La liquéfaction se tourne aussi vers de petites unités

Journées annuelles des hydrocarbures GEP/AFTP – Paris, 8 Octobre 2014

B Brèthes – D Blanchard

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Cryostar et la chaîne du gaz naturel Cryostar, filiale du groupe Linde, a un CA de 300 m€ et emploie plus de 500 personnes. Présence sur toute la chaîne du gaz naturel:

• Pompes de distribution de GNL • Pompes d’injection de GNL-carburant • Systèmes de pompage pour stations de carburant GNL • Turbines de détente pour les procédés gaziers (amont-aval) • Compresseurs et systèmes de récupération du gaz d’évaporation sur méthaniers et terminaux • Machines et systèmes pour la « mini liquéfaction »

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Définition de la « mini liquéfaction »: Une question de capacité Quelques ordres de grandeur et essais de définitions: Chaque segment a donné lieu à des réalisations concrètes. Chaque segment demande une réponse adaptée à la demande.

1

10

100

1000

10000

100000

"Micro LNG" "Mini LNG" "Small-scale LNG" "Mid-scale LNG" "Large-scale LNG" (1-5 mmtpa)

Cap

acité

en

tonn

es p

ar jo

ur

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Mini liquéfaction: Une demande variée • Utilisation du GNL comme carburant de véhicules:

Camions pour le transport routier Camions miniers Bateaux Trains

• Développement du GNL porté: En remplacement du GPL ou du fuel pour les industriels En remplacement du diesel pour les équipements de forage En remplacement du diesel pour la production d’électricité Etc…

• Une demande mondialisée (USA, Chine, Scandinavie, Russie, …).

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Mini liquéfaction: Des sources de gaz diverses • Le gaz naturel pour la mini-liquéfaction:

Réserves délaissées Gaz de torche Gaz de houille Gaz de schiste Gazoducs...

• Le biométhane:

Sites d’enfouissement Digesteurs anaérobiques

Gazoduc Gaz de schiste

Gaz de torche

Biogaz Enfouissement Digesteurs

C1 vol% (Min 75)-95 85 - 97 81 35-65 60-70 C2 vol% Max 10 1 - 11.3 5.5 -- --

C3+ vol% Max 5 0 - 3 12 -- -- CO2 vol% 3 0.4 - 8 0.17 35-50 25-35 N2 vol% 4 0.3 - 3 1 5-12 0.2 H2 vol% -- -- -- 0-3 0 O2 vol% 0.2 -- -- 0-5 0

H2S (mercaptant) 4 (5) ppm -- 0.01-5 50-100 ppm 50-5000 ppm

NH3 -- -- -- 5 ppm 100 ppm Cl -- -- -- 0.1-0.5 ppm 0-0.01 ppm

Siloxane 70 ppb -- -- 0-11000 ppb 0 H2O 150 ppm -- -- 1-10 vol% 1-10 vol%

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Mini liquéfaction: Une offre technologique multiple

• Les cycles à réfrigérants hydrocarbures:

• Les cycles à boucle azote:

Simple étage de détente Double étage de détente Mélange de réfrigérants Cycle auto-réfrigéré

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• Nécessité d’une purification avancée: H2O<0.1ppmv ; H2S<2ppmv ; CO2<50ppmv • Les procédés de purification avant liquéfaction:

ABSORPTION (différence de solubilité CO2,H2S par rapport au CH4)

- Lavage à l’eau - Solvants organiques (amines …)

ADSORPTION (réaction de surface a l’interface solide-fluide) - Pressure Swing Adsorption (PSA) Charbon actif, zéolites, tamis moléculaires pour CO2 et H2S Gel de silice, aluminium et oxyde magnésium pour l’eau

SEPARATION PAR MEMBRANE SEPARATION CRYOGENIQUE (unité pilote)

Mini liquéfaction: Une offre technologique multiple

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Mini liquéfaction: Le cycle à boucle azote et simple détente

Avantages: • Facilité d’opération • Sécurité • Flexibilité d’opération • Coûts d’investissement et d’exploitation maîtrisés • Composants critiques sous le contrôle d’une même entité

450-K-330N2 compressor stage 3

R40

450-K-130 N2 compressor stage 1

R20

450-E-010CCHTX

R10

450-T-090N2 expander

R80

R120

400-E-020Natural gas condenser

R94

G10

L20

TO LNG STORAGE

Natural gas from treatment

N2 compander

450-K-230N2 compressor stage 2

R60

R70

450-AC-340Aftercooler stage 3

R50

450-AC-140Intercooler stage 1

R30

450-AC-240Intercooler stage 2

MM

400-E-010Natural gas desuperheater

R110G20

L10

960-VES-030N2 inventory drum

Nitrogen make up

450-M-600Motor for N2 compander

R131R133

R91

450-TV-021CCHTX by-pass valve

450-PV-130ALP inventory control valve

450-PV-130BHP inventory control valve

450-FV-010BN2 expander by-pass valve

R93

R100

450PIC130

RSP

400-PV-010Product valve

450-FV-010AN2 expander

nozzles

400TT

030

R92

R132R134

450PT

130

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La Mini liquéfaction: Standardisation versus optimisation Une approche « produits » à travers une gamme de liquéfacteurs StarLiteLNGTM modulaires:

Produit Capacité type

XS 28 TPD

S 50 TPD

M 88 TPD

L 125 TPD

Unité XS (échangeurs sur châssis)

Compander L

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Mini liquéfaction: Exemple de plan d’affaire simplifié pour du biogaz (hypothèses) Capacité: 80 tonnes par jour Disponibilité: 92% Coûts: Investissement total: 38000 k€ Matière première (Déchets): Gratuite. Consommation électrique: 1.1 kWh/kg Coût de l’électricité: 10 €cts/kWh Consommation d’azote: 40 Nm3/h Coût de l’azote: 7.5 €cts/l Personnel: 4 x 1 ETP Coûts de maintenance: 2% du CAPEX Besoin en fond de roulement: Stockage d’azote: 5 jours de conso. Stockage de GNL: 5 jours de production

Données financières: Durée d’amortissement: 20 ans Durée de vie de l’investissement: 20 ans Impôt sur les sociétés: 40% Taux d’inflation sur dépenses et revenus: 2% Revenus: Prix de vente du liquide : 400 €/t (7.8 €/MMBTU)

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Mini liquéfaction: Exemple de plan d’affaire simplifié pour du biogaz (résultats) Taux de rendement interne: 13% Quelques facteurs non considérés: Revenus potentiels liés à la collecte des déchets. Revenus potentiels liés à la commercialisation de matière sèche comme fertilisant. Revenus et coûts potentiels liés à la production de CO2 liquide. Durée de vie au-delà de 20 ans.

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Mini liquéfaction: Exemple de plan d’affaire simplifié pour du gaz naturel (hypothèses)

Capacité: 80 tonnes par jour Disponibilité: 92% Coûts: Investissement total: 27000 k€ Matière première: 150 €/t (3 €/MMBTU).

Consommation électrique: 1.1 kWh/kg Coût de l’électricité: 10 €cts/kWh Consommation d’azote: 40 Nm3/h Coût de l’azote: 7.5 €cts/l Personnel: 4 x 1 ETP Coûts de maintenance: 2% du CAPEX Besoin en fond de roulement: Stockage d’azote: 5 jours de conso. Stockage de GNL: 5 jours de production

Données financières: Durée d’amortissement: 20 ans Durée de vie de l’investissement: 20 ans Impôt sur les sociétés: 40% Taux d’inflation sur dépenses et revenus: 2% Revenus: Prix de vente du liquide : 400 €/t (7.8 €/MMBTU)

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Mini liquéfaction: Exemple de plan d’affaire simplifié pour du gaz naturel (résultats)

Taux de rendement interne: 7% Quelques facteurs non considérés: Coûts évités liés à la récupération de gaz. Durée de vie au-delà de 20 ans.

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Conclusion: Les défis de la mini-liquéfaction

Pour faire face au dilemme de l’œuf et de la poule: • La technologie doit être adaptée aux moyens d’exploitation et à l’échelle de production.

• La chaîne complète doit être conçue de façon cohérente de la source au consommateur.

• La concurrence avec le GNL distribué à partir de terminaux ou d’usines de plus grande taille

est à évaluer en fonction des coûts de distribution du GNL. • La concurrence et les complémentarités avec d’autres nouveaux carburants pour véhicules

sont à considérer sur le long terme: voitures électriques, piles à hydrogène, mais aussi gaz comprimé.