"Procédé et appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié"
BREVET D'INVENTION
Priorité des deux demandes de brevet déposées au Japon le 28 mars 1978, respectivement sous le n[deg.] 36401 et sous le n[deg.] 36402, toutes deux au nom de la Société susdite.
La présente invention concerne un procédé et un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié et, plus particulièrement, un procédé et un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié en gaz naturel chauffé à une température permettant de l'utiliser, par exemple, à une température d'environ
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Comme on le sait, le gaz naturel liquéfié a une basse température d'environ -160[deg.]C. En conséquence, lorsqu'on l'utilise pour chauffer le gaz liquéfié en vue de sa vaporisation,
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l'évaporateur. En conséquence, diverses améliorations ont été apportées à cet égard. Les évaporateurs utilisés actuellement sont principalement ceux du type à grille ouverte, du type à fluide intermédiaire et du type à combustion submergée.
Dans les évaporateurs du type à grille ouverte, on utilise de l'eau de mer comme source de chaleur en vue d'effectuer un échange de chaleur à contre-courant avec le gaz naturel liquéfié. Les évaporateurs de ce type ne subissent pas d'obstruction par suite d'une congélation, ils sont d'un fonctionnement
et d'un entretien aisés et, par conséquent, ils sont d'un emploi répandu. Toutefois, dans ces évaporateurb, il se produit inévitablement un givrage sur la surface de la partie inférieure du tube de transfert de chaleur, offrant ainsi une plus forte résistance au transfert de chaleur, si bien que les évaporateurs de
ce type doivent être conçus de façon à offrir une plus grande surface de transfert de chaleur, c'est-à-dire une plus grande capacité, augmentant ainsi les frais d'équipement. Afin d'assurer un meilleur rendement thermique, les évaporateurs de ce type comportent un tube de transfert de chaleur en alliage d'aluminium d'une configuration particulière, si bien que ces évaporateurs sont encore plus désavantageux du point de vue économique.
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chauffage direct avec de la vapeur d'eau ou de l'eau chaude, dans les évaporateurs du type à fluide intermédiaire, on utilise du propane, des hydrocarbures fluorés ou des agents réfrigérants analogues ayant un bas point de congélation de telle sorte que le réfrigérant soit chauffé avec de la vapeur d'eau ou ede l'eau chaude tout d'abord pour exploiter l'évaporation et la condensation de l'agent réfrigérant en vue de vaporiser le gaz naturel liquéfié. Les évaporateurs de ce type sont d'une construction moins coûteuse que ceux du type à grille ouverte, mais ils nécessitent des éléments chauffants tels qu'un brûleur pour la formation de vapeur d'eau ou d'eau chaude, si bien qu'ils sont d'un fonctionnement coûteux en raison de la consommation de combustible.
Les évaporateurs du type à combustion submergée comprennent un tube plongé dans de 1 ' eau chauffée avec un gaz
de combustion qui y est injecté à partir d'un brûleur, afin de chauffer, avec l'eau, le gaz naturel liquéfié circulant dans le tube. Tout comme ceux du type à fluide intermédiaire, les évaporateurs de ce troisième type sont coûteux tant en ce qui concerne leur fonctionnement que la consommation de combustible.
L'objet principal de la présente invention est
de fournir un procédé et un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié en utilisant, comme source de chaleur, de l'eau de mer, de rivière ou de lac, notamment de l'eau d'estuaires, ou
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triels sans devoir utiliser un combustible et ce, moyennant un fonctionnement économique et une construction peu coûteuse.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil efficaces en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié en utilisant, comme source de chaleur,
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férents procédés industriels sans qu'il se produise aucune obstruction résultant de la congélation de l'eau constituant la source de chaleur, l'évaporateur permettant de produire du gaz naturel vaporisé et chauffé à une température proche de celle de l'eau constituant la source de chaleur, par exemple, à une température d'environ 0 à environ 30[deg.]C.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié en réduisant la quantité d'eau utilisée comme source de chaleur, de même que les pertes de charge.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié dans des conditions sûres en utilisant, comme source de chaleur, l'eau précitée portée à une température se situant dans un large intervalle, par exemple, entre environ 0 et environ 30[deg.]C.
Ces différents objets de la présente invention, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description ci-après.
La présente invention fournit un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié, cet appareil comprenant un échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire en vue de former du gaz naturel vaporisé à partir du gaz naturel liquéfié en utilisant, comme source de chaleur, de l'eau d'estuaires ou de l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels,de même qu'un agent réfrigérant comme milieu chauffant avec échange de chaleur au moyen de plusieurs tubes en vue de chauffer le gaz naturel vaporisé provenant de l'échangeur de chaleur en soumettant le gaz naturel vaporisé à un échange de chaleur avec l'eau d'estuaires ou l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels, comme source de chaleur.
Suivant la présente invention, l'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire et à chauffage indirect renferme un agent réfrigérant. L'agent réfrigérant enfermé dans cet échangeur est subdivisé en une fraction liquide inférieure et en une fraction supérieure à l'état de vapeur.
Des exemples d'agents réfrigérants utiles sont ceux déjà connus parmi lesquels il est préférable d'employer les agents réfrigérants peu coûteux ayant le point de congélation le plus bas possible. Plus spécifiquement, on mentionnera le propane
(point de congélation : -189,9[deg.]C ; point d'ébullition : -42,1[deg.]C),
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d'ébullition : -33,3[deg.]C).
L'agent réfrigérant renfermé dans l'échangeur est habituellement utilisé sous une pression élevée qui, quoique variant en fonction des conditions opératoires, se situe généralement entre environ 0 et environ 5 kg/cm2. Dans la présente spécification, toutes les pressions sont exprimées en termes
de pression manométrique.
La partie inférieure de l'échangeur de chaleur dans laquelle est présente la fraction liquide de l'agent réfrigérant, comporte des passages pour l'eau d'estuaires ou l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels, comme source de chaleur. La fraction liquide inférieure de l'agent réfrigérant est chauffée indirectement par l'eau circulant dans ces passages, tandis que l'agent réfrigérant vaporisé s'écoule dans la fraction supérieure à l'état de vapeur. D'autre part, cette fraction supérieure de l'agent réfrigérant à l'état de vapeur est utilisée pour chauffer le gaz naturel liquéfié par échange de chaleur, après quoi la vapeur se condense. L'agent réfrigérant condensé revient à la fraction liquide inférieure.
De la sorte, l'agent réfrigérant subit une vaporisation et une condensation à plusieurs reprises.
Etant donné que la fraction liquide inférieure de l'agent réfrigérant se trouvant dans l'échangeur de chaleur a une température très basse, lorsque l'échange de chaleur a lieu entre l'agent réfrigérant et l'eau d'estuaires ou l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels, il est probable que l'eau gèle dans les passages, mais ce problème peut être aisément résolu en augmentant la vitesse d'écoulement de l'eau à travers ces passages. Toutefois, cette vitesse d'écoulement est limitée du point de vue économique, si bien qu'il faut éviter d'abaisser la température de l'agent réfrigérant à une valeur excessivement basse. Habituellement, la température de l'agent réfrigérant ne descend pas en dessous d'environ -10[deg.]C
(à environ 2,5 kg/cm2) pour le propane, tandis qu'elle ne descend pas en dessous d'environ -15[deg.]C (à environ 0,9 kg/cm2) pour le
<EMI ID=7.1>
de pénétrer dans l'échangeur de chaleur et lorsque sa vitesse d'écoulement est d'environ 2 m/seconde. Lorsque l'agent réfrigérant est chauffé par l'eau à une température ne dépassant pas le point de congélation de celle-ci, on peut utiliser une surface de transfert de chaleur plus petite que lorsqu'on chauffe l'agent réfrigérant avec l'eau à une température ne descendant pas en dessous du point de congélation de celle-ci.
La partie supérieure de l'échangeur de chaleur dans laquelle est renfermé l'agent réfrigérant à l'état de vapeur, comporte des passages pour le gaz naturel liquéfié. Le gaz naturel liquéfié s'écoulant à travers ces passages est chauffé par l'agent réfrigérant à l'état de vapeur et il est vaporisé pendant qu'il circule dans ces passages. Le gaz naturel liquéfié pénètre habituellement dans ces passages sous une pression élevée qui, quoique pouvant varier dans de larges limites, se situe généralement entre environ 5 et environ 100 kg/cm2.
Etant donné que l'échangeur de chaleur est suivi
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chauffage ultérieur, les objets de la présente invention peuvent être pleinement réalisés dans la mesure où le gaz naturel liquéfié est presque vaporisé par l'échangeur du type à fluide intermédiaire,
<EMI ID=9.1>
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environ 70 kg/cm2, le gaz naturel vaporisé sortant de cet échan- ;
<EMI ID=12.1> <EMI ID=13.1> échangeur de chaleur vaporise le gaz naturel liquéfié et chauffe en même temps le gaz vaporisé à une température se situant entre environ 0 et environ 30[deg.]C.
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
source de chaleur et l'agent réfrigérant, de même que la surface
de transfert de chaleur entre l'agent réfrigérant et le gaz naturel liquéfié, permettant ainsi de réaliser l'échangeur de type
à fluide intermédiaire en une structure compacte.
Suivant la présente invention, un échangeur de chaleur à plusieurs tubes est monté en série avec l'échangeur
de chaleur décrit ci-dessus. Le gaz naturel vaporisé ayant une
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et sortant de l'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire est introduit dans l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes dans lequel il est mis en contact avec l'eau constituant la source de chaleur, pour être ainsi chauffé à une température proche de celle de l'eau.
L'eau d'estuaires ou l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels et que l'on emploie comme source de chaleur suivant la présente invention, a une température ambiante se situant, par exemple, entre environ 0 et environ 30[deg.]C. Cette eau est introduite dans les échangeurs de chaleur à une vitesse suffisamment élevée se situant, par exemple, entre environ 1,5 et environ 3 m/seconde afin d'éviter toute congélation.
L'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire et l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes peuvent être montés en série ou en parallèle vis-à-vis de l'alimentation de l'eau constituant la source de chaleur. Dans le premier cas, l'eau doit passer de l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes dans l'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire. Suivant le mode d'alimentation en série, on peut réduire la quantité d'eau.:, utilisée comme source de chaleur.
Lorsque l'eau constituant la source de chaleur est amenée aux deux échangeurs de chaleur selon un mode de montage en parallèle, l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes comporte un circuit d'alimentation d'eau assurant un contact à contrecourant ou à courants parallèles avec le gaz naturel vaporisé.
En variante, on peut prévoir une combinaison d'un circuit à contre-courant et d'un circuit à courants parallèles, auquel cas on psut faire fonctionner sélectivement un des circuits en permutant les soupapes prévues dans ces derniers en fonction de la température de l'eau constituant la source de chaleur. Par exemple, on fait fonctionner le circuit à contre-courant lorsque l'eau est à une température relativement élevée, tandis que l'on utilise le circuit à courants parallèles lorsque l'eau est à une température extrêmement basse.
L'échange de chaleur entre le gaz naturel vaporisé et l'eau constituant la source de chaleur dans l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes peut être effectué plus avantageusement par contact à contre-courant que par contact à courants parallèles et ce, du point de vue du rendement thermique.
En pénétrant dans l'échangeur de chaleur, le gaz naturel vaporisé est à une basse température se situant, par exemple, entre environ -30 et environ -50[deg.]C. En conséquence,
il est probable que l'eau constituant la source de chaleur c
<EMI ID=17.1>
tube de transfert de chaleur lors de l'échange de chaleur avec
le gaz naturel vaporisé. Ce givrage est plus susceptible de se produire lors d'un contact à contre-courant que lors d'un contact
à courants parallèles.
Lorsque l'eau constituant la source de chaleur
est à une température élevée et qu'il n'y a dès: lors qu'un fai- ble risque de congélation, les soupapes sont actionnées pour mettre le circuit à contre-courant en service et permettre ainsi un échange de chaleur efficace entre l'eau et le gaz naturel vaporisé tandis que, lorsque cette eau constituant la source de chaleur
est à une basse température et est donc plus susceptible de
geler, le circuit à courants parallèles est mis en service pour éviter les risques de congélation, quoique le rendement thermique en soit quelque peu réduit.
Lorsque l'échangeur de chaleur fonctionne selon
le mode à courants parallèles ou à contre-courant en fonction
des conditions thermiques de l'eau constituant la source de chaleur ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus, cette eau et le gaz naturel vaporisé peuvent être soumis à un échange de chaleur
sans qu'il se produise un givrage inopportun qui risquerait d'obstruer le tube de transfert de chaleur. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, le transfert de chaleur entre l'eau d'estuaires
ou l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels et l'agent réfrigérant, de même que le transfert de chaleur entre l'agent réfrigérant et le gaz naturel liquéfié
<EMI ID=18.1>
<EMI ID=19.1>
l'invention, de sorte que l'échangeur de chaleur peut être cons- i truit en une structure très compacte. En outre, un échangeur de
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<EMI ID=21.1>
<EMI ID=22.1>
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tituant l'effluent de différents procédés industriels.
<EMI ID=25.1>
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réalisation de l'invention, ainsi qu'aux dessins annexés dans lesquels : <EMI ID=27.1> tation de l'eau constituant la source de chaleur a lieu selon le � mode de montage en série, et la figure 2 est une vue de face illustrant schématiquement un autre appareil de la présente invention dans lequel l'alimentation de l'eau constituant la source de chaleur s'effec- � tue selon un mode de montage en parallèle. <EMI ID=28.1>
de la présente invention dans laquelle l'eau constituant la
source de chaleur est amenée à un échangeur de chaleur à plusieurs
<EMI ID=29.1>
'41
<EMI ID=30.1>
échangeurs de chaleur étant montés en série.
<EMI ID=31.1>
Selon cette forme de réalisation, l'eau consti-
,s tuant la source de chaleur (par exemple, de l'eau de mer ou de
<EMI ID=32.1>
triels) est introduite, via une conduite 3, dans l'échangeur de
<EMI ID=33.1>
fer le gaz naturel vaporisé mentionné ci-après. Cette eau cons- tituant la source de chaleur est ensuite amenée, via une conduite
<EMI ID=34.1>
partie inférieure la de l'échangeur 1, l'eau est soumise à un
<EMI ID=35.1>
forme d'un liquide ; de la sorte, l'eau cède sa chaleur à cet
<EMI ID=36.1>
Une partie de l'agent réfrigérant chauffé par l'eau constituant la source de chaleur s'évapore pour former, dans la partie supé-
<EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
question ci-après.
Le gaz naturel liquéfié est introduit, via une conduite 6, dans la partie supérieure lb de l'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire 1 dans lequel ce gaz est soumis à
un échange de chaleur avec l'agent réfrigérant en phase vapeur
<EMI ID=39.1>
<EMI ID=40.1>
de chaleur fourni par l'agent réfrigérant. Le gaz naturel vaporisé s'écoule, via une conduite 8, dans l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes 2 dans lequel il subit un échange de chaleur
avec l'eau constituant la source de chaleur, pour être ainsi chauffé. Le gaz est ensuite recueilli par une conduite 9. Une partie de l'agent réfrigérant en phase vapeur soumis à un échange de chaleur avec le gaz naturel liquéfié revient, par condensation, <EMI ID=41.1>
nouveau chauffé et vaporisé par l'eau constituant la source
de chaleur. L'agent réfrigérant vaporisé revient dans la partie supérieure lb. De la sorte, l'agent réfrigérant subit une condensation et une évaporation à plusieurs reprises, circulant ainsi dans l'échangeur 1 entre la partie supérieure lb et la partie inférieure la de ce dernier.
L'appareil de l'invention décrit ci-dessus, dans lequel l'eau constituant la source de chaleur circule dans les échangeurs selon un mode de montage en série, nécessite moins d'eau comme source de chaleur que dans d'autres conditions, de sorte qu'il est particulièrement utile lorsque l'alimentation d'eau est limitée comme c'est le cas lorsqu'il s'agit d'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels.
La figure 2 illustre une autre forme de réalisation de l'invention comprenant un échangeur de chaleur de type à fluide intermédiaire 10 et un échangeur de chaleur à plusieurs tubes 11 montés en parallèle:vis-à-vis de l'alimentation de l'eau constituant la source de chaleur. L'échangeur de chaleur à plusieurs tubes 11 comprend un circuit à contre-courant et un circuit à courants parallèles.
Dans cette forme de réalisation, l'eau constituant la source de chaleur est amenée, via une conduite 12, à l'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire 10 dans lequel l'eau chauffe un agent réfrigérant en.phase liquide dans une partie
<EMI ID=42.1>
cet agent réfrigérant. L'eau est ensuite évacuée par une conduite
13.
L'eau constituant la source de chaleur est amenée à l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes 11 par un circuit à contre-courant comprenant des conduites 12, 14, 15, 16, 17 et 18 ou par un circuit à courants parallèles comprenant des conduites 12, 14, 19, 16, 15, 20 et 18. La permutation entre le circuit à contre-courant et le circuit à courants parallèles est effectuée en actionnant des soupapes 21, 22, 23 et 24 installées dans les conduites précitées. Les soupapes 21 et 22 sont ouvertes, tandis que les soupapes <2>3 et 24 sont fermées lorsque le circuit à contrecourant doit être mis en service. Pour la mise en service du circuit à courants parallèles, on ouvre les soupapes 23 et 24, tandis que l'on ferme les soupapes 21 et 22.
Le gaz naturel liquéfié est amené à l'échangeur
de chaleur du type à fluide intermédiaire 10 par une conduite 25. Tout en s'écoulant à travers l'agent réfrigérant en phase vapeur renfermé dans la partie supérieure lOb de l'échangeur de chaleur
10, le gaz liquide subit un échange de chaleur avec cet agent réfrigérant et il se vaporise en recevant l'apport de chaleur.
Le gaz vaporisé est introduit dans l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes 11 par une conduite 26. D'autre part, une partie
de l'agent réfrigérant à l'état de vapeur dégage de la chaleur par échange de chaleur et il se condense pour revenir à l'état
de phase liquide dans la partie inférieure 10a. Le gaz naturel vaporisé envoyé dans l'échangeur de chaleur 11 par la conduite
26 est soumis à un échange de chaleur en contre-courant ou à courants parallèles vis-à-vis de l'eau constituant la source de chaleur et ainsi, ce gaz est chauffé. Le gaz est ensuite recueilli au moyen d'une conduite 27.
Lorsque l'eau constituant la source de chaleur est à une température relativement élevée se situant, par exemple, entre environ 5 et environ 30[deg.]C, cette eau est amenée à l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes 11 par le circuit à contrecourant en soumettant le gaz naturel vaporisé à un échange de chaleur en contre-courant avec cette eau, assurant ainsi un
haut rendement thermique.
Lorsque l'eau constituant la source de chaleur est à une température relativement basse se situant, par exemple,
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de chaleur à plusieurs tubes 11 par le circuit à courants parallèles, de sorte que le gaz naturel vaporisé subit un échange de chaleur en courants parallèles vis-à-vis de l'eau, pour être ainsi chauffé., Bien qu'il ne soit pas thermiquement très efficace, l'échange de chaleur ainsi effectué en courants parallèles, donne lieu, d'une manière correspondante, à une moins forte réduction
de la température de l'eau constituant la source de chaleur, éliminant ainsi les risques d'obstruction des tubes de transfert de chaleur par givrage. En conséquence, l'appareil peut fonctionner dans des conditions de sécurité même lorsqu'on utilise, comme source de chaleur, de l'eau à une température relativement basse.
Exemples 1 et 2
On vaporise du gaz naturel liquéfié au moyen
d'un appareil de la présente invention du type représenté schématiquement en figure 1. Les résultats sont repris dans le tableau 1 ci-après.
Tableau 1 1
<EMI ID=44.1>
* La perte de charge de l'eau de mer est calculée diaprés
l'épaisseur moyenne de la couche de glace forage sur la surface de transfert de chaleur.
Des expériences démontrent qu'un évaporateur
<EMI ID=45.1>
d'eau de mer portée à la même température que celle indiquée au tableau 1 lors de la vaporisation de gaz naturel liquéfié dans la même quantité que celle indiquée dans ce tableau pour
<EMI ID=46.1>
ture que celle indiquée dans ce tableau 1.
Suivant la présente invention, la quantité d'eau de mer devant être utilisée peut être réduite d'environ 40% comparativement à la quantité d'eau nécessaire dans un évaporateur classique du type à grille ouverte.
Exemples 3 à 6
On vaporise du gaz naturel liquéfié au moyen d'un appareil de la présente invention tel qu'il est représenté schématiquement en figure 2. Les résultats obtenus sont repris dans
le tableau 2 ci-après.
Tableau 2
<EMI ID=47.1>
Tableau 2 (suite) <1>
<EMI ID=48.1>
REVENDICATIONS
1. Appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire en vue de former du gaz naturel vaporisé à partir du gaz naturel liquéfié en utilisant, comme source de chaleur, de l'eau d'estuaires ou de l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels et un agent réfrigérant comme milieu chauffant, de même qu'un échangeur de chaleur à plusieurs tubes en vue de chauffer le gaz naturel vaporisé provenant de l'échangeur de chaleur en soumettant ce
gaz à un échange de chaleur avec l'eau d'estuaires ou l'eau
chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels
et servant de source de chaleur.
"Method and apparatus for vaporizing liquefied natural gas"
PATENT
Priority of the two patent applications filed in Japan on March 28, 1978, respectively under n [deg.] 36401 and under n [deg.] 36402, both in the name of the aforementioned Company.
The present invention relates to a method and apparatus for vaporizing liquefied natural gas and, more particularly, to a method and apparatus for vaporizing liquefied natural gas into natural gas heated to a temperature suitable for use, for example. , at a temperature of about
<EMI ID = 1.1>
As is known, liquefied natural gas has a low temperature of about -160 [deg.] C. Therefore, when used to heat liquefied gas for vaporization,
<EMI ID = 2.1>
the evaporator. Accordingly, various improvements have been made in this regard. The evaporators in use today are mainly those of the open grate type, the intermediate fluid type and the submerged combustion type.
In open-grid type evaporators, seawater is used as the heat source to effect countercurrent heat exchange with liquefied natural gas. Evaporators of this type are not obstructed as a result of freezing, they operate
and easy to maintain and therefore are widely used. However, in these evaporators, icing inevitably occurs on the surface of the lower part of the heat transfer tube, thus providing greater resistance to heat transfer, so that the evaporators of
this type must be designed in such a way as to provide a larger heat transfer surface, that is to say a greater capacity, thus increasing the equipment costs. In order to ensure better thermal efficiency, evaporators of this type have an aluminum alloy heat transfer tube of a particular configuration, so that these evaporators are even more disadvantageous from an economic point of view.
<EMI ID = 3.1>
direct heating with steam or hot water, in intermediate fluid type evaporators, propane, fluorinated hydrocarbons or similar refrigerants having a low freezing point are used so that the refrigerant either heated with water vapor or hot water first to exploit the evaporation and condensation of the refrigerant in order to vaporize the liquefied natural gas. Evaporators of this type are of less expensive construction than those of the open grate type, but they require heating elements such as a burner for the formation of steam or hot water, so that they are expensive to operate due to fuel consumption.
Submerged combustion type evaporators comprise a tube immersed in water heated with gas.
combustion which is injected into it from a burner, in order to heat, with the water, the liquefied natural gas circulating in the tube. Like those of the intermediate fluid type, evaporators of this third type are expensive both in terms of their operation and of fuel consumption.
The main object of the present invention is
to provide a method and apparatus for vaporizing liquefied natural gas using, as a heat source, sea, river or lake water, in particular water from estuaries, or
<EMI ID = 4.1>
triels without having to use fuel, with economical operation and inexpensive construction.
Another object of the present invention is to provide an efficient method and apparatus for vaporizing liquefied natural gas using, as a heat source,
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various industrial processes without any obstruction resulting from the freezing of the water constituting the heat source, the evaporator making it possible to produce vaporized natural gas and heated to a temperature close to that of the water constituting the source of heat, for example, to a temperature of about 0 to about 30 [deg.] C.
Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for vaporizing liquefied natural gas by reducing the amount of water used as a heat source, as well as the pressure drops.
Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for vaporizing liquefied natural gas under safe conditions using, as a heat source, the aforesaid water brought to a temperature lying in a wide range, for example, between about 0 and about 30 [deg.] C.
These various subjects of the present invention, as well as others, will become apparent on reading the description below.
The present invention provides an apparatus for vaporizing liquefied natural gas, said apparatus comprising an intermediate fluid type heat exchanger for forming vaporized natural gas from liquefied natural gas using, as a heat source, heat exchanger. water from estuaries or hot water constituting the effluent of various industrial processes, as well as a refrigerant as a heating medium with heat exchange through several tubes in order to heat the vaporized natural gas coming from the heat exchanger by subjecting the vaporized natural gas to heat exchange with estuarine water or hot water constituting the effluent of various industrial processes, as a heat source.
According to the present invention, the heat exchanger of the intermediate fluid type with indirect heating contains a refrigerant. The refrigerant enclosed in this exchanger is subdivided into a lower liquid fraction and into a higher fraction in the vapor state.
Examples of useful coolants are those already known among which it is preferable to employ the inexpensive coolants having the lowest possible freezing point. More specifically, we will mention propane
(freezing point: -189.9 [deg.] C; boiling point: -42.1 [deg.] C),
<EMI ID = 6.1>
boiling point: -33.3 [deg.] C).
The refrigerant contained in the exchanger is usually used under a high pressure which, although varying depending on the operating conditions, is generally between about 0 and about 5 kg / cm2. In this specification, all pressures are expressed in terms
gauge pressure.
The lower part of the heat exchanger in which the liquid fraction of the refrigerant is present, has passages for estuarine water or hot water constituting the effluent of various industrial processes, as a heat source . The lower liquid fraction of the coolant is heated indirectly by the water flowing through these passages, while the vaporized coolant flows into the upper fraction in the vapor state. On the other hand, this upper fraction of the vapor-state refrigerant is used to heat the liquefied natural gas by heat exchange, after which the vapor condenses. The condensed refrigerant returns to the lower liquid fraction.
In this way, the refrigerant undergoes vaporization and condensation several times.
Since the lower liquid fraction of the refrigerant in the heat exchanger has a very low temperature, when the heat exchange takes place between the refrigerant and estuarine water or water As hot water constitutes the effluent of various industrial processes, it is likely that water freezes in the passages, but this problem can be easily solved by increasing the rate of flow of the water through these passages. However, this flow rate is economically limited, so that lowering the temperature of the coolant to an excessively low value should be avoided. Usually the temperature of the refrigerant does not drop below about -10 [deg.] C
(at about 2.5 kg / cm2) for propane, while it does not drop below about -15 [deg.] C (at about 0.9 kg / cm2) for the
<EMI ID = 7.1>
to enter the heat exchanger and when its flow speed is about 2 m / second. When the refrigerant is heated by water to a temperature not exceeding its freezing point, a smaller heat transfer area can be used than when the refrigerant is heated with water. at a temperature not falling below its freezing point.
The upper part of the heat exchanger, in which the refrigerant in the vapor state is enclosed, has passages for liquefied natural gas. Liquefied natural gas flowing through these passages is heated by the vapor refrigerant and is vaporized as it flows through these passages. Liquefied natural gas usually enters these passages at a high pressure which, although varying within wide limits, is generally between about 5 and about 100 kg / cm2.
Since the heat exchanger is followed
<EMI ID = 8.1>
subsequent heating, the objects of the present invention can be fully realized insofar as the liquefied natural gas is almost vaporized by the exchanger of the intermediate fluid type,
<EMI ID = 9.1>
<EMI ID = 10.1>
<EMI ID = 11.1>
approximately 70 kg / cm2, the vaporized natural gas leaving this sample;
<EMI ID = 12.1> <EMI ID = 13.1> heat exchanger vaporizes the liquefied natural gas and at the same time heats the vaporized gas to a temperature between about 0 and about 30 [deg.] C.
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1>
heat source and coolant, as well as the surface
of heat transfer between the refrigerant and the liquefied natural gas, thus making it possible to achieve the type
medium fluid in a compact structure.
According to the present invention, a heat exchanger with several tubes is mounted in series with the exchanger.
heat described above. Vaporized natural gas having a
<EMI ID = 16.1>
and leaving the intermediate fluid type heat exchanger is introduced into the multi-tube heat exchanger in which it is contacted with the water constituting the heat source, thereby to be heated to a temperature close to that of water.
The water of estuaries or the hot water constituting the effluent of various industrial processes and which is employed as a heat source according to the present invention, at an ambient temperature ranging, for example, between about 0 and about 30 [deg.] C. This water is introduced into the heat exchangers at a sufficiently high speed ranging, for example, between about 1.5 and about 3 m / second in order to avoid any freezing.
The intermediate fluid type heat exchanger and the multi-tube heat exchanger may be connected in series or in parallel with respect to the supply of water constituting the heat source. In the first case, water must pass from the multi-tube heat exchanger into the intermediate fluid type heat exchanger. Depending on the series supply mode, the quantity of water used as a heat source can be reduced.
When the water constituting the heat source is supplied to the two heat exchangers in a parallel connection mode, the multi-tube heat exchanger comprises a water supply circuit ensuring contact in countercurrent or in parallel streams. with vaporized natural gas.
As a variant, a combination of a counter-current circuit and a parallel-current circuit can be provided, in which case one of the circuits can be selectively operated by swapping the valves provided in the latter as a function of the temperature of the circuit. water constituting the heat source. For example, the counter-current circuit is operated when the water is at a relatively high temperature, while the parallel-current circuit is used when the water is at an extremely low temperature.
The heat exchange between the vaporized natural gas and the water constituting the heat source in the multi-tube heat exchanger can be carried out more advantageously by countercurrent contact than by contact with parallel streams and this, from the point in terms of thermal efficiency.
On entering the heat exchanger, the vaporized natural gas is at a low temperature ranging, for example, from about -30 to about -50 [deg.] C. Consequently,
it is probable that the water constituting the heat source c
<EMI ID = 17.1>
heat transfer tube when exchanging heat with
vaporized natural gas. This icing is more likely to occur during countercurrent contact than during contact.
with parallel currents.
When water is the source of heat
is at a high temperature and there is therefore: when there is only a low risk of freezing, the valves are actuated to put the circuit in counter-current into service and thus allow an efficient heat exchange between the 'water and vaporized natural gas while, when this water constituting the heat source
is at a low temperature and is therefore more likely to
freeze, the parallel current circuit is put into service to avoid the risk of freezing, although the thermal efficiency is somewhat reduced.
When the heat exchanger operates according to
parallel current or countercurrent mode depending on
thermal conditions of the water constituting the heat source as described above, this water and the vaporized natural gas can be subjected to a heat exchange
without causing unwanted icing that could clog the heat transfer tube. As already mentioned, heat transfer between estuarine water
or hot water constituting the effluent of various industrial processes and the refrigerant, as well as the transfer of heat between the refrigerant and the liquefied natural gas
<EMI ID = 18.1>
<EMI ID = 19.1>
the invention, so that the heat exchanger can be constructed in a very compact structure. In addition, a
<EMI ID = 20.1>
<EMI ID = 21.1>
<EMI ID = 22.1>
<EMI ID = 23.1>
<EMI ID = 24.1>
tituant the effluent of different industrial processes.
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1>
embodiment of the invention, as well as the accompanying drawings in which: <EMI ID = 27.1> the water constituting the heat source takes place according to � series mounting mode, and Fig. 2 is a front view schematically illustrating another apparatus of the present invention in which the supply of water constituting the heat source is effected. kills according to a parallel mounting mode. <EMI ID = 28.1>
of the present invention in which the water constituting the
heat source is supplied to a multiple heat exchanger
<EMI ID = 29.1>
'41
<EMI ID = 30.1>
heat exchangers being mounted in series.
<EMI ID = 31.1>
According to this embodiment, the water constitutes
, s killing the heat source (for example, sea water or
<EMI ID = 32.1>
triels) is introduced, via line 3, into the heat exchanger
<EMI ID = 33.1>
iron the vaporized natural gas mentioned below. This water constituting the heat source is then brought, via a pipe
<EMI ID = 34.1>
lower part la of exchanger 1, the water is subjected to a
<EMI ID = 35.1>
form of a liquid; in this way, the water gives up its heat to this
<EMI ID = 36.1>
Part of the refrigerant heated by the water constituting the heat source evaporates to form, in the upper part
<EMI ID = 37.1>
<EMI ID = 38.1>
question below.
The liquefied natural gas is introduced, via a pipe 6, into the upper part 1b of the heat exchanger of the intermediate fluid type 1 in which this gas is subjected to
heat exchange with the refrigerant in the vapor phase
<EMI ID = 39.1>
<EMI ID = 40.1>
of heat supplied by the refrigerant. The vaporized natural gas flows, via line 8, into the multi-tube heat exchanger 2, in which it undergoes a heat exchange
with water constituting the heat source, to be thus heated. The gas is then collected through a line 9. Part of the refrigerant in the vapor phase subjected to heat exchange with the liquefied natural gas returns, by condensation, <EMI ID = 41.1>
again heated and vaporized by the water constituting the source
heat. The vaporized refrigerant returns to the upper part 1b. In this way, the refrigerant undergoes condensation and evaporation several times, thus circulating in the exchanger 1 between the upper part 1b and the lower part 1a of the latter.
The apparatus of the invention described above, in which the water constituting the heat source circulates in the exchangers according to a series connection mode, requires less water as a heat source than under other conditions, so that it is particularly useful when the water supply is limited, as is the case with hot water constituting the effluent of various industrial processes.
Figure 2 illustrates another embodiment of the invention comprising an intermediate fluid type heat exchanger 10 and a multiple tube heat exchanger 11 mounted in parallel: vis-à-vis the water supply constituting the heat source. The multi-tube heat exchanger 11 comprises a countercurrent circuit and a parallel flow circuit.
In this embodiment, the water constituting the heat source is supplied, via line 12, to the intermediate fluid type heat exchanger 10 in which the water heats a liquid phase refrigerant in a part.
<EMI ID = 42.1>
this refrigerant. The water is then evacuated by a pipe
13.
The water constituting the heat source is supplied to the multi-tube heat exchanger 11 by a counter-current circuit comprising pipes 12, 14, 15, 16, 17 and 18 or by a parallel-stream circuit comprising conduits 12, 14, 19, 16, 15, 20 and 18. The changeover between the countercurrent circuit and the parallel current circuit is effected by actuating valves 21, 22, 23 and 24 installed in the aforementioned conduits. Valves 21 and 22 are open, while valves <2> 3 and 24 are closed when the counterflow circuit is to be put into service. To start up the parallel flow circuit, the valves 23 and 24 are opened, while the valves 21 and 22 are closed.
Liquefied natural gas is brought to the exchanger
fluid type heat exchanger 10 through line 25. While flowing through the vapor phase refrigerant contained in the top 10b of the heat exchanger
10, the liquid gas undergoes heat exchange with this refrigerant and it vaporizes on receiving the heat input.
The vaporized gas is introduced into the multi-tube heat exchanger 11 through a line 26. On the other hand, a part
refrigerant in the vapor state releases heat by heat exchange and it condenses to return to the state
of liquid phase in the lower part 10a. The vaporized natural gas sent to the heat exchanger 11 through the pipe
26 is subjected to a heat exchange in countercurrent or in parallel currents with respect to the water constituting the heat source and thus, this gas is heated. The gas is then collected by means of a pipe 27.
When the water constituting the heat source is at a relatively high temperature ranging, for example, between about 5 and about 30 [deg.] C, this water is supplied to the multi-tube heat exchanger 11 by the circuit countercurrently by subjecting the vaporized natural gas to a countercurrent heat exchange with this water, thus ensuring a
high thermal efficiency.
When the water constituting the heat source is at a relatively low temperature lying, for example,
<EMI ID = 43.1>
of heat to several tubes 11 by the circuit with parallel streams, so that the vaporized natural gas undergoes a heat exchange in parallel streams with respect to the water, to be thus heated., Although it is not not thermally very efficient, the heat exchange thus carried out in parallel currents, gives rise, in a corresponding way, to a less strong reduction
the temperature of the water constituting the heat source, thus eliminating the risk of obstruction of the heat transfer tubes by icing. As a result, the apparatus can operate under safe conditions even when water at a relatively low temperature is used as the heat source.
Examples 1 and 2
Liquefied natural gas is vaporized using
of an apparatus of the present invention of the type shown schematically in FIG. 1. The results are shown in Table 1 below.
Table 1 1
<EMI ID = 44.1>
* The pressure drop of the sea water is calculated according to
the average thickness of the drilling ice layer on the heat transfer surface.
Experiments show that an evaporator
<EMI ID = 45.1>
seawater brought to the same temperature as that indicated in Table 1 when vaporizing liquefied natural gas in the same quantity as that indicated in this table for
<EMI ID = 46.1>
ture than that indicated in this table 1.
According to the present invention, the amount of seawater to be used can be reduced by about 40% compared to the amount of water required in a conventional open-grid type evaporator.
Examples 3 to 6
Liquefied natural gas is vaporized by means of an apparatus of the present invention as shown diagrammatically in FIG. 2. The results obtained are shown in
Table 2 below.
Table 2
<EMI ID = 47.1>
Table 2 (continued) <1>
<EMI ID = 48.1>
CLAIMS
1. Apparatus for vaporizing liquefied natural gas, characterized in that it comprises an intermediate fluid type heat exchanger for forming vaporized natural gas from liquefied natural gas using, as a heat source, water from estuaries or hot water constituting the effluent of various industrial processes and a refrigerant as a heating medium, as well as a heat exchanger with several tubes in order to heat the vaporized natural gas coming from the heat exchanger by submitting this
gas to heat exchange with estuarine water or water
hot water forming the effluent of various industrial processes
and serving as a heat source.