EP4596951A2 - Procédé de détente et de stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié issu d'une installation de liquéfaction de gaz naturel, et installation associée - Google Patents

Procédé de détente et de stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié issu d'une installation de liquéfaction de gaz naturel, et installation associée

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EP4596951A2
EP4596951A2 EP25183871.0A EP25183871A EP4596951A2 EP 4596951 A2 EP4596951 A2 EP 4596951A2 EP 25183871 A EP25183871 A EP 25183871A EP 4596951 A2 EP4596951 A2 EP 4596951A2
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EP
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stream
flow
natural gas
flash
bypass
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Application number
EP25183871.0A
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German (de)
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Sylvain Vovard
Vincent TIRILLY
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Technip Energies France SAS
Original Assignee
Technip Energies France SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Technip Energies France SAS filed Critical Technip Energies France SAS
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    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
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    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/62—Separating low boiling components, e.g. He, H2, N2, Air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/30—Dynamic liquid or hydraulic expansion with extraction of work, e.g. single phase or two-phase turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/90—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being boil-off gas from storage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/88—Quasi-closed internal refrigeration or heat pump cycle, if not otherwise provided

Definitions

  • Such a process is intended in particular to be implemented in floating installations for the production of liquefied natural gas, or in land-based liquefaction installations, with reduced space requirements.
  • natural gas In currently operating liquefied natural gas production plants, natural gas is condensed and subcooled at high pressure before undergoing flash expansion to atmospheric pressure.
  • the resulting liquefied natural gas can be stored at atmospheric pressure and at a cryogenic temperature, typically around -160°C.
  • the expansion is carried out either directly at the liquefied natural gas storage tank or in a dedicated unit, for example a flash gas recovery unit.
  • the steam generated by the expansion is recovered, then compressed in a dedicated compressor to form a combustible gas stream, or to be recycled within the liquefaction train.
  • Another stream of vapour is generated in the liquefied natural gas storage tank, due to the pressure difference between the liquid directly from the expansion and that present in the storage tank and/or due to the heating of the liquefied natural gas during its transport to the tank.
  • a gaseous flow of evaporation gas from the tank is therefore recovered and compressed in another dedicated compressor, to form a stream of combustible gas or to be recycled within the unit, particularly when the unit is a floating unit.
  • DE102010062050 describes a process in which the flash gas stream and the boil-off gas stream are mixed and then jointly compressed in a common compressor to form the fuel gas stream.
  • An aim of the invention is therefore to obtain a particularly compact and economical process for recovering flash gases and evaporation gases from a natural gas liquefaction installation by using one or more compressors dedicated to the two functions.
  • upstream and downstream generally extend in relation to the normal direction of circulation of a fluid.
  • the additional turbines described drive compressors, but can also drive variable frequency electric generators whose electricity can be used in the network via a frequency converter.
  • Streams with a temperature above ambient are described as being cooled by air coolers.
  • water exchangers such as fresh water or sea water, can be used.
  • the ambient temperature around the installation is not significant for the purposes of the invention and may be between 15°C and 35°C.
  • a first installation 10 for the expansion and storage of liquefied natural gas from a natural gas liquefaction installation 12 is schematically illustrated by the figure 1 .
  • the installations 10, 12 are advantageously carried by a support 14 located on the surface of a body of water, such as a sea, a lake, an ocean or a river.
  • the support 14 is for example a floating barge and constitutes a floating natural gas liquefaction unit (FLNG).
  • FLNG floating natural gas liquefaction unit
  • the liquefaction installation 12 comprises, in a known manner, a natural gas treatment unit 16, capable of producing a treated gas free of compounds capable of solidifying during liquefaction, and a unit 18 for liquefying the treated gas, comprising at least one system (not shown) of cooling, liquefaction, and subcooling of the treated gas 20, capable of producing a stream 22 of liquefied natural gas under pressure.
  • the expansion and storage installation 10 comprises a device 24 for expanding the stream of pressurized liquefied natural gas 22, here comprising a dynamic expansion turbine 25 and an end-of-flash capacity, in this particular example an end-of-flash tank 26. It also comprises at least one tank 28 for recovering liquefied natural gas, and a compression device 30, capable of recovering and compressing both the flash gas from the tank 26 and the evaporation gas from the or each tank 28, to form a compressed stream of combustible gas 32.
  • the installation 10 further comprises a downstream compressor 34, intended to compress a bypass stream 36 taken from the compressed combustible gas stream 32, and at least one dynamic expansion turbine 38, capable of expanding the bypass stream 36.
  • the installation 10 further comprises a downstream heat exchanger 40 and an additional heat exchanger 41 intended for the liquefaction of at least part of the treated gas 20, using the cold produced during the dynamic expansion of the bypass current 36 in the turbine 38.
  • the exchangers 40 and 41 are intended for the cooling and at least partial liquefaction of a part of the bypass stream 36, when an excess of flash gas and/or evaporation gas is present in the compressed combustible gas stream 32.
  • the liquefied natural gas stream 22 has a pressure for example greater than 60 bar, and can be between 40 bar and 80 bar.
  • Stream 22 is subcooled.
  • the temperature of liquefied natural gas stream 22 is typically below -150°C but can be between -140°C and -160°C.
  • Stream 22 advantageously has a molar methane content greater than 80%, and a molar C 4 + content less than 5%.
  • the molar flow rate of the liquefied natural gas stream 22 is, for example, greater than 10,000 kmol/h.
  • the stream of liquefied natural gas 22 is conveyed to the dynamic expansion turbine 25 of the expansion device 24 to undergo flash expansion and form a stream 42 of expanded liquefied natural gas.
  • the pressure of the expanded liquefied natural gas stream 42 is, for example, less than 7 bar, in particular between 6 bar and 12 bar.
  • the expansion of stream 22 causes the formation in stream 42 of a residual flash gas downstream of the final expansion valve.
  • the molar content of flash gas in stream 42 is for example greater than 5% and is in particular between 4% and 10%.
  • the stream 42 is then introduced into the end-of-flash tank 26, to recover, at the foot of the tank 26, a liquid flow 46 of liquefied natural gas, and at the head of the tank 26, a gaseous flow 48 of flash gas.
  • the liquid flow 46 is then conveyed to a storage tank 28.
  • the flow 46 is pumped through a pump 50. Alternatively, it flows by gravity into the reservoir 28, without being pumped.
  • a residual evaporation gas (“boil off gas” in English) is formed from the liquid flow 46, in particular by reheating the liquid flow 46 in the transport pipes, by the heat inputs of the tank(s) 28 and/or under the effect of a pressure difference between the tank 26 and the tank 28.
  • a gaseous flow 52 of evaporation gas is recovered at the top of the tank 28.
  • the gaseous flow of evaporation gas 52 is heated in the downstream heat exchanger 40, for example to a temperature above -60°C.
  • the gas flow 48 of flash gas is heated in the additional heat exchanger 41, for example to a temperature above -60°C.
  • the gas stream 48 represents between 30 mol% and 80 mol% of the mixing gas stream 54.
  • the mixture gas stream 54 is then introduced into the compression apparatus 30 to form a compressed combustible gas stream 32.
  • the stream 54 passes successively through a first compressor 56, a first air-cooling exchanger or a water exchanger 58 to be cooled to ambient temperature, a second compressor 60, then a second exchanger 62 to be cooled again to ambient temperature or water temperature.
  • the pressure of the compressed combustible gas stream 32 is for example greater than 25 bar and is in particular between 5 bar and 70 bar.
  • the composition of stream 32 is typically 15 mol% nitrogen and 85 mol% methane.
  • the compressed combustible gas stream 32 is then recovered to be used as fuel in the installation 12, or as a make-up fluid in this installation 12.
  • a bypass stream 36 is taken from the combustible gas stream 32.
  • the molar flow rate of the bypass stream 36 is for example greater than 10% of the molar flow rate of the combustible gas stream 32 coming from the compression device 30, and is in particular between 10% and 100% of this flow rate.
  • bypass stream 36 is then compressed in the compressor 34, and is then cooled to room temperature in the air-cooling exchanger or the water exchanger 64, to form a compressed bypass stream 66.
  • the pressure of the compressed bypass stream 66 is for example 30 bar higher than the pressure of the stream 32.
  • the stream 66 is then introduced into the downstream heat exchanger 40 to be cooled there to a temperature advantageously below -50°C.
  • the temperature of the stream 68 is preferably less than -150°C and is in particular between -140°C and -160°C.
  • the expanded bypass stream 68 is optionally at least partially liquid.
  • the molar liquid content in stream 68 is typically less than 15 mol%.
  • stream 68 remains completely gaseous.
  • the entire expanded bypass stream 68 forms a first flow 70 which is then introduced into the downstream heat exchanger 40 to be reheated there.
  • the temperature of the first reheated flow 71 is advantageously greater than -60°C.
  • the first reheated flow 71 is then reintroduced into the mixing stream 54, downstream of the end-of-flash tank 26, and upstream of the compression device 30.
  • At least one gaseous stream of treated gas 72 from the installation 12 is diverted to the installation 10.
  • the gas stream 72 has a pressure for example greater than 60 bar, and in particular between 40 bar and 90 bar.
  • the temperature of the gas stream is typically equal to ambient or pre-cooled temperature.
  • Gas stream 72 has a molar methane content greater than 80%, and a molar C4 + content less than 5%.
  • the molar flow rate of the gas stream 72 can represent up to 10% of the flow rate of the initial charge of natural gas introduced into the liquefaction installation 12.
  • the gas stream 72 is then separated into a first part 74 and a second part 76.
  • the molar flow rate of the first part 74 of the gas stream 72 constitutes for example between 20% and 50% molar of the gas stream 72 and the molar flow rate of the second part 76 of the gas stream 72 constitutes for example between 50% and 80% of the molar flow rate of the gas stream 72.
  • the first part 74 of the gas stream 72 is then introduced into the downstream heat exchanger 40 to be cooled and liquefied by heat exchange, in particular with the expanded bypass stream 68, to a temperature advantageously lower than -150°C.
  • the first portion 74 then passes through a control valve 78, before being mixed with the expanded liquefied natural gas stream 42 from the expansion device 24.
  • the second part 76 of the gas stream 72 is introduced into the additional heat exchanger 41 to be cooled and liquefied by heat exchange with the gas stream of flash gas 48, down to a temperature advantageously lower than - 150°C.
  • the second part 76 then passes through a control valve 80, before being mixed with the expanded liquefied natural gas stream 42 from the expansion device 24.
  • the implementation of the method according to the invention is therefore particularly simple since it reduces the number of equipment required to flash liquefied natural gas for storage, and to advantageously recover the flash gases and evaporation gases produced.
  • a single compression apparatus 30 is used to compress a mixture stream 54 formed from the flash gases and the boil-off gases.
  • bypass stream 36 taken from the fuel stream 32 formed at the outlet of the compression device 30 makes it possible to obtain very efficient thermal integration, and to take advantage of the available frigories to at least partially liquefy the gas treated in the installation 12.
  • the thermal integration of the bypass current 36 makes it possible to adjust the frigories between the different operating modes of the installation 10, between the phases of filling the tanks, and the phases of loading a methane carrier.
  • the method according to the invention and the installation 10 allowing its implementation are therefore particularly suitable for a floating unit such as an FLNG.
  • a portion 90 of the gaseous flow of boil-off gas is sent to other liquefaction trains.
  • a stream of liquefied natural gas 92 from other liquefaction trains is introduced into the tank 28.
  • a second installation 110 according to the invention is illustrated by the figure 2
  • the second installation 110 differs from the first installation 10 in the sense that it comprises a downstream tank 112, placed at the outlet of the dynamic expansion turbine 38.
  • the expanded bypass stream 68 is introduced into the downstream tank 112 to recover, at the top, the first flow 70 in gaseous form, and at the bottom, a second liquid flow 114.
  • the molar flow rate of the second stream 114 constitutes, for example, between 10% and 15% of the molar flow rate of the expanded bypass stream 68.
  • the first flow 70 is introduced into the downstream heat exchanger 40 to be reheated by heat exchange in particular with the first part 74 of the gaseous stream 72 of treated gas.
  • the second flow 114 is reintroduced into the expanded liquefied natural gas stream 42 coming from the expansion device 24, upstream of the end-of-flash tank 26.
  • the second method according to the invention optimizes the distribution of the liquid in the downstream heat exchanger 40.
  • a third installation 120 intended for the implementation of a third method according to the invention, is illustrated by the figure 3 .
  • a recirculation stream 122 is taken from the compressed bypass stream 66.
  • the recirculation stream 122 represents, for example, between 30% and 80% molar of the compressed bypass stream 66 from the compressor 34.
  • the recirculation stream 122 is then separated into a first portion 124 and a second portion 126.
  • the molar flow rate of the first part 124 of the recirculation stream 122 constitutes for example between 20% and 50% molar of the recirculation stream 122 and the molar flow rate of the second part 126 of the recirculation stream 122 constitutes for example between 50% and 80% of the molar flow rate of the recirculation stream 122.
  • the first part 124 of the recirculation stream 122 is introduced into the downstream heat exchanger 40 to be cooled there, and possibly at least partially liquefied, by heat exchange in particular with the expanded bypass stream 68, down to a temperature advantageously lower than -150°C.
  • the first portion 124 then passes through a control valve 128, before being mixed with the expanded liquefied natural gas stream 42 from the expansion device 24.
  • the second part 126 of the bypass stream 122 is introduced into the additional heat exchanger 41, to be cooled there and possibly at least partially liquefied by heat exchange with the gaseous flow of flash gas 48, down to a temperature advantageously lower than -150°C.
  • the second part 126 then passes through a control valve 130, before being mixed with the expanded liquefied natural gas stream 42 from the expansion device 24.
  • bypass stream 36 taken from the fuel stream 32 formed at the outlet of the compression apparatus 30 makes it possible to obtain very efficient thermal integration, and to take advantage of the available frigories to at least partially liquefy a recirculation stream 122 from the bypass stream, when an excess of flash gas and/or evaporation gas occurs.
  • At least a portion 76 of the gaseous stream of treated gas 72 from the installation 12 is also introduced into the additional heat exchanger 41, as described above for the figure 2 .
  • a fourth installation 130 intended for the implementation of a fourth method according to the invention, is illustrated by the figure 4 .
  • This installation 130 differs from the installation 10 shown in the figure 1 in that the end-of-flash flask 26 is replaced by an end-of-flash distillation column 132.
  • a reboiling exchanger 134 is arranged upstream of the expansion device 24 to put the liquefied natural gas stream 22 into heat exchange relation with a reboiling stream 136 coming from the column 132.
  • a fifth installation 140 intended for the implementation of a fifth method according to the invention, is illustrated by the Figure 5 .
  • This installation 140 differs from the installation 120 shown on the figure 3 in that the end-of-flash flask 26 is replaced by an end-of-flash distillation column 132.
  • the implementation of the fifth method according to the invention is also similar to that of the third method according to the invention.
  • a sixth installation 150 intended for the implementation of a sixth method according to the invention, is illustrated by the figure 6 .
  • the sixth installation 150 differs from the fourth installation 130 by the insertion of an intermediate balloon 152 between the outlet of the expansion device 24 and the inlet of the distillation column 132.
  • the intermediate tank 152 receives the expanded liquefied natural gas stream 42 and separates it into a head stream 154, mixed with the gaseous stream 48 of flash gas, and into a bottom stream 156, introduced into the reboiling exchanger 134 before reaching the distillation column 132.
  • This installation 150 is beneficial for the recovery of helium in the case where the gaseous stream 154 is rich in helium, typically consisting of at least 25% helium, and can therefore be advantageously sent to a helium purification installation.
  • a downstream tank 112 is provided to separate the expanded bypass stream 68, as described in the second method according to the invention.
  • the dynamic expansion turbine 25 of the expansion device 24 is replaced by a static expansion valve.
  • the stream of liquefied natural gas then undergoes static and not dynamic expansion in the expansion device 24.
  • the method according to the invention and the corresponding installation are therefore particularly suitable for managing the significant variations in temperature and flow rate of the evaporation gas flow 52 coming from the tank 28 between the phases of loading a methane carrier by emptying the tank and the phases of filling the tank.
  • thermal integration of the bypass stream 36 with the boil-off gas stream 52 is used to adjust the required frigories, and vary the relative flow rates of the fuel gas stream 32 and the bypass stream 36.
  • Clause 4. Method according to any one of clauses 1 to 3, in which the compressed bypass stream (66) from the downstream compressor (34) is introduced into the downstream heat exchanger (40) to be put into heat exchange relation with the first flow (70).
  • Clause 7. - Method according to clause 6, comprising introducing the first part (74) of the liquefied treated natural gas stream (72) into the expanded liquefied natural gas stream (42) from the expansion device (24), upstream of an end-of-flash capacity (26; 132).
  • Clause 10. A method according to any one of clauses 1 to 9, wherein the end-flash capacity (26; 132) is an end-flash drum (26) or an end-flash distillation column (132).
  • Clause 15. Installation according to any one of clauses 12 to 14, in which the downstream heat exchanger (40) is capable of putting into heat exchange relation the first flow (68; 70), and at least a part (74) of a treated gas stream (72) intended to be liquefied.

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Abstract

Le procédé comprend les étapes suivantes :- mélange d'un flux gazeux de gaz de flash (48) et d'un flux gazeux de gaz d'évaporation (52) pour former un courant gazeux de mélange (54);- compression du courant gazeux de mélange (54) dans au moins un appareil de compression (30) pour former un courant de gaz combustible comprimé (32) ;- prélèvement d'un courant de dérivation (36) dans le courant de gaz combustible comprimé (32) ;- compression du courant de dérivation (36) dans au moins un compresseur aval (34) ;- refroidissement et détente du courant de dérivation comprimé (66) ;- réchauffage d'au moins un premier flux (68 ; 70) issu du courant de dérivation détendu (68) dans au moins un échangeur thermique aval (40),- réintroduction du premier flux (68 ; 70) réchauffé dans le courant gazeux de mélange (54) en amont de l'appareil de compression (30).

Description

  • La présente invention concerne un procédé de détente et de stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié issu d'une installation de liquéfaction de gaz naturel, comprenant les étapes suivantes :
    • détente flash du courant de gaz naturel liquéfié dans un dispositif de détente pour former un courant de gaz naturel liquéfié détendu ;
    • amenée du courant de gaz naturel liquéfié détendu dans une capacité de fin de flash ;
    • récupération, en pied de la capacité de fin de flash, d'un flux liquide de gaz naturel liquéfié ;
    • convoyage du flux liquide de gaz naturel liquéfié dans au moins un réservoir de gaz naturel liquéfié ;
    • prélèvement, en tête de la capacité de fin de flash, d'un flux gazeux de gaz de flash ;
    • récupération, en tête du réservoir de gaz naturel liquéfié, d'un flux gazeux de gaz d'évaporation ;
    • mélange du flux gazeux de gaz de flash et du flux gazeux de gaz d'évaporation pour former un courant gazeux de mélange ;
    • compression du courant gazeux de mélange dans au moins un appareil de compression pour former un courant de gaz combustible comprimé.
  • Un tel procédé est destiné notamment à être mis en œuvre dans des installations flottantes de production de gaz naturel liquéfié, ou dans des installations de liquéfaction à terre, présentant un encombrement réduit.
  • Dans les usines de production de gaz naturel liquéfié actuellement en opération, le gaz naturel est condensé et sous-refroidi à haute pression, avant de subir une détente flash jusqu'à la pression atmosphérique. Le gaz naturel liquéfié ainsi obtenu peut être stocké à pression atmosphérique et à une température cryogénique, typiquement de l'ordre de -160 °C.
  • La détente est effectuée soit directement au niveau du réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié, soit dans une unité dédiée, par exemple une unité de récupération des gaz de flash.
  • Dans une telle unité, la vapeur générée par la détente est récupérée, puis est comprimée dans un compresseur dédié pour former un courant de gaz combustible, ou pour être recyclée au sein du train de liquéfaction.
  • Par ailleurs, un autre courant de vapeur est généré dans le réservoir de stockage de gaz naturel liquéfié, en raison de la différence de pression entre le liquide directement issu de la détente et celui présent dans le réservoir de stockage et/ou en raison du réchauffage du gaz naturel liquéfié lors de son transport vers le réservoir.
  • Un flux gazeux de gaz d'évaporation issu du réservoir est donc récupéré et est comprimé dans un autre compresseur dédié, pour former un courant de gaz combustible ou pour être recyclé au sein de l'unité, notamment lorsque l'unité est une unité flottante.
  • Un tel procédé ne donne pas entière satisfaction, notamment dans un environnement flottant. En effet, la mise en œuvre du procédé nécessite plusieurs compresseurs distincts, souvent au moins trois compresseurs, ce qui est particulièrement encombrant, pesant, et ce qui augmente les coûts fixes et variables de l'installation.
  • Pour pallier ce problème, DE102010062050 décrit un procédé dans lequel le flux gazeux de gaz de flash et le flux gazeux de gaz d'évaporation sont mélangés, puis sont comprimés conjointement dans un compresseur commun, pour former le courant de gaz combustible.
  • Un tel procédé diminue l'encombrement de l'installation et réduit les coûts de mise en œuvre. Toutefois, le procédé n'est pas totalement optimisé en termes de rendement et de récupération du gaz naturel liquéfié.
  • Un but de l'invention est donc d'obtenir un procédé particulièrement compact et économique de récupération des gaz de flash et des gaz d'évaporation issus d'une installation de liquéfaction de gaz naturel par l'usage d'un ou plusieurs compresseurs dédié(s) aux deux fonctions.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité comprenant les étapes suivantes :
    • prélèvement d'un courant de dérivation dans le courant de gaz combustible comprimé ;
    • compression du courant de dérivation dans au moins un compresseur aval pour former un courant de dérivation comprimé ;
    • refroidissement du courant de dérivation comprimé ;
    • détente du courant de dérivation comprimé pour former un courant de dérivation détendu ;
    • réchauffage d'au moins un premier flux issu du courant de dérivation détendu dans au moins un échangeur thermique aval,
    • réintroduction du premier flux réchauffé dans le courant gazeux de mélange et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation et du flux gazeux de gaz de flash, en amont de l'appareil de compression.
  • Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé selon l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
    • le courant de dérivation détendu au moins partiellement liquide est introduit dans un ballon séparateur aval, le procédé comprenant les étapes suivantes :
      • prélèvement, en tête du ballon séparateur aval, du premier flux sous forme gazeuse, et réintroduction du premier flux dans le courant gazeux de mélange et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation et du flux gazeux de gaz de flash, en amont de l'appareil de compression ;
    • récupération, en pied du ballon séparateur aval, d'un deuxième flux liquide de dérivation, et introduction du flux liquide de dérivation dans le courant de gaz naturel liquéfié détendu, en amont de la capacité de fin de flash ;
    • la totalité du courant de dérivation détendu constitue le premier flux ;
    • le courant de dérivation comprimé issu du compresseur aval est introduit dans l'échangeur thermique aval pour être mis en relation d'échange thermique avec le premier flux ;
    • le flux de gaz d'évaporation est introduit dans l'échangeur thermique aval pour être mis en relation d'échange thermique avec le premier flux ;
    • il comprend les étapes suivantes :
      • - fourniture d'un courant de gaz naturel traité destiné à être liquéfié ;
      • - introduction d'au moins une première partie du courant de gaz naturel traité dans l'échangeur thermique aval pour être mis en relation d'échange thermique avec le premier flux ;
      • - liquéfaction au moins partielle de la première partie du courant de gaz naturel traité dans l'échangeur thermique aval par échange thermique avec le premier flux ;
    • il comprend l'introduction de la première partie du courant de gaz naturel traité liquéfié dans le courant de gaz naturel liquéfié détendu issu du dispositif de détente, en amont d'une capacité de fin de flash ;
    • il comprend les étapes suivantes :
      • - séparation du courant de gaz naturel traité en la première partie du courant de gaz naturel traité et une deuxième partie du courant de gaz naturel traité ;
      • - introduction de la deuxième partie du courant de gaz naturel traité dans un échangeur thermique additionnel, pour être mis en relation d'échange thermique avec le flux de gaz de flash ;
      • - liquéfaction de la deuxième partie du courant de gaz naturel traité dans l'échangeur thermique additionnel par réchauffage du flux de gaz de flash ;
      • - introduction de la deuxième partie du courant de gaz naturel traité liquéfiée dans le courant de gaz naturel liquéfié détendu issu du dispositif de détente, en amont de la capacité de fin de flash ;
    • il comprend également les étapes suivantes :
    • dérivation d'un courant de recirculation dans le courant de dérivation comprimé ;
    • liquéfaction d'au moins une partie du courant de recirculation dans l'échangeur thermique aval par échange thermique avec le premier flux ;
    • la capacité de fin de flash est un ballon de fin de flash ou une colonne de distillation de fin de flash ;
    • le dispositif de détente comprend une turbine de détente dynamique ;
    • le débit molaire de la première partie du courant de gaz naturel traité est inférieur à 10% du débit molaire du courant de gaz naturel liquéfié détendu issu du dispositif de détente.
  • L'invention a également pour objet une installation de détente et de stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié issu d'une installation de liquéfaction de gaz naturel, comprenant :
    • un dispositif de détente propre à effectuer une détente flash du courant de gaz naturel liquéfié pour former un courant de gaz naturel liquéfié détendu ;
    • une capacité de fin de flash propre à recevoir le courant de gaz naturel liquéfié détendu provenant du dispositif de détente ;
    • un ensemble de récupération, en pied de la capacité de fin de flash, d'un flux liquide de gaz naturel liquéfié ;
    • au moins un réservoir de gaz naturel liquéfié et un ensemble de convoyage du flux liquide de gaz naturel liquéfié dans le réservoir de gaz naturel liquéfié ;
    • un ensemble de prélèvement, en tête de la capacité de fin de flash, d'un flux gazeux de gaz de flash ;
    • un ensemble de récupération, en tête du réservoir de gaz naturel liquéfié, d'un flux gazeux de gaz d'évaporation ;
    • un ensemble de mélange du flux gazeux de gaz de flash et du flux gazeux de gaz d'évaporation pour former un courant gazeux de mélange ;
    • au moins un appareil de compression propre à comprimer le courant gazeux de mélange pour former un courant de gaz combustible comprimé,
    caractérisée par :
    • un ensemble de prélèvement d'un courant de dérivation dans le courant de gaz combustible comprimé ;
    • au moins un compresseur aval pour comprimer le courant de dérivation et former un courant de dérivation comprimé ;
    • un échangeur thermique aval de refroidissement du courant de dérivation comprimé pour former un courant de dérivation détendu ;
    • un dispositif de détente et de liquéfaction au moins partielle du courant de dérivation comprimée ;
    • un ensemble d'introduction d'au moins un premier flux issu du courant de dérivation détendu dans l'échangeur thermique aval, pour permettre le réchauffage du premier flux,
    • un ensemble de réintroduction du premier flux dans le courant gazeux de mélange et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation et du flux gazeux de gaz de flash, en amont de l'appareil de compression.
  • Suivant des modes particuliers de réalisation, l'installation selon l'invention comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
    • le premier flux est constitué par la totalité du courant de dérivation détendu ;
    • elle comprend :
      • - un ballon séparateur aval,
      • - un ensemble de prélèvement, en tête du ballon séparateur aval, du premier flux sous forme gazeuse, et de réintroduction du premier flux dans le courant gazeux de mélange et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation et du flux gazeux de gaz de flash, en amont de l'appareil de compression ;
      • - un ensemble de récupération, en pied du ballon séparateur aval, d'un deuxième flux liquide de dérivation, et d'introduction du flux liquide de dérivation dans le courant de gaz naturel liquéfié détendu, en amont du ballon de fin de flash ;
    • l'échangeur thermique aval est propre à mettre en relation d'échange thermique le premier flux, et au moins une partie d'un courant de gaz traité destiné à être liquéfié ;
    • elle comprend :
      • un ensemble de dérivation d'un courant de recirculation à partir du courant de dérivation comprimé ;
      • un ensemble d'introduction d'au moins une partie du courant de recirculation dans l'échangeur thermique aval pour le liquéfier au moins partiellement dans l'échangeur thermique aval.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 est un schéma synoptique d'une première installation destinée à la mise en œuvre d'un premier procédé selon l'invention ;
    • les figures 2 à 6 sont des schémas synoptiques de variantes d'installations destinées à la mise en œuvre de variantes de procédés selon l'invention.
  • Dans tout ce qui suit, on désignera par les mêmes références un courant circulant dans une conduite et la conduite qui le transporte. Les termes « amont » et «aval » s'étendent généralement par rapport au sens normal de circulation d'un fluide.
  • En outre, sauf indication contraire, les pourcentages cités sont des pourcentages molaires, et les pressions sont données en bars absolus.
  • Les turbines additionnelles qui sont décrites entraînent des compresseurs, mais peuvent également entraîner des générateurs électriques à fréquence variable dont l'électricité produite peut être utilisée dans le réseau par l'intermédiaire d'un convertisseur de fréquence.
  • Les courants dont la température est supérieure à l'ambiante sont décrits comme étant refroidis par des aéro-réfrigérants. En variante, il est possible d'utiliser des échangeurs à eau, par exemple à eau douce ou à eau de mer.
  • La température ambiante régnant autour de l'installation n'est pas significative au titre de l'invention et peut être comprise notamment entre 15°C et 35°C.
  • Une première installation 10 de détente et de stockage de gaz naturel liquéfié issu d'une installation 12 de liquéfaction de gaz naturel est illustrée schématiquement par la figure 1.
  • Les installations 10, 12 sont avantageusement portées par un support 14 situé à la surface d'une étendue d'eau, tel qu'une mer, un lac, un océan ou une rivière. Le support 14 est par exemple une barge flottante et constitue une unité flottante de liquéfaction de gaz naturel (FLNG).
  • L'installation de liquéfaction 12 n'est pas décrite ici en détail. Elle comporte de manière connue une unité 16 de traitement du gaz naturel, propre à produire un gaz traité dépourvu de composés propres à se solidifier lors de la liquéfaction, et une unité 18 de liquéfaction du gaz traité, comprenant au moins un système (non représenté) de refroidissement, de liquéfaction, et de sous-refroidissement du gaz traité 20, propre à produire un courant 22 de gaz naturel liquéfié sous pression.
  • L'installation 10 de détente et de stockage comporte un dispositif de détente 24 du courant de gaz naturel liquéfié sous pression 22, comprenant ici une turbine de détente dynamique 25 et une capacité de fin de flash, dans cet exemple particulier un ballon 26 de fin de flash. Elle comporte par ailleurs au moins un réservoir 28 de récupération de gaz naturel liquéfié, et un appareil de compression 30, propre à récupérer et à comprimer à la fois le gaz de flash issu du ballon 26 et le gaz d'évaporation issu du ou de chaque réservoir 28, pour former un courant de gaz combustible 32 comprimé.
  • Selon l'invention, l'installation 10 comporte en outre, un compresseur aval 34, destiné à comprimer un courant de dérivation 36 prélevé dans le courant de gaz combustible comprimé 32, et au moins une turbine de détente dynamique 38, propre à détendre le courant de dérivation 36.
  • Dans l'exemple représenté sur la figure 1, l'installation 10 comporte en outre un échangeur thermique aval 40 et un échangeur thermique additionnel 41 destinés à la liquéfaction d'au moins une partie du gaz traité 20, à l'aide du froid produit lors de la détente dynamique du courant de dérivation 36 dans la turbine 38.
  • En variante ou en complément, comme décrit plus bas sur la figure 3, les échangeurs 40 et 41 sont destinés au refroidissement et à la liquéfaction au moins partielle d'une partie du courant de dérivation 36, lorsqu'un excédent de gaz de flash et/ou de gaz d'évaporation est présent dans le courant de gaz combustible comprimé 32.
  • Un premier procédé selon l'invention de détente et de stockage du courant de gaz naturel liquéfié 22, mis en œuvre dans l'installation 10, va maintenant être décrit.
  • Initialement, un courant de gaz naturel liquéfié 22 sous pression est produit par l'installation 12.
  • Le courant de gaz naturel liquéfié 22 présente une pression par exemple supérieure à 60 bar, et peut être compris entre 40 bar et 80 bar.
  • Le courant 22 est sous-refroidi. La température du courant de gaz naturel liquéfié 22 est typiquement inférieure à -150 °C mais peut être comprise entre -140° C et -160° C.
  • Le courant 22 possède avantageusement une teneur molaire en méthane supérieure à 80 %, et une teneur molaire en C4 + inférieure à 5 %.
  • Le débit molaire du courant de gaz naturel liquéfié 22 est par exemple supérieur à 10000 kmol/h.
  • Le courant de gaz naturel liquéfié 22 est convoyé jusqu'à la turbine de détente dynamique 25 du dispositif de détente 24 pour y subir une détente flash et former un courant 42 de gaz naturel liquéfié détendu.
  • La pression du courant de gaz naturel liquéfié détendu 42 est par exemple inférieure à 7 bar, notamment comprise entre 6 bar et 12 bar.
  • La détente du courant 22 engendre la formation dans le courant 42 d'un gaz de flash résiduel en aval de la vanne de détente finale. La teneur molaire en gaz de flash dans le courant 42 est par exemple supérieure à 5 % et est notamment comprise entre 4 % et 10 %.
  • Le courant 42 est ensuite introduit dans le ballon 26 de fin de flash, pour récupérer, au pied du ballon 26, un flux liquide 46 de gaz naturel liquéfié, et en tête du ballon 26, un flux gazeux 48 de gaz de flash.
  • Le flux liquide 46 est alors convoyé vers un réservoir de stockage 28. Dans l'exemple présenté sur la figure 1, le flux 46 est pompé à travers une pompe 50. En variante, il s'écoule par gravité dans le réservoir 28, sans être pompé.
  • Lors de son transport, et de son introduction dans le réservoir 28, un gaz d'évaporation résiduel (« boil off gas » en anglais) se forme à partir du flux liquide 46, notamment par réchauffage du flux liquide 46 dans les conduites de transport, par les entrées de chaleurs du ou des réservoirs 28 et/ou sous l'effet d'une différence de pression entre le ballon 26 et le réservoir 28.
  • Un flux gazeux 52 de gaz d'évaporation est récupéré en tête du réservoir 28. Le flux gazeux de gaz évaporation 52 est réchauffé dans l'échangeur thermique aval 40, par exemple jusqu'à une température supérieure à -60 °C.
  • Le flux gazeux 48 de gaz de flash est réchauffé dans l'échangeur thermique additionnel 41, par exemple jusqu'à une température supérieure à -60°C.
  • Il est ensuite mélangé avec le flux gazeux 52 de gaz d'évaporation pour former un courant de gaz de mélange 54.
  • Le flux gazeux 48 représente entre 30% molaire et 80% molaire du courant de gaz de mélange 54.
  • Le courant de gaz de mélange 54 est ensuite introduit dans l'appareil de compression 30 pour former un courant de gaz combustible comprimé 32.
  • Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le courant 54 passe successivement à travers un premier compresseur 56, un premier échangeur aéroréfrigérant ou un échangeur à eau 58 pour être refroidi jusqu'à la température ambiante, un deuxième compresseur 60, puis un deuxième échangeur 62 pour être refroidi à nouveau jusqu'à la température ambiante ou la température de l'eau.
  • La pression du courant de gaz combustible comprimé 32 est par exemple supérieure à 25 bar et est notamment comprise entre 5 bar et 70 bar.
  • Dans un exemple particulier, la composition du courant 32 est typiquement constituée de 15% molaire d'azote et de 85% molaire de méthane.
  • Le courant de gaz combustible comprimé 32 est alors récupéré pour être utilisé comme combustible dans l'installation 12, ou encore comme fluide d'appoint dans cette installation 12.
  • Un courant de dérivation 36 est prélevé dans le courant de gaz combustible 32. Le débit molaire du courant de dérivation 36 est par exemple supérieur à 10 % du débit molaire du courant de gaz combustible 32 issu de l'appareil de compression 30, et est notamment compris entre 10 % et 100 % de ce débit.
  • Le courant de dérivation 36 et ensuite comprimé dans le compresseur 34, puis est refroidi jusqu'à la température ambiante dans l'échangeur aéro-réfrigérant ou l'échangeur à eau 64, pour former un courant de dérivation comprimé 66.
  • La pression du courant de dérivation comprimé 66 est par exemple supérieure de 30 bar à la pression du courant 32.
  • Le courant 66 est ensuite introduit dans l'échangeur thermique aval 40 pour y être refroidi jusqu'à une température avantageusement inférieure à -50 °C.
  • Il est ensuite détendu dans la turbine de détente dynamique 38, jusqu'à une pression inférieure à 2 bar et est notamment comprise entre 1,1 bar et 3 bar, pour former un courant de dérivation détendu 68.
  • La température du courant 68 est de préférence inférieure à -150 °C et est notamment comprise entre -140° C et -160° C.
  • Le courant de dérivation détendu 68 est éventuellement au moins partiellement liquide. Dans ce cas, la teneur molaire en liquide dans le courant 68 est typiquement inférieure à 15 % molaire. En variante, le courant 68 reste totalement gazeux.
  • Dans cet exemple, la totalité du courant de dérivation détendu 68 forme un premier flux 70 qui est ensuite introduit dans l'échangeur thermique aval 40 pour y être réchauffé. La température du premier flux réchauffé 71 est avantageusement supérieure à à -60 °C.
  • Le premier flux réchauffé 71 est ensuite réintroduit dans le courant de mélange 54, en aval du ballon de fin de flash 26, et en amont de l'appareil de compression 30.
  • Dans ce mode de réalisation, au moins un courant gazeux de gaz traité 72 issu de l'installation 12 est dérivé vers l'installation 10.
  • Le courant gazeux 72 présente une pression par exemple supérieure à 60 bar, et notamment comprise entre 40 bar et 90 bar. La température du courant gazeux typiquement égale à la température ambiante ou pré-refroidie.
  • Le courant gazeux 72 possède une teneur molaire en méthane supérieure à 80 %, et une teneur molaire en C4 + inférieure à 5 %.
  • Le débit molaire du courant gazeux 72 peut représenter jusqu'à 10 % du débit de la charge initiale de gaz naturel introduite dans l'installation de liquéfaction 12.
  • Le courant gazeux 72 est ensuite séparé en une première partie 74 et en une deuxième partie 76.
  • Le débit molaire de la première partie 74 du courant gazeux 72 constitue par exemple entre 20 % et 50 % molaire du courant gazeux 72 et le débit molaire de la deuxième partie 76 du courant gazeux 72 constitue par exemple entre 50 % et 80 % du débit molaire du courant gazeux 72.
  • La première partie 74 du courant gazeux 72 est ensuite introduite dans l'échangeur thermique aval 40 pour y être refroidie et liquéfiée par échange thermique notamment avec le courant de dérivation détendu 68, jusqu'à une température avantageusement inférieure à -150 °C.
  • La première partie 74 passe ensuite à travers une vanne de contrôle 78, avant d'être mélangée au courant de gaz naturel liquéfié détendu 42 issu du dispositif de détente 24.
  • La deuxième partie 76 du courant gazeux 72 est introduite dans l'échangeur thermique additionnel 41 pour y être refroidie et liquéfiée par échange thermique avec le flux gazeux de gaz de flash 48, jusqu'à une température avantageusement inférieure à - 150 °C.
  • La deuxième partie 76 passe ensuite à travers une vanne de contrôle 80, avant d'être mélangée au courant de gaz naturel liquéfié détendu 42 issu du dispositif de détente 24.
  • La mise en œuvre du procédé selon l'invention est donc particulièrement simple puisqu'elle diminue le nombre d'équipements nécessaires pour effectuer un flash du gaz naturel liquéfié en vue de son stockage, et pour récupérer de manière avantageuse les gaz de flash et les gaz d'évaporation produits.
  • En particulier, un appareil de compression unique 30 est utilisé pour comprimer un courant de mélange 54 formé à partir des gaz de flash et des gaz d'évaporation.
  • L'utilisation d'un courant de dérivation 36 prélevé dans le courant de combustible 32 formé à la sortie de l'appareil de compression 30 permet d'obtenir une intégration thermique très efficace, et de profiter des frigories disponibles pour liquéfier au moins partiellement le gaz traité dans l'installation 12.
  • L'intégration thermique du courant de dérivation 36 permet d'ajuster les frigories entre les différents modes de fonctionnement de l'installation 10, entre les phases de remplissage des bacs, et les phases de chargement d'un méthanier
  • Le procédé selon l'invention et l'installation 10 permettant sa mise en œuvre sont donc particulièrement adaptés pour une unité flottante telle qu'une FLNG.
  • Dans une variante, représentée schématiquement sur la figure 1, une partie 90 du flux gazeux de gaz évaporation est envoyée vers d'autres trains de liquéfaction. À l'inverse, un courant de gaz naturel liquéfié 92 provenant d'autres trains de liquéfaction est introduit dans le réservoir 28.
  • Une deuxième installation 110 selon l'invention est illustrée par la figure 2. La deuxième installation 110 diffère de la première installation 10 dans le sens où elle comprend un ballon aval 112, placé à la sortie de la turbine de détente dynamique 38.
  • Le courant de dérivation détendu 68 est introduit dans le ballon aval 112 pour récupérer, en tête, le premier flux 70 sous forme gazeuse, et en pied, un deuxième flux 114 liquide.
  • Le débit molaire du deuxième flux 114 constitue par exemple entre 10% et 15% du débit molaire du courant de dérivation détendu 68.
  • Comme précédemment, le premier flux 70 est introduit dans l'échangeur thermique aval 40 pour être réchauffé par échange thermique notamment avec la première partie 74 du courant gazeux 72 de gaz traité.
  • Le deuxième flux 114 est réintroduit dans le courant de gaz naturel liquéfié détendu 42 issu de l'appareil de détente 24, en amont du ballon de fin de flash 26.
  • Le deuxième procédé selon l'invention optimise la distribution du liquide dans l'échangeur thermique aval 40.
  • Une troisième installation 120, destinée à la mise en œuvre d'un troisième procédé selon l'invention, est illustrée par la figure 3.
  • À la différence du premier procédé mis en œuvre dans l'installation 10 décrite sur la figure 1, un courant 122 de recirculation est prélevé dans le courant de dérivation comprimé 66.
  • Le courant de recirculation 122 représente par exemple entre 30% et 80% molaire du courant de dérivation comprimé 66 issu du compresseur 34.
  • Le courant de recirculation 122 est ensuite séparé en une première partie 124 et en une deuxième partie 126.
  • Le débit molaire de la première partie 124 du courant de recirculation 122 constitue par exemple entre 20% et 50 % molaire du courant de recirculation 122 et le débit molaire de la deuxième partie 126 du courant de recirculation 122 constitue par exemple entre 50% et 80% du débit molaire du courant de recirculation 122.
  • La première partie 124 du courant de recirculation 122 est introduite dans l'échangeur thermique aval 40 pour y être refroidie, et éventuellement au moins partiellement liquéfiée, par échange thermique notamment avec le courant de dérivation détendu 68, jusqu'à une température avantageusement inférieure à -150°C.
  • La première partie 124 passe ensuite à travers une vanne de contrôle 128, avant d'être mélangée au courant de gaz naturel liquéfié détendu 42 issu du dispositif de détente 24.
  • La deuxième partie 126 du courant de dérivation 122 est introduite dans l'échangeur thermique additionnel 41, pour y être refroidie et éventuellement au moins partiellement liquéfiée par échange thermique avec le flux gazeux de gaz de flash 48, jusqu'à une température avantageusement inférieure à -150°C.
  • La deuxième partie 126 passe ensuite à travers une vanne de contrôle 130, avant d'être mélangée au courant de gaz naturel liquéfié détendu 42 issu du dispositif de détente 24.
  • L'utilisation d'un courant de dérivation 36 prélevé dans le courant de combustible 32 formé à la sortie de l'appareil de compression 30 permet d'obtenir une intégration thermique très efficace, et de profiter des frigories disponibles pour liquéfier au moins partiellement un courant de recirculation 122 issu du courant de dérivation, lorsqu'un excès de gaz de flash et/ou de gaz d'évaporation se produit.
  • Dans une variante représentée en pointillés sur la figure 3, au moins une partie 76 du courant gazeux de gaz traité 72 issu de l'installation 12 est également introduite dans l'échangeur thermique additionnel 41, comme décrit plus haut pour la figure 2.
  • Une quatrième installation 130, destinée à la mise en œuvre d'un quatrième procédé selon l'invention, est illustrée par la figure 4.
  • Cette installation 130 diffère de l'installation 10 représentée sur la figure 1 en ce que le ballon de fin de flash 26 est remplacé par une colonne de distillation 132 de fin de flash.
  • Un échangeur de rebouillage 134 est disposé en amont du dispositif de détente 24 pour mettre en relation d'échange thermique le courant de gaz naturel liquéfié 22 avec un courant de rebouillage 136 issu de la colonne 132.
  • La mise en œuvre du quatrième procédé selon l'invention est par ailleurs analogue à celle du premier procédé selon l'invention.
  • Une cinquième installation 140, destinée à la mise en œuvre d'un cinquième procédé selon l'invention, est illustrée par la figure 5.
  • Cette installation 140 diffère de l'installation 120 représentée sur la figure 3 en ce que le ballon de fin de flash 26 est remplacé par une colonne de distillation 132 de fin de flash.
  • La mise en œuvre du cinquième procédé selon l'invention est par ailleurs analogue à celle du troisième procédé selon l'invention.
  • Une sixième installation 150, destinée à la mise en œuvre d'un sixième procédé selon l'invention, est illustrée par la figure 6.
  • La sixième installation 150 diffère de la quatrième installation 130 par l'insertion d'un ballon intermédiaire 152 entre la sortie du dispositif de détente 24 et l'entrée de la colonne de distillation 132.
  • Le ballon intermédiaire 152 reçoit le courant de gaz naturel liquéfié détendu 42 et le sépare en un flux de tête 154, mélangé au flux gazeux 48 de gaz de flash, et en un flux de pied 156, introduit dans l'échangeur de rebouillage 134 avant d'atteindre la colonne de distillation 132.
  • Cette installation 150 est bénéfique pour la récupération d'hélium dans le cas où le courant gazeux 154 est riche en hélium, typiquement constitué d'au moins 25% d'hélium, et peut donc être avantageusement envoyé dans une installation de purification d'hélium.
  • Dans des variantes de chacune des installations 120 à 150, un ballon aval 112 est prévu pour séparer le courant de dérivation détendu 68, comme décrit dans le deuxième procédé selon l'invention.
  • Dans une variante des installations décrites plus haut, la turbine de détente dynamique 25 du dispositif de détente 24 est remplacée par une vanne de détente statique. Le courant de gaz naturel liquéfié subit alors une détente statique et non dynamique dans le dispositif de détente 24.
  • Le procédé selon l'invention et l'installation correspondante sont donc particulièrement adaptés pour gérer les variations importantes de température et de débit du flux de gaz d'évaporation 52 provenant du réservoir 28 entre les phases de chargement d'un méthanier par vidange du réservoir et les phases de remplissage du réservoir.
  • Comme indiqué plus haut, l'intégration thermique du courant de dérivation 36 avec le courant de gaz d'évaporation 52 est utilisée pour ajuster les frigories nécessaires, et faire varier les débits relatifs du courant de gaz combustible 32 et du courant de dérivation 36.
  • Ceci est obtenu sans avoir à modifier de paramètres opératoires pour la liquéfaction du gaz naturel, notamment au niveau des cycles principaux de liquéfaction.
  • Clause 1. Procédé de détente et de stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié (22) issu d'une installation (12) de liquéfaction de gaz naturel, comprenant les étapes suivantes :
    • détente flash du courant de gaz naturel liquéfié (22) dans un dispositif de détente (24) pour former un courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) ;
    • amenée du courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) dans une capacité de fin de flash (26 ; 132) ;
    • récupération, en pied de la capacité de fin de flash (26 ; 132), d'un flux liquide de gaz naturel liquéfié (46) ;
    • convoyage du flux liquide de gaz naturel liquéfié (46) dans au moins un réservoir de gaz naturel liquéfié (28) ;
    • prélèvement, en tête de la capacité de fin de flash (26 ; 132), d'un flux gazeux de gaz de flash (48) ;
    • récupération, en tête du réservoir de gaz naturel liquéfié (28), d'un flux gazeux de gaz d'évaporation (52) ;
    • mélange du flux gazeux de gaz de flash (48) et du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) pour former un courant gazeux de mélange (54) ;
    • compression du courant gazeux de mélange (54) dans au moins un appareil de compression (30) pour former un courant de gaz combustible comprimé (32) ;
    caractérisé par les étapes suivantes :
    • prélèvement d'un courant de dérivation (36) dans le courant de gaz combustible comprimé (32) ;
    • compression du courant de dérivation (36) dans au moins un compresseur aval (34) pour former un courant de dérivation comprimé (66) ;
    • refroidissement du courant de dérivation comprimé (66) ;
    • détente du courant de dérivation comprimé (66) pour former un courant de dérivation détendu (68) ;
    • réchauffage d'au moins un premier flux (68 ; 70) issu du courant de dérivation détendu (68) dans au moins un échangeur thermique aval (40),
    • réintroduction du premier flux (68 ; 70) réchauffé dans le courant gazeux de mélange (54) et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) et du flux gazeux de gaz de flash (48), en amont de l'appareil de compression (30).
  • Clause 2. - Procédé selon la clause 1, dans lequel le courant de dérivation détendu (68) au moins partiellement liquide est introduit dans un ballon séparateur aval (112), le procédé comprenant les étapes suivantes :
    • prélèvement, en tête du ballon séparateur aval (112), du premier flux (70) sous forme gazeuse, et réintroduction du premier flux (70) dans le courant gazeux de mélange (54) et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) et du flux gazeux de gaz de flash (48), en amont de l'appareil de compression (30) ;
    • récupération, en pied du ballon séparateur aval (112), d'un deuxième flux liquide (114) de dérivation, et introduction du flux liquide de dérivation (114) dans le courant (42) de gaz naturel liquéfié détendu, en amont de la capacité de fin de flash (26 ; 132).
  • Clause 3. - Procédé selon la clause 1, dans lequel la totalité du courant de dérivation détendu (68) constitue le premier flux (70).
  • Clause 4. - Procédé selon l'une quelconque des clauses 1 à 3, dans lequel le courant de dérivation comprimé (66) issu du compresseur aval (34) est introduit dans l'échangeur thermique aval (40) pour être mis en relation d'échange thermique avec le premier flux (70).
  • Clause 5. - Procédé selon l'une quelconque des clauses 1 à 4, dans lequel le flux de gaz d'évaporation (52) est introduit dans l'échangeur thermique aval (40) pour être mis en relation d'échange thermique avec le premier flux (70).
  • Clause 6. - Procédé selon l'une quelconque des clauses 1 à 5, comprenant les étapes suivantes :
    • fourniture d'un courant de gaz naturel traité (72) destiné à être liquéfié ;
    • introduction d'au moins une première partie (74) du courant de gaz naturel traité (72) dans l'échangeur thermique aval (40) pour être mis en relation d'échange thermique avec le premier flux (70) ;
    • liquéfaction au moins partielle de la première partie (74) du courant de gaz naturel traité (72) dans l'échangeur thermique aval (40) par échange thermique avec le premier flux (68 ; 70).
  • Clause 7. - Procédé selon la clause 6, comprenant l'introduction de la première partie (74) du courant de gaz naturel traité (72) liquéfié dans le courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) issu du dispositif de détente (24), en amont d'une capacité de fin de flash (26 ; 132).
  • Clause 8. - Procédé selon la clause 6 ou 7, comprenant les étapes suivantes :
    • séparation du courant de gaz naturel traité en la première partie (74) du courant de gaz naturel traité (72) et une deuxième partie (76) du courant de gaz naturel traité (72) ;
    • introduction de la deuxième partie (76) du courant de gaz naturel traité (72) dans un échangeur thermique additionnel (41), pour être mis en relation d'échange thermique avec le flux de gaz de flash (48) ;
    • liquéfaction de la deuxième partie (76) du courant de gaz naturel traité (72) dans l'échangeur thermique additionnel (41) par réchauffage du flux de gaz de flash (48) ;
    • introduction de la deuxième partie (76) du courant de gaz naturel traité (72) liquéfiée dans le courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) issu du dispositif de détente (24), en amont de la capacité de fin de flash (26 ; 132).
  • Clause 9.- Procédé selon l'une quelconque des clauses 1 à 8, comprenant les étapes suivantes :
    • dérivation d'un courant de recirculation (122) dans le courant de dérivation comprimé (66) ;
    • liquéfaction d'au moins une partie (124) du courant de recirculation (122) dans l'échangeur thermique aval (40) par échange thermique avec le premier flux (68 ; 70).
  • Clause 10. - Procédé selon l'une quelconque des clauses 1 à 9, dans lequel la capacité de fin de flash (26 ; 132) est un ballon de fin de flash (26) ou une colonne de distillation de fin de flash (132).
  • Clause 11. - Procédé selon l'une quelconque des clauses 1 à 10, dans lequel le dispositif de détente (24) comprend une turbine de détente dynamique (25).
  • Clause 12. - Installation de détente et de stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié issu d'une installation (12) de liquéfaction de gaz naturel, comprenant
    • un dispositif de détente (24) propre à effectuer une détente flash du courant de gaz naturel liquéfié (22) pour former un courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) ;
    • une capacité de fin de flash (26 ; 132) propre à recevoir le courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) provenant du dispositif de détente (24) ;
    • un ensemble de récupération, en pied de la capacité de fin de flash (26 ; 132), d'un flux liquide de gaz naturel liquéfié (46) ;
    • au moins un réservoir de gaz naturel liquéfié (28) et un ensemble de convoyage du flux liquide de gaz naturel liquéfié (46) dans le réservoir de gaz naturel liquéfié (28) ;
    • un ensemble de prélèvement, en tête de la capacité de fin de flash (26 ; 132), d'un flux gazeux de gaz de flash (48) ;
    • un ensemble de récupération, en tête du réservoir de gaz naturel liquéfié (28), d'un flux gazeux de gaz d'évaporation (52) ;
    • un ensemble de mélange du flux gazeux de gaz de flash (48) et du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) pour former un courant gazeux de mélange (54) ;
    • au moins un appareil de compression (30) propre à comprimer le courant gazeux de mélange (54) pour former un courant de gaz combustible comprimé (32) ;
    caractérisée par :
    • un ensemble de prélèvement d'un courant de dérivation (36) dans le courant de gaz combustible comprimé (32) ;
    • au moins un compresseur aval (34) pour comprimer le courant de dérivation (36) et former un courant de dérivation comprimé (66) ;
    • un échangeur thermique aval (40) de refroidissement du courant de dérivation comprimé (66) pour former un courant de dérivation détendu (68) ;
    • un dispositif de détente et de liquéfaction au moins partielle du courant de dérivation comprimée (66) ;
    • un ensemble d'introduction d'au moins un premier flux (68 ; 70) issu du courant de dérivation détendu (68) dans l'échangeur thermique aval (40), pour permettre le réchauffage du premier flux (68 ; 70),
    • un ensemble de réintroduction du premier flux (68 ; 70) dans le courant gazeux de mélange (54) et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) et du flux gazeux de gaz de flash (48), en amont de l'appareil de compression (30) ;
  • Clause 13. - Installation selon la clause 12, dans laquelle le premier flux (68) est constitué par la totalité du courant de dérivation détendu (68).
  • Clause 14. - Installation selon la clause 12, comprenant :
    • un ballon séparateur aval (112),
    • un ensemble de prélèvement, en tête du ballon séparateur aval (112), du premier flux (70) sous forme gazeuse, et de réintroduction du premier flux (70) dans le courant gazeux de mélange (54) et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) et du flux gazeux de gaz de flash (48), en amont de l'appareil de compression (30) ;
    • un ensemble de récupération, en pied du ballon séparateur aval (112), d'un deuxième flux liquide (114) de dérivation, et d'introduction du flux liquide de dérivation (114) dans le courant (42) de gaz naturel liquéfié détendu, en amont du ballon de fin de flash (26 ; 132).
  • Clause 15. - Installation selon l'une quelconque des clauses 12 à 14, dans laquelle l'échangeur thermique aval (40) est propre à mettre en relation d'échange thermique le premier flux (68 ; 70), et au moins une partie (74) d'un courant de gaz traité (72) destiné à être liquéfié.
  • Clause 16. - Installation selon l'une quelconque des clauses 12 à 14, comprenant :
    • un ensemble de dérivation d'un courant de recirculation (122) à partir du courant de dérivation comprimé (66) ;
    • un ensemble d'introduction d'au moins une partie (124) du courant de recirculation (122) dans l'échangeur thermique aval (40) pour le liquéfier au moins partiellement dans l'échangeur thermique aval (40).

Claims (14)

  1. Procédé de détente et de stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié (22) issu d'une installation (12) de liquéfaction de gaz naturel, comprenant les étapes suivantes :
    - détente flash du courant de gaz naturel liquéfié (22) dans un dispositif de détente (24) pour former un courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) ;
    - amenée du courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) dans une capacité de fin de flash (26 ; 132) ;
    - récupération, en pied de la capacité de fin de flash (26 ; 132), d'un flux liquide de gaz naturel liquéfié (46) ;
    - convoyage du flux liquide de gaz naturel liquéfié (46) dans au moins un réservoir de gaz naturel liquéfié (28) ;
    - prélèvement, en tête de la capacité de fin de flash (26 ; 132), d'un flux gazeux de gaz de flash (48) ;
    - récupération, en tête du réservoir de gaz naturel liquéfié (28), d'un flux gazeux de gaz d'évaporation (52) ;
    - mélange du flux gazeux de gaz de flash (48) et du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) pour former un courant gazeux de mélange (54);
    - compression du courant gazeux de mélange (54) dans au moins un appareil de compression (30) pour former un courant de gaz combustible comprimé (32) ;
    caractérisé par les étapes suivantes :
    - prélèvement d'un courant de dérivation (36) dans le courant de gaz combustible comprimé (32) ;
    - compression du courant de dérivation (36) dans au moins un compresseur aval (34) pour former un courant de dérivation comprimé (66) ;
    - refroidissement du courant de dérivation comprimé (66) ;
    - détente du courant de dérivation comprimé (66) pour former un courant de dérivation détendu (68);
    - réchauffage d'au moins un premier flux (68 ; 70) issu du courant de dérivation détendu (68) dans au moins un échangeur thermique aval (40),
    - réintroduction du premier flux (68 ; 70) réchauffé dans le courant gazeux de mélange (54) et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) et du flux gazeux de gaz de flash (48), en amont de l'appareil de compression (30),
    - dérivation d'un courant de recirculation (122) dans le courant de dérivation comprimé (66), et
    - liquéfaction d'au moins une partie (124) du courant de recirculation (122) dans l'échangeur thermique aval (40) par échange thermique avec le premier flux (68 ; 70).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le courant de dérivation détendu (68) au moins partiellement liquide est introduit dans un ballon séparateur aval (112), le procédé comprenant les étapes suivantes :
    - prélèvement, en tête du ballon séparateur aval (112), du premier flux (70) sous forme gazeuse, et réintroduction du premier flux (70) dans le courant gazeux de mélange (54) et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) et du flux gazeux de gaz de flash (48), en amont de l'appareil de compression (30) ;
    - récupération, en pied du ballon séparateur aval (112), d'un deuxième flux liquide (114) de dérivation, et introduction du flux liquide de dérivation (114) dans le courant (42) de gaz naturel liquéfié détendu, en amont de la capacite de fin de flash (26 ; 132).
  3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la totalité du courant de dérivation détendu (68) constitue le premier flux (70).
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le courant de dérivation comprimé (66) issu du compresseur aval (34) est introduit dans l'échangeur thermique aval (40) pour être mis en relation d'échange thermique avec le premier flux (70).
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le flux de gaz d'évaporation (52) est introduit dans l'échangeur thermique aval (40) pour être mis en relation d'échange thermique avec le premier flux (70).
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes :
    - fourniture d'un courant de gaz naturel traite (72) destiné à être liquéfié ;
    - introduction d'au moins une première partie (74) du courant de gaz naturel traité (72) dans l'échangeur thermique aval (40) pour être mis en relation d'échange thermique avec le premier flux (70) ;
    - liquéfaction au moins partielle de la première partie (74) du courant de gaz naturel traité (72) dans l'échangeur thermique aval (40) par échange thermique avec le premier flux (68 ; 70).
  7. Procédé selon la revendication 6, comprenant l'introduction de la première partie (74) du courant de gaz naturel traité (72) liquéfié dans le courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) issu du dispositif de détente (24), en amont d'une capacité de fin de flash (26 ; 132).
  8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, comprenant les étapes suivantes :
    - séparation du courant de gaz naturel traité en la première partie (74) du courant de gaz naturel traité (72) et une deuxième partie (76) du courant de gaz naturel traité (72) ;
    - introduction de la deuxième partie (76) du courant de gaz naturel traité (72) dans un échangeur thermique additionnel (41), pour être mis en relation d'échange thermique avec le flux de gaz de flash (48) ;
    - liquéfaction de la deuxième partie (76) du courant de gaz naturel traité (72) dans l'échangeur thermique additionnel (41) par réchauffage du flux de gaz de flash (48) ;
    - introduction de la deuxième partie (76) du courant de gaz naturel traité (72) liquéfiée dans le courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) issu du dispositif de détente (24), en amont de la capacité de fin de flash (26 ; 132).
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la capacité de fin de flash (26 ; 132) est un ballon de fin de flash (26) ou une colonne de distillation de fin de flash (132).
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de détente (24) comprend une turbine de détente dynamique (25).
  11. Installation de détente et de stockage d'un courant de gaz naturel liquéfié issu d'une installation (12) de liquéfaction de gaz naturel, comprenant
    - un dispositif de détente (24) propre à effectuer une détente flash du courant de gaz naturel liquéfié (22) pour former un courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) ;
    - une capacité de fin de flash (26 ; 132) propre à recevoir le courant de gaz naturel liquéfié détendu (42) provenant du dispositif de détente (24) ;
    - un ensemble de récupération, en pied de la capacité de fin de flash (26 ; 132), d'un flux liquide de gaz naturel liquéfié (46) ;
    - au moins un réservoir de gaz naturel liquéfié (28) et un ensemble de convoyage du flux liquide de gaz naturel liquéfié (46) dans le réservoir de gaz naturel liquéfié (28) ;
    - un ensemble de prélèvement, en tête de la capacité de fin de flash (26 ; 132), d'un flux gazeux de gaz de flash (48) ;
    - un ensemble de récupération, en tête du réservoir de gaz naturel liquéfié (28), d'un flux gazeux de gaz d'évaporation (52) ;
    - un ensemble de mélange du flux gazeux de gaz de flash (48) et du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) pour former un courant gazeux de mélange (54) ;
    - au moins un appareil de compression (30) propre à comprimer le courant gazeux de mélange (54) pour former un courant de gaz combustible comprimé (32) ;
    caractérisée par :
    - un ensemble de prélèvement d'un courant de dérivation (36) dans le courant de gaz combustible comprimé (32) ;
    - au moins un compresseur aval (34) pour comprimer le courant de dérivation (36) et former un courant de dérivation comprimé (66) ;
    - un échangeur thermique aval (40) de refroidissement du courant de dérivation comprimé (66) pour former un courant de dérivation détendu (68) ;
    - un dispositif de détente et de liquéfaction au moins partielle du courant de dérivation comprimée (66) ;
    - un ensemble d'introduction d'au moins un premier flux (68 ; 70) issu du courant de dérivation détendu (68) dans l'échangeur thermique aval (40), pour permettre le réchauffage du premier flux (68 ; 70),
    - un ensemble de réintroduction du premier flux (68 ; 70) dans le courant gazeux de mélange (54) et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) et du flux gazeux de gaz de flash (48), en amont de l'appareil de compression (30) ;
    - un ensemble de dérivation d'un courant de recirculation (122) à partir du courant de dérivation comprime (66) ;
    - un ensemble d'introduction d'au moins une partie (124) du courant de recirculation (122) dans l'échangeur thermique aval (40) pour le liquéfier au moins partiellement dans l'échangeur thermique aval (40).
  12. Installation selon la revendication 11, dans laquelle le premier flux (68) est constitué par la totalité du courant de dérivation détendu (68).
  13. Installation selon la revendication 11, comprenant :
    - un ballon séparateur aval (112),
    - un ensemble de prélèvement, en tête du ballon séparateur aval (112), du premier flux (70) sous forme gazeuse, et de réintroduction du premier flux (70) dans le courant gazeux de mélange (54) et/ou dans l'un au moins du flux gazeux de gaz d'évaporation (52) et du flux gazeux de gaz de flash (48), en amont de l'appareil de compression (30) ;
    - un ensemble de récupération, en pied du ballon séparateur aval (112), d'un deuxième flux liquide (114) de dérivation, et d'introduction du flux liquide de dérivation (114) dans le courant (42) de gaz naturel liquéfié détendu, en amont du ballon de fin de flash (26 ; 132).
  14. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans laquelle l'échangeur thermique aval (40) est propre à mettre en relation d'échange thermique le premier flux (68 ; 70), et au moins une partie (74) d'un courant de gaz traite (72) destine à être liquéfié.
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