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(11) | EP 0 125 980 A2 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Procédé et appareil de refroidissement et liquéfaction d'au moins un gaz à bas point d'ébullition, tel que par exemple du gaz naturel |
| (57) La présente invention concerne un procédé et un appareil de liquéfaction d'un gaz
à bas point d'ébullition, tel que du gaz naturel, par échange de chaleur avec un fluide
réfrigérant, à plusieurs composants. Selon l'invention, la phase vapeur du fluide réfrigérant principal, condensée et sous-refroidie est détendue, en une fois, à au moins une première pression, et la phase liquide du fluide réfrigérant principal sous-refroidie est détendue, en une fois, à au moins une deuxième pression, différente de ladite première pression. La présente invention s'applique notamment à la liquéfaction du gaz naturel. |
[0001] La présente invention a pour objet un procédé et un appareil de refroidissement et de liquéfaction d'au moins un gaz à bas point d'ébullition, tel que par exemple du gaz naturel, ou éventuellement tout mélange de gaz comportant au moins un composant à bas point d'ébullition.
[0002] On connaît déjà des procédés de liquéfaction par exemple de gaz naturel dans.lesquels le gaz naturel est graduellement liquéfié par échanges de chaleur successifs avec plusieurs fluides de réfrigération ayant des points d'ébullition décroissants. Un tel procédé dit "en cascade" nécessite l'utilisation d'un grand nombre d'échangeurs, de compresseurs, de pompes, etc. pour assurer la circulation en circuit fermé de chacun des fluides de réfrigération. L'installation est donc complexe et la multiplicité des équipements diminue la fiabilité de l'ensemble. En outre, les courbes de refroidissement de ces fluides de réfrigération ne suivent pas l'allure continue de la courbe de refroidissement du gaz naturel, ce qui entraîne une baisse des rendements et donc des pertes d'énergie importantes.
[0003] On connaît également des procédés de liquéfaction d'un gaz naturel par échange de chaleur avec un fluide de réfrigération à plusieurs composants soumis à au moins une condensation partielle, la partie condensée dudit fluide de réfrigération assurant par échange de chaleur la liquéfaction du gaz naturel. La (ou les ) partie(s) condensée(s) dudit fluide de réfrigération constitue(nt) également un fluide de réfrigération à plusieurs composants. La courbe de refroidissement du fluide de réfrigération a plusieurs composants est dans ce cas proche de la courbe de refroidissement du gaz naturel. De plus, l'installation est simplifiée ne nécessitant qu'un seul groupe compresseur puisqu'il n'y a qu'un seul fluide de réfrigération (complexe) dans l'installation.
[0004] Il est également connu de se servir d'un fluide de réfrigération auxiliaire à un ou plusieurs composants pour prérefroidir simultanément ou séparément, le gez naturel à liquéfier et le fluide de réfrigération principal. Les fluides de réfrigération auxiliaire et principal circulant chacun en circuit fermé sont comprimés chacun par un groupe compresseur distinct.
[0005] Ces procédés avec réfrigérants à plusieurs composants utilisent des échangeurs du type bobiné afin d'obtenir un bon rendement et plus particulièrement une homogénéité correcte du mélange liquide-vapeur lors de sa distribution en tête d'échangeur et pendant sa vaporisation le long de l'échangeur. Malheureusement, ces échangeurs restent des appareils coûteux, volumineux et lourds.
[0006] La présente invention a donc pour but d'éviter les inconvénients des procédés de l'art antérieur indiqués ci-dessus, en créant un procédé de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel par exemple, permettant notamment d'obtenir un meilleur rendement à un coût plus bas.
[0007] Dans cet esprit, la présente invention a pour objet un procédé de refroidissement et de liquéfaction d'au moins un gaz à bas point d'ébullition, tel que par exemple du gaz naturel, par échange de chaleur avec au moins une partie d'un fluide réfrigérant principal à plusieurs composants prérefroidi jusqu'à sa liquéfaction au moins partielle par échange thermique avec un fluide réfrigérant auxiliaire, notamment à plusieurs composants, lesdits fluides réfrigérants faisant partie d'une cascade frigorifique incorporée d'au moins ces deux fluides réfrigérants, ledit fluide réfrigérant principal évoluant selon un cycle de refroidissement en circuit fermé en y subissant successivement : au moins une compression à l'état gazeux, au moins un refroidissement préliminaire avec condensation au moins partielle, notamment par échange thermique avec ledit fluide réfrigérant auxiliaire, les phases liquide et vapeur ainsi obtenues étant ensuite séparées, au moins une réfrigération avec liquéfaction totale puis sous-refroidissement, et ensuite détente pour échange de chaleur subséquent et vaporisation résultante, à contre-courant avec lui-même et avec ledit gaz pour liquéfaction au moins partielle de ce dernier, la vapeur ainsi réchauffée étant finalement recomprimée et recyclée, caractérisé en ce que ladite phase vapeur du fluide réfrigérant principal condensée et sous-refroidie est détendue, en une fois, à au moins une première pression et en ce que ladite phase liquide du fluide réfrigérant principal sous-refroidie est détendue, en une fois, à au moins une deuxième pression, différente de ladite première pression.
[0008] Selon une autre caractéristique de l'invention, une première partie de la phase vapeur précitée du fluide refrigérant principal, condensée et sous-refroidie est détendue à une première pression, une deuxième partie étant détendue à une deuxième pression, et une première partie de la phase liquide précitée du fluide réfrigérant principal sous-refroidie est détendue à ladite première pression, une deuxième partie étant détendue à ladite deuxième pression.
[0009] Selon une autre caractéristique de l'invention, après la vaporisation précitée, les premières parties précitées des phases vapeur et liquide précitées sont mélangées et les deuxièmes parties précitées desdites phases vapeur et liquide sont mélangées.
[0010] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, après la détente précitée, et avant la vaporisation précitée, les premières parties précitées des phases vapeur et liquide précitées sont mélangées, et les deuxièmes parties précitées desdites phases vapeur et liquide sont mélangées.
[0011] Selon une autre caractéristique de l'invention, les phases vapeur et liquide du fluide réfrigérant principal obtenues après la détente précitée sont séparées avant échange de chaleur avec le gaz à liquéfier précité et le fluide réfrigérant principal avant détente.
[0012] Selon une autre caractéristique de l'invention, la première pression précitée est une basse pression inférieure à environ 1 bar effectif et la deuxième pression précitée est une pression moyenne comprise entre environ 1,5 et environ 3 bars effectifs.
[0013] Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins une partie du gaz à liquéfier précité est prérefroidie par échange thermique avec au moins une partie du fluide réfrigérant auxiliaire précité.
[0014] Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins une partie du gaz à liquéfier précité est prérefroidie par échange thermique avec au moins une partie de la vapeur réchauffée précitée à la première ou la deuxième pression précitée.
[0015] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, au moins une partie du fluide réfrigérant principal précité est prérefroidie par échange thermique avec au moins une partie de la vapeur réchauffée précitée à la première ou Ta deuxième pression précitée.
[0016] Selon une autre caractéristique de l'invention, le fluide réfrigérant auxiliaire précité évoluant selon un cycle de refroidissement en circuit fermé en y subissant successivement : au moins une compression à l'état gazeux; au moins un refroidissement préliminaire avec éventuellement condensation au moins partielle par échange thermique avec un agent refroidisseur de préférence d'origine externe; au moins une auto-réfrigération avec liquéfaction totale puis sous-refroidissement et ensuite détente pour échange de chaleur subséquent et vaporisation résultante concomitante à contre-courant avec lui-même avant sa détente et avec le fluide réfrigérant principal, et éventuellement le gaz à liquéfier; la vapeur ainsi réchauffée étant recyclée et recomprimée, la détente du fluide réfrigérant auxiliaire, avant vaporisation, s'effectue à au moins deux niveaux de pression, notamment à trois niveaux de pression.
[0017] Selon une autre caractéristique de l'invention, on sépare les phases vapeur et liquide, du fluide réfrigérant auxiliaire après détente.
[0018] Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le fluide réfrigérant principal précité a la composition molaire suivante :
et le fluide réfrigérant auxiliaire précité a la composition molaire suivante :
La présente invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé précité, appareil du type comprenant au moins les circuits suivants : un circuit ouvert de gaz à liquéfier; un circuit fermé de fluide réfrigérant principal en relation d'échange thermique avec ledit circuit de gaz au moyen d'au moins un échangeur de chaleur cryogénique, et faisant partie d'une cascade frigorifique incorporée d'au moins deux fluides réfrigérants, respectivement principal et auxiliaire; un circuit fermé de fluide réfrigérant auxiliaire en relation d'échange thermique avec ledit circuit de fluide réfrigérant principal, et éventuellement avec ledit circuit de gaz à liquéfier, au moyen d'au moins un échamgeur de chaleur cryogénique de prérefroidissement et de liquéfaction au moins partielle dudit fluide réfrigérant principal; ledit circuit fermé de fluide réfrigérant principal comprenant successivement : au moins un compresseur et éventuellement un échangeur de chaleur ou refroidisseur relié à une voie d'écoulement du fluide réfrigérant principal traversant ledit échangeur cryogénique du circuit de fluide réfrigérant auxiliaire, un séparateur des phases vapeur et liquide ainsi obtenues, ledit échangeur de chaleur cryogénique et un système de détente, comprenant un organe de détente dans la voie d'écoulement de chaque fraction du fluide réfrigérant principal, relié audit compresseur, et caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur cryogénique dudit circuit de fluide réfrigérant principal est un échangeur à plaques comportant des voies de passage différentes pour chacun des fluides en présence lors de l'échange thermique, à savoir le gaz à liquéfier, les phases ou fractions liquide et vapeur du fluide réfrigérant principal partiellement condensé, ainsi que les fractions, issues des précédentes, détendues à différents niveaux de pression.
[0019] Selon une autre caractéristique de l'invention, l'emplacement de chaque élément du système de détente précité par rapport à l'échangeur de chaleur cryogénique précité du circuit de fluide réfrigérant principal est modifiable pour chaque fraction précitée du fluide réfrigérant principal.
[0020] Selon une autre caractéristique de l'invention, un séparateur des phases vapeur et liquide est prévu, en aval de l'organe de détente précité, dans la voie d'écoulement de la fraction vapeur du fluide réfrigérant principal.
[0021] Selon une autre caractéristique de l'invention, un échangeur de chaleur est prévu en amont de l'échangeur de chaleur cryogénique précité du circuit de fluide réfrigérant principal, échangeur de chaleur qui est traversé, notamment à contre-courant, d'une part par le fluide réfrigérant principal vaporisé après détente dans ledit échangeur de chaleur cryogénique et, d'autre part, par au moins une partie du gaz à liquéfier et/ou du fluide réfrigérant principal.
[0022] Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de gaz à liquéfier précité comprend une voie d'écoulement vers et à travers l'échangeur de chaleur précité du circuit de fluide réfrigérant principal comportant, en aval dudit échangeur, un organe de détente; une dérivation de ladite voie traversant l'échangeur de chaleur précité du circuit de fluide réfrigérant auxiliaire avant de rejoindre ladite voie d'écoulement avant ledit échangeur cryogénique du circuit de fluide réfrigérant principal.
[0023] Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de fluide réfrigérant auxiliaire précité comprenant successivement au moins un compresseur, au moins un échangeur-refroidisseur à fluide réfrigérant de préférence d'origine externe; et l'échangeur de chaleur cryogénique précité étant traversé par une voie d'écoulement du fluide réfrigérant auxiliaire comportant, à sa sortie, un organe de détente, et par au moins une voie d'écoulement, à contre-courant, dudit fluide réfrigérant après détente, ladite voie d'écoulement du fluide réfrigérant auxiliaire dans ledit échangeur cryogénique présente au moins deux dérivations par exemple trois, comportant un organe de détente, la partie de chaque dérivation en aval dudit organe de détente traversant la partie correspondante dudit échangeur cryogénique sensiblement parallèlement à ladite voie d'écoulement et à contre-courant.
[0024] Selon une autre caractéristique de l'invention, un séparateur de phases vapeur et liquide est prévu en aval de l'organe de détente précité, la partie de dérivation précitée, en aval dudit séparateur, étant divisée en une voie d'écoulement de la phase vapeur et une voie d'écoulement de la phase liquide; la voie d'écoulement de la phase vapeur pouvant ne pas traverser l'échangeur précité.
[0025] Le procédé et l'appareil décrits ci-dessus présentent un grand nombre d'avantages parmi lesquels on peut citer :
- une flexibilité remarquable autorisant des conditions de fonctionnement très différentes, par exemple un changement de la nature du gaz à liquéfier tout en conservant un rendement thermodynamique élevé; cette flexibilité apparaissant aussi bien au stade de la conception du schéma de procédé qu'au stade de la mise en oeuvre de l'unité de liquéfaction;
- une adaptation particulière à l'utilisation des échangeurs à plaques ce qui permet un investissement modéré pour la zone d'échange cryogénique allié à une conception modulaire facilitant le transport et l'implantation sur barge par exemple;
- un schéma de procédé suffisamment évolutif pour répondre à divers besoins particuliers tels que réchauffage des aspirations du compresseur du cycle principal, traitements intermédiaires du gaz naturel en cours de liquéfaction.
[0026] La flexibilité du procédé repose sur les caractéristiques suivantes du fluide réfrigérant principal :
-pourcentages molaires d'azote, de méthane, de propane et d'hydrocarbures plus lourds;
- pourcentage molaire de vapeur après condensation partielle dans le cycle de réfrigération auxiliaire;
- pressions de vaporisation de différentes fractions à l'état liquide sous-refroidi;
- répartition de chacune des fractions liquides sous- refroidies entre les différents niveaux de pression.
[0027] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre faite en se référant aux dessins schématiques annexés illustrant des modes de réalisation actuellement préférés de l'invention et dans lesquels :
La figure 1 est un diagramme schématique d'un appareil de refroidissement et de liquéfaction d'un gaz à bas point d'ébullition tel que par exemple du gaz naturel, selon l'invention.
La figure 2 est une vue schématique d'une première variante de réalisation de l'échangeur cryogénique du circuit de fluide réfrigérant principal selon l'invention. ,
La figure 3 est une vue schématique d'une deuxième variante de réalisation de l'échangeur cryogénique du circuit de fluide réfrigérant principal.
La figure 4 est une vue schématique d'une troisième variante de réalisation de l'échangeur cryogénique du circuit de fluide réfrigérant principal.
La figure 5 est une vue schématique d'une autre variante de réalisation de l'appareil selon l'invention.
La figure 6 est une vue schématique d'une variante de réalisation du circuit de réfrigérant auxiliaire.
[0028] Sur les différentes figures, les mêmes chiffres de référence sont utilisés pour désigner des éléments ou parties identiques ou similaires et les valeurs numériques de pression indiquées à titre d'exemple, sont exprimées en bars effectifs.
[0029] En se référant en particulier à la figure 1, le circuit ouvert de gaz, par exemple naturel, à liquéfier, est désigné d'une façon générale par le repère 1, tandis que le circuit fermé de fluide réfrigérant principal est désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 2 et le circuit fermé de fluide réfrigérant auxiliaire est désigné par le chiffre de référence 3. Les circuits fermés de fluides réfrigérants principal et auxiliaire sont symboliquement délimités et contenus à l'intérieur d'un cadre rectangulaire tracé en ligne discontinue en traits mixtes, et le trajet du gaz à liquéfier est indiqué par une ligne continue en trait plein épais. Le circuit de gaz à liquéfier 1 et le circuit de fluide réfrigérant principal 2 sont thermiquement combinés ou interconnectés par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur cryogéniques communs respectivement de liquéfaction et de sous-refroidissement de gaz 4, d'une part, et de refroidissement préliminaire de gaz 5, d'autre part. Les circuits de fluides réfrigérants respectivement principal 2 et auxiliaire 3 sont combinés par l'intermédiaire d'au moins un échangeur de chaleur cryogénique commun 6 de prérefroidissement et de liquéfaction au moins partielle du fluide réfrigérant principal.
[0030] Le circuit ouvert 1 de gaz à liquéfier comprend une conduite 7 d'arrivée à l'échangeur de chaleur de refroidissement préalable 5 reliée à au moins une voie d'écoulement intérieure 8 de cet échangeur dont la s'ortie est reliée par une conduite 9 à un appareil facultatif 10 de traitement de gaz, notamment pour l'extraction de l'éthane. On peut bien sûr prévoir d'autres appareils de traitement du gaz, notamment un appareil d'extraction de l'azote peut être par exemple prévu au niveau de l'échangeur de chaleur cryogénique 4. La sortie de cet appareil 10 est reliée par une conduite 11 à l'entrée de l'échangeur de chaleur 4.
[0031] Une dérivation 12 de la conduite 7 peut être éventuellement prévue, dérivation 12 qui est reliée à une voie d'écoulement 13 d'une partie du gaz à liquéfier dans l'échangeur de chaleur cryogénique 6 du circuit de fluide réfrigérant auxiliaire, dont la sortie est reliée par une voie d'écoulement 14 à la conduite 11 avant l'entrée de l'échangeur de chaleur 4. La conduite 11 est reliée à une voie d'écoulement interne 15 traversant l'échangeur de chaleur cryogénique 4 et dont l'extrémité aval se raccorde, à la sortie de l'échangeur de chaleur 4 à une conduite 16 de gaz naturel liquéfié à travers au moins un organe de détente 17 tel que par exemple une vanne de détente.
[0032] Le circuit fermé 2 contient un fluide réfrigérant principal constitué par un mélange de plusieurs composants dont au moins la majeure partie est avantageusement formée d'hydrocarbures. La composition relative en moles de ce fluide réfrigérant peut être par exemple la suivante:
[0033] Ce circuit 2 comprend successivement dans le sens d'écoulement du fluide réfrigérant : un premier compresseur 18 et un deuxième compresseur 19 de fluide réfrigérant à l'état gazeux, entraînés soit chacun séparément par une machine motrice individuelle ou bien ensemble conjointement par une machine motrice commune en ayant alors leurs arbres respectifs accouplés mécaniquement. Ces deux compresseurs 18, 19 sont reliés en série à un échangeur-refroidisseur 20 dont le fluide refroidisseur est avantageusement d'origine externe et constitué par exemple par de l'eau ou de l'air. Les compresseurs 21, 22 peuvent être entraînés conjointement ou encore conjointement avec au moins l'un des compresseurs 18, 19, ou séparément chacun. La sortie de l'échangeur-refroidisseur 20 est reliée par une conduite 21 à un troisième compresseur 22 et un quatrième compresseur 23 reliés en'série à travers au moins un refroidisseur intermédiaire 24 dont le fluide refroidisseur est avantageusement d'origine externe et constitué par exemple par de l'eau ou de l'air. L'orifice de sortie et de refoulement du compresseur 23 est relié par une conduite 25, à travers un échangeur-refroidisseur 26 (dont le fluide refroidisseur est avantageusement d'origine externe, tel que par exemple de l'eau ou de l'air), à l'entrée de l'échangeur de chaleur 6 et plus précisément à l'extrémité amont d'au moins une voie d'écoulement interne 27 s'étendant dans celui-ci. L'échangeur de chaleur cryogénique 6 du circuit de fluide réfrigérant auxiliaire est avantageusement un échangeur à plaques. A la sortie de l'échangeur de chaleur 6, l'extrémitéaval de la voie d'écoulement 27 est reliée par une conduite 28 à au moins un séparateur de phases 29. L'espace collecteur de liquide de ce séparateur de phases est relié par une conduite 30 à l'entrée de l'échangeur de chaleur 4 et plus précisément à l'extrémité amont d'au moins une voie d'écoulement 31 s'étendant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 4 dans sensiblement la même direction que la voie d'écoulement interne 15 du gaz à liquéfier. L'extrémité aval de la voie d'écoulement interne 31 est divisée, après la sortie de l'échangeur de chaleur 4, en deux voies d'écoulement 33, 32 respectivement, raccordées à l'entrée d'organes de détente 34, 35 respectivement. A la sortie de chaque organe de détente 34, 35 est reliée une voie d'écoulement 36, 37 s'étendant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur cryogénique 4 dans sensiblement la même direction que la voie d'écoulement interne 15 du gaz à liquéfier et à la voie d'écoulement 31, et à contre-courant.
[0034] L'espace collecteur de vapeur du séparateur de phases 29 est relié par une conduite 38 à l'entrée de l'échangeur de chaleur cryogénique 4 et plus précisément à l'extrémité amont d'au moins une autre voie d'écoulement interne 39 s'étendant sensiblement parallèlement aux voies d'écoulement 15 et 31. L'extrémité aval de cette voie d'écoulement 39 est divisée, après la sortie de l'échangeur de chaleur 4, en deux voies d'écoulement 40, 41 reliées à l'entrée d'organes de détente 42, 43, respectivement, la sortie des organes de détente 42, 43 est reliée à des voies d'écoulement 44, 45, respectivement, s'étendant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur cryogénique 4 dans sensiblement la même direction que les autres voies d'écoulement 15, 31, 36, 37 et 39.
[0035] Selon l'invention, l'échangeur de chaleur cryogénique 4 du circuit de fluide réfrigérant principal 2 est un échangeur à plaques comportant, comme on l'a vu ci-dessus, des voies de passage différentes pour chacun des fluides en présence lors de l'échange thermique, à savoir le gaz à liquéfier, les phases ou fractions liquide et vapeur du fluide réfrigérant principal partiellement condensé, ainsi que les fractions issues des précédentes, détendues à différents niveaux de pression.
[0036] Après la sortie de l'échangeur cryogénique 4, les voies d'écoulement 36 et 44 des fractions du fluide réfrigérant principal détendues à une même pression, par exemple une pression moyenne, notamment comprise entre environ 1,5 et 3 bars se réunissent en une voie d'écoulement unique 46 qui peut éventuellement traverser l'échangeur de chaleur 5 de prérefroidissement du gaz à liquéfier, notamment à contre-courant, l'extrémité aval de cette voie d'écoulement 46 étant reliée à l'orifice d'aspiration du compresseur 19. 'De même, après la sortie de l'échangeur de chaleur cryogénique 4, les voies d'écoulement 37 et 45 des fractions du fluide réfrigérant principal détendues à une même pression, notamment une basse pression, par exemple inférieure à environ 1 bar effectif se réunissent en une voie d'écoulement unique 47 dont l'extrémité aval débouche dans-l'orifice d'aspiration du compresseur 18.
[0037] Le circuit 3 contient un fluide réfrigérant auxiliaire constitué par un mélange de préférence uniquement à base d'hydrocarbures ayant par exemple la composition molaire relative suivante :
Le circuit fermé 3 du fluide réfrigérant auxiliaire comporte successivement les éléments suivants dans le sens d'écoulement du fluide : des premier 48, deuxième 49 et troisième 51 compresseurs reliés en série les uns aux autres et entraînés soit respectivement par des machines motrices individuelles ou bien par au moins une machine motrice commune à au moins deux compresseurs qui sont alors directement accouplés mécaniquement par leurs arbres respectifs. L'orifice de sortie ou de refoulement du deuxième compresseur 49 est relié à l'orifice d'entrée ou d'aspiration du troisième compresseur 51 par une conduite 54 à travers un échangeur-refroidisseur 50 à agent refroidisseur de préférence d'origine externe tel que par exemple de l'eau ou de l'air. L'orifice de sortie ou de refoulement du troisième compresseur 51 est raccordé par une conduite 55 à un condenseur 52 dont la sortie est raccordée par une conduite 56 à un sous-refroidisseur 53.
[0038] La sortie du sous-refroidisseur 53 est raccordée par une conduite 57 à l'échangeur de chaleur cryogénique 6, qui peut être notamment constitué par un échangeur à plaques, et plus particulièrement à l'extrémité amont d'une voie d'écoulement 58 traversant l'échangeur de chaleur 6 dans une direction sensiblement parallèle aux voies d'écoulement 13 et 27 du gaz à liquéfier et du fluide réfrigérant principal, respectivement.
[0039] La voie d'écoulement 58 du fluide réfrigérant auxiliaire dans l'échangeur de chaleur cryogénique 6 présente, par exemple, trois dérivations 59, 6Q et 61 prévues à trois niveaux différents dans l'échangeur 6. Les trois dérivations 59, 60 et 61 sont reliées chacune à un organe de détente 62, 63 et 64, respectivement, dont la sortie est reliée à un séparateur de phases vapeur et liquide 65, 66 et 67, respectivement. Dans les trois cas, l'espace collecteur de liquide des séparateurs de phases 65, 66 et 67 est relié par une conduite 68, 69 et 70, respectivement, à une entrée de l'échangeur de chaleur cryogénique 6 et plus précisément à l'extrémité amont d'une voie d'écoulement 71, 72 et 73, respectivement, dont la majeure partie s'étend à l'intérieur de l'échangeur de chaleur cryogénique 6 dans une direction au moins approximativement parallèle aux voies d'écoulement 13 du gaz à liquéfier, 27 du fluide réfrigérant principal et 58 du fluide réfrigérant auxiliaire avant détente. De même, les espaces collecteurs de vapeur de chaque séparateur de phases 65, 66, 67 sont reliés par une conduite 74, 75 et 76, respectivement, à une entrée de l'échangeur de chaleur cryogénique 6 et plus particulièrement à l'extrémité amont d'une voie d'écoulement 77, 78, 79 dont la majeure partie s'étend à l'intérieur de l'échangeur de chaleur cryogénique 6 dans sensiblement la même direction que les autres voies d'écoulement internes 13, 27 et 58. Après être sorties de l'échangeur 6, les voies d'écoulement 71 et 77, 72 et 78, 73 et 79, respectivement, se réunissant en une seule voie d'écoulement, 80, 81 et 82 respectivement. La voie d'écoulement 82 est reliée à l'orifice d'aspiration du compresseur 48, la voie d'écoulement 81 est reliée à l'orifice d'aspiration du compresseur 49 et la voie d'écoulement 80 est reliée a l'orifice d'aspiration du compresseur 51.
[0040] Le circuit 1 fonctionne de la façon suivante : le gaz à liquéfier par exemple du gaz naturel, arrivant par la conduite 7 à une température par exemple d'environ +20°C et à une pression par exemple d'environ 42,5 bars, traverse la voie de passage 8 de l'échangeur de chaleur 5 pour y être refroidi préliminairement par échange thermique avec le fluide réfrigérant principal vaporisé après détente dans l'échangeur de chaleur cryogénique 4 et circulant dans la voie d'écoulement 46 en sens contraire au sens d'écoulement du gaz dans la voie de passage 8. En quittant l'échangeur de chaleur 5 par la conduite 9, le gaz est alors à une température par exemple d'environ -45°C et à une pression par exemple d'environs 42 bars. Il traverse ensuite l'appareil de traitement 10 pour parvenir par la conduite 11 à l'entrée de la voie d'écoulement 15 dans l'échangeur à plaques 4 pour y être entièrement liquéfié puis sous-refroidi par échange thermique avec le fluide réfrigérant principal. A sa sortie de l'échangeur de chaleur 4, le gaz liquéfié est à une température par exemple d'environ -154°C et à une pression par exemple d'environ 41,5 bars. Il est ensuite détendu dans la vanne de détente 17 puis transféré au lieu de conservation ou de stockage de gaz naturel liquéfié ou à un lieu de traitement ou d'utilisation de celui-ci.
[0041] Une partie du gaz à liquéfier peut être également préalablement refroidie par échange thermique avec le fluide réfrigérant auxiliaire dans l'échangeur de chaleur cryogénique 6, cette partie étant ensuite combinée au reste du gaz à liquéfier avant son entrée dans l'échangeur de chaleur cryogénique 4.
[0042] Le cycle 2 du fluide réfrigérant principal fonctionne de la façon suivante : la partie du fluide réfrigérant principal détendue à basse pression est aspirée à l'état gazeux, à une température par exemple d'environ -52°C et à une pression par exemple d'environ 0,08 bar par le premier compresseur 18 d'où il est refoulé à une pression moyenne d'environ par exemple 2 bars et à une température d'environ par exemple 10°C, puis il est aspiré par le deuxième compresseur 19, en même temps que la partie du fluide réfrigérant principal détendue à une pression moyenne égale par exemple à environ 2 bars et dont la température est par exemple d'environ 10°C. L'ensemble est refoulé du compresseur 19 à une température égale par exemple à environ 71°C et à une pression égale par exemple à environ 6,5 bars puis traverse l'échangeur-refroidisseur 20 dans lequel la température du fluide réfrigérant principal est abaissée à environ par exemple 15°C. Par la voie d'écoulement 21, il pénètre alors dans l'orifice d'aspiration du compresseur 22, traverse l'échangeur-refroidisseur 24 puis est comprimé dans le compresseur 23 et, par la voie d'écoulement 25, traverse l'échangeur de chaleur 26. A la sortie de cet échangeur de chaleur 26, le fluide réfrigérant principal est par exemple à une température d'environ 15°C et à une pression d'environ 27,4 bars. Il pénètre alors dans la-voie d'écoulement 27 de l'échangeur de chaleur cryogénique 6 où le fluide réfrigérant principal est refroidi par échange thermique avec le fluide réfrigérant auxiliaire de façon à se liquéfier au moins partiellement. Le fluide réfrigérant principal ainsi au moins partiellement condensé à une température par exemple d'environ -50°C et à une pression par exemple d'environ 26,5 bars, quitte alors l'échangeur de chaleur 6 sous la forme d'un mélange de phases respectivement gazeuse et liquide qui sont ensuite séparées dans le séparateur de phases 29. La phase gazeuse est amenée par la conduite 38 dans le segment de la voie d'écoulement 39 situé dans l'échangeur de chaleur cryogénique 4 pour y être liquéfiée puis sous-refroidie à une température par exemple d'environ -154°C. Une partie de cette phase gazeuse liquéfiée et sous-refroidie s'écoule dans la voie 41 et est détendue dans l'organe de détente 43 à une pression par exemple d'environ 0,3 bar, sa température étant par exemple d'environ -156°C. A la sortie de la voie d'écoulement 45 de cette fraction de la phase gazeuse liquéfiée et sous-refroidie, les conditions de température et de pression sont par exemple d'environ -52°C et d'environ 0,08 bar, respectivement. L'autre partie de la phase gazeuse liquéfiée et sous-refroidie s'écoule par la voie 40 et est détendue dans l'organe de détente 42 à une pression par exemple d'environ 2,3 bars, sa tempéra- tureétant d'environ -153°C. A la sortie de la voie d'écoulement 44 de cette fraction dans l'échangeur 4, les conditions de température et de pression sont par exemple les suivantes : -152°C et 2,10 bars.
[0043] De même, la phase liquide du fluide réfrigérant principal provenant du séparateur de phases 29, est amenée par la conduite 30 dans la voie d'écoulement 31 de l'échangeur de chaleur cryogénique 4 pour y être sous-refroidie jusqu'à une température par exemple d'environ -154°C, à une pression par exemple d'environ 26 bars. Une partie de la phase liquide sous-refroidie du fluide réfrigérant principal traverse l'organe de détente 35 où sa pression est ramenée à par exemple environ 0,3 bar ; tandis qu'une autre partie de la phase liquide sous-refroidie s'écoulant dans la voie 33 est détendue dans l'organe de détente 34 à une pression d'environ 2,3 bars, sa température étant d'environ par exemple -153°C. Après écoulement dans les voies 37 et 36, respectivement, les première et deuxième parties précitées de la phase liquide du fluide réfrigérant principal présentent les conditions de température et de pression suivantes : -52°C et 0,08 bar, et -52°C et 2,10 bars, respectivement.
[0044] Ainsi, selon l'invention, une première partie de la phase vapeur du fluide réfrigérant principal, condensée et sous-refroidie est détendue à une première pression, une deuxième partie étant détendue à une deuxième pression, et une première partie de la phase liquide précitée du fluide réfrigérant principal, sous-refroidie est détendue à ladite première pression, une deuxième partie étant détendue à ladite deuxième pression. Il est bien évident que les phases vapeur et liquide peuvent être divisées en un nombre souhaité de parties, par exemple trois ou plus, la pression à laquelle une partie de la phase liquide étant détendue correspondant à la pression à laquelle est détendue une partie correspondante de la phase vapeur.
[0045] Après la vaporisation, les premières parties des phases vapeur et liquide sont mélangées, et les deuxièmes parties desdites phases vapeur et liquide sont mélangées.
[0046] Une autre possibilité consiste à mélanger les premières parties des phases vapeur et liquide, et à mélanger les deuxièmes parties des phases vapeur et liquide après la détente mais avant la vaporisation (mode de réalisation illustré par la figure 5).
[0047] Enfin, la partie du fluide réfrigérant principal vaporisée à basse pression est admise par la voie d'écoulement 47 dans l'orifice d'aspiration du compresseur 18, tandis que la partie dufluide réfrigérant principal vaporisée à la pression moyenne est admise par la voie d'écoulement 46, et éventuellement après avoir traversé l'échangeur de chaleur 5 de prérefroidissement du gaz à liquéfier, dans l'orifice d'aspiration du compresseur 19.
[0048] Le fonctionnement du cycle 3 de fluide réfrigérant auxiliaire est le suivant : le fluide réfrigérant auxiliaire, à l'état gazeux, sortant du groupe de compresseurs 48, 49, 51 est par exemple à une température d'environ +46°C et à une pression par exemple d'environ 16 bars. Après passage dans les échangeurs refroidisseurs 52 et 53, la température du fluide réfrigérant auxiliaire est d'environ +13°C, tandis que sa pression est d'environ 15,1 bars. La partie du fluide réfrigérant auxiliaire dérivée dans la voie d'écoulement 59 est à une température par exemple d'environ 0°C et à une pression par exemple d'environ 15 bars. Après détente dans l'organe de détente 62, la température s'abaisse à par exemple environ -6,5°C et la pression à par exemple environ 8,5 bars. Les phases vapeur et liquide ainsi obtenues, séparées par le séparateur de phases 65 s'écoulant alors dans l'échangeur de chaleur cryogénique 6 par les voies d'écoulement 77 et 71, respectivement, de façon à réaliser un échange thermique avec les fluides contenus dans les autres voies d'écoulement 13, 27 et 58 traversant ledit échangeur de chaleur 6. Lesdites phases vapeur et liquide étant mélangées après la sortie de l'échangeur 6, les conditions de température et de pression du fluide réfrigérant auxiliaire sont alors les suivantes : par exemple environ 11°C et par exemple environ 8,5 bars. Cette partie du fluide réfrigérant auxiliaire est conduite à l'orifice d'aspiration du compresseur 51 par les voies d'écoulement 80 et 54.
[0049] Les conditions de température et de pression de la deuxième partie du fluide auxiliaire réfrigérant s'écoulant par la dérivation 60 sont les suivantes : par exemple environ -25°C et par exemple environ 14,5 bars. Après détente dans l'organe de détente 63, la température est abaissée à par exemple environ -29°C et la pression à par exemple environ 4 bars. Les phases vapeur et liquide ainsi obtenues s'écoulent dans les voies d'écoulement 78 et 72, respectivement, dans l'échangeur 6 de façon à participer à l'échange thermique avec les autres fluides s'écoulant dans ledit échangeur 6, puis sont réunies après la sortie dudit échangeur 6 dans la voie d'écoulement 81. Les conditions de température et de pression de cette partie du fluide réfrigérant auxiliaire sont alors les suivantes : par exemple environ -3°C et par exemple environ 3,9 bars. Cette partie du fluide réfrigérant auxiliaire est introduite dans l'orifice d'aspiration du compresseur 49.
[0050] De même, une troisième partie du fluide réfrigérant auxiliaire s'écoule dans la voie d'écoulement 61 à une température par exemple d'environ -50°C et une pression par exemple d'environ 14,2 bars. Après détente dans l'organe de détente 64, ces conditions de température et de pression évoluent comme suit : par exemple environ -54°C et par exemple environ 1,1 bars. Les phases vapeur et liquide ainsi obtenues sont séparées dans le séparateur de phases 67 puis s'écoulent par les voies d'écoulement 73 et 79 dans l'échangeur de chaleur 6 pour participer à l'échange thermique avec les autres fluides qui y circulent. Ces phases vapeur et liquide une fois réunies, après la sortie de l'échangeur 6, sont à une température par exemple d'environ -28°C et à une pression par exemple d'environ 0,90 bar. Cette troisième partie du fluide réfrigérant auxiliaire est introduite dans l'orifice d'aspiration du compresseur 48 par la voie d'écoulement 82.
[0051] Sur la figure 2, représentant une variante de réalisation de l'appareil selon l'invention, on n'a représenté qu'une partie de celui-ci encadrée en traits mixtes sur la figure 1; le reste de l'appareil. étant identique.
[0052] Dans cette variante, la phase vapeur du fluide réfrigérant principal condensée et sous-refroidie dans l''échangeur 4 est détendue, en une fois, par l'organe de détente 83 à une première pression. La phase liquide du fluide réfrigérant principal sous-refroidie dans l'échangeur 4 est détendue, en une fois, à une deuxième pression différente de ladite première pression, dans l'organe de détente 84. La phase vapeur, détendue par exemple à une basse pression, inférieure à environ 1 bar effectif est conduite, à travers l'échangeur de chaleur 4, par la voie d'écoulement 85, jusqu'à l'orifice d'aspiration du premier condenseur 18; tandis que la phase liquide du fluide réfrigérant principal, détendue à une pression moyenne, notamment comprise entre environ 1,5 et environ 3 bars est conduite, à travers l'échangeur 4, par la voie d'écoulement 86 jusqu'à l'orifice d'aspiration du deuxième compresseur 19. Il est à noter que le fonctionnement général de l'appareil de refroidissement et de liquéfaction d'un gaz à bas point d'ébullition, tel que par exemple du gaz naturel, comportant la variante de la figure 2, est similaire à celui de l'appareil selon la figure 1.
[0053] On se référera maintenant à la figure 3 représentant une autre variante de la même partie (indiquée par un cadre en traits mixtes sur la figure 1), de l'appareil que sur la figure 2. Dans ce cas, après détente de la phase vapeur condensée et sous-refroidie dans l'organe de détente 83, les phases gazeuse et liquide ainsi obtenues sont séparées dans un séparateur de phases 87 avant de retraverser, à contre-courant, l'échangeur de chaleur-cryogénique 4. Après vaporisation, les deux phases sont réunies dans la même voie d'écoulement 89 reliée à l'orifice d'aspiration du compresseur 18, la phase vapeur est donc, dans ce cas, détendue à la basse pression précitée.
[0054] La phase liquide sous-refroidie du fluide réfrigérant principal est détendue dans l'organe de détente 84, et circule à contre-courant dans l'échangeur 4 à la sortie duquel est reliée la voie d'écoulement 90 elle-même reliée à l'orifice d'aspiration du compresseur 19.
[0055] La phase vapeur issue du séparateur 87 peut ne pas repasser dans l'échangeur 4 mais être introduite directement dans la conduite 89.
[0056] La figure 6 illustre l'application de cette variante au circuit de réfrigération auxiliaire. Dans ce cas, les conduites 74, 75, 76 issues de l'espace collecteur de vapeur des séparateurs 65, 66, 67 sont reliées directement aux voies d'écoulement 80, 81, 82 sans passer par l'échangeur 6.
[0057] La figure 4 est une vue d'une variante de réalisation de la partie de l'appareil encadrée en traits interrompus sur la figure 1, semblable à la variante illustrée par la figure 2. Dans ce cas, l'emplacement de chaque élément du système de détente 83, 84 par rapport à l'échangeur de chaleur cryogénique 4 du circuit de fluide réfrigérant principal 2, au lieu de se trouver à la sortie de l'échangeur 4 peut être prévu, à un endroit quelconque, le long de l'échangeur 4, dans la direction d'écoulement des différents fluides. Ainsi, comme dans l'exemple représenté, la voie d'écoulement 31 de la phase liquide du fluide réfrigérant principal, ne traverse pas la totalité de l'échangeur 4. Cela permet de réaliser la détente à des niveaux de température différents, dans le cas où, après la vanne, la température pourrait être plus élevée. Le déplacement de la détente selon un gradient de température correspond à un déplacement de l'organe de détente le long de l'échangeur, dans la direction d'écoulement des fluides.
[0058] Enfin, comme indiqué ci-dessus, la figure 5 illustre une variante de réalisation dans laquelle les premières parties des phases vapeur et liquide sont mélangées et les deuxièmes parties desdites phases vapeur et liquide sont mélangées, après la détente, dans les vannes 83, 84'; 83', 84, respectivement, mais avant recirculation à contre-courant, dans l'échangeur 4.
[0059] On donnera ci-après un exemple de refroidissement et de liquéfaction d'un gaz naturel disponible dans les conditions suivantes :
températures : 20°C
pression : 42,44 bars effectifs
débit massique : 239,908 kg/h
Composition chimique en pourcentage molaire :
[0060] En amont du dispositif de détente final, le gaz liquéfié est obtenu dans les conditions suivantes :
température - 153,7°C
pression 41,44 bars effectifs
Débit massique et composition molaire identiques
aux valeurs précédentes.
[0061] Un exemple de calcul du procédé, objet de l'invention, conduit aux performances suivantes à titre indicatif.
Cycle de réfrigération principal
[0063] La répartition des fractions liquides et sous- refroidies du réfrigérant principal entre les deux niveaux de pression étant définie par :
Débit massique : 408.563 kg/h.
Compresseurs :
[0064] Pression d'aspiration du compresseur 18 : 0,03 bar Pression d'aspiration du compresseur 19 : 1,95 bars
Echangeur :
Cycle de réfrigération auxiliaire
Compresseurs :
1. Procédé de refroidissement et de liquéfaction d'au moins un gaz à bas point d'ébullition,
tel que par exemple du gaz naturel, par échange de chaleur avec au moins une partie
d'un fluide réfrigérant principal, à plusieurs composants, prérefroidi jusqu'à sa
liquéfaction au moins partielle par échange thermique avec un fluide réfrigérant auxiliaire,
notamment à plusieurs composants, lesdits fluides réfrigérants faisant partie d'une
cascade frigorifique incorporée d'au moins ces deux fluides réSri- gérants, ledit
fluide réfrigérant principal évoluant selon un cycle de refroidissement en circuit
fermé en y subissant successivement : au moins une compression à l'état gazeux, au
moins un refroidissement préliminaire avec condensation au moins partielle, notamment
par échange thermique avec ledit fluide réfrigérant auxiliaire, les phases liquide
et vapeur ainsi obtenues étant ensuite séparées, au moins une réfrigération avec liquéfaction
totale puis sous-refroidissement et ensuite détente pour échange de chaleur subséquent,
et vaporisation résultante, à contre-courant avec lui-même et avec ledit gaz pour
liquéfaction au moins partielle de ce dernier, la vapeur ainsi réchauffée étant finalement
recomprimée et recyclée, caractérisé en ce que ladite phase vapeur du fluide réfrigérant
principal, condensée et sous-refroidie est détendue, en une fois, à au moins une première
pression, et en ce que ladite phase liquide du fluide réfrigérant principal sous-refroidie
est détendue, en une fois, à au moins une deuxième pression, différente de ladite
première pression.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une première partie de la
phase vapeur précitée du fluide réfrigérant principal, condensée et sous-refroidie,
est détendue à une première pression, une deuxième partie étant détendue à une deuxième
pression, et en ce qu'une première partie de la phase liquide précitée du fluide réfrigérant
principal, sous-refroidie est détendue à ladite première pression une deuxième partie
étant détendue à ladite deuxième pression.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'après la vaporisation précitée,
les premières parties précitées des phases vapeur et liquide précitées sont mélangées
et les deuxièmes parties précitées desdites phases vapeur et liquide sont mélangées
(figure 1).
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'après la détente précitée
et avant la vaporisation précitée, les premières parties précitées des phases vapeur
et liquide précitées sont mélangées, et les deuxièmes parties précitées desdites phases
vapeur et liquide sont mélangées (figure 5).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les phases
vapeur et liquide de la phase vapeur du fluide réfrigérant principal obtenues après
la détente précitée sont séparées avant échange de chaleur avec le gaz à liquéfier
précité et le fluide réfrigérant principal avant détente (figure 3).
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première
pression précitée est une basse pression inférieure à environ 1 bar effectif et en
ce que la deuxième pression précitée est une pression moyenne comprise entre environ
1,5 bars effectifs et environ 3 bars effectifs.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins
une partie du gaz à liquéfier précité est prérefroidie par échange thermique avec
au moins une partie du fluide réfrigérant auxiliaire précité.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins
une partie du gaz à liquéfier précité est prérefroidie par échange thermique avec
au moins une partie de la vapeur réchauffée précitée à la première ou à la deuxième
pression précitée.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins
une partie du fluide réfrigérant principal précité est prérefroidie par échange thermique
avec au moins une partie de la vapeur réchauffée précitée à la première ou à la deuxième
pression précitée.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le fluide réfrigérant
auxiliaire précité évolue selon un cycle de refroidissement en circuit fermé en y
subissant successivement : au moins une compression à l'état gazeux; au moins un refroidissement
préliminaire avec éventuellement condensation au moins partielle par échange thermique
avec un agent refroidisseur de préférence d'origine externe; au moins une auto-réfrigération
avec liquéfaction totale puis sous-refroidissement et ensuite détente pour échange
de chaleur subséquent et vaporisation résultante concomitante à contre-courant avec
lui-même avant sa détente et avec le fluide réfrigérant principal, et éventuellement
le gaz à liquéfier, la vapeur ainsi réchauffée étant recyclée et recomprimée, caractérisé
en ce que la détente du fluide réfrigérant auxiliaire, avant vaporisation, s'effectue
à au moins deux niveaux de pression, notamment à trois niveaux de pression.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on sépare les phases vapeur
et liquide du fluide réfrigérant auxiliaire obtenues après détente.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide
réfrigérant principal précité a la composition molaire suivante :
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide
réfrigérant auxiliaire précité a la composition molaire suivante :
14. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon au moins l'une des revendications
précédentes, du type comprenant au moins les circuits suivants :
- un circuit ouvert de gaz à liquéfier (1);
- un circuit fermé de fluide réfrigérant principal (2) en relation d'échange thermique avec ledit circuit de gaz (1) au moyen d'au moins un échangeur de chaleur cryogénique (4), et faisant partie d'une cascade frigorifique incorporée d'au moins deux fluides réfrigérants, respectivement principal et auxiliaire;
- un circuit fermé de fluide réfrigérant auxiliaire (3) en relation d'échange thermique avec ledit circuit de fluide réfrigérant principal (2), et éventuellement ledit circuit de gaz à liquéfier (1), au moyen d'au moins un échangeur de chaleur cryogénique (6) de prérefroidissement et de liquéfaction au moins partielle dudit fluide réfrigérant principal, ledit circuit fermé de fluide réfrigérant principal (2) comprenant successivement : au moins un compresseur (18, 19, 22, 23); et éventuellement au moins un échangeur de chaleur ou refroidisseur (20, 24, 26), relié à une voie d'écoulement (27) du fluide réfrigérant principal traversant ledit échangeur cryogénique (6) du circuit de fluide réfrigérant auxiliaire (3), un séparateur (29) des phases vapeur et liquide ainsi obtenues, ledit échangeur de chaleur cryogénique (4) et un système de détente (34, 35, 42, 43) comprenant un organe de détente dans la voie d'écoulement de chaque fraction du fluide réfrigérant principal, relié audit compresseur, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur cryogénique (4) dudit circuit de fluide réfrigérant principal (2) est un échangeur à plaques comportant des voies de passage différentes (15, 31, 36, 37, 39, 44, 45), pour chacun des fluides en présence lors de l'échange thermique, à savoir le gaz à liquéfier, les phases ou fractions liquide et vapeur du fluide réfrigérant principal partiellement condensé, ainsi que les fractions issues des précédentes, détendues à différents niveaux de pression.
15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'emplacement de chaque
élément du système de détente précité par rapport à l'échangeur de chaleur cryogénique
(4) précité du circuit de fluide réfrigérant principal (2) est modifiable pour chaque
fraction précitée du fluide réfrigérant principal.
16. Appareil selon la revendication 14 ou 15, caractérisé par un séparateur (87) des
phases vapeur et liquide, en aval de l'organe de détente (83) précité, dans la voie
d'écoulement de la fraction vapeur du fluide réfrigérant principal.
17. Appareil selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé par un échangeur
de chaleur (5), en amont de l'échangeur de chaleur cryogénique (4) précité du circuit
de fluide réfrigérant principal (2), traversé, notamment à contre-courant, d'une part
par le fluide réfrigérant principal vaporisé après détente dans ledit échangeur de
chaleur cryogénique (4) et, d'autre part, par au moins une partie du gaz à liquéfier
et/ou du fluide réfrigérant principal.
18. Appareil selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que le circuit
de gaz à liquéfier (1) précité comprend une voie d'écoulement (7, 9, 11) vers et à
travers l'échangeur de chaleur (4) précité du circuit de fluide réfrigérant principal
(2), et comporte, en aval dudit échangeur, un organe de détente (17); une dérivation
(12, 13, 14) de ladite voie traversant l'échangeur de chaleur (6) précité du circuit
de fluide réfrigérant auxiliaire (3) avant de rejoindre ladite voie (11) d'écoulement
avant ledit échangeur de chaleur cryogémique (4) du circuit de fluide réfrigérant
principal (2).
19. Appareil selon l'une des revendications 14 à 18, du type où le circuit de fluide
réfrigérant auxiliaire précité comprend successivement : au moins un compresseur (48,
49, 51) , au moins un échangeur-refroidisseur (50, 52, 53) à fluide réfrigérant de
préférence d'origine externe; l'échangeur de chaleur cryogénique (6) précité étant
traversé par une voie d'écoulement (58) de fluide réfrigérant auxiliaire précité comportant
au moins un organe de détente et par au moins une voie d'écoulement, à contre-courant,
dudit fluide réfrigérant après détente, caractérisé en ce que ladite voie d'écoulement
(58) du fluide réfrigérant auxiliaire dans ledit échangeur cryogénique (6) présente
au moins deux dérivations, par exemple trois (59, 60, 61) comportant chacune un organe
de détente (62, 63, 64), la partie de chaque dérivation en aval dudit organe de détente
traversant la partie correspondante dudit échangeur cryogénique sensiblement parallèlement
à ladite voie d'écoulement, et à contre-courant.
20. Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'un séparateur de phases
vapeur et liquide (65, 66, 67) est prévu en aval de l'organe de détente (62, 63, 64)
précité; la partie de la dérivation précitée, en aval dudit séparateur, étant divisée
en une voie d'écoulement de la phase vapeur (74, 77; 75, 78; 76, 79) et une voie d'écoulement
de la phase liquide (68, 71; 69, 72; 70, 73).
21. Appareil selon la revendication 20, caractérisé en ce que les voies d'écoulement
précitées (68, 71; 69, 72; 70, 73) de la phase liquide traverse la partie correspondante
de l'échangeur cryogénique précité (6) avant de rejoindre les voies d'écoulement (74,
75, 76) précitées de la phase vapeur qui n'ont pas traversé ledit échangeur (6).