de oondensation partielle 17a dont l'entrée oommunique aveo la sortie ~. :
~ du;s~parateur 4, et dont la sortie oommunique aveo l'en-tree diphasique 18a I du séparateur 18, deuxièmement un oonduit de sous-refroidissement 17d de la pre.~
I mière fraotion oondensée du mélange de oyole, dont l'entrée oommunique aveo la .
~l20 sortie liquide 40 du séparateur 4, et dont la sortie oommunique aveo le premier `.
; moyen de détente 19, troisièmement un oonduit de vaporisation intermédiaire ;~ 17b en relation d'éohange thermique aveo les oonduit~ de oondensa-tion partielle .l 17a et de sous-refroidissement 17d, oommuniquant avec le oonduit de vaporisation intermédiaire 10b par l'intermédiaire du oonduit de liaison 107. Par oonséquent,:~ la oommunioation en série de l'intérieur 10b de la oalandre de l'éohangeur 10, 1 du oonduit de liaison 107, et de l'intérieur 17b de la oalandre de l'éohan~eur :1 17, oonstitue le passage de vaporisation intermédiaire de l'ensemble de oha-leur intermédiaire 60, - oorrélativement, il est prévu un autre moyen de détente 19, dont l'amont ~0 oommunique aveo la sortie liquide 40 du premier séparateur 4, par l'intermé- ..
.I diaire du conduit de sous-refroidissement 17d, et dont l'a~al oommunique aveo le passage de vaporisation intermédiaire préoédemment défini,~ en débouohant dans le oonduit de liaison 107.
',J De manière oorrespondante, le prooédé de refroidiseement, mi~s en oeuvre ~.
par l'installation conforme à la figure ~, ne diffare du prooédé préoédemment ~ explioité que par le fait que la oondensation fraotionnée du mélange de oycle .~
j comprend une étape de oonaensation eupplémentaire, effeotuée entre la première :: .
étape de oondensation fraotionnée oorreepondant au séparateur 4, et la der- : :
~0 niare étape~de oondensation fraotionnée oorrespondant au séparateur 5. .~ :~
13 - .
:1050~3 Corrélativement, les différences suivantes peuvent etre énoncées :
` - la condensation fractionnée du mélange de cycle comprend exclusivement trois étapes de condensation fractionnée, correspondant respectivemen-t aux séparateurs 4, 18 et 5, moyennant quoiles ~vant-dernière et dernière fractions vapeur du mélange de c~cle, rencontrées précédemment, correspondent maintenant .
respectivement aux deuxième et troisième fractions vapeur du mélange de cycle, disponibles respectivement aux sorties gazeuses 18b et 5b des séparateurs 18 et 5 ; le~ avant-dernière et dernière fractions conde:nsées du mélange de cycle,mentionnées précédemment, correspondent maintenant respectivement aux troisième et quatrième fraotions conden6ées du mélange de cycle, disponibles respectivement à la sortie liquide 5c du séparateur 5, et à la sortie du conduit de condensa-.~ tion totale 8a, - on obtient la quatrième fraotion condensée au mélange de cycle, par ~-éohange de ohaleur de la troisième fraotion vapeur dans le conduit 8a à
oontre-oourant exolusivement aveo le oourant frigorigène oiroulant dans le .
passage de vaporisation (9b, 98, 8b, 87, 7b), en oours de réohauffement sous la basse pression ~P, - on détend en totalité à la basse pression ~P, dans les moyens de dé-tente 12 et 13, les troisième et quatrième fraotions oondensées du mélange de ~j 20 oyole ; la quatrième fraotion oondensée détendue oonstitue une partie initiale .l du courant frigorigènb oiroulant d~ns le passage de vaporisation préoédemment `l défini, tandi~ que la troisième fraotion oondensée détendue est réunie au `:~ oourant frigorigène dans le oonduit de liaison 98, - on obtient les deuxième et troisième fraotions oondensées au mélange de oyole, disponibles aux ~orties liquides 180 et 50 des séparateurs 18 et 5, ' par oondensation partielle respeotivement des première et deuxième fraotions ;. vapeur du mélange de oyole, disponibles respeotivement aux sorties g~zeuses j 4b e-t 18b des s~para-teurs 4 et 18, en ~ohange de ohaleur à oontre-oourant, respeotivement dans les oonduits de oondensation partielle 17a et 10a, exolu-~ivement aveo le oourant frigorigène intermédiaire, oiroulant dans le passage ~ :;
de vaporisation intermédiaire (10b, 107, 17b), en oours de réohauffement sous ~ :
' la pression intermédiaire, i - on détend en to~all-t~à la pression intermédiaire PI les première et . ~-1 deuxième fraotions oondensées du mélange de oyole, disponibles aux sorties :¦ liquides 4c et 18O du séparateur 4 et 18 ; la deuxième fraotion oondensée, :~
! ainsi détendue dans le moyen de détente 11, oonstitue une partie initiale du .~ oourant frigorigène intermédiaire précédemment défini, tandis que la première ~^~ fraotion condensée, détendue dans le moyen de ~étente 19, est réunie au -~ oourant frigorigène intermédiaire, dans le oonduit de liai~on 107.
L'installation de refroidissement représentée à la figure 3 diffère de . . - 14 -.` . ..
.
~5~ 3 celle définie par référence à la figure 2 essentiellement par les points suivants : ~ :
- l'autre ou deuxième étage de compression 1 " du moyen de compression 1 comprend deux sous-étages 101et102 de compression, dont l'aspiration et le refoulement de l'un (101) fonctionnent respectivement sous la pression inter-médiaire PI et à une pression moyenne PM, intermédiaire entre la pression inter-médiaire PI et la haute pression HP, et dont l'aspiration e-t le refoulement de l'autre (102) fonctionnent respectivement à la pression moyenne PM et à une ::
.`~ pression égale à la haute pression ~P, - il est prévu un condenseur auxiliaire 21 dont l'entrée 21a communique avec le refoulement du premier sous-étage 101, et comportant des moyens de -:` -circulation pour un réfrigérant externe, - il est prévu également un séparateur auxiliaire 22, comportan-t une .. ~`entrée diphasique 22a communiquant avec la sortie 21b du condenseur auxiliaire 21, une sortie gazeuse 22b oommuniquant avec l'aspiration du deuxième ~ous-étage 102, et une sortie liquide 22c) - il est prévu en outre une pompe auxiliaire 23 dont l'amont communique avec la sortie liquide 22c du séparateur auxiliaire 22, et dont l'aval commu-nique avec.l'entrée diphasique 4a du premier sépara-teur ~o Corrélativement, le procédé de refroidissement mis en oeuvre conformément l à la figure 3 diffère de celui décrit par référence à la figure 2 par les , points suivants :
.. `, - on recomprime le courant frigorigène intermédiaire réchauffé, provenant ~ du conduit 15, et combiné au courant frigorigène recomprimé à la pression . intermédiaire, refoulé par le premier étage 1' du moyen de compression 1, en .1 deux étapes ~uccessives de compression, l'une étant effectuée dans le sous-.l étage 101 depuis une pre~sion lnitiale égale à la pression intermédiaire PI
'. jusqu'à la pression moyenne PM, et l'autre étant effectuée dans le sous-étage .
~, 102 depuis la pression PM jusqu'à une pression finale égale à la haute pression HP, .. ~ - on condense partiellement le mélange de cycle sous la pre~sion moyenne ;~ PM, dans le condenseur auxiliaire 21, entre les.deux étapes de compression 101 : ~ , ::~ et 102, par échange de chaleur avec un réfrigérant externe, - on sépare, dans le séparateur auxiliaire 22, le mélange de cycle ain~
l partiellement condensé, en une fraction gazeu~e envoyée par la sortie gazeuse 22b dans la aernière ~tape de compression 102 pour 8tre recomprimée de la . pres~ion moyenne PM à la pression finale HP, èt une fraction liquide envoyée ~:l par la sortie liquide 22c dans la pompe 23, . ~
;~ - cette fraction liquide est comprimée dans la pompe 2~, de la pression .`.~.
;' moyenne FM à la hau-te pres~on ~P, pUi9 réunie directemen-t au mélange de cycle . - 15 - ; .
o~O,~3 sous la haute pression HP, entre le refoulement 1 "b du moyen de compression 1 et le condenseur 2, avant d'effectuer la condensation fractionnée du mélange de cycle.
L'installation de refroidissement représentée à la figure 4 diffère de celle définie par référence à la figure 2, essentiell~ment par le point suivant.
~ 'ensemble d'échange de chaleur intermédiaire 60 comprend un passage de refroidiesement inte~médiaire du mélange ga~eux, conetitué par la succession des conduits de refroidissement 17c et 10c disposés respectivemen-t dans les -échangeurs 17 et 10 ; ce passage de refroidissement est donc en relation d'échange thermique aveo le passage de vaporisation intermédiaire (10b, 107, 17b). Par ailleurs, ce passage de refroidissemen-t intermédiaire (17c, 10~
commNnique avec le pas~age de refroiaissement (80, 9c) de l'ensemble d'échange de chaleur 6.
Corrélativemen-t, le procédé ae refroiaissement, correspondant à l'ins~al-lation de la figure ~, ne diffère du fonotionnement de l'installation représen-tée à la figure 2, que par le point suivant.
On effeotue un refroidissement initial du mélange gazeux traité par échange de ohaleur à oontre-oourant, dans le passage de refroidissement (17c, l 20 10o), exolusivement avec le oourant frigorigène intermédiaire ciroulant dans j le passage de vaporisation intermédiaire (lOb, 107, 17b), en cours de réohauf-fement sous la pression intermédiaire PI, puis on effeotue le refroidissement final de oe même mélange gazeux par éohange de ohaleur à oontre-oourant, aans le passage de refroidissement (80, 9o), exolusivement avec le courant frigori- ~ ;
gène oirculant dans le passage de vapori~ation (9b, 98, 8b), en cours de ré-;~l ohauffement sous la basse pression BP.
Conformément à la figure 5, on a représenté une autre installatiQn ae refroidissement d'un mélange gaæeux (gaz naturel) se distinguant de l'instal-lation représentée à la fig~re 3, essentiellement par les oaraotéristiques ~uivantes .
- 1) l'ensemble d'éohange de ohaleur intermédiaire 60 est oonstitué par un éohangeur de ohaleur unique, oomportant une calandre unique à l'intérieur de l~
~, quelle sont disposés les oonduits de oondensation partielle 17a et 10a aes première et deuxième fraotions vapeur du mélange de oyole, les oonduits de sous- ~ ``
refroidissement 17d et 10d des première et deuxième fraotions oondensées du ~ mélange de oyole. ~'interieur de la calandre de l'éohangeur 60 joue alQrs `~ le r8le des paasages de vapQrisatiQn 17b~et 10b du oourant frigorigène inter-médiaire de oyole. Corrélativement, le oonduit de liaison 107 est supprimé, et les van~es de détente 11 et 19 oommuniquent direotement aveo l'interieur de la oalandre de l'eohahgeur de ohaleur unique 60, ., '~,: , . .
. ~. ' '~ ' ~L0504~1L3 ?) les échangeurs de chaleur 8 et 9 sont remplacés par un échangeur de chaleur unique 110, comportant une calandre unique à l'intérieur de laquelle : -sont dispo~és le conduit de condensation totale 8a de la troisième fraction vapeur du mélange de cycle, le conduit 8d de sous-refroidissement de la troisième fraction condensée du mélange de cycle, le c:onduit 9d de SOUS-refroidissement de la quatrième fraction condensée du mélange de cycle, et le ~` passage de refroidissement (8c, 9c) du mélange gazeflx traité (gaz naturel). ..
: L'intérieur de la calandre de l'éohangeur unique 110 joue alors le r8ile des passages de vaporisation 8b et 9b du courant frigorigène de cycle. Corrélati-- 10 vement, le conduit de liaison 98 eæt supprimé, et les vannes de détente 12 et ~ ~
. 13 communiquent directement avec l'intérièur de la calandre de l'éohangeur 110, ..
f 3) sur lé; passage de refroidissement du gaz naturel sont in-terposées: ~
-i - d'une part, une colonne de rectification 73 (ou déméthaniseur), entre .:
-I le oonduit de refroidissement 7c de l'échangeur 7 et le conduit de refroidis- ..
sement 8c de la seotion d'échange de chaleur 8 de l'échangeur unique 110 ; cetteoolonne permet d'~liminer par le conduit 74 1es hydrocarbures plus lourds que : ;
:~ le méthane (C2+), - d'autre part, une oolonne de reotification 80 (ou désazoteur), entre . le oonduit de refroidissement 8c de la section d'échange de chaleur 8, et le con-320 duit de refroidissement 9c de la se¢tion d'é¢hange de chaleur 9 de l~échangeur unique 110 ; cette colonne permet. d'éliminer par le conduit 81 un mélange azote/ .
méthane (N2 /C1)-Corrélativement, le sommet 75 de la colonne 73 communique par le conduit ~1 78 avec le conduit 8c de refroidicfsement de l.'échangeur 110, tandis que le .. : .:
.. ~ conduit 7c de refroidissement ¢ommunique avec la tete de cette m~me colonne 73. -'t. Par ailleurfaf, la cuve de la oolonne 80 oommunique par le oonduit 85 avec le I oonduib 9o de refroidissement de l'échangeur 110, tandis que le conduit 8c de refroidifaff~ement du gaz naturel oommunique par le oondui-t 82 et la vanne de dé- . . , .l ten-te 83 aveo le sommet de la oalonne 80, ~:~
:~30 4) l'amont du passage de refroidissement (7c, 8c, 9c) du gaz naturel com~
munique aveo une unité de dé3hydratation 72, 5) l'entrée de l'unité de déshydratation 72 communigfue avec.la sortie d'un .~~~ échangeur 71 de pré-refroidissement ; oe dernier oomporte un oonduit de pré- : : :
1 refroidissement 71c, en relation d'éohange thermique aveo un passage 71b de vapo~
~ risation partielle d'une partie de la première fraction condensée du mélange de ~ :`
`f cyole. ~'entrée du paf3sage 71b communique avec la~sortie liquide 4c du premier :
1 séparff~teur 4, par l'intermédiaire d'un conduit 88, d'un échangeur de sous- .~:
! refroidi8aement 89, oomportant un passage de réohauffement 99 pour la fraotion .~f gazeuse riohe en azote (~2/C1) en provenance~du.sommet 81 de la colonne 80, et : .
. 40 par l'intermédiaire d'une va~ne de détente 90. La sortie du passage 71b commu-i 17 -.;f . ~-., . '' ' , .
10504~L3 nique par le conduit 91 avec une entrée diphasique du séparateur auxiliaire 22.
6) le sommet 75 de la colonne de rectification 73 communi~ue d'une part avec la cuve de la colonne 80 par un conduit de liaison 76 sur lequel es-t dis-posée une vanne de détente 105, et d'autre part avec le sommet de cette der-nière colonne par un conduit 77 et une vanne de détent;e 84 ; le conduit de liaison 76 permet d'acheminer vers la colonne 80 une fraction gazeuse assurant le chauffage de cette dernière. ~n échangeur de conde~sation du gaz naturel est disposé sur le conduit 79, et comporte un passage de condensation 79c en relation d'échange thermique avec un passage 79a de réchauffement de la fractiongazeuse riche en azote en provenance du sommet de la colonne 80 par le conduit 81.
De manière correspondante, le procédé de refroidissement mis en oeuvre par l'installation représentée à la figure 5 diffère de celui défini par réfé-rence à la figure 3 par les caractéristiques suivantes :
; 1) on pré-refroidit le gaz naturel dan~ le conduit 71c de l'éch~ngeur 71 par échange de chaleur à contre-courant avec ~me partie de la première fraction conden~ée du mélange de cycle (di~ponible à la sortie liquide ~c!du séparateur 4), en cour~ de vaporisation partielle sous la pre~sion moyenne PM dan~ le pa~age de;~ vapori~ation 71b de l'échangeur 71. A oettb fin, une partie de la première frac-;~ 20 tion condensée du mélange de cycle est prélevée par le conduit 88, à la sortie ;
liquide 4c du séparateur 4, est sous-refroidie dans l'échangeur 89 par échange de chaleur avec une fraction gazeu~e du gaz na-turel, riche en azote, en cours de réohiauffement, et provenant dé la sortie a1 de la colonne 80, et est finale-ment détendue dans la vanne 90 à la pression moyenne PM. Cette par-tie de la première fraction condensée, partiellement vapori~ée, es-t évacuée à la sortie de l'échangeur 71 par le conduit 91, et e~t retournée dans le ~éparateur auxi-liaire 22, pour y être réunie au mélange de cycle ayant été partiellement con- ~;
&en~ée entre le~ deux ~ou~-étape~ de compre~ion 101 et 102. ~ans le sépara-teur auxiliaire 22, on ~épare la partie partiellement vaporisée en provenance du conduit 91, réunie au mélange de cycle partiellement condensé!en provenance de la sortie 21b du condenseur auxiliaire 21, en la fraction gazeuse envoyée dan`s l'étape de compression 102, et la fraction liquide comprimée dans la pompe 23 `~
à la haute pre3sion HP, 2) après avoir été pré-refroidi dans l'échangeur 71, et avant d'ê~re re-froidi dans l'ensemble de chaleur 6, le gaz naturel est déshydraté dans l'unité
de dé~hydratation 72, 3) après avoir été refroidi préliminairement dans l'échangeur 73 le gaz naturel est soumis à une reotification dans la colonne 73, afin de séparer ``1 d'une part les hydrooarbures plus lourds!que le méthane ~C2+) par le Gonduit 74, ~i 40 et d'autre part par ie conduit 75 le gaz naturel épuré en lesdits hydrocarbures.
~ - 18 -'~i ~ , :
~0504~3 ~a majeure par-tie du gaz naturel ainsi épuré est envoyée par le conduit 78 dansle passage de refroidissement (8c, gc) de l'échangeur de chaleur 110. Une autre ; partie du gaz naturel ainsi épuré est envoyée directement en cuve de la colonne 80 par le conduit 76, et en tate de la colonne 80 par le conduit 77. ha partie envoyée par le conduit 77 est condensée dans l'échang~ur 79 par échange de chaleur avec la fraction gazeuse riche en azote, provenant du sommet 81 de la colonne 80, en cours de réchauffement.
4) le gaz naturel conden~é provenant du conduit de refroidissement 8c, détendu à une pression inférieure dans la vanne 83, est introduit au sommet de la colonne 80. De même, les parties 76 et 77 du gaz naturel sont détendues res-pectivement dans les vannes 8~ et 105 avant d'être introduites dans la colonne ` 80. Dans cette derni~re, on effectue une désazotation du gaz naturel liquéfié.
Corrélativement, on évacue par le conduit 81 une fraction gazeuse, riche en azote qui est réchauffée successivement dans les échangeurs 79 et 89, avant d'être évacuée de l'installation. he gaz naturel li~uéfié et déza-toté est éva- - :
;l cué de la cuve de la oolonne 80 par le conduit 85, et sous-refroidi dans le conduit 9c de l'échangeur 110. he gaz naturel liquéfié est finalement évaoué de l'in~tallation, après avoir été détendu dans la vanne de détente 86 vers un récipient de stockage. -A titre d'exemple, on trouvera dana les tableaux 1 et 2 ci-dessous diffé-rent~ paramètres de fonctionnement d'une installation de refroidissement con-forme à la figure 5. Pour cette installation les pressions de fonctionnement sont -i`~l les suivantes (en bars effeotifs) :
- - HP : environ 40 bars effectifs, p : environ 1,4 bar effectif, ~i - PI : environ 6 bars effectifs, I -- MP : environ 18 bars effectifs.
`~ ~e procéd~ de refroidissement, qui a été explicité précédemment dans le oas d'une seule pression intermédiaire entre la haute pression et la basse ~30 pression du cyole frigorifique, peut être généralisé en énonçant, par référence à la définition générale de l'invention que : ~ ~
~ i) on obtient au moins une autre fraction condensée du mélange de cycle, i f `~, intermédiaire entre ladite fraction condensée intermédiaire et la première ~1 fraotion oondensée, par condensation partielle de la fraction vapeur précédant ~i$ ladite autre fraction condensée intermédiaire, en échange de chaleur à contre-courant avec un autre courant frigorigène intermédiaire, distinct dudit courant frigorigène sous la basse pression et dudit courant frigorigène sous la pressionintermédiaire, en cours de réchauffement sous une autre pression intermédiaire ~$ entre ladite pression intermédiaire et la haute pression, ~ Z40 j) on déte~d à ladite autre pression intermédiaire au moins une partie .~ '~`, ' .
. -. . .
:., . ~
~0504~L3 d'au moins une fraction condensee du mélange de cycle, précédant ladite autre fraction condensée intermédiaire, pour constituer au moins une partie dudit autre courant frigorigène intermédiaire, k) on recomprime ledit autre courant frigorigène intermédiaire réchauffé, combiné audit courant frigorigène et audit courant frigorigène intermédiaire, recomprimés à ~adite autre pression intermédiaire, de cet-te dernière à la haute preseion.
_ . _ _ Composition en iC iC
% volumique M2 Cl C2 C3 4 5 Courant-~ nct4 eC5 C6+
Mélange de cgcle _ (à l'entrée 2a du 4,64 22,60 47,84 12,11 7,41 5,40 conden~eur 2~
, . _ . .
Gaz naturel traité 6,0 85,9 5,0 1,5 1,2 ,3 0,1 . .
..
,, ! , .
Référence du _ A circuit du Pression en ~empérature ga~ naturel bars effectifs en C
Entrée 71c 42,7 37 _ . _ _ _ ., Sortie 71c 42,2 20 ., . _ : ' E~trée-7c 40 20 _ _ _ Sortie 7c 39,5 - 54 ~ i ~ Sortie 79c 9, - 130 '., _ _ , Sortie 9c 8,0 _ A l 66 ~'' . , Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation a~cri-ts et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équiv~lents techni-- :ql~sdès ~oyen~ ~cIit8 ainsi que leurs combinaisons, Bi celles-ci sont exécutée~ sui~
vant son esp~it et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui ~uivent.
., ., : ', .
... .
.:~ , :: ' ,
De manière correspondante, le procédé de refroidissement mis en oeuvre par l'installation représentée à la figure 5 diffère de celui défini par réfé-rence à la figure 3 par les caractéristiques suivantes :
; 1) on pré-refroidit le gaz naturel dan~ le conduit 71c de l'éch~ngeur 71 par échange de chaleur à contre-courant avec ~me partie de la première fraction conden~ée du mélange de cycle (di~ponible à la sortie liquide ~c!du séparateur 4), en cour~ de vaporisation partielle sous la pre~sion moyenne PM dan~ le pa~age de;~ vapori~ation 71b de l'échangeur 71. A oettb fin, une partie de la première frac-;~ 20 tion condensée du mélange de cycle est prélevée par le conduit 88, à la sortie ;
liquide 4c du séparateur 4, est sous-refroidie dans l'échangeur 89 par échange de chaleur avec une fraction gazeu~e du gaz na-turel, riche en azote, en cours de réohiauffement, et provenant dé la sortie a1 de la colonne 80, et est finale-ment détendue dans la vanne 90 à la pression moyenne PM. Cette par-tie de la première fraction condensée, partiellement vapori~ée, es-t évacuée à la sortie de l'échangeur 71 par le conduit 91, et e~t retournée dans le ~éparateur auxi-liaire 22, pour y être réunie au mélange de cycle ayant été partiellement con- ~;
&en~ée entre le~ deux ~ou~-étape~ de compre~ion 101 et 102. ~ans le sépara-teur auxiliaire 22, on ~épare la partie partiellement vaporisée en provenance du conduit 91, réunie au mélange de cycle partiellement condensé!en provenance de la sortie 21b du condenseur auxiliaire 21, en la fraction gazeuse envoyée dan`s l'étape de compression 102, et la fraction liquide comprimée dans la pompe 23 `~
à la haute pre3sion HP, 2) après avoir été pré-refroidi dans l'échangeur 71, et avant d'ê~re re-froidi dans l'ensemble de chaleur 6, le gaz naturel est déshydraté dans l'unité
de dé~hydratation 72, 3) après avoir été refroidi préliminairement dans l'échangeur 73 le gaz naturel est soumis à une reotification dans la colonne 73, afin de séparer ``1 d'une part les hydrooarbures plus lourds!que le méthane ~C2+) par le Gonduit 74, ~i 40 et d'autre part par ie conduit 75 le gaz naturel épuré en lesdits hydrocarbures.
~ - 18 -'~i ~ , :
~0504~3 ~a majeure par-tie du gaz naturel ainsi épuré est envoyée par le conduit 78 dansle passage de refroidissement (8c, gc) de l'échangeur de chaleur 110. Une autre ; partie du gaz naturel ainsi épuré est envoyée directement en cuve de la colonne 80 par le conduit 76, et en tate de la colonne 80 par le conduit 77. ha partie envoyée par le conduit 77 est condensée dans l'échang~ur 79 par échange de chaleur avec la fraction gazeuse riche en azote, provenant du sommet 81 de la colonne 80, en cours de réchauffement.
4) le gaz naturel conden~é provenant du conduit de refroidissement 8c, détendu à une pression inférieure dans la vanne 83, est introduit au sommet de la colonne 80. De même, les parties 76 et 77 du gaz naturel sont détendues res-pectivement dans les vannes 8~ et 105 avant d'être introduites dans la colonne ` 80. Dans cette derni~re, on effectue une désazotation du gaz naturel liquéfié.
Corrélativement, on évacue par le conduit 81 une fraction gazeuse, riche en azote qui est réchauffée successivement dans les échangeurs 79 et 89, avant d'être évacuée de l'installation. he gaz naturel li~uéfié et déza-toté est éva- - :
;l cué de la cuve de la oolonne 80 par le conduit 85, et sous-refroidi dans le conduit 9c de l'échangeur 110. he gaz naturel liquéfié est finalement évaoué de l'in~tallation, après avoir été détendu dans la vanne de détente 86 vers un récipient de stockage. -A titre d'exemple, on trouvera dana les tableaux 1 et 2 ci-dessous diffé-rent~ paramètres de fonctionnement d'une installation de refroidissement con-forme à la figure 5. Pour cette installation les pressions de fonctionnement sont -i`~l les suivantes (en bars effeotifs) :
- - HP : environ 40 bars effectifs, p : environ 1,4 bar effectif, ~i - PI : environ 6 bars effectifs, I -- MP : environ 18 bars effectifs.
`~ ~e procéd~ de refroidissement, qui a été explicité précédemment dans le oas d'une seule pression intermédiaire entre la haute pression et la basse ~30 pression du cyole frigorifique, peut être généralisé en énonçant, par référence à la définition générale de l'invention que : ~ ~
~ i) on obtient au moins une autre fraction condensée du mélange de cycle, i f `~, intermédiaire entre ladite fraction condensée intermédiaire et la première ~1 fraotion oondensée, par condensation partielle de la fraction vapeur précédant ~i$ ladite autre fraction condensée intermédiaire, en échange de chaleur à contre-courant avec un autre courant frigorigène intermédiaire, distinct dudit courant frigorigène sous la basse pression et dudit courant frigorigène sous la pressionintermédiaire, en cours de réchauffement sous une autre pression intermédiaire ~$ entre ladite pression intermédiaire et la haute pression, ~ Z40 j) on déte~d à ladite autre pression intermédiaire au moins une partie .~ '~`, ' .
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~0504~L3 d'au moins une fraction condensee du mélange de cycle, précédant ladite autre fraction condensée intermédiaire, pour constituer au moins une partie dudit autre courant frigorigène intermédiaire, k) on recomprime ledit autre courant frigorigène intermédiaire réchauffé, combiné audit courant frigorigène et audit courant frigorigène intermédiaire, recomprimés à ~adite autre pression intermédiaire, de cet-te dernière à la haute preseion.
_ . _ _ Composition en iC iC
% volumique M2 Cl C2 C3 4 5 Courant-~ nct4 eC5 C6+
Mélange de cgcle _ (à l'entrée 2a du 4,64 22,60 47,84 12,11 7,41 5,40 conden~eur 2~
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Gaz naturel traité 6,0 85,9 5,0 1,5 1,2 ,3 0,1 . .
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Référence du _ A circuit du Pression en ~empérature ga~ naturel bars effectifs en C
Entrée 71c 42,7 37 _ . _ _ _ ., Sortie 71c 42,2 20 ., . _ : ' E~trée-7c 40 20 _ _ _ Sortie 7c 39,5 - 54 ~ i ~ Sortie 79c 9, - 130 '., _ _ , Sortie 9c 8,0 _ A l 66 ~'' . , Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation a~cri-ts et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équiv~lents techni-- :ql~sdès ~oyen~ ~cIit8 ainsi que leurs combinaisons, Bi celles-ci sont exécutée~ sui~
vant son esp~it et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui ~uivent.
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Claims (11)
1. Procédé pour refroidir un mélange gazeux à l'aide d'au moins un cycle frigorifique de type fermé, mettant en oeuvre un mélange de cycle comportant une pluralité de constituants, ledit cycle frigorifique comportant les étapes suivantes :
a) on effectue sous une haute pression une condensation fractionnée du mélange de cycle, comportant au moins :
- une première étape de condensation fractionnée, pendant laquelle on condense partiellement le mélange de cycle par échange de chaleur avec un ré-frigérant externe, on sépare le mélange de cycle partiellement condensé en une première fraction condensée et une première fraction vapeur, - une dernière étape de condensation fractionnée, pendant laquelle on condense partiellement l'avant-dernière fraction vapeur du mélange de cycle, on sépare l'avant-dernière fraction vapeur partiellement condensée en une dernière fraction vapeur et une avant-dernière fraction condensée, on condense totalement la dernière fraction vapeur pour obtenir la dernière fraction condensée, au moins la dernière fraction condensée étant obtenue par échange de chaleur de la fraction vapeur précédente, ou avant-dernière fraction vapeur, à contre-courant avec un courant frigorigène du mélange de cycle, en cours de réchauf-fement sous une basse pression inférieure à la haute pression, b) on effectue au moins la partie finale du refroidissement du mélange gazeux par échange de chaleur à contre-courant avec ledit courant frigorigène en cours de réchauffement sous la basse pression, c) on détend à la basse pression au moins une partie de la dernière frac-tion condensée du mélange de cycle, et ladite partie détendue constitue au moins une partie initiale dudit courant frigorigène, d) on détend à la basse pression au moins une partie d'au moins une autre fraction condensée du mélange de cycle, précédant la dernière fraction condensée, et on réunit ladite partie détendue audit courant frigorigène, e) on recomprime le courant frigorigène réchauffé de la basse pression à la haute pression, pour reconstituer au moins en partie le mélange de cycle sous la haute pression, ledit cycle étant caractérisé en ce que, en combinaison :
f) on obtient au moins une fraction condensée du mélange de cycle, inter-médiaire entre la première fraction condensée et la dernière fraction condensée, par condensation partielle de la fraction vapeur précédente, en échange de cha-leur à contre-courant avec un courant frigorigène intermédiaire du mélange de cycle, distinct dudit courant frigorigène sous la basse pression, en cours de réchauffement sous une pression intermédiaire entre la basse pression et la haute pression, g) on détend à ladite pression intermédiaire au moins une partie d'au moins une autre fraction condensée du mélange de cycle, précédant ladite frac-tion condensée intermédiaire, pour constituer au moins une partie initiale dudit courant frigorigène intermédiaire, h) on recomprime ledit courant frigorigène intermédiaire réchauffé, com-biné audit courant frigorigène recomprimé à la pression intermédiaire, de cette dernière à la haute pression.
a) on effectue sous une haute pression une condensation fractionnée du mélange de cycle, comportant au moins :
- une première étape de condensation fractionnée, pendant laquelle on condense partiellement le mélange de cycle par échange de chaleur avec un ré-frigérant externe, on sépare le mélange de cycle partiellement condensé en une première fraction condensée et une première fraction vapeur, - une dernière étape de condensation fractionnée, pendant laquelle on condense partiellement l'avant-dernière fraction vapeur du mélange de cycle, on sépare l'avant-dernière fraction vapeur partiellement condensée en une dernière fraction vapeur et une avant-dernière fraction condensée, on condense totalement la dernière fraction vapeur pour obtenir la dernière fraction condensée, au moins la dernière fraction condensée étant obtenue par échange de chaleur de la fraction vapeur précédente, ou avant-dernière fraction vapeur, à contre-courant avec un courant frigorigène du mélange de cycle, en cours de réchauf-fement sous une basse pression inférieure à la haute pression, b) on effectue au moins la partie finale du refroidissement du mélange gazeux par échange de chaleur à contre-courant avec ledit courant frigorigène en cours de réchauffement sous la basse pression, c) on détend à la basse pression au moins une partie de la dernière frac-tion condensée du mélange de cycle, et ladite partie détendue constitue au moins une partie initiale dudit courant frigorigène, d) on détend à la basse pression au moins une partie d'au moins une autre fraction condensée du mélange de cycle, précédant la dernière fraction condensée, et on réunit ladite partie détendue audit courant frigorigène, e) on recomprime le courant frigorigène réchauffé de la basse pression à la haute pression, pour reconstituer au moins en partie le mélange de cycle sous la haute pression, ledit cycle étant caractérisé en ce que, en combinaison :
f) on obtient au moins une fraction condensée du mélange de cycle, inter-médiaire entre la première fraction condensée et la dernière fraction condensée, par condensation partielle de la fraction vapeur précédente, en échange de cha-leur à contre-courant avec un courant frigorigène intermédiaire du mélange de cycle, distinct dudit courant frigorigène sous la basse pression, en cours de réchauffement sous une pression intermédiaire entre la basse pression et la haute pression, g) on détend à ladite pression intermédiaire au moins une partie d'au moins une autre fraction condensée du mélange de cycle, précédant ladite frac-tion condensée intermédiaire, pour constituer au moins une partie initiale dudit courant frigorigène intermédiaire, h) on recomprime ledit courant frigorigène intermédiaire réchauffé, com-biné audit courant frigorigène recomprimé à la pression intermédiaire, de cette dernière à la haute pression.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
- la condensation fractionnée du mélange de cycle comprend exclusivement deux étapes de condensation fractionnée, moyennant quoi les avant-dernière et dernière fractions vapeur sont respectivement les première et deuxième frac-tions vapeur du mélange de cycle, tandis que les avant-dernière et dernière fractions condensées sont respectivement les deuxième et troisième fractions condensées du mélange de cycle, - on obtient la troisième fraction condensée du mélange de cycle par échange de chaleur de la deuxième fraction vapeur à contre-courant avec ledit courant frigorigène en cours de réchauffement sous la basse pression, - on détend en totalité les deuxième et troisième fractions condensées du mélange de cycle, à la basse pression, et la troisième fraction condensée détendue constitue une partie initiale dudit courant frigorigène, tandis que la deuxième fraction condensée détendue est réunie audit courant frigorigène, - en obtient la deuxième fraction condensée du mélange de cycle par con-densation partielle de la première fraction vapeur, en échange de chaleur à
contre-courant avec ledit courant frigorigène intermédiaire, en cours de ré-chauffement sous la pression intermédiaire, - on détend à la pression intermédiaire au moins une partie de la première fraction condensée du mélange de cycle, et la partie ainsi détendue de la pre-mière fraction condensée constitue une partie initiale dudit courant frigori-gène intermédiaire.
- la condensation fractionnée du mélange de cycle comprend exclusivement deux étapes de condensation fractionnée, moyennant quoi les avant-dernière et dernière fractions vapeur sont respectivement les première et deuxième frac-tions vapeur du mélange de cycle, tandis que les avant-dernière et dernière fractions condensées sont respectivement les deuxième et troisième fractions condensées du mélange de cycle, - on obtient la troisième fraction condensée du mélange de cycle par échange de chaleur de la deuxième fraction vapeur à contre-courant avec ledit courant frigorigène en cours de réchauffement sous la basse pression, - on détend en totalité les deuxième et troisième fractions condensées du mélange de cycle, à la basse pression, et la troisième fraction condensée détendue constitue une partie initiale dudit courant frigorigène, tandis que la deuxième fraction condensée détendue est réunie audit courant frigorigène, - en obtient la deuxième fraction condensée du mélange de cycle par con-densation partielle de la première fraction vapeur, en échange de chaleur à
contre-courant avec ledit courant frigorigène intermédiaire, en cours de ré-chauffement sous la pression intermédiaire, - on détend à la pression intermédiaire au moins une partie de la première fraction condensée du mélange de cycle, et la partie ainsi détendue de la pre-mière fraction condensée constitue une partie initiale dudit courant frigori-gène intermédiaire.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
- la condensation fractionnée du mélange de cycle comprend exclusivement trois étapes de condensation fractionnée, moyennant quoi les avant-dernière et dernière fractions vapeur sont respectivement les deuxième et troisième frac-tions vapeur du mélange de cycle, tandis que les avant-dernière et dernière fractions condensées sont respectivement les troisième et quatrième fractions condensées du mélange de cycle, - on obtient la quatrième fraction condensée du mélange de cycle par échange de chaleur de la troisième fraction vapeur à contre-courant avec le-dit courant frigorigène, en cours de réchauffement sous la basse pression, - on détend en totalité à la basse pression les troisième et quatrième fractions condensées du mélange de cycle et la quatrième fraction condensée détendue constitue une partie initiale dudit courant frigorigène, tandis que la troisième fraction condensée détendue est réunie audit courant frigorigène - on obtient les deuxième et troisième fractions condensées du mélange de cycle par condensation partielle respectivement des première et deuxième fractions vapeur du mélange de cycle, en échange de chaleur à contre-courant avec ledit courant frigorigène intermédiaire, en cours de réchauffement sous la pression intermédiaire, - on détend à la pression intermédiaire au moins une partie de chacune des première et deuxième fractions condensées du mélange de cycle, et la par-tie ainsi détendue de la deuxième fraction condensée constitue une partie ini-tiale du courant frigorigène intermédiaire, tandis que la partie ainsi détendue de la première fraction condensée est réunie audit courant frigorigène intermé-diaire.
- la condensation fractionnée du mélange de cycle comprend exclusivement trois étapes de condensation fractionnée, moyennant quoi les avant-dernière et dernière fractions vapeur sont respectivement les deuxième et troisième frac-tions vapeur du mélange de cycle, tandis que les avant-dernière et dernière fractions condensées sont respectivement les troisième et quatrième fractions condensées du mélange de cycle, - on obtient la quatrième fraction condensée du mélange de cycle par échange de chaleur de la troisième fraction vapeur à contre-courant avec le-dit courant frigorigène, en cours de réchauffement sous la basse pression, - on détend en totalité à la basse pression les troisième et quatrième fractions condensées du mélange de cycle et la quatrième fraction condensée détendue constitue une partie initiale dudit courant frigorigène, tandis que la troisième fraction condensée détendue est réunie audit courant frigorigène - on obtient les deuxième et troisième fractions condensées du mélange de cycle par condensation partielle respectivement des première et deuxième fractions vapeur du mélange de cycle, en échange de chaleur à contre-courant avec ledit courant frigorigène intermédiaire, en cours de réchauffement sous la pression intermédiaire, - on détend à la pression intermédiaire au moins une partie de chacune des première et deuxième fractions condensées du mélange de cycle, et la par-tie ainsi détendue de la deuxième fraction condensée constitue une partie ini-tiale du courant frigorigène intermédiaire, tandis que la partie ainsi détendue de la première fraction condensée est réunie audit courant frigorigène intermé-diaire.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réchauffe au moins ledit courant frigorigène jusqu'à une température finale inférieure à la température ambiante, et on recomprime directement ledit courant frigorigène ainsi réchauffé.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue au moins une partie du refroidissement initial du mélange gazeux, puis le re-froidissement final dudit mélange, par échange de chaleur à contre-courant avec ledit courant frigorigène en cours de réchauffement sous la basse pression.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue au moins une partie du refroidissement initial du mélange gazeux par échange de chaleur à contre-courant avec ledit courant frigorigène intermédiaire, en cours de réchauffement sous la pression intermédiaire, puis on effectue le refroidissement final du mélange gazeux par échange de chaleur à contre-courant avec ledit courant frigorigène en cours de réchauffement sous la basse pression.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on recomprime ledit courant frigorigène intermédiaire réchauffé, combiné audit courant fri-gorigène recomprimé à la pression intermédiaire, en au moins deux étapes suc-cessives de compression, l'une étant effectuée depuis une pression initiale égale à ladite pression intermédiaire jusqu'à une pression moyenne, intermé-diaire entre ladite pression intermédiaire et ladite haute pression, et l'autre étant effectuée depuis ladite pression moyenne jusqu'à une pression finale au plus égale à ladite haute pression, et en ce qu'on condense partiel-lement le mélange de cycle sous ladite pression moyenne, entre les deux étapes de compression, par échange de chaleur avec un réfrigérant externe, on sépare le mélange de cycle ainsi partiellement condensé en une fraction gazeuse envoyée dans ladite autre étape de compression pour être recomprimée de la pression moyenne à ladite pression finale, et en une fraction liquide comprimée de la-dite pression moyenne à la haute pression, puis réunie directement au mélange de cycle sous la haute pression, avant d'effectuer la condensation fractionnée de ce dernier.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on prérefroidit le gaz naturel par échange de chaleur à contre-courant avec une partie de la première fraction condensée du mélange de cycle, en cours de vaporisation partiel-le sous la pression moyenne, on réunit ladite partie partiellement vaporisée au mélange de cycle ayant été partiellement condensé sous ladite pression moyenne entre les deux étapes de compression, et on sépare ladite partie partiellement vaporisée, réunie au mélange de cycle partiellement condensé, en ladite fraction gazeuse envoyée dans ladite autre étape de compression, et la-dite fraction liquide comprimée à la haute pression.
9. Installation de refroidissement d'un mélange gazeux, du genre comprenant a) un moyen de compression dont l'aspiration et le refoulement fonction-nent respectivement sous une basse pression et une haute pression b) un condenseur dont l'entrée communique avec le refoulement du moyen de compression, et comportant des moyens de circulation pour un réfrigérant externe, c) une pluralité de séparateurs disposés en série, comportant chacun une entrée diphasique, une sortie liquide, et une sortie gazeuse ; l'entrée dipha-sique du premier séparateur communique avec la sortie du condenseur ; l'entrée diphasique du dernier séparateur communique avec la sortie gazeuse de l'avant-dernier séparateur, d) un ensemble d'échange de chaleur, coopérant avec au moins le dernier séparateur, comprenant premièrement au moins un conduit de condensation totale dont l'entrée communique avec la sortie gazeuse du dernier séparateur, deuxième-ment un passage de vaporisation en relation d'échange thermique avec au moins ledit conduit de condensation totale, troisièrement un passage de refroidisse-ment en relation d'échange thermique avec ledit passage de condensation, e) une pluralité de moyens de détente ; l'amont des dernier et avant-dernier moyens de détente communique respectivement avec la sortie du conduit de condensation totale et avec la sortie liquide du dernier séparateur, tandis que l'aval des dernier et avant-dernier moyens de détente communique avec ledit passage de vaporisation, f) un conduit de retour dont l'amont communique avec ledit passage de vaporisation, et dont l'aval communique avec l'aspiration du moyen de compression, ladite installation étant caractérisée en ce que, en combinaison :
g) le moyen de compression comprend au moins un étage dont l'aspiration et le refoulement fonctionnent respectivement sous la basse pression et sous une pression intermédiaire entre la basse pression et la haute pression, et un autre étage dont l'aspiration et le refoulement fonctionnent respectivement sous ladite pression intermédiaire et sous ladite haute pression, h) il est prévu au moins un ensemble d'échange de chaleur intermédiaire, distinct dudit ensemble d'échange de chaleur, comprenant premièrement au moins un conduit de condensation partielle dont la sortie communique avec l'entrée diphasique d'un séparateur intermédiaire succédant au premier séparateur au moins, et dont l'entrée communique avec la sortie gazeuse du séparateur pré-cédant ledit séparateur intermédiaire, deuxièmement, un passage de vaporisation intermédiaire, en relation d'échange thermique avec au moins ledit conduit de condensation partielle, i) l'amont d'au moins un moyen de détente intermédiaire, disposé en amont de l'avant-dernier moyen de détente, communique avec la sortie liquide du séparateur précédant ledit séparateur intermédiaire, tandis que l'aval dudit moyen de détente intermédiaire communique avec ledit passage de vaporisation intermédiaire, j) il est prévu au moins un conduit de retour intermédiaire, dont l'amont communique avec ledit passage de vaporisation intermédiaire, et dont l'aval communique avec l'aspiration dudit autre étage de compression, l'aspiration dudit autre étage de compression communiquant avec le refoulement dudit étage de compression.
g) le moyen de compression comprend au moins un étage dont l'aspiration et le refoulement fonctionnent respectivement sous la basse pression et sous une pression intermédiaire entre la basse pression et la haute pression, et un autre étage dont l'aspiration et le refoulement fonctionnent respectivement sous ladite pression intermédiaire et sous ladite haute pression, h) il est prévu au moins un ensemble d'échange de chaleur intermédiaire, distinct dudit ensemble d'échange de chaleur, comprenant premièrement au moins un conduit de condensation partielle dont la sortie communique avec l'entrée diphasique d'un séparateur intermédiaire succédant au premier séparateur au moins, et dont l'entrée communique avec la sortie gazeuse du séparateur pré-cédant ledit séparateur intermédiaire, deuxièmement, un passage de vaporisation intermédiaire, en relation d'échange thermique avec au moins ledit conduit de condensation partielle, i) l'amont d'au moins un moyen de détente intermédiaire, disposé en amont de l'avant-dernier moyen de détente, communique avec la sortie liquide du séparateur précédant ledit séparateur intermédiaire, tandis que l'aval dudit moyen de détente intermédiaire communique avec ledit passage de vaporisation intermédiaire, j) il est prévu au moins un conduit de retour intermédiaire, dont l'amont communique avec ledit passage de vaporisation intermédiaire, et dont l'aval communique avec l'aspiration dudit autre étage de compression, l'aspiration dudit autre étage de compression communiquant avec le refoulement dudit étage de compression.
10. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'en-semble d'échange de chaleur intermédiaire comprend en outre un passage de refroidissement intermédiaire, en relation d'échange thermique avec ledit passage de vaporisation intermédiaire, communiquant avec ledit passage de re-froidissement dudit ensemble d'échange de chaleur.
11. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que :
- Ledit autre étage de compression du moyen de compression comprend au moins deux sous-étages de compression, dont l'aspiration et le refoulement de l'un fonctionnent respectivement à la pression intermédiaire et à une pression moyenne, intermédiaire entre ladite pression intermédiaire et ladite pression haute et dont l'aspiration et le refoulement de l'autre fonctionnent respecti-vement à ladite pression moyenne et à une pression au plus égale à ladite haute pression, - il est prévu un condenseur auxiliaire dont l'entrée communique avec le refoulement dudit sous-étage, et comportant des moyens de circulation pour un réfrigérant externe, - il est prévu un séparateur auxiliaire, comportant une entrée diphasique communiquant avec la sortie du condenseur auxiliaire, une sortie gazeuse com-muniquant avec l'aspiration dudit autre sous-étage, et une sortie liquide, - il est prévu une pompe auxiliaire dont l'amont communique avec la sortie liquide du séparateur auxiliaire, et dont l'aval communique avec l'entrée dipha-sique du premier séparateur.
- Ledit autre étage de compression du moyen de compression comprend au moins deux sous-étages de compression, dont l'aspiration et le refoulement de l'un fonctionnent respectivement à la pression intermédiaire et à une pression moyenne, intermédiaire entre ladite pression intermédiaire et ladite pression haute et dont l'aspiration et le refoulement de l'autre fonctionnent respecti-vement à ladite pression moyenne et à une pression au plus égale à ladite haute pression, - il est prévu un condenseur auxiliaire dont l'entrée communique avec le refoulement dudit sous-étage, et comportant des moyens de circulation pour un réfrigérant externe, - il est prévu un séparateur auxiliaire, comportant une entrée diphasique communiquant avec la sortie du condenseur auxiliaire, une sortie gazeuse com-muniquant avec l'aspiration dudit autre sous-étage, et une sortie liquide, - il est prévu une pompe auxiliaire dont l'amont communique avec la sortie liquide du séparateur auxiliaire, et dont l'aval communique avec l'entrée dipha-sique du premier séparateur.
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