Présentation
Auteur(s)
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Pierre PETIT : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrotechnique et d’Hydraulique de Grenoble, Docteur 3 cycle en Thermodynamique - Ancien adjoint au Directeur Technique de l’Ingénierie de L’Air Liquide - Consultant en cryogénie - Président de la Commission A3 (liquéfaction et séparation des gaz) de l’Institut International du Froid - Professeur à l’École Polytechnique Féminine (Fondation EPF)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les pays industrialisés sont d’énormes consommateurs d’énergie et de matières premières d’origine pétrolière. En France, après l’amenuisement des réserves de charbon de l’Europe occidentale, le gaz naturel de Lacq a progressivement remplacé le gaz de four à coke dans le réseau de Gaz de France (GDF). Cependant, ses réserves étant très limitées, le gaz de Lacq a dû être complété et progressivement remplacé par du gaz importé de Hollande et d’URSS, acheminé par des canalisations sous pression.
Des gisements très importants furent simultanément découverts en Afrique (Algérie, Libye, Nigéria), au Moyen-Orient, en Indonésie, en Alaska et en Amérique du Sud. L’Europe, la Corée, le Japon et les États-Unis étaient des clients potentiels et le marché prometteur. Les distances de transport (milliers de kilomètres) et les voies maritimes offertes ou imposées (transports intercontinentaux) ont incité à développer une chaîne de transport maritime : le gaz naturel liquéfié (GNL) est transporté à – 161 oC dans les cuves thermiquement isolées des navires méthaniers. La liquéfaction du gaz permet une très grande réduction du volume des récipients sans majoration importante des épaisseurs des parois puisque l’on reste à pression atmosphérique (650 m3 de gaz à pression atmosphérique n’occupent qu’un mètre cube à l’état liquide).
L’objet du présent article est de décrire les procédés et les unités de liquéfaction du gaz naturel.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version courante de juin 2010 par Béatrice FISCHER, Gilles FERSCHNEIDER
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Composition du gaz naturel8. Calcul d’un cycle à cascade incorporée
Le calcul présenté est basé sur le cycle de Pritchard qui est le plus simple parmi les cycles proposés, tant par son schéma que pour la conduite du calcul. Ce cycle a été mis en œuvre à Skikda (Algérie), dans des conditions de pression de cycle quelque peu différentes de celles que nous utilisons dans ce calcul pour lequel le rapport des pressions du cycle a été augmenté de façon à améliorer les performances.
8.1 Description du cycle
Ses éléments constitutifs (figure 17) sont énumérés ci-après.
— Turbocompresseur de cycle : il a été supposé réalisé en un seul étage, comportant un certain nombre de roues axiales. Il pourrait avantageusement comporter une ou deux roues centrifuges en bout d’arbres en fin de compression ; dans ce cas, il serait intéressant d’installer un réfrigérant intermédiaire, ce qui procurerait un gain complémentaire en énergie. Le gaz de cycle est comprimé de 3 à 25 bar, soit un rapport des pressions de 8,33 ; la puissance sur l’arbre, calculée avec un rendement polytropique de 86 %, est de 79 500 kW.
— Réfrigérant final à eau de mer : il abaisse la température du mélange à haute pression de 135 à 32 oC. Ce refroidissement s’accompagne d’une condensation partielle (25 % en mole) qui donne une phase liquide riche en composants lourds.
— Séparateur : il recueille séparément le gaz et le liquide, qui sont ensuite remélangés à l’entrée des échangeurs cryogéniques.
— Ligne d’échange principale : elle est constituée d’une trentaine, voire d’une quarantaine d’échangeurs à plaques en aluminium brasé, disposés en parallèle et installés dans plusieurs boîtes froides. Les phases gazeuse et liquide sont introduites séparément dans chaque échangeur et le liquide est distribué passage par passage afin d’être réparti de façon homogène dans toute la section de l’échangeur pour être remélangé au gaz qui, lui, se trouve naturellement réparti du fait des pertes de charge de l’écoulement.
Au cours de son refroidissement dans l’échangeur, le mélange du cycle poursuit la condensation amorcée dans le...
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