La présente invention concerne un procédé de production d'un courant riche en méthane et d'un courant riche en hydrocarbures en C2+ à partir d'un courant d'alimentation contenant des hydrocarbures, selon le préambule de la revendication 1.
L'Article « Texas plant retrofit improves throughput, C2 recovery » décrit un procédé de séparation comportant deux turbines de détente dynamique en parallèle.
Un tel procédé est destiné à extraire des hydrocarbures en C2+, 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.
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.
Il est nécessaire de séparer les hydrocarbures lourds du gaz naturel pour répondre à au moins deux impératifs.
Tout d'abord, économiquement, les hydrocarbures en C2+, 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.
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.
Pour séparer les hydrocarbures en C2+ 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.
Pour atteindre des taux de récupération plus élevés, les procédés d'expansion cryogénique sont utilisés.
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.
Puis, les différents effluents, après condensation partielle, sont combinés pour alimenter un séparateur gaz-liquide.
Comme décrit dans
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.
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.
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 C2+ et en un courant riche en méthane, de manière très économique, peu encombrante et très efficace.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé selon la revendication 1.
Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques des revendications 2 à 13 ou la caractéristique suivante:
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 C2+ à partir d'un courant d'alimentation contenant des hydrocarbures, selon la revendication 14.
L'installation selon l'invention peut comprendre la caractéristique de la revendication 15.
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 :
Dans tout ce qui suit, on désignera par les mêmes références un courant circulant dans une conduite et la conduite qui le transporte.
En outre, sauf indication contraire, les pourcentages cités sont des pourcentages molaires et les pressions sont données en bars absolus.
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.
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.
La
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.
Le procédé et l'installation 10 s'appliquent avantageusement à la construction d'une nouvelle unité de récupération de méthane et d'éthane.
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.
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.
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.
Un premier procédé de production selon l'invention, mis en oeuvre dans l'installation 10 va maintenant être décrit.
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.
Le courant d'alimentation 16 présente plus généralement en moles entre 5 % et 15 % d'hydrocarbures en C2+ à extraire et entre 75 % et 90 % de méthane.
Par « gaz déshydraté », on entend un gaz dont la teneur en eau est la plus basse possible et est notamment inférieure à 1 ppm.
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.
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.
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.
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.
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.
La teneur en liquide de la fraction refroidie 42 est inférieure à 50% molaire.
Un courant léger de tête 44 gazeux et un courant lourd de pied 45 liquide sont extraits du premier ballon séparateur 22.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
La teneur en liquide du courant de reflux refroidi 56 est supérieure à 5% molaire.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Plus généralement, le courant 82 a un rapport C1/C2 inférieur à 3% molaire, par exemple égal à 1%.
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 C3+ contenus dans le courant d'alimentation 16.
Le courant de fond de colonne 82 est pompé dans la pompe 39 pour former la coupe 14 riche en hydrocarbures en C2+.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Le courant 90 présente ainsi une pression supérieure à 40 bars et notamment sensiblement égale à 63,1 bars.
Le courant de tête de colonne comprimé 90 forme le courant riche en méthane 12 produit par le procédé selon l'invention.
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 C2+ contenus dans le courant d'alimentation 16.
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.
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.
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.
La deuxième fraction détendue 91A présente ainsi une température inférieure à 0°C et notamment de l'ordre de - 25°C.
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.
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.
Des exemples de températures, de pressions, et de débits molaires des différents courants sont donnés dans le Tableau 1 ci-dessous.
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.
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
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.
Une deuxième installation 110 selon l'invention est représentée sur la
Le deuxième procédé diffère du premier procédé en ce qu'un courant de soutirage 92 est prélevé dans le courant de tête comprimé 90.
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.
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.
Le courant 96, qui avant détente dans la vanne 94, est essentiellement liquide, possède après détente une fraction liquide supérieure à 0,8.
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.
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.
Des exemples de températures, de pressions et de débits molaires des différents courants sont donnés dans le Tableau 3 ci-dessous.
Dans une variante (non représentée), le deuxième compresseur 36 peut comprendre deux étages de compression séparés par un aéro-réfrigérant.
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.
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
Une troisième installation 170 selon l'invention est représentée sur la
La troisième installation 170 est destinée à la mise en oeuvre d'un troisième procédé selon l'invention.
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.
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.
Le courant de reflux refroidi 56 est alors introduit dans la partie moyenne de la colonne 30 au niveau N2, comme décrit précédemment.
Une dérivation peut être prévue pour introduire une partie de la fraction détendue 54 dans la colonne 30 sans passer par l'échangeur 28.
Des exemples de températures, de pressions et de débits molaires des différents courants sont donnés dans le Tableau 5 ci-après.
Une quatrième installation 180 selon l'invention est représentée sur la
Le quatrième procédé selon l'invention diffère du troisième procédé selon l'invention, représenté sur la
Le quatrième procédé selon l'invention est par ailleurs analogue au troisième procédé selon l'invention.
Une cinquième installation 210 selon l'invention est représentée sur la
La cinquième installation 210 est destinée à avantageusement augmenter la récupération des C2+ dans une installation existante notamment du type décrit dans les brevets
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.
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.
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.
La cinquième installation 210 comprend également un quatrième compresseur 220 interposé entre deux aéro-réfrigérants 222A, 222B.
La cinquième installation 210 comprend en outre un ballon aval 152, disposé en aval de la deuxième turbine 40.
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.
Le rapport du débit molaire de la troisième fraction 224 au débit molaire du courant d'alimentation 16 est supérieur à 5%.
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.
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.
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.
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.
Le deuxième courant de tête refroidi 225 est introduit dans la colonne auxiliaire 216 à un étage inférieur E1.
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.
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.
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.
La colonne auxiliaire 216 produit un courant auxiliaire de tête 230 riche en méthane et un courant auxiliaire de pied 232.
Le courant auxiliaire de tête 230 est mélangé au courant de tête 84 riche en méthane produit par la colonne de distillation 30.
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.
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.
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.
Le rapport du débit molaire de la fraction majoritaire 236 à la fraction minoritaire 238 est supérieur à 1,5.
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.
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.
La deuxième fraction réchauffée 240 est ensuite séparée en un courant de retour 242, et en un courant de compression 244.
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.
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.
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.
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.
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.
Cette première partie comprimée 252 est mélangée avec le courant de tête comprimé 90 pour former le courant riche en méthane 12.
La cinquième installation 210 et le cinquième procédé selon l'invention permettent donc d'augmenter le taux de récupération d'hydrocarbures en C2+ 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.
Pour conserver les équipements existants intacts et améliorer la récupération en C2+, 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.
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.
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.
Une sixième installation 270 selon l'invention est représentée sur la
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.
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.
La mise en oeuvre du sixième procédé selon l'invention est par ailleurs analogue à celle du cinquième procédé selon l'invention.
Pour conserver la récupération en C2+ 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.
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.
La présence d'une colonne auxiliaire 216 permet également d'éviter l'engorgement de la colonne 30 lors de l'augmentation de débit.
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.
Dans une variante qui n'est pas couverte par la présente invention (représentée en pointillés sur la
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.
La deuxième fraction de pied détendue 258 est ensuite introduite dans la colonne 30, avantageusement entre le niveau N11 et le niveau N8.
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.
Cette disposition avec un ballon séparateur amont s'applique aussi au cas où le courant d'alimentation 16 contient une fraction liquide.
Dans une autre variante (non représentée) des modes de réalisation des
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.
Dans une autre variante (non représentée) des modes de réalisation des
Le courant de tête 84 est alors divisé en une pluralité de fractions correspondant au nombre de deuxièmes échangeurs 28.
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.
Dans une autre variante (non représentée) des modes de réalisation des
Cette mise en relation d'échange thermique peut être effectuée au sein du deuxième échangeur thermique 28.
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.
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.
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