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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.