Document Text Contents
Page 1
LE PROCESS
LA LIQUEFACTION
MANUEL DE FORMATION
COURS EXP-PR-PR160
Révision 0.1
Page 2
Exploration et Production
Le Process
La Liquéfaction
Support de Formation: EXP-PR-PR160-FR
Dernière Révision: 30/05/2007 Page 2 de 81
LE PROCESS
LA LIQUEFACTION
SOMMAIRE
1. OBJECTIFS .....................................................................................................................4
2. LES FONCTIONS DE LA LIQUEFACTION .....................................................................5
3. PRINCIPES DE FONCTONNEMENT............................................................................10
3.1. OPERATIONS UTILISEES POUR OBTENIR LA LIQUEFACTION DU GAZ
NATUREL ......................................................................................................................10
3.2. PRÉ-TRAITEMENT DU GAZ BRUT DE SÉPARATION..........................................10
3.2.1. Déshydratation du gaz de séparation..............................................................10
3.2.1.1. Procédé par Absorption .............................................................................10
3.2.1.2. Déshydratation par Adsorption...................................................................11
3.2.2. Élimination des gaz acides H2S et CO2 ...........................................................12
3.2.3. Cas de Présence de mercure dans le gaz de charge......................................13
3.2.4. Élimination ou réduction de la présence d'Azote dans le gaz de charge.........13
3.3. PROCÉDÉS DE LIQUEFACTION DU GN ..............................................................15
3.3.1. Rappels des lois d'équivalence travail chaleur et loi de JOULE ......................16
3.3.1.1. Loi d'équivalence de la chaleur et du travail...............................................16
3.3.1.2. Loi de Joule................................................................................................16
3.3.2. Principes généraux des procédés de Liquéfaction du GN...............................17
3.3.2.1. Procédés avec boucle double de refroidissement......................................17
3.3.2.2. Procédé avec trois boucles de réfrigération ...............................................18
3.4. DESCRIPTION DU PRINCIPE COURANT DE LIQUEFACTION............................20
3.4.1. Description de la première étape.....................................................................23
3.4.1.1. Conditions opératoires de la Colonne de "Scrubb" ....................................24
3.4.2. Description de la deuxième étape (Fractionnement) .......................................24
3.4.2.1. Utilisation des produits du Fractionnement ................................................25
3.4.2.2. Conditions opératoires du Fractionnement.................................................25
3.4.2.3. Dé-propaniseur ..........................................................................................29
3.4.2.4. Débutaniseur..............................................................................................31
3.4.2.5. Vue d'écran DCS d'un Débutaniseur en opération.....................................31
3.4.3. Troisième étape: Liquéfaction du Gaz de Procédé..........................................33
3.4.4. Quatrième étape: Production du gaz de Flash ................................................34
3.4.5. Cinquième étape: Extraction de l'Azote...........................................................35
3.5. STOCKAGE DU GNL..............................................................................................42
3.6. CHARGEMENT DE GNL DANS UN MÉTHANIER .................................................46
3.7. TRANSPORT DU GNL............................................................................................47
4. DIFFERENT TYPES DE PROCÉDÉS...........................................................................49
4.1. PROCÉDÉ DE LIQUÉFACTION APCI....................................................................49
4.2. PROCÉDÉ PHILIPPS CASCADE OPTIMISÉE.......................................................54
4.3. PROCÉDÉ AXENS (I.F.P.) .....................................................................................56
4.4. PROCEDE DE LIQUEFACTION HYBRIDE AP-X...................................................60
4.5. PROCEDE A CASCADE DE MELANGE DE FLUIDES STATOIL/LINDE...............61
4.6. PROCEDE CLASSIQUE EN CASCADE CAMEL....................................................62
Page 40
Exploration et Production
Le Process
La Liquéfaction
Support de Formation: EXP-PR-PR160-FR
Dernière Révision: 30/05/2007 Page 40 de 81
Afin d'avoir une phase vapeur à l'aspiration de ce compresseur, une partie de l'effluent
sortant du ballon aval de l'aéroréfrigérant est directement prélevé et envoyé à son ballon
d'aspiration.
Une partie du réfrigérant liquide est envoyé au ballon d'aspiration du premier compresseur
après sous refroidissement à travers un échangeur à rapport calorifique élevé
Page 41
Exploration et Production
Le Process
La Liquéfaction
Support de Formation: EXP-PR-PR160-FR
Dernière Révision: 30/05/2007 Page 41 de 81
Figure 22: Unités de liquéfaction de Bontang (Indonésie)
Page 80
Exploration et Production
Le Process
La Liquéfaction
Support de Formation: EXP-PR-PR160-FR
Dernière Révision: 30/05/2007 Page 80 de 81
9. SOMMAIRE DE FIGURES
Figure 1: Usine de GNL .......................................................................................................5
Figure 2: Schéma de principe de l'ensemble de l'industrie du GNL.....................................6
Figure 3: Méthanier pour transport GNL ..............................................................................7
Figure 4: Composition typique d'un gaz brut de gisement ...................................................9
Figure 5: Courbe de liquéfaction du GN.............................................................................15
Figure 6: Schéma de principe de l'ensemble des opérations effectuées pour aboutir à la
liquéfaction du GN ......................................................................................................18
Figure 7: Exemple d'enveloppe d'un gaz naturel par rapport à sa composition .................19
Figure 8: "Block diagram" général des opérations de pré-traitement et de liquéfaction du
GN ..............................................................................................................................20
Figure 9: "Block diagram" typique d’une unité de GNL ......................................................21
Figure 10 : Exemple d'une courbe de liquéfaction d’un gaz Naturel par le procédé
conventionnel à cascade ............................................................................................22
Figure 11 : Schéma d'un fractionnement: Déméthaniseur, Deéthaniseur, Dépropaniseur et
Débutaniseur ..............................................................................................................26
Figure 12: Dééthaniseur ....................................................................................................27
Figure 13: Vue d'écran DCS d'un Déethaniseur en opération ...........................................28
Figure 14: Principe de fonctionnement dépropaniseur ......................................................29
Figure 15: Vue d'écran DCS d'un Dépropaniseur en opération .........................................30
Figure 16: Vue d'écran DCS d'un Débutaniseur en opération ...........................................32
Figure 17: Formes des courbes de détente .......................................................................33
Figure 18: Schéma d'une boucle de réfrigération simple ..................................................36
Figure 19: Graphique thermodynamique de la boucle de réfrigération ..............................36
Figure 20: Exemple d'une boucle de refroidissement au propane avec économiseur .......37
Figure 21: Exemple d'une boucle de refroidissement à deux étages.................................39
Figure 22: Unités de liquéfaction de Bontang (Indonésie) .................................................41
Figure 23: Principe de construction d'un bac de GNL enterré (pour sites à risques) .........44
Figure 24: Détail de la construction d’un bac GNL d’un Terminal de regazéification de GNL
en Espagne (2003) .....................................................................................................45
Figure 25: Déchargement de 130000m3 de GNL dans un bac de 150000m3 (55m de haut
et 75 m de Φ) .............................................................................................................45
Figure 26: Méthanier..........................................................................................................47
Figure 27: Méthanier avec citernes sphériques .................................................................47
Figure 28: Schéma type de réalisation de cuve GNL d'un méthanier (principe de design
par Gas Transport) .....................................................................................................48
Figure 29: PCF du procédé A.P.C.I. ..................................................................................53
Figure 30: Schéma de principe du procédé de liquéfaction Phillips...................................56
Figure 31: Vue d'échangeur Cryogénique utilisé dans procédé I.F.P. ...............................58
Figure 32: Schéma de procédé Axens (IFP)......................................................................59
Figure 33: Procédé hybride AP-X ......................................................................................60
Figure 34: Procédé à cascade de mélange de fluides .......................................................61
Figure 35: Procédé classique en cascade CAMEL............................................................62
Figure 36: Exemple de deux types de vannes cryogéniques différentes ...........................66
Figure 37: Schéma d'une coupe fonctionnelle de la turbine hydraulique Byron Jackson...68
Page 81
Exploration et Production
Le Process
La Liquéfaction
Support de Formation: EXP-PR-PR160-FR
Dernière Révision: 30/05/2007 Page 81 de 81
Figure 38: Schéma d'un échangeur à enroulement en spirale...........................................70
Figure 39: Illustration des étapes successives du montage d'un échangeur a enroulement
en spirale APCI (étapes N°1 à 14)..............................................................................71
Figure 40: Illustration des étapes successives du montage d'un échangeur a enroulement
en spirale APCI (étapes N°15 à 17)............................................................................72
Figure 41: Schéma de principe d'échangeurs cryogéniques à plaques .............................73
Figure 42: Schémas fonctionnels d'échangeurs à plaques................................................74
Figure 43: PFD d'un procédé de liquéfaction.....................................................................78
LE PROCESS
LA LIQUEFACTION
MANUEL DE FORMATION
COURS EXP-PR-PR160
Révision 0.1
Page 2
Exploration et Production
Le Process
La Liquéfaction
Support de Formation: EXP-PR-PR160-FR
Dernière Révision: 30/05/2007 Page 2 de 81
LE PROCESS
LA LIQUEFACTION
SOMMAIRE
1. OBJECTIFS .....................................................................................................................4
2. LES FONCTIONS DE LA LIQUEFACTION .....................................................................5
3. PRINCIPES DE FONCTONNEMENT............................................................................10
3.1. OPERATIONS UTILISEES POUR OBTENIR LA LIQUEFACTION DU GAZ
NATUREL ......................................................................................................................10
3.2. PRÉ-TRAITEMENT DU GAZ BRUT DE SÉPARATION..........................................10
3.2.1. Déshydratation du gaz de séparation..............................................................10
3.2.1.1. Procédé par Absorption .............................................................................10
3.2.1.2. Déshydratation par Adsorption...................................................................11
3.2.2. Élimination des gaz acides H2S et CO2 ...........................................................12
3.2.3. Cas de Présence de mercure dans le gaz de charge......................................13
3.2.4. Élimination ou réduction de la présence d'Azote dans le gaz de charge.........13
3.3. PROCÉDÉS DE LIQUEFACTION DU GN ..............................................................15
3.3.1. Rappels des lois d'équivalence travail chaleur et loi de JOULE ......................16
3.3.1.1. Loi d'équivalence de la chaleur et du travail...............................................16
3.3.1.2. Loi de Joule................................................................................................16
3.3.2. Principes généraux des procédés de Liquéfaction du GN...............................17
3.3.2.1. Procédés avec boucle double de refroidissement......................................17
3.3.2.2. Procédé avec trois boucles de réfrigération ...............................................18
3.4. DESCRIPTION DU PRINCIPE COURANT DE LIQUEFACTION............................20
3.4.1. Description de la première étape.....................................................................23
3.4.1.1. Conditions opératoires de la Colonne de "Scrubb" ....................................24
3.4.2. Description de la deuxième étape (Fractionnement) .......................................24
3.4.2.1. Utilisation des produits du Fractionnement ................................................25
3.4.2.2. Conditions opératoires du Fractionnement.................................................25
3.4.2.3. Dé-propaniseur ..........................................................................................29
3.4.2.4. Débutaniseur..............................................................................................31
3.4.2.5. Vue d'écran DCS d'un Débutaniseur en opération.....................................31
3.4.3. Troisième étape: Liquéfaction du Gaz de Procédé..........................................33
3.4.4. Quatrième étape: Production du gaz de Flash ................................................34
3.4.5. Cinquième étape: Extraction de l'Azote...........................................................35
3.5. STOCKAGE DU GNL..............................................................................................42
3.6. CHARGEMENT DE GNL DANS UN MÉTHANIER .................................................46
3.7. TRANSPORT DU GNL............................................................................................47
4. DIFFERENT TYPES DE PROCÉDÉS...........................................................................49
4.1. PROCÉDÉ DE LIQUÉFACTION APCI....................................................................49
4.2. PROCÉDÉ PHILIPPS CASCADE OPTIMISÉE.......................................................54
4.3. PROCÉDÉ AXENS (I.F.P.) .....................................................................................56
4.4. PROCEDE DE LIQUEFACTION HYBRIDE AP-X...................................................60
4.5. PROCEDE A CASCADE DE MELANGE DE FLUIDES STATOIL/LINDE...............61
4.6. PROCEDE CLASSIQUE EN CASCADE CAMEL....................................................62
Page 40
Exploration et Production
Le Process
La Liquéfaction
Support de Formation: EXP-PR-PR160-FR
Dernière Révision: 30/05/2007 Page 40 de 81
Afin d'avoir une phase vapeur à l'aspiration de ce compresseur, une partie de l'effluent
sortant du ballon aval de l'aéroréfrigérant est directement prélevé et envoyé à son ballon
d'aspiration.
Une partie du réfrigérant liquide est envoyé au ballon d'aspiration du premier compresseur
après sous refroidissement à travers un échangeur à rapport calorifique élevé
Page 41
Exploration et Production
Le Process
La Liquéfaction
Support de Formation: EXP-PR-PR160-FR
Dernière Révision: 30/05/2007 Page 41 de 81
Figure 22: Unités de liquéfaction de Bontang (Indonésie)
Page 80
Exploration et Production
Le Process
La Liquéfaction
Support de Formation: EXP-PR-PR160-FR
Dernière Révision: 30/05/2007 Page 80 de 81
9. SOMMAIRE DE FIGURES
Figure 1: Usine de GNL .......................................................................................................5
Figure 2: Schéma de principe de l'ensemble de l'industrie du GNL.....................................6
Figure 3: Méthanier pour transport GNL ..............................................................................7
Figure 4: Composition typique d'un gaz brut de gisement ...................................................9
Figure 5: Courbe de liquéfaction du GN.............................................................................15
Figure 6: Schéma de principe de l'ensemble des opérations effectuées pour aboutir à la
liquéfaction du GN ......................................................................................................18
Figure 7: Exemple d'enveloppe d'un gaz naturel par rapport à sa composition .................19
Figure 8: "Block diagram" général des opérations de pré-traitement et de liquéfaction du
GN ..............................................................................................................................20
Figure 9: "Block diagram" typique d’une unité de GNL ......................................................21
Figure 10 : Exemple d'une courbe de liquéfaction d’un gaz Naturel par le procédé
conventionnel à cascade ............................................................................................22
Figure 11 : Schéma d'un fractionnement: Déméthaniseur, Deéthaniseur, Dépropaniseur et
Débutaniseur ..............................................................................................................26
Figure 12: Dééthaniseur ....................................................................................................27
Figure 13: Vue d'écran DCS d'un Déethaniseur en opération ...........................................28
Figure 14: Principe de fonctionnement dépropaniseur ......................................................29
Figure 15: Vue d'écran DCS d'un Dépropaniseur en opération .........................................30
Figure 16: Vue d'écran DCS d'un Débutaniseur en opération ...........................................32
Figure 17: Formes des courbes de détente .......................................................................33
Figure 18: Schéma d'une boucle de réfrigération simple ..................................................36
Figure 19: Graphique thermodynamique de la boucle de réfrigération ..............................36
Figure 20: Exemple d'une boucle de refroidissement au propane avec économiseur .......37
Figure 21: Exemple d'une boucle de refroidissement à deux étages.................................39
Figure 22: Unités de liquéfaction de Bontang (Indonésie) .................................................41
Figure 23: Principe de construction d'un bac de GNL enterré (pour sites à risques) .........44
Figure 24: Détail de la construction d’un bac GNL d’un Terminal de regazéification de GNL
en Espagne (2003) .....................................................................................................45
Figure 25: Déchargement de 130000m3 de GNL dans un bac de 150000m3 (55m de haut
et 75 m de Φ) .............................................................................................................45
Figure 26: Méthanier..........................................................................................................47
Figure 27: Méthanier avec citernes sphériques .................................................................47
Figure 28: Schéma type de réalisation de cuve GNL d'un méthanier (principe de design
par Gas Transport) .....................................................................................................48
Figure 29: PCF du procédé A.P.C.I. ..................................................................................53
Figure 30: Schéma de principe du procédé de liquéfaction Phillips...................................56
Figure 31: Vue d'échangeur Cryogénique utilisé dans procédé I.F.P. ...............................58
Figure 32: Schéma de procédé Axens (IFP)......................................................................59
Figure 33: Procédé hybride AP-X ......................................................................................60
Figure 34: Procédé à cascade de mélange de fluides .......................................................61
Figure 35: Procédé classique en cascade CAMEL............................................................62
Figure 36: Exemple de deux types de vannes cryogéniques différentes ...........................66
Figure 37: Schéma d'une coupe fonctionnelle de la turbine hydraulique Byron Jackson...68
Page 81
Exploration et Production
Le Process
La Liquéfaction
Support de Formation: EXP-PR-PR160-FR
Dernière Révision: 30/05/2007 Page 81 de 81
Figure 38: Schéma d'un échangeur à enroulement en spirale...........................................70
Figure 39: Illustration des étapes successives du montage d'un échangeur a enroulement
en spirale APCI (étapes N°1 à 14)..............................................................................71
Figure 40: Illustration des étapes successives du montage d'un échangeur a enroulement
en spirale APCI (étapes N°15 à 17)............................................................................72
Figure 41: Schéma de principe d'échangeurs cryogéniques à plaques .............................73
Figure 42: Schémas fonctionnels d'échangeurs à plaques................................................74
Figure 43: PFD d'un procédé de liquéfaction.....................................................................78
