CA2438872A1 - Procede de recuperation d'ethane, mettant en oeuvre un cycle de refrigeration utilisant un melange d'au moins deux fluides refrigerants, gaz obtenus par ce procede, et installation de mise en oeuvre - Google Patents
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Abstract
Procédé de récupération d'éthane, mettant en oeuvre un cycle de réfrigération utilisant un mélange d'au moins deux fluides réfrigérants, gaz obtenus par ce procédé, et installation de mise en oeuvre. L'invention concerne un procédé et une installation de réfrigération de mélanges gazeux, visant la séparation cryogénique des constituants d'un gaz sous pression (1). Le procédé comprend un cycle réfrigérant dans lequel un fluide (13), est séparé dans un ballon séparateur (B2) en une fraction moins volatile (4), utile pour la production de froid à une première température relativement haute dans un échangeur (E1), et en une seconde fraction plus volatile (5), utile pour la production de froid à une deuxième température relativement basse dans un échangeur (E2). Les fractions (4, 5) réchauffées et détendues sont rassemblées puis comprimées dans un compresseur (K1). Une fraction (26) issue du compresseur (K1) est refroidie pour fournir la fraction (13).
Description
"Procédé de récupération d'éthane, mettant en oeuvre un cycle de réfrigération utilisant un mélange d'au moins deux fluides réfrigérants, gaz obtenus par ce procédé, et installation de mise en oeuvre".
La présente invention concerne, de façon générale et selon un premier de ses aspects, l'industrie gaziëre, et en particulier un procédé de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en oeuvre un cycle de réfrigération à composants multiples.
Par « cycle ~ de réfrigération à composants multiples », il faut comprendre qu'il s'agit d'un cycle de réfrigération utilisant un mélange réfrigêrant composé
d'au moins deux fluides réfrigérants.
Plus précisément, l'invention concerne, selon son premier aspect, un procédé de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en oeuvre un cycle réfrigêrant dans lequel un premier fluide réfrigérant relativement moins volatil est comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au refroidissement dudit gaz sous pression à séparer ou de premiers produits de séparation à une première température relativement haute, et dans lequel un second fluide réfrigérant relativement plus volatil est comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au refroidissement au moins de seconds produits de séparation dudit gaz sous pression à une seconde température relativement basse.
Des procédés de réfrigération de ce type sont bien connus de l'homme de l'art et utilisés depuis de nombreuses années.
La présente invention concerne, de façon générale et selon un premier de ses aspects, l'industrie gaziëre, et en particulier un procédé de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en oeuvre un cycle de réfrigération à composants multiples.
Par « cycle ~ de réfrigération à composants multiples », il faut comprendre qu'il s'agit d'un cycle de réfrigération utilisant un mélange réfrigêrant composé
d'au moins deux fluides réfrigérants.
Plus précisément, l'invention concerne, selon son premier aspect, un procédé de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en oeuvre un cycle réfrigêrant dans lequel un premier fluide réfrigérant relativement moins volatil est comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au refroidissement dudit gaz sous pression à séparer ou de premiers produits de séparation à une première température relativement haute, et dans lequel un second fluide réfrigérant relativement plus volatil est comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au refroidissement au moins de seconds produits de séparation dudit gaz sous pression à une seconde température relativement basse.
Des procédés de réfrigération de ce type sont bien connus de l'homme de l'art et utilisés depuis de nombreuses années.
2 Ces procédés de réfrigêration présentent des inconvénients de coûts d'exploitation en raison de dépenses énergétiques liées au faible rendement thermodynamique de ces cycles de réfrigération.
Ces procédés connus présentent également des inconvénients de coûts d'exploitation générés par des difficultés de maintenance ou par la fréquence des interventions, par exemple sur des installations de compression, des pompes, ou encore sur des appareils de mesure et de contrôle.
Ces inconvénients entraînent eux-mêmes des coûts excessifs qui freinent la vitesse d'amortissement de l'investissement financier dans de telles installations en raison des arrêts de la production.
Dans ce contexte, un premier but de la présente invention est de proposer un procédé, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, qui est essentiellement caractérisé
en ce que les premier et second fluides réfrigérants sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimés et refroidis, en ce que ce mélange est ensuite soumis à une séparation en une première fraction contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil, et en une seconde fraction contenant essentiellement le second fluide relativement plus volatil, en ce que le premier fluide réfrigérant est utilisé sous la forme de la première fraction pour réaliser le refroidissement, à la première température relativement haute, et en ce que le deuxième fluide réfrigérant est utilisé sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième température relativement basse.
Ce procédé permet de limiter les coûts d'exploitation de l'installation, notamment vis à vis des dépenses énergétiques, par un meilleur rendement
Ces procédés connus présentent également des inconvénients de coûts d'exploitation générés par des difficultés de maintenance ou par la fréquence des interventions, par exemple sur des installations de compression, des pompes, ou encore sur des appareils de mesure et de contrôle.
Ces inconvénients entraînent eux-mêmes des coûts excessifs qui freinent la vitesse d'amortissement de l'investissement financier dans de telles installations en raison des arrêts de la production.
Dans ce contexte, un premier but de la présente invention est de proposer un procédé, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, qui est essentiellement caractérisé
en ce que les premier et second fluides réfrigérants sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimés et refroidis, en ce que ce mélange est ensuite soumis à une séparation en une première fraction contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil, et en une seconde fraction contenant essentiellement le second fluide relativement plus volatil, en ce que le premier fluide réfrigérant est utilisé sous la forme de la première fraction pour réaliser le refroidissement, à la première température relativement haute, et en ce que le deuxième fluide réfrigérant est utilisé sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième température relativement basse.
Ce procédé permet de limiter les coûts d'exploitation de l'installation, notamment vis à vis des dépenses énergétiques, par un meilleur rendement
3 thermodynamique, et aussi en ce qui concerne la maintenance, par la réduction du nombre d'appareils de l'installation du fait de la combinaison de deux circuits de réfrigération en un seul. Ainsi, les opérations de maintenance sont simplifiées, la durée de la détermination des causes de défaillance de l'installation est réduite, et par conséquent, un arrêt éventuel de la production sera moins long que lors de l'utilisation d'installations utilisant un procédé selon l'art antérieur.
Selon un premier aspect du procédé de l'invention, la première fraction peut être refroidie dans un premier échangeur, détendue pour donner une premiêre fraction détendue, puis réchauffée dans le premier échangeur, pour être ensuite introduite à un étage à basse pression d'un compresseur.
Selon le premier aspect du procédé de l'invention, la seconde fraction peut être refroidie dans le premier échangeur puis dans un second échangeur, détendue puis réchauffée dans le second échangeur, et mélangée à la première fraction détendue.
Selon le premier aspect du procédé de l'invention, une troisiême fraction peut être prélevée de la première fraction après son refroidissement dans le premier échangeur thermique, et la troisième fraction peut être détendue et réchauffée dans le premier échangeur pour fournir une quatrième fraction détendue et réchauffée qui peut être introduite à un étage à moyenne pression du compresseur.
Selon le premier aspect du procêdé de l'invention, une cinquième fraction gazeuse peut être prélevée sur des fluides en cours de compression dans le compresseur (K1) à une pression moyenne légèrement supérieure à celle de la quatrième fraction détendue et réchauffée, puis être refroidie et détendue à la même pression que ladite
Selon un premier aspect du procédé de l'invention, la première fraction peut être refroidie dans un premier échangeur, détendue pour donner une premiêre fraction détendue, puis réchauffée dans le premier échangeur, pour être ensuite introduite à un étage à basse pression d'un compresseur.
Selon le premier aspect du procédé de l'invention, la seconde fraction peut être refroidie dans le premier échangeur puis dans un second échangeur, détendue puis réchauffée dans le second échangeur, et mélangée à la première fraction détendue.
Selon le premier aspect du procédé de l'invention, une troisiême fraction peut être prélevée de la première fraction après son refroidissement dans le premier échangeur thermique, et la troisième fraction peut être détendue et réchauffée dans le premier échangeur pour fournir une quatrième fraction détendue et réchauffée qui peut être introduite à un étage à moyenne pression du compresseur.
Selon le premier aspect du procêdé de l'invention, une cinquième fraction gazeuse peut être prélevée sur des fluides en cours de compression dans le compresseur (K1) à une pression moyenne légèrement supérieure à celle de la quatrième fraction détendue et réchauffée, puis être refroidie et détendue à la même pression que ladite
4 quatrième fraction pour être ensuite mélangée avec cette dernière.
Selon un second aspect du procédé de l'invention, les premier et second fluides réfrigérants peuvent être utilisés en mélange avec un troisième fluide réfrigérant.
Selon le second aspect du procédé de l'invention, les fluides réfrigérants peuvent être le méthane, l'éthylène et le propane.
Selon un troisième de ses aspects, l'invention concerne un gaz enrichi en méthane et un produit enrichi en éthane obtenus par le présent procédé ainsi qu'un produit enrichi en hydrocarbures en C2 et supérieurs, obtenu par le présent procédé.
Selon un quatrième de ses aspects, l'invention concerne une installation de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane et des hydrocarbures en CZ et supérieurs, mettant en ouvre, en particulier, un cycle de réfrigération à
composants multiples, cette installation utilisant un cycle réfrigérant et comprenant des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un premier fluide réfrigérant relativement moins volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du premier fluide réfrigérant, ledit gaz sous pression à séparer ou des premiers produits de sêparation à une première température relativement haute, et des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un second fluide réfrigérant relativement plus volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du second fluide réfrigérant, au moins des seconds produits de séparation dudit gaz sous pression à une seconde température relativement basse, caractérisée en ce que les premier et second fluides réfrigêrants sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimês et refroidis, et en ce que cette installation comprend des moyens pour soumettre ce mélange à une séparation en une première fraction contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil, et en une seconde fraction contenant essentiellement le second fluide relativement plus
Selon un second aspect du procédé de l'invention, les premier et second fluides réfrigérants peuvent être utilisés en mélange avec un troisième fluide réfrigérant.
Selon le second aspect du procédé de l'invention, les fluides réfrigérants peuvent être le méthane, l'éthylène et le propane.
Selon un troisième de ses aspects, l'invention concerne un gaz enrichi en méthane et un produit enrichi en éthane obtenus par le présent procédé ainsi qu'un produit enrichi en hydrocarbures en C2 et supérieurs, obtenu par le présent procédé.
Selon un quatrième de ses aspects, l'invention concerne une installation de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane et des hydrocarbures en CZ et supérieurs, mettant en ouvre, en particulier, un cycle de réfrigération à
composants multiples, cette installation utilisant un cycle réfrigérant et comprenant des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un premier fluide réfrigérant relativement moins volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du premier fluide réfrigérant, ledit gaz sous pression à séparer ou des premiers produits de sêparation à une première température relativement haute, et des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un second fluide réfrigérant relativement plus volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du second fluide réfrigérant, au moins des seconds produits de séparation dudit gaz sous pression à une seconde température relativement basse, caractérisée en ce que les premier et second fluides réfrigêrants sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimês et refroidis, et en ce que cette installation comprend des moyens pour soumettre ce mélange à une séparation en une première fraction contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil, et en une seconde fraction contenant essentiellement le second fluide relativement plus
5 volatil, le premier fluide réfrigérant étant utilisé sous la forme de la première fraction pour réaliser le refroidissement, à la première température relativement haute, et le deuxième fluide réfrigérant étant utilisé
sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième tempêrature relativement basse.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description qui va suivre en se référant aux dessins schématiques annexés, donnês uniquement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels:
- La figure 1 représente un schéma synoptique fonctionnel d'une installation conforme à un mode de réalisation de l'art antérieur;
- La figure 2 représente un schéma synoptique fonctionnel d'une installation conforme à un mode de réalisation préféré de l'invention.
Sur ces deux figures, on peut notamment lire les symboles « FC » qui signifie « contrôleur de dêbit », « GT » qui signifie « turbine à gaz », « LC » qui signifie « contrôleur de niveau de liquide », « PC » gui signifie « contrôleur de pression », « SC » qui signifie « contrôleur de vitesse » et « TC » qui signifie « contrôleur de température ».
Par souci de clarté et de concision, les conduites utilisées dans les installations des figures 1 et 2
sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième tempêrature relativement basse.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description qui va suivre en se référant aux dessins schématiques annexés, donnês uniquement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels:
- La figure 1 représente un schéma synoptique fonctionnel d'une installation conforme à un mode de réalisation de l'art antérieur;
- La figure 2 représente un schéma synoptique fonctionnel d'une installation conforme à un mode de réalisation préféré de l'invention.
Sur ces deux figures, on peut notamment lire les symboles « FC » qui signifie « contrôleur de dêbit », « GT » qui signifie « turbine à gaz », « LC » qui signifie « contrôleur de niveau de liquide », « PC » gui signifie « contrôleur de pression », « SC » qui signifie « contrôleur de vitesse » et « TC » qui signifie « contrôleur de température ».
Par souci de clarté et de concision, les conduites utilisées dans les installations des figures 1 et 2
6 PCT/FR02/00419 seront reprises par les mêmes signes de référence que les fractions gazeuses qui y circulent.
En se rapportant à la figure 1, l'installation représentée est destinée à traiter un gaz de charge sec, en particulier pour en isoler une fraction composée principalement de méthane essentiellement exempte d'hydrocarbures en CZ et supérieurs d'une part, et une fraction composée principalement d'éthane et d'autres hydrocarbures en CZ et supérieurs essentiellement exempte de mêthane, d'autre part.
Cette installation présente trois circuits indépendants. Un premier circuit correspond au trajet effectué par un gaz à purifier, un second circuit correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est l'éthylène, et un troisième circuit correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est le propane.
Plus précisément, dans le premier circuit, un gaz de charge 1, disponible à 15°C et 18 bar, avec un débit de 3903 kmol/h est refroidi dans un échangeur El pour fournir un gaz refroidi 302 à moins 17, 52°C et 17, 8 bar.
Ce dernier est encore refroidi dans un second échangeur E2, pour fournir un fluide refroidi 303 à moins 30,00°C
et 17,6 bar, partiellement condensé. Le flux 1 est composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 24,3 % de méthane, 74,4 % d'éthane et 1,2 % de propane.
Le fluide 303 est alors introduit dans un ballon V1 où il subit une séparation de ses constituants liquide et gazeux .
La phase gazeuse, flux 304, disponible avec un débit de 2219 kmol/h est refroidie à moins 60°C et partiellement condensée dans un échangeur E3, pour
En se rapportant à la figure 1, l'installation représentée est destinée à traiter un gaz de charge sec, en particulier pour en isoler une fraction composée principalement de méthane essentiellement exempte d'hydrocarbures en CZ et supérieurs d'une part, et une fraction composée principalement d'éthane et d'autres hydrocarbures en CZ et supérieurs essentiellement exempte de mêthane, d'autre part.
Cette installation présente trois circuits indépendants. Un premier circuit correspond au trajet effectué par un gaz à purifier, un second circuit correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est l'éthylène, et un troisième circuit correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est le propane.
Plus précisément, dans le premier circuit, un gaz de charge 1, disponible à 15°C et 18 bar, avec un débit de 3903 kmol/h est refroidi dans un échangeur El pour fournir un gaz refroidi 302 à moins 17, 52°C et 17, 8 bar.
Ce dernier est encore refroidi dans un second échangeur E2, pour fournir un fluide refroidi 303 à moins 30,00°C
et 17,6 bar, partiellement condensé. Le flux 1 est composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 24,3 % de méthane, 74,4 % d'éthane et 1,2 % de propane.
Le fluide 303 est alors introduit dans un ballon V1 où il subit une séparation de ses constituants liquide et gazeux .
La phase gazeuse, flux 304, disponible avec un débit de 2219 kmol/h est refroidie à moins 60°C et partiellement condensée dans un échangeur E3, pour
7 fournir un fluide 305 à 17,4 bar. Ce fluide 305 alimente une colonne de distillation T1 dans sa partie supérieure.
La phase liquide, flux 306, disponible avec un débit de 1684 kmol/h est pompée par une pompe P1, circule dans une conduite comportant une vanne commandée 321 dont l'ouverture dépend d'un contrôleur de niveau de liquide présent dans le ballon V1, pour fournir un flux 307 à
moins 29,8°C et 19,6 bar. Ce dernier est alors introduit dans une partie médiane de la colonne de distillation T1.
La colonne T1 produit en tête une vapeur 308 â moins 65,79°C et 17,2 bar, disponible à un débit de 1358 kmol/h, qui est refroidie dans un échangeur E4, pour fournir un fluide partiellement condensé 309 à moins 90°C
et 17,0 bar. Ce dernier est ensuite séparé dans un ballon V2 en une fraction gazeuse 310 à raison de 971 kmol/h qui est composée de 0,1 % de dioxyde de carbone, 94,9 % de méthane et de 5, 0 % d' éthane, et en une fraction liquide 311 à raison de 387 kmol/h qui est composée de 0,4 % de dioxyde de carbone, 47,6 % de méthane et de 52,0 d'éthane, qui est pompée par une pompe P2 vers une conduite 312. Cette conduite 312 comporte une vanne à
ouverture commandée 322 dont l'ouverture dépend du débit dans cette même conduite.
La fraction liquide transportée dans la conduite 312 est ensuite introduite au dernier étage de la colonne T1.
La fraction gazeuse 310 issue du ballon V2 à une température de moins 90,0°C, circule dans un échangeur thermique E6 pour fournir une fraction réchauffée 313 à
moins 35,0°C, cette fraction 313 circule ensuite dans un échangeur thermique E7 pour fournir une fraction réchauffée 326, pour ensuite passer dans une vanne à
ouverture commandée 317, dont l'ouverture dépend de la pression dans la conduite 326. En sortie de vanne 317, le produit est collecté dans une conduite de distribution 320 â 20,0°C et quitte l'installation.
La phase liquide, flux 306, disponible avec un débit de 1684 kmol/h est pompée par une pompe P1, circule dans une conduite comportant une vanne commandée 321 dont l'ouverture dépend d'un contrôleur de niveau de liquide présent dans le ballon V1, pour fournir un flux 307 à
moins 29,8°C et 19,6 bar. Ce dernier est alors introduit dans une partie médiane de la colonne de distillation T1.
La colonne T1 produit en tête une vapeur 308 â moins 65,79°C et 17,2 bar, disponible à un débit de 1358 kmol/h, qui est refroidie dans un échangeur E4, pour fournir un fluide partiellement condensé 309 à moins 90°C
et 17,0 bar. Ce dernier est ensuite séparé dans un ballon V2 en une fraction gazeuse 310 à raison de 971 kmol/h qui est composée de 0,1 % de dioxyde de carbone, 94,9 % de méthane et de 5, 0 % d' éthane, et en une fraction liquide 311 à raison de 387 kmol/h qui est composée de 0,4 % de dioxyde de carbone, 47,6 % de méthane et de 52,0 d'éthane, qui est pompée par une pompe P2 vers une conduite 312. Cette conduite 312 comporte une vanne à
ouverture commandée 322 dont l'ouverture dépend du débit dans cette même conduite.
La fraction liquide transportée dans la conduite 312 est ensuite introduite au dernier étage de la colonne T1.
La fraction gazeuse 310 issue du ballon V2 à une température de moins 90,0°C, circule dans un échangeur thermique E6 pour fournir une fraction réchauffée 313 à
moins 35,0°C, cette fraction 313 circule ensuite dans un échangeur thermique E7 pour fournir une fraction réchauffée 326, pour ensuite passer dans une vanne à
ouverture commandée 317, dont l'ouverture dépend de la pression dans la conduite 326. En sortie de vanne 317, le produit est collecté dans une conduite de distribution 320 â 20,0°C et quitte l'installation.
8 La colonne de distillation T1 comporte dans sa partie basse plusieurs plateaux qui sont reliés deux à
deux par des circuits de réchauffage dont deux sont représentés. Ce sont les circuits 315, 316 et 318, 319.
Chacun de ces circuits de réchauffage constitue un rebouilleur latéral pour le circuit 315, 316, et un rebouilleur de fond de colonne pour le circuit 318, 319.
Le fluide en circulation dans la conduite 315, à un débit de 3000 kmol/h et à une température de moins 20,26°C est réchauffé dans l'échangeur thermique E1, par échange de chaleur avec le gaz de charge 1 pour fournir un fluide réchauffé 316 à moins 16,61°C qui est. ensuite introduit sur un plateau inférieur au plateau oü
s'effectue le soutirage du fluide 315. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 315, 316 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture commandée 323, positionnée sur une canalisations de dérivation du circuit 315, 316 qui ne passe pas dans l'échangeur E1. L'ouverture de cette vanne 323 est commandée par un contrôleur de température connecté sur la conduite 302.
De façon analogue, le fluide en circulation dans la conduite 318 à un débit de 3341 kmol/h et â une température de moins 16,15°C, qui est située sur un étage inférieur à l'étage d'introduction du fluide réchauffé
316, est réchauffé dans un échangeur thermique E5, par échange de chaleur avec un fluide réfrigérant constitué
de propane, pour fournir un fluide réchauffé 319 à moins 14,87°C. Ce dernier est introduit sur un plateau inférieur au plateau où s'effectue le soutirage du fluide 318. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 318, 319 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture commandée 324, positionnée sur une canalisation de dérivation du fluide rëfrigérant transporté dans des conduites 220, 221, qui ne passe pas dans l'échangeur E5. L'ouverture de cette vanne 324 est
deux par des circuits de réchauffage dont deux sont représentés. Ce sont les circuits 315, 316 et 318, 319.
Chacun de ces circuits de réchauffage constitue un rebouilleur latéral pour le circuit 315, 316, et un rebouilleur de fond de colonne pour le circuit 318, 319.
Le fluide en circulation dans la conduite 315, à un débit de 3000 kmol/h et à une température de moins 20,26°C est réchauffé dans l'échangeur thermique E1, par échange de chaleur avec le gaz de charge 1 pour fournir un fluide réchauffé 316 à moins 16,61°C qui est. ensuite introduit sur un plateau inférieur au plateau oü
s'effectue le soutirage du fluide 315. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 315, 316 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture commandée 323, positionnée sur une canalisations de dérivation du circuit 315, 316 qui ne passe pas dans l'échangeur E1. L'ouverture de cette vanne 323 est commandée par un contrôleur de température connecté sur la conduite 302.
De façon analogue, le fluide en circulation dans la conduite 318 à un débit de 3341 kmol/h et â une température de moins 16,15°C, qui est située sur un étage inférieur à l'étage d'introduction du fluide réchauffé
316, est réchauffé dans un échangeur thermique E5, par échange de chaleur avec un fluide réfrigérant constitué
de propane, pour fournir un fluide réchauffé 319 à moins 14,87°C. Ce dernier est introduit sur un plateau inférieur au plateau où s'effectue le soutirage du fluide 318. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 318, 319 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture commandée 324, positionnée sur une canalisation de dérivation du fluide rëfrigérant transporté dans des conduites 220, 221, qui ne passe pas dans l'échangeur E5. L'ouverture de cette vanne 324 est
9 commandée par un contrôleur de température connecté sur la conduite 319.
Enfin, le liquide résiduel obtenu en fond de la colonne T1, qui est enrichi en hydrocarbures en CZ et supérieurs, est soutiré à une température de moins 14,87°C et une pression de 17,4 bar à raison de 2932 kmol/h par une conduite 314. Celle-ci comporte une vanne 325 dont l'ouverture est commandée par un contrôleur de niveau de liquide en fond de colonne T1.
Dans le second circuit, qui correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est l'éthylène, un flux d'éthylène liquide 100 d'un débit de 2570 kmol/h à une température de moins 30°C et une pression de 19,58 bar, est soutiré
d'un ballon de stockage V5. Ce flux 100 est divisé en .
(a) un premier flux 117 d'un débit de 1993 kmol/h qui est détendu à 6,79 bar et refroidi à moins 63°C par passage dans une vanne 120 pour fournir un flux 101 qui est mélangé à un flux 104 pour donner un flux 102 qui alimente l'échangeur E3 en éthylène de réfrigération.
L'ouverture de la vanne 120 est commandée par un contrôleur de niveau de liquide dans l'échangeur E3.
(b) un second flux 114 d'un débit de 577 kmol/h qui est détendu à 18,58 bar et refroidi à moins 80°C dans l'échangeur E6 pour donner un flux réchauffé 115.
Les 577 kmol/h du flux 115 sont divisées en (a) 417 kmol/h qui constituent un premier flux 116 qui est détendu à 1,83 bar et refroidi à moins 93°C par passage dans une vanne 121 pour fournir un flux 106 qui alimente l'échangeur E4 en éthylène de réfrigération.
L'ouverture de la vanne 121 est commandée par un contrôleur de niveau de liquide contenu dans l'échangeur E4. De plus, ce contrôleur de niveau de liquide est asservi par un autre contrôleur de niveau de liquide contenu dans le ballon séparateur V2.
(b) 160 kmol/h qui constituent un second flux qui circule dans une conduite 105 munie d'une vanne 122, dont l'ouverture dépend du débit dans la conduite 105, pour donner un flux 104 à moins 79,62°C et 6,79 bar. Ce flux 5 104 est mélangé au flux 101 pour donner un flux 102, préalablement à son introduction dans l'échangeur E3.
La vaporisation de l'éthylène contenu dans l'échangeur E4 permet de refroidir le flux 8 provenant de
Enfin, le liquide résiduel obtenu en fond de la colonne T1, qui est enrichi en hydrocarbures en CZ et supérieurs, est soutiré à une température de moins 14,87°C et une pression de 17,4 bar à raison de 2932 kmol/h par une conduite 314. Celle-ci comporte une vanne 325 dont l'ouverture est commandée par un contrôleur de niveau de liquide en fond de colonne T1.
Dans le second circuit, qui correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est l'éthylène, un flux d'éthylène liquide 100 d'un débit de 2570 kmol/h à une température de moins 30°C et une pression de 19,58 bar, est soutiré
d'un ballon de stockage V5. Ce flux 100 est divisé en .
(a) un premier flux 117 d'un débit de 1993 kmol/h qui est détendu à 6,79 bar et refroidi à moins 63°C par passage dans une vanne 120 pour fournir un flux 101 qui est mélangé à un flux 104 pour donner un flux 102 qui alimente l'échangeur E3 en éthylène de réfrigération.
L'ouverture de la vanne 120 est commandée par un contrôleur de niveau de liquide dans l'échangeur E3.
(b) un second flux 114 d'un débit de 577 kmol/h qui est détendu à 18,58 bar et refroidi à moins 80°C dans l'échangeur E6 pour donner un flux réchauffé 115.
Les 577 kmol/h du flux 115 sont divisées en (a) 417 kmol/h qui constituent un premier flux 116 qui est détendu à 1,83 bar et refroidi à moins 93°C par passage dans une vanne 121 pour fournir un flux 106 qui alimente l'échangeur E4 en éthylène de réfrigération.
L'ouverture de la vanne 121 est commandée par un contrôleur de niveau de liquide contenu dans l'échangeur E4. De plus, ce contrôleur de niveau de liquide est asservi par un autre contrôleur de niveau de liquide contenu dans le ballon séparateur V2.
(b) 160 kmol/h qui constituent un second flux qui circule dans une conduite 105 munie d'une vanne 122, dont l'ouverture dépend du débit dans la conduite 105, pour donner un flux 104 à moins 79,62°C et 6,79 bar. Ce flux 5 104 est mélangé au flux 101 pour donner un flux 102, préalablement à son introduction dans l'échangeur E3.
La vaporisation de l'éthylène contenu dans l'échangeur E4 permet de refroidir le flux 8 provenant de
10 la tête de la colonne T1. L'éthylène vapeur ainsi obtenu, flux 107 à moins 93°C et 1,83 bar, est dirigê vers l'étage basse pression du compresseur K1, en passant par le ballon d'aspiration V3.
La vaporisation de l'éthylène contenu dans l'échangeur E3 permet de refroidir le flux 4 provenant du ballon V1. L'éthylène vapeur ainsi obtenu, flux 103 à
moins 62,83°C et 6,79 bar, est dirigé vers l'étage moyenne pression du compresseur K1, en passant par le ballon d'aspiration V4.
L'éthylène comprimé obtenu en sortie de K1 fournit un fluide 112 à 17,75°C et 20,6 bar avec un débit de 2570 kmol/h, qui est refroidi et condensé par passage successif dans l'échangeur E8 pour donner une fraction 118 à moins 7°C et 20,1 bar, puis l'échangeur E9 pour donner une fraction 119 à moins 30°C et 19,6 bar, pour ensuite alimenter le ballon V5 en éthylène liquide.
Dans le troisième circuit, qui correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est le propane, un flux de 4340 kmol/h de propane liquide sous pression 220 est soutiré d'un ballon de stockage V6 à 42°C et 18 bar. Ce flux 220 est refroidi dans l'échangeur E5 par échange de chaleur avec le liquide circulant dans les conduites 18, 19 pour fournir un fluide refroidi 221 à 33,64°C et 17,5 bar. En parallêle du circuit de refroidissement passant par
La vaporisation de l'éthylène contenu dans l'échangeur E3 permet de refroidir le flux 4 provenant du ballon V1. L'éthylène vapeur ainsi obtenu, flux 103 à
moins 62,83°C et 6,79 bar, est dirigé vers l'étage moyenne pression du compresseur K1, en passant par le ballon d'aspiration V4.
L'éthylène comprimé obtenu en sortie de K1 fournit un fluide 112 à 17,75°C et 20,6 bar avec un débit de 2570 kmol/h, qui est refroidi et condensé par passage successif dans l'échangeur E8 pour donner une fraction 118 à moins 7°C et 20,1 bar, puis l'échangeur E9 pour donner une fraction 119 à moins 30°C et 19,6 bar, pour ensuite alimenter le ballon V5 en éthylène liquide.
Dans le troisième circuit, qui correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est le propane, un flux de 4340 kmol/h de propane liquide sous pression 220 est soutiré d'un ballon de stockage V6 à 42°C et 18 bar. Ce flux 220 est refroidi dans l'échangeur E5 par échange de chaleur avec le liquide circulant dans les conduites 18, 19 pour fournir un fluide refroidi 221 à 33,64°C et 17,5 bar. En parallêle du circuit de refroidissement passant par
11 l'échangeur E5, une conduite comportant une vanne 24 permet de réguler les échanges d'énergie au sein de E5.
Les 4340 kmol/h du fluide refroidi 221 sont ensuite séparées en deux flux .
- un premier flux 200 de 4030 kmol/h qui est détendu par passage dans une vanne 226 pour fournir un flux 201 à
3,46 bar et moins 10°C. L'ouverture de la vanne 226 est contrôlée par un contrôleur de niveau de liquide contenu dans l'échangeur E8. Le flux 201 alimente l'échangeur E8 en propane de réfrigération.
- un deuxiëme flux 222 de 310 kmol/h qui est refroidi dans l'échangeur E7 pour donner le flux 223 à
moins 25°C.
Le flux 223 est détendu par passage dans une vanne 229 dont l'ouverture est contrôlée par le débit dans la conduite, pour donner un flux détendu 224 à 1,48 bar.
Le flux de propane 201 qui est introduit dans l'échangeur E8 est partiellement vaporisé pour donner une phase vapeur 203 à raison de 1387 kmol/h et une phase liquide 204 à raison de 2643 kmol/h. Ce flux 204 est partagé en deux flux .
- 1700 kmol/h qui constituent un flux 205 qui est détendu par passage dans une vanne 227 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide contenu dans l'échangeur E9, pour fournir un flux 206 à 1,48 bar et moins 33°C qui alimente l'échangeur E9 en propane de réfrigération, - 943 kmol/h qui constituent un flux 208 qui est détendu par passage dans une vanne 228 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide contenu dans l'échangeur E2, pour fournir un flux 225 à 1,48 bar et moins 33°C à qui alimente l'échangeur E2 en propane de réfrigération.
Les flux 225 et 224 sont réunis préalablement à leur introduction dans l'échangeur E2 pour donner un flux 209.
Les 4340 kmol/h du fluide refroidi 221 sont ensuite séparées en deux flux .
- un premier flux 200 de 4030 kmol/h qui est détendu par passage dans une vanne 226 pour fournir un flux 201 à
3,46 bar et moins 10°C. L'ouverture de la vanne 226 est contrôlée par un contrôleur de niveau de liquide contenu dans l'échangeur E8. Le flux 201 alimente l'échangeur E8 en propane de réfrigération.
- un deuxiëme flux 222 de 310 kmol/h qui est refroidi dans l'échangeur E7 pour donner le flux 223 à
moins 25°C.
Le flux 223 est détendu par passage dans une vanne 229 dont l'ouverture est contrôlée par le débit dans la conduite, pour donner un flux détendu 224 à 1,48 bar.
Le flux de propane 201 qui est introduit dans l'échangeur E8 est partiellement vaporisé pour donner une phase vapeur 203 à raison de 1387 kmol/h et une phase liquide 204 à raison de 2643 kmol/h. Ce flux 204 est partagé en deux flux .
- 1700 kmol/h qui constituent un flux 205 qui est détendu par passage dans une vanne 227 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide contenu dans l'échangeur E9, pour fournir un flux 206 à 1,48 bar et moins 33°C qui alimente l'échangeur E9 en propane de réfrigération, - 943 kmol/h qui constituent un flux 208 qui est détendu par passage dans une vanne 228 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide contenu dans l'échangeur E2, pour fournir un flux 225 à 1,48 bar et moins 33°C à qui alimente l'échangeur E2 en propane de réfrigération.
Les flux 225 et 224 sont réunis préalablement à leur introduction dans l'échangeur E2 pour donner un flux 209.
12 La vaporisation du propane dans l'échangeur E2 permet de refroidir et de condenser partiellement le flux 2. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 210 à moins 33°C
et 1,48 bar, est mélangé à un flux gazeux 207 issu de l'échangeur E9 pour donner un flux 211 qui est envoyé
d'abord dans un ballon d'aspiration V7, puis est dirigé
vers l'étage basse pression d'un compresseur K2.
La vaporisation du propane dans l'échangeur E9 permet de refroidir et de condenser partiellement le flux 118. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 207 à moins 33°C et 1,48 bar, est mélangé au flux gazeux 210 issu de l'échangeur E9 pour donner le flux 211 qui est envoyé
d'abord dans le ballon d'aspiration V7, puis est dirigé
vers l'étage basse pression du compresseur K2.
La vaporisation du propane dans l'échangeur E8 permet de refroidir et de condenser partiellement le flux 112. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 203 à moins 10°C et 3,46 bar, est d'abord envoyé dans le ballon d'aspiration V8, puis est dirigé vers l'étage moyenne pression du compresseur K2.
Le compresseur K2 fournit un flux 217 de propane comprimé gazeux chaud à 78,02°C et 18,6 bar, à un débit de 4340 kmol/h. Ce flux 217 est refroidi dans un premier échangeur E10 pour fournir un flux refroidi 218 à 52,36°C
et 18,3 bar, puis dans un second échangeur E11 pour fournir un flux liquide 219 à 42°C et 18,0 bar. Ce dernier est alors stocké dans le ballon V6.
En se rapportant maintenant à la figure 2, l'installation représentée est destinée à traiter un gaz de charge sec, en particulier pour en isoler une fraction composée principalement de méthane essentiellement exempte d'hydrocarbures en CZ et supérieurs d'une part, et une fraction composée principalement d'éthane et d'autres hydrocarbures en Cz et supérieurs essentiellement exempte de méthane, d'autre part.
et 1,48 bar, est mélangé à un flux gazeux 207 issu de l'échangeur E9 pour donner un flux 211 qui est envoyé
d'abord dans un ballon d'aspiration V7, puis est dirigé
vers l'étage basse pression d'un compresseur K2.
La vaporisation du propane dans l'échangeur E9 permet de refroidir et de condenser partiellement le flux 118. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 207 à moins 33°C et 1,48 bar, est mélangé au flux gazeux 210 issu de l'échangeur E9 pour donner le flux 211 qui est envoyé
d'abord dans le ballon d'aspiration V7, puis est dirigé
vers l'étage basse pression du compresseur K2.
La vaporisation du propane dans l'échangeur E8 permet de refroidir et de condenser partiellement le flux 112. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 203 à moins 10°C et 3,46 bar, est d'abord envoyé dans le ballon d'aspiration V8, puis est dirigé vers l'étage moyenne pression du compresseur K2.
Le compresseur K2 fournit un flux 217 de propane comprimé gazeux chaud à 78,02°C et 18,6 bar, à un débit de 4340 kmol/h. Ce flux 217 est refroidi dans un premier échangeur E10 pour fournir un flux refroidi 218 à 52,36°C
et 18,3 bar, puis dans un second échangeur E11 pour fournir un flux liquide 219 à 42°C et 18,0 bar. Ce dernier est alors stocké dans le ballon V6.
En se rapportant maintenant à la figure 2, l'installation représentée est destinée à traiter un gaz de charge sec, en particulier pour en isoler une fraction composée principalement de méthane essentiellement exempte d'hydrocarbures en CZ et supérieurs d'une part, et une fraction composée principalement d'éthane et d'autres hydrocarbures en Cz et supérieurs essentiellement exempte de méthane, d'autre part.
13 Cette installation présente deux circuits indépendants. Un premier circuit correspond au trajet effectué par un gaz à purifier, un second circuit correspond au cycle de refroidissement d'une unitê de réfrigération dont le fluide réfrigérant est un mélange d'au moins trois produits différents qui peuvent être notamment le propane, l'éthylène, et le méthane.
Plus précisément, dans le premier circuit, un gaz de charge 1, disponible à 15°C et 18 bar, avec un débit de 3903 kmol/h est refroidi à moins 60°C et 17,7 bar.dans un échangeur E1, qui est ici un échangeur à plaques, pour fournir un gaz refroidi 303. Ce dernier alimente une colonne de distillation T1 dans sa partie supérieure. Le flux 1 est composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 24,3 de méthane, 74,4 % d'éthane et 1,2 % de propane.
De la même façon que dans le procédé décrit en figure 1, la colonne T1 produit en tête une vapeur 308, à
moins 66,21°C et 17,0 bar, à un débit de 1342 kmol/h, qui est refroidie dans un échangeur E2, pour fournir un fluide partiellement condensé 309. Les flux 308 et 309 sont composés de 0 , 16 % de dioxyde de carbone , 81, 8 % de méthane et de 18,0 % d'éthane. Le flux 309 est ensuite séparé dans un ballon V2 en une fraction gazeuse 310, et en une fraction liquide 311. Cette fraction liquide 311, est transportée par gravité dans une conduite qui comporte une vanne à ouverture commandée 322 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide dans le ballon V1.
La fraction liquide 311 est alors introduite au dernier étage de la colonne T1.
La fraction gazeuse 310 issue du ballon V2 est composée de 0,1 % de dioxyde de carbone, 94,9 % de méthane et de 5,0 % d'éthane. Celle-ci entre dans un échangeur thermique E2 à moins 90°C pour fournir une
Plus précisément, dans le premier circuit, un gaz de charge 1, disponible à 15°C et 18 bar, avec un débit de 3903 kmol/h est refroidi à moins 60°C et 17,7 bar.dans un échangeur E1, qui est ici un échangeur à plaques, pour fournir un gaz refroidi 303. Ce dernier alimente une colonne de distillation T1 dans sa partie supérieure. Le flux 1 est composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 24,3 de méthane, 74,4 % d'éthane et 1,2 % de propane.
De la même façon que dans le procédé décrit en figure 1, la colonne T1 produit en tête une vapeur 308, à
moins 66,21°C et 17,0 bar, à un débit de 1342 kmol/h, qui est refroidie dans un échangeur E2, pour fournir un fluide partiellement condensé 309. Les flux 308 et 309 sont composés de 0 , 16 % de dioxyde de carbone , 81, 8 % de méthane et de 18,0 % d'éthane. Le flux 309 est ensuite séparé dans un ballon V2 en une fraction gazeuse 310, et en une fraction liquide 311. Cette fraction liquide 311, est transportée par gravité dans une conduite qui comporte une vanne à ouverture commandée 322 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide dans le ballon V1.
La fraction liquide 311 est alors introduite au dernier étage de la colonne T1.
La fraction gazeuse 310 issue du ballon V2 est composée de 0,1 % de dioxyde de carbone, 94,9 % de méthane et de 5,0 % d'éthane. Celle-ci entre dans un échangeur thermique E2 à moins 90°C pour fournir une
14 fraction réchauffée 326 à moins 70°C, puis passe successivement dans l'échangeur E1 et dans une vanne à
commandée 317 dont l'ouverture dépend de la pression dans la conduite 326. En sortie de vanne 317, le produit est collecté dans une conduite de distribution 320 à 39°C et quitte l'installation.
La colonne de distillation T1 comporte dans sa partie basse plusieurs plateaux qui sont reliés deux à
deux par des circuits de réchauffage dont deux sont représentés. Ce sont les circuits 315, 316 et 318, 319.
Chacun de ces circuits de réchauffage constitue un rebouilleur latéral pour le circuit 315, 316, et un rebouilleur de fond de colonne pour le circuit 318, 319.
Le fluide en circulation dans la conduite 315 à un débit de 1000 kmol/h et une température de moins 40,7°C
est réchauffé dans l'échangeur thermique E1 pour fournir un fluide réchauffé 316 à moins 19,14°C. Celui-ci est ensuite introduit sur un plateau inférieur au plateau où
s'effectue le soutirage du fluide 315. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 315, 316 est effectuée à l'aide d'une vanne â ouverture commandée 323, positionnée sur une canalisations de dérivation du circuit 15, 16 qui ne passe pas dans l'échangeur E1. L'ouverture de cette vanne 323 est commandée par un contrôleur de tempêrature connecté sur la conduite 316 en aval de la zone de mélangeage des fluides circulant dans la conduite 316 et la conduite de dérivation comportant la vanne 323.
De façon analogue, Le fluide en circulation dans la conduite 318 â un débit de 3790 kmol/h et une température de moins 17,36°C est réchauffé dans l'échangeur thermique E1 pour fournir un fluide réchauffé 319 à moins 14,94°C.
Ce dernier est ensuite introduit sur un plateau inférieur au plateau où s'effectue le soutirage du fluide 318. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 318, 319 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture commandée 324, positionnée sur une canalisations de dérivation du circuit 315, 316 qui ne passe pas dans l'échangeur El. L'ouverture de cette vanne 324 est commandée par un contrôleur de température connecté sur la conduite 316 en aval de la zone de 5 mélangeage des fluides circulant dans la conduite 319 et la conduite de dérivation comportant la vanne 324.
Enfin, le liquide résiduel obtenu en fond de la colonne T1, qui est enrichi en hydrocarbures en Cz et supérieurs, est soutiré par une conduite 314 qui comporte 10 une vanne 325 dont l'ouverture est commandée par un contrôleur de niveau de liquide en fond de colonne T1. Ce liquide, disponible à moins 14,94°C et 17,4 bar est composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 1 % de méthane, 97,4 % d'éthane et de 1,5 % de propane.
Dans le second circuit, qui correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est un mélange d'au moins trois produits, un mélange réfrigérant 13 composé de 5 % de méthane 12, 25 % d'éthylène 3, et 70 % de propane 2, à
une température de 42°C et à une pression de 27,79 bar, et dont le débit est de 3970 kmol/h, est séparé dans un ballon V2 en une première fraction 4 contenant essentiellement le premier fluide moins volatil 2 et en une seconde fraction 5 contenant essentiellement le second fluide plus volatil 3 et le troisième fluide plus volatil 12.
Le flux 5, qui constitue la phase vapeur du ballon séparateur V2, qui est composé de 9,8 % de méthane, 36,3 % d'éthylène et de 53,9 % de propane, et dont le débit est de 1469 kmol/h, est refroidi et condensé dans l'échangeur E1 pour donner un flux 14 disponible à moins 60°C.
Le flux 14 est ensuite refroidi dans un échangeur E2 pour donner un flux 15 disponible à moins 90°C et 27,1 bar. Ce flux 15 est détendu dans une vanne 16 pour fournir un flux 17 à une pression de 2,3 bar et à une température de moins 96°C. L'ouverture de la vanne 16 est régulée par un contrôleur de température dans la conduite 310.
Le flux 17 est réchauffé dans l'échangeur E2 et se vaporise partiellement afin d'assurer les besoins en réfrigération de l'échangeur E2, pour fournir le flux 18 à une température de moins 67,9°C et une pression de 2,2 bar en sortie d'échangeur.
Le flux 4, qui constitue la phase liquide du ballon séparateur V2, est composé de 2,2 % de méthane,.18,3 %
d'éthylène et de 79,5 % de propane, dont le débit est de 2501 kmol/h, est refroidi dans l'échangeur E1 pour donner un flux 19 disponible à moins 60°C.
Le flux 19 est ensuite séparé en deux flux .
- Un flux 8, dont le débit est de 1000 kmol/h, est détendu à 8,1 bar par passage dans une vanne 20, pour donner un flux 21. Ce dernier est vaporisé et réchauffé
dans l'échangeur E1 pour donner un flux 9 à une température de 38,5°C et une pression de 7,8 bar.
- Un flux 22, dont le débit est de 1501 kmol/h, est détendu â 2 , 2 bar dans une vanne 23 , puis est mêlangé au flux 18 pour donner le flux 6. Ce dernier, disponible à
une température de moins 64,93°C et une pression de 2,2 bar, composé de 6,0 % de méthane, 27,2 % d'éthylène et 66,8 % de propane, est vaporisé et réchauffé dans l'échangeur E1 pour fournir un flux 7 disponible à 38,5°C
et 1,9 bar.
Le flux 7 est dirigé vers l'étage basse pression d'un compresseur K1, en passant par un ballon d' aspiration V3 . Un flux 11, issu du compresseur K1 à un débit de 2970 kmol/h qui correspond à la totalité du flux 7 entrant à l'êtage basse pression du compresseur, est introduit dans un échangeur à eau E11 à une pression de 8,0 bar et une température de 113,75°C pour produire un flux refroidi 25 à 42,0°C et 7,7 bar.
Le flux 9 circule au travers d'un ballon d'aspiration V4, puis est mélangé au flux 25 pour fournir un flux 10 à un débit de 3970 kmol/h, à 41,01°C et 7,7 bar. Ce dernier flux 10 est introduit à un étage moyenne pression du compresseur Kl.
Un flux 26 issu d'un étage à haute pression du compresseur K1 à un débit de 3970 kmol/h, 111,66°C et 28, 39 bar, est refroidi dans un échangeur à eau E10 pour donner un flux 27 à 54,36°C. Ce flux 27 es.t enfin refroidi à 42,0°C dans un échangeur à eau E12 pour donner le flux 13.
Les performances des deux procédés sont maintenant données par le moyen de tableaux comparatifs.
Comparaison des puissances des compresseurs (kW):
(Les puissances sont basées sur des rendements polytropiques de 82 %) Procd Procd selon conventionnel l'invention (figure 1) (figure 2) Compresseur 2124 d'thylne Compresseur de 7406 propane Compresseur de rfrigrant en 8708 mlange Total 9530 8708 Le procédê selon l'invention permet un gain de puissance de 9,4 %
Comparaison des échangeurs à eau de réfrigêration:
Procd Procd conventionnel de l'invention Echangeur Chaleur MTD Surface Chaleur MTD Surface eau change (C) d'change change (C) d'change (kW) (m2) (kW) (mz) E10 3239 22,1 293 5989 35,2 341 E11 16426 8,88 3700 4451 24,4 365 E12 8211 6,88 2388 Total 19665 3993 18651 3094 La surface des échangeurs à eau de réfrigération du procédé selon l'invention est inférieure de 29 % à celle du procédé conventionnel. La consommation d'eau est plus faible de 5,4 % pour le procédé de l'invention.
Comparaison des échangeurs cryogéniques:
Procd Procd conventionnel de l'invention Echangeur Chaleur MTD Surface Chaleur MTD Surface change (C) d'change change (C) d'change (kW) (m2) (kW) (m2) E1 2000 11,2 357 30100 7,27 8286 E2 5658 6,74 1679 2367 3,49 1356 E3 5514 15,7 702 E4 1397 11,4 245 E5 1258 53,2 47 E6 606 8,59 141 E7 570 12,4 595 E8 929 11,0 169 E9 7500 3,75 4000 Total 25432 7935 32467 9642 Le procédé conforme à l'invention utilise une surface totale d'échange plus importante de 21 % par rapport au procédé connu. Cependant, le coût de ces échangeurs est plus faible.
Comparaison du nombre d'équipements:
Procd Procd de conventionnel l'invention Echangeurs cryogniques 9 2 Echangeurs eau 2 3 Ballons 8 4 Colonne 1 1 Compresseurs 2 1 Pompes 2 0 Total 24 11 Le procédé de l'invention ne comporte que 11 équipements au lieu de 24 pour le procédé connu.
Comparaison du nombre de chaînes de contrôle:
Procd Procd de conventionnel l'invention Contrle de dbit 3 1 Contrle de niveau 7 2 Contrle de temprature 2 4 Contrle de pression 1 1 Total 13 8 Le nouveau procédé possède 8 chaînes de contrôle au lieu de 13 pour le procédé conventionnel.
10 L'invention présente donc un intérêt pour la limitation des , dépenses énergétiques lors de la production de gaz purifiés. Ce but est atteint tout en permettant une grande sélectivité de séparation du méthane et des autres constituants lors de la mise en
commandée 317 dont l'ouverture dépend de la pression dans la conduite 326. En sortie de vanne 317, le produit est collecté dans une conduite de distribution 320 à 39°C et quitte l'installation.
La colonne de distillation T1 comporte dans sa partie basse plusieurs plateaux qui sont reliés deux à
deux par des circuits de réchauffage dont deux sont représentés. Ce sont les circuits 315, 316 et 318, 319.
Chacun de ces circuits de réchauffage constitue un rebouilleur latéral pour le circuit 315, 316, et un rebouilleur de fond de colonne pour le circuit 318, 319.
Le fluide en circulation dans la conduite 315 à un débit de 1000 kmol/h et une température de moins 40,7°C
est réchauffé dans l'échangeur thermique E1 pour fournir un fluide réchauffé 316 à moins 19,14°C. Celui-ci est ensuite introduit sur un plateau inférieur au plateau où
s'effectue le soutirage du fluide 315. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 315, 316 est effectuée à l'aide d'une vanne â ouverture commandée 323, positionnée sur une canalisations de dérivation du circuit 15, 16 qui ne passe pas dans l'échangeur E1. L'ouverture de cette vanne 323 est commandée par un contrôleur de tempêrature connecté sur la conduite 316 en aval de la zone de mélangeage des fluides circulant dans la conduite 316 et la conduite de dérivation comportant la vanne 323.
De façon analogue, Le fluide en circulation dans la conduite 318 â un débit de 3790 kmol/h et une température de moins 17,36°C est réchauffé dans l'échangeur thermique E1 pour fournir un fluide réchauffé 319 à moins 14,94°C.
Ce dernier est ensuite introduit sur un plateau inférieur au plateau où s'effectue le soutirage du fluide 318. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 318, 319 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture commandée 324, positionnée sur une canalisations de dérivation du circuit 315, 316 qui ne passe pas dans l'échangeur El. L'ouverture de cette vanne 324 est commandée par un contrôleur de température connecté sur la conduite 316 en aval de la zone de 5 mélangeage des fluides circulant dans la conduite 319 et la conduite de dérivation comportant la vanne 324.
Enfin, le liquide résiduel obtenu en fond de la colonne T1, qui est enrichi en hydrocarbures en Cz et supérieurs, est soutiré par une conduite 314 qui comporte 10 une vanne 325 dont l'ouverture est commandée par un contrôleur de niveau de liquide en fond de colonne T1. Ce liquide, disponible à moins 14,94°C et 17,4 bar est composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 1 % de méthane, 97,4 % d'éthane et de 1,5 % de propane.
Dans le second circuit, qui correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est un mélange d'au moins trois produits, un mélange réfrigérant 13 composé de 5 % de méthane 12, 25 % d'éthylène 3, et 70 % de propane 2, à
une température de 42°C et à une pression de 27,79 bar, et dont le débit est de 3970 kmol/h, est séparé dans un ballon V2 en une première fraction 4 contenant essentiellement le premier fluide moins volatil 2 et en une seconde fraction 5 contenant essentiellement le second fluide plus volatil 3 et le troisième fluide plus volatil 12.
Le flux 5, qui constitue la phase vapeur du ballon séparateur V2, qui est composé de 9,8 % de méthane, 36,3 % d'éthylène et de 53,9 % de propane, et dont le débit est de 1469 kmol/h, est refroidi et condensé dans l'échangeur E1 pour donner un flux 14 disponible à moins 60°C.
Le flux 14 est ensuite refroidi dans un échangeur E2 pour donner un flux 15 disponible à moins 90°C et 27,1 bar. Ce flux 15 est détendu dans une vanne 16 pour fournir un flux 17 à une pression de 2,3 bar et à une température de moins 96°C. L'ouverture de la vanne 16 est régulée par un contrôleur de température dans la conduite 310.
Le flux 17 est réchauffé dans l'échangeur E2 et se vaporise partiellement afin d'assurer les besoins en réfrigération de l'échangeur E2, pour fournir le flux 18 à une température de moins 67,9°C et une pression de 2,2 bar en sortie d'échangeur.
Le flux 4, qui constitue la phase liquide du ballon séparateur V2, est composé de 2,2 % de méthane,.18,3 %
d'éthylène et de 79,5 % de propane, dont le débit est de 2501 kmol/h, est refroidi dans l'échangeur E1 pour donner un flux 19 disponible à moins 60°C.
Le flux 19 est ensuite séparé en deux flux .
- Un flux 8, dont le débit est de 1000 kmol/h, est détendu à 8,1 bar par passage dans une vanne 20, pour donner un flux 21. Ce dernier est vaporisé et réchauffé
dans l'échangeur E1 pour donner un flux 9 à une température de 38,5°C et une pression de 7,8 bar.
- Un flux 22, dont le débit est de 1501 kmol/h, est détendu â 2 , 2 bar dans une vanne 23 , puis est mêlangé au flux 18 pour donner le flux 6. Ce dernier, disponible à
une température de moins 64,93°C et une pression de 2,2 bar, composé de 6,0 % de méthane, 27,2 % d'éthylène et 66,8 % de propane, est vaporisé et réchauffé dans l'échangeur E1 pour fournir un flux 7 disponible à 38,5°C
et 1,9 bar.
Le flux 7 est dirigé vers l'étage basse pression d'un compresseur K1, en passant par un ballon d' aspiration V3 . Un flux 11, issu du compresseur K1 à un débit de 2970 kmol/h qui correspond à la totalité du flux 7 entrant à l'êtage basse pression du compresseur, est introduit dans un échangeur à eau E11 à une pression de 8,0 bar et une température de 113,75°C pour produire un flux refroidi 25 à 42,0°C et 7,7 bar.
Le flux 9 circule au travers d'un ballon d'aspiration V4, puis est mélangé au flux 25 pour fournir un flux 10 à un débit de 3970 kmol/h, à 41,01°C et 7,7 bar. Ce dernier flux 10 est introduit à un étage moyenne pression du compresseur Kl.
Un flux 26 issu d'un étage à haute pression du compresseur K1 à un débit de 3970 kmol/h, 111,66°C et 28, 39 bar, est refroidi dans un échangeur à eau E10 pour donner un flux 27 à 54,36°C. Ce flux 27 es.t enfin refroidi à 42,0°C dans un échangeur à eau E12 pour donner le flux 13.
Les performances des deux procédés sont maintenant données par le moyen de tableaux comparatifs.
Comparaison des puissances des compresseurs (kW):
(Les puissances sont basées sur des rendements polytropiques de 82 %) Procd Procd selon conventionnel l'invention (figure 1) (figure 2) Compresseur 2124 d'thylne Compresseur de 7406 propane Compresseur de rfrigrant en 8708 mlange Total 9530 8708 Le procédê selon l'invention permet un gain de puissance de 9,4 %
Comparaison des échangeurs à eau de réfrigêration:
Procd Procd conventionnel de l'invention Echangeur Chaleur MTD Surface Chaleur MTD Surface eau change (C) d'change change (C) d'change (kW) (m2) (kW) (mz) E10 3239 22,1 293 5989 35,2 341 E11 16426 8,88 3700 4451 24,4 365 E12 8211 6,88 2388 Total 19665 3993 18651 3094 La surface des échangeurs à eau de réfrigération du procédé selon l'invention est inférieure de 29 % à celle du procédé conventionnel. La consommation d'eau est plus faible de 5,4 % pour le procédé de l'invention.
Comparaison des échangeurs cryogéniques:
Procd Procd conventionnel de l'invention Echangeur Chaleur MTD Surface Chaleur MTD Surface change (C) d'change change (C) d'change (kW) (m2) (kW) (m2) E1 2000 11,2 357 30100 7,27 8286 E2 5658 6,74 1679 2367 3,49 1356 E3 5514 15,7 702 E4 1397 11,4 245 E5 1258 53,2 47 E6 606 8,59 141 E7 570 12,4 595 E8 929 11,0 169 E9 7500 3,75 4000 Total 25432 7935 32467 9642 Le procédé conforme à l'invention utilise une surface totale d'échange plus importante de 21 % par rapport au procédé connu. Cependant, le coût de ces échangeurs est plus faible.
Comparaison du nombre d'équipements:
Procd Procd de conventionnel l'invention Echangeurs cryogniques 9 2 Echangeurs eau 2 3 Ballons 8 4 Colonne 1 1 Compresseurs 2 1 Pompes 2 0 Total 24 11 Le procédé de l'invention ne comporte que 11 équipements au lieu de 24 pour le procédé connu.
Comparaison du nombre de chaînes de contrôle:
Procd Procd de conventionnel l'invention Contrle de dbit 3 1 Contrle de niveau 7 2 Contrle de temprature 2 4 Contrle de pression 1 1 Total 13 8 Le nouveau procédé possède 8 chaînes de contrôle au lieu de 13 pour le procédé conventionnel.
10 L'invention présente donc un intérêt pour la limitation des , dépenses énergétiques lors de la production de gaz purifiés. Ce but est atteint tout en permettant une grande sélectivité de séparation du méthane et des autres constituants lors de la mise en
15 aeuvre du procédé.
Ainsi, les résultats obtenus par l'invention procurent des avantages importants constitués par une simplification et une économie substantielles dans la 20 réalisation et la technologie des équipements et des méthodes de leur mise en oeuvre ainsi que dans la qualité
des produits obtenus par ces méthodes.
Ainsi, les résultats obtenus par l'invention procurent des avantages importants constitués par une simplification et une économie substantielles dans la 20 réalisation et la technologie des équipements et des méthodes de leur mise en oeuvre ainsi que dans la qualité
des produits obtenus par ces méthodes.
Claims (11)
1. Procédé de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression (1) contenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en ~uvre un cycle réfrigérant dans lequel un premier fluide réfrigérant (2) relativement moins volatil est comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au refroidissement dudit gaz sous pression (1) à séparer ou de premiers produits de séparation à une première température relativement haute, et dans lequel un second fluide réfrigérant (3) relativement plus volatil est comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au refroidissement au moins de seconds produits de séparation dudit gaz sous pression (1) à une seconde température relativement basse, caractérisé en ce que les premier et second fluides réfrigérants (2, 3) sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimés et refroidis, en ce que ce mélange est ensuite soumis à une séparation en une première fraction (4) contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil (2), et en une seconde fraction (5) contenant essentiellement le second fluide relativement plus volatil (3), en ce que le premier fluide réfrigérant est utilisé sous la forme de la première fraction pour réaliser le refroidissement, à la première température relativement haute, et en ce que le deuxième fluide réfrigérant est utilisé sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième température relativement basse.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première fraction (4) est refroidie dans un premier échangeur (E1), détendue pour donner une première fraction détendue (6), puis réchauffée dans ledit premier échangeur, pour être ensuite introduite à un étage à
basse pression (7) d'un compresseur (K1).
basse pression (7) d'un compresseur (K1).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde fraction (5) est refroidie dans le premier échangeur (E1) puis dans un second échangeur (E2), détendue puis réchauffée dans ledit second échangeur, et mélangée à la première fraction détendue (6).
4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce qu'une troisième fraction (8) est prélevée de la première fraction (4) après son refroidissement dans le premier échangeur thermique (E1), et en ce que ladite troisième fraction (8) est détendue et réchauffée dans ledit premier échangeur (E1) pour fournir une quatrième fraction détendue et réchauffée (9) qui est introduite à un étage à moyenne pression (10) du compresseur (K1).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une cinquième fraction gazeuse (11) est prélevée sur des fluides en cours de compression dans le compresseur (K1) à une pression moyenne légèrement supérieure à celle de la quatrième fraction détendue et réchauffée (9), et est refroidie et détendue à la même pression que ladite quatrième fraction (9), puis est mélangée avec cette dernière.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits premier et second fluides réfrigérants (2, 3) sont utilisés en mélange avec un troisième fluide réfrigérant (12).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fluides réfrigérants sont le méthane, l'éthylène et le propane.
8. Gaz enrichi en méthane obtenu par le procédé
selon l'une des revendications précédentes.
selon l'une des revendications précédentes.
9. Produit enrichi en éthane obtenu par le procédé
selon l'une des revendications 1 à 7.
selon l'une des revendications 1 à 7.
10. Produit enrichi en hydrocarbures en C2 et supérieurs obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
11. Installation de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression (1) contenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, cette installation comprenant des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un premier fluide réfrigérant (2) relativement moins volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du premier fluide réfrigérant, ledit gaz sous pression (1) à
séparer ou des premiers produits de séparation à une première température relativement haute, et des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un second fluide réfrigérant (3) relativement plus volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du second fluide réfrigérant (3), au moins des seconds produits de séparation dudit gaz sous pression (1) à une seconde température relativement basse, caractérisée en ce que les premier et second fluides réfrigérants (2, 3) sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimés et refroidis, et en ce que cette installation comprend des moyens pour soumettre ce mélange à une séparation en une première fraction (4) contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil (2), et en une seconde fraction (5) contenant essentiellement le second fluide relativement plus volatil (3), le premier fluide réfrigérant étant utilisé sous la forme de la première fraction pour réaliser le refroidissement, à la première température relativement haute, et le deuxième fluide réfrigérant étant utilisé sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième température relativement basse.
séparer ou des premiers produits de séparation à une première température relativement haute, et des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un second fluide réfrigérant (3) relativement plus volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du second fluide réfrigérant (3), au moins des seconds produits de séparation dudit gaz sous pression (1) à une seconde température relativement basse, caractérisée en ce que les premier et second fluides réfrigérants (2, 3) sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimés et refroidis, et en ce que cette installation comprend des moyens pour soumettre ce mélange à une séparation en une première fraction (4) contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil (2), et en une seconde fraction (5) contenant essentiellement le second fluide relativement plus volatil (3), le premier fluide réfrigérant étant utilisé sous la forme de la première fraction pour réaliser le refroidissement, à la première température relativement haute, et le deuxième fluide réfrigérant étant utilisé sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième température relativement basse.
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|---|---|---|---|
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| FR01/02582 | 2001-02-26 | ||
| PCT/FR2002/000419 WO2002068366A1 (fr) | 2001-02-26 | 2002-02-04 | Procede de recuperation d'ethane, mettant en oeuvre un cycle de refrigeration utilisant un melange d'au moins deux fluides refrigerants, gaz obtenus par ce procede, et installation de mise en oeuvre |
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|---|---|
| CA2438872A1 true CA2438872A1 (fr) | 2002-09-06 |
Family
ID=8860440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA002438872A Abandoned CA2438872A1 (fr) | 2001-02-26 | 2002-02-04 | Procede de recuperation d'ethane, mettant en oeuvre un cycle de refrigeration utilisant un melange d'au moins deux fluides refrigerants, gaz obtenus par ce procede, et installation de mise en oeuvre |
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