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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Calcul d’un cycle à cascade incorporée7. Étude thermodynamique d’un cycle à cascade classique
7.1 Description du cycle
Le procédé est celui mis en œuvre à Arzew (Algérie) dans trois unités de 0,5 × 109 Nm3/an de la CAMEL (Compagnie Algérienne de Méthane Liquéfié), mises en service en 1963. Il est détaillé sur la figure 16.
Il s’agit d’une cascade classique à aspiration froide, fonctionnant avec 3 étages au propane, 4 étages à l’éthylène et 3 étages au méthane. Le transfert de froid se fait par étapes successives à des températures progressivement décroissantes.
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Le cycle propane est amorcé par le refroidissement et la condensation totale du propane à 37 oC à la pression de 13 bar. La chaleur est cédée à l’eau de mer disponible à 32 oC. Le liquide obtenu est détendu en trois étapes ; la première à 7,5 bar abaisse sa température à 16 oC et la vapeur produite est reprise par le dernier étage du compresseur ; les étapes suivantes à 4,2 et 1,2 bar permettent d’obtenir des températures d’ébullition de – 3 oC et – 37 oC qui assurent :
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le refroidissement et la condensation totale à – 31 oC de l’éthylène du second cycle à une pression de 19 bar ;
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le prérefroidissement du méthane du troisième cycle jusqu’à – 35 oC ;
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le prérefroidissement avec début de condensation du gaz naturel jusqu’à son entrée dans la colonne d’extraction des produits lourds d’où sont extraits en cuve un peu d’éthane, du propane et une partie importante des hydrocarbures plus lourds. Les vapeurs sont reprises par le compresseur à leurs températures d’ébullition.
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Le cycle éthylène assure le transfert, à plus basse température, du froid produit par le cycle propane, ce qui permet :
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le refroidissement final puis la condensation totale à – 96 oC du méthane de cycle à une pression de 30 bar ;
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la poursuite du refroidissement du gaz naturel, jusqu’à sa condensation totale.
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Le cycle...
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