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" Procédé de stockage et de transport dans des réservoirs de gaz naturel à l'état liquéfié à une température notablement inférieure à la température ambiante "
La présente invention concerne le stockage et le transport de gaz naturel liquéfié.
On sait que, dans certaines régions, le gaz naturel est produit en quantités dépassant les besoins locaux, tandis que, dans d'autres régions, il y a insuffisance de production de gaz naturel ou d'autres gaz combustibles pouvant être
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utilisés à la place de ce dernier. Lorsque ces régions sont reliées par terre, le transport de gaz naturel depuis la source de grande production à une région où il y a déficit peut se faire à l'état gazeux en transportant la gaz par une canalisation dite "pipe-line". Lorsque la région est sé- parée par une grande masse d'eau, le transport par pipe-line n'est pas possible.
Ainsi, il faut trouver d'autres moyens que les cana- lisations pour le transport du gaz naturel. Ce gaz naturel peut, pour le transport, être renfermé dans des récipients, mais la quantité de gaz, qui peut être renfermée dans des récipients appropriés pour erre transportée dans la région dans laquelle il y a déficit, est insuffisante pour justifier les frais de récipients et d'expédition. La solution qui a été développée est basée sur la réduction du gaz naturel à un état liquéfié à la source de grande production en vue de son expédition à l'état liquéfié dans une région où il y a défi- oit et dans laquelle le gaz liquéfié est ramené à l'état ga- zeux pour l'utilisation.
La réduction du gaz à l'état liqué- fié permet de diminuer son volume dans le rapport de 600 : 1,ce qui permet de renfermer le gaz liquéfié dans des réci- pients appropriés pour le transport depuis la source de grande production à la région déficitaire.
Pour que ce système soit rendu pratique,-il est dési- raole d'expédier de grandes quantités de gaz liquéfié. On ne peut pratiquement pas construire des réservoirs de grande ca- pacité pour renfermer le gaz sous haute pression. Il en résul- te qua le gaz liquéfié doit être renfermé dans les réservoirs sensiblement à la pression atmosphérique ou légèrement au- dessus. Le gaz liquéfié est composé en majeure partie de mé- thane qui a un point d'ébullition critique à une température d'environ -161 C sous la pression atmosphérique. Ainsi, le
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gaz naturel liquéfié est renfermé dans des réservoirs à une température quelque peu inférieure à -151 C, suivant la quantité d'hydrocarbures plus lourds qui sont présents.
L'isolement peut être utilisé pour réduire la trans- mission de chaleur depuis l'atmosphère ambiante dans le gaz liquéfié, mais, même alors, de la chaleur passe naturellement de l'atmosphère ambiante à environ 21 à 38 C au liquide froid renfermé dans les réservoirs isolés à environ -151 C ou au-dessous. Lorsque le liquide se trouve à la température de son point d'ébullition, les quantités de chaleur qui sont transmises à travers l'isolement font bouillir une partie du liquide, avec vaporisation résultante.,Bien que les vapeurs puissent être reliquéfiées ou utilisées comme combustible pour la propulsion des navires ou véhicules de transport, il est désirable de réduire la perte de gaz naturel par vaporisation au minimum, car autrement le procédé deviendrait moins dési- raole économiquement.
En outre, les vapeurs dégagées sont comoustibles et elles posent, en conséquence, un problème pour les évacuer sans faire courir de danger aux hommes, aux matières et aux appareils accompagnant le gaz liquéfié au cours du stockage ou du transport.
L'invention crée un procédé et un dispositif pour réduire au minimum la perte de gaz naturel pendant le stockage et le transport, ainsi que pour éviter le développement d'une atmosphère, dans et autour des récipients qui renferment les vapeurs de gaz naturel, en uns quantité de nature à présenter des dangers.
L'invention crée aussi un procédé et un dispositif pour développer une atmosphère sûre et inerte, de préférence à une atmosphère de gaz naturel, en créant ainsi une atmosphère protectrice comme conséquence des forces naturelles entrant
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en jeu pour produire l'échange thermique au liquide et une certaine évaporisation de celui-ci.
L'invention consiste à mélanger un gaz naturel liquéfié avec une petite quantité d'un autre gaz liquéfié ayant un point d'ébullition inférieur à celui du gaz naturel liquéfié sous les conditions de pression régnant dans le réservoir ou ayant une tension de vapeur bien supérieure à celle du gaz naturel liqué- fié sous les conditions de température et de pression qui rè- gnent. Dans de telles conditions, l'autre gaz se vaporise pré- férentiellement au gaz naturel lors de l'absorption de chaleur pour conserver le gaz naturel et réduire son évaporation au minimum. Comme autre gaz liquéfié à point d'ébullition infé- rieur, il est désirable d'utiliser un gaz inerte de façon que les vapeurs, dégagées préférentiellement à celles du gaz natu- rel, présentent une atmosphère inerte dans et autour des réser- voirs de stockage.
Les problèmes se posant pour faire évacuer les vapeurs se trouvent ainsi à peu près complètement suppri- més.
Il est désirable d'utiliser une quantité de cet autre gaz liquéfié à point d'ébullition inférieur, qui corresponde à la quantité de matière calculée, pour être réduite à l'état gazeux par la vaporisation depuis le moment où le réservoir est rempli pour le transport ou le stockage jusqu'au moment où la gaz est retiré du réservoir pour son utilisation. Par exemple, lorsqu'on calcule qu'environ 0,5 % de liquide est vaporisé par jour en raison du transfert de chaleur provenant de l'atmosphère ambiante, pour un stockage ou un voyage de vingt jours,il se- rait désirable de mélanger une quantité dudit gaz à point d'ébullition inférieur qui soit suffisante pour faire environ 10 % de la matière introduite dans le réservoir de stockage.
Il est évident que le gaz naturel a une tension de vapeur à la température du point d'ébullition de l'autre gaz
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liquéfié, de façon que les deux liquides se vaporisent simul- tanément par suite de l'absorption de chaleur, mais le gaz naturel liquéfié est sous une tension de vapeur bien inférieure, de sorte qu'il constitue une faiole proportion des vapeurs qui sont dégagées. Ainsi, le liquide se trouvant dans le réservoir de stockage est maintenu à une température désirablement oasse et il n'est perdu par vaporisation qu'une faible quantité des gaz naturels liquéfiés. En outre, les vapeurs dégagées sont composées principalement par l'autre gaz liquéfié, ce qui crée une atmosphère inerte dans et autour du réservoir de stockage, lorsque cet autre gaz liquéfié est un gaz inerte.
Il est évident que l'on tire un gros effet du mélange du gaz à point d'ébullition inférieur avec le gaz naturel li- quéfié en cours du stockage et du transport. Une autre carac- téristique de l'invention réside dans l'utilisation du gaz à point d'ébullition inférieur comme constituant dans le réser- voir pendant le retour de celui-ci de la région dans laquelle il y a déficit pour le nouveau remplissage avec le gaz naturel liquéfié dans la région de grande production. Si la totalité du liquide était retirée du réservoir dans la région d'utilisa- tion, le réservoir vide serait lentement porté à une tempéra- ture plus élevée.
Au moment où les réservoirs vides seraient ramenés pour le nouveau remplissage, les conditions de tempé- rature seraient telles que le gaz liquéfié froid ne pourrait pas être introduit avec sécurité dans le réservoir pour son remplissage, sans qu'il se produise une vigoureuse ébullition qui aboutirait à une grande perte de matière et qui pourrait donner lieu à l'établissement de conditions dangereuses com- prenant des pressions excessives dans le réservoir, tout en posant des problèmes pour l'évacuation de la grande quantité de vapeurs dégagées.
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Le temps supplémentaire, pendant lequel le matériel de transport est immobilisé pour refroidir les réservoirs avant l'introduction du gaz naturel liquéfié pour leur remplissage, peut affecter notablement l'économie de tout le procédé. La vaporisation excessive du gaz naturel imposerait des charges supplémentaires aux appareils servant à transporter ces vapeurs, au point qu'il serait exposé une dépense de matériel supplé- mentaire de transport du gaz et que des pertes excessives seraient occasionnées dans le produit désirable, à savoir le gaz naturel.
Lorsque le gaz liquéfié à point d'ébullition inférieur est introduit en quantités désirées dans le réservoir pour le retour, il est inutile de laisser une partie importante du gaz naturel liquéfié dans ce réservoir pour le maintenir à la basse température désirée pendant le voyage de retour. En outre, le gaz liquéfié à bas point d'ébullition est en mesure de maintenir le réservoir à une température inférieure à celle du gaz naturel liquéfié, de sorte que l'on peut supprimer le refroidissement ou au moins le réduire grandement, la vaporisation du gaz naturel pouvant aussi être grandement réduite lors du charge- ment. Ainsi, des pertes excessives de gaz naturel sont évitées et il devient inutile d'utiliser un matériel supplémentaire de traitement et de transport de ce gaz.
La protection assurée par l'utilisation d'un gaz inerte liquéfié dans les réservoirs présente une importance considérable pendant le voyage de retour. Les vapeurs dégagées remplissent l'espace à l'intérieur et autour des réservoirs, en créant une atmosphère sûre et inerte. Cela supprime aussi la nécessité de purger les réservoirs pour en retirer l'air, l'oxygène et les matières analogues qui peuvent former un mé- lange combustible avec le gaz naturel.
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Bien qu'il soit désirable d'utiliser une quantité de gaz liquéfié à bas point d'ébullition, calculée pour durer pendant tout le voyage de retour de la source d'approvisionne- ment à la source d'utilisation, la quantité introduite dans le réservoir pendant le voyage ae retour n'est pas aussi importante parce que le gaz liquéfié à bas point d'ébullition résiduel restant dans le réservoir peut être mélangé avec la nouvelle charge de gaz naturel liquéfié introduite pour remplir le réser- voir.
En effet, lorsque ce gaz liquéfié à bas point d'ébullition peut être obtenu à peu de frais en utilisant la réfrigération disponible en grandes quantités dans le gaz naturel liquéfié à l'endroit d'utilisation, il est possible d'introduire une quan- tité de ce gaz liquéfié calculée pour être suffisante pendant tout le voyage jusqu'à la source de production abondante et pendant le voyage de retour.
L'azote liquéfié peut être mentionné comme représen- tatif d'un gaz préféré pour la mise en oeuvre ùe l'invention.
L'azote est un gaz relativement inerte qui a, à l'état liqué- fié, un point d'ébullition critique inférieur à celui du gaz naturel liquéfié à la pression atmosphérique. Il peut être mélangé avec du gaz naturel liquéfié pour former un système dans lequel la vaporisation préférentielle d'azote se produit à une température au-dessous de la. température de vaporisation critique du gaz naturel liquéfié. En outre, l'azote est libre- ment dispoonioleen quantités illimitées dans l'air et on peut se le procurer à -bas prix par la liquéfaction de l'air et la séparation subséquente de l'azote à partir de l'oxygène par fractionnement, en utilisant la grande quantité de réfrigéra- tion disponible à partir du gaz naturel liquéfié lors de sa retransformation à l'état gazeux.
Il est évident que l'on peut utiliser d'autres gaz liquéfiables à bas point d'ébullition, tels que l'hélium, l'argon et autres analogues. Pour cette
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application, il serait indésirable d'utiliser des gaz tels que l'oxygène ou l'air pouvant former un mélange combustible avec les vapeurs d'hydrocarbures.
En pratique, le gaz naturel liquéfié, introduit dans les réservoirs de stockage pour le transport, contient environ 10 % en poids d'azote liquéfié lorsque l'expérience indiqua que la perte par vaporisation est d'environ 0,5 % par jour et qu'il s'écoule environ 20 jours entre le moment où les réser- voirs sont remplis à la source de production abondante et le moment où les réservoirs sont vidés à l'endroit de décharge ou d'utilisation.
Pour le voyage de retour, une quantité équivalente d'azote liquéfié est introduite dans les réservoirs vidés pour maintenir la température froide dans les réservoirs pendant le voyage de retour et pour établir une atmosphère inerte. Au cas où l'azote liquéfié est plus facilement disponible ou est dispo- nible à moindre frais à l'endroit d'utilisation du gaz naturel, on peut introduire le double de la quantité d'azote liquéfié pour laisser environ une moitié de celui-ci dans les réservoirs en vue du mélange avec le gaz naturel liquéfié pendant le voyage de retour pour le transport des réservoirs remplis.
Comme on l'a indiqué, la matière perdue depuis le moment où les réservoirs sont remplis jusqu'à ce que.la charge de gaz naturel liquéfié soit retirée compense la plus grande partie des vapeurs du gaz liquéfié à bas point d'ébullition, en réduisant au minimum la quantité de gaz naturel perdue par vaporisation. Le bas prix de l'azote et la facilité avec laquelle on l'obtient rendent possible de créer des appareils de récupé- ration sur le navire, en réduisant ainsi notablement les frais d'appareillage et d'exploitation au cours du transport.
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En pratique, il serait inutile d'effectuer, à l'endroit d'utilisation, le retrait complet du liquide à partir des réservoirs, parce que l'azote liquéfié introduit conserverait le gaz naturel liquéfié restan dans les réservoirs et rédui- rait au minimum les pertes qui se produiraient autrement pen- dant le transport.
L'invention crée donc des moyens de conservation utilisables pour le stockage et le transport d'un gaz naturel liquéfié, ce gaz étant conservé comme produit pendant le voyage de livraison et le froid étant conservé comme un état désirable pendant le voyage de retour. Il est, en outre, évident que la quantité de vaporisation qui se produit serait avantageuse du point de vue du maintien d'une atmosphère inerte, en contribuant notablement à la sûreté et au succès de l'exploitation.
Diverses modifications peuvent d'ailleurs être appor- tées aux exemples do réalisation décrits, sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS.
1 - Procédé de stockage et de transport dans des ré- servoirs de gaz naturel à l'état liquéfié à une température notablement inférieure à la température ambiante, caractérisé en ce que la perte de gaz naturel par vaporisation est réduite au minimum en mélangeant le gaz naturel liquéfié avec un autre gaz liquéfié ayant une tension de vapeur notablement supérieure à celle du gaz naturel sous les conditions de température et de pression régnant dans les réservoirs.
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"Method of storage and transport in reservoirs of natural gas in the liquefied state at a temperature significantly below ambient temperature"
The present invention relates to the storage and transport of liquefied natural gas.
It is known that in some regions, natural gas is produced in quantities exceeding local needs, while in other regions there is insufficient production of natural gas or other fuel gases which may be used.
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used in place of the latter. When these regions are connected by land, the transport of natural gas from the source of great production to a region where there is a deficit can be carried out in the gaseous state by transporting the gas by a so-called "pipeline". When the region is separated by a large body of water, pipeline transport is not possible.
We must therefore find other means than pipelines for the transport of natural gas. This natural gas may, for transport, be enclosed in receptacles, but the quantity of gas, which may be enclosed in receptacles suitable for transporting in the region in which there is a deficit, is insufficient to justify the cost of receptacles. and shipping. The solution that has been developed is based on the reduction of natural gas to a liquefied state at the source of large production with a view to its shipment in the liquefied state in a region where there is a shortage and in which the liquefied gas is returned to the gaseous state for use.
The reduction of the gas to the liquefied state allows its volume to be reduced in the ratio of 600: 1, which allows the liquefied gas to be enclosed in suitable containers for transport from the source of large production to the region. deficit.
In order to make this system practical, it is desirable to ship large amounts of liquefied gas. It is practically impossible to construct large capacity reservoirs to contain gas under high pressure. As a result, the liquefied gas must be contained in the reservoirs at substantially atmospheric pressure or slightly above. Most of the liquefied gas is methane which has a critical boiling point at a temperature of about -161 C under atmospheric pressure. So the
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Liquefied natural gas is enclosed in tanks at a temperature somewhat below -151 C, depending on the amount of heavier hydrocarbons that are present.
Isolation can be used to reduce the transfer of heat from the ambient atmosphere into the liquefied gas, but even then heat naturally passes from the ambient atmosphere at about 21 to 38 C to the cold liquid contained in it. insulated tanks at about -151 C or below. When the liquid is at its boiling point, the amounts of heat which are transmitted through the insulation cause some of the liquid to boil, with the resulting vaporization., Although the vapors can be reliquefied or used as fuel. for the propulsion of ships or transport vehicles, it is desirable to minimize the loss of natural gas by vaporization, as otherwise the process would become less desperate economically.
In addition, the vapors given off are edible and therefore pose a problem for evacuating them without endangering people, materials and devices accompanying the liquefied gas during storage or transport.
The invention provides a method and a device for minimizing the loss of natural gas during storage and transport, as well as for preventing the development of an atmosphere, in and around containers which contain the vapors of natural gas, by a quantity likely to present dangers.
The invention also provides a method and device for developing a safe and inert atmosphere, preferably a natural gas atmosphere, thereby creating a protective atmosphere as a consequence of the incoming natural forces.
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involved to produce heat exchange in the liquid and some evaporation of the latter.
The invention consists in mixing a liquefied natural gas with a small quantity of another liquefied gas having a boiling point lower than that of liquefied natural gas under the pressure conditions prevailing in the reservoir or having a much higher vapor pressure. to that of liquefied natural gas under the prevailing temperature and pressure conditions. Under such conditions, the other gas vaporizes preferentially to natural gas upon absorption of heat to conserve the natural gas and reduce its evaporation to a minimum. As another lower boiling point liquefied gas, it is desirable to use an inert gas such that the vapors, preferentially given off than natural gas, present an inert atmosphere in and around the tanks. storage.
The problems which arise in evacuating the vapors are thus almost completely eliminated.
It is desirable to use an amount of this other lower boiling point liquefied gas, which corresponds to the calculated amount of material, to be reduced to a gaseous state by vaporization from the time the tank is filled for the purpose. transport or storage until such time as the gas is withdrawn from the tank for use. For example, when calculating that about 0.5% liquid is vaporized per day due to heat transfer from the ambient atmosphere, for twenty day storage or travel, it would be desirable to mix an amount of said lower boiling gas sufficient to make about 10% of the material introduced into the storage tank.
It is obvious that natural gas has a vapor pressure at the temperature of the boiling point of the other gas
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liquefied so that the two liquids vaporize simultaneously as a result of the absorption of heat, but the liquefied natural gas is under a much lower vapor pressure, so that it constitutes a small proportion of the vapors which are given off . Thus, the liquid in the storage tank is maintained at a desirably low temperature and only a small amount of the liquefied natural gas is lost by vaporization. In addition, the vapors given off are mainly composed by the other liquefied gas, which creates an inert atmosphere in and around the storage tank, when this other liquefied gas is an inert gas.
Obviously, a large effect is derived from mixing the lower boiling point gas with the liquefied natural gas during storage and transportation. Another feature of the invention resides in the use of the lower boiling point gas as a constituent in the tank during the return of the latter from the region in which there is a deficit for refilling with. liquefied natural gas in the region of high production. If all of the liquid were removed from the reservoir in the region of use, the empty reservoir would slowly be brought to a higher temperature.
By the time the empty tanks were brought back for refilling, the temperature conditions would be such that the cold liquefied gas could not be safely introduced into the tank for filling without vigorous boiling taking place. would result in a great loss of material and which could give rise to the establishment of dangerous conditions including excessive pressures in the tank, while posing problems for the evacuation of the large quantity of evolved vapors.
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The additional time, during which the transport equipment is immobilized to cool the tanks before the introduction of liquefied natural gas for their filling, can significantly affect the economy of the entire process. Excessive vaporization of natural gas would impose additional loads on the apparatus used to transport these vapors, to the point that the expense of additional gas transport equipment would be incurred and excessive losses would be caused in the desirable product, namely natural gas.
When lower boiling liquefied gas is introduced in desired amounts into the tank for the return, it is unnecessary to leave a significant portion of the liquefied natural gas in this tank to keep it at the desired low temperature during the return trip. . In addition, the low boiling liquefied gas is able to keep the tank at a lower temperature than liquefied natural gas, so that the cooling can be suppressed or at least greatly reduced, the vaporization of the natural gas can also be greatly reduced during charging. Thus, excessive losses of natural gas are avoided and it becomes unnecessary to use additional equipment for processing and transporting this gas.
The protection provided by the use of liquefied inert gas in the tanks is of considerable importance during the return journey. The vapors given off fill the space in and around the tanks, creating a safe and inert atmosphere. It also eliminates the need to purge the tanks to remove air, oxygen and the like which may form a combustible mixture with natural gas.
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While it is desirable to use an amount of low boiling liquefied gas, calculated to last the entire return journey from the source of supply to the source of use, the amount introduced into the tank during the return trip is not so important because the residual low boiling liquefied gas remaining in the tank can be mixed with the new charge of liquefied natural gas introduced to fill the tank.
Indeed, when this low-boiling liquefied gas can be obtained inexpensively by using refrigeration available in large quantities in the liquefied natural gas at the place of use, it is possible to introduce a quantity of refrigeration. The amount of this liquefied gas calculated to be sufficient during the whole journey to the source of abundant production and during the return journey.
Liquefied nitrogen can be mentioned as representative of a preferred gas for carrying out the invention.
Nitrogen is a relatively inert gas which, in the liquefied state, has a lower critical boiling point than that of liquefied natural gas at atmospheric pressure. It can be mixed with liquefied natural gas to form a system in which the preferential vaporization of nitrogen occurs at a temperature below. critical vaporization temperature of liquefied natural gas. Furthermore, nitrogen is freely available in unlimited quantities in the air and can be obtained inexpensively by the liquefaction of air and the subsequent separation of nitrogen from oxygen by fractionation. , using the large amount of refrigeration available from liquefied natural gas when it is transformed back to a gaseous state.
Obviously, other low boiling liquefiable gases such as helium, argon and the like can be used. For this
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In application, it would be undesirable to use gases such as oxygen or air which can form a combustible mixture with the hydrocarbon vapors.
In practice, liquefied natural gas, introduced into storage tanks for transport, contains about 10% by weight of liquefied nitrogen when experience shows that the vaporization loss is about 0.5% per day and that It takes about 20 days from the time the tanks are filled at the source of abundant production to the time the tanks are emptied at the point of discharge or use.
For the return trip, an equivalent amount of liquefied nitrogen is introduced into the emptied tanks to maintain the cold temperature in the tanks during the return trip and to establish an inert atmosphere. In the event that the liquefied nitrogen is more readily available or is available at lower cost at the point of use of the natural gas, it is possible to introduce twice the amount of liquefied nitrogen to leave about half of it. ci in the tanks for mixing with the liquefied natural gas during the return trip for the transport of the filled tanks.
As noted, the material lost from the time the tanks are filled until the charge of liquefied natural gas is withdrawn compensates for most of the vapors of the low boiling liquefied gas, by minimizing the amount of natural gas lost through vaporization. The low price of nitrogen and the ease with which it is obtained make it possible to create recovery devices on the ship, thus significantly reducing the costs of equipment and operation during transport.
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In practice, it would be useless to carry out, at the point of use, the complete withdrawal of the liquid from the reservoirs, because the liquefied nitrogen introduced would keep the liquefied natural gas remaining in the reservoirs and minimize losses which would otherwise occur during transport.
The invention therefore creates preservation means which can be used for the storage and transport of a liquefied natural gas, this gas being preserved as a product during the delivery trip and the cold being preserved as a desirable state during the return trip. It is further evident that the amount of vaporization which occurs would be advantageous from the point of view of maintaining an inert atmosphere, significantly contributing to the safety and success of the operation.
Various modifications can moreover be made to the embodiments described, without departing from the scope of the invention.
CLAIMS.
1 - Method of storage and transport in reservoirs of natural gas in the liquefied state at a temperature significantly below ambient temperature, characterized in that the loss of natural gas by vaporization is reduced to a minimum by mixing the gas natural liquefied with another liquefied gas having a vapor pressure significantly higher than that of natural gas under the temperature and pressure conditions in the reservoirs.