EP3510317B1 - Installation, procédé pour stocker et reliquéfier un gaz liquéfié et véhicule de transport associé - Google Patents

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EP3510317B1
EP3510317B1 EP17748836.8A EP17748836A EP3510317B1 EP 3510317 B1 EP3510317 B1 EP 3510317B1 EP 17748836 A EP17748836 A EP 17748836A EP 3510317 B1 EP3510317 B1 EP 3510317B1
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EP
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tank
liquefied gas
gas
cooling circuit
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Jean-Marc Bernhardt
Fabien Durand
Cécile GONDRAND
Véronique GRABIE
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/066—Fluid distribution for feeding engines for propulsion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/34—Details about subcooling of liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank

Definitions

  • the present invention relates to an installation for storing and cooling a liquefied gas, for example a liquefied natural gas. Furthermore, the present invention relates to a storage method for storing a liquefied gas.
  • the cooling device described in the document US3302416A comprises several compressors, several motors, several heat exchangers configured to cool liquefied gas coming from the tank and at least one source of refrigeration, external to the gas storage installation.
  • the refrigeration source corresponds to independent equipment with respect to compressors, exchangers, etc.
  • This source of refrigeration can for example be a container in the form of a bottle of gas, called cycle gas.
  • DE102013018333 also discloses a liquefied natural gas storage facility in accordance with the preamble.
  • the storage installation described in this document comprises numerous independent components, which imposes numerous interfaces for linking them.
  • these numerous components form a large buffer volume which needs to be filled at each start of each cycle.
  • the use of an internal system makes it possible to store the cycle gas used to operate the installation, said cycle gas being stored in another external equipment when it is hot and returned to the circuit of the installation once 'he is cold.
  • the object of the present invention is in particular to solve, in whole or in part, the problems mentioned above.
  • the present invention may consist of the use of an installation which is described in particular in the document WO2009066044 .
  • the installation may include at least: a cryogenic device intended to transfer heat from a cold source to a hot source via a working fluid or cycle gas circulating in a working circuit or closed cycle circuit, the work comprising in series: an isothermal or substantially isothermal compression portion of the fluid, an isobaric or substantially isobaric cooling portion of the fluid, an isothermal or substantially isothermal expansion portion of the fluid and an isobaric or substantially isobaric heating portion of the fluid.
  • the compression portion comprises at least two compressors arranged in series, at least one compressed fluid cooling exchanger arranged at the outlet of each compressor.
  • the expansion portion comprises at least one expansion turbine and at least one exchanger for heating the expanded fluid, the compressors and the expansion turbine or turbines being driven by at least one so-called high-speed motor.
  • the engine comprises an output shaft, one end of which carries and drives in rotation by direct coupling a first compressor and the other end of which carries and drives in rotation by direct coupling a second compressor or an expansion turbine.
  • high-speed motor will be understood to mean motors typically rotating at a speed of rotation of 10,000 revolutions per minute or several tens of thousands of revolutions per minute.
  • a low-speed motor rotates rather with a speed of a few thousand revolutions per minute.
  • the subject of the invention is an installation for storing and cooling a liquefied gas, for example a liquefied natural gas, as defined in claim 1.
  • this configuration is compact and space-saving, since there is no significant distance between the equipment in the cooling circuit. This reduced distance allows the use of a reduced quantity of cycle gas and therefore not to increase the pressure too much to descend in cold to arrive at an operating pressure.
  • the installation can operate with a single compressor, which reduces the dimensioning of the installation and of the fluidic connections between the various pieces of equipment in the cooling circuit.
  • connection line makes it possible to cool a liquefied gas to be cooled coming from a separate container and independent of the installation.
  • the term “container distinct and independent of the installation” will be understood to mean a container which is not part of the installation or of the cooling circuit, for example, the container is on the same ship , on another vessel or ashore.
  • the cooling device does not require valves between the compressor and the turbine, since it suffices to control and command the speed of the engine to regulate the flow of cooling fluid circulating in the first heat exchanger.
  • the installation is particularly quick to install and to put into service, which is particularly advantageous when the installation is to be installed on a vehicle for transporting liquefied gas, for example on a ship such as an LNG carrier.
  • the first heat exchanger makes it possible to cool, via the cycle gas, the liquefied gas coming from the tank to a temperature lower than the temperature of the liquefied gas contained in the tank. This cooling is usually referred to as “sub-cooling”.
  • the installation comprises at least one bypass pipe connected to the injection pipe, said bypass pipe being configured to transfer part of the cooled liquefied gas to a remote container, distinct and independent of the installation.
  • the supply line is merged at least in part with the branch line.
  • the supply line is separate from the branch line.
  • the motor can be connected to
  • the motor can be connected directly to the turbine.
  • the installation further comprises a pump configured to supply the cooling device with liquefied gas in the liquid state coming from the reservoir.
  • the cooling circuit is fluidically connected to the pump.
  • the pump is arranged in the lower region of the tank.
  • the outlet of the turbine is fluidically connected directly to the first heat exchanger.
  • the output of the compressor is fluidly connected indirectly to the first heat exchanger.
  • the cooling circuit further comprises a second heat exchanger configured to effect a heat exchange between the compressed cycle gas originating from the compressor and the expanded cycle gas originating from the turbine.
  • the inlet of the compressor is fluidically connected to the outlet of the turbine without any intermediate member other than the first heat exchanger and the second heat exchanger.
  • the turbine is fluidically connected to the first heat exchanger by a first connecting pipe, without any intermediate component.
  • the compressor is fluidically connected to the first heat exchanger by a second connecting pipe.
  • the cooling circuit comprises at least one first connecting member mechanically connecting the engine to the compressor, and at least one second connecting member mechanically connecting the engine to the turbine.
  • the first connecting member comprises a first shaft that is rotatable.
  • the second connecting member comprises a second rotatable shaft.
  • the cooling circuit is configured to operate according to a Brayton cycle.
  • Brayton cycle will be understood to mean a thermodynamic cycle developed by George Brayton that produces a gas, referred to herein as cycle gas.
  • the cooling circuit comprises a third heat exchanger configured to carry out a heat exchange between the cycle gas and a fluid at ambient temperature, for example water or a cooling fluid, which makes it possible to evacuate the heat from the cycle gas to the outside.
  • a fluid at ambient temperature for example water or a cooling fluid
  • the injection member is arranged in the upper region of the reservoir.
  • the injection member injects the cooled liquefied gas into the vapor phase, that is to say above the level of the liquefied gas in the liquid state.
  • the injection member is arranged in the lower region of the reservoir.
  • the injection member injects the cooled liquefied gas into the liquid phase, that is to say below the level of the liquefied gas in the liquid state.
  • the injection member comprises several injection nozzles arranged in series and/or in parallel
  • the cooling circuit is configured to cool liquefied gas coming from the tank to a temperature between 35 K and 150 K, for example equal to 110 K or 80 K.
  • the cooling circuit is configured to cool liquefied gas coming from the tank at a rate of between 5m 3 /h and 50m 3 /h.
  • the tank contains a liquefied gas selected from the group consisting of a liquefied natural gas, or another gas rich in methane such as bio-methane, nitrogen, oxygen, argon and their mixtures.
  • a liquefied gas selected from the group consisting of a liquefied natural gas, or another gas rich in methane such as bio-methane, nitrogen, oxygen, argon and their mixtures.
  • the cooling circuit contains a cooling fluid selected from the group comprising nitrogen, argon, neon, helium, and mixtures thereof.
  • the bypass pipe comprises a terminal end comprising a connector intended to be connected to a separate container.
  • the bypass pipe comprises a valve, in particular an isolation valve.
  • the method comprises a transfer step carried out after the injection of the cooled liquefied gas, the transfer step consisting in transferring at least part of the cooled liquefied gas to at least one remote, distinct and independent of said installation by means of the injection pipe and the bypass pipe of the installation.
  • the transfer of the liquefied gas can be partial or total depending on the number of tanks of the installation and depending on the quantity of cooled liquefied gas requested.
  • the installation used comprises at least two tanks configured to contain liquefied gas, said method according to the invention being implemented during a trip during which the tanks are full.
  • At least one tank may be empty (empty or almost empty of liquid).
  • this refrigeration step is carried out after an unloading of liquefied gas and before a subsequent filling of the reservoir(s) of the installation or of the container(s) of at least one other installation.
  • this cooling step is carried out continuously to avoid leaving tanks empty and hot and to allow the thermal load to be smoothed in order to limit the losses linked to the final peak of vaporization of liquefied gas.
  • the advantage is thus to keep only liquid in the tanks of a boat allowing the return trip without considering the losses of refrigeration on arrival.
  • the refrigeration step is carried out during a trip during which at least one of the reservoirs is empty.
  • the present invention also relates to a transport vehicle, for example a transport ship, for transporting a liquefied gas, for example a liquefied natural gas, the transport vehicle being characterized in that it comprises an installation according to the invention.
  • a transport vehicle for example a transport ship, for transporting a liquefied gas, for example a liquefied natural gas
  • the transport vehicle being characterized in that it comprises an installation according to the invention.
  • the installation 1 comprises a reservoir 4 comprising a lower region 4.1 intended to contain liquefied gas 2 in the liquid state and an upper region 4.2 intended to contain the vapors of the liquefied gas 2.
  • the installation 1 comprises a cooling circuit 10, illustrated in particular in picture 2 .
  • the cooling circuit 10 is located outside the tank, ie the liquefied gas is cooled (only) outside the tank. That is to say that the liquefied gas is taken from the tank, is cooled out of the tank and then reinjected cooled into the tank.
  • the cooling device 10 is connected to the fluid inside the tank 4 via a sampling line which is immersed in the tank.
  • the tank 4 is equipped with a pump 22 which makes it possible to bring the liquefied gas in the liquid state into the cooling circuit so as to cool it and with at least one injection member 20 which makes it possible to reinject the gas liquefied liquid cooled in the tank 4.
  • the injection unit comprises a return pipe which connects the cooling device (external to the tank) with the inside of the tank 4 and includes the injection unit 20.
  • the injection member 20 may comprise several nozzles.
  • the installation 1 comprises a connection line 31 configured to convey liquefied gas from at least one remote container 100, distinct and independent of the installation 1 towards the tank of the installation.
  • the installation 1 comprises an injection pipe 30 fluidly connecting the cooling circuit and the injection member 20, and at least one bypass pipe 32 connected to the injection pipe 30 and intended to transfer part of the liquefied gas 2 cooled to a container (not shown) remote, distinct and independent of the installation 1.
  • FIG. 3 Another reservoir 4 is shown in dotted line picture 3 .
  • This tank 4 from the same installation or from another installation can be supplied with liquefied gas via the pipe 32 by-pass and a respective injection member 20 if necessary.
  • the branch line 32 and the connection line 31 are installed on the same installation.
  • the cooling circuit 10 is closed and autonomous and is configured to be supplied with liquefied gas 2 in the liquid state coming from the tank 4.
  • the cooling circuit 10 comprises at least one compressor 12 configured to compress a cycle gas 3, at least one motor 14, at least one turbine 18, and at least one first heat exchanger 16 configured to perform a heat exchange between liquefied gas 2 and the cycle gas.
  • the motor 14 being mechanically connected on the one hand to the compressor 12 in order to drive the compressor 12 and on the other hand to the turbine 18 so that the turbine 18 drives the motor 14.
  • the cooling circuit 10 further comprises a second heat exchanger 24 configured to perform a heat exchange between the compressed cycle gas 3 and the expanded cycle gas 3, as illustrated in figure 2 .
  • the cooling circuit 10 further comprises a third heat exchanger 26 configured to effect a heat exchange between the compressed cycle gas 3 and water or air or any other cooling fluid coming from an external source.
  • one or more tanks 4 contain liquefied natural gas on a vehicle, in particular a boat
  • the natural gas which vaporizes can be used as fuel for an engine of the vehicle and the excess gas is burned in a torch for example .
  • the figure 4A illustrates the distribution of consumption (axis of ordinates y in tons per day) of natural gas vaporized on a boat as a function of time (axis of abscissas x) towards the engine (C: part with horizontal hatching), towards the flare (A : part with inclined hatching) and towards the reliquefaction system (B: part without hatching) for a known installation.
  • the figure 4B illustrates the distribution of the consumption in tonnes per day (y axis) of the natural gas vaporized on a boat as a function of time (x axis) towards the engine (C), towards the flare (A) and towards the reliquefaction system (B ) for the installation according to the invention.

Landscapes

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Description

  • La présente invention concerne une installation pour stocker et refroidir un gaz liquéfié, par exemple un gaz naturel liquéfié. De plus, la présente invention concerne un procédé de stockage pour stocker un gaz liquéfié.
  • On connait du document US3302416A une installation de stockage de gaz naturel liquéfié permettant de stocker le gaz naturel liquéfié pendant son transport vers un autre bâtiment. Le dispositif de refroidissement décrit dans le document US3302416A comprend plusieurs compresseurs, plusieurs moteurs, plusieurs échangeurs thermiques configurés pour refroidir du gaz liquéfié provenant du réservoir et au moins une source de réfrigération, extérieure à l'installation de stockage de gaz. La source de réfrigération correspond à un équipement indépendant par rapport aux compresseurs, échangeurs, etc. composant l'installation de stockage et permet de sous-refroidir des quantités limitées de gaz liquéfié stocké de manière à pouvoir éviter un apport de chaleur dans ladite installation; et de réinjecter le liquide sous-refroidi dans différentes zones de l'espace de stockage de manière à fournir des conditions de température relativement uniformes dans le gaz liquide stocké avec un minimum de perturbations des vapeurs stratifiées sur la surface liquide. Cette source de réfrigération peut être par exemple un contenant sous forme de bouteille de gaz, dit gaz de cycle.
  • DE102013018333 divulgue également une installation de stockage de gaz naturel liquéfié conformément au préambule. Cependant, l'installation de stockage décrite dans ce document comprend de nombreux composants indépendants, ce qui impose de nombreuses interfaces de liaison entre eux. En outre, ces nombreux composants forment un grand volume tampon qui nécessite d'être rempli à chaque démarrage de chaque cycle. L'usage d'un système interne permet de stocker le gaz de cycle servant à faire fonctionner l'installation, ledit gaz de cycle étant stocké dans un autre équipement extérieur quand il est chaud et remis dans le circuit de l'installation une fois qu'il est froid.
  • En outre, dans ce document, seule la fonction de transport est mise en exergue, on ne se soucie pas du chargement et du déchargement du gaz liquéfié. En effet, dans ce document, il est simplement décrit que pendant le transport du gaz liquéfié, on s'assure que la pression ne monte pas et donc on reliquéfie tout ce qui s'évapore. Cependant il n'est pas question de la décharge dudit gaz une fois arrivé à destination.
  • La liquéfaction du gaz naturel rend envisageable et rentable son transport par voie maritime. Pendant la navigation, sous les effets des entrées thermiques sur les stockages et des phénomènes de ballottement, de grandes quantités de gaz sont générés par évaporation. Pour réguler les fluctuations de pression résultantes, ce gaz évaporé peut être soit utilisé pour la propulsion, soit brûlé au niveau d'une torche soit reliquéfié. Tout transfert de liquide vers un stockage où les conditions de pression et de température diffèrent de celles du stockage d'origine engendre de l'évaporation du gaz naturel liquéfié, pour des raisons de température (réservoir chaud) et/ou pression (flash du liquide). Ce cas de figure se présente dans les situations suivantes : transfert d'un navire souteur à un client, remplissage d'un méthanier au terminal, remise en froid des stockages à la fin du voyage retour à vide d'un méthanier.
  • La présente invention a notamment pour but de résoudre, en tout ou partie, les problèmes mentionnés ci-avant.
  • La présente invention peut consister en l'utilisation d'une installation qui est décrite notamment dans le document WO2009066044 .
  • L'installation peut comprendre au minimum : un dispositif cryogénique destiné à transférer de la chaleur d'une source froide vers une source chaude via un fluide de travail ou gaz de cycle circulant dans un circuit de travail ou circuit de cycle fermé, le circuit de travail comprenant en série : une portion de compression isotherme ou sensiblement isotherme du fluide, une portion de refroidissement isobare ou sensiblement isobare du fluide, une portion de détente isotherme ou sensiblement isotherme du fluide et une portion de réchauffement isobare ou sensiblement isobare du fluide. La portion de compression comprend au moins deux compresseurs disposés en série, au moins un échangeur de refroidissement du fluide comprimé disposé à la sortie de chaque compresseur. La portion de détente comprend au moins une turbine de détente et au moins un échangeur de réchauffement du fluide détendu, les compresseurs et la ou les turbines de détente étant entrainés par au moins un moteur dit à haute vitesse. Le moteur comprend un arbre de sortie dont l'une des extrémités porte et entraine en rotation par accouplement direct un premier compresseur et dont l'autre extrémité porte et entraine en rotation par accouplement direct un second compresseur ou une turbine de détente.
  • Dans la présente invention, on entendra par "moteur à haute vitesse" des moteurs tournant typiquement à une vitesse de rotation de 10 000 tours par minute ou plusieurs dizaines de milliers de tours par minute. Un moteur basse vitesse tourne plutôt avec une vitesse de quelques milliers de tours par minute.
  • L'invention a pour objet une installation, pour stocker et refroidir un gaz liquéfié, par exemple un gaz naturel liquéfié, telle que définie dans la revendication 1.
  • Grâce à cette configuration d'installation et notamment du fait du circuit de refroidissement fermé et autonome, il n'est pas nécessaire de faire appel à un volume tampon de stockage de gaz de cycle, ce qui diminue la capacité fluidique totale du circuit. En effet, dans cette configuration, la mise en froid est réalisée initialement: le gaz de cycle est déjà à une pression déterminée et sur-dimensionnée dans tous les équipements du circuit de refroidissement.
  • En outre, cette configuration est compacte et peu encombrante, car il n'y a pas de distance importante entre les équipements du circuit de refroidissement. Cette distance réduite permet l'utilisation d'une quantité de gaz de cycle réduite et donc de ne pas augmenter trop la pression pour descendre en froid pour arriver à une pression d'opération. De plus, comme la turbine est reliée mécaniquement au compresseur par l'intermédiaire du moteur, l'installation peut fonctionner avec un unique compresseur, ce qui réduit le dimensionnement de l'installation et des liaisons fluidiques entre les différents équipements du circuit de refroidissement.
  • De plus, la ligne de connexion permet de refroidir un gaz liquéfié à refroidir provenant d'un contenant distinct et indépendant de l'installation.
  • Dans la présente demande et selon l'invention, on entendra par "contenant distinct et indépendant de l'installation" un contenant qui ne fait pas partie de l'installation ni du circuit de refroidissement, par exemple, le contenant est sur le même navire, sur un autre navire ou à terre.
  • En outre, le dispositif de refroidissement ne nécessite pas de vannes entre le compresseur et la turbine, car il suffit de contrôler et commander la vitesse du moteur pour réguler le débit de fluide de refroidissement circulant dans le premier échangeur thermique. Ainsi, l'installation est particulièrement rapide à implanter et à mettre en service, ce qui est particulièrement avantageux lorsque l'installation doit être implantée sur un véhicule de transport de gaz liquéfié, par exemple sur un navire tel qu'un méthanier.
  • Lorsque l'installation est en service, le premier échangeur thermique permet de refroidir, via le gaz de cycle, du gaz liquéfié provenant du réservoir à une température inférieure à la température du gaz liquéfié contenu dans le réservoir. Ce refroidissement est usuellement dénommé « sous-refroidissement ».
  • L'installation comprend au moins une conduite de dérivation raccordée à la conduite d'injection, ladite conduite de dérivation étant configurée pour transférer une partie du gaz liquéfié refroidi vers un contenant distant, distinct et indépendant de l'installation.
  • Ceci permet d'alimenter au moins un contenant distinct et indépendant pour une utilisation de gaz liquéfié refroidi.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la ligne d'alimentation est confondue au moins en partie avec la conduite de dérivation. Alternativement, la ligne d'alimentation est distincte de la conduite de dérivation.
  • Le moteur peut être relié
  • directement au compresseur. Le moteur peut être relié directement à la turbine.
  • Selon une caractéristique possible, l'installation comprend en outre une pompe configurée pour alimenter le dispositif de refroidissement en gaz liquéfié à l'état liquide provenant du réservoir. En d'autres termes, le circuit de refroidissement est relié fluidiquement à la pompe.
  • Selon une caractéristique possible, la pompe est agencée dans la région inférieure du réservoir.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la sortie de la turbine est reliée fluidiquement directement au premier échangeur thermique.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la sortie du compresseur est relié fluidiquement indirectement au premier échangeur thermique.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le circuit de refroidissement comprend en outre un deuxième échangeur thermique configuré pour opérer un échange thermique entre le gaz de cycle comprimé provenant du compresseur et du gaz de cycle détendu provenant de la turbine.
  • Selon une caractéristique de l'invention, l'entrée du compresseur est reliée fluidiquement à la sortie de la turbine sans organe intermédiaire autre que le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique.
  • Selon une autre caractéristique possible, la turbine est reliée fluidiquement au premier échangeur thermique par un premier conduit de liaison, sans composant intermédiaire.
  • Selon une autre caractéristique possible, le compresseur est relié fluidiquement au premier échangeur thermique par un deuxième conduit de liaison.
  • Selon une caractéristique possible, le circuit de refroidissement comprend au moins un premier organe de liaison reliant mécaniquement le moteur au compresseur, et au moins un deuxième organe de liaison reliant mécaniquement le moteur à la turbine.
  • Selon une autre caractéristique possible, le premier organe de liaison comprend un premier arbre mobile en rotation.
  • Selon une autre caractéristique de possible, le deuxième organe de liaison comprend un deuxième arbre mobile en rotation.
  • Selon une caractéristique possible, le circuit de refroidissement est configuré pour fonctionner selon un cycle de Brayton. Dans la présente demande, on entendra par « cycle de Brayton », un cycle thermodynamique développé par George Brayton que réalise un gaz, appelé dans la présente invention gaz de cycle.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le circuit de refroidissement comprend un troisième échangeur thermique configuré pour réaliser un échange thermique entre le gaz de cycle et un fluide à température ambiante par exemple de l'eau ou un fluide refroidissant, ce qui permet d'évacuer la chaleur du gaz de cycle vers l'extérieur.
  • Selon une caractéristique de l'invention, l'organe d'injection est agencé dans la région supérieure du réservoir. En d'autres termes, l'organe d'injection injecte le gaz liquéfié refroidi dans la phase vapeur, c'est-à-dire au-dessus du niveau du gaz liquéfié à l'état liquide.
  • En variante, l'organe d'injection est agencé dans la région inférieure du réservoir. En d'autres termes, l'organe d'injection injecte le gaz liquéfié refroidi dans la phase liquide, c'est-à-dire en-dessous du niveau du gaz liquéfié à l'état liquide.
  • Selon une caractéristique possible, l'organe d'injection comprend plusieurs buses d'injection agencées en série et/ou en parallèle
  • Selon une caractéristique de l'invention, le circuit de refroidissement est configuré pour refroidir du gaz liquéfié provenant du réservoir à une température comprise entre 35 K et 150 K, par exemple égale à 110K ou 80 K.
  • Selon une autre caractéristique possible, le circuit de refroidissement est configuré pour refroidir du gaz liquéfié provenant du réservoir à raison d'un débit compris entre 5m3/h et 50m3/h.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le réservoir contient un gaz liquéfié sélectionné dans le groupe constitué par un gaz naturel liquéfié, ou autre gaz riche en méthane comme le bio-méthane, l'azote, l'oxygène, l'argon et leurs mélanges.
  • Selon une caractéristique possible, le circuit de refroidissement contient un fluide de refroidissement sélectionné dans le groupe comprenant par de l'azote, l'argon, le néon, l'hélium, et leurs mélanges.
  • Selon une caractéristique de l'invention, la conduite de dérivation comprend une extrémité terminale comprenant un raccord destiné à être raccordé à un contenant distinct.
  • Selon l'invention, la conduite de dérivation comprend une vanne, notamment une vanne d'isolation.
  • L'invention a également pour objet un procédé d'utilisation d'une installation selon l'invention pour un gaz liquéfié, par exemple un gaz naturel liquéfié, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
    • recevoir au moins partiellement du gaz liquéfié provenant d'un contenant distinct et indépendant de l'installation selon l'invention via la ligne de connexion reliant fluidiquement le au moins un réservoir au contenant distant, distinct et indépendant de l'installation,
    • alimenter le circuit de refroidissement en gaz liquéfié provenant du réservoir,
    • refroidir le gaz liquéfié provenant du réservoir au moyen du circuit de refroidissement, et
    • injecter le gaz liquéfié refroidi dans le réservoir au moyen de l'organe d'injection.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le procédé comprend une étape de transfert réalisée après l'injection du gaz liquéfié refroidi, l'étape de transfert consistant à transférer au moins une partie du gaz liquéfié refroidi vers au moins un contenant distant, distinct et indépendant de ladite installation au moyen de la conduite d'injection et de la conduite de dérivation de l'installation.
  • Avantageusement, le transfert du gaz liquéfié peut être partiel ou total suivant le nombre de réservoirs de l'installation et suivant la quantité de gaz liquéfié refroidi demandé.
  • Selon une caractéristique possible, l'installation utilisée comprend au moins deux réservoirs configurés pour contenir du gaz liquéfié, ledit procédé selon l'invention étant mis en œuvre lors d'un trajet au cours duquel les réservoirs sont pleins.
  • Après livraison au moins un réservoir peut être vide (vide ou quasi vide de liquide).
  • Selon une caractéristique de l'invention, le procédé comprend une étape supplémentaire de remise en froid du au moins un réservoir vide de l'installation ou d'un ou plusieurs autres contenants vides d'au moins une autre installation, l'étape de remise en froid consistant à :
    • transférer du gaz liquéfié refroidi restant dans le au moins un réservoir de l'installation vers un ou plusieurs contenants vides d'au moins une autre installation ou
    • à transférer du gaz liquéfié refroidi restant dans au moins un contenant d'au moins une autre installation vers le au moins un réservoir vide de l'installation ou
    • lorsque l'installation comprend au moins deux réservoirs dont un est vide et l'autre non vide, à transférer du gaz liquéfié refroidi restant dans le réservoir non vide vers le réservoir vide.
  • C'est-à-dire que, en vue notamment d'un trajet de l'installation (sur un bateau), au lieu de conserver un ou plusieurs réservoirs vides, du gaz liquéfié est transféré d'un réservoir non vide vers un ou plusieurs autres réservoir vides notamment pour les maintenir en froid.
  • Avantageusement, cette étape de remise en froid est réalisée après un déchargement de gaz liquéfié et avant un remplissage ultérieur du ou des réservoirs de l'installation ou du ou des contenants d'au moins une autre installation.
  • Avantageusement, cette étape de remise en froid est réalisée en continu pour éviter de laisser des réservoirs vides et chauds et pour permettre de lisser la charge thermique afin de limiter les pertes liées au pic final de vaporisation de gaz liquéfié.
  • L'avantage est de conserver ainsi uniquement du liquide dans les réservoirs d'un bateau permettant le voyage retour sans considérer les pertes de mise en froid à l'arrivée.
  • Ceci permet d'augmenter au final la quantité de liquide transportée à destination dans le même bateau.
  • Selon une caractéristique possible, l'étape de remise en froid est réalisée lors d'un trajet au cours duquel au moins un des réservoirs est vide.
  • Par ailleurs, la présente invention a également pour objet un véhicule de transport, par exemple un navire de transport, pour transporter un gaz liquéfié, par exemple un gaz naturel liquéfié, le véhicule de transport étant caractérisé en ce qu'il comprend une installation selon l'invention.
  • Les modes de réalisation et les variantes mentionnés ci-avant peuvent être pris isolément ou selon toute combinaison techniquement possible, dans le cadre des revendications.
  • L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation selon la présente invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels:
    • la figure 1 est une vue schématique de l' installation
    • la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de refroidissement composant l'installation de la figure 1 ;
    • la figure 3 est une vue schématique de l' installation;
      et
    • la figure 4A est une représentation graphique simplifiée illustrant la répartition de la consommation du gaz naturel vaporisé sur un bateau en fonction du temps vers le moteur, vers une torche et vers un système de reliquéfaction selon l'art antérieur,
    • la figure 4B est une représentation graphique simplifiée similaire à celle de la figure 4A illustrant la répartition de la consommation du gaz naturel vaporisé sur un bateau en fonction du temps vers le moteur, vers une torche et vers un système de reliquéfaction selon un exemple de l'invention.
  • Comme illustré en figure 1, l'installation 1 comprend un réservoir 4 comprenant une région inférieure 4.1 destinée à contenir du gaz liquéfié 2 à l'état liquide et une région supérieure 4.2 destinée à contenir les vapeurs du gaz liquéfié 2. En outre, l'installation 1 comprend un circuit de refroidissement 10, illustré notamment en figure 2. Le circuit 10 de refroidissement est situé à l'extérieur du réservoir, c'est-à-dire que le gaz liquéfié est refroidi (uniquement) à l'extérieur du réservoir. C'est-à-dire que le gaz liquéfié est prélevé dans le réservoir, est refroidi hors du réservoir puis réinjecté refroidi dans le réservoir. Le dispositif 10 de refroidissement est relié au fluide à l'intérieur du réservoir 4 via une conduite de prélèvement qui plonge dans le réservoir. Le réservoir 4 est équipé d'une pompe 22 qui permet d'amener le gaz liquéfié à l'état liquide dans le circuit de refroidissement de manière pour le refroidir et d'au moins un organe d'injection 20 qui permet de réinjecter le gaz liquéfié refroidi dans le réservoir 4. L'organe d'injection comprend une conduite de retour qui relie le dispositif de refroidissement (externe au réservoir) avec l'intérieur du réservoir 4 et comprend l'organe d'injection 20. Avantageusement, l'organe d'injection 20 peut comprendre plusieurs buses.
  • En outre et comme illustré en figure 1, l'installation 1 comprend une ligne de connexion 31 configurée pour acheminer du gaz à liquéfié d'au moins un contenant 100 distant, distinct et indépendant de l'installation 1 vers le réservoir de l'installation.
  • En figure 3, l'installation 1 comprend une conduite d'injection 30 reliant fluidiquement le circuit de refroidissement et l'organe d'injection 20, et au moins une conduite de dérivation 32 raccordée à la conduite d'injection 30 et destinée à transférer une partie du gaz liquéfié 2 refroidi vers un contenant (non représenté) distant, distinct et indépendant de l'installation 1.
  • Par exemple, un autre réservoir 4 est représenté en pointillé à la figure 3. Ce réservoir 4 de la même installation ou d'une autre installation peut être alimenté en gaz liquéfié via la conduite 32 de dérivation et un organe d'injection 20 respectif le cas échéant.
  • La conduite de dérivation 32 et la ligne de connexion 31 sont installées sur la même installation.
  • Comme illustré en figure 2 et quelle que soit la configuration de l'installation 1, le circuit de refroidissement 10 est fermé et autonome et est configuré pour être alimenté en gaz liquéfié 2 à l'état liquide provenant du réservoir 4. Le circuit de refroidissement 10 comprend au moins un compresseur 12 configuré pour comprimer un gaz de cycle 3, au moins un moteur 14, au moins une turbine 18, et au moins un premier échangeur thermique 16 configuré pour opérer un échange thermique entre du gaz liquéfié 2 et le gaz de cycle.
  • Comme on peut le voir en figure 2, le moteur 14 étant relié mécaniquement d'une part au compresseur 12 afin d'entrainer le compresseur 12 et d'autre part à la turbine 18 afin que la turbine 18 entraine le moteur 14.
  • Le circuit de refroidissement 10 comprend en outre, un deuxième échangeur thermique 24 configuré pour opérer un échange thermique entre le gaz de cycle 3 comprimé et du gaz de cycle 3 détendu, comme illustré en figure 2.
  • Le circuit de refroidissement 10 comprend en outre, un troisième échangeur thermique 26 configuré pour opérer un échange thermique entre le gaz de cycle 3 comprimé et de l'eau ou de l'air ou tout autre fluide de refroidissement provenant d'une source extérieure.
  • Dans le cas où un ou des réservoirs 4 contient du gaz naturel liquéfié sur un véhicule, notamment un bateau, le gaz naturel qui se vaporise peut être utilisé comme combustible pour un moteur du véhicule et le gaz en excès est brûlé dans une torche par exemple.
  • La figure 4A illustre la répartition de la consommation (axe des ordonnées y en tonnes par jour) du gaz naturel vaporisé sur un bateau en fonction du temps (axe des abscisses x) vers le moteur (C : partie avec hachures horizontales), vers la torche (A : partie avec hachures inclinées) et vers le système de reliquéfaction (B : partie sans hachures) pour une installation connue.
  • La figure 4B illustre la répartition de la consommation en tonnes par jour (axe y) du gaz naturel vaporisé sur un bateau en fonction du temps (axe x) vers le moteur (C), vers la torche (A) et vers le système de reliquéfaction (B) pour l'installation selon l'invention.
  • On constate que selon l'installation connue (figure 4A), des pertes de gaz vaporisé persistent en fin de trajet car les moteurs et l'installation ne sont pas dimensionnés pour récupérer ce gaz. Tandis qu'en figure 4B, grâce à l'installation selon l'invention, il n'existe plus de pic en fin de trajet, les pertes sont minimes grâce notamment au système de remise en froid des réservoirs.

Claims (15)

  1. Installation (1) pour stocker et refroidir un gaz liquéfié, par exemple un gaz naturel liquéfié, l'installation comprenant: - au moins un réservoir (4) configuré pour contenir du gaz liquéfié (2), ledit réservoir (4) comprenant au moins une région inférieure (4.1) destinée à contenir le gaz liquéfié (2) à l'état liquide, et au moins une région supérieure (4.2) destinée à contenir les vapeurs du gaz liquéfié (2), - au moins un circuit de refroidissement (10) fermé situé à l'extérieur du réservoir (4) et configuré pour être alimenté en gaz liquéfié (2) à l'état liquide provenant du réservoir (4), le circuit de refroidissement (10) comprenant au moins un premier échangeur thermique (16) configuré pour opérer un échange thermique à l'extérieur du réservoir entre du gaz liquéfié (2) à l'état liquide provenant du réservoir (4) et un gaz de cycle (3), par exemple de l'azote, de façon à refroidir du gaz liquéfié (2) provenant du réservoir (4) lorsque l'installation est en service, et - au moins un organe d'injection (20) relié fluidiquement au circuit de refroidissement (10) via une conduite (30) d'injection, l'organe d'injection (20) étant configuré pour réinjecter dans le réservoir le gaz liquéfié (2) refroidi, - au moins une ligne de connexion (31) configurée pour récupérer un gaz à refroidir (2) d'au moins un contenant (100) distant, distinct et indépendant de l'installation, ladite ligne de connexion (31) étant reliée fluidiquement au réservoir (4) de l'installation, l'installation (1) étant caractérisée en ce que le circuit de refroidissement (10) comprend au moins un compresseur (12) configuré pour comprimer un gaz de cycle (3), au moins un moteur (14), et au moins une turbine (18), le moteur (14) est relié mécaniquement d'une part au compresseur (12) afin d'entraîner le compresseur (12) et d'autre part à la turbine (18) afin que la turbine (18) entraîne le moteur (14), et en ce que l'installation comprend au moins une conduite de dérivation (32) raccordée à la conduite d'injection (30), ladite conduite de dérivation comprenant une vanne, notamment une vanne d'isolation et étant configurée pour transférer une partie du gaz liquéfié (2) refroidi vers un contenant distant, distinct et indépendant de l'installation.
  2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle la sortie de la turbine (18) est reliée fluidiquement directement à l'entrée du premier échangeur thermique (16).
  3. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 dans laquelle la sortie du compresseur (12) est relié fluidiquement indirectement au premier échangeur thermique (16).
  4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle le circuit de refroidissement (10) comprend en outre un deuxième échangeur thermique (24) configuré pour opérer un échange thermique entre le gaz de cycle (3) comprimé provenant du compresseur (12) et du gaz de cycle (3) détendu provenant de la turbine (18).
  5. Installation selon la revendication 4 dans laquelle l'entrée du compresseur (12) est reliée fluidiquement à la sortie de la turbine (18) sans organe intermédiaire autre que le premier échangeur thermique (16) et le deuxième échangeur thermique (24).
  6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans laquelle le circuit de refroidissement (10) comprend au moins un premier organe de liaison reliant mécaniquement le moteur (14) au compresseur (12), et au moins un deuxième organe de liaison reliant mécaniquement le moteur (14) à la turbine (18).
  7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans laquelle le circuit de refroidissement (10) comprend un troisième échangeur thermique (26) configuré pour réaliser un échange thermique entre le gaz de cycle (3) et un fluide à température ambiante par exemple de l'eau ou un fluide refroidissant.
  8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle l'organe d'injection (20) est agencé dans la région supérieure (4.2) du réservoir (4).
  9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le circuit de refroidissement est configuré pour refroidir du gaz liquéfié provenant du réservoir à une température comprise entre 35 K et 150 K, par exemple égale à 110K ou 80 K
  10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le réservoir (4) contient un gaz liquéfié sélectionné dans le groupe constitué par un gaz naturel liquéfié, ou autre gaz riche en méthane comme le bio-méthane, l'azote, l'oxygène, l'argon et leurs mélanges.
  11. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le circuit de refroidissement (10) contient un fluide de refroidissement sélectionné dans le groupe comprenant par de l'azote, l'argon, le néon, l'hélium, et leurs mélanges.
  12. Procédé d'utilisation d'une installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour un gaz liquéfié, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
    - recevoir au moins partiellement du gaz liquéfié provenant d'un contenant distinct et indépendant de l'installation (1) via la ligne de connexion (31) reliant fluidiquement le au moins un réservoir (4) au contenant (100) distant, distinct et indépendant de l'installation,
    - alimenter le circuit de refroidissement (10) en gaz liquéfié (2) provenant du réservoir (4),
    - refroidir le gaz liquéfié (2) provenant du réservoir (4) au moyen du circuit de refroidissement (10), et
    - injecter le gaz liquéfié (2) refroidi dans le réservoir (4) au moyen de l'organe d'injection (20).
  13. Procédé selon la revendication 12, comprenant une étape de transfert réalisée après l'injection du gaz liquéfié refroidi, l'étape de transfert consistant à transférer au moins une partie du gaz liquéfié refroidi vers au moins le contenant distant, distinct et indépendant de l'installation ou vers un autre contenant distant, distinct et indépendant de l'installation, au moyen de la conduite d'injection et de la conduite de dérivation de l'installation.
  14. Procédé selon la revendication 13, comprenant une étape supplémentaire de remise en froid du au moins un réservoir de l'installation ou d'un ou plusieurs autres contenants vides d'au moins une autre installation, l'étape de remise en froid consistant à :
    - transférer du gaz liquéfié refroidi restant dans le au moins un réservoir de l'installation vers un ou plusieurs contenants vides d'au moins une autre installation ou
    - à transférer du gaz liquéfié refroidi restant dans au moins un contenant d'au moins une autre installation vers le au moins un réservoir vide de l'installation ou
    - lorsque l'installation comprend au moins deux réservoirs dont un est vide et l'autre non vide, à transférer du gaz liquéfié refroidi restant dans le réservoir non vide vers le réservoir vide.
  15. Véhicule de transport par exemple un navire de transport, pour transporter un gaz liquéfié, par exemple un gaz naturel liquéfié, le véhicule de transport étant caractérisé en ce qu'il comprend une installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
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