[0001] La présente invention concerne un procédé de production d'un courant riche en méthane
et d'un courant riche en hydrocarbures en C
2+ à partir d'un courant d'alimentation contenant des hydrocarbures, selon le préambule
de la revendication 1.
[0002] L'Article « Texas plant retrofit improves throughput, C2 recovery » décrit un procédé
de séparation comportant deux turbines de détente dynamique en parallèle.
[0003] US 6 526 777 décrit un procédé selon le préambule de la revendication 1.
[0004] Un tel procédé est destiné à extraire des hydrocarbures en C
2+, comme notamment l'éthylène, l'éthane, le propylène, le propane et des hydrocarbures
plus lourds, à partir notamment de gaz naturel, de gaz de raffinerie ou de gaz synthétique
obtenu à partir d'autres sources hydrocarbonées telles que le charbon, l'huile brute,
le naphta.
[0005] Le gaz naturel contient généralement une majorité de méthane et d'éthane constituant
au moins 50% en moles du gaz. Il contient également en quantité plus négligeable des
hydrocarbures plus lourds, tels que le propane, le butane, le pentane. Dans certains
cas, il contient également de l'hélium, de l'hydrogène, de l'azote et du dioxyde de
carbone.
[0006] Il est nécessaire de séparer les hydrocarbures lourds du gaz naturel pour répondre
à au moins deux impératifs.
[0007] Tout d'abord, économiquement, les hydrocarbures en C
2+, et notamment l'éthane, le propane et le butane peuvent être valorisés. En outre,
la demande en liquides de gaz naturel en tant que charge pour l'industrie pétrochimique
augmente continûment et devrait continuer à augmenter dans les prochaines années.
[0008] En outre, pour des raisons de procédé, il est souhaitable de séparer les hydrocarbures
lourds afin d'éviter qu'ils ne condensent au cours du transport et/ou de la manipulation
des gaz. Ceci permet d'éviter des incidents tels que l'arrivée de bouchons liquides
dans les installations de transport ou de traitement conçues pour des effluents gazeux.
[0009] Pour séparer les hydrocarbures en C
2+ du gaz naturel, il est connu d'utiliser un procédé d'absorption à l'huile qui permet
de récupérer jusqu'à 90% du propane et jusqu'à environ 40% de l'éthane.
[0010] Pour atteindre des taux de récupération plus élevés, les procédés d'expansion cryogénique
sont utilisés.
[0011] Dans un procédé d'expansion cryogénique connu, une partie du courant d'alimentation
contenant les hydrocarbures est utilisée pour les rebouilleurs secondaires d'une colonne
de séparation du méthane.
[0012] Puis, les différents effluents, après condensation partielle, sont combinés pour
alimenter un séparateur gaz-liquide.
[0013] Comme décrit dans
US 5,555,748, le courant léger obtenu en tête du séparateur est divisé en une première fraction
d'alimentation de colonne, qui est condensée avant d'être envoyée vers l'alimentation
de tête de la colonne de distillation et en une seconde fraction qui est envoyée vers
une turbine de détente dynamique avant d'être introduite dans la colonne de distillation.
[0014] Ce procédé présente l'avantage d'être facile à démarrer et d'offrir une flexibilité
opératoire importante, combinée à une bonne efficacité et à une bonne sûreté.
[0015] Toutefois, les contraintes économiques nécessitent d'augmenter encore l'efficacité
du procédé tout en conservant un rendement d'extraction d'éthane très élevé. Il est
en outre nécessaire de minimiser l'encombrement des installations et de réduire, voire
de supprimer l'apport en réfrigérants externes tels que le propane, notamment pour
la mise en oeuvre du procédé sur des installations flottantes ou dans des zones sensibles
en terme de sécurité.
[0016] Un but de l'invention est donc d'obtenir un procédé de production qui permet de séparer
un courant d'alimentation contenant des hydrocarbures en un courant riche en hydrocarbures
en C
2+ et en un courant riche en méthane, de manière très économique, peu encombrante et
très efficace.
[0017] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé selon la revendication 1.
[0018] Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques
des revendications 2 à 13 ou la caractéristique suivante:
- la température de la partie de la deuxième fraction du courant d'alimentation introduite
dans la deuxième turbine de détente dynamique est supérieure à la température de la
fraction d'alimentation de turbine introduite dans la première turbine de détente
dynamique ;
[0019] L'invention a en outre pour objet une installation de production d'un courant riche
en méthane et d'un courant riche en hydrocarbures en C
2+ à partir d'un courant d'alimentation contenant des hydrocarbures, selon la revendication
14.
[0020] L'installation selon l'invention peut comprendre la caractéristique de la revendication
15.
[0021] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée
uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels
:
- la Figure 1 est un schéma synoptique fonctionnel d'une première installation de production
destinée à la mise en oeuvre d'un premier procédé selon l'invention ;
- la Figure 2 est un schéma synoptique fonctionnel d'une deuxième installation de production
destinée à la mise en oeuvre d'un deuxième procédé selon l'invention ;
- la Figure 3 est un schéma synoptique fonctionnel d'une troisième installation de production
destinée à la mise en oeuvre d'un cinquième procédé selon l'invention ;
- la Figure 4 est un schéma synoptique fonctionnel d'une quatrième installation de production
destinée à la mise en oeuvre d'un sixième procédé selon l'invention ;
- la Figure 5 est un schéma synoptique fonctionnel d'une cinquième installation de production
destinée à la mise en oeuvre d'un septième procédé selon l'invention ;
- la Figure 6 est un schéma synoptique fonctionnel d'une sixième installation de production
destinée à la mise en oeuvre d'un huitième procédé selon l'invention.
[0022] Dans tout ce qui suit, on désignera par les mêmes références un courant circulant
dans une conduite et la conduite qui le transporte.
[0023] En outre, sauf indication contraire, les pourcentages cités sont des pourcentages
molaires et les pressions sont données en bars absolus.
[0024] Dans les exemples simulés numériquement, le rendement de chaque compresseur est choisi
comme étant de 82% polytropique et le rendement de chaque turbine est de 85% adiabatique.
[0025] De même, les colonnes de distillation décrites utilisent des plateaux mais elles
peuvent également utiliser du garnissage vrac ou structuré. Une combinaison de plateaux
et de garnissage est également possible. Les turbines additionnelles décrites entraînent
des compresseurs mais elles peuvent également entraîner des générateurs électriques
à fréquence variable dont l'électricité produite peut être utilisée dans le réseau
par l'intermédiaire d'un convertisseur de fréquence. Les courants dont la température
est supérieure à l'ambiante sont décrits comme étant refroidis par des aéro-réfrigérants.
En variante, il est possible d'utiliser des échangeurs à eau par exemple à eau douce
ou à eau de mer.
[0026] La Figure 1 illustre une première installation 10 de production d'un courant 12 riche
en méthane et d'une coupe 14 riche en hydrocarbures en C
2+ selon l'invention, à partir d'un courant gazeux 16 d'alimentation.
[0027] Le courant gazeux 16 est un courant de gaz naturel, un courant de gaz de raffinerie,
ou un courant de gaz synthétique obtenu à partir d'une source hydrocarbonée telle
que du charbon, de l'huile brute, du naphta. Dans l'exemple représenté sur les Figures,
le courant 16 est un courant de gaz naturel déshydraté.
[0028] Le procédé et l'installation 10 s'appliquent avantageusement à la construction d'une
nouvelle unité de récupération de méthane et d'éthane.
[0029] L'installation 10 comprend, d'amont en aval, un premier échangeur thermique 20, un
premier ballon séparateur 22 et une première turbine de détente dynamique 26, propre
à produire du travail lors de la détente d'un courant passant à travers la turbine.
[0030] Selon l'invention, l'installation 10 comprend en outre un deuxième échangeur thermique
28, une première colonne de distillation 30, un premier compresseur 32 accouplé à
la première turbine de détente dynamique 26, un premier réfrigérant 34, un deuxième
compresseur 36, un deuxième réfrigérant 38, et une pompe de fond de colonne 39.
[0031] Selon l'invention, l'installation 10 comprend en outre une deuxième turbine de détente
dynamique 40 et un troisième compresseur 41 accouplé à la deuxième turbine de détente
dynamique 40.
[0032] Un premier procédé de production selon l'invention, mis en oeuvre dans l'installation
10 va maintenant être décrit.
[0033] A titre d'exemple, le courant d'alimentation 16 est formé d'un gaz naturel déshydraté
qui comprend, en moles, 2,06% d'azote, 83,97% de méthane, 6,31% d'éthane, 3,66% de
propane, 0,70% d'isobutane, 1,50% de n-butane, 0,45% d'isopentane, 0,83% de n-pentane
et 0,51% de dioxyde de carbone.
[0034] Le courant d'alimentation 16 présente plus généralement en moles entre 5 % et 15
% d'hydrocarbures en C
2+ à extraire et entre 75 % et 90 % de méthane.
[0035] Par « gaz déshydraté », on entend un gaz dont la teneur en eau est la plus basse
possible et est notamment inférieure à 1 ppm.
[0036] Le courant d'alimentation 16 présente une pression supérieure à 35 bars, notamment
supérieure à 50 bars et une température voisine de la température ambiante et notamment
sensiblement égale à 30 °C. Le débit du courant d'alimentation est dans cet exemple
de 15 000 kmoles/heure.
[0037] Le courant d'alimentation 16 est tout d'abord divisé en une première fraction 41A
de courant d'alimentation et en une deuxième fraction 41B de courant d'alimentation.
[0038] Le rapport du débit molaire de la première fraction 41A à la deuxième fraction 41B
est par exemple supérieur à 2 et est notamment compris entre 2 et 15.
[0039] Dans l'exemple représenté, la première fraction 41A est introduite dans le premier
échangeur thermique 20 où elle est refroidie et partiellement condensée pour former
une fraction 42 de courant d'alimentation refroidi.
[0040] La température de la fraction 42 est inférieure à -10°C et est notamment égale à
- 26,7°C. Puis, la fraction refroidie 42 est introduite dans le premier ballon séparateur
22.
[0041] La teneur en liquide de la fraction refroidie 42 est inférieure à 50% molaire.
[0042] Un courant léger de tête 44 gazeux et un courant lourd de pied 45 liquide sont extraits
du premier ballon séparateur 22.
[0043] Dans cet exemple, le courant gazeux 44 est divisé en une fraction minoritaire 46
d'alimentation de colonne et en une fraction majoritaire 48 d'alimentation de turbine.
Le rapport du débit molaire de la fraction majoritaire 48 à la fraction minoritaire
46 est supérieur à 2.
[0044] La fraction d'alimentation de colonne 46 est introduite dans le deuxième échangeur
thermique 28 pour y être totalement liquéfiée et sous-refroidie. Elle forme une fraction
d'alimentation de colonne refroidie 49. Cette fraction 49 est détendue dans une première
vanne de détente statique 50 pour former une fraction détendue 52 introduite en reflux
dans la première colonne de distillation 30.
[0045] La température de la fraction détendue 52 obtenue après passage dans la vanne 50
est inférieure à -70°C et est notamment égale à -111°C.
[0046] La pression de la fraction détendue 52 est en outre sensiblement égale à la pression
d'opération de la colonne 30 qui est inférieure à 40 bars et notamment comprise entre
10 bars et 30 bars, avantageusement égale à 17 bars.
[0047] La fraction 52 est introduite dans une partie haute de la colonne 30 à un niveau
N1, situé au premier étage en partant du haut de la colonne 30.
[0048] La fraction d'alimentation de turbine 48 est introduite dans la première turbine
de détente dynamique 26. Elle subit une expansion dynamique jusqu'à une pression P1
proche de la pression d'opération de la colonne 30 pour former une première fraction
d'alimentation détendue 54 qui présente une température inférieure à -50°C, notamment
égale à -79°C.
[0049] L'expansion de la fraction d'alimentation 48 dans la première turbine 26 permet de
récupérer 3574 kW d'énergie qui refroidissent la fraction 48.
[0050] La première fraction détendue 54, qui est l'effluent issu de la première turbine
26 de détente dynamique constitue un premier courant de reflux refroidi 56.
[0051] La teneur en liquide du courant de reflux refroidi 56 est supérieure à 5% molaire.
[0052] Le courant de reflux refroidi 56 est introduit dans une partie moyenne de la colonne
30 située sous la partie supérieure, à un niveau N2 inférieur au niveau N1, et correspondant
dans cet exemple au sixième étage en partant du haut de la colonne 30.
[0053] Le courant lourd liquide 45 récupéré au fond du premier ballon séparateur 22 est
détendu dans une deuxième vanne de détente statique 58 pour former un courant lourd
détendu 60.
[0054] La pression du courant lourd détendu 60 est inférieure à 50 bars et est notamment
sensiblement égale à la pression de la colonne 30. La température du courant lourd
détendu 60 est inférieure à -30°C et est notamment sensiblement égale à - 48°C.
[0055] Le courant lourd liquide 45 est introduit en totalité dans la colonne 30 après sa
détente dans la vanne 58, sans passer par le premier échangeur thermique 20. Ainsi,
le courant lourd liquide 45 avant son passage dans la vanne 58 et le courant lourd
détendu 60 n'entrent pas en relation d'échange thermique avec le courant d'alimentation
16, ni avec les fractions 41A, 41B de ce courant d'alimentation 16.
[0056] En particulier, le courant lourd 45 ne passe pas dans l'échangeur thermique 20 entre
la sortie du ballon 22 et l'entrée de la colonne 30.
[0057] Un premier courant de rebouillage 74 est prélevé au voisinage du fond de la colonne
30 à une température supérieure à -3°C et notamment sensiblement égale à 9,6°C, à
un niveau N6 situé sous le niveau N3, avantageusement au vingt-et-unième étage en
partant du haut de la colonne 30.
[0058] Le premier courant 74 est amené jusqu'au premier échangeur thermique 20 où il est
réchauffé jusqu'à une température supérieure à 3°C et notamment égale à 16,3°C avant
d'être renvoyé à un niveau N7 correspondant au vingt-deuxième étage en partant du
haut de la colonne 30.
[0059] Un deuxième courant de rebouillage 76 est prélevé à un niveau N8 situé au-dessus
du niveau N6 et en dessous du niveau N3, avantageusement au dix-septième étage en
partant du haut de la colonne. Le deuxième courant de rebouillage 76 est introduit
dans le premier échangeur thermique 20 pour y être réchauffé jusqu'à une température
supérieure à -8°C et notamment égale à - 4,1°C. Il est ensuite renvoyé dans la colonne
30 à un niveau N9 situé sous le niveau N8 et au-dessus du niveau N6, avantageusement
au dix-huitième étage en partant du haut de la colonne 30.
[0060] Un troisième courant de rebouillage 78 est prélevé à un niveau N10 situé sous le
niveau N3 et au-dessus du niveau N8, avantageusement au treizième étage en partant
du haut de la colonne 30. Le troisième courant de rebouillage 78 est ensuite amené
jusqu'au premier échangeur thermique 20 où il est réchauffé jusqu'à une température
supérieure à -30°C et notamment égale à -19°C avant d'être renvoyé à un niveau N11
de la colonne 30 situé sous le niveau N10 et situé au-dessus du niveau N8, avantageusement
au quatorzième étage en partant du haut de la colonne 30.
[0061] Ainsi, le courant 52 est introduit dans la partie haute de la colonne 30 qui s'étend
à partir d'une hauteur supérieure à 35% de la hauteur de la colonne 30, alors que
le courant 60 est introduit dans une partie moyenne qui s'étend sous la partie haute.
[0062] La colonne 30 produit en pied un courant liquide 82 de fond de colonne. Le courant
82 de fond de colonne présente une température supérieure à 4°C et notamment égale
à 16,3°C.
[0063] Ainsi, le courant de fond 82 contient en mole 1,17% de dioxyde de carbone, 0,00%
d'azote, 0,43% de méthane, 42,89% d'éthane, 28,40% de propane, 5,51% de i-butane,
11,66% de n-butane, 3,47% de i-pentane, 6,46% de n-pentane.
[0064] Plus généralement, le courant 82 a un rapport C
1/C
2 inférieur à 3% molaire, par exemple égal à 1%.
[0065] Le courant 82 contient plus de 80%, avantageusement plus de 87% en moles de l'éthane
contenu dans le courant d'alimentation 16 et il contient sensiblement 100% en moles
des hydrocarbures en C
3+ contenus dans le courant d'alimentation 16.
[0066] Le courant de fond de colonne 82 est pompé dans la pompe 39 pour former la coupe
14 riche en hydrocarbures en C
2+.
[0067] Il peut être avantageusement réchauffé par mise en relation d'échange thermique avec
au moins une fraction du courant d'alimentation 16 jusqu'à une température inférieure
à sa température de bulle, pour le maintenir sous forme liquide.
[0068] La colonne 30 produit en tête un courant gazeux 84 de tête de colonne riche en méthane.
Le courant 84 présente une température inférieure à -70°C et notamment sensiblement
égale à -105°C. Il présente une pression sensiblement égale à la pression de la colonne
30, par exemple égale à 17,0 bars.
[0069] Le courant de tête 84 est successivement introduit dans le deuxième échangeur thermique
28, puis dans le premier échangeur thermique 20 pour y être réchauffé et former un
courant 86 de tête riche en méthane réchauffé. Le courant 86 présente une température
supérieure à -10°C et notamment égale à 22,9°C.
[0070] A la sortie du premier échangeur 20, le courant 86 est divisé en une première fraction
du courant de tête réchauffé 87A et en une deuxième fraction du courant de tête réchauffé
87B.
[0071] Le rapport du débit molaire de la première fraction 87A au débit molaire de la deuxième
fraction 87B est supérieur à 2 et est notamment par exemple compris entre 2 et 5.
[0072] La première fraction 87A est introduite dans le premier compresseur 32 entraîné par
la turbine principale 26 pour y être comprimée à une pression supérieure à 20 bars.
[0073] La deuxième fraction 87B est introduite dans le troisième compresseur 41 pour être
comprimée à une pression supérieure à 20 bars et sensiblement égale à la pression
à laquelle est comprimée la première fraction 87A dans le premier compresseur 32.
[0074] Puis, les fractions 87A, 87B comprimées issues respectivement des compresseurs 32,
41 sont réunies avant d'être introduites dans le premier réfrigérant à air 34. Les
fractions réunies 87A, 87B y sont refroidies à une température inférieure à 60°C,
notamment à la température ambiante.
[0075] Le courant 88 comprimé ainsi obtenu est introduit dans le deuxième compresseur 36
puis dans le deuxième réfrigérant 38 pour former un courant de tête 90 comprimé.
[0076] Le courant 90 présente ainsi une pression supérieure à 40 bars et notamment sensiblement
égale à 63,1 bars.
[0077] Le courant de tête de colonne comprimé 90 forme le courant riche en méthane 12 produit
par le procédé selon l'invention.
[0078] Sa composition est avantageusement de 96,28% molaire de méthane, 2,37% molaire d'azote
et 0,92% molaire d'éthane. Il comprend plus de 99,93% du méthane contenu dans le courant
d'alimentation 16 et moins de 5% des hydrocarbures en C
2+ contenus dans le courant d'alimentation 16.
[0079] La deuxième fraction 41B du courant d'alimentation 16 est introduite dans la deuxième
turbine de détente dynamique 40 pour être détendue à une deuxième pression P2 sensiblement
égale à la pression de la colonne 30 et former ainsi une deuxième fraction d'alimentation
détendue 91A.
[0080] La température de la deuxième fraction 41B alimentant la deuxième turbine de détente
dynamique 40 est supérieure à la température de la fraction d'alimentation de turbine
48 alimentant la première turbine de détente dynamique 26, par exemple d'au moins
30 °C.
[0081] Par ailleurs, la deuxième pression P2 est sensiblement égale à la première pression
P1. La différence entre la pression P1 et la pression P2 est inférieure à 8 bars,
avantageusement inférieure à 5 bars et en particulier inférieure à 2 bars.
[0082] La deuxième fraction détendue 91A présente ainsi une température inférieure à 0°C
et notamment de l'ordre de - 25°C.
[0083] Puis, la deuxième fraction 91A est introduite dans le deuxième échangeur thermique
28 pour y être refroidie à une température inférieure à -70°C et notamment égale à
- 102,5°C et pour y être partiellement condensée, par échange thermique avec le courant
de tête 84 et éventuellement, avec la fraction d'alimentation de colonne 46, lorsqu'elle
est présente.
[0084] La deuxième fraction détendue 91B issue du deuxième échangeur thermique 28 forme
un deuxième courant de reflux qui est convoyé jusqu'à la colonne 30 pour y être introduit
dans la partie supérieure à un niveau N12 situé par exemple entre le niveau N1 et
le niveau N2, au quatrième étage en partant du haut de la colonne.
[0085] Des exemples de températures, de pressions, et de débits molaires des différents
courants sont donnés dans le Tableau 1 ci-dessous.
TABLEAU 1
| Courant |
Température |
Pression |
Débit |
| |
(°C) |
(bara) |
(kmol/h) |
| 12,90 |
40,0 |
63,1 |
13074 |
| 82 |
16,3 |
17,2 |
1926 |
| 16 |
30,0 |
62,0 |
15000 |
| 41A |
30,0 |
62,0 |
12500 |
| 41B |
30,0 |
62,0 |
2500 |
| 42 |
-26,7 |
61,0 |
12500 |
| 44 |
-26,7 |
61,0 |
11195 |
| 45 |
-26,7 |
61,0 |
1305 |
| 46 |
-26,7 |
61,0 |
2460 |
| 48 |
-26,7 |
61,0 |
8735 |
| 49 |
-102,8 |
60,0 |
2460 |
| 52 |
-111,2 |
17,2 |
2460 |
| 54, 56 |
-78,6 |
17,2 |
8735 |
| 60 |
-48,2 |
17,2 |
1305 |
| 84 |
-104,8 |
17,0 |
13074 |
| 86 |
22,9 |
16,0 |
13074 |
| 87A |
22,9 |
16,0 |
9387 |
| 87B |
22,9 |
16,0 |
3687 |
| 88 |
40,0 |
24,3 |
13074 |
| 91A |
-25,5 |
18,2 |
2500 |
| 91B |
-102,5 |
17,2 |
2500 |
[0086] Le Tableau 2 ci-dessous illustre la puissance consommée par le compresseur 36 en
fonction du débit de la deuxième fraction 41B envoyée vers la deuxième turbine 40.
TABLEAU 2
| Récupération d'éthane (%moles) |
Débit vers turbine 40 (kmol/h) |
Puissance turbine 26 (kW) |
Puissance turbine 40 (kW) |
Puissance compresseur 36 (kW) |
| 87,20 |
0 |
4381 |
0 |
14111 |
| 87,20 |
1600 |
3974 |
923 |
12996 |
| 87,20 |
2500 |
3574 |
1405 |
12244 |
[0087] La consommation énergétique du procédé selon l'invention, constituée par l'énergie
d'entraînement du deuxième compresseur 36, est de 12244 kW, contre 14111 kW avec un
procédé de l'état de la technique selon
US 4,157,904 ou
US 4,278,457, dans lequel le même débit de charge à traiter est utilisé et la même récupération
atteinte.
[0088] Par rapport à l'état de la technique, le procédé selon l'invention permet donc d'obtenir
une réduction significative de la puissance consommée, tout en conservant une forte
sélectivité pour l'extraction d'éthane.
[0089] Une deuxième installation 110 selon l'invention est représentée sur la Figure 2.
Cette installation 110 est destinée à la mise en oeuvre d'un deuxième procédé selon
l'invention.
[0090] Le deuxième procédé diffère du premier procédé en ce qu'un courant de soutirage 92
est prélevé dans le courant de tête comprimé 90.
[0091] Le courant de soutirage 92 présente un débit molaire non nul compris entre 0 % et
35 % du débit molaire du courant de tête comprimé 90 en amont du prélèvement, le reste
du courant de tête comprimé 90 formant le courant 12.
[0092] Le courant de soutirage 92 est refroidi successivement dans le premier échangeur
20, puis dans le deuxième échangeur 28, avant d'être détendu dans une troisième vanne
de détente statique 94.
[0093] Le courant 96, qui avant détente dans la vanne 94, est essentiellement liquide, possède
après détente une fraction liquide supérieure à 0,8.
[0094] Le courant de soutirage détendu 96 issu de la troisième vanne 94 est ensuite introduit
en reflux au voisinage de la tête de la colonne 30 à un niveau N14 situé au-dessus
du niveau N1 et correspondant avantageusement au premier étage de la colonne 30.
[0095] La température du courant de soutirage détendu 96 avant son introduction dans la
colonne 30 est inférieure à -70°C et est avantageusement égale à -113,5°C.
[0096] Des exemples de températures, de pressions et de débits molaires des différents courants
sont donnés dans le Tableau 3 ci-dessous.
TABLEAU 3
| Courant |
Température |
Pression |
Débit |
| |
(°C) |
(bara) |
(kmol/h) |
| 12 |
40,0 |
63,1 |
12962 |
| 82 |
15,5 |
17,7 |
2038 |
| 16 |
30,0 |
62,0 |
15000 |
| 41A |
30,0 |
62,0 |
13000 |
| 41B |
30,0 |
62,0 |
2000 |
| 42 |
-26,0 |
61,0 |
13000 |
| 44 |
-26,0 |
61,0 |
11676 |
| 45 |
-26,0 |
61,0 |
1324 |
| 46 |
-26,0 |
61,0 |
1865 |
| 48 |
-26,0 |
61,0 |
9811 |
| 49 |
-108,7 |
60,0 |
1865 |
| 52 |
-111,2 |
17,7 |
1865 |
| 54, 56 |
-76,9 |
17,7 |
9811 |
| 60 |
-46,9 |
17,7 |
1324 |
| 84 |
-110,7 |
17,5 |
14786 |
| 86 |
25,1 |
16,5 |
14786 |
| 87A |
25,1 |
16,5 |
11566 |
| 87B |
25,1 |
16,5 |
3220 |
| 88 |
40,0 |
24,0 |
14786 |
| 90 |
40,0 |
63,1 |
14786 |
| 91A |
-24,4 |
18,7 |
2000 |
| 91B |
-105,0 |
17,7 |
2000 |
| 92 |
40,0 |
63,1 |
1824 |
| 96 |
-113,5 |
17,7 |
1824 |
[0097] Dans une variante (non représentée), le deuxième compresseur 36 peut comprendre deux
étages de compression séparés par un aéro-réfrigérant.
[0098] La puissance consommée par le compresseur 36 (mono-étagé) en fonction du débit de
la deuxième fraction de courant d'alimentation 41B est donnée dans le tableau 4 ci-après.
TABLEAU 4
| Récupération d'Ethane |
Débit vers la turbine 40 |
Puissance de la turbine 26 |
Puissance de la turbine 40 |
Puissance du compresseur 36 |
| % mole |
kmol/h |
kW |
kW |
kW |
| 99,00 |
0 |
4421 |
0 |
15416 |
| 99,00 |
1000 |
4235 |
546 |
14510 |
| 99,00 |
1700 |
4051 |
928 |
14202 |
| 99,00 |
2000 |
3951 |
1100 |
14105 |
| 99,00 |
2500 |
3738 |
1415 |
14121 |
[0099] Le deuxième procédé selon l'invention permet donc d'obtenir des taux de récupération
d'éthane extrêmement élevés, supérieurs à 90%, et notamment supérieurs à 99%. Cette
récupération quasi-totale de l'éthane contenu dans le courant d'alimentation 16 peut
être obtenue comme dans le procédé décrit dans
US 5,568,737, mais avec une économie en terme de puissance consommée qui peut être supérieure
à 8%, de l'ordre de 1300 kW.
[0100] Une troisième installation 170 selon l'invention est représentée sur la Figure 3.
[0101] La troisième installation 170 est destinée à la mise en oeuvre d'un troisième procédé
selon l'invention.
[0102] Le troisième procédé selon l'invention diffère du premier procédé selon l'invention
en ce que la fraction d'alimentation détendue 54 destinée à la colonne 30 est introduite
au moins partiellement dans le deuxième échangeur thermique 28 pour y être mise en
relation d'échange thermique avec le courant gazeux 84 de tête de colonne riche en
méthane, avec la deuxième fraction d'alimentation détendue 91A issue de la deuxième
turbine de détente dynamique 40, et avantageusement avec la fraction d'alimentation
de colonne 46, lorsque celle-ci est présente.
[0103] La fraction 54 est ainsi refroidie jusqu'à une température inférieure à - 60°C, et
notamment sensiblement égale à - 84°C. Elle est au moins partiellement condensée pour
former le premier courant de reflux refroidi 56.
[0104] Le courant de reflux refroidi 56 est alors introduit dans la partie moyenne de la
colonne 30 au niveau N2, comme décrit précédemment.
[0105] Une dérivation peut être prévue pour introduire une partie de la fraction détendue
54 dans la colonne 30 sans passer par l'échangeur 28.
[0106] Des exemples de températures, de pressions et de débits molaires des différents courants
sont donnés dans le Tableau 5 ci-après.
TABLEAU 5
| Courant |
Température |
Pression |
Débit |
| |
(°C) |
(bara) |
(kmol/h) |
| 12,90 |
40,0 |
63,1 |
13071 |
| 82 |
17,4 |
17,7 |
1929 |
| 16 |
30,0 |
62,0 |
15000 |
| 41A |
30,0 |
62,0 |
13340 |
| 41B |
30,0 |
62,0 |
1560 |
| 42 |
-26,5 |
61,0 |
13440 |
| 44 |
-26,5 |
61,0 |
12049 |
| 45 |
-26,5 |
61,0 |
1391 |
| 46 |
-26,5 |
61,0 |
2328 |
| 48 |
-26,5 |
61,0 |
9721 |
| 49 |
-102,2 |
60,0 |
2328 |
| 52 |
-110,5 |
17,7 |
2328 |
| 54 |
-77,5 |
17,7 |
9721 |
| 56 |
-84,4 |
17,6 |
9721 |
| 60 |
-47,5 |
17,7 |
1391 |
| 84 |
-104,2 |
17,5 |
13071 |
| 86 |
24,3 |
16,5 |
13071 |
| 87A |
24,3 |
16,5 |
10714 |
| 87B |
24,3 |
16,5 |
2358 |
| 88 |
40,0 |
24,6 |
13071 |
| 91A |
-24,5 |
18,7 |
1560 |
| 91B |
-102,2 |
17,7 |
1560 |
[0107] Une quatrième installation 180 selon l'invention est représentée sur la Figure 4.
La quatrième installation 180 est destinée à la mise en oeuvre d'un quatrième procédé
selon l'invention.
[0108] Le quatrième procédé selon l'invention diffère du troisième procédé selon l'invention,
représenté sur la Figure 3, en ce qu'un courant de soutirage 92 est prélevé dans le
courant de tête comprimé 90, puis est passé successivement dans le premier échangeur
thermique 20, puis dans le deuxième échangeur thermique 28, comme décrit dans le deuxième
procédé selon l'invention.
[0109] Le quatrième procédé selon l'invention est par ailleurs analogue au troisième procédé
selon l'invention.
[0110] Une cinquième installation 210 selon l'invention est représentée sur la Figure 5.
Cette cinquième installation 210 est destinée à la mise en oeuvre d'un cinquième procédé
selon l'invention.
[0111] La cinquième installation 210 est destinée à avantageusement augmenter la récupération
des C
2+ dans une installation existante notamment du type décrit dans les brevets
US 4,157,904 et
US 4,278,457.
[0112] L'installation existante comprend le premier échangeur thermique 20, le premier ballon
séparateur 22, la colonne de distillation 30, le premier compresseur 32 accouplé à
la première turbine de détente 26 et le deuxième compresseur 36.
[0113] La cinquième installation 210 selon l'invention comprend en outre une deuxième turbine
de détente dynamique 40, un troisième compresseur 41, et un ballon aval 152 pour recueillir
l'effluent de la deuxième turbine de détente dynamique 40.
[0114] L'installation 210 comprend de plus un échangeur thermique amont 212, un échangeur
thermique aval 214, et une colonne auxiliaire de distillation 216 munie d'une pompe
auxiliaire de fond 218.
[0115] La cinquième installation 210 comprend également un quatrième compresseur 220 interposé
entre deux aéro-réfrigérants 222A, 222B.
[0116] La cinquième installation 210 comprend en outre un ballon aval 152, disposé en aval
de la deuxième turbine 40.
[0117] Le cinquième procédé selon l'invention diffère du premier procédé selon l'invention
en ce que le courant d'alimentation 16 est en outre séparé en une troisième fraction
224 du courant d'alimentation qui est introduite dans l'échangeur thermique amont
212, avant d'être mélangée avec la première fraction 41A issue de l'échangeur 20 pour
former la première fraction 42 refroidie.
[0118] Le rapport du débit molaire de la troisième fraction 224 au débit molaire du courant
d'alimentation 16 est supérieur à 5%.
[0119] Ainsi, le cinquième procédé selon l'invention diffère du premier procédé selon l'invention
en ce que la deuxième fraction d'alimentation 91A refroidie et partiellement liquéfiée
est introduite dans le ballon aval 152.
[0120] Cette fraction 91A est séparée dans le ballon aval 152 en un deuxième courant de
pied liquide 154 et en un deuxième courant de tête gazeux 156.
[0121] Le deuxième courant de pied liquide 154 est introduit dans une quatrième vanne de
détente statique 157 pour y être détendu sensiblement à la pression de la colonne
30 et former un deuxième courant de pied détendu 158.
[0122] A la différence du premier procédé selon l'invention décrit plus haut, le deuxième
courant de tête 156 issu du ballon aval 152 est introduit dans l'échangeur thermique
aval 214 pour y être refroidi à une température inférieure à -70°C et former un deuxième
courant de tête refroidi 225.
[0123] Le deuxième courant de tête refroidi 225 est introduit dans la colonne auxiliaire
216 à un étage inférieur E1.
[0124] La colonne 216 présente un nombre d'étages théoriques inférieur au nombre d'étages
théoriques de la colonne 30. Ce nombre d'étages est avantageusement compris entre
1 et 7. La colonne auxiliaire 216 opère à une pression sensiblement égale à celle
de la colonne 30.
[0125] Le courant de pied détendu 158 obtenu après détente du deuxième courant de pied 154
dans la vanne 157 est introduit dans la colonne 30 à un niveau N1 correspondant avantageusement
au premier étage depuis le haut de la colonne 30.
[0126] Une première partie 226 de la fraction 52 détendue dans la vanne 50 est introduite
dans la colonne auxiliaire 216 à un étage E3 situé au-dessus du niveau E1. Une deuxième
partie 228 de la fraction 52 est introduite directement dans la colonne 30 au niveau
N1, après mélange avec le courant 158.
[0127] La colonne auxiliaire 216 produit un courant auxiliaire de tête 230 riche en méthane
et un courant auxiliaire de pied 232.
[0128] Le courant auxiliaire de tête 230 est mélangé au courant de tête 84 riche en méthane
produit par la colonne de distillation 30.
[0129] Le courant de pied 232 est pompé par la pompe auxiliaire 218 pour former un courant
de reflux refroidi 234 qui est introduit dans la colonne 30 après mélange avec le
courant 158.
[0130] Le courant 234 constitue donc un courant de reflux refroidi qui est obtenu à partir
d'une partie de la fraction détendue 91A issue de la deuxième turbine de détente dynamique
40, après séparation de cet effluent.
[0131] Le mélange 235 des courants de tête 84 et 230 est séparé en une première fraction
majoritaire 236 de courant de tête et en une deuxième fraction minoritaire 238 de
courant de tête.
[0132] Le rapport du débit molaire de la fraction majoritaire 236 à la fraction minoritaire
238 est supérieur à 1,5.
[0133] La fraction majoritaire 236 est introduite successivement dans le deuxième échangeur
thermique 28, puis dans le premier échangeur thermique 20, afin de former le courant
de tête réchauffé 86.
[0134] La deuxième fraction 238 de courant de tête est passée dans l'échangeur thermique
aval 214 à contre-courant du deuxième courant de tête 156 pour s'y réchauffer jusqu'à
une température supérieure à -50°C et former une deuxième fraction réchauffée 240.
[0135] La deuxième fraction réchauffée 240 est ensuite séparée en un courant de retour 242,
et en un courant de compression 244.
[0136] Le courant de retour 242 est réintroduit dans la première fraction 236 de courant
de tête, en aval du deuxième échangeur 28 et en amont du premier échangeur 20 pour
former en partie le courant de tête 86 réchauffé.
[0137] Le courant de recompression 244 est ensuite introduit dans l'échangeur amont 212
pour refroidir la troisième fraction du courant d'alimentation 224. Le courant 244
se réchauffe jusqu'à une température supérieure à -10°C pour former un courant de
recompression réchauffé 246.
[0138] Une première partie 248 du courant de recompression 246 est mélangée à la première
fraction du courant de tête 86, en aval du premier échangeur thermique 20 pour former
le courant de tête réchauffé 87A.
[0139] Une deuxième partie 250 du courant de recompression 246 est introduite dans le troisième
compresseur 41, puis dans l'aéro-réfrigérant 222A, avant d'être recomprimée dans le
quatrième compresseur 220 et d'être introduite dans l'aéro-réfrigérant 222B.
[0140] La deuxième partie comprimée 252 issue de l'aéro-réfrigérant 222B présente une température
inférieure à 60°C et notamment sensiblement égale à 40°C et une pression supérieure
à 35 bars et notamment égale à 63,1 bars.
[0141] Cette première partie comprimée 252 est mélangée avec le courant de tête comprimé
90 pour former le courant riche en méthane 12.
[0142] La cinquième installation 210 et le cinquième procédé selon l'invention permettent
donc d'augmenter le taux de récupération d'hydrocarbures en C
2+ dans une installation de l'état de la technique existante, sans avoir à modifier
les équipements existants de l'installation, et notamment en conservant les échangeurs
thermiques 20 et 28, la colonne 30, les compresseurs 32, 36 et la turbine 26 identiques
et en utilisant les entrées déjà présentes sur la colonne 30.
[0143] Pour conserver les équipements existants intacts et améliorer la récupération en
C
2+, la pression de la colonne 30 a été légèrement diminuée. Sans contre-mesure, cette
diminution aurait entraîné l'augmentation de la puissance du compresseur 36.
[0144] Toutefois, l'ajout du compresseur 220 permet de pallier ce problème. En outre, le
débit à travers la turbine 26 existante et sa puissance n'ont pas été augmentés par
rapport à l'unité existante.
[0145] Cette installation permet néanmoins d'obtenir, avec un excellent rendement, une récupération
d'éthane très supérieure à celle observée dans l'état de la technique.
[0146] Une sixième installation 270 selon l'invention est représentée sur la Figure 6. Cette
sixième installation 270 est destinée à la mise en oeuvre d'un sixième procédé selon
l'invention.
[0147] Le sixième procédé selon l'invention diffère du cinquième procédé selon l'invention
en ce qu'un courant de soutirage 92 est prélevé dans le courant de tête riche en méthane
comprimé 90, avantageusement en amont du point d'introduction de la deuxième partie
comprimée 252 dans le courant 90.
[0148] Le courant de soutirage 92 est réintroduit dans la colonne 30 à un niveau N14 de
tête. A la différence du cinquième procédé selon l'invention, la deuxième partie 228
de la fraction 52 et le courant de pied détendu 158 sont introduits dans la colonne
à un niveau N1 situé sous le niveau de tête N14 et au-dessus du niveau N2.
[0149] La mise en oeuvre du sixième procédé selon l'invention est par ailleurs analogue
à celle du cinquième procédé selon l'invention.
[0150] Pour conserver la récupération en C
2+ de l'unité existante, la pression de la colonne 30 est légèrement diminuée. La présence
du nouveau compresseur 220 permet de conserver identique la puissance du deuxième
compresseur 36, malgré l'augmentation de débit du courant d'alimentation 16.
[0151] En outre, la capacité de la première turbine de détente dynamique 26 a été conservée
constante. La deuxième turbine de détente dynamique 40 est utilisée pour traiter l'ajout
de capacité.
[0152] La présence d'une colonne auxiliaire 216 permet également d'éviter l'engorgement
de la colonne 30 lors de l'augmentation de débit.
[0153] La sixième installation selon l'invention permet de conserver une récupération d'éthane
supérieure ou égale à 99%, une température et une pression du courant d'alimentation
16 sensiblement identiques. De même, les pertes de charges allouées dans les équipements,
l'efficacité des plateaux dans la colonne 30 et la position des soutirages, la spécification
maximale en méthane du courant de fond 82 de la colonne 30, les efficacités des turbines
et des compresseurs, la puissance du deuxième compresseur 36 et de la turbine 26 existante
et les coefficients d'échanges thermiques des échangeurs existants 20 et 28 sont conservés
identiques.
[0154] Dans une variante qui n'est pas couverte par la présente invention (représentée en
pointillés sur la Figure 1), pouvant s'appliquer chacun des modes de réalisation des
Figures 1 à 6, la deuxième fraction 41B du courant d'alimentation est prélevée dans
le premier échangeur 20 et non en amont de celui-ci. La deuxième fraction 41B est
donc refroidie partiellement et est partiellement liquéfiée dans le premier échangeur
thermique 20.
[0155] La deuxième fraction 41B issue du premier échangeur thermique 20 est alors éventuellement
introduite dans un ballon séparateur amont 250. Elle est alors séparée dans le ballon
séparateur amont 250 en une deuxième fraction liquide de pied 252 et en une deuxième
fraction gazeuse de tête 254. La deuxième fraction de pied 252 est détendue dans une
vanne de détente statique 256 jusqu'à une pression inférieure à 40 bars et sensiblement
égale à la pression de la colonne 30.
[0156] La deuxième fraction de pied détendue 258 est ensuite introduite dans la colonne
30, avantageusement entre le niveau N11 et le niveau N8.
[0157] La deuxième fraction de tête 254 est introduite dans la deuxième turbine de détente
dynamique 40 pour former la deuxième fraction d'alimentation détendue 91A.
[0158] Cette disposition avec un ballon séparateur amont s'applique aussi au cas où le courant
d'alimentation 16 contient une fraction liquide.
[0159] Dans une autre variante (non représentée) des modes de réalisation des Figures 2,
4 et 6, l'installation comprend une vanne de dérivation d'une partie du courant de
soutirage 92 pour dériver cette partie en amont de la première turbine de détente
dynamique 26.
[0160] Dans cette variante de procédé, un courant de refroidissement d'appoint est prélevé
dans le courant de soutirage obtenu après son passage dans le premier échangeur thermique
20. Le courant de refroidissement d'appoint est réintroduit en amont de la turbine
26, soit dans le courant de tête 44, soit en amont du ballon 22 dans le courant d'alimentation
refroidi 42.
[0161] Dans une autre variante (non représentée) des modes de réalisation des Figures 1
à 6, l'installation comporte une pluralité de deuxièmes échangeurs 28, chacun étant
destiné à recevoir une fraction du courant de tête 84 et un autre courant.
[0162] Le courant de tête 84 est alors divisé en une pluralité de fractions correspondant
au nombre de deuxièmes échangeurs 28.
[0163] Chaque deuxième échangeur 28 peut alors mettre en échange thermique uniquement deux
flux incluant chacun une fraction du courant de tête 84 et respectivement, la première
fraction d'alimentation détendue 54, la deuxième fraction d'alimentation détendue
91A, et le cas échéant, la fraction d'alimentation de colonne 46 et/ou le courant
de prélèvement 92.
[0164] Dans une autre variante (non représentée) des modes de réalisation des Figures 1
à 6, un courant de rebouillage est prélevé dans la colonne de distillation à un niveau
de prélèvement. Le courant de rebouillage est ensuite mis en relation d'échange thermique
avec au moins une partie de la deuxième fraction détendue 91A issue de la turbine
de détente dynamique 40 et éventuellement avec la première fraction détendue 54 issue
de la première turbine 26.
[0165] Cette mise en relation d'échange thermique peut être effectuée au sein du deuxième
échangeur thermique 28.
[0166] Dans encore une autre variante (non représentée), un courant de détente auxiliaire
est prélevé dans le courant de tête de colonne riche en méthane 86 issu du premier
échangeur thermique 20. Ce courant de détente auxiliaire est introduit dans une turbine
auxiliaire de détente dynamique, distincte de la première turbine de détente dynamique
26 et de la deuxième turbine de détente dynamique 40. Le courant détendu issu de la
turbine auxiliaire est réintroduit dans le courant de tête de colonne riche en méthane,
avant son passage dans le premier échangeur thermique 20 pour constituer un courant
de refroidissement d'appoint du premier échangeur thermique 20.
[0167] Plus généralement, la totalité du courant de tête 44 issu du premier ballon 22 peut
former la fraction 48 d'alimentation de turbine. Le procédé selon l'invention est
alors dépourvu de séparation du courant de tête 44.
1. Procédé de production d'un courant (12) riche en méthane et d'un courant (14) riche
en hydrocarbures en C
2+ à partir d'un courant d'alimentation (16) contenant des hydrocarbures, le procédé
comprenant les étapes suivantes :
- séparation du courant d'alimentation (16) en une première fraction (41A) du courant
d'alimentation et en au moins une deuxième fraction (41B) du courant d'alimentation
;
- refroidissement de la première fraction (41A) du courant d'alimentation dans un
premier échangeur thermique (20) ;
- introduction de la première fraction du courant d'alimentation refroidie (42) dans
un premier ballon séparateur (22) pour produire un courant léger (44) de tête et un
courant lourd (45) de pied ;
- détente d'une fraction d'alimentation de turbine (48) formée à partir du courant
léger de tête (44) dans une première turbine (26) de détente dynamique jusqu'à une
première pression (P1) et introduction d'au moins une partie (56) de la première fraction
détendue (54) issue de la première turbine (26) dans une première colonne de distillation
(30) ;
- détente d'au moins une partie du courant lourd de pied (45) pour former un courant
de pied détendu (60) et introduction du courant de pied détendu (60) dans la première
colonne de distillation (30) sans passer par le premier échangeur thermique (20) entre
le premier ballon séparateur (22) et la première colonne de distillation (30) ;
- récupération d'un courant (82) de fond de colonne au pied de la première colonne
de distillation (30), le courant (14) riche en hydrocarbures en C2+ étant formé à partir du courant de fond de colonne (82) ;
- récupération et réchauffage d'un courant (84) de tête de colonne riche en méthane,
- compression d'au moins une fraction du courant de tête de colonne (84) dans au moins
un premier compresseur (32) accouplé à la première turbine de détente dynamique (26)
et dans au moins un deuxième compresseur (36) ;
- formation du courant riche en méthane (12) à partir du courant (90) de tête de colonne
réchauffé et comprimé ;
le procédé comprenant les étapes suivantes :
- détente d'au moins une partie de la deuxième fraction du courant d'alimentation
(41B) dans une deuxième turbine (40) de détente dynamique, distincte de la première
turbine de détente dynamique (26) jusqu'à une deuxième pression, pour former une deuxième
fraction détendue (91A) issue de la deuxième turbine de détente dynamique (40)
- refroidissement et liquéfaction au moins partielle d'au moins une partie de la deuxième
fraction détendue (91A) issue de la deuxième turbine de détente dynamique (40) pour
former un courant de reflux refroidi (91B ; 160 ; 232) et introduction du courant
de reflux refroidi (91B ; 160 ; 232) dans la première colonne de distillation (30)
caractérisé en ce que la deuxième pression (P2) est sensiblement égale à la première pression (P1) pour
que la différence entre la première pression et la deuxième pression soit inférieure
à 8 bars
et
en ce que la totalité de la deuxième fraction du courant d'alimentation (41B) est introduite
dans la deuxième turbine de détente dynamique (40), sans refroidissement entre l'étape
de séparation du courant d'alimentation (16) et l'étape d'introduction de la deuxième
fraction (41B) du courant d'alimentation dans la deuxième turbine de détente dynamique
(40).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'introduction de la première fraction détendue (54) issue de la première
turbine de détente dynamique (26) dans un deuxième échangeur thermique (28) pour y
être refroidie et partiellement liquéfiée, la première fraction détendue refroidie
formant un courant de reflux refroidi additionnel (56), le procédé comprenant l'introduction
du courant de reflux refroidi additionnel (56) dans la première colonne de distillation
(30).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- introduction de la deuxième fraction détendue (91A) issue de la deuxième turbine
de détente dynamique (40) dans un ballon séparateur aval (152) pour former un deuxième
courant de tête gazeux (156) et un deuxième courant de pied liquide (154),
- refroidissement du deuxième courant de tête gazeux (156) pour former un courant
de reflux refroidi.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction détendue (91A) issue
de la deuxième turbine de détente dynamique (40) dans une colonne auxiliaire (216),
et
- formation du courant de reflux refroidi à partir du courant de pied (232) de la
colonne auxiliaire (216).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- prélèvement d'une fraction secondaire (87B) de compression dans le courant de tête
de colonne riche en méthane (86), avant le passage d'une fraction (87A) du courant
de tête de colonne riche en méthane dans le premier compresseur (32),
- passage de la fraction secondaire (87B) dans un troisième compresseur (41) accouplé
à la deuxième turbine de détente dynamique (40) ;
- introduction de la fraction secondaire comprimée issue du troisième compresseur
(41) dans la fraction du courant de tête de colonne comprimé, en aval du premier compresseur
(32).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième compresseur (36) comprend un premier étage de compression, au moins un
deuxième étage de compression et un réfrigérant interposé entre le premier étage de
compression et le deuxième étage de compression, le procédé comprenant une étape de
passage du courant de tête de colonne comprimé (88) issu du premier compresseur successivement
dans le premier étage de compression, dans le réfrigérant, puis dans le deuxième étage
de compression.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la deuxième fraction détendue (91A) issue de la deuxième turbine
de détente dynamique (40), au moins une fraction du courant de tête de colonne (84)
et éventuellement la première fraction détendue (54) issue de la première turbine
de détente dynamique (26), sont placés en relation d'échange thermique.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- division du courant léger (44) de tête en la fraction (48) d'alimentation de turbine
et en une fraction (46) d'alimentation de colonne ;
- refroidissement et condensation au moins partielle de la fraction (46) d'alimentation
de colonne dans un deuxième échangeur thermique (28),
- détente et introduction au moins partielle de la fraction d'alimentation de colonne
refroidie dans la première colonne de distillation (30),
au moins une partie de la deuxième fraction détendue (91A) issue de la deuxième turbine
de détente dynamique (40) et la fraction d'alimentation de colonne (46) étant avantageusement
placées en relation d'échange thermique.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins une fraction (238) du courant de tête (84) de colonne et au moins une partie
de la deuxième fraction détendue (91A) issue de la deuxième turbine de détente dynamique
sont placées en relation d'échange thermique dans un échangeur thermique aval (214)
distinct du deuxième échangeur thermique (28).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- prélèvement d'un courant de soutirage (92) dans le courant de tête de colonne (90)
;
- refroidissement du courant de soutirage au moins dans le premier échangeur thermique
(20) et introduction du courant de soutirage refroidi (96) dans la première colonne
de distillation (30) ;
- éventuellement, échange thermique du courant de soutirage avec au moins une partie
de la deuxième fraction détendue (91A) issue de la deuxième turbine (40).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- prélèvement d'un courant (80) de rebouillage dans la première colonne de distillation
(30) à un niveau de prélèvement ;
- mise en relation d'échange thermique du courant de rebouillage (80) avec au moins
une partie de la deuxième fraction détendue (91A) issue de la deuxième turbine de
détente dynamique (40) pour refroidir et au moins partiellement liquéfier la partie
de la deuxième fraction détendue (91A) issue de la deuxième turbine de détente dynamique
; et
- éventuellement, mise en relation d'échange thermique avec la première fraction détendue
issue de la première turbine (26) ;
- réintroduction du courant de rebouillage (80) dans la première colonne de distillation
(30) à un niveau inférieur au niveau de prélèvement.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- prélèvement d'un courant de refroidissement d'appoint dans le courant de tête de
colonne riche en méthane (84, 86, 88, 90) ou dans un courant (92) formé à partir du
courant de tête de colonne riche en méthane (84, 86, 88, 90) ;
- détente et introduction du courant de refroidissement d'appoint détendu dans un
courant (42, 48) circulant en amont de la première turbine de détente (26), avantageusement
dans la première fraction du courant d'alimentation refroidie (42) ou dans la fraction
d'alimentation de turbine (48).
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- passage du courant de tête de colonne riche en méthane (84) dans le premier échangeur
thermique (20) ;
- prélèvement d'un courant de détente auxiliaire dans le courant de tête de colonne
riche en méthane (84), après son passage dans le premier échangeur thermique (20)
;
- détente dynamique du courant de détente auxiliaire dans une turbine auxiliaire de
détente dynamique ;
- introduction du courant détendu issu de la turbine auxiliaire de détente dynamique
dans le courant de tête de colonne riche en méthane, avant son passage dans le premier
échangeur thermique (20).
14. Installation de production d'un courant (12) riche en méthane et d'un courant (14)
riche en hydrocarbures en C
2+ à partir d'un courant (16) d'alimentation contenant des hydrocarbures, du type comprenant
:
- des moyens de séparation du courant d'alimentation (16) en une première fraction
(41A) du courant d'alimentation et en au moins une deuxième fraction (41 B) du courant
d'alimentation ;
- un premier échangeur thermique (20) pour refroidir la première fraction (41A) du
courant d'alimentation ;
- des moyens d'introduction de la première fraction d'alimentation refroidie (42)
dans un premier ballon séparateur (22) pour produire un courant léger (44) de tête
et un courant lourd (45) de pied ;
- une première turbine (26) de détente dynamique et des moyens d'introduction d'une
fraction d'alimentation de turbine (48) formée à partir du courant léger de tête dans
la première turbine (26) de détente dynamique afin de détendre la fraction d'alimentation
de turbine (48) jusqu'à une première pression ;
- une première colonne de distillation (30) ;
- des moyens d'introduction d'au moins une partie (56) de la première fraction détendue
(54) dans la première turbine (26) dans la première colonne de distillation (30) ;
- des moyens de détente d'au moins une partie du courant lourd de pied (45) pour former
un courant de pied détendu et des moyens d'introduction d'au moins une partie du courant
de pied détendu (60) dans la première colonne de distillation (30), les moyens d'introduction
du courant de pied détendu étant configurés pour que le courant de pied (45) ne passe
pas par le premier échangeur thermique (20) entre le premier ballon séparateur et
la première colonne de distillation (30) ;
- des moyens de récupération d'un courant (82) de fond de colonne au pied de la première
colonne de distillation (30), le courant (14) riche en hydrocarbures en C2+ étant formé à partir du courant de fond de colonne (82) ;
- des moyens de récupération et de réchauffage d'un courant (84) de tête de colonne
riche en méthane,
- au moins un premier compresseur (32) accouplé à la première turbine de détente dynamique
(26) et au moins un deuxième compresseur (36) pour comprimer au moins une fraction
du courant de tête de colonne (84) ;
- des moyens de formation du courant riche en méthane (12) à partir du courant (90)
de tête de colonne réchauffé et comprimé issu du deuxième compresseur (36) ;
l'installation comprenant :
- une deuxième turbine (40) de détente dynamique, distincte de la première turbine
de détente dynamique (26),
- des moyens d'introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction du courant
d'alimentation (41B) dans la deuxième turbine (40) de détente dynamique pour former
une deuxième fraction détendue (91A) issue de la deuxième turbine de détente dynamique
(40) à une deuxième pression,
- des moyens de refroidissement et de liquéfaction au moins partielle d'au moins une
partie de la deuxième fraction (91A) issue de la deuxième turbine de détente dynamique
(40) pour former un courant de reflux refroidi (91B ; 160 ; 232) et des moyens d'introduction
du courant de reflux refroidi (91B ; 160 ; 232) dans la première colonne de distillation
(30),
caractérisée en ce que la deuxième turbine de détente dynamique est agencée pour que la deuxième pression
soit sensiblement égale à la première pression afin que la différence entre la première
pression et la deuxième pression soit inférieure à 8 bars ;
et
en ce que l'installation (10) est configurée de sorte que la totalité de la deuxième fraction
du courant d'alimentation (41B) est introduite dans la deuxième turbine de détente
dynamique (40), sans refroidissement entre l'étape de séparation du courant d'alimentation
(16) et l'étape d'introduction de la deuxième fraction (41B) du courant d'alimentation
dans la deuxième turbine de détente dynamique (40).
15. Installation selon la revendication 14,
caractérisée en ce qu'elle comporte :
- une colonne auxiliaire (216) ;
- des moyens d'introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction détendue
(91A) issue de la deuxième turbine de détente dynamique (40) dans la colonne auxiliaire
(216) ; et
- des moyens de formation du courant de reflux refroidi à partir du courant de pied
(232) de la colonne auxiliaire (216).
1. Verfahren zum Herstellen eines an Methan reichen Stroms (12) und eines an C
2+-Kohlenwasserstoffen reichen Stroms (14) ausgehend von einem Versorgungsstrom (16),
der Kohlenwasserstoffe enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Trennen des Versorgungsstroms (16) in eine erste Fraktion (41A) des Versorgungsstroms
und in wenigstens eine zweite Fraktion (41B) des Versorgungsstroms;
- Kühlen der ersten Fraktion (41A) des Versorgungsstroms in einem ersten Wärmetauscher
(20);
- Einleiten der ersten Fraktion des gekühlten Versorgungsstroms (42) in einen ersten
Ballonabscheider (22), um einen leichten Kopfstrom (44) und einen schweren Fußstrom
(45) zu erzeugen;
- Entspannen einer Turbinenversorgungsfraktion (48), die anhand des leichten Kopfstroms
(44) gebildet wird, in einer ersten Turbine (26) mit dynamischer Entspannung bis zu
einem ersten Druck (P1) und Einleiten wenigstens eines Teils (56) der ersten entspannten
Fraktion (54), die von der ersten Turbine (26) stammt, in eine erste Destillationskolonne
(30);
- Entspannen wenigstens eines Teils des schweren Fußstroms (45), um einen entspannten
Fußstrom (60) zu bilden, und Einleiten des entspannten Fußstroms (60) in die erste
Destillationskolonne (30) ohne Durchgang durch den ersten Wärmetauscher (20) zwischen
dem ersten Ballonabscheider (22) und der ersten Destillationskolonne (30);
- Wiedergewinnen eines Kolonnenbodenstroms (82) am Fuß der ersten Destillationskolonne
(30), wobei der an C2+-Kohlenwasserstoffen reiche Strom (14) anhand des Kolonnenbodenstroms (82) gebildet
wird;
- Wiedergewinnen und erneutes Erwärmen des an Methan reichen Kolonnenkopfstroms (84),
- Komprimieren wenigstens einer Fraktion des Kolonnenkopfstroms (84) in wenigstens
einem ersten Verdichter (32), der mit der ersten Turbine (26) mit dynamischer Entspannung
gekoppelt ist, und in wenigstens einem zweiten Verdichter (36);
- Bilden eines an Methan reichen Stroms (12) anhand des wiedererwärmten und verdichteten
Kolonnenkopfstroms (90);
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Entspannen wenigstens eines Teils der zweiten Fraktion (41B) des Versorgungsstroms
in einer zweiten Turbine (40) mit dynamischer Entspannung, die von der ersten Turbine
(26) mit dynamischer Entspannung verschieden ist, bis auf einen zweiten Druck, um
eine zweite entspannte Fraktion (91A) zu bilden, die von der zweiten Turbine (40)
mit dynamischer Entspannung stammt,
- Kühlen und wenigstens teilweise Verflüssigen wenigstens eines Teils der zweiten
entspannten Fraktion (91A), die von der zweiten Turbine (40) mit dynamischer Entspannung
stammt, um einen gekühlten Rückflussstrom (91B; 160; 232) zu bilden, und Einleiten
des gekühlten Rückflussstroms (91B; 160; 232) in die erste Destillationskolonne (30),
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druck (P2) im Wesentlichen gleich dem ersten Druck (P1) ist, damit die
Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck kleiner als 8 Bar ist,
und dass die Gesamtheit der zweiten Fraktion (41B) des Versorgungsstroms in die zweite
Turbine (40) mit dynamischer Entspannung ohne Kühlung zwischen dem Schritt des Trennens
des Versorgungsstroms (16) und dem Schritt des Einleitens der zweiten Fraktion (41B)
des Versorgungsstroms in die zweite Turbine (40) mit dynamischer Entspannung eingeleitet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es das Einleiten der ersten entspannten Fraktion (54), die von der ersten Turbine
(26) mit dynamischer Entspannung stammt, in einen zweiten Wärmetauscher (28), um darin
gekühlt und teilweise verflüssigt zu werden, umfasst, wobei die erste gekühlte entspannte
Fraktion einen zusätzlichen gekühlten Rückflussstrom (56) bildet, wobei das Verfahren
das Einleiten des zusätzlichen gekühlten Rückflussstroms (56) in die erste Destillationskolonne
(30) umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Einleiten der zweiten entspannten Fraktion (91A), die von der zweiten Turbine (40)
mit dynamischer Entspannung stammt, in einen stromabseitigen Ballonabscheider (152),
um einen zweiten gasförmigen Kopfstrom (156) und einen zweiten flüssigen Fußstrom
(154) zu bilden,
- Kühlen des zweiten gasförmigen Kopfstroms (156), um einen gekühlten Rückflussstrom
zu bilden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Einleiten wenigstens eines Teils der zweiten entspannten Fraktion (91A), die von
der zweiten Turbine (40) mit dynamischer Entspannung stammt, in eine Hilfskolonne
(216) und
- Bilden des gekühlten Rückflussstroms anhand des Fußstroms (232) der Hilfskolonne
(216).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Abgreifen einer sekundären Verdichtungsfraktion (87B) in dem an Methan reichen Kolonnenkopfstrom
(86) vor dem Durchgang einer Fraktion (87A) des an Methan reichen Kopfstroms durch
den ersten Verdichter (32),
- Schicken der sekundären Fraktion (87B) in einen dritten Verdichter (41, der mit
der zweiten Turbine (40) mit dynamischer Entspannung gekoppelt ist;
- Einleiten der verdichteten sekundären Fraktion, die von dem dritten Verdichter (41)
stammt, in die Fraktion des verdichteten Kolonnenkopfstroms stromabseitig des ersten
Verdichters (32).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdichter (36) eine erste Verdichtungsstufe, wenigstens eine zweite Verdichtungsstufe
und einen Kühler, der zwischen die erste Verdichtungsstufe und die zweite Verdichtungsstufe
eingefügt ist, umfasst, wobei das Verfahren einen Schritt des Schickens des verdichteten
Kolonnenkopfstroms (88), der von dem ersten Verdichter stammt, nacheinander in die
erste Verdichtungsstufe, in den Kühler und dann in die zweite Verdichtungsstufe umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der zweiten entspannten Fraktion (91A), die von der zweiten Turbine
(40) mit dynamischer Entspannung stammt, wenigstens eine Fraktion des Kolonnenkopfstroms
(84) und eventuell die erste entspannte Fraktion (54), die von der ersten Turbine
(26) mit dynamischer Entspannung stammt, in einer Wärmeaustauschbeziehung angeordnet
werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Unterteilen des leichten Kopfstroms (44) in die Turbinenversorgungsfraktion (48)
und in eine Kolonnenversorgungsfraktion (46);
- Kühlen und wenigstens teilweise Kondensieren der Kolonnenversorgungsfraktion (46)
in einem zweiten Wärmetauscher (28),
- Entspannen und wenigstens teilweise Einleiten der gekühlten Kolonnenversorgungsfraktion
in die erste Destillationskolonne (30),
wobei wenigstens ein Teil der zweiten entspannten Fraktion (91A), die von der zweiten
Turbine (40) mit dynamischer Entspannung stammt, und die Kolonnenversorgungsfraktion
(46) vorteilhaft in einer Wärmeaustauschbeziehung angeordnet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fraktion (238) des Kolonnenkopfstroms (84) und wenigstens ein Teil
der zweiten entspannten Fraktion (91A), die von der zweiten Turbine mit dynamischer
Entspannung stammt, in einer Wärmeaustauschbeziehung in einem stromabseitigen Wärmetauscher
(214), der von dem zweiten Wärmetauscher (28) verschieden ist, angeordnet werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Abgreifen eines Anzapfstroms (92) in dem Kolonnenkopfstrom (90);
- Kühlen des Anzapfstroms wenigstens in dem ersten Wärmetauscher (20) und Einleiten
des gekühlten Anzapfstroms (96) in die erste Destillationskolonne (30);
- eventuell Ausführen eines Wärmeaustauschs zwischen dem Anzapfstrom und wenigstens
einem Teil der zweiten entspannten Fraktion (91A), die von der zweiten Turbine (40)
stammt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Abgreifen eines Aufkochstroms (80) in der ersten Destillationskolonne (30) auf einer
Abgreifhöhe;
- Herstellen einer Wärmeaustauschbeziehung zwischen dem Aufkochstrom (80) und wenigstens
einem Teil der zweiten entspannten Fraktion (91A), die von der zweiten Turbine (40)
mit dynamischer Entspannung stammt, um den Teil der zweiten entspannten Fraktion (91A),
die von der zweiten Turbine mit dynamischer Entspannung stammt, zu kühlen und wenigstens
teilweise zu verflüssigen; und
- eventuell Herstellen einer Wärmeaustauschbeziehung mit der ersten entspannten Fraktion,
die von der ersten Turbine (26) stammt;
- erneutes Einleiten des Aufkochstroms (80) in die erste Destillationskolonne (30)
auf einer Höhe, die niedriger als die Abgreifhöhe ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Abgreifen eines Unterstützungskühlungsstroms in dem an Methan reichen Kopfstrom
(84, 86, 88, 90) oder in einem Strom (92), der anhand des an Methan reichen Kopfstroms
(84, 86, 88, 90) gebildet wird;
- Entspannen und Einleiten des entspannten Zusatzkühlungsstroms in einen Strom (42,
48), der stromaufseitig der ersten Entspannungsturbine (26) zirkuliert, vorteilhaft
in die erste Fraktion des gekühlten Versorgungsstroms (42) oder in die Turbinenversorgungsfraktion
(48).
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Schicken des an Methan reichen Kopfstroms (84) in den ersten Wärmetauscher (20);
- Abgreifen eines Hilfsentspannungsstroms in dem an Methan reichen Kopfstrom (84)
nach seinem Durchgang durch den ersten Wärmetauscher (20);
- dynamisches Entspannen des Hilfsentspannungsstroms in einer Hilfsturbine mit dynamischer
Entspannung;
- Einleiten des entspannten Stroms, der von der Hilfsturbine mit dynamischer Entspannung
stammt, in den an Methan reichen Kolonnenkopfstrom vor seinem Durchgang durch den
ersten Wärmetauscher (20).
14. Anlage für die Herstellung eines an Methan reichen Stroms (12) und eines an C
2+-Kohlenwasserstoffen reichen Stroms (14) anhand eines Versorgungsstroms (16), der
Kohlenwasserstoffe enthält, des Typs, der Folgendes umfasst:
- Mittel zum Trennen des Versorgungsstroms (16) in eine erste Fraktion (41A) des Versorgungsstroms
und in wenigstens eine zweite Fraktion (41B) des Versorgungsstroms;
- einen ersten Wärmetauscher (20) zum Kühlen der ersten Fraktion (41A) des Versorgungsstroms;
- Mittel zum Einleiten der ersten gekühlten Versorgungsfraktion (42) in einen ersten
Ballonabscheider (22), um einen leichten Kopfstrom (44) und einen schweren Fußstrom
(45) zu erzeugen;
- eine erste Turbine (26) mit dynamischer Entspannung und Mittel zum Einleiten einer
Turbinenversorgungsfraktion (48), die anhand des leichten Kopfstroms gebildet wird,
in die erste Turbine (26) mit dynamischer Entspannung, um die Turbinenversorgungsfraktion
(48) bis auf einen ersten Druck zu entspannen;
- eine erste Destillationskolonne (30);
- Mittel zum Einleiten wenigstens eines Teils (56) der ersten entspannten Fraktion
(54) in der ersten Turbine (26) in die erste Destillationskolonne (30);
- Mittel zum Entspannen wenigstens eines Teils des schweren Fußstroms (45), um einen
entspannten Fußstrom zu bilden, und Mittel zum Einleiten wenigstens eines Teils des
entspannten Fußstroms (60) in die erste Destillationskolonne (30), wobei die Mittel
zum Einleiten des entspannten Fußstroms so konfiguriert sind, dass der Fußstrom (45)
nicht durch den ersten Wärmetauscher (20) zwischen dem ersten Ballonabscheider und
der ersten Destillationskolonne (30) verläuft;
- Mittel zum Wiedergewinnen eines Kolonnenbodenstroms (82) am Fuß der ersten Destillationskolonne
(30), wobei der an C2+-Kohlenwasserstoffen reiche Strom (14) anhand des Kolonnenbodenstroms (82) gebildet
wird;
- Mittel zum Wiedergewinnen und erneuten Erwärmen des an Methan reichen Kolonnenkopfstroms
(84),
- wenigstens einen ersten Verdichter (32), der mit der ersten Turbine (26) mit dynamischer
Entspannung gekoppelt ist, und wenigstens einen zweiten Verdichter (36), um wenigstens
eine Fraktion des Kolonnenkopfstroms (84) zu verdichten;
- Mittel zum Bilden des an Methan reichen Stroms (12) anhand des erneut erwärmten
und verdichteten Kolonnenkopfstroms (90), der von dem zweiten Verdichter (36) stammt;
wobei die Anlage Folgendes umfasst:
- eine zweite Turbine (40) mit dynamischer Entspannung, die von der ersten Turbine
(26) mit dynamischer Entspannung verschieden ist,
- Mittel zum Einleiten wenigstens eines Teils der zweiten Fraktion (41B) des Versorgungsstroms
in die zweite Turbine (40) mit dynamischer Entspannung, um eine zweite entspannte
Fraktion (91A) zu bilden, die von der zweiten Turbine (40) mit dynamischer Entspannung
stammt und einen zweiten Druck besitzt,
- Mittel zum Kühlen und wenigstens teilweisen Verflüssigen wenigstens eines Teils
der zweiten Fraktion (91A), die von der zweiten Turbine (40) mit dynamischer Entspannung
stammt, um einen gekühlten Rückflussstrom (91B; 160; 232) zu bilden, und Mittel zum
Einleiten des gekühlten Rückflussstroms (91B; 160; 232) in die erste Destillationskolonne
(30),
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Turbine mit dynamischer Entspannung so beschaffen ist, dass der zweite
Druck im Wesentlichen gleich dem ersten Druck ist, damit die Differenz zwischen dem
ersten Druck und dem zweiten Druck kleiner als 8 Bar ist;
und dass die Anlage (10) so konfiguriert ist, dass die Gesamtheit der zweiten Fraktion
(41B) des Versorgungsstroms in die zweite Turbine (40) mit dynamischer Entspannung
ohne Kühlung zwischen dem Schritt des Trennens des Versorgungsstroms (16) und dem
Schritt des Einleitens der zweiten Fraktion (41B) des Versorgungsstroms in die zweite
Turbine (40) mit dynamischer Entspannung eingeleitet wird.
15. Anlage nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst:
- eine Hilfskolonne (216);
- Mittel zum Einleiten wenigstens eines Teils der zweiten entspannten Fraktion (91A),
die von der zweiten Turbine (40) mit dynamischer Entspannung stammt, in die Hilfskolonne
(216); und
- Mittel zum Bilden des gekühlten Rückflussstroms anhand des Fußstroms (232) der Hilfskolonne
(216).
1. A method for producing a methane-rich stream (12) and a C
2+ hydrocarbon-rich stream (14) from a feed stream (16) containing hydrocarbons, the
method comprising the following steps:
- separating the feed stream (16) into a first fraction (41A) of the feed stream and
at least one second fraction (41B) of the feed stream;
- cooling the first fraction (41A) of the feed stream in a first heat exchanger (20);
- injecting the first fraction of the cooled feed stream (42) in a first separating
flask to produce a light head stream (44) and a heavy bottoms stream (45);
- expanding a turbine feed fraction (48) formed from the light head stream (44) in
a first dynamic expansion turbine (26) up to a first pressure (P1) and injecting at
least part (56) of the first expanded fraction (54) coming from the first turbine
(26) into a first distillation column (30);
- expanding at least part of the heavy bottoms stream (45) to form an expanded bottoms
stream (60) and injecting the expanded bottoms stream (60) into the first distillation
column (30) without going through the first heat exchanger (20) between the first
separating flask (22) and the first distillation column (30);
- recovering a bottoms stream (82) at the bottom of the first distillation column
(30), the C2+ hydrocarbon-rich stream (14) being formed from the column stream (82);
- recovering and heating a methane-rich overhead stream (84);
- compressing at least one fraction of the overhead stream (84) in at least a first
compressor (32) coupled to the first dynamic expansion turbine (26) and in at least
one second compressor (36);
- forming a methane-rich stream (12) from the heated and compressed overhead stream
(90);
the method comprising the following steps:
- expanding at least part of the second fraction of the feed stream (41B) in a second
dynamic expansion turbine (40), separate from the first dynamic expansion turbine
(26), up to a second pressure, to form a second expanded fraction (91A) coming from
the second dynamic expansion turbine (40),
- cooling and at least partially liquefying at least part of the second expanded fraction
(91A) coming from the second dynamic expansion turbine (40) to form a cooled reflux
stream (91B; 160; 232) and inject the cooled reflux stream (91B; 160; 232) in the
first distillation column (30);
characterized in that the second pressure (P2) is substantially equal to the first pressure (P1) such that
the pressure difference between the first pressure and the second pressure is less
than 8 bars;
and
in that the entire second fraction of the feed stream (41B) is injected into the second dynamic
expansion turbine (40), without cooling between the step for separating the feed stream
(16) and the step for injecting the second fraction of the feed stream (41B) into
the second dynamic expansion turbine (40).
2. The method according to claim 1, characterized in that it includes the injection of the first expanded fraction (54) from the first dynamic
expansion turbine (26) into a second heat exchanger (28) to be cooled and partially
liquefied therein, the first cooled expanded fraction forming an additional cooled
reflux stream, the method including the injection of the additional cooled reflux
stream (56) into the first distillation column (30).
3. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that it comprises the following steps:
- injecting the second expanded fraction (91A) coming from the second dynamic expansion
turbine (40) into a downstream separating flask (152) to form a second gas head stream
(156) and a second liquid bottoms stream (154),
- cooling the second gas head stream (156) to form a cooled reflux stream.
4. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that it comprises the following steps:
- injecting at least part of the second expanded fraction (91A) from the second dynamic
expansion turbine (26) into an auxiliary column (216), and
- forming a cooled reflux stream from the bottoms stream (232) of the auxiliary column
(216).
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
characterized in that it comprises the following steps:
- removing a secondary compression fraction (87B) in the methane-rich overhead stream
(86), before the passage of a fraction (87A) of the methane-rich overhead stream in
the first compressor (32),
- passage of the secondary fraction (87B) in a third compressor (41) coupled to the
second dynamic expansion turbine (40);
- injecting the compressed secondary fraction from the third compressor (41) into
the fraction of the compressed overhead stream, downstream of the first compressor
(32).
6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second compressor (36) comprises a first compression stage, at least one second
compression stage, and a refrigerant inserted between the first compression stage
and the second compression stage, the method including a step for passage of the compressed
overhead stream (88) from the first compressor successively in the first compression
stage, the refrigerant, then the second compression stage.
7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least part of the second expanded fraction (91A) from the second dynamic expansion
turbine (40), at least one fraction of the overhead stream (84), and possibly the
first expanded fraction (54) from the first dynamic expansion turbine (26), are placed
in a heat exchange relationship.
8. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that it comprises the following steps:
- dividing the light head stream (44) into the turbine feed fraction (48) and a column
feed fraction (46);
- cooling and at least partially condensing the column feed fraction (46) in a second
heat exchanger (28),
- expanding and at least partially injecting the cooled column feed fraction into
the first distillation column (30),
at least part of the second expanded fraction (91A) from the second dynamic expansion
turbine (40) and the column feed fraction (46) advantageously being placed in a heat
exchange relationship.
9. The method according to claim 8, characterized in that at least a fraction (238) of the overhead stream (84) and at least one part of the
second expanded fraction (91A) from the second dynamic expansion turbine are placed
in a heat exchange relationship in a downstream heat exchanger (214) separate from
the second heat exchanger (28).
10. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that it comprises the following steps:
- removing a bleed stream (92) from the overhead stream (90);
- cooling the bleed stream at least in the first heat exchanger (20) and injecting
the cooled bleed stream (96) into the first distillation column (30); and
- possibly, heat exchange of the bleed stream with at least part of the second expanded
fraction (91A) from the second turbine (40).
11. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that it comprises the following steps:
- removing a reboiling stream (80) in the first distillation column (30) at a removal
level;
- putting the reboiling stream (80) in a heat exchange relationship with at least
part of the second expanded fraction (91A) coming from the second dynamic expansion
turbine (40) to cool and at least partially liquefy the part of the expanded second
fraction (91A) coming from the second dynamic expansion turbine; and
- possibly, placement in a heat exchange relationship with the first expanded fraction
from the first turbine (26);
- reinjecting the reboiling stream (80) into the first distillation column (30) at
a level below the removal level.
12. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that it comprises the following steps:
- removing an extra cooling stream from the methane-rich overhead stream or from the
stream formed from the methane-rich overhead stream (84, 86, 88, 90) or a stream (92)
formed from the methane-rich overhead stream (84, 86, 88, 90);
- expanding and injecting the expanded extra cooling stream into a stream (42, 48)
circulating upstream of the first expansion turbine (26), advantageously in the first
fraction of the cooled feed stream (42) or in the turbine feed fraction (48).
13. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that it comprises the following steps:
- passage of the methane-rich overhead stream (84) in the first heat exchanger (20);
- removal of an auxiliary expansion stream in the methane-rich overhead stream (84),
after its passage in the first heat exchanger (20);
- dynamic expansion of the auxiliary expansion stream in an auxiliary dynamic expansion
turbine;
- injecting the expanded stream from the auxiliary dynamic expansion turbine into
the methane-rich overhead stream, before its passage in the first heat exchanger (20).
14. An equipment for producing a methane-rich stream (12) and a C
2+ hydrocarbon-rich stream (14) from a feed stream (16) containing hydrocarbons, of
the type comprising:
- means for separating the feed stream (16) into a first fraction (41A) of the feed
stream and at least one second fraction (41B) of the feed stream;
- a first heat exchanger (20) to cool the first fraction (41A) of the feed stream;
- means for injecting the first cooled feed fraction (42) into a first separating
flask (22) to produce a light head stream (44) and a heavy bottoms stream (45);
- a first dynamic expansion turbine (26) and means for injecting a turbine feed fraction
(48) formed from the light head stream into the first dynamic expansion turbine (26)
so as to expand the turbine feed fraction (48) up to a first pressure;
- a first distillation column (30);
- means for injecting at least part (56) of the first expanded fraction (54) into
the first turbine (26) in the first distillation column (30);
- means for expanding at least part of the heavy bottoms stream (45) to form an expanded
bottoms stream and means for injecting at least part of the expanded bottoms stream
(60) into the first distillation column (30), the means for injecting the expanded
bottoms stream being configured so that the bottoms stream (45) does not pass through
the first heat exchanger (20) between the first separating flask and the first distillation
column (30);
- means for recovering a bottoms stream (82) at the bottom of the first distillation
column (30), the C2+ hydrocarbon-rich stream (14) being formed from the bottoms stream (82);
- means for recovering and heating a methane-rich overhead stream (84),
- at least one first compressor (32) coupled to the first dynamic expansion turbine
(26) and at least one second compressor (36) to compress at least one fraction of
the overhead stream (84);
- means for forming a methane-rich stream (12) from the heated and compressed overhead
stream (90) from the second compressor (36);
the equipment comprising :
- a second dynamic expansion turbine (40), separate from the first dynamic expansion
turbine (26),
- means for injecting at least part of the second fraction of the feed stream (41B)
into the second dynamic expansion turbine (40) to form a second expanded fraction
(91A) from the second dynamic expansion turbine (40) at a second pressure; and
- means for cooling and at least partially liquefying at least part of the second
fraction (91A) from the second dynamic expansion turbine (40) to form a cooled reflux
stream (91B; 160; 232) and means for injecting the cooled reflux stream (91B; 160;
232) into the first distillation column (30),
characterized in that the second dynamic expansion turbine is arranged so that the second pressure is substantially
equal to the first pressure such that the pressure difference between the first pressure
and the second pressure is less than 8 bars;
and
in that the installation (10) is configured such that the entire second fraction of the feed
stream (41B) is injected into the second dynamic expansion turbine (40), without cooling
between the step for separating the feed stream (16) and the step for injecting the
second fraction of the feed stream (41B) into the second dynamic expansion turbine
(40).
15. The equipment according to claim 14,
characterized in that it comprises:
- an auxiliary column (216);
- means for injecting at least part of the second expanded fraction (91A) from the
second dynamic expansion turbine (26) into the auxiliary column (216); and
- means for forming the cooled reflux stream from the bottoms stream (232) of the
auxiliary column (216).