FR2942199A1

FR2942199A1 - Argon storing and purifying unit for methane ship, has container filled with adsorbent material for separating contaminate argons at low temperature, and compressor utilized by propulsion system of ship

Info

Publication number: FR2942199A1
Application number: FR0900676A
Authority: FR
Inventors: Damien Feger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-08-20

Abstract

The unit has a liquefied natural gas cooling source for cooling the argon via exchangers (38) for facilitating the liquefaction and storing the argon in a liquid in a container. A container (48) is filled with adsorbent material for separating the contaminate argons e.g. methane and other hydrocarbons, at low temperature, where the vapor of the liquefied natural gas is passed towards a mixer (35). A compressor (37) is utilized by a propulsion system of a ship.

Description

/14 Unité de Stockage et de purification d'argon embarquée sur navires méthaniers 1 DOMAINE DE L'INVENTION L'invention porte sur un procédé permettant de stocker et de recycler du gaz argon utilisé pour balayer les espaces d'isolation des cuves de navires méthaniers utilisant la technologie à membrane, tel que décrit dans le brevet français N° 01 147 49 qui permet d'augmenter sensiblement la performance des isolations thermiques de ces cuves, l'argon étant un meilleur isolant que l'azote actuellement utilisé pour ce balayage. Elle permet d'assurer, de manière sûre et efficace, le stockage et la purification de ce gaz à bord du navire, ce qui permet : • de re liquéfier, et stocker sous cette forme, l'argon se trouvant en excès dans 10 les espaces d'isolation lorsque ceux ci se réchauffent de ù 160 °C à La température ambiante, jusqu'à la température ambiante, lors des voyages à vide du navire ; • de recycler ce gaz, une fois qu'il a été décontaminé des différents polluants qu'il a collecté dans ces espaces d'isolation. 15 Ces deux actions permettent de réduire drastiquement les quantités d'argon nécessaires pour assurer le balayage de ces espaces et donc de réduire les coûts et contraintes de logistiques correspondants, le navire n'ayant besoin de s'approvisionner en argon que pour compenser les fuites et pertes résiduelles, ce qui lui permet d'opérer en toute autonomie pendant plusieurs mois. 2 ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE La figure 1 donne le principe général du balayage sous argon des espaces d'isolation de navires méthaniers à membranes. Le Gaz Naturel Liquéfié (GNL) est transporté, sous une pression proche de la pression atmosphérique, et à une température de l'ordre de -160°C, dans des cuves (1) dont l'étanchéité est assurée par une membrane primaire (2) et une membrane secondaire (3) , celles ci délimitant, avec la coque même 20 25 /14 du navire (6), des espaces d'isolation primaire (4) et secondaire (5). Ces espaces d'isolation ont pour but : • de réduire l'échauffement de la cargaison, et sa perte par évaporation, du fait d'entrée thermiques venant de l'extérieur ; • de protéger, de manière redondante, la coque du navire (6), qui ne doit pas être exposée à de basses températures, sous peine de devenir fragile. BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a method for storing and recycling argon gas used for sweeping the isolation spaces of tanks of LNG carriers. using membrane technology, as described in French Patent No. 01 147 49 which allows to significantly increase the performance of thermal insulation of these tanks, argon being a better insulator than the nitrogen currently used for this scan. It ensures safe and effective storage and purification of this gas aboard the ship, which allows: • to re liquefy, and store in this form, argon being in excess in 10 insulation spaces when these are heated from 160 ° C to room temperature, up to room temperature, during empty voyages of the ship; • to recycle this gas, once it has been decontaminated of the different pollutants that it has collected in these isolation spaces. These two actions make it possible to drastically reduce the quantities of argon necessary to ensure the sweeping of these spaces and thus to reduce the corresponding logistics costs and constraints, the vessel only needing to source argon to compensate for leaks. and residual losses, which allows it to operate independently for several months. 2 STATE OF THE PRIOR ART FIG. 1 gives the general principle of the scanning under argon of the isolation spaces of LNG tankers with membranes. Liquefied Natural Gas (LNG) is transported, under a pressure close to atmospheric pressure, and at a temperature of the order of -160 ° C, in tanks (1) whose sealing is provided by a primary membrane ( 2) and a secondary membrane (3), the latter delimiting, with the same shell 25/14 of the ship (6), primary (4) and secondary (5) isolation spaces. These isolation spaces aim to: • reduce the heating of the cargo, and its loss by evaporation, due to thermal input coming from the outside; • redundantly protect the hull of the ship (6), which must not be exposed to low temperatures, otherwise it will become fragile.

Pour des raisons de sécurité, et éviter le risque de formation et d'accumulation de mélange potentiellement dangereux, car explosifs, dans ces espaces, la réglementation impose que ces espaces (4) et (5) soient balayés, en permanence, par un gaz inerte collectant et diluant les éventuelles fuite de GNL au travers des membranes (2) et (3) pour les évacuer vers l'extérieur. Pour ce faire, l'état de l'art consiste à installer des piquages (7) et (8) utilisés pour injecter, respectivement dans les espaces primaire (4) et secondaire (5) de l'azote sec provenant, via un circuit (15), d'une source d'azote ( générateur ou de stockage) embarquée (21). Le débit d'azote nécessaire pouvant être ajusté via les organes de contrôle (9) et (10). Après avoir balayé les espaces d'isolation, l'azote, éventuellement contaminé, est collecté via les piquages (11) et (12), commandés par les organes de contrôle (13) et (14), vers le circuit (27) pour être évacué, via l'organe de contrôle (22), vers le circuit de collecte vers l'extérieur du navire. Dans ce cas de figure, l'azote, qui est le gaz de balayage utilisé, pouvant être facilement produit à bord, l'état de l'art consiste donc à utiliser un cycle ouvert, en rejetant sans le recycler, le gaz contaminé vers l'extérieur. Ceci n'est pas le cas de l'argon qui ne peut être facilement, et économiquement, produit à bord, il est donc nécessaire, dans le cas de l'utilisation de ce gaz, d'assurer le balayage des espaces d'isolation en circuit fermé. Pour ce faire, l'architecture du système de balayage des espaces d'isolations doit être modifiée pour inclure : 30 • un circuit de collecte de l'argon contaminé (24) qui collecte le mélange d'argon et de contaminants vent des espaces d'isolation (4) et (5) via le circuit (27) pour l'amener via un organe de régulation (26) piloté par un capteur de 10 15 20 25 For safety reasons, and to avoid the risk of formation and accumulation of potentially dangerous mixtures, because explosives, in these spaces, the regulation imposes that these spaces (4) and (5) are permanently swept by a gas inert collecting and diluting possible leakage of LNG through the membranes (2) and (3) to evacuate them to the outside. To do this, the state of the art consists in installing taps (7) and (8) used to inject, respectively into the primary (4) and secondary (5) spaces, dry nitrogen coming via a circuit (15), a nitrogen source (generator or storage) embedded (21). The necessary nitrogen flow rate that can be adjusted via the control elements (9) and (10). After having swept the isolation spaces, the nitrogen, possibly contaminated, is collected via the taps (11) and (12), controlled by the control members (13) and (14), towards the circuit (27) for be evacuated, via the control member (22), to the collection circuit to the outside of the ship. In this case, the nitrogen, which is the sweep gas used, can be easily produced on board, the state of the art is therefore to use an open cycle, rejecting without recycle, the contaminated gas to outside. This is not the case for argon which can not be easily and economically produced on board, it is therefore necessary, in the case of the use of this gas, to ensure the sweeping of the isolation spaces. closed circuit. To do this, the architecture of the insulation gap scanning system must be modified to include: • a contaminated argon collection circuit (24) that collects the mixture of argon and contaminant vent spaces; isolation (4) and (5) via the circuit (27) to bring it via a regulating member (26) controlled by a sensor (10).

3/14 pression (25) vers 1' Unité de stockage et de purification (28) ; • une Unité de stockage et de purification (28) qui : o assure la purification de l'argon contaminé venant des espaces d'isolation; o liquéfie, et stocke, sous forme liquide, l'argon en excès dans les espaces d'isolations (4) et (5) lorsque ceux ci se réchauffent quand les cuves de GNL (1) sont partiellement ou totalement vides, en particulier lors du voyage à vide du navire, sont à une température supérieure à -160°C ; o alimente le circuit de distribution de gaz de balayage (15) , via l'organe de contrôle (30), piloté par le capteur de pression (29), en argon purifié. Pressure (25) to the storage and purification unit (28); A storage and purification unit (28) which: o purifies the contaminated argon coming from the isolation spaces; o liquefies, and stores, in liquid form, the excess argon in isolation spaces (4) and (5) when these are heated when the LNG tanks (1) are partially or completely empty, especially when the empty voyage of the ship, are at a temperature above -160 ° C; o feeds the purge gas distribution circuit (15), via the control member (30), controlled by the pressure sensor (29), into purified argon.

De cette façon, les espaces d'isolation (4) et (5) sont : • balayés, en circuit fermé, par du gaz argon purifié provenant de l'Unité de Stockage et de purification (28), ce qui limite les pertes de ce gaz aux pertes dues au fuites ou aux processus de décontamination et de stockage; • maintenus à une pression supérieure à la pression atmosphérique, proche de la pression régnant dans les cuves (1) pour éviter, à la fois, les risque de fuite d'air extérieur vers ces espaces, d'une part, et d'autre part, éviter une différence de pression trop importante avec la pression dans le cuve (1) qui pourrait entraîner l'endommagement, voire la destruction, des membranes (2) et (3). In this way, the isolation spaces (4) and (5) are: • swept, in a closed circuit, by purified argon gas from the Storage and Purification Unit (28), which limits the losses of this gas to losses due to leakage or decontamination and storage processes; • maintained at a pressure greater than the atmospheric pressure, close to the pressure prevailing in the tanks (1) to avoid, at the same time, the risk of external air leakage towards these spaces, on the one hand, and other on the other hand, avoid an excessive pressure difference with the pressure in the tank (1) which could lead to damage or even destruction of the membranes (2) and (3).

Les espaces d'isolations pouvant être initialement remplis d'air ou d'azote, un circuit (16), commandé par une vanne (17), peut être utilisé pour mettre en oeuvre une pompe à vide (18) afin de les tirer au vide, vers un évent (19), avant de les remplir d'argon. On notera qu'en fermant les vannes (31) et (23) et en ouvrant les vannes (20) et (22), on peut, en cas de nécessité : • isoler des circuit d'alimentation (15) et du circuit de collecte (27) et donc 1' Unité de stockage et de purification et ses accessoires si ils sont défaillants ; 30 2942199 4/14 • assurer, en toute sécurité, le balayage des espaces d'isolations (4) et (5) à partir de la source d'azote (21). The isolation spaces can initially be filled with air or nitrogen, a circuit (16), controlled by a valve (17), can be used to implement a vacuum pump (18) to draw them empty, to a vent (19), before filling them with argon. It will be noted that by closing the valves (31) and (23) and opening the valves (20) and (22), it is possible, if necessary: • to isolate the supply circuits (15) and the circuit collection (27) and therefore the storage and purification unit and its accessories if they fail; 2942199 4/14 • Safely scan the isolation spaces (4) and (5) from the nitrogen source (21).

La figure 2 illustre, plus en détail, comment l' Unité de Stockage et de 5 purification de l'argon peut être intégrée au navire, en particulier au système de gestion des vapeurs de la cargaison, dans le cas de navires conçus pour pouvoir utiliser ces vapeurs comme combustible. Dans ce cas, les vapeurs s'échappant, du fait de l'ébullition du GNL contenu dans la cuve (1), sont collectées au niveau du dôme gazeux (33), puis acheminées, via le 10 circuit basse pression (34), puis un mélangeur (35) et un séparateur de phase (36), vers un ou plusieurs étages de compresseurs (37) pour être amenés à la pression d'utilisation du système de propulsion du navire, un échangeur (38) situé en aval, permettant d'ajuster, dans un sens ou dans l'autre, la température du gaz envoyé vers la salle des machines. En parallèle de ce circuit de collecte des vapeurs de gaz naturel, un circuit de 15 prélèvement de GNL (39) à partir de la cuve (1) et alimenté par une pompe immergée (40) est installé pour pouvoir de façon concomitante ou non : • soit augmenter , si nécessaire, la quantité de gaz envoyée vers la salle des machines pour être utilisée comme combustible ; • soit abaisser, si nécessaire, la température du gaz à l'entrée du compresseur (37) pour respecter son domaine de fonctionnement, si la température des vapeurs de GN collectées dans le dôme gazeux (33) est trop élevée, ce qui peut être le cas lorsque la cuve (1) n'est que partiellement remplie. Figure 2 illustrates, in more detail, how the Argon Storage and Purification Unit can be integrated with the vessel, particularly the cargo vapor management system, in the case of ships designed to be able to operate. these vapors as fuel. In this case, the vapors escaping, due to the boiling of the LNG contained in the tank (1), are collected at the gaseous dome (33) and then conveyed, via the low pressure circuit (34), then a mixer (35) and a phase separator (36), to one or more stages of compressors (37) to be brought to the operating pressure of the ship's propulsion system, a downstream exchanger (38), to adjust, in one direction or the other, the temperature of the gas sent to the engine room. In parallel with this natural gas vapor collection circuit, an LNG sampling circuit (39) from the tank (1) and supplied by a submerged pump (40) is installed in order to be able to concomitantly or not: • increase, if necessary, the amount of gas sent to the engine room to be used as fuel; Or, if necessary, lowering the temperature of the gas at the inlet of the compressor (37) to respect its operating range, if the temperature of the NG vapors collected in the gas dome (33) is too high, which can be the case when the tank (1) is only partially filled.

Pour ce faire, après une détente dans un organe (41) le GNL prélevée est, de façon concomitante ou non : • soit envoyé dans un évaporateur (42) pour augmenter la quantité de vapeur disponible (mode de vaporisation forcée) , puis dans le mélangeur (35) ; • soit envoyé directement , via une vanne (32) dans le mélangeur pour refroidir les vapeurs venant du circuit (34). Si la température d'entrée nominale du compresseur (37) est suffisamment basse, il y a un risque que des hydrocarbures lourds (butane, propane..) contenus dans le GNL restent sous forme liquide et présentent un risque pour le bon fonctionnement de 20 25 30 /14 ces machines. Pour prévenir ce risque, un séparateur de phase (36) est installé en amont du compresseur (37) pour évacuer ces gouttelettes de liquides. Dans le brevet Français N° 01 147 49, il est proposé d'utiliser comme frigories pour le Système de Stockage et Décontamination de l'Argon (28), celles, voir figure 3, contenues dans les vapeurs de gaz naturel collectées par le circuit (34), via un réseau de plusieurs échangeurs argon /GN (43), le débit de vapeurs de gaz naturel traversant cet échangeur pouvant être modulé grâce aux organes de contrôle (44) et (45). Cette stratégie n'est valable que si ces frigories sont disponibles en quantités suffisantes et à une température suffisamment basse, pour pouvoir être utilement employées pour assurer la purification des contaminants et la liquéfaction de l'argon. Ceci n'est pas forcément le cas, en particulier lorsque la cuve (1) est partiellement pleine et que le dôme gazeux (33) est à une température bien supérieure à û 160°C, typiquement - 80°C, voire proche de l'ambiante, lorsque le navire est lège. To do this, after a relaxation in a member (41), the LNG taken is, concomitantly or not: • sent to an evaporator (42) to increase the quantity of available vapor (forced vaporization mode), then in the mixer (35); • is sent directly via a valve (32) into the mixer to cool the vapors coming from the circuit (34). If the nominal inlet temperature of the compressor (37) is sufficiently low, there is a risk that heavy hydrocarbons (butane, propane, etc.) contained in the LNG remain in liquid form and present a risk for the proper functioning of the compressor. 25 30/14 these machines. To prevent this risk, a phase separator (36) is installed upstream of the compressor (37) to evacuate these droplets of liquids. In French Patent No. 01 147 49, it is proposed to use as frigories for the Storage System and Decontamination Argon (28), those, see Figure 3, contained in the natural gas vapor collected by the circuit (34), via a network of several argon / NG exchangers (43), the flow of natural gas vapors through this exchanger can be modulated through the control members (44) and (45). This strategy is valid only if these frigories are available in sufficient quantities and at a sufficiently low temperature, to be usefully used to ensure the purification of the contaminants and the liquefaction of argon. This is not necessarily the case, in particular when the tank (1) is partially full and the gaseous dome (33) is at a temperature well above 160 ° C, typically 80 ° C, or close to 100 ° C. ambient when the ship is light.

Il est évident que, pour l'homme de l'art, de telles variations de température ne peuvent que rendre difficile, voire impossible, la conception des échangeurs (43) et donc de l'Unité de stockage et de purification (28). De plus, une fois sorties des échangeurs (43), ces vapeurs seront à une température très proche de l'ambiante, ce qui nécessitera, avant de les envoyer vers le compresseur (37), de les mélanger avec un débit important de GNL provenant du circuit (39) de façon à avoir une température acceptable pour son bon fonctionnement. It is obvious that those skilled in the art, such temperature variations can only make difficult, if not impossible, the design of the exchangers (43) and therefore the storage and purification unit (28). In addition, once out of the exchangers (43), these vapors will be at a temperature very close to ambient, which will require, before sending them to the compressor (37), to mix with a significant flow of LNG from circuit (39) so as to have an acceptable temperature for its proper operation.

L'objet de la présente invention est donc de résoudre cette problématique. 3 EXPOSE DE L' INVENTION La figure 3 illustre, plus en détail, comment 1' Unité de Stockage et de purification de l'argon, réalisée suivant l'invention, peut être intégrée au navire, en particulier au système de gestion des vapeurs de la cargaison dans le cas de navires conçus pour pouvoir utiliser ces vapeurs comme combustible. Cette implantation se caractérise par le fait que les échangeurs (43) apportant les frigories nécessaires au fonctionnement de l'Unité de stockage et de purification ne sont plus alimentés par les vapeurs de gaz naturel collectées par le circuit (34), mais uniquement par du GNL provenant du circuit (39), les conditions de débit et de pression de ce GNL pouvant être ajustées par les organes de régulation (46) et (47). 10 15 20 25 30 /14 De ce fait, ces frigories sont disponibles à basse température, ce qui présente l'avantage de : • faciliter, comme cela est exposée plus loin, leur utilisation par l'Unité de stockage et de purification pour assurer la purification et la liquéfaction de 5 l'argon ; • faciliter les échanges thermiques et, donc, permet de réduire le dimensionnement des échangeurs. The object of the present invention is therefore to solve this problem. SUMMARY OF THE INVENTION FIG. 3 illustrates, in greater detail, how the Argon Storage and Purification Unit, made in accordance with the invention, can be integrated with the ship, in particular with the steam management system. cargo in the case of ships designed to be able to use these vapors as fuel. This implantation is characterized by the fact that the exchangers (43) supplying the frigories necessary for the operation of the storage and purification unit are no longer fed by the natural gas vapors collected by the circuit (34), but only by LNG from the circuit (39), the flow and pressure conditions of this LNG can be adjusted by the regulating members (46) and (47). As a result, these frigories are available at low temperature, which has the advantage of: • facilitating, as explained below, their use by the storage and purification unit to ensure the purification and liquefaction of argon; • facilitate heat exchange and, therefore, reduce the size of the exchangers.

De plus, cette source de frigories présente l'avantage d'être à une température d'entrée constante (environ -160°C) ce qui facilite le pilotage de l'Unité de stockage et de purification , et d' être découplée du circuit (34) de collecte des vapeurs et des dômes gazeux (33) ce qui évite d'éventuels interférences avec le système de régulation de la pression dans ces derniers. La figure 4 présente, plus particulièrement l'invention où le principe de purification de l'argon utilise un phénomène d'adsorption, prenant en compte la possibilité de disposer de frigories à basse température via les échangeurs (43). L' architecture de ce système de décontamination permettant de séparer, par adsorption l'argon de ces différents contaminants, en majorité du méthane, et d'autre hydrocarbures pouvant provenir de fuites au travers des membranes (2) et (3), correspond à ce que l'homme de l'art reconnaîtra facilement comme un procédé de type Pressure Swing Adsorption (PSA) dans lequel le gaz à traiter traverse alternativement deux récipients ou pots (48) ou (49) remplis d'un matériau adsorbant pour y être purifié, pendant que l'autre récipient est régénéré en étant tiré au vide, ou balayé par du gaz propre, pour extraire, vers l'extérieur, les contaminants qui y ont été piégés précédemment. Le rendement de séparation des procédés PSA est très sensible, non seulement à la qualité même d'adsorption du matériau utilisé, mais aussi, et ce de manière significative, de la température à laquelle cette adsorption est réalisée. Il en va de même pour le phénomène de désorption, utilisé lors de la phase de régénération du matériau pour évacuer les contaminants qu'il a collecté. Dans le cas qui nous intéresse, où le contaminant principal à séparer de l'argon est majoritairement du méthane, il est particulièrement intéressant de réaliser le piégeage à basse température (on parle de cryo adsorption) , alors que la régénération doit se faire 2942199 7/14 température ambiante ,voire plus, typiquement 50°C. Pour prendre en compte cette possibilité d'améliorer significativement la performance du système de décontamination, l'invention propose d'utiliser du GNL comme source froide permettant d'opérer l'adsorption des contaminants de l'argon à une température très basse (typiquement inférieure à -100°C, voire moins). Pour ce faire, après avoir été collecté dans le circuit (24) dont la pression est ajustée en permanence par l'organe de régulation (26), le mélange d'argon contaminé venant des espaces d'isolation est comprimé par un compresseur (50), suivi d'un échangeur à eau ou à air ( 51) pour le ramener à une température proche de l'ambiante ( pour ne pas charger la figure, nous n'avons pas représenter des équipements auxiliaires éventuels, tels que sécheur, déshuileur, réservoir tampon, etc...qui sont déjà connus par l'homme de l'art). Le mélange ayant été comprimé à la pression d'adsorption requise, typiquement de l'ordre de 1 MPa absolu, est ensuite dirigé via un conduit (52) dont les deux branches sont munies de vannes (53) et (54) permettant de l'orienter alternativement vers le pot adsorbant (48) ou (49). Dans le cas de la figure 4, nous avons considéré que le pot (48) était en phase d'adsorption , alors que le pot (49) était en phase de régénération, les lignes représentant les circuits actifs étant en traits continus, celles représentant les circuits inactifs étant en traits discontinus. La vanne (53) étant ouverte, le mélange d'argon contaminé passe dans un échangeur à contre courant (55) qui permet de descendre sa température à une température proche de celle du pot (48) ou les différents contaminants sont piégés progressivement par adsorption. In addition, this source of frigories has the advantage of being at a constant inlet temperature (about -160 ° C) which facilitates the control of the storage unit and purification, and to be decoupled from the circuit (34) for collecting vapors and gaseous domes (33) which avoids any interference with the system for regulating the pressure in the latter. FIG. 4 shows, more particularly, the invention in which the argon purification principle uses an adsorption phenomenon, taking into account the possibility of having low temperature frigories via the exchangers (43). The architecture of this decontamination system allowing to separate, by argon adsorption of these various contaminants, mainly methane, and other hydrocarbons that can come from leaks through the membranes (2) and (3), corresponds to a person skilled in the art will readily recognize as a Pressure Swing Adsorption (PSA) type process in which the gas to be treated passes alternately between two containers or pots (48) or (49) filled with an adsorbent material to be there purified, while the other container is regenerated by being drawn to vacuum, or swept with clean gas, to extract, outwardly, the contaminants that have been previously trapped therein. The separation efficiency of the PSA processes is very sensitive, not only to the same adsorption quality of the material used, but also, and significantly, to the temperature at which this adsorption is carried out. The same goes for the desorption phenomenon, used during the regeneration phase of the material to evacuate the contaminants it has collected. In this case, where the main contaminant to be separated from argon is predominantly methane, it is particularly interesting to carry out low-temperature scavenging (referred to as cryo adsorption), whereas the regeneration must be carried out. Ambient temperature, or more, typically 50 ° C. In order to take into account this possibility of significantly improving the performance of the decontamination system, the invention proposes to use LNG as a cold source making it possible to operate the adsorption of the argon contaminants at a very low temperature (typically lower than at -100 ° C or less). To do this, after being collected in the circuit (24) whose pressure is permanently adjusted by the regulating member (26), the contaminated argon mixture coming from the isolation spaces is compressed by a compressor (50). ), followed by a water or air exchanger (51) to bring it back to a temperature close to ambient (to avoid loading the figure, we do not represent any auxiliary equipment, such as dryer, de-oiler , buffer tank, etc., which are already known to those skilled in the art). The mixture having been compressed to the required adsorption pressure, typically of the order of 1 MPa absolute, is then directed via a pipe (52) whose two branches are provided with valves (53) and (54) allowing orient alternately to the adsorbent pot (48) or (49). In the case of Figure 4, we considered that the pot (48) was in the adsorption phase, while the pot (49) was in the regeneration phase, the lines representing the active circuits being in solid lines, those representing inactive circuits being in broken lines. With the valve (53) open, the contaminated argon mixture passes into a counter-current heat exchanger (55) which enables its temperature to be lowered to a temperature close to that of the pot (48) or the various contaminants are trapped progressively by adsorption .

A la sortie du pot, une fois décontaminé, l'argon repasse à contre sens dans l'échangeur à contre courant (55), pour pré refroidir le débit entrant, puis via le circuit (57) rejoint via la vanne ouverte (58) soit : • l'unité de stockage si la vanne (60) est ouverte, • le réseau de distribution (15) si l'organe de régulation (61) est ouvert. 30 Pour assurer ce fonctionnement à basse température, les frigories nécessaires sont fournies par du GNL provenant, via la vanne (64), du circuit de GNL (43). Un débit At the outlet of the pot, once decontaminated, the argon flows backwards in the countercurrent exchanger (55), to pre-cool the incoming flow, then via the circuit (57) joined via the open valve (58). either: • the storage unit if the valve (60) is open, • the distribution network (15) if the regulator (61) is open. In order to ensure this operation at low temperature, the necessary frigories are provided by LNG originating, via the valve (64), from the LNG circuit (43). A flow

8/14 de GNL régulé par la vanne (64) est donc assuré dans un échangeur (62) qui refroidit en permanence, durant cette phase, le mélange entrant dans le pot (48). Après cet échange, ce gaz naturel liquéfié, transformé en vapeur, est renvoyé vers le mélangeur (35) pour pouvoir ensuite être utilisé par le système propulsif du navire en tant que combustible. 8/14 LNG regulated by the valve (64) is provided in an exchanger (62) which continuously cools, during this phase, the mixture entering the pot (48). After this exchange, this liquefied natural gas, transformed into steam, is returned to the mixer (35) to then be used by the propulsion system of the ship as a fuel.

On notera que, du fait de la présence de l'échangeur à contre courant (55) et que le pot (48) est isolé suivant les règles de l'art pour minimiser les entrées thermiques, on obtient une solution très optimisée, le débit de GNL nécessaire étant très réduit et, de plus, n'étant pas perdu, car récupéré comme combustible par le navire. L'autre pot (49) étant supposé en phase de régénération, les vannes (54) et (59) 10 sont fumées, ce qui permet de l'isoler du circuit d'argon pour assurer le processus de désorption. De même la vanne (65) étant fermée, l'échangeur (63) est inactif, ce qui permet de faire remonter la température du pot (49). Celui ci est effectué, suivant des moyens connus de l'homme de l'art, tels que le 15 réchauffage des matériaux adsorbant par le biais d'un réchauffeur (67) électrique ou à vapeur par exemple dans notre cas, couplé avec un système de balayage (par exemple dans notre cas par de l'azote sec ou de l'argon purifié) , voire de tirage au vide (69) que nous n'avons pas détaillé dans la figure pour ne pas la surcharger. Le processus étant symétrique, on notera que, dans le cas de la figure 4, pour le 20 pot (48), le réchauffeur (66) , tout comme le système de balayage et de tirage au vide (68), ne servant que durant la phase de régénération, sont inactifs. On notera que pour assurer l'échange thermique fourni par les échangeurs (62) et (63) , on pourra éventuellement concevoir les pots (48) et (49) en les entourant d'une double paroi dans laquelle serait injectée directement le GNL venant des vannes (64) et 25 (65). Les échangeurs (62) et (63) seraient donc alors, de fait, constitué par les parois des pots (48) et (49). It will be noted that, because of the presence of the countercurrent exchanger (55) and that the pot (48) is insulated according to the rules of the art to minimize the thermal inputs, a very optimized solution is obtained, the flow rate necessary LNG being very small and, moreover, not lost, as recovered as fuel by the ship. The other pot (49) being assumed in the regeneration phase, the valves (54) and (59) are smoked, which makes it possible to isolate it from the argon circuit to ensure the desorption process. Similarly, the valve (65) being closed, the exchanger (63) is inactive, which allows to raise the temperature of the pot (49). This is carried out according to means known to those skilled in the art, such as the heating of the adsorbent materials by means of an electric or steam heater (67), for example in our case, coupled with a system sweeping (for example in our case by dry nitrogen or purified argon), or even vacuum (69) that we have not detailed in the figure to not overload. Since the process is symmetrical, it will be noted that, in the case of FIG. 4, for the pot (48), the heater (66), just like the vacuum-flushing system (68), serves only during the regeneration phase, are inactive. Note that to ensure the heat exchange provided by the exchangers (62) and (63), it may be possible to design the pots (48) and (49) by surrounding a double wall in which would be injected directly LNG coming valves (64) and 25 (65). The exchangers (62) and (63) would then, in fact, consist of the walls of the pots (48) and (49).

La figure 5 présente, plus particulièrement, l'invention en ce qui concerne le stockage de l'argon, une fois celui ci purifié, prenant en compte, là aussi, la possibilité 30 d'utiliser le Gaz Naturel Liquéfié comme source de frigories. L'argon purifié provenant du circuit (57) via la vanne (60) traverse tout d'abord un échangeur à contre courant (70), refroidis par du GNL, faisant partie du réseau d'échangeurs (43), ce débit de GNL pouvant être ajusté à la demande, via la vanne (86) . FIG. 5 shows, more particularly, the invention with regard to the storage of argon once purified, again taking into account the possibility of using liquefied natural gas as a source of frigories. The purified argon from the circuit (57) via the valve (60) passes firstly through a countercurrent heat exchanger (70), cooled by LNG, forming part of the exchanger network (43), this LNG flow rate can be adjusted on demand via the valve (86).

9/14 La courbe de saturation de l'argon étant située, pour une même pression de saturation, entre 20 et 30 °C plus bas que celle du méthane, il peut être nécessaire, si la pression de l'argon dans l'échangeur (70) n'est pas assez élevée, de rattraper cet écart en faisant passer l'argon pré refroidis dans un échangeur supplémentaire (71) pouvant être refroidis, par une machine à froid auxiliaire. La liquéfaction de l'argon dans les échangeurs (70) et (71) pourra être de plus, éventuellement complétée par un effet de détente Joule Thomson via une orifice calibrée (72) lors de l'entrée de l'argon dans le réservoir de stockage (73). L'argon stocké dans le réservoir (73) pourra être utilisé, en parallèle de l'argon purifié venant du circuit (57) via l'organe (61), pour alimenter le circuit de distribution (15) , via un évaporateur (74) et une vanne (75) et un organe de régulation (30). Le contrôle de la pression dans le réservoir (73) pourra être assurée par un prélèvement de l'excès de gaz dans le dôme gazeux de ce réservoir via un organe de contrôle (76) permettant d'évacuer vers le circuit (24) de collecte d'argon. En repassant dans le compresseur (50) et puis à nouveau dans les échangeur (70) et (71), cet excès de vapeur d'argon sera alors progressivement transformé en liquide et la pression dans le réservoir (73) baissera progressivement vers la valeur requise sans perte significative de gaz. Un contaminants de l'argon collecté dans les membranes est l'azote contenu dans le GNL. qui peut être difficile à séparer par adsorption. On pourra tirer partie du fait que ce gaz est légèrement plus volatil et sensiblement plus léger que l'argon pour prélever , via un conduit (78) piloté par une vanne ( 79) dans la partie supérieure (77) du dôme gazeux du réservoir (73), le mélange de vapeur d'argon riche en azote qui s'y accumulera par effet de gravité, pour rejeter cet azote vers l'extérieur. 9/14 The saturation curve of argon being located, for the same saturation pressure, between 20 and 30 ° C lower than that of methane, it may be necessary, if the pressure of the argon in the exchanger (70) is not high enough, to make up this difference by passing the pre-cooled argon in an additional exchanger (71) can be cooled, by an auxiliary cold machine. The liquefaction of argon in the exchangers (70) and (71) may be furthermore optionally supplemented by a Joule Thomson expansion effect via a calibrated orifice (72) when the argon enters the reservoir. storage (73). The argon stored in the tank (73) may be used, in parallel with the purified argon coming from the circuit (57) via the member (61), to feed the distribution circuit (15) via an evaporator (74). ) and a valve (75) and a regulating member (30). The pressure in the tank (73) can be controlled by taking off the excess gas in the gaseous dome of this tank via a control member (76) for evacuating towards the collection circuit (24). argon. By ironing in the compressor (50) and then again in the exchangers (70) and (71), this excess of argon vapor will then gradually be transformed into liquid and the pressure in the tank (73) will gradually decrease towards the value required without significant loss of gas. A contaminant of the argon collected in the membranes is the nitrogen contained in the LNG. which can be difficult to separate by adsorption. It will be possible to take advantage of the fact that this gas is slightly more volatile and substantially lighter than argon for sampling, via a conduit (78) controlled by a valve (79) in the upper part (77) of the gas dome of the reservoir ( 73), the mixture of argon vapor rich in nitrogen which accumulates there by gravity effect, to reject this nitrogen to the outside.

On notera que l'on pourra éventuellement intégrer l' échangeur (71) directement dans le dôme gazeux du réservoir (73). La figure 6 présente une variante de l'invention où le complément de frigories fournies à l'argon venant de l'échangeur (70) avant sa détente dans le réservoir (73) dans l'échangeur (71) le sont, non pas par une machine à froid, mais par un retour des vapeurs de gaz froides prélevées du dôme gazeux et renvoyé via le circuit (24) vers le compresseur (50). L'homme de l'art reconnaîtra qu'ainsi, c'est l'argon lui même qui est utilisé comme fluide du cycle de refroidissement de l'ensemble, suivant un cycle de Joule Thomson, sans avoir recours à une machine à froid auxiliaire. It will be noted that the exchanger (71) may optionally be integrated directly into the gaseous dome of the tank (73). FIG. 6 shows a variant of the invention in which the complement of frigories supplied to argon coming from the exchanger (70) before its expansion in the tank (73) in the exchanger (71) are, not by a cold machine, but by a return of cold gas vapors taken from the gas dome and returned via the circuit (24) to the compressor (50). Those skilled in the art will recognize that in this way, it is argon itself which is used as fluid of the cooling cycle of the assembly, following a Joule Thomson cycle, without resorting to an auxiliary cold machine. .

10/14 La figure 7 présente une autre variante de l'invention, en particulier lorsque la pression en sortie du compresseur (50) est insuffisante pour assurer un taux de liquéfaction satisfaisant de l'argon passant dans les échangeurs (70) et (71). Dans ce cas, l'argon purifié provenant du circuit (57) via la vanne (60) est envoyé vers un compresseur (80) et un échangeur à eau ou à air (81) pour augmenter sa pression avant d'être pré refroidis par les échangeurs (70) et (71) avant sa détente et liquéfaction dans le réservoir (73). La figure 8 présente une autre variante de la mise en oeuvre de 1' invention , dans le cas de navire méthaniers équipés d'un système de re liquéfaction totale ou partielle des 10 vapeurs s'échappant des cuves. Dans ce cas les vapeurs issues du dôme gazeux (33) des cuves (1) sont dirigées vers le re liquéfacteur composé, typiquement, d'un compresseur (37) et d'échangeurs (82) refroidis par une machine à froid, où elles sont progressivement refroidis, puis liquéfiés, à l'exception de la phase gazeuse restante, riche en azote, qu'il est anti 15 économique de re liquéfier et qui est extraite du pot décanteur ( 83) pour être rejetée vers l'extérieur. Le GNL re liquéfié est alors renvoyé vers les cuves (1) via le conduit ( 84). Pour ce type de navire, le réseau d'échangeurs (43) peut donc être alimenté, de manière plus simple, non pas par du GNL venant des cuves via une pompe (40), mais par un prélèvement effectué sur le circuit (84), ou alternativement, au niveau de la phase 20 gazeuse du pot décanteur ( 83), en y prélevant les vapeurs froides riches en azotes qui s'y accumulent pour les utiliser comme source froide dans les échangeurs (62) ou (70) avant de les rejeter vers l'extérieur. La figure 9 présente une variante de cette mise en oeuvre de l'invention où l'on valorise les frigories disponibles dans les vapeurs froides riches en azotes qui sont 25 extraites du pot décanteur (83) et rejetée vers l'extérieur, prenant bénéfice que la température de ces vapeurs est proche de celle de la liquéfaction du méthane, typiquement -160°C. Dans ce cas ces vapeurs froides, au lieu d'être rejetées du cycle de re liquefaction, sont collectés par le conduit (85) pour être utilisées comme source froide dans les échangeurs (43). 30 On notera que par soucis de clarté les descriptions ci dessous n'ont pas mentionné les différents organes ( réservoirs tampons, instrumentation..) et circuits auxiliaires (purges, etc..) nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention que ce soit pour que pour des raisons de redondance, de flexibilité ou d'efficacité, ceux ci étant supposés FIG. 7 shows another variant of the invention, in particular when the outlet pressure of the compressor (50) is insufficient to ensure a satisfactory liquefaction rate of the argon passing through the exchangers (70) and (71). ). In this case, the purified argon from the circuit (57) via the valve (60) is sent to a compressor (80) and a water or air exchanger (81) to increase its pressure before being pre-cooled by the exchangers (70) and (71) before its expansion and liquefaction in the reservoir (73). FIG. 8 shows another variant of the implementation of the invention, in the case of a LNG ship equipped with a system for the total or partial liquefaction of the vapors escaping from the tanks. In this case the vapors from the gaseous dome (33) of the tanks (1) are directed to the re liquefier compound, typically, a compressor (37) and exchangers (82) cooled by a cold machine, where they are progressively cooled, then liquefied, with the exception of the remaining gas phase, rich in nitrogen, which it is uneconomical to re-liquefy and which is extracted from the decanter (83) to be rejected to the outside. The liquefied LNG is then returned to the tanks (1) via the conduit (84). For this type of vessel, the network of exchangers (43) can therefore be fed, more simply, not by LNG from the tanks via a pump (40), but by a sample taken on the circuit (84) or, alternatively, at the level of the gaseous phase of the settling tank (83), by taking the cold vapors rich in nitrogen that accumulate therein for use as a heat sink in the exchangers (62) or (70) before reject them to the outside. FIG. 9 shows a variant of this implementation of the invention, in which the frigories available in the nitrogen-rich cold vapors which are extracted from the decanter (83) and discharged to the outside are taken advantage of, the temperature of these vapors is close to that of the liquefaction of methane, typically -160 ° C. In this case, these cold vapors, instead of being rejected from the re-liquefaction cycle, are collected via the conduit (85) to be used as a heat sink in the exchangers (43). Note that for the sake of clarity the descriptions below have not mentioned the various organs (buffer tanks, instrumentation ..) and auxiliary circuits (purges, etc. ..) necessary for the implementation of the invention that this either for reasons of redundancy, flexibility or efficiency, these being assumed

11/14 bien connus de l'homme de l'art. De même, par soucis de simplification, nous n'avons pas illustré le fait que certains équipements, tels que les pots adsorbant, les compresseurs, les échangeurs pouvaient être une pluralité opérés en parallèle, pour des raisons d'efficacité ou de flexibilité du système. 4 INDICATION DE LA MANIERE DONT L'INVENTION EST SUSCEPTIBLE D'APPLICATION La figure 10 présente la manière dont l'invention est susceptible d'être appliquée sur un navire méthanier utilisant les vapeurs de Gaz Naturel comme combustible pour son système de propulsion. 11/14 well known to those skilled in the art. Similarly, for the sake of simplification, we have not illustrated the fact that certain equipment, such as adsorbent pots, compressors, exchangers could be a plurality operated in parallel, for reasons of efficiency or flexibility of the system . 4 INDICATING THE WAY WHICH THE INVENTION IS LIKELY TO APPLY Figure 10 shows how the invention is likely to be applied to a LNG tanker using natural gas vapors as fuel for its propulsion system.

Dans ce cas de figure, les échangeurs (62) et (70) sont alimentés par la pompe (40) avec du GNL à - 160°C. On pourra donc concevoir une cryo adsorption des impuretés contenues dans l'argon venant des espaces d'isolation dans le pot (48) à une température de l'ordre de ù 130°C. In this case, the exchangers (62) and (70) are fed by the pump (40) with LNG at - 160 ° C. Cryo adsorption of the impurities contained in the argon coming from the isolation spaces in the pot (48) at a temperature of the order of 130 ° C. can therefore be conceived.

En supposant que la pression de l'argon à la sortie du compresseur (50) est de l'ordre de 1 MPa, l'argon venant des espaces d'isolations (4) et (5) , une fois purifié dans le pot (48) sera : • soit, si, il est nécessaire de le stocker, refroidis, puis liquéfié, dans les échangeur (70) et (71) , voire sous refroidis par détente à son arrivée dans le 20 réservoir (73), si on suppose que la pression de fonctionnement de ce réservoir est légèrement inférieure, par exemple, 0.7 MPa ; • soit recyclé directement dans le réseau (15) via l'organe de régulation (61). Assuming that the pressure of the argon at the outlet of the compressor (50) is of the order of 1 MPa, the argon coming from the isolation spaces (4) and (5), once purified in the pot ( 48) will be: • either, if, it is necessary to store it, cooled, then liquefied, in the exchangers (70) and (71), or even under cooled by expansion on arrival in the tank (73), if assume that the operating pressure of this tank is slightly lower, for example, 0.7 MPa; • is recycled directly into the network (15) via the regulator (61).

En supposant que la pression requise dans le réseau de distribution (15) d'argon purifiée est de l'ordre de 0.5 MPa, on pourra donc alimenter ce réseau : • soit, via l'organe de régulation (61), par de l'argon purifié sortant du pot adsorbant (48), qui est à une pression de l'ordre de celle en sortie du compresseur (50) soit 1 MPa, • soit, via l'organe de régulation (30), par de l'argon purifié stocké dans le réservoir (73) à une pression de l'ordre de 0.7 MPa. Assuming that the pressure required in the purified argon distribution network (15) is of the order of 0.5 MPa, it will be possible to feed this network: • either, via the regulator (61), by means of purified argon exiting the adsorbent pot (48), which is at a pressure of the order of that at the outlet of the compressor (50) is 1 MPa, • or, via the regulating member (30), by the purified argon stored in the tank (73) at a pressure of the order of 0.7 MPa.

On notera que si on a pris soins de choisir la même pression de fonctionnement 25 30 /14 des circuits de distribution (15) et de collecte (27) quelque soit la source de gaz de balayage utilisée ( source d'azote (21) ou argon recyclé), les réglages des organes (9),(10), (13) et (14) ne seront pas à modifiés et le basculement de l'un à l'autre gaz pourra se faire sans perturbation. Note that if care was taken to choose the same operating pressure 25 30/14 distribution circuits (15) and collection (27) regardless of the source of sweep gas used (source of nitrogen (21) or recycled argon), the adjustments of the members (9), (10), (13) and (14) will not be modified and the changeover from one to the other gas can be done without disturbance.

La figure 11 présente la manière dont l'invention est susceptible d'être appliquée, de manière similaire, sur un navire méthanier équipé d'un système de re liquéfaction, dans le cas où l'on prélève du pot décanteur (83) le rejet de vapeurs de Gaz Naturel et d'Azote pour alimenter les échangeurs (62) et (70). FIG. 11 shows how the invention is likely to be applied, in a similar manner, to a methane tanker equipped with a re-liquefaction system, in the case where the decanter (83) is discharged vapors of Natural Gas and Nitrogen to feed the exchangers (62) and (70).

On notera que cette configuration on peut, si nécessaire ( température trop élevée, débit trop faible) aussi utiliser du GNL prélevé dans le pot décanteur pour alimenter ces échangeurs. La description de l'invention a été faite dans le cas d'une application sur des navires méthaniers, mais on notera qu'elle peut s'appliquer, avec le même intérêt, à d'autres applications de la technologie de cuves à membranes sur des structures flottantes, telles que les terminaux de regazéification ou les usines de liquéfaction dç) Gaz Naturel Liquéfié . Note that this configuration can, if necessary (too high temperature, too low flow) also use LNG taken from the settling tank to feed these exchangers. The description of the invention has been made in the case of an application on LNG carriers, but it will be noted that it can be applied, with the same interest, to other applications of the technology of membrane tanks on floating structures, such as regasification terminals or liquefaction plants (d) Liquefied Natural Gas.

Claims

REVENDICATIONS1. Onboard argon storage and purification unit CLAIMS1. Argon storage and purification unit on board ships, regasification terminals or liquefied natural gas liquefied (LNG) liquefaction, using membrane tank technology, for closed-loop, neutral gas sweeping isolation spaces (4) and (5) characterized in that it uses as cold source LNG taken from the cargo to cool alternately via a plurality of exchangers (48) or (69), a plurality of pot (48) or (49) filled with adsorbent material allowing the low-temperature separation of argon contaminants, such as methane and other hydrocarbons, collected in the isolation spaces (4) and (5), the vapors of this LNG being then returned to a mixer (35) and the compressor (37) for use by the ship's propulsion system.

2. Argon storage and purification unit on board ships, regasification terminals or liquefied Liquefied Natural Gas (LNG) liquefaction using membrane membrane technology for closed-loop gas sampling neutral insulation spaces (4) and (5) characterized in that it uses as a cold source LNG taken from the cargo to cool via a heat exchanger (70) argon to facilitate its liquefaction and storage in liquid form in a tank (73), the vapors of this LNG being then returned to a mixer (35) and the compressor (37) to be used by the propulsion system of the ship.

3. Storage unit according to claim 2) characterized in that the frigories required for liquefaction of argon are supplied by the exchanger (71) of a cold machine.

4. Storage unit according to claim 2) characterized in that the liquefaction of argon is carried out by creating a Joule Thomson cycle by re-circulating the argon vapors contained in the tank (73) via a countercurrent exchanger (71), a compressor (50), the exchanger (70) cooled by LNG, again in the other direction, the countercurrent exchanger (71) and an expansion orifice (72) opening into the reservoir (73).

5. Storage unit according to any one of claims 2) to 4) characterized in that a compressor (80) compresses argon to a pressure greater than that of adsorbent pots (48) and (49) before its entry in the exchangers (70) and 2942199 14/14

Storage unit according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the nitrogen collected in the isolation spaces (4) and (5) is extracted from the upper part (77) of the tank (73).

7) storage and purification unit according to any one of claims 1) to 5) characterized in that the operating pressure in the flushing gas (15) and contaminated flue gas (27) distribution circuits is the same, that this purge gas is supplied by: • the nitrogen source (21), via the valve (20), or, via the control member (30) by the re-gasification of the argon stored in the reservoir (73), or via the control member (61) by adsorbent pots (48) and (49).

8) storage unit and purification according to any one of claims 1) to 7) characterized in that the frigories used by the exchangers (62), (63) or (70) are provided by LNG vapor re liquefied by a re embedded liquefier. Storage and purification unit according to claims 1) to 7), characterized in that the frigories used by the exchangers (62), (63) or (70) are supplied by natural vapor vapors of natural gas and nitrogen discharged by a re embedded liquefier.