WO2024099862A1 - Device and method for subcooling a liquefied gas - Google Patents

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    • F25J2290/34—Details about subcooling of liquids

Definitions

  • the present invention relates to a device for sub-cooling a liquefied gas and a method for sub-cooling a liquefied gas. It applies, in particular, to the field of production of liquefied natural gas or liquefied biomethane.
  • pretreatment step 415 serving in particular to avoid any crystallization of impurities in the gas liquefaction phase
  • a cooling step 420 with a view to liquefying and even subcooling the already liquid gas so that, during the final expansion (sometimes called “flash” or “end-flash”), the partial evaporation of the liquefied gas is sufficiently low (typically a vapor fraction less than 40%mol) and
  • the devices and processes implementing such a method generate steam during the final expansion of the liquefied gas. This formation of steam poses at least two technical problems:
  • transporting a two-phase fluid is always technically complex and unstable; which requires on the one hand a specific dimensioning of the pipe connecting the final expansion system to the final storage and on the other hand strong geometric constraints (limit the length of this two-phase pipe in order to limit the risks of stratified or phase flows vapors and liquids do not travel at the same speed) and
  • Some systems attempt to overcome these drawbacks by increasing the cooling of the liquefied gas, which implies an increase in subcooling power and thus reduces the energy efficiency of such systems.
  • providing the cold necessary to sufficiently sub-cool the liquefied gas flow may in certain situations require increasing the required cold power by at least 25%; because beyond the additional thermal load to be provided, the desired reduction degrees being at lower temperatures, even significantly lower than that of the condensation range, the thermodynamic efficiency of the cycle is thermodynamically less good than at warmer temperatures.
  • this solution require more cold, but this cold is produced even less efficiently (than in the standard solution with limited subcooling) which ultimately generates additional energy and economic costs, most of the time unacceptable in practice. .
  • the present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
  • the final heat exchanger so that at the outlet of at least one stage or at least one means of treatment, the liquid gas remains in the entirely liquid state, that is to say in a single-phase state and that part of this gas in the single-phase state is recycled, or recirculated, towards a heat exchanger contributing to the cooling of the gas to liquefy or subcool.
  • the present invention aims at a device for subcooling a flow of liquefied gas, which comprises: - a first intermediate subcooling heat exchanger, comprising:
  • the gas entering the separator is single-phase liquid, which allows:
  • the separator is configured so that the second gas flow represents between 3% and 90% of the molar mass of the initial subcooled liquefied gas flow, in the liquid phase, at the inlet of the separator.
  • the device which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first exchanger:
  • a third cooling heat exchanger comprising:
  • the device which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger, a compressor of the initial gas flow.
  • the device which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger, a purifier of the initial gas flow.
  • the device which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger, a heat exchanger configured to act on the initial gas flow.
  • the device which is the subject of the present invention comprises, downstream of the first heat exchanger, a heat exchanger configured to act on the flow of recycled gas.
  • the second heat exchanger is configured so that the temperature of the initial liquefied gas leaving said second heat exchanger is lower than the bubble temperature at the pressure in the storage of the initial liquefied gas.
  • the regulator is a Joule-Thompson valve whose action on the initial liquefied gas causes an increase in temperature and in which the second heat exchanger is configured so that the temperature of the initial liquefied gas at the outlet of said second exchanger thermal is lower than the bubble temperature at the pressure in the storage of the initial liquefied gas from which the temperature increase in the valve is subtracted.
  • the present invention aims at a process for subcooling a flow of liquefied gas, which comprises:
  • the second step of heat exchange being configured so that, at the outlet, the subcooled initial liquefied gas flow, in the liquid phase, has a temperature lower than the temperature of the initial liquefied gas leaving the expander, configured so that the initial liquefied gas flow under -cooled, in the liquid phase, at the outlet of the expansion stage is monophasic.
  • FIG. 1 represents, schematically, a particular embodiment of the device which is the subject of the present invention
  • FIG. 2 represents, schematically and in the form of a flowchart, a particular succession of steps of the process which is the subject of the present invention
  • FIG. 3 schematically represents a particular embodiment of a device known from the prior art.
  • inventive concepts can be implemented by one or more methods or devices described below, several examples of which are provided here.
  • the actions or steps carried out in the context of carrying out the method or device may be ordered in any appropriate manner. Accordingly, it is possible to construct embodiments in which actions or steps are performed in a different order than illustrated, which may include performing certain acts simultaneously, even if they are presented as sequential acts. in the illustrated embodiments.
  • a reference to "A and/or B", when used in conjunction with open language such as “comprising” may refer, in one embodiment, to A only ( possibly including elements other than B); in another embodiment, to B only (possibly including elements other than A); in yet another embodiment, to A and B (possibly including other elements); etc.
  • the expression "at least one”, with reference to a list of one or more elements, must be understood as meaning at least one element chosen from one or more multiple items in the item list, but not necessarily including at least one of each item specifically listed in the item list and not excluding any combination of items in the item list.
  • This definition also allows for the optional presence of elements other than the specifically identified elements in the list of elements to which the expression “at least one” refers, whether or not they are linked to these specifically identified elements.
  • At least one of A and B may refer, in one embodiment, to at least one, optionally including more than one, A, without B present (and optionally including elements other than B); in another embodiment, at least one, optionally comprising more than one, B, without A present (and optionally comprising elements other than A); in yet another embodiment, at least one, optionally comprising more than one, A, and at least one, optionally comprising more than one, B (and optionally comprising other elements); etc.
  • the present invention can be applied to a plurality of distinct gases, such as nitrogen, air, carbon dioxide or a gas rich in methane for example.
  • gases such as nitrogen, air, carbon dioxide or a gas rich in methane for example.
  • the operating pressure and temperature values of the process or device which is the subject of the present invention are adapted to achieve liquefaction of the gas at the phase conditions mentioned below.
  • a gas flow is said to be single-phase when the entire molar mass of the constituent is in a given phase (liquid, solid or vapor). Such a state is reached, for example, when the molar mass proportion of the liquid phase in the flow is equal to 100%.
  • each inlet and/or outlet of an element of a hydraulic diagram is, for example, an opening in said element configured to be connected to a fluid transport pipe adapted to the nature of the fluid transported.
  • FIG. 1 a schematic view of an embodiment of the device 100 which is the subject of the present invention.
  • This device 100 for subcooling a flow of liquefied gas comprises:
  • first heat exchanger 105 for intermediate sub-cooling comprising:
  • a second heat exchanger 125 for final subcooling comprising: - an inlet 130 for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase, acting as a hot source in the second heat exchanger,
  • the first heat exchanger 105 has the function of sub-cooling the initial liquefied gas, at the inlet 110 of the first exchanger 105, by heat exchange with the flow of gas recirculated in the liquid phase, at the inlet 115 of the first exchanger 105.
  • the initial gas is preferably in the at least partially liquid state and, preferably, entirely in the liquid state.
  • the initial liquefied gas at the inlet 110 of the first exchanger 105 is preferably at a temperature lower than the bubble temperature of said gas.
  • the initial gas at the inlet 110 of the first exchanger 105 is in the vapor state.
  • the present invention is to push the subcooling up to a temperature such that the separation or final expansion does not generate any vapor.
  • the main subcooling range is thus produced using a fraction of the final liquefied gas used as cold supply.
  • This fraction of liquefied gas is at the pressure of a storage 101 and is therefore the fraction which is diverted from the filling flow of the storage 101; the value of this fraction is typically equal (to a few percent) to X v , flash, that is to say the equivalent fraction of steam which is generated in the standard case when the same expansion is carried out, but starting of a liquefied gas subcooled only to temperature TD.
  • the second heat exchanger 125 has the function of sub-cooling the initial liquefied gas leaving the first heat exchanger 105 in contact with a cooling fluid at a determined temperature such that the liquid gas leaving the separator 145 is single-phase and in liquid phase.
  • the initial liquefied gas is preferably in the at least partially liquid state and, preferably, entirely in the liquid state.
  • the initial liquefied gas at the inlet 130 of the second exchanger 125 is preferably at a temperature lower than the bubble temperature of said gas.
  • the separator 145 can be of any type adapted to the separation of a fraction of a liquid in a flow passing through this separator 145.
  • the proportion of second flow to be separated from the first flow can be a constant value or a value determinable depending on, for example, the gas flow passing through the device 100.
  • the recycling pipe 150 is, for example, of any type suitable for transporting the gas used by the device 100 in the liquid phase.
  • This final subcooling range ensuring the lowering of the temperature of the liquefied gas to a temperature allowing no vapor to be generated during separation and/or expansion, is restricted to a cooling of a few degrees (typically this range spreads over less than 10°C and preferably less than 5°C).
  • This subcooling is carried out, for example, using an external refrigeration cycle.
  • Such an external cycle in the case of the liquefaction of a gas rich in methane, can for example be a cycle open to liquid nitrogen or an inverse Brayton cycle.
  • the excess energy consumption by a conventional process is very limited (of the order of a few percent more than the energy consumption of the cooling cycle in the standard case shown in Figure 3).
  • the regulator 155 is, for example, a Joule-Thomson valve or any other expansion member ordinarily known for expanding a liquefied gas.
  • Such storage 101 is, for example, a reservoir suitable for retaining and transporting liquefied natural gas.
  • the device 100 is configured so that, at the outlet of the regulator 155, the liquefied natural gas remains single-phase and in the liquid phase.
  • the device 100 is configured to maintain a flow of completely liquid liquefied gas from the outlet of the exchanger 160 (i.e. at point D) to the storage tank 101. This is achieved via at least two heat exchangers , 105 and 125, which subcool the liquefied gas sufficiently to avoid any generation of steam during adiabatic expansion in the expander 140.
  • the temperature that must be reached at the outlet of the second heat exchanger 125, i.e. say at point E”, to avoid any generation of steam up to storage 101 depends on the thermal losses of the pipes to be compensated, but also on the type of adiabatic expansion in the organ 140.
  • the operating parameters of each element of the circuit are adapted to the use case in particular, the volumetry, the gas content, the gas pressure.
  • the second heat exchanger is configured so that the temperature E” is lower than the bubble temperature at the pressure in storage 101 of liquefied gas.
  • Joule-Thomson expansion requires in practice a throttle valve or Joule-Thomson valve. Although most of the time this type of expansion generates a drop in temperature, for any body and for any pressure lower than the critical pressure, there exists a temperature below which the Joule-Thomson expansion no longer cools, but can heat up: this is what we call the Joule-Thomson inversion temperature.
  • the expander 140 is a Joule-Thomson valve
  • the Joule-Thomson inversion temperature at 20 bara is at least greater than -153.2°C since the expansion from 20 to 1 bara in the Joule-Thomson 140 valve causes the methane to heat up.
  • the second heat exchanger 125 is configured to compensate for the possible heating of the initial liquefied gas in the Joule-Thomson valve.
  • the maximum temperature at the inlet of the second heat exchanger is obtained by applying the process below:
  • a pressure Pmax is defined for the initial liquefied gas.
  • the pressure Pmax corresponds to the pressure at the inlet 110 for initial liquefied gas flow.
  • the pressure Pmax corresponds to the maximum pressure reached at the outlet of the compressor 185. This pressure is defined as a function of the type of compressor 185 chosen.
  • the determination of /z(T, P) is carried out by process simulation with a commercial tool of the “Aspen Hysys” type (registered trademark), or by reading in the thermodynamic tables.
  • inversion temperature Tinv is greater than the bubble temperature of the initial liquefied gas in storage 101 at a predetermined storage pressure in storage 101 called “Tbubble (P101)”, then there is a risk of heating of the gas initial liquefied during expansion 140.
  • TE- The temperature at the inlet of the second heat exchanger 125, called “TE-”, is then defined as:
  • Tbubble(P101)-AT (Formula 2) AT corresponds to the heating during expansion in the Joule-Thomson 140 valve and therefore corresponds to the integral of the coefficient p between the upstream (Pmax) and downstream (P101) pressures of the valve.
  • the separator 145 is configured so that the second gas flow represents between 3% and 90% of the molar mass of the initial subcooled liquefied gas flow, in the liquid phase, at the inlet of the separator.
  • the device 100 which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger 105:
  • a third cooling heat exchanger 160 comprising: an inlet 165 for initial gas flow, acting as a hot source in the third heat exchanger,
  • this flow 170 can for example be part of an inverse Brayton type cooling cycle and
  • the third heat exchanger 160 has the function of reducing the quantity of liquefied gas diverted to achieve subcooling in the first heat exchanger 105.
  • the device 100 which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger 105, a compressor 185 of the initial gas flow.
  • Such a compressor 185 can be of any type suitable for the initial gas to be liquefied.
  • a compressor 185 is, for example, a centrifugal compressor.
  • the recycling line 150 is configured to be connected to the compressor 185 so that, after exchange in the first heat exchanger 105, the fraction separated in the separator 145 is supplied to the compressor 185. This fraction is then partially liquid, partially vaporized or generally vaporized.
  • the device 100 which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger 105, a purifier 190 of the initial gas flow.
  • a purifier 190 of the initial gas flow.
  • the nature and operating parameters of the purifier 190 depend on the type of impurities to be removed from the initial gas flow.
  • a purifier 190 can be an activated carbon filter or an evaporator, for example.
  • the device 100 which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger 105, a heat exchanger 195 configured to act on the initial gas flow.
  • the heat exchanger 195 is, for example, configured to pre-cool the initial gas upstream of implementation by the third heat exchanger 160 or the first heat exchanger 105.
  • the device 100 which is the subject of the present invention comprises, downstream of the first heat exchanger 105, a heat exchanger 200 configured to act on the flow of recycled gas.
  • the heat exchanger 200 is, for example, configured to collect frigories of the recycled gas.
  • This process 300 for subcooling a flow of liquefied gas comprises:
  • an upstream step 301 of treatment and liquefaction of a natural gas to be liquefied this step 301 corresponding, for example, to at least one treatment carried out on the gas upstream of the thermal reactor 105 in the figure 1 .
  • Embodiments of the method 300 which is the subject of the present invention are described with reference to the device 100 as described with reference to Figure 1.
  • the gas to be liquefied is here considered as comprising LNG vapor, called BOG (for “Boil off gas”, or evaporation gas), at low pressure and composed of 100% methane.
  • BOG for “Boil off gas”, or evaporation gas
  • the temperature difference to be filled by the approach shown in Figures 2 and 3 at the level of the heat exchangers is less, in particular in the second exchanger between E' and E” where the excess cooling to be provided is not than 0.9°C.

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Abstract

The invention relates to a device (100) for subcooling a liquefied gas stream, which device comprises: - a first subcooling heat exchanger (105), - a second subcooling heat exchanger (125), - an expansion valve (155) for a subcooled initial liquefied gas stream, in the liquid phase, the gas stream at the outlet of the expansion valve being in a single liquid phase, - a separator (145) configured to form two streams: - a first stream of liquid subcooled initial gas, and - a second stream of liquid subcooled initial gas, and - a pipe (150) for recycling the second stream of subcooled initial liquefied gas, in the liquid phase, the pipe being connected to the inlet for the stream of expanded gas recirculated in the liquid phase of the first heat exchanger, at the outlet of the second heat exchanger, the stream of gas having a temperature such that the stream at the outlet of the expansion valve is in a single phase.

Description

DESCRIPTION DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE SOUS-REFROIDISSEMENT D’UN GAZ LIQUÉFIÉ DESCRIPTION DEVICE AND METHOD FOR SUBCOOLING A LIQUEFIED GAS
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La présente invention vise un dispositif de sous-refroidissement d’un gaz liquéfié et un procédé de sous-refroidissement d’un gaz liquéfié. Elle s’applique, notamment, au domaine de la production de gaz naturel liquéfié ou de biométhane liquéfié. The present invention relates to a device for sub-cooling a liquefied gas and a method for sub-cooling a liquefied gas. It applies, in particular, to the field of production of liquefied natural gas or liquefied biomethane.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE TECHNIQUE
Les approches décrites dans cette section sont des approches qui pourraient être poursuivies, mais pas nécessairement des approches qui ont été conçues ou poursuivies précédemment. Par conséquent, sauf indication contraire, il convient de ne pas supposer que l'une ou l'autre des approches décrites dans cette section constitue un art antérieur du seul fait de son inclusion dans cette section. The approaches described in this section are approaches that could be pursued, but not necessarily approaches that have been previously designed or pursued. Therefore, unless otherwise noted, it should not be assumed that any of the approaches described in this section constitute prior art simply by virtue of their inclusion in this section.
Le principe de la liquéfaction d’un gaz (azote, air, dioxyde de carbone ou gaz riche en méthane par exemple) et de son stockage à des pressions proches de la pression atmosphérique (typiquement moins que 10 bara) repose généralement sur cinq étapes fondamentales, tel que représenté en figure 3 : The principle of liquefaction of a gas (nitrogen, air, carbon dioxide or gas rich in methane for example) and its storage at pressures close to atmospheric pressure (typically less than 10 bara) is generally based on five fundamental steps , as shown in Figure 3:
- une étape 405 de compression du gaz à une valeur significativement supérieure à la pression du stockage appelée ici « pression haute » suivi d’un refroidissement 410 à la température ambiante, - a step 405 of compressing the gas to a value significantly higher than the storage pressure called here “high pressure” followed by cooling 410 to ambient temperature,
- une étape 415 de prétraitement servant notamment à éviter toute cristallisation d’impuretés dans la phase de liquéfaction du gaz - a pretreatment step 415 serving in particular to avoid any crystallization of impurities in the gas liquefaction phase
- une étape 420 de refroidissement en vue de liquéfier et même sous-refroidir le gaz déjà liquide afin que, lors la détente finale (appelée parfois « flash » ou « end- flash »), l’évaporation partielle du gaz liquéfié soit suffisamment faible (typiquement une fraction de vapeur inférieure à 40%mol) et - a cooling step 420 with a view to liquefying and even subcooling the already liquid gas so that, during the final expansion (sometimes called "flash" or "end-flash"), the partial evaporation of the liquefied gas is sufficiently low (typically a vapor fraction less than 40%mol) and
- une étape 425 de détente finale ou « end-flash », réalisée par exemple à travers un dispositif de détente (par exemple une vanne Joule-Thomson), et configurée pour effectivement passer de la pression haute à la pression de stockage finale, nettement plus basse ; à cette étape une partie du liquide s’évapore donc et est soit recyclée en amont de compression initiale soit utilisée par d’autres procédés. Les dispositifs et procédés mettant en œuvre une telle méthode génèrent de la vapeur lors de la détente finale du gaz liquéfié. Cette formation de vapeur pose au moins deux problèmes techniques : - a final expansion step 425 or "end-flash", carried out for example through an expansion device (for example a Joule-Thomson valve), and configured to effectively pass from the high pressure to the final storage pressure, clearly lower ; at this stage a part of the liquid therefore evaporates and is either recycled upstream of initial compression or used by other processes. The devices and processes implementing such a method generate steam during the final expansion of the liquefied gas. This formation of steam poses at least two technical problems:
- tout d’abord, transporter un fluide diphasique est toujours techniquement complexe et instable ; ce qui requiert d’une part un dimensionnement spécifique de la canalisation reliant le système de détente finale au stockage final et d’autre part de fortes contraintes géométriques (limiter la longueur de cette canalisation diphasique afin de limiter les risques d’écoulements stratifiés où phases vapeurs et liquides ne voyagent pas à la même vitesse) et - first of all, transporting a two-phase fluid is always technically complex and unstable; which requires on the one hand a specific dimensioning of the pipe connecting the final expansion system to the final storage and on the other hand strong geometric constraints (limit the length of this two-phase pipe in order to limit the risks of stratified or phase flows vapors and liquids do not travel at the same speed) and
- ensuite, s’il reste des impuretés après la phase de prétraitement, leur cristallisation dépend notablement de la phase du solvant, ici le gaz liquéfié : pour une température donnée, le risque de cristallisation de la plupart des impuretés est considérablement plus élevé en phase diphasique qu’en phase liquide pure du solvant ; et le risque inhérent à la cristallisation d’impuretés est d’une part le bouchage et donc l’arrêt du procédé et d’autre part le risque potentiel d’endommagement des équipements induit par le dépôt de solide. - then, if there are impurities remaining after the pretreatment phase, their crystallization depends notably on the phase of the solvent, here the liquefied gas: for a given temperature, the risk of crystallization of most of the impurities is considerably higher in the phase two-phase than in the pure liquid phase of the solvent; and the risk inherent in the crystallization of impurities is on the one hand clogging and therefore stopping the process and on the other hand the potential risk of damage to equipment induced by the deposit of solid.
Certains systèmes tentent de remédier à ces inconvénients en augmentant le refroidissement du gaz liquéfié, ce qui implique une augmentation de la puissance de sous-refroidissement et réduit ainsi l’efficacité énergétique de tels systèmes. En effet, apporter le froid nécessaire pour sous-refroidir suffisamment le flux de gaz liquéfié peut dans certaines situations requérir d’augmenter d’au moins 25% la puissance de froid requise ; car au-delà de la charge thermique supplémentaire à apporter, les degrés d’abaissement souhaités étant à des températures plus basses, voire nettement plus basses que celle de la plage de condensation, l’efficacité thermodynamique du cycle est thermodynamiquement moins bonne qu’aux températures plus chaudes. Ainsi, non seulement cette solution requiert plus de froid, mais ce froid est produit encore moins efficacement (que dans la solution standard avec sous-refroidissement limité) ce qui finalement génère un surcoût tant énergétique qu’économique, la plupart du temps inacceptable en pratique. Some systems attempt to overcome these drawbacks by increasing the cooling of the liquefied gas, which implies an increase in subcooling power and thus reduces the energy efficiency of such systems. In fact, providing the cold necessary to sufficiently sub-cool the liquefied gas flow may in certain situations require increasing the required cold power by at least 25%; because beyond the additional thermal load to be provided, the desired reduction degrees being at lower temperatures, even significantly lower than that of the condensation range, the thermodynamic efficiency of the cycle is thermodynamically less good than at warmer temperatures. Thus, not only does this solution require more cold, but this cold is produced even less efficiently (than in the standard solution with limited subcooling) which ultimately generates additional energy and economic costs, most of the time unacceptable in practice. .
Le dimensionnement spécifique des canalisations de sortie présente un risque de mauvais dimensionnement des canalisations et donc d’instabilité du procédé ; le risque est aussi technico-économique, car, comme la détente finale du gaz liquéfié dans cette approche ne supporte aucune formation de solide, il faut soit surdimensionner le prétraitement en amont (qui permet d’éliminer les impuretés qui pourraient cristalliser à basse température) soit prendre le risque de boucher le système de détente par dépôt d’impuretés cristallisantes. The specific sizing of the outlet pipes presents a risk of poor dimensioning of the pipes and therefore instability of the process; the risk is also technico-economic, because, as the final expansion of the liquefied gas in this approach does not support any solid formation, it is necessary either oversize the upstream pretreatment (which makes it possible to eliminate impurities which could crystallize at low temperature) or take the risk of clogging the expansion system by depositing crystallizing impurities.
On connait la demande de brevet européen EP 2 185 877 qui divulgue un dispositif de liquéfaction de gaz naturel dans lequel le gaz naturel travers deux échangeurs thermiques afin de le refroidir. Ce n’est qu’après les différents échanges thermiques que le gaz est liquéfié partiellement puis détendu et enfin séparé en deux phases. We know the European patent application EP 2 185 877 which discloses a natural gas liquefaction device in which the natural gas passes through two heat exchangers in order to cool it. It is only after the various thermal exchanges that the gas is partially liquefied then expanded and finally separated into two phases.
On connait la demande de brevet européen EP 0 573 074 qui divulgue un dispositif de liquéfaction d’azote mis à l’état supercritique avant d’être détendu. En sortie de la turbine, ledit azote est utilisé pour le refroidissement. L’azote est donc nécessairement plus chaud en entrée de turbine qu’en sortie. We are familiar with European patent application EP 0 573 074 which discloses a nitrogen liquefaction device placed in the supercritical state before being expanded. At the turbine outlet, said nitrogen is used for cooling. The nitrogen is therefore necessarily hotter at the turbine inlet than at the outlet.
On connait la demande de brevet internationale WO 2019/145 643 qui divulgue le refroidissement ou le réchauffement de gaz naturel liquéfié pour son transport par navire. Le gaz naturel est pompé pour servir à l’alimentation du navire. Ce pompage réchauffe donc le gaz stocké dans la cuve. We are aware of the international patent application WO 2019/145,643 which discloses the cooling or heating of liquefied natural gas for its transport by ship. Natural gas is pumped to power the ship. This pumping therefore heats the gas stored in the tank.
RÉSUMÉ DE L’INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.The present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
Le concept général de l’invention consiste à : The general concept of the invention consists of:
-pour un gaz à liquéfier déterminé, -for a specific gas to be liquefied,
- pour des conditions aval de mise en œuvre du gaz (stockage ou consommation, par exemple) déterminées, en termes de pression et de température, - for determined downstream conditions of gas use (storage or consumption, for example), in terms of pressure and temperature,
- considérant un nombre déterminé d’étapes ou de moyens de traitement dudit gaz en sortie d’un échangeur thermique final, configurer l’échangeur thermique final de sorte qu’en sortie d’au moins une étape ou d’au moins un moyen de traitement, le gaz liquide reste à l’état intégralement liquide, c’est-à-dire dans un état monophasique et qu’une partie de ce gaz en état monophasique soit recyclé, ou recirculé, vers un échangeur thermique contribuant au refroidissement du gaz à liquéfier ou à sous-refroidir. - considering a determined number of stages or means of processing said gas at the outlet of a final heat exchanger, configure the final heat exchanger so that at the outlet of at least one stage or at least one means of treatment, the liquid gas remains in the entirely liquid state, that is to say in a single-phase state and that part of this gas in the single-phase state is recycled, or recirculated, towards a heat exchanger contributing to the cooling of the gas to liquefy or subcool.
À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de sous-refroidissement d’un flux de gaz liquéfié, qui comporte : - un premier échangeur thermique de sous-refroidissement intermédiaire, comportant : To this end, according to a first aspect, the present invention aims at a device for subcooling a flow of liquefied gas, which comprises: - a first intermediate subcooling heat exchanger, comprising:
- une entrée pour flux de gaz liquéfié initial, agissant en source chaude dans le premier échangeur thermique, - an inlet for the initial liquefied gas flow, acting as a hot source in the first heat exchanger,
- une entrée pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide, agissant en source froide dans le premier échangeur thermique et - an inlet for a flow of expanded gas recirculated in the liquid phase, acting as a cold source in the first heat exchanger and
- une sortie pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide,- an outlet for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase,
- un deuxième échangeur thermique de sous-refroidissement final, comportant :- a second final subcooling heat exchanger, comprising:
- une entrée pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi en phase liquide, agissant en source chaude dans le deuxième échangeur thermique, - an inlet for the flow of initial liquefied gas subcooled in the liquid phase, acting as a hot source in the second heat exchanger,
- une entrée pour fluide de sous-refroidissement en source froide dans le deuxième échangeur thermique et - an inlet for sub-cooling fluid in the cold source in the second heat exchanger and
- une sortie pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide,- an outlet for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase,
- un détendeur du flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, le flux de gaz liquéfié en sortie du détendeur étant monophasique liquide, - a regulator for the initial subcooled liquefied gas flow, in the liquid phase, the liquefied gas flow leaving the regulator being liquid single-phase,
- un séparateur, en aval du détendeur configuré pour former deux flux : - a separator, downstream of the regulator configured to form two flows:
- un premier flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et - a first flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- un deuxième flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et- a second flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- une conduite de recyclage du deuxième flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, reliée à l’entrée pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide du premier échangeur thermique, le deuxième échangeur thermique étant configuré pour que, en sortie, le gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, présente une température inférieure à la température du gaz liquéfié initial en sortie du détendeur, configurée pour que le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, en sortie du détendeur soit monophasique liquide. - a recycling pipe for the second subcooled initial liquefied gas flow, in the liquid phase, connected to the inlet for the flow of expanded gas recirculated in the liquid phase of the first heat exchanger, the second heat exchanger being configured so that, at the outlet , the initial subcooled liquefied gas, in the liquid phase, has a temperature lower than the temperature of the initial liquefied gas leaving the expander, configured so that the flow of initial subcooled liquefied gas, in the liquid phase, leaving the expander or monophasic liquid.
Grâce à ces dispositions, le gaz en entrée du séparateur est monophasique liquide, ce qui permet : Thanks to these arrangements, the gas entering the separator is single-phase liquid, which allows:
- une stabilité du processus de liquéfaction sur le long terme (pas de risque de cristallisation ou d’erreur de dimensionnement de canalisations diphasiques), - long-term stability of the liquefaction process (no risk of crystallization or error in sizing two-phase pipes),
- une facilité de dimensionnement et de conception (plus besoin de faire appel à des ingénieries spécifiquement compétentes en gestion des flux cryogéniques diphasiques), - une sécurité complémentaire du procédé (plus de risque de bouchage et de destruction par dépôt d’impureté cristallisante dans les équipements cryogéniques), car piloté directement par le niveau de sous-refroidissement (il suffit de contrôler la température de sous-refroidissement final connaissant la composition du gaz liquéfié pour être certain de ne pas avoir de génération de vapeur et donc de risque de cristallisation) et - ease of sizing and design (no need to call on engineers specifically competent in the management of two-phase cryogenic flows), - additional safety of the process (no more risk of blockage and destruction by deposit of crystallizing impurity in the cryogenic equipment), because it is directly controlled by the level of sub-cooling (it is sufficient to control the final sub-cooling temperature knowing the composition of the liquefied gas to be sure not to generate vapor and therefore risk crystallization) and
- le tout de manière économique c’est-à-dire avec minimum de modifications des équipements existants et un surplus de consommation d’énergie minime. - all in an economical manner, that is to say with minimal modifications to existing equipment and minimal excess energy consumption.
La mise en œuvre d’un détendeur permet de mettre le gaz en conformité avec des conditions de stockage à basse pression par rapport à la pression mise en œuvre dans le dispositif objet de la présente invention. The use of a regulator makes it possible to bring the gas into compliance with storage conditions at low pressure compared to the pressure implemented in the device which is the subject of the present invention.
Dans des modes de réalisation particuliers, le séparateur est configuré pour que le deuxième flux de gaz représente entre 3% et 90% de la masse molaire du flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, en entrée du séparateur. In particular embodiments, the separator is configured so that the second gas flow represents between 3% and 90% of the molar mass of the initial subcooled liquefied gas flow, in the liquid phase, at the inlet of the separator.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif objet de la présente invention comporte, en amont du premier échangeur : In particular embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first exchanger:
- un troisième échangeur thermique de refroidissement, comportant : - a third cooling heat exchanger, comprising:
- une entrée pour flux de gaz initial, agissant en source chaude dans le troisième échangeur thermique, - an inlet for initial gas flow, acting as a hot source in the third heat exchanger,
- une entrée pour flux de fluide de refroidissement en source froide dans le premier échangeur thermique et - an inlet for the flow of cooling fluid into a cold source in the first heat exchanger and
- une sortie pour flux de gaz liquéfié initial et - an outlet for initial liquefied gas flow and
- une conduite de fourniture du flux de gaz liquéfié initial à l’entrée pour flux de gaz liquéfié initial du premier échangeur thermique. - a pipe supplying the initial liquefied gas flow to the inlet for the initial liquefied gas flow of the first heat exchanger.
Ces modes de réalisations permettent de refroidir le flux de gaz, par exemple jusqu’à au moins la température de bulle du gaz. These embodiments make it possible to cool the gas flow, for example to at least the bubble temperature of the gas.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif objet de la présente invention comporte, en amont du premier échangeur thermique, un compresseur du flux de gaz initial. In particular embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger, a compressor of the initial gas flow.
Ces modes de réalisation facilitent la condensation ultérieure du gaz. These embodiments facilitate the subsequent condensation of the gas.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif objet de la présente invention comporte, en amont du premier échangeur thermique, un épurateur du flux de gaz initial. Ces modes de réalisation permettent de retirer du flux de gaz initial l’essentiel des impuretés. In particular embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger, a purifier of the initial gas flow. These embodiments make it possible to remove most of the impurities from the initial gas flow.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif objet de la présente invention comporte, en amont du premier échangeur thermique, un échangeur de chaleur configuré pour agir sur le flux de gaz initial. In particular embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger, a heat exchanger configured to act on the initial gas flow.
Ces modes de réalisation permettent de refroidir le gaz en amont de la liquéfaction de ce gaz. These embodiments make it possible to cool the gas upstream of the liquefaction of this gas.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif objet de la présente invention comporte, en aval du premier échangeur thermique, un échangeur de chaleur configuré pour agir sur le flux de gaz recyclé. In particular embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises, downstream of the first heat exchanger, a heat exchanger configured to act on the flow of recycled gas.
Ces modes de réalisation permettent de valoriser des frigories restantes contenues dans le flux de gaz liquide. These embodiments make it possible to recover the remaining frigories contained in the liquid gas flow.
Dans des modes de réalisation, le deuxième échangeur thermique est configuré pour que la température du gaz initial liquéfié en sortie dudit deuxième échangeur thermique soit inférieure à la température de bulle à la pression dans le stockage du gaz liquéfié initial. In embodiments, the second heat exchanger is configured so that the temperature of the initial liquefied gas leaving said second heat exchanger is lower than the bubble temperature at the pressure in the storage of the initial liquefied gas.
Ces modes de réalisation permettent de s’assurer que le gaz initial liquéfié est maintenu sous forme monophasique liquide au travers du détendeur et du deuxième échangeur thermique. These embodiments ensure that the initial liquefied gas is maintained in liquid single-phase form through the expander and the second heat exchanger.
Dans des modes de réalisation le détendeur est une vanne de Joule-Thompson dont l’action sur le gaz initial liquéfié entraine une augmentation de température et dans lequel le deuxième échangeur thermique est configuré pour que la température du gaz initial liquéfié en sortie dudit deuxième échangeur thermique soit inférieure à la température de bulle à la pression dans le stockage du gaz liquéfié initial auquel est soustraite l’augmentation de température dans la vanne. In embodiments, the regulator is a Joule-Thompson valve whose action on the initial liquefied gas causes an increase in temperature and in which the second heat exchanger is configured so that the temperature of the initial liquefied gas at the outlet of said second exchanger thermal is lower than the bubble temperature at the pressure in the storage of the initial liquefied gas from which the temperature increase in the valve is subtracted.
Ces modes de réalisation permettent de s’assurer que le gaz initial liquéfié est maintenu sous forme monophasique liquide au travers du détendeur lorsque celui-ci est une vanne de Joule-Thomson et du deuxième échangeur thermique. These embodiments make it possible to ensure that the initial liquefied gas is maintained in single-phase liquid form through the expander when the latter is a Joule-Thomson valve and the second heat exchanger.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de sous- refroidissement d’un flux de gaz liquéfié, qui comporte : According to a second aspect, the present invention aims at a process for subcooling a flow of liquefied gas, which comprises:
- une première étape d’échange thermique de sous-refroidissement intermédiaire, comportant : - a first stage of intermediate subcooling heat exchange, comprising:
- une étape d’entrée pour flux de gaz liquéfié initial, agissant en source chaude, - une étape d’entrée pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide, agissant en source froide et - an entry stage for initial liquefied gas flow, acting as a hot source, - an input stage for a flow of expanded gas recirculated in the liquid phase, acting as a cold source and
- une étape de sortie pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, - an outlet stage for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase,
- une deuxième étape d’échange thermique de sous-refroidissement final, comportant : - a second stage of final subcooling heat exchange, comprising:
- une étape d’entrée pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, agissant en source chaude, - an entry stage for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase, acting as a hot source,
- une étape d’entrée pour fluide de sous-refroidissement, agissant en source froide et - an entry stage for sub-cooling fluid, acting as a cold source and
- une étape de sortie pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, - an outlet stage for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase,
- une étape de détente du flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, le flux de gaz liquéfié en sortie étant monophasique liquide, - a step of expanding the initial subcooled liquefied gas flow, in the liquid phase, the outlet liquefied gas flow being liquid monophasic,
-une étape de séparation, pour former deux flux : -a separation step, to form two flows:
- un premier flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et - a first flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- un deuxième flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et- a second flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- une étape de recyclage du deuxième flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, vers l’étape d’entrée pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide de la première étape d’échange thermique, la deuxième étape d’échange thermique étant configurée pour que, en sortie, le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, présente une température inférieure à la température du gaz liquéfié initial en sortie du détendeur, configurée pour que le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, en sortie de l’étape de détente soit monophasique. - a step of recycling the second flow of initial subcooled liquefied gas, in the liquid phase, towards the inlet step for the flow of expanded gas recirculated in the liquid phase of the first heat exchange step, the second step of heat exchange being configured so that, at the outlet, the subcooled initial liquefied gas flow, in the liquid phase, has a temperature lower than the temperature of the initial liquefied gas leaving the expander, configured so that the initial liquefied gas flow under -cooled, in the liquid phase, at the outlet of the expansion stage is monophasic.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : Other advantages, aims and particular characteristics of the invention will emerge from the following non-limiting description of at least one particular embodiment of the device and the method which are the subject of the present invention, with reference to the appended drawings, in which:
- La figure 1 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - La figure 2 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention et- Figure 1 represents, schematically, a particular embodiment of the device which is the subject of the present invention, - Figure 2 represents, schematically and in the form of a flowchart, a particular succession of steps of the process which is the subject of the present invention and
- La figure 3 représente, schématiquement un mode de réalisation particulier d’un dispositif connu de l’art antérieur. - Figure 3 schematically represents a particular embodiment of a device known from the prior art.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse. The present description is given on a non-limiting basis, each characteristic of an embodiment being able to be combined with any other characteristic of any other embodiment in an advantageous manner.
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle. Note now that the figures are not to scale.
Comme on le comprend à la lecture de la présente description, divers concepts inventifs peuvent être mis en œuvre par une ou plusieurs méthodes ou dispositifs décrits ci-après, dont plusieurs exemples sont ici fournis. Les actions ou étapes réalisées dans le cadre de la réalisation du procédé ou du dispositif peuvent être ordonnées de toute manière appropriée. En conséquence, il est possible de construire des modes de réalisation dans lesquels les actions ou étapes sont exécutées dans un ordre différent de celui illustré, ce qui peut inclure l'exécution de certains actes simultanément, même s'ils sont présentés comme des actes séquentiels dans les modes de réalisation illustrés. As can be understood from reading this description, various inventive concepts can be implemented by one or more methods or devices described below, several examples of which are provided here. The actions or steps carried out in the context of carrying out the method or device may be ordered in any appropriate manner. Accordingly, it is possible to construct embodiments in which actions or steps are performed in a different order than illustrated, which may include performing certain acts simultaneously, even if they are presented as sequential acts. in the illustrated embodiments.
Les articles indéfinis "un" et "une", tels qu'ils sont utilisés dans la description et dans les revendications, doivent être compris comme signifiant "au moins un", sauf indication claire du contraire. The indefinite articles "a" and "an", as used in the description and in the claims, are to be understood to mean "at least one", unless clearly indicated otherwise.
L'expression "et/ou", telle qu'elle est utilisée dans le présent document et dans les revendications, doit être comprise comme signifiant "l'un ou l'autre ou les deux" des éléments ainsi conjoints, c'est-à-dire des éléments qui sont présents de manière conjonctive dans certains cas et de manière disjonctive dans d'autres cas. Les éléments multiples énumérés avec "et/ou" doivent être interprétés de la même manière, c'est-à-dire "un ou plusieurs" des éléments ainsi conjoints. D'autres éléments peuvent éventuellement être présents, autres que les éléments spécifiquement identifiés par la clause "et/ou", qu'ils soient liés ou non à ces éléments spécifiquement identifiés. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, une référence à "A et/ou B", lorsqu'elle est utilisée conjointement avec un langage ouvert tel que "comprenant" peut se référer, dans un mode de réalisation, à A seulement (incluant éventuellement des éléments autres que B) ; dans un autre mode de réalisation, à B seulement (incluant éventuellement des éléments autres que A) ; dans un autre mode de réalisation encore, à A et B (incluant éventuellement d'autres éléments) ; etc. The expression "and/or", as used herein and in the claims, should be understood to mean "either or both" of the elements thus conjoined, i.e. that is, elements that are present conjunctively in some cases and disjunctively in other cases. Multiple elements listed with "and/or" must be interpreted in the same way, i.e. "one or more" of the elements thus conjoined. Other elements may possibly be present, other than the elements specifically identified by the "and/or" clause, whether or not they are related to these specifically identified elements. Thus, by way of non-limiting example, a reference to "A and/or B", when used in conjunction with open language such as "comprising" may refer, in one embodiment, to A only ( possibly including elements other than B); in another embodiment, to B only (possibly including elements other than A); in yet another embodiment, to A and B (possibly including other elements); etc.
Tel qu'utilisé ici dans la description et dans les revendications, "ou" doit être compris comme ayant la même signification que "et/ou" tel que défini ci-dessus. Par exemple, lorsqu'on sépare des éléments dans une liste, "ou" ou "et/ou" doit être interprété comme étant inclusif, c'est-à-dire l'inclusion d'au moins un, mais aussi de plus d'un, d'un nombre ou d'une liste d'éléments, et, facultativement, d'éléments supplémentaires non listés. Seuls les termes indiquant clairement le contraire, tels que "un seul des" ou "exactement un des", ou, lorsqu'ils sont utilisés dans les revendications, "consistant en", font référence à l'inclusion d'un seul élément d'un nombre ou d'une liste d'éléments. En général, le terme "ou" tel qu'il est utilisé ici ne doit être interprété comme indiquant des alternatives exclusives (c'est-à-dire "l'un ou l'autre, mais pas les deux") que lorsqu'il est précédé de termes d'exclusivité, tels que "soit", "l'un de", "un seul de" ou "exactement un de". As used herein in the description and in the claims, "or" should be understood to have the same meaning as "and/or" as defined above. For example, when separating elements in a list, "or" or "and/or" must be interpreted as inclusive, that is, the inclusion of at least one, but also more than one, a number or a list of elements, and, optionally, additional elements not listed. Only terms clearly indicating the contrary, such as "only one of" or "exactly one of", or, when used in the claims, "consisting of", refer to the inclusion of a single element of 'a number or list of elements. In general, the term "or" as used herein should only be interpreted to indicate exclusive alternatives (i.e. "one or the other, but not both") when it is preceded by terms of exclusivity, such as "either", "one of", "only one of" or "exactly one of".
Telle qu'elle est utilisée dans la présente description et dans les revendications, l'expression "au moins un", en référence à une liste d'un ou de plusieurs éléments, doit être comprise comme signifiant au moins un élément choisi parmi un ou plusieurs éléments de la liste d'éléments, mais n'incluant pas nécessairement au moins un de chaque élément spécifiquement énuméré dans la liste d'éléments et n'excluant pas toute combinaison d'éléments dans la liste d'éléments. Cette définition permet également la présence facultative d'éléments autres que les éléments spécifiquement identifiés dans la liste des éléments auxquels l'expression "au moins un" fait référence, qu'ils soient liés ou non à ces éléments spécifiquement identifiés. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, "au moins l'un de A et B" (ou, de manière équivalente, "au moins l'un de A ou B", ou, de manière équivalente, "au moins l'un de A et/ou B") peut se référer, dans un mode de réalisation, à au moins un, incluant éventuellement plus d'un, A, sans B présent (et incluant éventuellement des éléments autres que B) ; dans un autre mode de réalisation, à au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, B, sans A présent (et comprenant éventuellement des éléments autres que A) ; dans encore un autre mode de réalisation, à au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, A, et au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, B (et comprenant éventuellement d'autres éléments) ; etc. Dans les revendications, ainsi que dans la description ci-dessous, toutes les expressions transitoires telles que "comprenant", "incluant", "portant", "ayant", "contenant", "impliquant", "tenant", "composé de", et autres, doivent être comprises comme étant ouvertes, c'est-à-dire comme signifiant incluant, mais non limité à. Seules les expressions transitoires "consistant en" et "consistant essentiellement en" doivent être comprises comme des expressions transitoires fermées ou semi-fermées, respectivement. As used in the present description and in the claims, the expression "at least one", with reference to a list of one or more elements, must be understood as meaning at least one element chosen from one or more multiple items in the item list, but not necessarily including at least one of each item specifically listed in the item list and not excluding any combination of items in the item list. This definition also allows for the optional presence of elements other than the specifically identified elements in the list of elements to which the expression "at least one" refers, whether or not they are linked to these specifically identified elements. Thus, by way of non-limiting example, "at least one of A and B" (or, equivalently, "at least one of A or B", or, equivalently, "at least l 'one of A and/or B') may refer, in one embodiment, to at least one, optionally including more than one, A, without B present (and optionally including elements other than B); in another embodiment, at least one, optionally comprising more than one, B, without A present (and optionally comprising elements other than A); in yet another embodiment, at least one, optionally comprising more than one, A, and at least one, optionally comprising more than one, B (and optionally comprising other elements); etc. In the claims, as well as in the description below, all transitional expressions such as "comprising", "including", "bearing", "having", "containing", "involving", "holding", "composed of ", and others, must be understood as open, that is, as meaning including, but not limited to. Only the transitional expressions "consisting of" and "consisting essentially of" are to be understood as closed or semi-closed transitional expressions, respectively.
Comme on le comprend à la lecture du présent document, la présente invention peut être appliquée à une pluralité de gaz distincts, tel que l’azote, l’air, le dioxyde de carbone ou un gaz riche en méthane par exemple. Selon le gaz considéré, les valeurs opératoires de pression et de température du procédé ou du dispositif objet de la présente invention sont adaptées pour atteindre la liquéfaction du gaz aux conditions de phases mentionnées ci-dessous. As can be understood from reading this document, the present invention can be applied to a plurality of distinct gases, such as nitrogen, air, carbon dioxide or a gas rich in methane for example. Depending on the gas considered, the operating pressure and temperature values of the process or device which is the subject of the present invention are adapted to achieve liquefaction of the gas at the phase conditions mentioned below.
On dit qu’un flux de gaz est monophasique quand la totalité de la masse molaire le constituant est dans une phase (liquide, solide ou vapeur) donnée. Un tel état est atteint, par exemple, quand la proportion de masse molaire de la phase liquide dans le flux est égale à 100 %. A gas flow is said to be single-phase when the entire molar mass of the constituent is in a given phase (liquid, solid or vapor). Such a state is reached, for example, when the molar mass proportion of the liquid phase in the flow is equal to 100%.
On note que chaque entrée et/ou sortie d’un élément d’un schéma hydraulique est, par exemple, une ouverture dans ledit élément configurée pour être reliée à une conduite de transport de fluide adaptée à la nature du fluide transporté. Note that each inlet and/or outlet of an element of a hydraulic diagram is, for example, an opening in said element configured to be connected to a fluid transport pipe adapted to the nature of the fluid transported.
On observe, sur la figure 1 , qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 100 objet de la présente invention. Ce dispositif 100 de sous-refroidissement d’un flux de gaz liquéfié comporte : We observe, in Figure 1, which is not to scale, a schematic view of an embodiment of the device 100 which is the subject of the present invention. This device 100 for subcooling a flow of liquefied gas comprises:
- un premier échangeur 105 thermique de sous-refroidissement intermédiaire, comportant : - a first heat exchanger 105 for intermediate sub-cooling, comprising:
- une entrée 110 pour flux de gaz liquéfié initial, agissant en source chaude dans le premier échangeur thermique, - an inlet 110 for initial liquefied gas flow, acting as a hot source in the first heat exchanger,
- une entrée 115 pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide, agissant en source froide dans le premier échangeur thermique et - an inlet 115 for a flow of expanded gas recirculated in the liquid phase, acting as a cold source in the first heat exchanger and
- une sortie 120 pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide,- an outlet 120 for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase,
- un deuxième échangeur 125 thermique de sous-refroidissement final, comportant : - une entrée 130 pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, agissant en source chaude dans le deuxième échangeur thermique, - a second heat exchanger 125 for final subcooling, comprising: - an inlet 130 for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase, acting as a hot source in the second heat exchanger,
- une entrée 135 pour fluide de sous-refroidissement, agissant en source froide dans le deuxième échangeur thermique et - an inlet 135 for sub-cooling fluid, acting as a cold source in the second heat exchanger and
- une sortie 140 pour flux de gaz liquéfié initial, sous-refroidi, en phase liquide sous-refroidi, - an outlet 140 for initial liquefied gas flow, subcooled, in subcooled liquid phase,
- un détendeur 155 du flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, le flux de gaz liquéfié en sortie du détendeur étant monophasique liquide, - a regulator 155 of the initial subcooled liquefied gas flow, in the liquid phase, the flow of liquefied gas leaving the regulator being liquid single-phase,
- un séparateur 145, en aval du détendeur 155 configuré pour former deux flux :- a separator 145, downstream of the regulator 155 configured to form two flows:
- un premier flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et - a first flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- un deuxième flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et- a second flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- une conduite 150 de recyclage du deuxième flux de gaz liquéfié initial sous- refroidi, en phase liquide, reliée à l’entrée pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide du premier échangeur thermique, le deuxième échangeur thermique étant configuré pour que, en sortie, le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, présente une température inférieure à la température du gaz liquéfié initial en sortie du détendeur, configurée pour que le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, en sortie du détendeur soit monophasique liquide. - a pipe 150 for recycling the second flow of sub-cooled initial liquefied gas, in the liquid phase, connected to the inlet for the flow of expanded gas recirculated in the liquid phase of the first heat exchanger, the second heat exchanger being configured so that, in outlet, the initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase, has a temperature lower than the temperature of the initial liquefied gas leaving the regulator, configured so that the initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase, in outlet of the regulator is monophasic liquid.
Le premier échangeur 105 thermique a pour fonction de sous-refroidir le gaz liquéfié initial, en entrée 110 du premier échangeur 105, par échange de chaleur avec le flux de gaz recirculé en phase liquide, en entrée 115 du premier échangeur 105. The first heat exchanger 105 has the function of sub-cooling the initial liquefied gas, at the inlet 110 of the first exchanger 105, by heat exchange with the flow of gas recirculated in the liquid phase, at the inlet 115 of the first exchanger 105.
En entrée du premier échangeur 105, le gaz initial est préférentiellement à l’état au moins partiellement liquide et, préférentiellement, intégralement à l’état liquide. Ainsi, le gaz liquéfié initial en entrée 110 du premier échangeur 105 est préférentiellement à une température inférieure à la température de bulle dudit gaz. At the inlet of the first exchanger 105, the initial gas is preferably in the at least partially liquid state and, preferably, entirely in the liquid state. Thus, the initial liquefied gas at the inlet 110 of the first exchanger 105 is preferably at a temperature lower than the bubble temperature of said gas.
Dans d’autres variantes, le gaz initial en entrée 110 du premier échangeur 105 est à l’état de vapeur. In other variants, the initial gas at the inlet 110 of the first exchanger 105 is in the vapor state.
Par rapport à la liquéfaction d’un cas classique, tel que représenté en figure 3, où un cycle externe de réfrigération est utilisé pour refroidir le gaz liquéfié à une température égale à une valeur TD et où à la détente finale une quantité de vapeur Xv, flash est générée, la présente invention consiste à pousser le sous-refroidissement jusqu’à une température telle que la séparation ou la détente finale ne génère aucune vapeur. Compared to the liquefaction of a classic case, as shown in Figure 3, where an external refrigeration cycle is used to cool the liquefied gas to a temperature equal to a value TD and where at the final expansion a quantity of vapor , flash is generated, the present invention is to push the subcooling up to a temperature such that the separation or final expansion does not generate any vapor.
Comme on le comprend, la plage principale de sous-refroidissement est ainsi réalisée à l’aide d’une fraction du gaz liquéfié final utilisé comme apport de froid. Cette fraction de gaz liquéfié est à la pression d’un stockage 101 et est donc la fraction qui est détournée du débit de remplissage du stockage 101 ; la valeur de cette fraction est typiquement égale (à quelques pourcents près) à Xv, flash, c’est-à-dire la fraction équivalente de vapeur qui est générée dans le cas standard lorsqu’on réalise la même détente, mais en partant d’un gaz liquéfié sous-refroidi seulement à la température TD. As can be understood, the main subcooling range is thus produced using a fraction of the final liquefied gas used as cold supply. This fraction of liquefied gas is at the pressure of a storage 101 and is therefore the fraction which is diverted from the filling flow of the storage 101; the value of this fraction is typically equal (to a few percent) to X v , flash, that is to say the equivalent fraction of steam which is generated in the standard case when the same expansion is carried out, but starting of a liquefied gas subcooled only to temperature TD.
Le deuxième échangeur 125 thermique a pour fonction de sous-refroidir le gaz liquéfié initial en sortie du premier échangeur 105 thermique au contact d’un fluide de refroidissement à une température déterminée de telle sorte que le gaz liquide en sortie du séparateur 145 soit monophasique et en phase liquide. The second heat exchanger 125 has the function of sub-cooling the initial liquefied gas leaving the first heat exchanger 105 in contact with a cooling fluid at a determined temperature such that the liquid gas leaving the separator 145 is single-phase and in liquid phase.
En entrée du deuxième échangeur 125, le gaz liquéfié initial est préférentiellement à l’état au moins partiellement liquide et, préférentiellement, intégralement à l’état liquide. Ainsi, le gaz liquéfié initial en entrée 130 du deuxième échangeur 125 est préférentiellement à une température inférieure à la température de bulle dudit gaz. At the inlet of the second exchanger 125, the initial liquefied gas is preferably in the at least partially liquid state and, preferably, entirely in the liquid state. Thus, the initial liquefied gas at the inlet 130 of the second exchanger 125 is preferably at a temperature lower than the bubble temperature of said gas.
Le séparateur 145 peut être de tout type adapté à la séparation d’une fraction d’un liquide dans un flux traversant ce séparateur 145. La proportion de deuxième flux à séparer du premier flux peut être une valeur constante ou une valeur déterminable en fonction, par exemple, du débit de gaz traversant le dispositif 100. The separator 145 can be of any type adapted to the separation of a fraction of a liquid in a flow passing through this separator 145. The proportion of second flow to be separated from the first flow can be a constant value or a value determinable depending on, for example, the gas flow passing through the device 100.
La conduite 150 de recyclage est, par exemple, de tout type adapté au transport du gaz mis en œuvre par le dispositif 100 en phase liquide. The recycling pipe 150 is, for example, of any type suitable for transporting the gas used by the device 100 in the liquid phase.
Cette plage de sous-refroidissement finale, assurant l’abaissement de la température du gaz liquéfié jusqu’à une température permettant de ne générer aucune vapeur lors de la séparation et/ou détente, est restreinte à un refroidissement de quelques degrés (typiquement cette plage s’étale sur moins de 10°C et préférentiellement moins de 5°C). Ce sous-refroidissement est réalisé, par exemple, à l’aide d’un cycle externe de réfrigération. Un tel cycle externe, dans le cas de la liquéfaction d’un gaz riche en méthane, peut être par exemple un cycle ouvert à l’azote liquide ou un cycle inverse de Brayton. Comme la plage de sous refroidissement est très restreinte, le surplus de consommation d’énergie par un procédé classique est très limité (de l’ordre de quelques pourcents de plus que la consommation d’énergie du cycle de refroidissement dans le cas standard représenté en figure 3). This final subcooling range, ensuring the lowering of the temperature of the liquefied gas to a temperature allowing no vapor to be generated during separation and/or expansion, is restricted to a cooling of a few degrees (typically this range spreads over less than 10°C and preferably less than 5°C). This subcooling is carried out, for example, using an external refrigeration cycle. Such an external cycle, in the case of the liquefaction of a gas rich in methane, can for example be a cycle open to liquid nitrogen or an inverse Brayton cycle. As the subcooling range is very limited, the excess energy consumption by a conventional process is very limited (of the order of a few percent more than the energy consumption of the cooling cycle in the standard case shown in Figure 3).
Le détendeur 155 est, par exemple, une vanne Joule-Thomson ou tout autre organe de détente ordinairement connut pour la détente d’un gaz liquéfié. Un tel stockage 101 est, par exemple, un réservoir adapté à la rétention et au transport de gaz naturel liquéfié. Lorsqu’un tel détendeur 155 est mis en œuvre, le dispositif 100 est configuré pour que, en sortie du détendeur 155, le gaz naturel liquéfié demeure monophasique et en phase liquide. The regulator 155 is, for example, a Joule-Thomson valve or any other expansion member ordinarily known for expanding a liquefied gas. Such storage 101 is, for example, a reservoir suitable for retaining and transporting liquefied natural gas. When such a regulator 155 is implemented, the device 100 is configured so that, at the outlet of the regulator 155, the liquefied natural gas remains single-phase and in the liquid phase.
Le dispositif 100 est configuré pour conserver un flux de gaz liquéfié totalement liquide depuis la sortie de l’échangeur 160 (soit au point D) jusqu’au réservoir de stockage 101. Ceci est réalisé par l’intermédiaire d’au moins deux échangeurs thermiques, 105 et 125, qui sous-refroidissent suffisamment le gaz liquéfié pour éviter toute génération de vapeur lors de la détente adiabatique dans le détendeur 140. La température qu’il faut atteindre en sortie du deuxième échangeur thermique 125, c’est- à-dire au point E”, pour éviter toute génération de vapeur jusqu’au stockage 101 dépend des pertes thermiques des canalisations à compenser, mais aussi du type de détente adiabatique dans l’organe 140. The device 100 is configured to maintain a flow of completely liquid liquefied gas from the outlet of the exchanger 160 (i.e. at point D) to the storage tank 101. This is achieved via at least two heat exchangers , 105 and 125, which subcool the liquefied gas sufficiently to avoid any generation of steam during adiabatic expansion in the expander 140. The temperature that must be reached at the outlet of the second heat exchanger 125, i.e. say at point E”, to avoid any generation of steam up to storage 101 depends on the thermal losses of the pipes to be compensated, but also on the type of adiabatic expansion in the organ 140.
Pour atteindre ce résultat, les paramètres opératoires de chaque élément du circuit, notamment les conduites, vannes, échangeurs de chaleur, détendeurs, stockages sont adaptés au cas d’usage notamment, la volumétrie, la teneur du gaz, la pression du gaz. To achieve this result, the operating parameters of each element of the circuit, in particular the pipes, valves, heat exchangers, regulators, storage are adapted to the use case in particular, the volumetry, the gas content, the gas pressure.
Il existe deux types de détente adiabatique (référence : Cryogenic Engineering, Second Edition Revised and expanded, Thomas M. Flynn). There are two types of adiabatic expansion (reference: Cryogenic Engineering, Second Edition Revised and expanded, Thomas M. Flynn).
Une détente dite isentropique qui donc requiert la récupération du travail de détente par exemple par l’intermédiaire d’un piston détendeur ou d’une turbine ; cette détente permet toujours de produire un refroidissement, par conséquent, pour ne pas générer de vapeur entre E” et dans le stockage 101 , le deuxième échangeur thermique est configuré pour que la température E” soit inférieure à la température de bulle à la pression dans le stockage 101 du gaz liquéfié. A so-called isentropic expansion which therefore requires the recovery of the expansion work, for example via an expansion piston or a turbine; this expansion always makes it possible to produce cooling, therefore, in order not to generate steam between E” and in the storage 101, the second heat exchanger is configured so that the temperature E” is lower than the bubble temperature at the pressure in storage 101 of liquefied gas.
Une détente dite isenthalpique ou détente Joule-Thomson requiert en pratique une vanne d’étranglement ou vanne Joule-Thomson. Bien que la plupart du temps ce genre de détente génère une baisse de température, pour tout corps et pour toute pression inférieure à la pression critique, il existe une température en dessous de laquelle la détente Joule-Thomson ne refroidit plus, mais peut réchauffer : c’est ce que l’on appelle la température d’inversion Joule-Thomson. A so-called isenthalpic expansion or Joule-Thomson expansion requires in practice a throttle valve or Joule-Thomson valve. Although most of the time this type of expansion generates a drop in temperature, for any body and for any pressure lower than the critical pressure, there exists a temperature below which the Joule-Thomson expansion no longer cools, but can heat up: this is what we call the Joule-Thomson inversion temperature.
Dans des modes de réalisation dans lesquels le détendeur 140 est une vanne de Joule-Thomson, et dans le cas du méthane, la température d’inversion Joule-Thomson à 20 bara est au moins supérieure à -153,2°C puisque la détente de 20 à 1 bara dans la vanne Joule-Thomson 140 provoque un réchauffement du méthane. In embodiments in which the expander 140 is a Joule-Thomson valve, and in the case of methane, the Joule-Thomson inversion temperature at 20 bara is at least greater than -153.2°C since the expansion from 20 to 1 bara in the Joule-Thomson 140 valve causes the methane to heat up.
Dans ces modes de réalisation, pour éviter, pour tous les fluides, toute génération de vapeur dans le stockage 101 , le deuxième échangeur thermique 125 est configuré pour compenser l’éventuel réchauffement du gaz liquéfié initial dans la vanne de Joule- Thomson. In these embodiments, to avoid, for all fluids, any generation of steam in the storage 101, the second heat exchanger 125 is configured to compensate for the possible heating of the initial liquefied gas in the Joule-Thomson valve.
La température maximale en entrée du deuxième échangeur thermique est obtenue par application du procédé ci-dessous : The maximum temperature at the inlet of the second heat exchanger is obtained by applying the process below:
Une pression Pmax est définie pour le gaz liquéfié initial. Dans des modes de réalisation, la pression Pmax correspond à la pression à l’entrée 110 pour flux de gaz liquéfié initial. Dans des modes de réalisations dans lesquels le dispositif 100 comporte un compresseur 185, la pression Pmax correspond à la pression maximale atteinte en sortie du compresseur 185. Cette pression est définie en fonction du type de compresseur 185 choisi. A pressure Pmax is defined for the initial liquefied gas. In embodiments, the pressure Pmax corresponds to the pressure at the inlet 110 for initial liquefied gas flow. In embodiments in which the device 100 includes a compressor 185, the pressure Pmax corresponds to the maximum pressure reached at the outlet of the compressor 185. This pressure is defined as a function of the type of compressor 185 chosen.
La température Tinv à partir de la laquelle le coefficient Joule-Thomson p s’annule est déterminé au moyen de la formule ci-dessous : (Formule 1 )
Figure imgf000016_0001
The temperature Tinv from which the Joule-Thomson coefficient p vanishes is determined using the formula below: (Formula 1)
Figure imgf000016_0001
Par exemple, la détermination de /z(T, P) est effectuée par simulation de procédé avec un outil commercial de type « Aspen Hysys » (marque déposée), ou par lecture dans les tables thermodynamiques. For example, the determination of /z(T, P) is carried out by process simulation with a commercial tool of the “Aspen Hysys” type (registered trademark), or by reading in the thermodynamic tables.
Si la température d’inversion Tinv est supérieure à la température de bulle du gaz liquéfié initial dans le stockage 101 à une pression de stockage prédéterminée dans le stockage 101 appelée « Tbulle (P101 ) », alors il y a un risque de réchauffement du gaz initial liquéfié lors de la détente 140. If the inversion temperature Tinv is greater than the bubble temperature of the initial liquefied gas in storage 101 at a predetermined storage pressure in storage 101 called “Tbubble (P101)”, then there is a risk of heating of the gas initial liquefied during expansion 140.
La température en entrée du deuxième échangeur thermique 125, appelée « TE- » est alors définie telle que : The temperature at the inlet of the second heat exchanger 125, called “TE-”, is then defined as:
TE” < Tbulle(P101 )-AT (Formule 2) AT correspond au réchauffement lors de détente dans la vanne Joule-Thomson 140 et correspond donc à l’intégrale du coefficient p entre les pressions amont (Pmax) et aval (P101 ) de la vanne. TE” < Tbubble(P101)-AT (Formula 2) AT corresponds to the heating during expansion in the Joule-Thomson 140 valve and therefore corresponds to the integral of the coefficient p between the upstream (Pmax) and downstream (P101) pressures of the valve.
Dans des modes de réalisation particuliers, le séparateur 145 est configuré pour que le deuxième flux de gaz représente entre 3% et 90% de la masse molaire du flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, en entrée du séparateur. In particular embodiments, the separator 145 is configured so that the second gas flow represents between 3% and 90% of the molar mass of the initial subcooled liquefied gas flow, in the liquid phase, at the inlet of the separator.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif 100 objet de la présente invention comporte, en amont du premier échangeur 105 thermique : In particular embodiments, the device 100 which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger 105:
- un troisième échangeur 160 thermique de refroidissement, comportant : une entrée 165 pour flux de gaz initial, agissant en source chaude dans le troisième échangeur thermique, - a third cooling heat exchanger 160, comprising: an inlet 165 for initial gas flow, acting as a hot source in the third heat exchanger,
- une entrée 170 pour flux de fluide de refroidissement, agissant en source froide dans le premier échangeur thermique ; ce flux 170 pouvant par exemple faire partie d’un cycle de refroidissement de type Brayton inverse et - an inlet 170 for cooling fluid flow, acting as a cold source in the first heat exchanger; this flow 170 can for example be part of an inverse Brayton type cooling cycle and
- une sortie 175 pour flux de gaz liquéfié initial et - an outlet 175 for initial liquefied gas flow and
- une conduite 180 de fourniture du flux de gaz liquéfié initial à l’entrée 110 pour flux de gaz liquéfié initial du premier échangeur 105 thermique. - a pipe 180 for supplying the initial liquefied gas flow to the inlet 110 for the initial liquefied gas flow of the first heat exchanger 105.
Le troisième échangeur 160 thermique a pour fonction de réduire la quantité de gaz liquéfié détourné pour réaliser le sous-refroidissement dans le premier échangeur 105 thermique. The third heat exchanger 160 has the function of reducing the quantity of liquefied gas diverted to achieve subcooling in the first heat exchanger 105.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif 100 objet de la présente invention comporte, en amont du premier échangeur 105 thermique, un compresseur 185 du flux de gaz initial. In particular embodiments, the device 100 which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger 105, a compressor 185 of the initial gas flow.
Un tel compresseur 185 peut être de tout type adapté pour le gaz initial à liquéfier. Un tel compresseur 185 est, par exemple, un compresseur centrifuge. Such a compressor 185 can be of any type suitable for the initial gas to be liquefied. Such a compressor 185 is, for example, a centrifugal compressor.
Dans des variantes, la conduite 150 de recyclage est configurée pour être reliée au compresseur 185 de sorte que, après échange dans le premier échangeur 105 thermique, la fraction séparée dans le séparateur 145 soit fournie au compresseur 185. Cette fraction est alors partiellement liquide, partiellement vaporisée ou globalement vaporisée. In variants, the recycling line 150 is configured to be connected to the compressor 185 so that, after exchange in the first heat exchanger 105, the fraction separated in the separator 145 is supplied to the compressor 185. This fraction is then partially liquid, partially vaporized or generally vaporized.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif 100 objet de la présente invention comporte, en amont du premier échangeur 105 thermique, un épurateur 190 du flux de gaz initial. La nature et les paramètres opératoires de l’épurateur 190 dépendent du type d’impuretés à retirer du flux de gaz initial. Un tel épurateur 190 peut être un filtre à charbons actifs ou un évaporateur, par exemple. In particular embodiments, the device 100 which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger 105, a purifier 190 of the initial gas flow. The nature and operating parameters of the purifier 190 depend on the type of impurities to be removed from the initial gas flow. Such a purifier 190 can be an activated carbon filter or an evaporator, for example.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif 100 objet de la présente invention comporte, en amont du premier échangeur 105 thermique, un échangeur 195 de chaleur configuré pour agir sur le flux de gaz initial. In particular embodiments, the device 100 which is the subject of the present invention comprises, upstream of the first heat exchanger 105, a heat exchanger 195 configured to act on the initial gas flow.
L’échangeur 195 de chaleur est, par exemple, configuré pour pré-refroidir le gaz initial en amont de la mise en œuvre par le troisième échangeur 160 thermique ou le premier échangeur 105 thermique. The heat exchanger 195 is, for example, configured to pre-cool the initial gas upstream of implementation by the third heat exchanger 160 or the first heat exchanger 105.
Dans des modes de réalisation particuliers, le dispositif 100 objet de la présente invention comporte, en aval du premier échangeur 105 thermique, un échangeur 200 de chaleur configuré pour agir sur le flux de gaz recyclé. In particular embodiments, the device 100 which is the subject of the present invention comprises, downstream of the first heat exchanger 105, a heat exchanger 200 configured to act on the flow of recycled gas.
L’échangeur 200 de chaleur est, par exemple, configuré pour collecter des frigories du gaz recyclé. The heat exchanger 200 is, for example, configured to collect frigories of the recycled gas.
On observe, en figure 2, schématiquement, un mode de réalisation du procédé 300 objet de la présente invention. Ce procédé 300 de sous-refroidissement d’un flux de gaz liquéfié comporte : We observe, in Figure 2, schematically, an embodiment of the method 300 which is the subject of the present invention. This process 300 for subcooling a flow of liquefied gas comprises:
- une première étape 305 d’échange thermique de sous-refroidissement intermédiaire, comportant : - a first step 305 of intermediate subcooling heat exchange, comprising:
- une étape 310 d’entrée pour flux de gaz liquéfié initial, agissant en source chaude, - an entry step 310 for initial liquefied gas flow, acting as a hot source,
- une étape 315 d’entrée pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide, agissant en source froide et - an input step 315 for a flow of expanded gas recirculated in the liquid phase, acting as a cold source and
- une étape 320 de sortie pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, - an outlet step 320 for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase,
- une deuxième étape 325 d’échange thermique de sous-refroidissement final, comportant : - a second stage 325 of final subcooling heat exchange, comprising:
- une étape 330 d’entrée pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, agissant en source chaude, - an entry step 330 for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase, acting as a hot source,
- une étape d’entrée 335 pour fluide de sous-refroidissement, agissant en source froide et - an inlet stage 335 for sub-cooling fluid, acting as a cold source and
- une étape 340 de sortie pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, - une étape de détente 355 du flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, le flux de gaz en sortie étant monophasique liquide, - an outlet step 340 for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase, - a stage of expansion 355 of the initial subcooled liquefied gas flow, in the liquid phase, the outlet gas flow being liquid monophasic,
- une étape 345 de séparation, pour former deux flux : - a separation step 345, to form two flows:
- un premier flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et - a first flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- un deuxième flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et- a second flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- une étape 350 de recyclage du deuxième flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, vers l’étape d’entrée pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide de la première étape d’échange thermique, la deuxième étape d’échange thermique étant configurée pour que, en sortie, le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, présente une température inférieure à la température du gaz liquéfié initial en sortie du détendeur, configurée pour que le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, en sortie de l’étape de détente soit monophasique. - a step 350 of recycling the second flow of initial subcooled liquefied gas, in the liquid phase, towards the inlet step for the flow of expanded gas recirculated in the liquid phase of the first heat exchange step, the second step of heat exchange being configured so that, at the outlet, the subcooled initial liquefied gas flow, in the liquid phase, has a temperature lower than the temperature of the initial liquefied gas leaving the regulator, configured so that the initial liquefied gas flow subcooled, in the liquid phase, at the outlet of the expansion stage is monophasic.
On observe également, en figure 2, une étape 301 amont de traitement et de liquéfaction d’un gaz naturel à liquéfier, cette étape 301 correspondant, par exemple, à au moins un traitement réalisé sur le gaz en amont du réacteur 105 thermique dans la figure 1 . We also observe, in Figure 2, an upstream step 301 of treatment and liquefaction of a natural gas to be liquefied, this step 301 corresponding, for example, to at least one treatment carried out on the gas upstream of the thermal reactor 105 in the figure 1 .
Des modes de réalisations du procédé 300 objet de la présente invention sont décrits en regard du dispositif 100 tel que décrit en regard de la figure 1. Embodiments of the method 300 which is the subject of the present invention are described with reference to the device 100 as described with reference to Figure 1.
Le tableau récapitulatif suivant illustre un exemple opératoire, non limitatif, comparatif entre l’approche actuelle, représentée en figure 3, et l’approche de la présente invention, représentée en figures 1 et 2. En entrée, le gaz à liquéfier est ici considéré comme comportant de la vapeur de GNL, dite BOG (pour « Boil off gas », ou gaz d’évaporation), à basse pression et composé de 100% de méthane. The following summary table illustrates a non-limiting, comparative operational example between the current approach, shown in Figure 3, and the approach of the present invention, shown in Figures 1 and 2. As an input, the gas to be liquefied is here considered as comprising LNG vapor, called BOG (for “Boil off gas”, or evaporation gas), at low pressure and composed of 100% methane.
Dans cet exemple : In this example:
- la température de bulle au point D est de -108 °C et - the bubble temperature at point D is -108 °C and
- le ratio massique de la part dirigée vers le point F sur la masse dirigée vers le réservoir est de 30%. - the mass ratio of the part directed towards point F to the mass directed towards the tank is 30%.
Dans cet exemple, la différence de température à combler par l’approche représentée en figures 2 et 3 au niveau des échangeurs thermiques est moindre, en particulier dans le deuxième échangeur entre E’ et E” où le surplus de refroidissement à apporter n’est que de 0,9°C. In this example, the temperature difference to be filled by the approach shown in Figures 2 and 3 at the level of the heat exchangers is less, in particular in the second exchanger between E' and E” where the excess cooling to be provided is not than 0.9°C.
[Tableau 1]
Figure imgf000020_0001
[Table 1]
Figure imgf000020_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (100) de sous-refroidissement d’un flux de gaz liquéfié, caractérisé en ce qu’il comporte : 1. Device (100) for subcooling a flow of liquefied gas, characterized in that it comprises:
- un premier échangeur (105) thermique de sous-refroidissement intermédiaire, comportant : - a first intermediate subcooling thermal exchanger (105), comprising:
- une entrée (110) pour flux de gaz liquéfié initial, agissant en source chaude dans le premier échangeur thermique, - an inlet (110) for initial liquefied gas flow, acting as a hot source in the first heat exchanger,
- une entrée (115) pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide, agissant en source froide dans le premier échangeur thermique et - an inlet (115) for a flow of expanded gas recirculated in the liquid phase, acting as a cold source in the first heat exchanger and
- une sortie (120) pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide,- an outlet (120) for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase,
- un deuxième échangeur (125) thermique de sous-refroidissement final, comportant : - a second heat exchanger (125) for final subcooling, comprising:
- une entrée (130) pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, agissant en source chaude dans le deuxième échangeur thermique, - an inlet (130) for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase, acting as a hot source in the second heat exchanger,
- une entrée (135) pour fluide de sous-refroidissement en source froide dans le deuxième échangeur thermique et - an inlet (135) for sub-cooling fluid in the cold source in the second heat exchanger and
- une sortie (140) pour flux de gaz liquéfié initial, sous-refroidi, en phase liquide sous-refroidi, - an outlet (140) for initial liquefied gas flow, subcooled, in subcooled liquid phase,
- un détendeur (155) du flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, le flux de gaz liquéfié en sortie du détendeur étant monophasique liquide, - a regulator (155) of the initial subcooled liquefied gas flow, in the liquid phase, the liquefied gas flow leaving the regulator being liquid single-phase,
- un séparateur (145), en aval du détendeur (155) configuré pour former deux flux : - a separator (145), downstream of the regulator (155) configured to form two flows:
- un premier flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et - a first flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- un deuxième flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et- a second flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- une conduite (150) de recyclage du deuxième flux de gaz liquéfié initial sous- refroidi, en phase liquide, reliée à l’entrée pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide du premier échangeur thermique, le deuxième échangeur thermique étant configuré pour que, en sortie, le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, présente une température inférieure à la température du gaz liquéfié initial en sortie du détendeur, configurée pour que le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, en sortie du détendeur soit monophasique liquide. - a pipe (150) for recycling the second flow of sub-cooled initial liquefied gas, in the liquid phase, connected to the inlet for the flow of expanded gas recirculated in the liquid phase of the first heat exchanger, the second heat exchanger being configured so that , at the outlet, the subcooled initial liquefied gas flow, in the liquid phase, has a temperature lower than the temperature of the initial liquefied gas leaving the regulator, configured so that the subcooled initial liquefied gas flow, in the liquid phase , at the outlet of the regulator is monophasic liquid.
2. Dispositif (100) selon la revendication 1 , dans lequel le séparateur (145) est configuré pour que le deuxième flux de gaz représente entre 3% et 90% de la masse molaire du flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, en entrée du séparateur. 2. Device (100) according to claim 1, wherein the separator (145) is configured so that the second gas flow represents between 3% and 90% of the molar mass of the initial subcooled liquefied gas flow, in phase liquid, entering the separator.
3. Dispositif (100) selon l’une des revendications 1 ou 2, qui comporte en amont du premier échangeur (105) thermique : 3. Device (100) according to one of claims 1 or 2, which comprises upstream of the first heat exchanger (105):
- un troisième échangeur (160) thermique de refroidissement, comportant :- a third heat exchanger (160) for cooling, comprising:
- une entrée (165) pour flux de gaz initial, agissant en source chaude dans le troisième échangeur thermique, - an inlet (165) for initial gas flow, acting as a hot source in the third heat exchanger,
- une entrée (170) pour flux de fluide de refroidissement, agissant en source froide dans le premier échangeur thermique et - an inlet (170) for cooling fluid flow, acting as a cold source in the first heat exchanger and
- une sortie (175) pour flux de gaz liquéfié initial et - an outlet (175) for initial liquefied gas flow and
- une conduite (180) de fourniture du flux de gaz liquéfié initial à l’entrée pour flux de gaz liquéfié initial du premier échangeur thermique. - a pipe (180) for supplying the initial liquefied gas flow to the inlet for the initial liquefied gas flow of the first heat exchanger.
4. Dispositif (100) selon l’une des revendications 1 à 3, qui comporte, en amont du premier échangeur (105) thermique, un compresseur (185) du flux de gaz liquéfié initial. 4. Device (100) according to one of claims 1 to 3, which comprises, upstream of the first heat exchanger (105), a compressor (185) of the initial liquefied gas flow.
5. Dispositif (100) selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte, en amont du premier échangeur (105) thermique, un épurateur (190) du flux de gaz initial. 5. Device (100) according to one of claims 1 to 4, which comprises, upstream of the first heat exchanger (105), a purifier (190) of the initial gas flow.
6. Dispositif (100) selon l’une des revendications 1 à 5, qui comporte, en amont du premier échangeur (105) thermique, un échangeur (195) de chaleur configuré pour agir sur le flux de gaz liquéfié initial. 6. Device (100) according to one of claims 1 to 5, which comprises, upstream of the first heat exchanger (105), a heat exchanger (195) configured to act on the initial liquefied gas flow.
7. Dispositif (100) selon l’une des revendications 1 à 6, qui comporte, en aval du premier échangeur (105) thermique, un échangeur (200) de chaleur configuré pour agir sur le flux de gaz recirculé. 7. Device (100) according to one of claims 1 to 6, which comprises, downstream of the first heat exchanger (105), a heat exchanger (200) configured to act on the flow of recirculated gas.
8. Dispositif (100) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le deuxième échangeur thermique (125) est configuré pour que la température du gaz initial liquéfié en sortie dudit deuxième échangeur thermique soit inférieure à la température de bulle à la pression dans le stockage (101 ) du gaz liquéfié initial. 8. Device (100) according to one of claims 1 to 7, wherein the second heat exchanger (125) is configured so that the temperature of the initial liquefied gas leaving said second heat exchanger is lower than the bubble temperature at the pressure in the storage (101) of the initial liquefied gas.
9. Dispositif (100) selon la revendication 8, dans lequel le détendeur (155) est une vanne de Joule-Thompson dont l’action sur le gaz initial liquéfié entraine une augmentation de température et dans lequel le deuxième échangeur thermique (125) est configuré pour que la température du gaz initial liquéfié en sortie dudit deuxième échangeur thermique soit inférieure à la température de bulle à la pression dans le stockage (101 ) du gaz liquéfié initial auquel est soustraite l’augmentation de température dans la vanne. 9. Device (100) according to claim 8, in which the regulator (155) is a Joule-Thompson valve whose action on the initial liquefied gas causes an increase in temperature and in which the second heat exchanger (125) is configured so that the temperature of the initial liquefied gas leaving said second heat exchanger is lower than the bubble temperature at the pressure in the storage (101) of the initial liquefied gas from which the temperature increase in the valve is subtracted.
10. Procédé (300) de sous-refroidissement d’un flux de gaz liquéfié, caractérisé en ce qu’il comporte : 10. Process (300) for subcooling a flow of liquefied gas, characterized in that it comprises:
- une première étape (305) d’échange thermique de sous-refroidissement intermédiaire, comportant : - a first step (305) of intermediate subcooling heat exchange, comprising:
- une étape (310) d’entrée pour flux de gaz liquéfié initial, agissant en source chaude, - an entry step (310) for initial liquefied gas flow, acting as a hot source,
- une étape (315) d’entrée pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide, en source froide et - an input step (315) for a flow of expanded gas recirculated in the liquid phase, in a cold source and
- une étape (320) de sortie pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, - an outlet step (320) for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase,
- une deuxième étape (325) d’échange thermique de sous-refroidissement final, comportant : - a second stage (325) of final subcooling heat exchange, comprising:
- une étape (330) d’entrée pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, agissant en source chaude, - an input step (330) for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase, acting as a hot source,
- une étape d’entrée (335) pour fluide de sous-refroidissement agissant en source froide et - an entry stage (335) for sub-cooling fluid acting as a cold source and
- une étape (340) de sortie pour flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, - an outlet step (340) for initial subcooled liquefied gas flow, in liquid phase,
- une étape de détente (355) du flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, le flux de gaz liquéfié en sortie étant monophasique liquide, - une étape (345) de séparation, pour former deux flux : - a stage of expansion (355) of the initial subcooled liquefied gas flow, in the liquid phase, the outlet liquefied gas flow being liquid monophasic, - a separation step (345), to form two flows:
- un premier flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et - a first flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- un deuxième flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, et- a second flow of initial subcooled liquefied gas, in liquid phase, and
- une étape (350) de recyclage du deuxième flux de gaz liquéfié initial sous- refroidi, en phase liquide, vers l’étape d’entrée pour flux de gaz détendu recirculé en phase liquide de la première étape d’échange thermique, la deuxième étape d’échange thermique étant configurée pour que, en sortie, le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, présente une température inférieure à la température du gaz liquéfié initial en sortie du détendeur, configurée pour que le flux de gaz liquéfié initial sous-refroidi, en phase liquide, en sortie de l’étape de détente soit monophasique. - a step (350) of recycling the second flow of sub-cooled initial liquefied gas, in the liquid phase, towards the inlet step for the flow of expanded gas recirculated in the liquid phase of the first heat exchange step, the second heat exchange step being configured so that, at the outlet, the subcooled initial liquefied gas flow, in liquid phase, has a temperature lower than the temperature of the initial liquefied gas leaving the regulator, configured so that the gas flow initial liquefied subcooled, in liquid phase, at the outlet of the expansion stage is monophasic.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0573074A2 (en) 1992-06-05 1993-12-08 Praxair Technology, Inc. Improved liquefier process
US5931021A (en) * 1997-06-24 1999-08-03 Shnaid; Isaac Straightforward method and once-through apparatus for gas liquefaction
EP2185877A1 (en) 2007-08-24 2010-05-19 ExxonMobil Upstream Research Company Natural gas liquefaction process
WO2019145643A1 (en) 2018-01-23 2019-08-01 Gaztransport Et Technigaz Cryogenic heat pump and use thereof in the treatment of liquefied gas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0573074A2 (en) 1992-06-05 1993-12-08 Praxair Technology, Inc. Improved liquefier process
US5931021A (en) * 1997-06-24 1999-08-03 Shnaid; Isaac Straightforward method and once-through apparatus for gas liquefaction
EP2185877A1 (en) 2007-08-24 2010-05-19 ExxonMobil Upstream Research Company Natural gas liquefaction process
WO2019145643A1 (en) 2018-01-23 2019-08-01 Gaztransport Et Technigaz Cryogenic heat pump and use thereof in the treatment of liquefied gas

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", 16 September 2013, WILEY-VCH, Weinheim, ISBN: 978-3-527-30673-2, article WINDMEIER CHRISTOPH ET AL: "Cryogenic Technology", pages: 1 - 72, XP093117109, DOI: 10.1002/14356007.b03_20.pub2 *

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