La liquéfaction du gaz naturel est un procédé à basse température. Le gaz naturel brut purifié entre dans l'échangeur de chaleur pour y être refroidi, condensé et surrefroidi à basse température, puis dilaté et dépressurisé à une température de – 160 ~ 165 ℃, avant d'être stocké dans le réservoir de GNL.
La relation entre la chaleur et la température du refroidissement, de la condensation et du sous-refroidissement du gaz naturel est la suivante :
1) Types de cycle frigorifique
Pour liquéfier le gaz naturel, il faut éliminer la chaleur générée par le processus de refroidissement, de condensation et de surfusion du gaz naturel, c'est-à-dire qu'une capacité de refroidissement correspondante est nécessaire pour l'échanger.
Le système de réfrigération utilisé dans le processus de liquéfaction a pour but de permettre à l'échangeur de chaleur d'atteindre la différence de température minimale entre le flux froid et le flux chaud, afin d'obtenir une efficacité de réfrigération élevée.
Le système de réfrigération pour la liquéfaction du gaz naturel est très mature, et les procédés couramment utilisés comprennent :
cycle de réfrigération par étapes
cycle frigorifique à réfrigérant mixte
Cycle frigorifique à fluide frigorigène mixte avec prérefroidissement
cycle froid du mécanisme d'expansion
2) Cycle de réfrigération par étapes
Le cycle frigorifique par étapes a été appliqué pour la première fois aux produits à base de gaz naturel liquéfié en 1939. Il a été installé à Cleveland, aux États-Unis, utilisant le NH3 et le C2H4 comme fluides frigorigènes de premier et deuxième étage.
Dans un premier temps, le propane ou le fréon est utilisé comme fluide frigorigène. Le gaz naturel purifié est refroidi à une température de –35 à –40 °C dans un refroidisseur à propane ou à fréon. Après séparation des hydrocarbures lourds supérieurs au pentane, il est acheminé vers un second étage de refroidissement. Le propane évaporé du refroidisseur est comprimé, reliquéfié après refroidissement dans un refroidisseur à eau, puis recyclé vers le refroidisseur à propane.
Dans un second temps, l'éthane ou l'éthylène est utilisé comme fluide frigorigène. Le gaz naturel est refroidi à une température comprise entre -90 et -100 °C, puis liquéfié dans un troisième étage pour y être refroidi. Après pressurisation et refroidissement à l'eau, le gaz évaporé du refroidisseur d'éthane ou d'éthylène est refroidi et liquéfié dans un refroidisseur de propane, puis recyclé vers le refroidisseur d'éthane ou d'éthylène.
Dans la troisième étape, le méthane est utilisé comme fluide frigorigène. Le gaz naturel liquéfié est sous-refroidi à –150 à –160 °C dans le refroidisseur de méthane, puis dépressurisé par un détendeur. Une fois la température descendue à –162 °C, il est pompé vers le réservoir de stockage de GNL. Le gaz évaporé du refroidisseur de méthane est comprimé et refroidi à l'eau, puis refroidi dans le refroidisseur de propane, liquéfié dans le refroidisseur d'éthane ou d'éthylène, et enfin recyclé vers le refroidisseur de méthane.
Le cycle frigorifique classique à paliers comprend plusieurs étages de refroidissement relativement indépendants et interconnectés. Le fluide frigorigène étant généralement comprimé par un compresseur multi-étagé, il s'évapore à chaque étage sous différentes pressions et se divise en plusieurs niveaux de température afin de refroidir le gaz naturel. Le fluide évaporé à chaque pression est ensuite comprimé dans l'étage de compression correspondant. Seul le fluide frigorigène diffère d'un étage à l'autre ; le processus de fonctionnement reste fondamentalement le même.
Les avantages du cycle de réfrigération par paliers sont les suivants :
① Faible consommation d'énergie ;
② Le réfrigérant est pur et ne présente aucun problème de proportionnement ;
③ Technologie éprouvée et fonctionnement stable
Les inconvénients du cycle de réfrigération par paliers sont les suivants :
① Il y a de nombreuses unités et le processus est complexe ;
② Il existe de nombreux équipements auxiliaires, et il devrait y avoir des équipements spécialisés dans la production et le stockage d'une variété de réfrigérants ;
③ Le système de canalisation et de contrôle est complexe et difficile à entretenir
Date de publication : 26 septembre 2021