WO2018206510A1 - Dispositif et procede de refroidissement de gaz liquefie et/ou de gaz d'evaporation naturelle de gaz liquefie - Google Patents

Dispositif et procede de refroidissement de gaz liquefie et/ou de gaz d'evaporation naturelle de gaz liquefie Download PDF

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Martin BUISSART
Bruno DELETRÉ
Nicolas HAQUIN
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Gaztransport et Technigaz SA
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    • 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
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/07—Generating electrical power as side effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F17C2270/00—Applications
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    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C6/00—Methods and apparatus for filling vessels not under pressure with liquefied or solidified gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • 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 invention relates to a device and a method for cooling liquefied gas and / or natural evaporation gas of liquefied gas for an energy production installation, in particular on board a ship, such as a transport vessel of liquefied gas or whose machines run on liquefied gas.
  • the gas In order to more easily transport gas, such as natural gas, over long distances, the gas is generally liquefied (to become liquefied natural gas - LNG) by cooling it to cryogenic temperatures, for example -163 ° C at atmospheric pressure. The liquefied gas is then loaded into specialized vessels.
  • an energy production facility is provided to meet the energy requirements of the operation of the ship, in particular for the propulsion of the ship and / or the production of electricity for the vessels. equipment on board.
  • Such an installation commonly includes thermal machines consuming gas from an evaporator that is fed from the cargo of liquefied gas transported in the tank or tanks of the ship.
  • the document FR-A-2 837 783 provides for feeding such an evaporator and / or other systems necessary for propulsion by means of a submerged pump at the bottom of a tank of the ship.
  • NBOG Natural Boil-Off Gas
  • FBOG forced evaporation of gas
  • the gas which naturally evaporates in the tank of a ship is generally used to supply the aforementioned installation.
  • the pump immersed in the tank is actuated to supply more fuel gas after forced evaporation.
  • the surplus gas is generally burned in a gas combustion unit, which represents a gas loss. combustible.
  • the improvement of the reservoirs is such that the rates of natural evaporation (BOR - acronym Boil-Off Rate) of liquefied gases are becoming lower, whereas the machines of a ship are becoming more efficient. This has the consequence, in each of the first and second cases mentioned above, that the difference is very large between the amount of natural gas produced by evaporation and that required by the installation of a ship.
  • the present invention provides an improvement to the present technique, which is simple, effective and economical.
  • the invention proposes a device for cooling liquefied gas, in particular for an energy production installation on board a ship,
  • a first cooled liquefied gas separation tank an inlet of which is connected to a first end of a first pipe, a second end of which is intended to be immersed in the liquefied gas contained in said main tank, preferably at the bottom of the tank; said first pipe being able to feed said first flask with liquefied gas,
  • means for depressurizing said first balloon with respect to said main tank which are configured to apply in said first balloon an operating pressure lower than the pressure in said main tank
  • vaporization means equipping said first pipe and / or said inlet of said first balloon, so that at least a portion of the liquefied gas supplying said first balloon, said vaporized gas, is vaporized and at least one other part (for example: the remainder) of this liquefied gas, called the cooled liquefied gas, is cooled to the saturation temperature at said operating pressure in said first flask, said first flask being configured to separate said vaporized gas and said cooled liquefied gas , and means for supplying said main tank with said cooled liquefied gas contained in said first tank, in order to cool the gas, liquefied and / or in the form of gas, contained in said main tank.
  • the first balloon acts as a vacuum evaporator (ESV) and is associated with the first compressor which acts as a vacuum evaporation compressor.
  • ESV vacuum evaporator
  • the vaporization means can therefore be likened to cooling means.
  • vaporization means, depression means and depressurization means have similar meanings or even identical in the sense of the invention.
  • vaporization means equip the first pipe and / or the connection inlet of this first pipe to the first balloon.
  • the first balloon can further form means of vaporization (complementary), as will be explained in the following.
  • the invention thus proposes replacing the exchanger of the prior art with a vacuum evaporator, which makes it possible to obtain a larger cooling capacity and thus to improve the efficiency of the cooling of the gas, liquefied and / or in the form of of gas contained in the main tank.
  • the main reservoir is optional insofar as it can be considered as part or not of the device according to the invention.
  • the device can for example be delivered without a main tank which is not part of the device.
  • the device once mounted on a ship for example, is associated with a main tank which is part of the device according to the invention.
  • the term heavy and light respectively heavy gases or high molar masses and light gases or low molar masses.
  • the liquefied gas is liquefied natural gas.
  • a light gas is methane.
  • the minor heavy part comprises, for example for liquefied gas propane, butane and ethane (which evaporates at a higher temperature or a lower pressure for example the operating pressure).
  • liquefied gas heavy goods account for between 5.2% and 49.8% of the total liquefied gas mass.
  • the heavies have for example molar masses between 25 and 500% greater than those of light).
  • a nip of 1 to 2 ° C represents a loss of cold power generated around 15%
  • the cooling capacity is generated in the form of a cooled liquefied gas which can be conveyed and used as required, or stored for later use; this is particularly advantageous since this power can be generated by recovering the forced evaporation gas energy during the missing phases of NBOG corresponding to phases where hot power rather than cold power is needed, - a contrario, in considering the typical dimensions of a main tank, in particular the vessel, the volume of gas stored in such a tank, and the sizes of the required cooling equipment as described in the application aforementioned, the cold power recovered with these equipment is not sufficient for its storage and its subsequent use,
  • the liquefied gas is intended to undergo a phase separation in the flask, only gas, which can be used in the installation, being intended to be sucked by the vacuum means such as a compressor; no droplet can thus be sucked by the compressor, which could damage it; considering the operating pressure ranges, the liquefied gas temperatures and compositions, in most cases the liquefied gas will not be completely vaporized in a heat exchanger such as that described in the aforementioned prior application; for example, the liquid ratio in the initial architecture at 120mbara is between 0.12 and 32%, and at 800mbara (it is not possible to consider a pressure at 950mbara as proposed in the earlier application due to the pinch in the exchanger), it is between 0.8 and 92% (large variations due to different liquefied gas compositions),
  • the balloon is preferably located outside the main tank, facilitating and securing the device.
  • the device compared to the usual device installed on a ship where additional BOG is generated by supplying liquefied gas heat exchanger by means of a pump, the device here reduces the total energy expended for vaporization from 31 to 38%.
  • the main goal is to generate cold by recovering the energy of vaporization which is typically an expense in a ship.
  • the device can generate a cooling capacity up to 175% of the heat produced during a voyage of the ship (including return including commercial operation and waiting for entry of a channel).
  • the pressure in the main tank may vary depending on the depth in the tank due to the hydrostatic pressure.
  • the term "bottom" of tank or tank a position located less than one meter from a bottom wall of the tank, the bottom wall being the wall of the tank closest to the center of the earth in operation.
  • the pump or pumps are preferably as close to the bottom as possible to operate down to the lowest filling level possible (the distance from the bottom is limited by the fact that a pump too close to the bottom may have difficulty in initiate).
  • the device according to the invention may comprise one or more of the following features, taken separately from one another or in combination with each other:
  • said first balloon is a separation and / or expansion balloon
  • At least a part of said first balloon, and / or at least a part of said first pipe, and / or at least a part of said vaporization means, is / are housed or intended to be housed ( e) s in said main tank;
  • said first flask is configured to be fed only with liquefied gas
  • the pressure of the liquefied gas in said first pipe is preferably greater than the hydrostatic pressure generated by the immersed portion of this first pipe in said main tank;
  • the diameter of said first pipe, before said depressurizing means is preferably the least important to limit the cooling of the liquefied gas in this pipe (limits the loss of cold);
  • said first pipe is preferably configured so that the liquefied gas taken from said main tank remains liquid up to said depressurizing means; although the pressure drops in the first pipe because the hydrostatic pressure due to the immersion height in the main tank decreases, the pressure remains high enough that all the gas remains liquid;
  • the pressure in the first pipe, at the inlet of the depressurizing means is for example about 1 bar; the liquefied gas having only slightly warmed in the first pipe, it always remains at a temperature where it is liquid at about 1 bar (for example at about -160 ° C);
  • said vaporization means comprise a valve, for example JT or Joule-Thomson and / or a portion of the first pipe, located in particular downstream of the valve;
  • the vaporization of the liquefied gas taken preferably takes place (mainly or more than 80% or even 90%) just after the valve, in said portion of first pipe; the liquefied gas is also cooled in this portion of pipe because of the depression by "flash” evaporation effect (spontaneous depression);
  • this portion of pipe may be of a larger diameter than the portion of first pipe located before the valve, in particular so as to have a sufficient flow) because the vaporized gas occupies more volume;
  • the vaporization can take place mainly or almost exclusively (more than 80%) in said first balloon, if the portion of pipe between the valve and the first balloon is reduced or zero; in this case, unless the first balloon is of sufficient volume, it may not have continuous operation; it would therefore be necessary to wait until the end of the phenomenon of evaporation and cooling of the liquefied gas takes place, at a temperature just below the boiling point at the new pressure, after depression ("flash") to empty the first balloon , especially in the secondary tank mentioned below; we could also in this case in particular replace the valve, for example JT, with a simple two-state valve (all or yours ie 100% closed / 100% open);
  • said depressurizing means comprise at least a first compressor, an inlet of which is connected to a first gas outlet of said first flask, and an outlet of which is capable of supplying combustible gas, in particular to said installation, said first compressor being suitable sucking at least a portion of said vaporized gas into said first flask and applying said operating pressure to said first flask;
  • the vacuum means comprise at least one pump, an inlet of which is connected to a liquid outlet of said first balloon; in this variant, at least one compressor could be used to suck the vaporized gas contained in said first balloon;
  • said supply means comprise a second pipe, a first end of which is connected to a second outlet of cooled liquefied gas of said first tank, and of which at least a second end intended to open into said main tank, said second pipe being able to inject at least a portion of said cooled liquefied gas from said first flask in said main tank;
  • the connection of the first balloon to said main tank, by means of said second pipe can be direct or indirect; that is, the second conduit may comprise or be associated with other fluid communication components or divided into sections between which such components are disposed; this may be the case of all the pipes mentioned in the context of the invention;
  • gas in liquid and / or gaseous form, can be injected into said main tank, in particular by means of said second pipe; a mixture of gas and steam can be injected into the main tank; if this mixture is reinjected at the bottom of the tank, the gaseous part of the mixture will tend to recondense under the effect of the hydrostatic pressure of the gas and the temperature of the liquefied natural gas in the main tank; this can lead to a slowing down of the pressure drop in the main tank;
  • the device includes a first pump connected to said second end of said first pipe, and intended to be immersed in said liquefied gas contained in said main tank, preferably at the bottom of the tank, so as to force the circulation of liquefied gas through said first pipe until first balloon audit; alternatively, the device is devoid of such a first pump; this is for example the case when the first balloon and the first pipe are in said first tank;
  • the device comprises a second pump connected to said second pipe so as to force the circulation of at least a portion of said cooled liquefied gas through said second pipe from said first tank to said main tank; alternatively, this second pump would not be necessary, for example in the case of a batch operation where the first flask would be fed with liquefied gas to a predetermined filling level, it would then be depressurized to generate a cooling of liquefied gas and partial evaporation, which would cause a rise in pressure in said first flask to a value substantially close to the pressure in the main tank, sufficient to make the second pump optional;
  • the first pipe is equipped with an all-or-nothing valve, and able to be closed for example when a vacuum is created in said first balloon;
  • the first or the second pump may be a fuel pump or a bilge pump equipping the vessel; this type of pump is typically capable of providing a maximum flow rate of the order of 25-30 t / h; alternatively, a pump of higher maximum flow rate can be used, in particular for the first pump, which would for example be able to provide a maximum flow rate of 300t / h, preferably see up to 2500t / h;
  • the assembly formed by the first balloon, the first compressor and the first pump acts as a vacuum evaporation means (or a vacuum evaporator - ESV);
  • the assembly formed by a balloon, a compressor and a pump is assimilated to vacuum evaporation means;
  • the vaporizing means are preferably configured to lower the pressure of the gas to the operating pressure of the first balloon;
  • said second output of said first compressor is connected to an input of a second compressor, an output of which is capable of supplying fuel to said installation;
  • said second pipe comprises or is connected to a plunger intended to be immersed in the liquefied gas contained in said main tank, and / or a spray boom in said main tank, for injection of cooled liquefied gas into said main tank ; the injection of cooled liquefied gas can therefore be carried out in the gas and / or in the liquefied gas contained in the main tank;
  • said second outlet of said first flask is connected to a first inlet of a secondary tank, so as to supply this tank with cooled liquefied gas and to store cooled liquefied gas in said tank;
  • the secondary reservoir is configured to contain said cooled liquefied gas at a pressure greater than said operating pressure in said first balloon; the secondary tank is thus overpressurized with respect to the first balloon, and is for example at atmospheric pressure; the secondary tank can therefore be cheaper especially since it can be intended to store a large volume of gas; it is an advantage of this secondary reservoir; thus, the cooled gas could be accumulated in the first flask when the needs of the installation are greater than the natural evaporation, then be poured into the main tank so as to slow the natural evaporation when the needs of the installation are less than natural evaporation;
  • the cooled liquefied gas contained in said secondary tank can be considered as subcooled liquefied gas;
  • Subcooled means that the gas is at a temperature strictly below the boiling temperature (i.e., the saturation temperature) at the pressure to which the gas is subjected; in the secondary tank, the liquefied gas is at such a pressure that it can be considered as subcooled; the secondary reservoir acts as a fluid cooling heat exchanger, in particular BOG;
  • said second pump is located between said second outlet of said first flask and said first inlet of said secondary reservoir;
  • said secondary reservoir comprises a first outlet of at least a portion of said cooled liquefied gas connected to said second pipe, said second pipe being able to convey at least a portion of said cooled liquefied gas from said secondary tank to said main tank;
  • said device comprises at least one heat exchange circuit configured to cool a fluid flowing in said circuit through at least a portion of the cooled liquefied gas stored in said secondary tank or from said secondary tank; this heat exchange circuit can be located in the secondary tank, be attached to or associated with the secondary tank, or be spaced from this secondary tank; a cooled liquefied gas pipe may for example be used to supply said heat exchange circuit, which may be part of a separate exchanger; alternatively, the cooled liquefied gas used to cool the fluid flowing in said heat exchange circuit, could come from another source, such as the main tank or the first balloon for example;
  • the combination of said secondary reservoir and of said heat exchange circuit makes it possible to reprocess the natural evaporation, with a very good yield, since the pinch relative to the exchanger is small compared to the difference in temperature between the natural evaporation (the gas in the vapor phase at the inlet of the secondary reservoir at a temperature for example between -80 ° C and-160 ° C or more precisely between -100 and -140 ° C) and the liquid gas, thanks in particular to the fact that the liquid gas is cooled; of course, one would have the same advantage with an exchange with the cooled gas of said first balloon or the main tank in the absence of secondary tank; in other words, cooled liquefied gas can be stored in the secondary tank, the first tank and / or the main tank;
  • said heat exchange circuit comprises an inlet connected to a natural evaporation gas outlet of said main tank; in this context, said heat exchange circuit can make it possible to reprocess the natural evaporation of the main tank, with a very good efficiency, since the pinch relative to the exchanger would be small compared to the difference in temperature between the natural evaporation and the liquid gas, thanks in particular to the fact that the liquid gas is cooled;
  • said input of said circuit is connected to said output of at least one compressor, such as said first or second compressor, which is supplied with natural evaporation gas from said outlet of said main tank; the natural evaporation gas is thus compressed (which increases its temperature) before passing into the exchanger or the exchange circuit with the cooled liquid gas;
  • at least one compressor such as said first or second compressor
  • said input of said circuit is connected to said output of at least one compressor, such as said first or second compressor, by a primary circuit of a first heat exchanger, said first heat exchanger comprising a secondary circuit of which an input is connected said natural evaporation gas outlet of said main reservoir, and an outlet of which is connected to said inlet of said first or second compressor; the natural evaporation gas taken from the main tank will be heated during its passage in said secondary circuit, which is not a problem since it must in any case be reheated if it is used to feed the tank.
  • said heat exchange circuit includes an outlet connected to an inlet of a second tank, said second balloon having a first cooled liquefied gas outlet connected to said second line for injection of cooled liquefied gas into said main tank ;
  • the device could be configured to reinject into the main tank, for example at the bottom of the tank, a gaseous part of the mixture, which will tend to recondenser under the effect of the hydrostatic pressure of the gas and the temperature of the liquefied gas in the main reservoir;
  • said second balloon is a balloon and / or phase separation
  • said output of said circuit is connected to said input of said second balloon by a valve, such as a Joule-Thomson effect valve (whose acronym is JT), for the purpose of reducing the temperature of the gas by adiabatic expansion; the natural evaporation gas can thus be relaxed; the compression / depression, on either side of the exchanger or the heat exchange circuit, can make it possible to obtain a temperature of the natural evaporation gas that is lower, and thus to condense more evaporation gas natural;
  • a valve such as a Joule-Thomson effect valve (whose acronym is JT)
  • the device comprises a second heat exchanger of which a primary circuit has an input connected to an output of a third pump intended to be immersed in the liquefied gas of said main tank, and an output of said cooled liquefied gas, and a secondary circuit has a an input connected to said first conduit and an output connected to the input of said first balloon;
  • said second heat exchanger is not immersed in the liquefied gas of said main tank, nor mounted in said main tank;
  • the output of the primary circuit of said second heat exchanger is connected to an inlet of said secondary tank, for the purpose of supplying cooled liquefied gas from said secondary tank;
  • the device is devoid of components other than pumps and / or pipes, immersed in the liquefied gas contained in said main tank;
  • said liquefied gas comprises at least one so-called pure part comprising a gas or pure body and said cooled liquefied gas and said vaporized gas comprise said at least one pure part.
  • a pure part may consist of methane.
  • pure is understood to mean a single chemical body or species as opposed to a mixture of bodies or species.
  • Said pure gas is for example a light gas or a heavy gas.
  • the present invention also relates to a vessel, in particular for transporting liquefied gas, comprising at least one device as described above.
  • the present invention also relates to a method for cooling liquefied gas for a power generation installation, in particular on board a ship, by means of a device as described above, characterized in that it comprises:
  • Saturation vapor pressure is the pressure at which the gaseous phase of a substance is in equilibrium with its liquid or solid phase at a given temperature in a closed system.
  • the invention instead of using the vacuum and the cooling in a vaporization chamber and the heat exchange between this vaporization chamber and the liquefied gas in a balloon, for cooling the liquefied gas poured into the main tank, flash evaporation is used in the balloon, whose cooled liquid resultant is returned to the main tank.
  • the advantage is mainly the suppression of the pinching of the heat exchange between the vaporization chamber and the liquefied gas of the balloon.
  • the liquefied gas sample consists of a pure gas, for example methane.
  • the liquefied gas flowing in said first pipe may consist of a mixture comprising this pure gas, for example liquefied natural gas comprising methane.
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following steps or characteristics, taken separately from each other or in combination with each other:
  • step E comprises injecting liquefied gas cooled in said main tank, by circulation in said second pipe, to cool the liquefied gas contained in said main tank;
  • the method comprises a step of spraying droplets of liquefied gas cooled in the gas contained in said main tank, this gas being situated above the level of liquefied gas contained in the main tank, the method comprises a step of compressing gas exiting said first outlet of said first balloon;
  • the pressure in said first balloon is between 120 and 950mbara
  • / or the pressure in said main tank is between 20 and 700mbarg, between 20 and 350mbarg, or between 20 and 250mbarg, in particular for an atmospheric tank, and is at a pressure up to the Ombara for a pressure tank, and / or the expansion causes an evaporation fraction of between 0.94 and 15.18%
  • / or the flow rate in the first pipe is between 18 , 09 and 374, 7 / h, and / or the rate of production of liquefied gas cooled in said first flask is between 15.35 and 371.6 t / h
  • / or the secondary tank has an internal volume or capacity between 1312 and 86037m 3 , and / or the temperature of the cooled gas, after sampling of liquefied gas or natural evaporation gas, and cooling of this gas, is between -159 and -180.4 ° C, and / or or the relaxation of compressed natural evaporation gas causes a fraction of
  • the method comprises a step of cooling gas leaving said first or second compressor by heat exchange with the cooled liquefied gas contained in said secondary tank;
  • the method comprises a step of pre-cooling the gas leaving said first or second compressor, before cooling in said secondary tank, by heat exchange with natural evaporation gas taken from said main tank;
  • the method comprises a step of preheating the natural evaporation gas taken from said main tank before being compressed by said first or second compressor;
  • the process comprises, before the filling of said second flask, a step of lowering the pressure and / or the temperature of the gas intended to supply said second flask;
  • the method comprises a step of injecting liquefied gas cooled in said main tank, by means of said second pipe; this injection makes it possible to participate in the cooling of the liquefied gas contained in the main reservoir, in order to limit the production of BOG.
  • the method comprises a step of conveying gas from said second flask to said second compressor; this gas can be used in the installation after compression.
  • the invention also relates to a fuel gas supply method of a power generation installation, in particular on board a ship, by means of a device as described above, characterized in that it comprises : a liquefied gas sampling step A contained in said main tank, said liquefied gas being taken from said first line at a sampling temperature,
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following steps or characteristics, taken separately from each other or in combination with each other:
  • steps A, B, C and F are carried out continuously;
  • the process comprises a step of withdrawing cooled liquefied gas from said secondary reservoir and injecting this gas into said main tank in order to cool the liquefied gas contained in this main tank;
  • the invention proposes a device for cooling natural evaporation gas for an energy production installation, in particular on board a ship,
  • a main liquefied gas storage tank and having a first natural evaporation gas outlet,
  • a secondary tank of cooled liquefied gas configured to store liquefied gas cooled by said cooling means
  • a first heat exchange circuit comprising an input connected to said first output of said main tank for the circulation of natural evaporation gas in said circuit, said first circuit being configured to cooperate with said secondary reservoir so that said gas natural evaporation passing through said first circuit is cooled by cooled liquefied gas stored in said secondary tank or from said secondary tank.
  • the main reservoir is optional insofar as it can be considered as part or not of the device according to the invention.
  • the device can for example be delivered without a main tank which is not part of the device.
  • the device once mounted on a ship for example, is associated with a main tank which is part of the device according to the invention.
  • the solution thus proposes an improvement of the management of the BOG in a device adapted to the needs for example of a ship, by cooling this BOG, and allowing:
  • the cold source such as the cooled liquefied gas
  • the cold source being able to be stored if necessary, - to ensure that the refrigerating capacity produced is correctly used when it is necessary.
  • the solution is suitable for any type of means that cool a fluid.
  • the fluid here is BOG from the tank, cooled in the secondary tank and finally returned to the tank where it will be in a cooled state.
  • the device according to the invention may comprise one or more of the following features, taken separately from one another or in combination with each other:
  • a first separation flask whose inlet is connected to an outlet of said first circuit for feeding said first flask with cooled natural evaporation gas and with recondensed natural evaporation gas forming cooled liquefied gas, said first flask having a first natural evaporation gas outlet and a second cooled liquefied gas outlet connected to said main reservoir for injecting cooled liquefied gas into said main reservoir;
  • said second tank is configured to contain the cooled liquefied gas at a pressure greater than an operating pressure of said first tank
  • the device comprises at least a first compressor, an inlet of which is connected to said first outlet of natural evaporation gas of said main tank and / or to said first outlet of natural evaporation gas of said first tank;
  • said cooling means comprise a second heat exchange circuit which is intended to cooperate by heat exchange with liquefied gas of said secondary tank or from said secondary tank, and in which circulates a cooling fluid for the cooling of said liquefied gas ; cooled liquefied gas is thus directly generated in said secondary tank and the generation of cooled liquefied gas; said cooling means comprise:
  • a second balloon having an input connected to a first end of a first pipe with a second end is immersed in the liquefied gas contained in said main tank, said first pipe being able to feed said second tank with liquefied gas, and
  • said second balloon is a separation and / or expansion balloon
  • the device comprises a first heat exchanger of which a primary circuit has an inlet connected to a liquefied gas outlet of said main tank, and a cooled liquefied gas outlet, and a secondary circuit has an inlet connected to said first pipe and a connected output at the entrance of said second balloon; said second heat exchanger is not immersed in the liquefied gas of said main tank, nor mounted in said main tank;
  • the output of the primary circuit of said second heat exchanger is connected to an inlet of said secondary tank, for the purpose of supplying cooled liquefied gas from said secondary tank;
  • the device is devoid of components other than pumps and / or pipes, immersed in the liquefied gas contained in said main tank;
  • said inlet of said primary circuit is connected to an outlet of a third pump intended to be immersed in the liquefied gas of said main tank; the device comprises:
  • a first pump connected to said second end of said first conduit, and intended to be immersed in said liquefied gas contained in said main tank, so as to force the flow of liquefied gas through said first conduit from said main reservoir to second balloon, and
  • a second pump connected to said second conduit so as to force the flow of liquefied cooled gas from said second balloon to said secondary reservoir.
  • said first conduit includes said vaporizing means;
  • the device comprises at least a second compressor having an inlet connected to said first natural evaporation gas outlet of said main tank;
  • said second compressor has an output connected to said input of said first circuit
  • said inlet of said second compressor is further connected to a second gas outlet of said second flask and / or a second gas outlet of said first flask;
  • said input of said second compressor is connected to the output of said first compressor
  • said first or second compressor has an outlet adapted to supply combustible gas, in particular to said installation;
  • said input of said first circuit is connected to said output of said first or second compressor by a primary circuit of a second heat exchanger, said second heat exchanger having a secondary circuit having an input connected to said first evaporation gas outlet natural of said main tank, and an output of which is connected to said inlet of said first or second compressor;
  • said secondary tank is connected to a first end of a third pipe of cooled liquefied gas, a second end of which is intended to be connected to said main tank, said third pipe being able to convey at least a portion of said cooled liquefied gas from said secondary tank up to that main tank;
  • said third pipe comprises a plunger intended to be immersed in the liquefied gas contained in said main tank, and / or a spray bar located in said main tank, for the injection of cooled liquefied gas into said main tank;
  • said input of said first circuit is connected to said output of at least one compressor, such as said first or second compressor, by a primary circuit of a second heat exchanger, said second heat exchanger having a secondary circuit of which an input is connected to said first natural evaporation gas outlet of said main reservoir, and an outlet is connected to said input of said first or second compressor; there can thus be a prior exchange (the exchange must be prior since the natural evaporation gas is less cold than the cooled liquid gas) between the totality of the natural evaporation gas (part of which goes to the installation) and a compressed part of this natural evaporation gas (the surplus beyond the consumption of the installation which is recondensed);
  • the device is devoid of components other than pumps and / or pipes, immersed in the liquefied gas contained in said main tank.
  • the present invention also relates to a vessel, in particular for transporting liquefied gas, comprising at least one device as described above.
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following steps or characteristics, taken separately from each other or in combination with each other:
  • the process comprises:
  • the method comprises a precooling step of the compressed gas, before it is cooled in said secondary tank, by heat exchange with natural evaporation gas taken from said main tank and circulating in said secondary circuit of said second exchanger;
  • the method comprises a step of preheating natural evaporation gas taken from said main tank, by heat exchange with the fluid flowing in said primary circuit of said second exchanger, before the compression of this gas;
  • the method comprises a step of cooling the liquefied gas contained in said secondary tank;
  • the process comprises a step of expansion of liquefied gas so that a part of said gas vaporizes under the effect of the expansion, and that a remaining part of said gas remains liquid and is cooled,
  • the method comprises a step of filling said second balloon and separating, in particular by gravity, into said first balloon, said vaporized gas with respect to said cooled liquid gas;
  • the method comprises a step of supplying cooled liquefied gas from said secondary reservoir;
  • the method comprises a step of preheating liquefied gas taken from said main tank by heat exchange with the fluid circulating in said primary circuit of said first exchanger, after the expansion and before the injection of said liquefied gas into said second balloon;
  • the method comprises a step of cooling liquefied gas taken from said main tank by heat exchange with the fluid flowing in said secondary circuit of said first exchanger, before its injection into said secondary tank.
  • the invention also relates to a method for cooling liquefied gas and / or gas for evaporation of liquefied gas for an energy production installation, in particular on a ship, by means of a device as described below. above, characterized in that it comprises:
  • a step B for withdrawing liquefied gas cooled in said secondary reservoir a step C of injecting said liquefied gas cooled in said evaporation gas and / or in said liquefied gas contained in the main tank.
  • the invention also relates to a fuel gas supply method of a power generation installation, in particular on board a ship, by means of a device as described above, characterized in that it comprises monitoring at least one parameter of gas consumption by said installation, and
  • the method may include a step of cooling the gas contained in said main tank from said cooled liquefied gas to limit the production of natural evaporation gas.
  • the predetermined threshold may possibly vary, for example during a voyage of the ship. Functionally, this threshold may correspond to the flow rate of NBOG to be withdrawn from the main reservoir so as not to have to control the pressure of the latter.
  • cooled liquefied gas is prepared when the production of natural evaporation gas is insufficient to meet the consumption of gas by said installation.
  • liquefied gas is cooled by sampling, expansion, and phase separation of liquefied gas contained in said main tank.
  • the slowing down of the natural evaporation can be done in several ways: by pouring the cooled liquid gas into the tank (for example by the spray bar of the liquid gas cooled in the tank, or by simple exit in the main tank), or by an exchange of cold (that is to say by an exchanger) between the natural evaporation gas and the cooled gas which allows the recondensation of the natural evaporation gas (possibly also returned to the tank).
  • the fact that the liquid gas is undercooled makes it possible not to generate evaporation gas when it is desired to slow down the natural evaporation.
  • Storage makes it possible to cope with significant recondensation needs with a secondary reservoir of limited capacity (for example a liquefaction unit is very expensive and its cost depends on its capacity).
  • the cooled gas is stored in the main tank in order to condense natural evaporation gas in this tank, particularly when the available amount of natural evaporation gas in this tank is greater than the need of the facility. Since the cooled gas has a higher density than the rest of the gas in the main tank, it is necessary, for example, to cool / recondense the natural evaporation gas from the liquid gas at the bottom of the main tank, for example below the liquid outlet. or exchanger for example. For example, an exchanger may be provided at this location or a pipe may be provided for bringing the cooled gas stored at this location to a heat exchanger (located for example outside the tank) with natural evaporation.
  • a heat exchanger located for example outside the tank
  • said natural evaporation gas is condensed by heat exchange with said cooled liquefied gas, and / or
  • said natural evaporation gas is compressed before said heat exchange, and / or
  • said natural evaporation gas is decompressed after said heat exchange, and / or
  • said natural evaporation gas undergoes phase separation after said decompression.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of a device according to the invention, which here equips a ship,
  • FIGS. 2 to 6 are schematic views corresponding to FIG. 1 and illustrating steps of a method according to the invention
  • FIG. 7 is a schematic view of a second embodiment of a device according to the invention, which equips a ship here,
  • FIG. 8 is a schematic view of a third embodiment of a device according to the invention, which equips a ship here,
  • FIGS. 9 and 10 are diagrammatic views of a fourth embodiment of a device according to the invention, which equips a ship here, and illustrating steps of a method according to the invention
  • FIG. 11 is a schematic view of a fifth embodiment of a device according to the invention, which equips a ship here,
  • FIG. 12 is a schematic view of a sixth embodiment of a device according to the invention, which equips a ship here,
  • FIG. 13 is a schematic view of a seventh embodiment of a device according to the invention, which equips a ship here.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device 10 according to the invention which can be considered as allowing a cooling of liquefied gas and / or a cooling of natural evaporation gas of liquefied gas.
  • the device 10 is particularly suitable but not exclusively for the supply of fuel gas to a ship, such as a liquefied gas transport vessel.
  • the device 10 can thus be used to supply fuel gas to an installation 12 for producing energy, in particular on a ship.
  • a vessel has a tank 14 or more tanks 14 for storing liquefied gas.
  • the gas is for example methane or a mixture gas comprising methane.
  • the or each reservoir 14 may contain gas in liquefied form at a predetermined pressure and temperature, for example at atmospheric pressure and a temperature of the order of -160 ° C.
  • One or more tanks 14 of the ship can be connected to the installation 12 by a device 10 according to the invention. The number of tanks is thus not limiting. It is for example between 1 and 6.
  • Each tank 14 can have a capacity of between 1,000 to 50,000m3.
  • the tank should be interpreted as “the or each tank”.
  • the reservoir 14 contains liquefied gas 14a as well as gas 14b resulting from an evaporation, in particular a natural evaporation, of the liquefied gas 14a in the tank 14.
  • the liquefied gas 14a is stored at the bottom of the tank 14 while the 14b evaporation is located above the level of liquefied gas in the tank, schematically represented by the letter N.
  • LNG designates liquefied gas, that is to say gas in liquid form
  • BOG designates evaporation gas
  • NBOG designates natural evaporation gas
  • FBOG refers to forced evaporation gas, these acronyms being known to those skilled in the art because they correspond to the initials of associated English expressions.
  • pumps 16a, 16b are immersed in the LNG tank 14, and are preferably located at the bottom of the tank to ensure that they are fed only LNG.
  • the pumps 16a, 16b are here two in number.
  • the pump 16a is connected to an end, here below, of a pipe 18.
  • the pump 16b is connected to an end, here below, of a pipe 20.
  • there may be more pumps of each type for example to provide redundancy of 16a and 16b or use existing pumps such as spray pumps already on a ship (in which case, the function of 16b could be provided by the four spray pumps, each of which has four separate tanks.
  • the pipe 20 comprises an upper end connected to an LNG droplet spray ramp 22 situated in the upper part of the tank 14, above the level N.
  • the ramp 22 is thus configured to spray LNG droplets in the NBOG. This makes it possible to force the recondensation of the NBOG in the tank 14.
  • the pump 16b is configured to force the circulation of LNG in line 20, from the bottom of the tank 14 to the ramp 22 and to ensure that the LNG is pulverized in the form of droplets.
  • a gaseous sky can be present in the main tank while the NBOG can circulate in the pipes.
  • the pump 16a is configured to force the flow of LNG in the pipe 18 from the bottom of the tank 14 to a balloon 24 connected to one end, for example greater, of the pipe 18.
  • the pipe 18 comprises depressurization means 19 , such as a valve JT, so as to reduce the pressure of the LNG circulating in the pipe 18 before reaching the balloon 24.
  • the means 19 are configured so that the pressure of the LNG flowing in the pipe 18 is lowered to the operating pressure of the balloon 24.
  • the means 19 comprise for example a valve JT (as described below).
  • the circulation of the LNG in the pipe 18 and through the depressurization means 19 therefore results in at least partial vaporization of the LNG before feeding the balloon 24.
  • the balloon 24 is thus intended to be supplied with partially vaporized LNG coming from the tank 14.
  • the operating pressure inside the balloon 24 is lower than the storage pressure of the LNG inside the tank 14.
  • 24 balloon in LNG can cause a complementary vaporization of LNG, resulting on the one hand by the generation of FBOG in the balloon 24, and the cooling of LNG remaining in the balloon, which is called "cooled liquefied gas”.
  • the flask 24 contains gas in liquefied form at a predetermined pressure and temperature.
  • the balloon 24 thus contains cooled liquefied gas 24a and gas
  • the cooled liquefied gas (or LNG) 24a is stored at bottom of the balloon 24 while the evaporation gas (or FBOG) 24b is located above the level of liquefied gas in the balloon 24, schematically represented by the letter L.
  • the balloon 24 comprises three fluid communication ports, namely an LNG inlet connected to the pipe 18, an FBOG output and an LNG output.
  • the output of FBOG is connected to an input of a compressor 26, an output of which is connected to a compressor 28.
  • the compressors 26, 28 may be two independent compressors or two compression stages of the same compressor. The compressors 26, 28 can thus be shared.
  • the compressor 26 is here used to apply the operating pressure inside the balloon 24. It is thus configured to depressurize the balloon 24 relative to the tank 14. The pressure difference between them may be such that it is sufficient to force the flow of LNG from the tank to the balloon 24. In the latter case, it is therefore understood that the pump 16a is optional.
  • the conditions imposed by the compressor 26 on the balloon 24 are determined to generate LNG in the expansion tank.
  • LNG can be transferred from the LNG outlet of the balloon 24 to an LNG inlet of a secondary tank 30.
  • the balloon 24 and the secondary tank 30 are here connected by a pipe 31 comprising for example a valve 33 and a pump 35.
  • the pump 35 is configured to force the flow of LNGs from the tank 24 to the secondary tank 30.
  • the pump 35 is particularly useful when the tank 30 is overpressurized with the balloon 24.
  • the secondary tank 30 contains LNG at a predetermined pressure and temperature.
  • the secondary reservoir 30 is configured to store the excess LNG produced in the flask 24.
  • the reservoir 30 thus contains cooled liquefied gas 30a as well as gas 30b resulting from an evaporation, here natural, of the liquefied gas 14a from the reservoir 14.
  • the cooled liquefied gas (or LNG) 30a is stored at the bottom of the secondary reservoir 30 while the evaporation gas 30b is located above the level of liquefied gas in that reservoir, schematically represented by the letter M.
  • the secondary reservoir 30 comprises an output of LNGs.
  • this outlet is connected by a pipe 32 on the one hand to the spray boom 22 of the tank 14 or each tank 14, and on the other hand to a plunger 34 intended to be immersed or immersed in the LNG tank.
  • LNG can supply the spray boom 22 for the purpose of spraying LNG droplets into the BOG of the tank 14, and the LNG can supply the plunger 34 with a view to the injection of LNGs directly into the LNG of the tank. tank 14.
  • the pipe 32 can be connected to the LNG outlet of the secondary tank 30 by a valve 36.
  • the pipe can be connected to the plunger 34 and the ramp 22 by a three-way valve 38.
  • the secondary reservoir 30 is here used to cool a fluid, such as a gas or a liquid, which is here BOG main tank 14.
  • a heat exchange circuit 40 is here associated with the secondary reservoir 30.
  • the circuit 40 may for example be a serpentine pipe immersed in the LNG contained in the secondary tank 30.
  • the circuit 40 could alternatively be located outside the tank 30.
  • the circuit 40 is configured so that heat exchanges take place between the fluid flowing in the circuit 40 and the LNG contained in the secondary reservoir 30.
  • the fluid flowing in the circuit 40 is generally hotter than the LNG which thus cools the fluid during its operation. circulation in the circuit 40.
  • the circuit comprises an input and an output.
  • the input of the circuit 40 is connected to an output 45 of BOG main tank 14, which is here at an upper end of the tank.
  • the BOG output 45 of the reservoir 14 is connected to an input of a secondary circuit 42a of a heat exchanger 42, an output of which is connected to the input or to an input of the compressor 28.
  • the output of the compressor 28 is generally connected to the installation 12 for its supply of fuel gas. Part of the fuel gas leaving the compressor 28 can be withdrawn and re-routed via a pipe 44 which can be connected to the outlet of the compressor 28 via a three-way valve 46.
  • the compressor 28 is configured to compress the gas (such as the NBOG from the tank) to a working pressure adapted to its use in the plant 12.
  • Line 44 is connected to an input of a primary circuit 42b of exchanger 42, an output of which is connected to the input of circuit 40.
  • the output of the circuit 40 is connected by a line 48 to a balloon 50 separate from the balloon 24.
  • the line 48 comprises a valve 52, which is preferably a Joule-Thomson effect valve, for the purpose of reducing the temperature of the gas by adiabatic expansion.
  • a relaxation of Joule-Thomson is a stationary and slow laminar relaxation carried out by passing a flow of gas through a buffer (wadding or raw silk in general) in an insulated pipe and horizontal, the pressure reigning on the left and on the right buffer being different.
  • the relaxation of Joule-Thomson is generally accompanied by a variation of temperature: it is the Joule-Thomson effect.
  • the exchanger 42, the circuit 40, and the valve 52 cool and (re) partially condense the BOG.
  • the balloon 50 is intended to separate the BOG remained in gaseous form 50b BOG (re) condensed 50a before supplying the tank 14 in BOG (re) condensed.
  • the recondensed BOG 50a is stored at the bottom of the flask 50 while the evaporation gas (or BOG) 50b is located above the level of liquefied gas in the flask 50, schematically represented by the letter O.
  • the balloon 50 comprises three fluid communication ports, namely a BOG input connected to the line 48, a BOG gas output and a BOG (re) condensed output.
  • the exit of BOG gas is here connected to the input of the compressor 28.
  • the output of BOG (re) condensed is here connected to the diver 34, the line 32 and / or the spray bar 22 for the purpose of injecting BOG (re) condensed into the reservoir 14.
  • the vacuum evaporation means formed by the following elements, the pump 16a, the depressurization means 19, the tank 24 and the compressor 26, make it possible to recover the latent heat of vaporization which is generally spent in an evaporator of the technique. prior to producing FBGG and the cooling capacity which is used in particular to cool the LNG contained in the main tank 14.
  • the LNG forms a refrigerating capacity that can be stored in the secondary tank 30 when it is not necessary, for example during phases where the quantity of NBOG produced is insufficient to meet the demand.
  • the latent heat recovery vaporization is obtained through the device 10 above and in particular the balloon 24, whose operating pressure is less than that of the reservoir 14 which is for example between -20mbarg and 250mbarg (mbar gauge - or between -20 and 350mbarg, or between -20 and 700mbarg).
  • the operating pressure of the balloon 24 is preferably between 300 and 800mbara (absolute mbar).
  • the LNG from the tank 14 at a saturation equilibrium corresponding to the storage pressure of the LNG in the tank 14, is conveyed to the balloon 24 which is in depression with respect to the tank 14. Therefore, this LNG is in a state of overheating when it is depressurized by the means 19 and, to reach a saturation equilibrium, it releases its excess heat by vaporization.
  • the LNG is then separated into LNGs and FBOG inside the balloon 24 in proportions depending in particular on the operating pressure of the balloon 24.
  • the evaporation rate of the LNG feeding the balloon 24 is between 9.5 and 10%. At 800mbara, this rate is between 2.3 and 3%.
  • the remaining part is a liquid cooled to a temperature corresponding to the saturation equilibrium at the operating pressure of the balloon 24.
  • the LNG is cooled to a temperature between -172 and -175 ° C (temperature drop of -12 to -15 ° C)
  • the LNG is cooled to a temperature of between -163 and -164 ° C (temperature drop of -3 to -4 ° C).
  • the LNG can be evacuated through the pump 35, preferably to the secondary tank 30.
  • the pump 35 can be used to increase the pressure of the LNG.
  • the storage of LNG in the secondary tank 30 keeps the cooling capacity.
  • the vaporized part of the LNG feeding the balloon 24 will accumulate in this balloon.
  • the FBG0 produced in the balloon 24 is preferably continuously extracted. This is done by the compressor 26, which is configured to suck the gas contained in the tank 24, with an inlet pressure corresponding to the operating pressure of the tank 24 and an outlet pressure which is for example similar to the pressure of the tank. Storage of the LNG in the tank 14. The gas thus treated is then easy to use since it is at a pressure similar to that of the NBOG produced in the tank 14 and can supply, with this NBOG, the same compressor 28.
  • This compressor 28 is configured to produce fuel gas directly usable in the installation 12, for example for the supply of propulsion machinery of the ship.
  • the NBOG produced in the tank 14 is conveyed to the compressor 28 which compresses it to the operating pressure.
  • the additional BOG required to meet the demand is produced by forced vaporization of the LNG supplying the balloon 24, then successively supplying the compressors 26 and 28.
  • the pump 16 may be necessary to feed the balloon 24 with LNG from the tank 14. , especially when the height of the tank or the level N is between 10 and 50m - in this case, the only depression of the balloon 24 may indeed be insufficient to circulate the LNG passively in the pipe 18.
  • the balloon 24 must thus be fed with a sufficient flow of LNG to meet, with the NBOG, the gas consumption needs
  • the additional flow rate of FBOG that would be produced in the balloon 24 could be between 0 and 4000 kg / h.
  • the flow from the tank 14 to the balloon 24 could be between 0 and 17.5 t / h.
  • the LNG generated in the balloon 24 is stored in the secondary tank 30.
  • the tank 30 is configured to store and store the LNG and is therefore advantageously thermally insulated.
  • the pressure in the secondary reservoir 30 is for example between 0.3bara and 10bara, to benefit from flexibility in the management of the pressure.
  • the temperature of the LNG in the tank 30 is close to that of the LNG in the tank 24, and is for example between -175 to -161 ° C.
  • the LNG contained in the secondary tank 30 can be routed in line 32 to the spray boom 22, to spray droplets of LNG in the BOG contained in the tank 14 and thus cool the BOG. It can also be re-injected by the diver 34 into the tank LNG in order to directly cool this LNG.
  • the NBOG which would be produced in excess of the demand of the installation 12, is taken and conveyed to the compressor 28. It is then redirected by the valve 46 to the circuit 40 of the secondary reservoir 30 in which it is cooled. by heat exchange with the previously stored LNG, as previously explained. Then, the excess NBOG is directed to the valve 52 through which it will be depressurized to reach a pressure close to the storage pressure in the reservoir 14. For example, if the reservoir is an atmospheric reservoir, the excess NBOG can be depressurized at a pressure between 0 and 1 barg. Next, the excess NBOG feeds the balloon 50, where it undergoes a phase separation, in BOG (re) condensed and BOG gas.
  • FIGS. 2 to 6 illustrate phases of operation of the device of FIG. 1, which may correspond to the speed phases of the ship equipped with this device.
  • the liquefied gas cooling process is described here in three phases:
  • Phase where the amount of NBOG is insufficient also called FBOG phase ( Figures 2 and 3), for example when the ship is sailing at a speed requiring more BOG to complete the NBOG product in the tank 14.
  • BOG or FBOG additional will be provided by the device 10 and cold power will be generated.
  • Phase in which the NBOG produced is in excess ( Figures 4 and 5), for example when the ship is sailing at a low speed or is anchored, the excess of NBOG to be managed in a safe and respectful manner. environment.
  • Phase in which the main tank 14 of the ship is cooled (FIG. 6), for example before loading after the return voyage (during which management of the BOG is generally not necessary because the tank or tanks 14 are practically empty) .
  • Phase where the amount of NBOG is insufficient also called FBOG phase ( Figures 2 and 3)
  • Figure 2 illustrates steps of the first phase in which FBGO and LNG are jointly produced by the device.
  • NBOG is taken from this tank through the outlet 45 and then feeds the compressor 28, which will produce combustible gas at a permissible pressure for the installation 12, for example of the order from 6-7bars, 15-17bars or 300-315bars.
  • the LNG of the tank 14 is conveyed by the pump 16a and the pipe 18 to the depressurization means 19 where the LNG undergoes a depression up to the operating pressure of the balloon 24.
  • the LNG reaches the balloon 24 at the operating pressure of this balloon and, because of the saturation equilibrium displacement induced by the pressure differential between the tank 24 and the tank 14, a part of the LNG vaporizes (flash phenomenon) between the depressurization means 1 9 and the balloon and the rest is cooled to the temperature saturation of the LNG at the operating pressure of the balloon. Sufficient flow must be taken from the tank 14, as explained above.
  • the FBOG contained in the balloon 24 is then evacuated and compressed by the compressor 26 at the storage pressure of the LNG in the tank 14. Then, the FBOG is again compressed by the compressor 28 to reach the pressure required for the installation 1 2.
  • the LNG of this balloon is conveyed to the secondary tank 30, in particular when the LNG filling rate of the balloon reaches a certain threshold level, for example 50%.
  • FIG. 3 illustrates further steps of the first phase in which LNG is stored in the secondary tank 30.
  • LNG contained in the tank 30 can be transferred to the bottom of the tank 14, through the pipe 32 and the plunger 34, to cool the LNG of the tank 14 below the saturation temperature of the LNG at the storage pressure in the tank 14.
  • FIG. 4 illustrates steps of the second phase in which excess BOG is recondensed.
  • the NBOG produced in the tank 14 is in sufficient quantity or more than sufficient to meet the needs of the installation 1 2.
  • the BOG is taken from this tank and feeds the compressor 28 to reach the pressure required for the installation 1 2.
  • the excess of BOG that can not be consumed by the installation is conveyed from the outlet of the compressor 28 to the exchanger 42 in which it undergoes cooling by heat exchange with the cold NBOG directly taken from the tank 14 by the exit 45.
  • the excess BOG is then sent at the circuit 40 of the secondary tank 30 where it is again cooled by heat exchange with the LNG stored in this tank, as explained above.
  • the excess BOG is depressurized by the valve 52 and feeds the balloon 50 where the BOG (re) condensed by the exchanger 42, the circuit 40 and the valve 52 is separated from the BOG gas.
  • the remaining BOG gas is returned to the compressor 28 to supply the installation 1 2.
  • Figure 5 illustrates steps of the second phase, in which LNG is pulverized.
  • FIG. 6 illustrates steps of the last phase.
  • the re-liquefaction terminals where the ship loads its cargo, require a cold temperature in the tank 14 before loading, in order to limit the amount of LNG that would be instantly vaporized (flash).
  • This is generally done by spraying by means of the ramp 22, and associated pump 16b, LNG already contained in the tank 14 for cooling the BOG of this tank.
  • this operation can be performed by supplying the ramp 22 with LNGs from the secondary tank 30, and therefore LNG colder than that contained in the tank 14.
  • the LNG contained in the secondary tank 30 can be regenerated in the same way as during the first phase.
  • FIG. 7 represents an alternative embodiment of the device which differs from that of FIG. 1 in that it comprises another heat exchanger 60.
  • the heat exchanger 60 comprises two circuits, respectively primary 60a and secondary 60b.
  • the secondary circuit 60b comprises an input connected to the pipe 18, here downstream of the depressurization means 19.
  • the secondary circuit 60b comprises an output connected to the LNG inlet of the balloon 24.
  • the primary circuit 60a comprises an input connected by a three-way valve 62 respectively to the pump 16b and to the spray bar 22 of the reservoir 14.
  • the primary circuit 60a comprises an output connected to an LNG inlet of the secondary reservoir 30.
  • the secondary circuit 60b is a cold circuit, the fluid circulating in this circuit and in this case the depressurized LNG, being intended to be heated by circulation in this circuit so as to vaporize it (in FBOG).
  • the primary circuit 60a is a hot circuit, the fluid flowing in this circuit and in this case the LNG from the tank 14, being intended to be cooled by circulation in this circuit.
  • the circuit 60a may not allow, however, to vaporize the heavier components (ethane, propane, etc.). It is understood that the depressurization upstream of the secondary circuit 60b makes it possible to lower the vaporization temperature, which makes it possible to generate FBOG from a heat exchange with the LNG taken from the tank and circulating in the primary circuit.
  • FBOG vaporization requires a supply of heat supplied by the LNG circulating in the primary circuit, so it is a cooling source for the cooling of LNG circulating in the primary circuit.
  • the pump 16a can be sized to circulate only a predetermined maximum amount of LNG, for the formation of FBOG sufficient to meet the needs of the installation 12, in addition to the NBOG. This task could be done by the fuel pump usually installed in a ship,
  • the capacity of the balloon 24 can be decreased insofar as the feed rate of LNG can be lower (only the additional FBOG flow would be used to reach the fuel gas demand of the installation 12),
  • FIG. 8 shows another embodiment of a device 1 10 according to the invention which can be considered as allowing a cooling of liquefied gas and / or a cooling of natural evaporation gas of liquefied gas.
  • the device 1 10 is particularly suitable but not exclusively for the supply of fuel gas to a ship, such as a liquefied gas transport vessel.
  • the device can thus be used to supply fuel gas to an installation 12 for producing energy on board a ship.
  • a vessel comprises a tank 1 14 or several tanks 1 14 of liquefied gas storage.
  • the gas is, for example, methane or a mixture of gases comprising methane, for example liquefied natural gas.
  • the or each reservoir 1 14 may contain gas in liquefied form at a predetermined pressure and temperature, for example at atmospheric pressure. and a temperature of the order of -160 ° C.
  • One or more tanks 1 14 of the ship can be connected to the installation 1 12 by a device 1 10 according to the invention. The number of tanks is thus not limiting. It is for example between 1 and 6.
  • Each tank 1 14 can have a capacity of between 1,000 to 50,000m3.
  • the tank should be interpreted as “the or each tank”.
  • the tank 1 14 contains liquefied gas 1 14a and gas 1 14b resulting from evaporation, in particular natural, liquefied gas 1 14a in the tank 1 14. Naturally, the liquefied gas 1 14a is stored at the bottom of the tank 1 14 while the evaporation gas 1 14b is located above the level of liquefied gas in the tank, schematically represented by the letter N.
  • LNG designates liquefied gas, that is to say gas in liquid form
  • BOG designates evaporation gas
  • NBOG designates natural evaporation gas
  • FBOG refers to forced evaporation gas, these acronyms being known to those skilled in the art because they correspond to the initials of associated English expressions.
  • the tank 1 14 comprises a spray chute 122 for spraying LNG droplets which is situated in the upper part of the tank, above the level N.
  • the ramp 122 is thus configured to spray droplets of LNG in the BOG. This makes it possible to force the recondensation of the BOG in the tank 14.
  • the device 1 10 here comprises cooling means 170 which are associated with a secondary tank 130 LNG storage.
  • the cooling means 170 comprise, for example, a heat exchange circuit 172 associated with the tank 130.
  • the secondary tank 130 contains LNGs at a predetermined pressure and temperature.
  • the secondary tank 130 is configured to store LNGs.
  • the reservoir 30 thus contains cooled liquefied gas 130a as well as gas 130b resulting from evaporation of the liquefied gas 130a.
  • liquefied gas cooled (or LNG) 130a is stored at the bottom of the secondary tank 130 while the evaporation gas 130b is located above the level of liquefied gas, schematically represented by the letter M.
  • the secondary reservoir 130 includes an output of LNGs.
  • this output is connected by a pipe 132 on the one hand to the spray boom 122 of the tank 1 14 or each tank 1 14, and on the other hand to a plunger 134 intended to be immersed or submerged in LNG tank 1 14.
  • LNG can supply the spray boom 122 for spraying droplets of LNG in the BOG of the tank 1 14, and the LNG can supply the plunger 134 for the purpose of injection of LNGs directly into the LNG of tank 1 14.
  • the pipe 132 can be connected to the LNG outlet of the secondary tank 130 via a valve 136.
  • the pipe can be connected to the plunger 134 and to the ramp 122 via a three-way valve 138.
  • the secondary tank 130 is here used to cool a fluid, such as a gas or a liquid, which is here BOG main tank 1 14.
  • Another heat exchange circuit 140 is here associated with the secondary tank 130.
  • L The combination of each circuit 140, 172 to the secondary tank 130 must here be understood in the broad sense, the circuits 172 and 140 may for example be serpentine pipes immersed in the LNG contained in the secondary tank 130. These circuits may alternatively
  • the circuit 140 is configured so that heat exchanges take place between the fluid circulating in the circuit and the LNG contained in the secondary tank 130.
  • the fluid flowing in the circuit 140 is generally more It is hot that the LNGs thus cool the fluid during its circulation in the circuit 140.
  • the circuit comprises an inlet and an outlet.
  • the input of the circuit 140 is connected to a BOG output 145 of the main tank 1 14, which is here at an upper end of the tank.
  • the BOG 145 output of the tank 140 is connected to an input of a secondary circuit 142a of a heat exchanger 142, an output of which is connected to an input of a compressor 128.
  • the output of the compressor 128 is generally connected to the installation January 12 for its supply of fuel gas. Part of the fuel gas leaving the compressor 128 can be withdrawn and re-routed through a pipe 144 which can be connected to the outlet of the compressor 128 via a three-way valve 146.
  • the compressor 128 is configured to compress the gas to a service pressure adapted to its use in the installation 1 12.
  • the pipe 140 is connected to an input of a primary circuit 142b of the exchanger 142, an output of which is connected to the input of the circuit 140.
  • the output of the circuit 140 is connected by a line 148 to a balloon 150.
  • Line 148 comprises a valve 152, such as a Joule-Thomson effect valve, for the purpose of reducing the temperature of the gas by adiabatic expansion.
  • a valve 152 such as a Joule-Thomson effect valve
  • the exchanger 142, the circuit 140 and the valve 152 condense (in other words: (re) liquefy) part of the BOG.
  • the balloon 150 is intended to separate the BOG thus (re) condensed from the BOG remained in gaseous form.
  • the balloon 150 thus contains BOG (re) condensed (by the condensing line comprising for example the exchanger 142, the circuit 140 and the valve 152) 150a as well as the BOG gas 150b.
  • BOG condensed
  • condensed BOG 150a is stored at the bottom of flask 150 while BOG gas 150b is located above the level of liquefied gas in flask 150, schematically represented by the letter O.
  • the balloon 150 comprises three fluid communication ports, namely a BOG input connected to the line 148, a BOG gas output and a liquid BOG output.
  • the condensed BOG output is here connected to the compressor input 126 via a line 151.
  • the liquid BOG outlet is here connected to the plunger 134, the pipe 132 and / or the spray bar 122 for the storage of LNG in the tank 1 14.
  • FIG. 9 represents an alternative embodiment of the device 1 which differs from that of FIG. 8 by its cooling means 170.
  • the cooling means 170 comprise a pump 1 16a immersed in the LNG of the tank 1 14, and preferably located at the bottom of the tank to ensure that it is fed only LNG.
  • the pump 1 16a is connected to an end, here below, a line 1 18.
  • the pipe 1 18 comprises an upper end connected to an LNG inlet of the secondary reservoir 130 for the supply of LNG in this tank.
  • Line 1 18 passes through or includes a cold generator, such as a vacuum evaporator, which may include a balloon associated with a compressor, as illustrated in the previous embodiment.
  • the pump 1 16a is configured to force the circulation of LNG in the pipe 1 18 from the bottom of the tank 1 14 to the secondary tank 130, for the supply of LNGs secondary tank 130 and storage therein.
  • cooling means 170 in the environment of a ship to make the best use of this equipment to meet the needs of the ship.
  • the cooling means 170 are such that in use:
  • LNG is conveyed from the tank 1 14, by the pump 1 16a, to the cooling means 170 where it is cooled and then injected into the secondary tank 130 where it is stored; if the capacity of the tank 130 is not sufficient for this storage, LNGs can be sent to the line 132 and then by the plunger 134 inside the tank 1 14, which allows the LNG to be cooled in the tank 1 14 ;
  • the cooling means 170 directly cool the LNG stored in the secondary tank 130 by being directly in contact with this LNG, in order to generate LNGs.
  • the temperature of the LNG is preferably between -180 and -160 ° C, which corresponds to a temperature drop of the LNG between -0, 5 and -20 ° C typically. Due to the heat input into the secondary tank 130, some of the LNGs can evaporate and turn into BOG 130b. If the pressure inside the secondary reservoir 130 reaches a predetermined threshold, then it can be controlled by removing a portion of the BOG through the compressor 126.
  • the secondary reservoir 130 is designed according to its use, and has for example a capacity of between 50 to 500m3 for managing the BOG on a trip, or 1,500 to 10,000m3 for BOG management during anchoring (2 to 5 days).
  • the pressure in the secondary reservoir 130 is for example between 0.3bara and 10bara, to benefit from flexibility in the management of the pressure and the evaporation gas 130b.
  • the cooling means 170 can be operated independently of the solution and its environment. Preferably, the cooling means 170 are in continuous operation, when cooling capacity is immediately necessary or not.
  • LNG can be sent to the tank 1 14 by means of the pipe 132 and the plunger 134, for example to control the pressure or the temperature of the LNG contained in the tank 1 14.
  • the pressure in the tank 1 14 is controlled by taking NBOG from the tank 14 by sucking the NBOG by means of the compressor 126 through the NBOG outlet 145 of the tank 1 14.
  • the NBOG from the compressor 126 is used to supply the installation 1 12. If the load of the installation 1 12 is not sufficient to consume all the NBOG, then there is excess NBOG that must be managed. In this case, it is preferable to act only on the excess NBOG rather than on the LNG or all the NBOG contained in the tank 1 14, as previously described.
  • the excess NBOG from the compressor 126 to the operating pressure of the installation 1 12 (for example 6-7bar or 15-17bar or 300-315bars depending on the type of installation of the ship) is sent to the heat exchanger 142 through which it will be cooled by heat exchange with NBOG taken from the outlet of NBOG 145 in the tank 1 14. Then, the excess NBOG is sent to the heat exchange circuit 140 of the tank 130, through which the GNLs contained in this tank 130 will be cooled by heat exchange. Then, the excess NBOG is depressurized by the valve JT 152 at the operating pressure of the balloon 150, before feeding this balloon 150.
  • the balloon 150 is regulated at a pressure close to the storage pressure in the tank 1 14.
  • the BOG condensing line (which comprises the heat exchanger 142, the circuit 140, the valve JT 152 and the balloon 150), a part Excess NBOG is condensed. Finally, the condensed NBOG recovered in the balloon 150 is reinjected into the tank 1 14, through the plunger 134. By (re) condensing the NBOG, it is possible to lower the pressure of the NBOG in the tank 1 14.
  • the cooling means 170 can process all the excess NBOG and operate continuously at an average capacity.
  • the cooling means 170 are sized either to handle the maximum excess of NBOG, then operate at lower capacities to handle the actual variations of excess NBOG, or at a balanced capacity and the excess of NBOG beyond that capacity is lost.
  • the cooling means 170 can be sized according to the average excess capacity of NBOG while being able to handle all the surplus NBOG.
  • the average excess NBOG is in the range of 25 to 50% maximum NBOG excess.
  • the cold power is used to spray LNG into the tank 14. In doing so, the vapor phase in the tank 14 is cooled and partially condensed. In terms of energy, this is not ideal because part of the excess NBOG can be used to power the installation 1 12. With the device 1 10, part of the NBOG is used to power the installation 1 12 and the cold power is used only on the NBOG surplus. For a typical ship, the gas consumption during anchoring is in the range of 15 to 30% of the NBOG.
  • the surplus NBOG is compressed at an inlet pressure of the installation 1 12 (typically of 6-7bar, 15-17bar or 300-315bar), then cooled by LNGs and phased before returning to main tank 1 14.
  • an inlet pressure of the installation 1 12 typically of 6-7bar, 15-17bar or 300-315bar
  • This is more efficient than spraying LNGs in the vapor phase of main tank 1 14, as it allows the surplus NBOG to be further cooled and condensed to a greater extent. proportion thanks to the pressure difference.
  • Some cooling means can be used in particular conditions.
  • the vacuum evaporator described above can only generate cold from additional FBOG needed in addition to the NBOG to supply the installation 1 12. With the device 1 10, the generated cold power can be used when and where it is needed.
  • FIGS. 9 and 10 illustrate operating phases of the device of FIG. 9, which are naturally applicable to the device of FIG. 8, and which may correspond to the operating phases of the ship equipped with this device.
  • the secondary tank 130 does not need to be supplied with LNG from the tank 1 14 (for example, the energy requirements are provided by another energy source) and the conditions of the tank 1 14 must to be controlled (for example mooring pressure or temperature before loading), then LNG contained in the secondary tank 130 can be used to cool the LNG contained in the tank 1 14, by routing it through the pipe 132 and the plunger 134. 2. Management of excess NBOG - Figure 10.
  • the excess NBOG can be managed by circulating it through the condensation line formed by the exchanger 142, the heat exchange circuit 140, the JT valve 152 and the balloon 150.
  • the compressor 126 makes it possible to route the NBOG to a pressure admissible by the installation 1 12.
  • the NBOG is warmed during this compression.
  • the exchanger 142 is used to recover a portion of the cold from the tank 1 14. This is a possibility for better performance, but is not fundamental and therefore not essential. It is therefore removed in the embodiment of Figure 1 1.
  • An output of the three-way valve 146 is therefore directly connected to the input of the circuit 140, and the NBOG output 145 of the tank is directly connected to the input of the compressor 126.
  • FIG 12 shows an alternative embodiment of the device which differs from that of Figure 9 in that it comprises another heat exchanger 180.
  • the heat exchanger 180 comprises two circuits, respectively primary 180a and secondary 180b.
  • the secondary circuit 180b includes an input connected to a pump
  • the primary circuit 180 is comparable to the heat exchange circuit 140 described in the foregoing.
  • the primary circuit 180a is a hot circuit, the fluid circulating in this circuit and in this case the compressed BOG, being intended to be cooled by circulation in this circuit.
  • the secondary circuit 180b is a cold circuit, the fluid flowing in this circuit and in this case the LNGs from the tank 330, being intended to be cooled by circulation in this circuit.
  • FIG. 13 shows an alternative embodiment of the device 10 which differs from that of FIG. 1 in that the balloon 24 and the secondary tank 30 are communized to form and define a single same tank 90 for forced vaporization of LNG coming from the tank 14 and LNG storage so produced.
  • the first table below gives examples of values for different operating parameters of the device according to the invention, for various ranges (wide, median and optimal).
  • the second table gives the same types of parameters but is targeted at more common compositions of liquefied gas and in particular liquefied natural gas, such as methane or a mixture of gases containing
  • the hydrostatic pressure varies at the lower end of the pipe 18 (the pump is generally at a stable depth).
  • the temperature of the liquefied gas in the flask 24 is equal to the "temperature of the BOG cooled by the circuit 40 (° C)" minus 2 ° C for example, which corresponds to the "pinching" of the exchanger.
  • X is the mass percentage of vaporized liquid
  • Hl, d (J / Kg) is the enthalpy of the upstream liquid at the upstream temperature and pressure
  • Hv, d (J / Kg) is the enthalpy of the gas vaporized at the downstream pressure and corresponding to the saturation temperature
  • d (J / Kg) is the enthalpy of the residual liquid at the downstream pressure and corresponding to the saturation temperature.

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Abstract

Dispositif (10) de refroidissement de gaz d'évaporation naturelle pour une installation (12) de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire, caractérisé en ce qu'il comprend : - de manière facultative, un réservoir principal (14) de stockage de gaz liquéfié et comportant une première sortie (45) de gaz d'évaporation naturelle, - des moyens (170) de refroidissement de gaz liquéfié, - un réservoir secondaire (30) de gaz liquéfié refroidi configuré pour stocker du gaz liquéfié refroidi par lesdits moyens de refroidissement, - un premier circuit (40) d'échange de chaleur comportant une entrée destinée à être reliée à ladite première sortie dudit réservoir principal en vue de la circulation de gaz d'évaporation naturelle dans ledit circuit, ledit premier circuit étant configuré pour coopérer avec ledit réservoir secondaire afin que ledit gaz d'évaporation naturelle traversant ledit premier circuit soit refroidi par du gaz liquéfié refroidi stocké dans ledit réservoir secondaire ou provenant dudit réservoir secondaire.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE REFROIDISSEMENT DE GAZ LIQUEFIE ET/OU DE GAZ D'EVAPORATION NATURELLE DE GAZ LIQUEFIE
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un dispositif et un procédé de refroidissement de gaz liquéfié et/ou de gaz d'évaporation naturelle de gaz liquéfié pour une installation de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire, tel qu'un navire de transport de gaz liquéfié ou dont des machines fonctionnent au gaz liquéfié.
ETAT DE L'ART
L'état de l'art comprend notamment le document EP-A1 2 670 274.
Afin de transporter plus facilement du gaz, tel que du gaz naturel, sur de longues distances, le gaz est généralement liquéfié (pour devenir du gaz naturel liquéfié - GNL) en le refroidissant à des températures cryogéniques, par exemple -163°C à la pression atmosphérique. Le gaz liquéfié est ensuite chargé dans des navires spécialisés.
Dans un navire de transport de gaz liquéfié, par exemple du type méthanier, une installation de production d'énergie est prévue pour pourvoir aux besoins énergétiques du fonctionnement du navire, notamment pour la propulsion du navire et/ou la production d'électricité pour les équipements de bord.
Une telle installation comprend couramment des machines thermiques consommant du gaz provenant d'un évaporateur que l'on alimente à partir de la cargaison de gaz liquéfié transportée dans le ou les réservoirs du navire.
Le document FR-A-2 837 783 prévoit d'alimenter un tel évaporateur et/ou d'autres systèmes nécessaires à la propulsion à l'aide d'une pompe immergée au fond d'un réservoir du navire.
Afin de limiter l'évaporation du gaz liquéfié, il est connu de le stocker sous pression dans le réservoir de manière à se déplacer sur la courbe d'équilibre liquide-vapeur du gaz liquéfié considéré, augmentant ainsi sa température de vaporisation. Le gaz liquéfié peut ainsi être stocké à des températures plus importantes ce qui a pour effet de limiter l'évaporation du gaz.
L'évaporation naturelle du gaz est toutefois inévitable, ce phénomène étant appelé NBOG qui est l'acronyme de l'anglais Natural Boil-Off Gas (par opposition à l'évaporation forcée de gaz ou FBOG, acronyme de l'anglais Forced Boil-Off Gas). Le gaz qui s'évapore naturellement dans le réservoir d'un navire est en général utilisé pour alimenter l'installation précitée. Dans le cas (premier cas) où la quantité de gaz évaporé naturellement est insuffisante pour la demande en gaz combustible de l'installation, la pompe immergée dans le réservoir est actionnée pour fournir davantage de gaz combustible après évaporation forcée. Dans le cas (second cas) où la quantité de gaz évaporé est trop importante par rapport à la demande de l'installation, l'excédent de gaz est en général brûlé dans une unité de combustion de gaz, ce qui représente une perte en gaz combustible.
Dans la technique actuelle, le perfectionnement des réservoirs sont tels que les taux d'évaporation naturelle (BOR - acronyme du Boil-Off Rate) des gaz liquéfiés sont de plus en plus faibles, alors que les machines d'un navire sont de plus en plus performantes. Ceci a pour conséquence, dans chacun des premier et second cas précités, que l'écart est très important entre la quantité de gaz naturellement produit par évaporation et celle demandée par l'installation d'un navire.
Par conséquent, il existe un intérêt croissant pour des solutions de refroidissement du gaz liquéfié contenu dans un réservoir de stockage et gestion du BOG généré dans ce réservoir, comme par exemple des unités de re-liquéfaction ou de refroidissement, telles que celles décrites dans la demande WO-A1 -2016/075399. L'idée à la base de ce document est de proposer un dispositif de refroidissement d'un gaz liquéfié permettant de limiter l'évaporation naturelle du gaz liquéfié tout en le conservant dans un état thermodynamique permettant son stockage de manière durable. Cependant, la technologie à échangeur de chaleur décrite dans ce document est coûteuse et peu efficace, et présente d'autres inconvénients qui seront détaillés dans ce qui suit. Par ailleurs, plusieurs paramètres influent sur la génération de NBOG, comme les mouvements de liquide et les conditions ambiantes. Les besoins énergétiques dans un navire varient également beaucoup, selon l'opération effectuée ou la vitesse de navigation. Par conséquent, il peut s'avérer difficile de mettre en place une solution efficace de gestion de BOG car la quantité de NBOG en excès peut varier énormément.
La présente invention propose un perfectionnement à la technique actuelle, qui est simple, efficace et économique. EXPOSE DE L'INVENTION
Selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif de refroidissement de gaz liquéfié, en particulier pour une installation de production d'énergie embarquée sur un navire,
caractérisé en ce qu'il comprend :
- de manière facultative, un réservoir principal de stockage de gaz liquéfié,
- un premier ballon de séparation de gaz liquéfié refroidi, dont une entrée est reliée à une première extrémité d'une première conduite dont une seconde extrémité est destinée à être immergée dans le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal, de préférence en fond de cuve, ladite première conduite étant apte à alimenter ledit premier ballon en gaz liquéfié,
- des moyens de mise en dépression dudit premier ballon par rapport audit réservoir principal, qui sont configurés pour appliquer dans ledit premier ballon une pression de fonctionnement inférieure à la pression dans ledit réservoir principal,
- des moyens de vaporisation, équipant ladite première conduite et/ou ladite entrée dudit premier ballon, de façon à ce qu'au moins une partie du gaz liquéfié alimentant ledit premier ballon, dite gaz vaporisé, soit vaporisée et qu'au moins une autre partie (par exemple : le reste) de ce gaz liquéfié, dite gaz liquéfié refroidi, soit refroidie à la température de saturation à ladite pression de fonctionnement dans ledit premier ballon, ledit premier ballon étant configuré pour séparer ledit gaz vaporisé et ledit gaz liquéfié refroidi, et - des moyens d'alimentation dudit réservoir principal en ledit gaz liquéfié refroidi contenu dans ledit premier ballon, afin de refroidir le gaz, liquéfié et/ou sous forme de gaz, contenu dans ledit réservoir principal.
C'est ici le gaz liquéfié qui est refroidi, ou plutôt davantage refroidi par rapport à ce qu'il l'est déjà, et destiné à être utilisé pour refroidir et maîtriser la température du gaz liquéfié contenu dans le réservoir principal.
Le premier ballon agit comme un évaporateur sous vide (ESV) et est associé au premier compresseur qui agit comme un compresseur d'évaporation sous vide. De manière connue, la vaporisation ou dépressurisation d'un gaz entraîne une libération d'énergie frigorifique. Les moyens de vaporisation peuvent donc être assimilés à des moyens de refroidissement. Par ailleurs, des moyens de vaporisation, des moyens de dépression et des moyens de dépressurisation, ont des significations similaires voire identiques au sens de l'invention. Selon l'invention, des moyens de vaporisation équipent la première conduite et/ou l'entrée de connexion de cette première conduite au premier ballon. Le premier ballon peut en outre former des moyens de vaporisation (complémentaire), comme cela sera expliqué dans ce qui suit.
L'invention propose ainsi de remplacer l'échangeur de la technique antérieure par un évaporateur sous vide, ce qui permet d'obtenir une puissance frigorifique plus importante et donc d'améliorer l'efficacité du refroidissement du gaz, liquéfié et/ou sous forme de gaz, contenu dans le réservoir principal.
Le réservoir principal est facultatif dans la mesure où il peut être considéré comme faisant partie ou non du dispositif selon l'invention. Le dispositif peut par exemple être livré sans réservoir principal qui ne fait donc pas partie du dispositif. En variante, le dispositif une fois monté sur un navire par exemple, est associé à un réservoir principal qui fait donc partie du dispositif selon l'invention.
Avantageusement, il n'y pas d'échangeur de chaleur (dont l'inconvénient est d'engendrer une perte de froid par pincement) intervenant durant l'étape de détente ou de vaporisation. Dans la technique antérieure, avec l'utilisation d'un tel échangeur de chaleur, toute la partie légère est totalement évaporée grâce notamment à l'échangeur qui évapore la partie légère du gaz restée liquide après la dépressurisation. Toutefois, la dépressurisation et l'échangeur ne sont pas suffisants pour évaporer également les lourds.
Dans la présente demande, on entend par lourds et légers, respectivement les gaz lourds ou de masses molaires élevées et les gaz légers ou de masses molaires faibles. Dans un mode de réalisation, le gaz liquéfié est du gaz naturel liquéfié. Dans ce cas, un gaz léger est le méthane. Dans du gaz naturel liquéfié, il peut aussi y avoir un peu d'azote dans la partie légère. La partie lourde minoritaire comporte, par exemple pour le gaz liquéfié du propane, du butane et de l'éthane (qui s'évapore donc à une température supérieure ou à une pression inférieure par exemple à la pression de fonctionnement). Dans le gaz liquéfié, les lourds représentent entre 5,2% et 49.8% de la masse totale de gaz liquéfié. Les lourds ont par exemple des masses molaires entre 25 et 500% plus importantes que celles des légers).
Les améliorations apportées par ce dispositif sont nombreuses et sont par exemple les suivantes:
- une architecture plus simple, un contrôle plus simple et une utilisation plus sûre grâce à un procédé de refroidissement qui peut avoir lieu intégralement en dehors du réservoir principal,
- une meilleure efficacité du fait de la suppression du pincement qui peut avoir lieu avec un échangeur de la technique antérieure, tel que celui décrit dans la demande WO-A1 -2016/075399 ; compte tenu des pressions de fonctionnement et des chutes de température associées, un pincement de 1 à 2 ° C représente une perte de puissance froide générée autour de 15%,
- la puissance frigorifique est générée sous forme de gaz liquéfié refroidi qui peut être acheminé et utilisé en fonction des besoins, voire stockée pour une utilisation ultérieure ; ceci est particulièrement avantageux puisque cette puissance peut être générée en récupérant l'énergie de gaz d'évaporation forcée pendant les phases manquantes de NBOG correspondant à des phases où de la puissance chaude plutôt que de la puissance froide est nécessaire, - a contrario, en considérant les dimensions typiques d'un réservoir principal, en particulier de navire, le volume de gaz stocké dans un tel réservoir, et les tailles des équipements de refroidissement requis tels que décrits dans la demande antérieure précitée, la puissance froide récupérée avec ces équipements n'est pas suffisante pour son stockage et son utilisation ultérieure,
- le gaz liquéfié est destiné à subir une séparation de phases dans le ballon, seul du gaz, pouvant être utilisé dans l'installation, étant destiné à être aspiré par les moyens de dépression tels qu'un compresseur ; aucune gouttelette ne risque ainsi d'être aspirée par le compresseur, ce qui pourrait l'endommager ; en considérant les plages de pression de fonctionnement, les températures et compositions de gaz liquéfié, dans la plupart des cas, le gaz liquéfié ne sera pas complètement vaporisé dans un échangeur de chaleur tel que celui décrit dans la demande antérieure précitée ; par exemple, le ratio de liquide dans l'architecture initiale à 120mbara est compris entre 0,12 et 32%, et à 800mbara (il n'est pas possible de considérer une pression à 950mbara comme proposé dans la demande antérieure en raison du pincement dans l'échangeur), il est compris entre 0,8 et 92% (fortes variations dues à différentes compositions de gaz liquéfié),
- dans la demande antérieure, tout le flux nécessaire à l'alimentation de l'installation, c'est-à-dire à destination du consommateur, doit passer par un compresseur, ce qui n'est pas forcément le cas dans l'invention où seule la quantité de gaz d'évaporation forcée nécessaire est utilisée pour compléter la quantité produite de gaz d'évaporation naturelle ; ainsi, la capacité du compresseur est réduite, ce qui permet de réduire les coûts d'investissement initiaux et les frais d'exploitation ; de plus, comme chaque composant du dispositif introduit des pertes, il est plus efficace globalement de limiter les débits circulant dans le dispositif ; enfin, le dispositif proposée se raccorde facilement à une installation de consommation classique d'un navire, limitant par conséquent l'impact sur l'environnement existant et accordant plus de souplesse à la conception des machines fonctionnant au gaz combustible d'un navire ;
- le ballon est de préférence situé en dehors du réservoir principal, facilitant et sécurisant le dispositif.
Dans l'ensemble, par rapport au dispositif habituel installé sur un navire où du BOG supplémentaire est généré en alimentant en gaz liquéfié un échangeur de chaleur au moyen d'une pompe, le dispositif réduit ici l'énergie totale dépensée pour la vaporisation de 31 à 38%. Le but principal est de générer du froid en récupérant l'énergie de vaporisation qui est typiquement une dépense dans un navire. En fonction des caractéristiques du navire, notamment du profil de vitesse de navigation, de l'efficacité de ses machines, etc., le dispositif permet de générer une puissance frigorifique jusqu'à 175% de la chaleur produite lors d'un voyage du navire (y compris le retour incluant l'exploitation commerciale et l'attente d'entrée d'un canal).
La pression dans le réservoir principal peut varier selon la profondeur dans le réservoir en raison de la pression hydrostatique.
Dans la présente demande, on entend par « fond » de réservoir ou de cuve, une position située à moins d'un mètre d'une paroi de fond du réservoir, cette paroi de fond étant la paroi du réservoir la plus proche du centre de la terre en fonctionnement. La ou les pompes sont de préférence aussi proches du fond que possible pour fonctionner jusqu'au plus bas niveau de remplissage possible (la distance par rapport au fond est limitée par le fait qu'une pompe trop proche du fond peut avoir des difficultés à s'amorcer).
Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
ledit premier ballon est un ballon de séparation et/ou de détente ;
au moins une partie dudit premier ballon, et/ou au moins une partie de ladite première conduite, et/ou au moins une partie desdits moyens de vaporisation, est/sont logé(e)s ou destiné(e)s à être logé(e)s dans ledit réservoir principal ;
ledit premier ballon est configuré pour être alimenté uniquement en gaz liquéfié ;
la pression du gaz liquéfié dans ladite première conduite est de préférence supérieure à la pression hydrostatique engendrée par la portion immergée de cette première conduite dans ledit réservoir principal ;
le diamètre de ladite première conduite, avant lesdits moyens de dépressurisation, est de préférence le moins important possible pour limiter le refroidissement du gaz liquéfié dans cette conduite (limite la déperdition de froid) ;
ladite première conduite est de préférence configurée de façon à ce que le gaz liquéfié prélevé dans ledit réservoir principal reste liquide jusqu'auxdits moyens de dépressurisation ; bien que la pression baisse dans la première conduite du fait que la pression hydrostatique due à la hauteur d'immersion dans le réservoir principal diminue, la pression reste suffisamment élevée pour que tout le gaz reste liquide ;
la pression dans la première conduite, à l'entrée des moyens de dépressurisation, est par exemple de 1 bar environ ; le gaz liquéfié n'ayant que peu réchauffé dans la première conduite, il reste toujours à une température où il est liquide à environ 1 bar (par exemple à environ -160°C) ;
lesdits moyens de vaporisation comprennent une vanne, par exemple JT ou Joule-Thomson et/ou une portion de la première conduite, située en particulier en aval de la vanne ;
la vaporisation du gaz liquéfié prélevé a préférentiellement lieu (majoritairement ou à plus de 80%, voire 90%) juste après la vanne, dans ladite portion de première conduite ; le gaz liquéfié est refroidi également dans cette portion de conduite en raison de la dépression par effet de « flash » évaporation (dépression spontanée);
cette portion de conduite peut être d'un diamètre supérieur à la portion de première conduite située avant la vanne, en particulier de façon à avoir un débit suffisant) car le gaz vaporisé occupe plus de volume ;
en variante, la vaporisation peut avoir lieu majoritairement ou presque uniquement (à plus de 80%) dans ledit premier ballon, si la portion de canalisation entre la vanne et le premier ballon est réduite ou nulle ; dans ce cas, sauf si le premier ballon est d'un volume suffisant, on peut ne pas avoir de fonctionnement en continu ; il faudrait donc attendre que la fin du phénomène d'évaporation et de refroidissement du gaz liquéfié ait lieu, à une température juste en dessous de la température d'ébullition à la nouvelle pression, après dépression ("flash") pour vider le premier ballon, en particulier dans le réservoir secondaire mentionné plus bas ; on pourrait d'ailleurs dans ce cas notamment remplacer la vanne, par exemple JT, par une simple vanne à deux états (tout ou tien c'est à dire 100% fermée/100% ouverte) ;
lesdits moyens de mise en dépression comprennent au moins un premier compresseur dont une entrée est reliée à une première sortie de gaz dudit premier ballon, et dont une sortie est apte à fournir du gaz combustible, en particulier à ladite installation, ledit premier compresseur étant apte à aspirer au moins une partie dudit gaz vaporisé dans ledit premier ballon et à appliquer dans ledit premier ballon ladite pression de fonctionnement ; en variante ou en caractéristique additionnelle, les moyens de mise en dépression comprennent au moins une pompe dont une entrée est reliée à une sortie de liquide dudit premier ballon ; dans cette variante, au moins un compresseur pourrait être utilisé pour aspirer le gaz vaporisé contenu dans ledit premier ballon ;
lesdits moyens d'alimentation comprennent une seconde conduite dont une première extrémité est reliée à une seconde sortie de gaz liquéfié refroidi dudit premier ballon, et dont au moins une seconde extrémité destinée à déboucher dans ledit réservoir principal, ladite seconde conduite étant apte à injecter d'au moins une partie dudit gaz liquéfié refroidi provenant dudit premier ballon dans ledit réservoir principal ; la liaison du premier ballon audit réservoir principal, au moyen de ladite seconde conduite, peut être directe ou indirecte ; autrement dit, la seconde conduite peut comprendre ou être associée à d'autres composants de communication fluidique ou bien divisée en tronçons entre lesquels sont disposés de tels composants ; ceci peut être le cas de l'ensemble des conduites évoquées dans le contexte de l'invention ;
du gaz, sous forme liquide et/ou gazeuse, peut être injecté dans ledit réservoir principal, en particulier au moyen de ladite seconde conduite ; un mélange de gaz et de vapeur peut être injecté dans le réservoir principal ; si ce mélange est réinjecté en fond de cuve, la partie gazeuse du mélange aura tendance à se recondenser sous l'effet de la pression hydrostatique du gaz et de la température du gaz naturel liquéfié dans le réservoir principal ; ceci peut entraîner un ralentissement de la baisse de pression dans le réservoir principal ;
le dispositif comprend une première pompe reliée à ladite seconde extrémité de ladite première conduite, et destinée à être immergée dans ledit gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal, de préférence en fond de cuve, de façon à forcer la circulation de gaz liquéfié à travers ladite première conduite jusqu'audit premier ballon, ; en variante, le dispositif est dépourvu d'une telle première pompe ; c'est par exemple le cas lorsque le premier ballon et la première conduite sont dans ledit premier réservoir ;
- le dispositif comprend une seconde pompe reliée à ladite seconde conduite de façon à forcer la circulation d'au moins une partie dudit gaz liquéfié refroidi à travers ladite seconde conduite depuis ledit premier ballon jusqu'audit réservoir principal ; en variante, cette seconde pompe ne serait pas nécessaire, par exemple dans le cas d'un fonctionnement discontinu où la premier ballon serait alimenté en gaz liquéfié jusqu'à un niveau de remplissage prédéterminé, il serait ensuite mis en dépression pour engendrer un refroidissement du gaz liquéfié et une évaporation partielle, ce qui entraînerait une montée en pression dans ledit premier ballon jusqu'à une valeur sensiblement proche de la pression dans le réservoir principal, suffisante pour rendre la seconde pompe facultative ;
- la première conduite est équipée d'une vanne tout ou rien, et apte à être fermée par exemple lorsqu'une dépression est créée dans ledit premier ballon ; la première ou la seconde pompe peut être une pompe à carburant ou une pompe d'assèchement équipant le navire ; ce type de pompe est typiquement apte à fournir un débit maximum de l'ordre de 25-30t/h ; en variante, une pompe de plus haut débit maximum peut être utilisé, en particulier pour la première pompe, qui serait par exemple apte à fournir un débit maximum de 300t/h, voir de préférence jusqu'à 2500t/h ;
l'ensemble formé par le premier ballon, le premier compresseur et la première pompe, agit comme des moyens d'évaporation sous vide (ou un évaporateur sous vide - ESV) ; de manière générale, dans la présente invention, l'ensemble formé par un ballon, un compresseur et une pompe, est assimilé à des moyens d'évaporation sous vide ; les moyens de vaporisation sont de préférence configurés pour abaisser la pression du gaz jusqu'à la pression de fonctionnement du premier ballon ; ladite seconde sortie dudit premier compresseur est reliée à une entrée d'un second compresseur dont une sortie est apte à alimenter en gaz combustible ladite installation ;
ladite seconde conduite comprend ou est reliée à un plongeur destiné à être immergé dans le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal, et/ou une rampe de pulvérisation dans ledit réservoir principal, en vue de l'injection de gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir principal ; l'injection de gaz liquéfié refroidi peut donc être réalisé dans le gaz et/ou dans le gaz liquéfié contenu dans le réservoir principal ;
ladite seconde sortie dudit premier ballon est reliée à une première entrée d'un réservoir secondaire, de façon à alimenter ce réservoir en gaz liquéfié refroidi et à stocker du gaz liquéfié refroidi dans ce réservoir ;
- le réservoir secondaire est configuré pour contenir ledit gaz liquéfié refroidi à une pression supérieure à ladite pression de fonctionnement dans ledit premier ballon ; le réservoir secondaire est ainsi en surpression par rapport au premier ballon, et est par exemple à la pression atmosphérique ; le réservoir secondaire peut donc être moins cher d'autant qu'il peut être destiné à stocker un volume important de gaz ; c'est un avantage de ce réservoir secondaire ; ainsi, le gaz refroidi pourrait être accumulé dans le premier ballon lorsque les besoins de l'installation sont supérieurs à l'évaporation naturelle, puis être déversé dans la cuve principale de manière à ralentir l'évaporation naturelle lorsque les besoins de l'installation sont inférieurs à l'évaporation naturelle ;
le gaz liquéfié refroidi contenu dans ledit réservoir secondaire peut être considéré comme du gaz liquéfié sous-refroidi ; « sous-refroidi » signifie que le gaz est à une température strictement inférieure à la température d'ébullition (c'est-à-dire à la température de saturation) à la pression à laquelle le gaz est soumis ; dans le réservoir secondaire, le gaz liquéfié est à une pression telle qu'il peut être considéré comme sous-refroidi ; le réservoir secondaire agit comme un échangeur de chaleur de refroidissement de fluide, en particulier de BOG ;
ladite seconde pompe est située entre ladite seconde sortie dudit premier ballon et ladite première entrée dudit réservoir secondaire ;
- ledit réservoir secondaire comprend une première sortie d'au moins une partie dudit gaz liquéfié refroidi reliée à ladite seconde conduite, ladite seconde conduite étant apte à acheminer au moins une partie dudit gaz liquéfié refroidi depuis ledit réservoir secondaire jusqu'audit réservoir principal ;
ledit dispositif comprend au moins un circuit d'échange de chaleur configuré pour refroidir un fluide circulant dans ledit circuit par au moins une partie du gaz liquéfié refroidi stocké dans ledit réservoir secondaire ou provenant dudit réservoir secondaire ; ce circuit d'échange de chaleur peut être situé dans le réservoir secondaire, être accolé ou associé au réservoir secondaire, ou être espacé de ce réservoir secondaire ; une canalisation de gaz liquéfié refroidi peut par exemple être utilisée pour alimenter ledit circuit d'échange de chaleur, qui peut faire partie d'un échangeur à part entière ; en variante, le gaz liquéfié refroidi utilisé pour refroidir le fluide circulant dans ledit circuit d'échange de chaleur, pourrait provenir d'une autre source, tel que le réservoir principal ou le premier ballon par exemple ;
- l'association dudit réservoir secondaire et dudit circuit d'échange de chaleur permet de retraiter l'évaporation naturelle, avec un très bon rendement, puisque le pincement relatif à l'échangeur est petit devant la différence de température entre l'évaporation naturelle (le gaz en phase vapeur à l'entrée du réservoir secondaire à une température par exemple comprise entre -80°C et - 160°C ou plus précisément entre -100 et -140°C) et le gaz liquide, grâce au fait notamment que le gaz liquide est refroidi ; bien entendu, on aurait le même avantage avec un échange avec le gaz refroidi dudit premier ballon ou de la cuve principale en l'absence de réservoir secondaire ; en d'autres termes, du gaz liquéfié refroidi peut être stocké dans le réservoir secondaire, le premier ballon et/ou le réservoir principal ;
ledit circuit d'échange de chaleur comprend une entrée reliée à une sortie de gaz d'évaporation naturelle dudit réservoir principal ; dans ce contexte, ledit circuit d'échange de chaleur peut permettre de retraiter l'évaporation naturelle du réservoir principal, avec un très bon rendement, puisque le pincement relatif à l'échangeur serait petit devant la différence de température entre l'évaporation naturelle et le gaz liquide, grâce au fait notamment que le gaz liquide est refroidi ;
ladite entrée dudit circuit est reliée à ladite sortie d'au moins un compresseur, tel que ledit premier ou second compresseur, qui est alimenté en gaz d'évaporation naturelle provenant de ladite sortie dudit réservoir principal ; le gaz d'évaporation naturelle est ainsi compressée (ce qui augmente sa température) avant de passer dans l'échangeur ou le circuit d'échange avec le gaz liquide refroidi ;
ladite entrée dudit circuit est reliée à ladite sortie d'au moins un compresseur, tel que ledit premier ou second compresseur, par un circuit primaire d'un premier échangeur de chaleur, ledit premier échangeur de chaleur comportant un circuit secondaire dont une entrée est reliée à ladite sortie de gaz d'évaporation naturelle dudit réservoir principal, et dont une sortie est reliée à ladite entrée dudit premier ou second compresseur ; le gaz d'évaporation naturelle prélevé dans le réservoir principal va être réchauffé lors de son passage dans ledit circuit secondaire, ce qui n'est pas gênant dans le mesure où il doit de toute façon être réchauffé s'il est utilisé pour alimenter l'installation ; avantageusement, un échange préalable a lieu (l'échange doit être préalable puisque le gaz d'évaporation naturelle est moins froid que le gaz liquidé refroidi) entre la totalité du gaz d'évaporation naturelle (dont une partie alimentation l'installation) et une partie compressée de ce gaz d'évaporation naturelle (le surplus au-delà de la consommation de l'installation qui est recondensé) ;
ledit circuit d'échange de chaleur comprend une sortie reliée à une entrée d'un second ballon, ledit second ballon comportant une première sortie de gaz liquéfié refroidi relié à ladite seconde conduite en vue de l'injection de gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir principal ; en variante, le dispositif pourrait être configuré pour réinjecter dans le réservoir principal, par exemple en fond de cuve, une partie gazeuse du mélange, qui aura tendance à se recondenser sous l'effet de la pression hydrostatique du gaz et de la température du gaz liquéfié dans le réservoir principal ;
ledit second ballon est un ballon et/ou de séparation de phases;
ladite sortie dudit circuit est reliée à ladite entrée dudit second ballon par une vanne, telle qu'une vanne à effet Joule-Thomson (dont l'acronyme est JT), en vue de la diminution de la température du gaz par expansion adiabatique ; le gaz d'évaporation naturelle peut ainsi être détendu ; la compression/dépression, de part et d'autre de l'échangeur ou du circuit d'échange de chaleur, peut permettre d'obtenir une température du gaz d'évaporation naturelle plus basse, et donc de condenser plus de gaz d'évaporation naturelle ;
le dispositif comprend un second échangeur de chaleur dont un circuit primaire a une entrée reliée à une sortie d'une troisième pompe destinée à être immergée dans le gaz liquéfié dudit réservoir principal, et une sortie dudit gaz liquéfié refroidi, et un circuit secondaire a une entrée reliée à ladite première conduite et une sortie reliée à l'entrée dudit premier ballon ;
ledit second échangeur de chaleur n'est pas immergé dans le gaz liquéfié dudit réservoir principal, ni monté dans ledit réservoir principal ;
la sortie du circuit primaire dudit second échangeur de chaleur est reliée à une entrée dudit réservoir secondaire, en vue de l'alimentation en gaz liquéfié refroidi dudit réservoir secondaire ;
le dispositif est dépourvu de composants autres que des pompes et/ou des conduites, immergées dans le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal ;
ledit gaz liquéfié comprend au moins une partie dite pure comprenant un gaz ou corps pur et ledit gaz liquéfié refroidi et ledit gaz vaporisé comprennent ladite au moins une partie pure. Dans le cas où le gaz liquéfié est du gaz naturel liquéfié, une telle partie pure peut être constituée de méthane.
Dans la présente demande, on entend par « pur », un corps ou une espèce chimique unique, par opposition à un mélange de corps ou d'espèces. Ledit gaz pur est par exemple un gaz léger ou un gaz lourd. La présente invention concerne encore un navire, en particulier de transport de gaz liquéfié, comportant au moins un dispositif tel que décrit ci- dessus.
La présente invention concerne encore un procédé de refroidissement de gaz liquéfié pour une installation de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire, au moyen d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend :
une étape A de prélèvement de gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal, ledit gaz liquéfié étant prélevé dans ladite première conduite à une température de prélèvement,
une étape B de détente dudit gaz prélevé, à une pression de détente inférieure à une pression de vapeur saturante dudit gaz prélevé à ladite température de prélèvement, de manière à ce qu'une partie dudit gaz prélevé se vaporise sous l'effet de la détente, et à ce qu'une partie restante dudit gaz prélevé reste liquide et soit refroidie à une température inférieure à celle de ladite température de prélèvement, en particulier du fait que ledit gaz prélevé soit refroidi à une température de saturation à ladite pression de détente,
une étape C de remplissage dudit premier ballon en gaz liquéfié et de séparation, en particulier par gravité, dans ledit ballon dudit gaz vaporisé par rapport audit gaz liquide refroidi,
une étape D d'alimentation de ladite installation avec au moins une partie dudit gaz vaporisé contenu dans ledit premier ballon, et
une étape E de refroidissement du gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal au moyen de gaz liquéfié refroidi contenu dans ledit premier ballon, afin de refroidir le gaz contenu dans ledit réservoir principal.
La pression de vapeur saturante est la pression à laquelle la phase gazeuse d'une substance est en équilibre avec sa phase liquide ou solide à une température donnée dans un système fermé.
Selon l'invention, au lieu d'utiliser la dépression et le refroidissement dans une enceinte de vaporisation et l'échange de chaleur entre cette enceinte de vaporisation et le gaz liquéfié dans un ballon, pour refroidir le gaz liquéfié déversé dans le réservoir principal, on utilise une évaporation flash dans le ballon, dont la résultante liquide refroidie est renvoyée au réservoir principal. L'avantage est principalement la suppression du pincement de l'échange de chaleur entre l'enceinte de vaporisation et le gaz liquéfié du ballon.
Selon un mode de réalisation, le prélèvement de gaz liquéfié est constitué d'un gaz pur, par exemple du méthane. Dans ce cas, le gaz liquéfié circulant dans ladite première conduite peut être constitué d'un mélange comprenant ce gaz pur, par exemple du gaz naturel liquéfié comprenant du méthane.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des étapes ou caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
l'étape E comprend l'injection de gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir principal, par circulation dans ladite seconde conduite, afin de refroidir le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal;
- le procédé comprend une étape de pulvérisation de gouttelettes de gaz liquéfié refroidi dans le gaz contenu dans ledit réservoir principal, ce gaz étant situé au-dessus du niveau de gaz liquéfié contenu dans le réservoir principal, le procédé comprend une étape de compression de gaz sortant de ladite première sortie dudit premier ballon ;
- la pression dans ledit premier ballon est comprise entre 120 et 950mbara, et/ou la pression dans ledit réservoir principal est comprise entre 20 et 700mbarg, entre 20 et 350mbarg, ou entre 20 et 250mbarg, en particulier pour un réservoir atmosphérique, et est à une pression allant jusqu'à l Ombara pour un réservoir sous pression, et/ou la détente entraîne une fraction d'évaporation comprise entre 0,94 et 15,18%, et/ou le débit dans la première conduite est compris entre 18,09 et 374, 7/h, et/ou le débit de production de gaz liquéfié refroidi dans ledit premier ballon est compris entre 15,35 et 371 ,6t/h, et/ou le réservoir secondaire a un volume interne ou un capacité comprise entre 1312 et 86037m3, et/ou la température du gaz refroidi, après prélèvement de gaz liquéfié ou de gaz d'évaporation naturelle, et refroidissement de ce gaz, est compris entre -159 et -180,4°C, et/ou la détente de gaz d'évaporation naturelle comprimé entraîne une fraction d'évaporation comprise entre 81 ,63 et 100% ; le procédé comprend une étape de préchauffage de gaz liquéfié prélevé dans ledit réservoir principal par échange de chaleur avec le fluide circulant dans ledit circuit primaire, après la détente et avant l'injection dudit gaz liquéfié qui peut être partiellement ou complètement vaporisé dans ledit premier ballon ; - le procédé comprend une étape de prérefroidissement de gaz liquéfié prélevé dans ledit réservoir principal, par échange de chaleur avec le fluide circulant dans ledit circuit secondaire, avant son injection dans ledit réservoir secondaire ;
le procédé comprend une étape de refroidissement de gaz sortant dudit premier ou second compresseur par échange de chaleur avec le gaz liquéfié refroidi contenu dans ledit réservoir secondaire ;
le procédé comprend une étape de prérefroidissement du gaz sortant dudit premier ou second compresseur, avant son refroidissement dans ledit réservoir secondaire, par échange de chaleur avec du gaz d'évaporation naturelle prélevé dans ledit réservoir principal ;
le procédé comprend une étape de préchauffage du gaz d'évaporation naturelle prélevé dans ledit réservoir principal avant sa compression par ledit premier ou second compresseur ;
le procédé comprend, avant le remplissage dudit second ballon, une étape d'abaissement de la pression et/ou de la température du gaz destiné à alimenter ledit second ballon ;
le procédé comprend une étape d'injection de gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir principal, au moyen de ladite seconde conduite ; cette injection permet de participer au refroidissement du gaz liquéfié contenu dans le réservoir principal, afin de limiter la production de BOG.
le procédé comprend une étape d'acheminement de gaz depuis ledit second ballon jusqu'audit second compresseur ; ce gaz peut être utilisé dans l'installation après compression.
L'invention concerne également un procédé d'alimentation en gaz combustible d'une installation de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire, au moyen d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend : une étape A de prélèvement de gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal, ledit gaz liquéfié étant prélevé dans ladite première conduite à une température de prélèvement,
une étape B de détente dudit gaz prélevé, à une pression de détente inférieure à une pression de vapeur saturante dudit gaz prélevé à ladite température de prélèvement, de manière à ce qu'une partie dudit gaz prélevé se vaporise sous l'effet de la détente, et à ce qu'une partie restante dudit gaz prélevé reste liquide et soit refroidie à une température inférieure à celle de ladite température de prélèvement, en particulier du fait que ledit gaz prélevé soit refroidi à une température de saturation à ladite pression de détente,
- une étape C de remplissage dudit premier ballon et de séparation, en particulier par gravité, dans ledit premier ballon, dudit gaz liquéfié par rapport audit gaz liquide refroidi,
- une étape F d'alimentation du réservoir secondaire avec du gaz liquéfié refroidi provenant dudit premier ballon, et de stockage dudit gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir secondaire,
- une étape G de prélèvement de gaz d'évaporation naturelle dans ledit réservoir principal et de préchauffage de ce gaz,
- une étape H de compression à la fois de gaz d'évaporation provenant dudit premier ballon et de gaz d'évaporation naturelle préchauffé,
- une étape I d'alimentation de ladite installation avec lesdits gaz comprimés.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des étapes ou caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- les étapes A, B, C et F sont réalisées en continu ;
- simultanément aux étapes A, B, C et F, simultanément à l'étape G, ou simultanément aux étapes A, B, C, F et G, le procédé comprend une étape de prélèvement de gaz liquéfié refroidi dudit réservoir secondaire et d'injection de ce gaz dans ledit réservoir principal en vue du refroidissement du gaz liquéfié contenu dans ce réservoir principal ;
- l'injection de gaz liquéfié refroidi est réalisée directement dans le gaz liquéfié et/ou dans le gaz d'évaporation dudit réservoir principal ; Selon un second aspect, l'invention propose un dispositif de refroidissement de gaz d'évaporation naturelle pour une installation de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire,
caractérisé en ce qu'il comprend :
- de manière facultative, un réservoir principal de stockage de gaz liquéfié et comportant une première sortie de gaz d'évaporation naturelle,
- des moyens de prélèvement de gaz liquéfié dans ledit réservoir principal et de refroidissement de ce gaz liquéfié,
- un réservoir secondaire de gaz liquéfié refroidi configuré pour stocker du gaz liquéfié refroidi par lesdits moyens de refroidissement, et
- un premier circuit d'échange de chaleur comportant une entrée reliée à ladite première sortie dudit réservoir principal en vue de la circulation de gaz d'évaporation naturelle dans ledit circuit, ledit premier circuit étant configuré pour coopérer avec ledit réservoir secondaire afin que ledit gaz d'évaporation naturelle traversant ledit premier circuit soit refroidi par du gaz liquéfié refroidi stocké dans ledit réservoir secondaire ou provenant dudit réservoir secondaire.
Le réservoir principal est facultatif dans la mesure où il peut être considéré comme faisant partie ou non du dispositif selon l'invention. Le dispositif peut par exemple être livré sans réservoir principal qui ne fait donc pas partie du dispositif. En variante, le dispositif une fois monté sur un navire par exemple, est associé à un réservoir principal qui fait donc partie du dispositif selon l'invention.
La solution propose ainsi une amélioration de la gestion du BOG dans un dispositif adapté aux besoins par exemple d'un navire, par refroidissement de ce BOG, et permettant:
- de limiter la capacité des moyens utilisés pour le refroidissement à celle nécessaire à la gestion du NBOG excédentaire au lieu de celle nécessaire à la gestion d'un pic de production de NBOG,
- d'optimiser le taux d'utilisation de ces moyens qui peuvent être utilisés en continu, la source froide, telle que le gaz liquéfié refroidi, pouvant être stockée si nécessaire, - de s'assurer que la puissance frigorifique produite est correctement utilisée lorsqu'elle est nécessaire.
La solution est adaptée à tout type de moyens qui refroidissent un fluide. Le fluide est ici du BOG provenant du réservoir, refroidi dans le réservoir secondaire et finalement renvoyé au réservoir où il sera dans un état refroidi.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- un premier ballon de séparation dont une entrée est reliée à une sortie dudit premier circuit en vue de l'alimentation dudit premier ballon en gaz d'évaporation naturelle refroidi et en gaz d'évaporation naturelle recondensé formant du gaz liquéfié refroidi, ledit premier ballon comportant une première sortie de gaz d'évaporation naturelle et une seconde sortie de gaz liquéfié refroidi reliée audit réservoir principal en vue de l'injection de gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir principal ;
ledit second réservoir est configuré pour contenir lu gaz liquéfié refroidi à une pression supérieure à une pression de fonctionnement dudit premier ballon ;
- le dispositif comprend au moins un premier compresseur dont une entrée est reliée à ladite première sortie de gaz d'évaporation naturelle dudit réservoir principal et/ou à ladite première sortie de gaz d'évaporation naturelle dudit premier ballon ;
lesdits moyens de refroidissement comprennent un second circuit d'échange de chaleur qui est destiné à coopérer par échange de chaleur avec du gaz liquéfié dudit réservoir secondaire ou provenant dudit réservoir secondaire, et dans lequel circule un fluide de refroidissement en vue du refroidissement dudit gaz liquéfié ; du gaz liquéfié refroidi est ainsi directement généré dans ledit réservoir secondaire et la génération de gaz liquéfié refroidi ; - lesdits moyens de refroidissement comprennent :
■ un second ballon dont une entrée est reliée à une première extrémité d'une première conduite dont une seconde extrémité est immergée dans le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal, ladite première conduite étant apte à alimenter ledit second ballon en gaz liquéfié, et
■ une seconde conduite dont une première extrémité est reliée à une première sortie de gaz liquéfié refroidi dudit second ballon, et dont une seconde extrémité est reliée audit réservoir secondaire en vue de l'alimentation en gaz liquéfié refroidi dudit réservoir secondaire ;
ledit second ballon est un ballon de séparation et/ou de détente ;
le dispositif comprend un premier échangeur de chaleur dont un circuit primaire a une entrée reliée à une sortie de gaz liquéfié dudit réservoir principal, et une sortie de gaz liquéfié refroidi, et un circuit secondaire a une entrée reliée à ladite première conduite et une sortie reliée à l'entrée dudit second ballon ; ledit second échangeur de chaleur n'est pas immergé dans le gaz liquéfié dudit réservoir principal, ni monté dans ledit réservoir principal ;
la sortie du circuit primaire dudit second échangeur de chaleur est reliée à une entrée dudit réservoir secondaire, en vue de l'alimentation en gaz liquéfié refroidi dudit réservoir secondaire ;
le dispositif est dépourvu de composants autres que des pompes et/ou des conduites, immergées dans le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal ;
- ladite entrée dudit circuit primaire est reliée à une sortie d'une troisième pompe destinée à être immergée dans le gaz liquéfié dudit réservoir principal ; le dispositif comprend :
■ une première pompe reliée à ladite seconde extrémité de ladite première conduite, et destinée à être immergée dans ledit gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal, de façon à forcer la circulation de gaz liquéfié à travers ladite première conduite depuis ledit réservoir principal jusqu'audit second ballon, et
■ une seconde pompe reliée à ladite seconde conduite de façon à forcer la circulation de gaz liquéfié refroidi depuis ledit second ballon jusqu'audit réservoir secondaire.
ladite première conduite inclut lesdits moyens de vaporisation ; le dispositif comprend au moins un second compresseur dont une entrée est reliée à ladite première sortie de gaz d'évaporation naturelle dudit réservoir principal ;
ledit second compresseur comporte une sortie reliée à ladite entrée dudit premier circuit ;
ladite entrée dudit second compresseur est en outre reliée à une seconde sortie de gaz dudit second ballon et/ou à une seconde sortie de gaz dudit premier ballon ;
ladite entrée dudit second compresseur est reliée à la sortie dudit premier compresseur ;
ledit premier ou second compresseur comporte une sortie apte à fournir du gaz combustible, en particulier à ladite installation ;
ladite entrée dudit premier circuit est reliée à ladite sortie dudit premier ou second compresseur par un circuit primaire d'un second échangeur de chaleur, ledit second échangeur de chaleur comportant un circuit secondaire dont une entrée est reliée à ladite première sortie de gaz d'évaporation naturelle dudit réservoir principal, et dont une sortie est reliée à ladite entrée dudit premier ou second compresseur ;
ledit réservoir secondaire est reliée à une première extrémité d'une troisième conduite de gaz liquéfié refroidi dont une seconde extrémité est destinée à être reliée audit réservoir principal, ladite troisième conduite étant apte à acheminer au moins une partie dudit gaz liquéfié refroidi depuis ledit réservoir secondaire jusqu'audit réservoir principal ;
ladite troisième conduite comprend un plongeur destiné à être immergé dans le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal, et/ou une rampe de pulvérisation située dans ledit réservoir principal, en vue de l'injection de gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir principal ;
ladite entrée dudit premier circuit est reliée à ladite sortie d'au moins une compresseur, tel que ledit premier ou second compresseur, par un circuit primaire d'un second échangeur de chaleur, ledit second échangeur de chaleur comportant un circuit secondaire dont une entrée est reliée à ladite première sortie de gaz d'évaporation naturelle dudit réservoir principal, et dont une sortie est reliée à ladite entrée dudit premier ou second compresseur ; il peut ainsi y avoir un échange préalable (l'échange doit être préalable puisque le gaz d'évaporation naturel est moins froid que le gaz liquidé refroidi) entre la totalité du gaz d'évaporation naturelle (dont une partie va à l'installation) et une partie compressée de ce gaz d'évaporation naturelle (le surplus au-delà de la consommation de l'installation qui est recondensé) ;
le dispositif est dépourvu de composants autres que des pompes et/ou des conduites, immergées dans le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal.
Les effets et les avantages décrits dans ce qui précède en relation avec les caractéristiques du dispositif du premier aspect de l'invention sont naturellement applicables aux mêmes caractéristiques du dispositif du second aspect, et inversement.
La présente invention concerne encore un navire, en particulier de transport de gaz liquéfié, comportant au moins un dispositif tel que décrit ci- dessus.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des étapes ou caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- le procédé comprend :
■ une étape de compression de gaz sortant de ladite première sortie dudit réservoir principal, et/ou
■ une étape de compression de gaz sortant de ladite seconde sortie dudit premier ballon, et/ou
■ une étape de compression de gaz sortant de ladite seconde sortie dudit second ballon ;
le procédé comprend une étape de prérefroidissement du gaz comprimé, avant son refroidissement dans ledit réservoir secondaire, par échange de chaleur avec du gaz d'évaporation naturelle prélevé dans ledit réservoir principal et circulant dans ledit circuit secondaire dudit second échangeur ;
le procédé comprend une étape de préchauffage de gaz d'évaporation naturelle prélevé dans ledit réservoir principal, par échange de chaleur avec le fluide circulant dans ledit circuit primaire dudit second échangeur, avant la compression de ce gaz ;
le procédé comprend une étape de refroidissement du gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir secondaire ;
- le procédé comprend une étape de détente de gaz liquéfié de manière à ce qu'une partie dudit gaz se vaporise sous l'effet de la détente, et à ce qu'une partie restante dudit gaz reste liquide et soit refroidie,
le procédé comprend une étape de remplissage dudit second ballon et de séparation, en particulier par gravité, dans ledit premier ballon, dudit gaz vaporisé par rapport audit gaz liquide refroidi;
le procédé comprend une étape d'alimentation en gaz liquéfié refroidi dudit réservoir secondaire ;
le procédé comprend une étape de préchauffage de gaz liquéfié prélevé dans ledit réservoir principal par échange de chaleur avec le fluide circulant dans ledit circuit primaire dudit premier échangeur, après la détente et avant l'injection dudit gaz liquéfié dans ledit second ballon ;
le procédé comprend une étape de refroidissement de gaz liquéfié prélevé dans ledit réservoir principal par échange de chaleur avec le fluide circulant dans ledit circuit secondaire dudit premier échangeur, avant son injection dans ledit réservoir secondaire.
Les effets et les avantages décrits dans ce qui précède en relation avec les caractéristiques et étapes du procédé du premier aspect de l'invention sont naturellement applicables aux mêmes caractéristiques et étapes du procédé du second aspect, et inversement.
L'invention concerne encore un procédé de refroidissement de gaz liquéfié et/ou de gaz d'évaporation de gaz liquéfié pour une installation de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire, au moyen d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une étape A de préparation de gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir secondaire,
- une étape B de prélèvement de gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir secondaire, - une étape C d'injection dudit gaz liquéfié refroidi dans ledit gaz d'évaporation et/ou dans ledit gaz liquéfié contenu dans le réservoir principal.
L'invention concerne encore un procédé d'alimentation en gaz combustible d'une installation de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire, au moyen d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend la surveillance d'au moins un paramètre de consommation de gaz par ladite installation, et
lorsque la valeur dudit paramètre est supérieure à un seuil prédéterminé, une étape de préparation et de stockage de gaz liquéfié refroidi, en particulier dans ledit réservoir secondaire,
lorsque la valeur dudit paramètre est inférieure à un seuil prédéterminé, une étape de recondensation de gaz d'évaporation naturelle produit en excès dans ledit réservoir principal
Le procédé peut comprendre une étape de refroidissement du gaz contenu dans ledit réservoir principal à partir dudit gaz liquéfié refroidi, afin de limiter la production de gaz d'évaporation naturelle.
Le seuil prédéterminé peut éventuellement varier, par exemple au cours d'un voyage du navire. Fonctionnellement, ce seuil peut correspondre au débit de NBOG à soutirer du réservoir principal pour ne pas avoir à contrôler la pression de ce dernier.
Avantageusement, du gaz liquéfié refroidi est préparé lorsque la production de gaz d'évaporation naturelle est insuffisante pour répondre à la consommation de gaz par ladite installation.
De préférence, du gaz liquéfié est refroidi par prélèvement, détente, et séparation de phases de gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal.
Le ralentissement de l'évaporation naturelle peut se faire de plusieurs manières : en déversant le gaz liquide refroidi dans la cuve (par exemple par la rampe de pulvérisation du gaz liquide refroidi dans le réservoir, ou par simple sortie dans le réservoir principal), ou par un échange de froid (c'est à dire par un échangeur) entre le gaz d'évaporation naturelle et le gaz refroidi qui permet la recondensation du gaz d'évaporation naturelle (éventuellement également retournée au réservoir). Le fait que le gaz liquide soit sous refroidi permet de ne pas engendrer du gaz d'évaporation lorsqu'on souhaite ralentir l'évaporation naturelle. Le stockage permet de pouvoir faire face à des besoins importants en recondensation avec un réservoir secondaire de capacité limitée (par exemple une unité de liquéfaction est très chère et son coût dépend de sa capacité).
En variante, le gaz refroidi est stocké dans le réservoir principal afin de condenser du gaz d'évaporation naturelle dans ce réservoir, en particulier lorsque la quantité disponible de gaz d'évaporation naturelle dans ce réservoir est supérieure au besoin de l'installation. Le gaz refroidi ayant une densité supérieure au reste du gaz dans la cuve principale, il faut donc par exemple refroidir/recondenser le gaz d'évaporation naturelle à partir du gaz liquide au fond du réservoir principal, par exemple au-dessous de la sortie liquide ou de l'échangeur par exemple. On peut par exemple prévoir un échangeur à cet emplacement ou prévoir une canalisation amenant le gaz refroidi stocké à cet emplacement vers un échangeur de chaleur (situé par exemple à l'extérieur du réservoir) avec l'évaporation naturelle.
Avantageusement :
ledit gaz d'évaporation naturelle est condensé par échange de chaleur avec ledit gaz liquéfié refroidi, et/ou
- ledit gaz d'évaporation naturelle est compressé avant ledit échange de chaleur, et/ou
ledit gaz d'évaporation naturelle est décompressé après ledit échange de chaleur, et/ou
ledit gaz d'évaporation naturelle subit une séparation de phases après ladite décompression.
Les caractéristiques et étapes du dispositif et du procédé du premier aspect de l'invention peuvent être combinées avec celles du dispositif et du procédé du second aspect, et inversement. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, qui équipe ici un navire,
- les figures 2 à 6 sont des vues schématiques correspondant à la figure 1 et illustrant des étapes d'un procédé selon l'invention,
- la figure 7 est une vue schématique d'un second mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, qui équipe ici un navire,
- la figure 8 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, qui équipe ici un navire,
- les figures 9 et 10 sont des vues schématiques d'un quatrième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, qui équipe ici un navire, et illustrant des étapes d'un procédé selon l'invention
- la figure 1 1 est une vue schématique d'un cinquième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, qui équipe ici un navire,
- la figure 12 est une vue schématique d'un sixième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, qui équipe ici un navire,
- la figure 13 est une vue schématique d'un septième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, qui équipe ici un navire.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 montre un premier mode de réalisation d'un dispositif 10 selon l'invention qui peut être considéré comme permettant un refroidissement de gaz liquéfié et/ou un refroidissement de gaz d'évaporation naturelle de gaz liquéfié.
Le dispositif 10 est particulièrement adapté mais non exclusivement à la fourniture de gaz combustible à un navire, tel qu'un navire de transport de gaz liquéfié. Le dispositif 10 peut ainsi être utilisé pour alimenter en gaz combustible une installation 12 de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire.
Un navire comporte un réservoir 14 ou plusieurs réservoirs 14 de stockage de gaz liquéfié. Le gaz est par exemple du méthane ou un mélange de gaz comportant du méthane. Le ou chaque réservoir 14 peut contenir du gaz sous forme liquéfié à une pression et une température prédéterminées, par exemple à une pression atmosphérique et une température de l'ordre de - 160°C. Un ou plusieurs des réservoirs 14 du navire peuvent être reliés à l'installation 12 par un dispositif 10 selon l'invention. Le nombre de réservoirs n'est ainsi pas limitatif. Il est par exemple compris entre 1 et 6. Chaque réservoir 14 peut avoir une capacité comprise entre 1 000 à 50 000m3.
Dans ce qui suit, l'expression « le réservoir » devra être interprétée comme « le ou chaque réservoir ».
Le réservoir 14 contient du gaz liquéfié 14a ainsi que du gaz 14b résultant d'une évaporation, en particulier naturelle, du gaz liquéfié 14a dans le réservoir 14. Naturellement, le gaz liquéfié 14a est stocké au fond du réservoir 14 tandis que le gaz d'évaporation 14b est situé au-dessus du niveau de gaz liquéfié dans le réservoir, schématiquement représenté par la lettre N.
Dans ce qui suit, « GNL » désigne du gaz liquéfié, c'est-à-dire du gaz sous forme liquide, « BOG » désigne du gaz d'évaporation, « NBOG » désigne du gaz d'évaporation naturelle, et « FBOG » désigne du gaz d'évaporation forcée, ces acronymes étant connus de l'homme du métier car ils correspondent aux initiales des expressions anglaises associées.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1 , des pompes 16a, 16b sont immergées dans le GNL du réservoir 14, et sont de préférence situées au fond du réservoir afin de s'assurer qu'elles ne soient alimentées qu'en GNL.
Les pompes 16a, 16b sont ici au nombre de deux. La pompe 16a est reliée à une extrémité, ici inférieure, d'une conduite 18. La pompe 16b est reliée à une extrémité, ici inférieure, d'une conduite 20. En variante, il peut y avoir davantage de pompes de chaque type, par exemple pour assurer une redondance de 16a et 16b ou utiliser des pompes existantes comme les pompes de pulvérisation déjà présentes sur un navire (auquel cas, la fonction de 16b pourrait être assurée par les quatre pompes de pulvérisation, chacune présente dans quatre réservoirs distincts. La conduite 20 comprend une extrémité supérieure reliée à une rampe 22 de pulvérisation de gouttelettes de GNL située dans la partie haute du réservoir 14, au-dessus du niveau N. La rampe 22 est ainsi configurée pour pulvériser des gouttelettes de GNL dans le NBOG. Ceci permet de forcer la recondensation du NBOG dans le réservoir 14. La pompe 16b est configurée pour forcer la circulation de GNL dans la conduite 20, depuis le fond du réservoir 14 jusqu'à la rampe 22 et assurer que le GNL est pulvérisé sous forme de gouttelettes. En pratique, un ciel gazeux peut être présent dans le réservoir principal alors que le NBOG peut circuler dans les conduites.
La pompe 16a est configurée pour forcer la circulation de GNL dans la conduite 18 depuis le fond du réservoir 14 jusqu'à un ballon 24 reliée à une extrémité, par exemple supérieure, de la conduite 18. La conduite 18 comprend des moyens de dépressurisation 19, tels qu'une vanne JT, de façon à diminuer la pression du GNL circulant dans la conduite 18 avant d'atteindre le ballon 24. Avantageusement, les moyens 19 sont configurés pour que la pression du GNL circulant dans la conduite 18 soit abaissée à la pression de fonctionnement du ballon 24. Les moyens 19 comportent par exemple une vanne JT (comme décrit plus loin).
La circulation du GNL dans la conduite 18 et à travers les moyens de dépressurisation 19 entraîne donc une vaporisation au moins partielle du GNL avant l'alimentation du ballon 24.
Le ballon 24 est ainsi destiné à être alimenté en GNL partiellement vaporisé provenant du réservoir 14. La pression de fonctionnement à l'intérieur du ballon 24 est inférieure à la pression de stockage du GNL à l'intérieur du réservoir 14. L'alimentation du ballon 24 en GNL peut entraîner une vaporisation complémentaire du GNL, se traduisant d'une part par la génération de FBOG dans le ballon 24, ainsi que le refroidissement du GNL restant dans le ballon, qui est appelé « gaz liquéfié refroidi ». Le ballon 24 contient du gaz sous forme liquéfié à une pression et une température prédéterminées.
Le ballon 24 contient ainsi du gaz liquéfié refroidi 24a ainsi que du gaz
24b résultant d'une évaporation, ici forcée, du gaz liquéfié 14a provenant du réservoir 14. Naturellement, le gaz liquéfié refroidi (ou GNLs) 24a est stocké au fond du ballon 24 tandis que le gaz d'évaporation (ou FBOG) 24b est situé au- dessus du niveau de gaz liquéfié dans le ballon 24, schématiquement représenté par la lettre L.
Le ballon 24 comprend trois ports de communication fluidique, à savoir une entrée de GNL reliée à la conduite 18, une sortie de FBOG et une sortie de GNLs.
La sortie de FBOG est reliée à une entrée d'un compresseur 26 dont une sortie est reliée à un compresseur 28. Les compresseurs 26, 28 peuvent être deux compresseurs indépendants ou deux étages de compression d'un même compresseur. Les compresseurs 26, 28 peuvent ainsi être mutualisés.
Le compresseur 26 est ici utilisé pour appliquer la pression de fonctionnement à l'intérieur du ballon 24. Il est ainsi configuré pour mettre en dépression le ballon 24 par rapport au réservoir 14. La différence de pression entre eux peut être telle qu'elle est suffisante pour forcer la circulation de GNL depuis le réservoir jusqu'au ballon 24. Dans ce dernier cas, on comprend donc que la pompe 16a est facultative. Les conditions imposées par le compresseur 26 au ballon 24 sont déterminées pour générer du GNLs dans le ballon de détente.
Lorsque la quantité de GNLs dans le ballon 24 est trop importante et qu'un niveau seuil risque d'être atteint, du GNLs peut être transféré depuis la sortie de GNLs du ballon 24 vers une entrée de GNLs d'un réservoir secondaire 30.
Le ballon 24 et le réservoir secondaire 30 sont ici reliés par une conduite 31 comportant par exemple une vanne 33 et une pompe 35. La pompe 35 est configurée pour forcer la circulation de GNLs depuis le ballon 24 jusqu'au réservoir secondaire 30. La pompe 35 est particulièrement utile lorsque le réservoir 30 est en surpression par rapport au ballon 24. Le réservoir secondaire 30 contient du GNLs à une pression et une température prédéterminées.
Le réservoir secondaire 30 est configuré pour stocker le GNLs en excès produit dans le ballon 24. Le réservoir 30 contient ainsi du gaz liquéfié refroidi 30a ainsi que du gaz 30b résultant d'une évaporation, ici naturelle, du gaz liquéfié 14a provenant du réservoir 14. Naturellement, le gaz liquéfié refroidi (ou GNLs) 30a est stocké au fond du réservoir secondaire 30 tandis que le gaz d'évaporation 30b est situé au-dessus du niveau de gaz liquéfié dans ce réservoir, schématiquement représenté par la lettre M.
Le réservoir secondaire 30 comprend une sortie de GNLs. Dans l'exemple représenté, cette sortie est reliée par une conduite 32 d'une part à la rampe 22 de pulvérisation du réservoir 14 ou de chaque réservoir 14, et d'autre part à un plongeur 34 destiné à être plongé ou immergé dans le GNL du réservoir. On comprend ainsi que du GNLs peut alimenter la rampe de pulvérisation 22 en vue de la pulvérisation de gouttelettes de GNLs dans le BOG du réservoir 14, et du GNLs peut alimenter le plongeur 34 en vue de l'injection de GNLs directement dans le GNL du réservoir 14.
La conduite 32 peut être reliée à la sortie de GNLs du réservoir secondaire 30 par une vanne 36. La conduite peut être reliée au plongeur 34 et à la rampe 22 par une vanne trois voies 38.
Le réservoir secondaire 30 est ici utilisé pour refroidir un fluide, tel qu'un gaz ou un liquide, qui est ici du BOG du réservoir principal 14. Un circuit d'échange de chaleur 40 est ici associé au réservoir secondaire 30. L'association doit ici s'entendre au sens large, le circuit 40 pouvant par exemple être une conduite en serpentin plongée dans le GNLs contenu dans le réservoir secondaire 30. Le circuit 40 pourrait en variante être situé à l'extérieur du réservoir 30. Le circuit 40 est configuré pour que des échanges calorifiques aient lieu entre le fluide circulant dans le circuit 40 et le GNLs contenu dans le réservoir secondaire 30. Le fluide circulant dans le circuit 40 est en général plus chaud que le GNLs qui refroidit ainsi le fluide lors de sa circulation dans le circuit 40. Le circuit comprend une entrée et une sortie.
L'entrée du circuit 40 est reliée à une sortie 45 de BOG du réservoir principal 14, qui est ici située à une extrémité supérieure du réservoir. La sortie de BOG 45 du réservoir 14 est reliée à une entrée d'un circuit secondaire 42a d'un échangeur de chaleur 42, dont une sortie est reliée à l'entrée ou à une entrée du compresseur 28. La sortie du compresseur 28 est en général reliée à l'installation 12 en vue de son alimentation en gaz combustible. Une partie du gaz combustible sortant du compresseur 28 peut être prélevée et réacheminée par une conduite 44 qui peut être reliée à la sortie du compresseur 28 par une vanne trois voies 46.
Le compresseur 28 est configuré pour comprimé le gaz (tel que le NBOG provenant du réservoir) à une pression de service adaptée à son utilisation dans l'installation 12.
La conduite 44 est reliée à une entrée d'un circuit primaire 42b de l'échangeur 42 dont une sortie est reliée à l'entrée du circuit 40.
La sortie du circuit 40 est reliée par une conduite 48 à un ballon 50 distinct du ballon 24. La conduite 48 comprend une vanne 52, qui est de préférence une vanne à effet Joule-Thomson, en vue de la diminution de la température du gaz par expansion adiabatique.
Une détente de Joule-Thomson est une détente laminaire stationnaire et lente réalisée en faisant passer un flux de gaz au travers d'un tampon (ouate ou soie grège en général) dans une canalisation calorifugée et horizontale, la pression régnant à gauche et à droite du tampon étant différente. Pour les gaz réels, la détente de Joule-Thomson est généralement accompagnée d'une variation de température : c'est l'effet Joule-Thomson. L'échangeur 42, le circuit 40, et la vanne 52 refroidissent et (re)condensent partiellement le BOG.
Le ballon 50 est destiné à séparer le BOG resté sous forme gazeuse 50b du BOG (re)condensé 50a avant d'alimenter le réservoir 14 en BOG (re)condensé. Naturellement, le BOG recondensé 50a est stocké au fond du ballon 50 tandis que le gaz d'évaporation (ou BOG) 50b est situé au-dessus du niveau de gaz liquéfié dans le ballon 50, schématiquement représenté par la lettre O.
Le ballon 50 comprend trois ports de communication fluidique, à savoir une entrée de BOG reliée à la conduite 48, une sortie de BOG gazeux et une sortie de BOG (re)condensé. La sortie de BOG gazeux est ici reliée à l'entrée du compresseur 28. La sortie de BOG (re)condensé est ici reliée au plongeur 34, la conduite 32 et/ou la rampe de pulvérisation 22 en vue de l'injection de BOG (re)condensé dans le réservoir 14.
Les moyens d'évaporation sous vide formés par les éléments suivants, la pompe 16a, les moyens de dépressurisation 19, le ballon 24 et le compresseur 26, permettent de récupérer la chaleur latente de vaporisation qui est en général dépensée dans un évaporateur de la technique antérieure pour produire du FBOG et de la puissance frigorifique qui est utilisée notamment pour refroidir le GNL contenu dans le réservoir principal 14.
Le GNLs forme une puissance frigorifique qui peut être stockée dans le réservoir secondaire 30 lorsqu'il n'est pas nécessaire, par exemple lors de phases où la quantité de NBOG produite est insuffisante pour répondre à la demande.
La récupération de chaleur latente de vaporisation est obtenue grâce au dispositif 10 ci-dessus et en particulier au ballon 24, dont la pression de fonctionnement est inférieure à celle du réservoir 14 qui est par exemple comprise entre -20mbarg et 250mbarg (mbar gauge - ou entre -20 et 350mbarg, ou entre -20 et 700mbarg). La pression de fonctionnement du ballon 24 est de préférence comprise entre 300 et 800mbara (mbar absolu).
Le GNL provenant du réservoir 14 à un équilibre de saturation correspondant à la pression de stockage du GNL dans le réservoir 14, est acheminé jusqu'au ballon 24 qui est en dépression par rapport au réservoir 14. Par conséquent, ce GNL se trouve dans un état de surchauffe lorsqu'il est dépressurisé par les moyens 19 et, pour atteindre un équilibre de saturation, il libère sa chaleur excédentaire par vaporisation. Le GNL est alors séparé en GNLs et en FBOG à l'intérieur du ballon 24 dans des proportions dépendant notamment de la pression de fonctionnement du ballon 24.
Par exemple, avec une pression de fonctionnement de 300mbara, le taux d'évaporation du GNL alimentant le ballon 24 est compris entre 9,5 et 10%. A 800mbara, ce taux est compris entre 2,3 et 3%. La partie restante est un liquide refroidi à une température correspondant à l'équilibre de saturation à la pression de fonctionnement du ballon 24. Par exemple, avec une pression de fonctionnement à 300mbara, on refroidit le GNL jusqu'à une température comprise entre -172 et -175°C (chute de température de -12 à -15°C), et à 800mbara, on refroidit le GNL jusqu'à une température comprise entre -163 et - 164°C (chute de température de -3 à -4°C).
Ensuite, le GNLs peut être évacué grâce à la pompe 35, de préférence jusqu'au réservoir secondaire 30. La pompe 35 peut être utilisée pour augmenter la pression du GNLs. Le stockage du GNLs dans le réservoir secondaire 30 permet de conserver la puissance frigorifique.
En fonctionnement, la partie vaporisée du GNL alimentant le ballon 24 va s'accumuler dans ce ballon. Afin de contrôler la pression à une valeur prédéterminée dans le ballon 24 (par exemple entre 300 et 800mbara), le FBOG produit dans le ballon 24 est de préférence extrait en continu. Ceci est réalisé par le compresseur 26, qui est configuré pour aspirer le gaz contenu dans le ballon 24, avec une pression d'entrée correspondant à la pression de fonctionnement du ballon 24 et une pression de sortie qui est par exemple similaire à la pression de stockage du GNL dans le réservoir 14. Le gaz ainsi traité est alors facile d'utilisation puisqu'il est à une pression similaire à celle du NBOG produit dans le réservoir 14 et peut alimenter, avec ce NBOG, le même compresseur 28. Ce compresseur 28 est configuré pour produire du gaz combustible directement utilisable dans l'installation 12, par exemple pour l'alimentation des machines de propulsion du navire.
Avec le dispositif 10 présenté dans ce qui précède, pour répondre à la consommation de gaz par l'installation 12, le NBOG produit dans le réservoir 14 est acheminé jusqu'au compresseur 28 qui le comprime à la pression d'utilisation. Le BOG supplémentaire nécessaire pour répondre à la demande est produit de manière forcée par vaporisation du GNL alimentant le ballon 24, puis alimentant successivement les compresseurs 26 et 28. La pompe 16a peut s'avérer nécessaire pour alimenter le ballon 24 en GNL du réservoir 14, en particulier lorsque la hauteur du réservoir ou du niveau N est comprise entre 10 et 50m - dans ce cas, la seule dépression du ballon 24 peut en effet s'avérer insuffisante pour faire circuler le GNL de manière passive dans la conduite 18.
Le ballon 24 doit ainsi être alimenté avec un débit suffisant de GNL pour répondre, avec le NBOG, aux besoins de consommation en gaz combustible de l'installation 12. Par exemple, le débit supplémentaire de FBOG qui serait produit dans le ballon 24 pourrait être compris entre 0 et 4000kg/h. En conséquence, en fonction de la composition du GNL et de la pression de fonctionnement du ballon 24, le débit provenant du réservoir 14 jusqu'au ballon 24 pourrait être compris entre 0 et 17,5t/h.
Le GNLs généré dans le ballon 24 est stocké dans le réservoir secondaire 30. Le réservoir 30 est configuré pour stocker et conserver le GNLs et est donc avantageusement isolé thermiquement. La pression dans le réservoir secondaire 30 est par exemple comprise entre 0,3bara et 10bara, pour bénéficier d'une flexibilité dans la gestion de la pression. La température du GNLs dans le réservoir 30 est proche de celle du GNLs dans le ballon 24, et est par exemple comprise entre -175 à -161 ° C. Lorsque cela est nécessaire, par exemple pendant des phases où le NBOG est en excès, le GNLs contenu dans le réservoir secondaire 30 peut être acheminé dans la conduite 32 jusqu'à la rampe de pulvérisation 22, pour pulvériser des gouttelettes de GNLs dans le BOG contenu dans le réservoir 14 et ainsi refroidir le BOG. Il peut être également réinjectée par le plongeur 34 dans le GNL du réservoir afin de refroidir directement ce GNL.
Le NBOG qui serait produit en excès par rapport à la demande de l'installation 12, est prélevé et acheminé jusqu'au compresseur 28. Il est ensuite redirigé par la vanne 46 jusqu'au circuit 40 du réservoir secondaire 30 dans lequel il est refroidi par échange de chaleur avec le GNLs préalablement stocké, comme expliqué précédemment. Ensuite, l'excès de NBOG est dirigé vers la vanne 52 à travers laquelle il sera dépressurisé pour atteindre une pression proche de la pression de stockage dans le réservoir 14. Par exemple, si le réservoir est un réservoir atmosphérique, le NBOG excédentaire peut être dépressurisé à une pression comprise entre 0 et 1 barg. Ensuite, le NBOG excédentaire alimente le ballon 50, où il subit une séparation de phases, en BOG (re)condensé et BOG gazeux. Le BOG gazeux est acheminé par la conduite 51 jusqu'au compresseur 28 au même titre que le NBOG qui serait produit dans le réservoir 14. Le BOG (re)condensé est quant à lui injecté dans le réservoir 14 en vue du stockage du GNL. Les figures 2 à 6 illustrent des phases de fonctionnement du dispositif de la figure 1 , qui peuvent correspondre à des phases de régime du navire équipé de ce dispositif.
Le procédé de refroidissement de gaz liquéfié est ici décrit en trois phases :
1 . Phase où la quantité de NBOG est insuffisante, aussi appelée phase de FBOG (figures 2 et 3), par exemple lorsque le navire navigue à une vitesse nécessitant davantage de BOG pour compléter le NBOG produit dans le ou les réservoirs 14. Du BOG ou FBOG additionnel sera fourni par le dispositif 10 et de la puissance froide sera générée.
2. Phase où le NBOG produit est en excès (figures 4 et 5), par exemple lorsque le navire navigue à une vitesse faible ou est à l'ancrage, l'excès de NBOG devant être géré de manière sûre et respectueuse de l'environnement. 3. Phase où le réservoir principal 14 du navire est refroidi (figure 6), par exemple avant le chargement après le voyage retour (au cours duquel la gestion du BOG n'est généralement pas nécessaire car le ou les réservoirs 14 sont quasiment vides). 1 . Phase où la quantité de NBOG est insuffisante, aussi appelée phase de FBOG (figures 2 et 3)
La figure 2 illustre des étapes de la première phase, dans lesquelles du FBOG et du GNLs sont conjointement produits par le dispositif.
Afin de contrôler la pression dans le réservoir 14, du NBOG est prélevé de ce réservoir à travers la sortie 45 puis alimente le compresseur 28, qui va produire du gaz combustible à une pression admissible pour l'installation 12, par exemple de l'ordre de 6-7bars, 15-17bars ou 300-315bars. Afin de compléter la quantité de gaz et répondre aux besoins de consommation de l'installation 12, du GNL du réservoir 14 est acheminée par la pompe 16a et la conduite 18 jusqu'aux moyens de dépressurisation 19 où le GNL subit une dépression jusqu'à la pression de fonctionnement du ballon 24. Le GNL parvient au ballon 24 à la pression de fonctionnement de ce ballon et, du fait du déplacement d'équilibre de saturation induit par le différentiel de pression entre le ballon 24 et le réservoir 14, une partie du GNL se vaporise (phénomène de flash) entre les moyens de dépressurisation 1 9 et le ballon et le reste est refroidi à la température de saturation du GNL à la pression de fonctionnement du ballon. Un débit suffisant doit être prélevé du réservoir 14, comme expliqué précédemment. Le FBOG contenu dans le ballon 24 est alors évacué et comprimé par le compresseur 26 à la pression de stockage du GNL dans le réservoir 14. Ensuite, le FBOG est à nouveau comprimé par le compresseur 28 pour atteindre la pression requise pour l'installation 1 2. Afin de ne pas remplir en excès le ballon 24, le GNLs de ce ballon est acheminé jusqu'au réservoir secondaire 30, en particulier lorsque le taux de remplissage en GNLs du ballon atteint un certain niveau seuil, par exemple 50%.
La figure 3 illustre d'autres étapes de la première phase, dans lesquelles du GNLs est stocké dans le réservoir secondaire 30.
Dans le cas où la capacité du réservoir secondaire 30 n'est pas suffisante pour stocker le GNLs produit, du GNLs contenu dans le réservoir 30 peut être transféré dans le fond du réservoir 14, par la conduite 32 et le plongeur 34, afin de refroidir le GNL du réservoir 14 en dessous de la température de saturation du GNL à la pression de stockage dans le réservoir 14.
2. Phase où le NBOG produit est en excès (figures 4 et 5)
La figure 4 illustre des étapes de la seconde phase, dans lesquelles du BOG en excès est recondensé.
Le NBOG produit dans le réservoir 14 est en quantité suffisante ou plus que suffisante pour satisfaire les besoins de l'installation 1 2. Afin de contrôler la pression dans le réservoir 14, du BOG est prélevé de ce réservoir et alimente le compresseur 28 pour atteindre la pression requise pour l'installation 1 2. L'excès de BOG qui ne peut pas être consommé par l'installation est acheminé depuis la sortie du compresseur 28 jusqu'à l'échangeur 42 dans lequel il subit un refroidissement par échange de calories avec le NBOG froid directement prélevé du réservoir 14 par la sortie 45. Le BOG en excès est ensuite envoyé au circuit 40 du réservoir secondaire 30 où il est à nouveau refroidi par échange de chaleur avec le GNLs stocké dans ce réservoir, comme expliqué précédemment. Ensuite, le BOG en excès est dépressurisé par la vanne 52 et alimente le ballon 50 où le BOG (re)condensé par l'échangeur 42, le circuit 40 et la vanne 52 est séparé du BOG gazeux. Le BOG gazeux restant est renvoyé vers le compresseur 28 pour alimenter l'installation 1 2.
La figure 5 illustre des étapes de la seconde phase, dans lesquelles du GNLs est pulvérisé.
Au lieu de recondenser l'excès de NBOG à travers la ligne dédiée, il est possible de transférer le GNLs contenu dans le réservoir secondaire 30 à la conduite 32 puis à la rampe de pulvérisation 22, afin de recondenser directement le BOG contenu dans le réservoir 14.
3. Phase où le réservoir principal du navire est refroidi (figure 6)
La figure 6 illustre des étapes de la dernière phase.
Typiquement, les terminaux de re-liquéfaction, où le navire charge sa cargaison, nécessitent une température froide dans le réservoir 14 avant le chargement, afin de limiter la quantité de GNL qui serait instantanément vaporisée {flash). Ceci est généralement réalisé par pulvérisation au moyen de la rampe 22, et de la pompe1 6b associée, du GNL déjà contenu dans le réservoir 14 en vue du refroidissement du BOG de ce réservoir. Grâce au dispositif 10, cette opération peut être effectuée en alimentant la rampe 22 avec du GNLs provenant du réservoir secondaire 30, et donc du GNL plus froid que celui contenu dans le réservoir 14. De la même façon, lorsque le BOG contenu dans le réservoir 14 n'est pas suffisant pour alimenter l'installation 1 2, le GNLs contenu dans le réservoir secondaire 30 peut être régénéré de la même manière qu'au cours de la première phase.
La figure 7 représente une variante de réalisation du dispositif qui diffère de celui de la figure 1 en ce qu'il comprend un autre échangeur de chaleur 60. L'échangeur de chaleur 60 comprend deux circuits, respectivement primaire 60a et secondaire 60b. Le circuit secondaire 60b comprend une entrée reliée à la conduite 18, ici en aval des moyens de dépressurisation 19. Le circuit secondaire 60b comprend une sortie reliée à l'entrée de GNL du ballon 24.
Le circuit primaire 60a comprend une entrée reliée par une vanne trois voies 62 respectivement à la pompe 16b et à la rampe de pulvérisation 22 du réservoir 14. Le circuit primaire 60a comprend une sortie reliée à une entrée de GNL du réservoir secondaire 30.
Le circuit secondaire 60b est un circuit froid, le fluide circulant dans ce circuit et en l'occurrence le GNL dépressurisé, étant destiné à être réchauffé par circulation dans ce circuit de manière à le vaporiser (en FBOG). Le circuit primaire 60a est un circuit chaud, le fluide circulant dans ce circuit et en l'occurrence le GNL provenant du réservoir 14, étant destiné à être refroidi par circulation dans ce circuit. Le circuit 60a peut ne pas permettre cependant de vaporiser les composants les plus lourds (éthane, propane, etc.). On comprend que la dépressurisation en amont du circuit secondaire 60b permet d'abaisser la température de vaporisation, ce qui permet de générer du FBOG à partir d'un échange de chaleur avec le GNL prélevé de la cuve et circulant dans le circuit primaire. La vaporisation en FBOG nécessite un apport de chaleur fourni par le GNL circulant dans le circuit primaire, c'est donc une source frigorifique en vue du refroidissement du GNL circulant dans le circuit primaire.
Du GNL provenant du réservoir 14 est ainsi acheminé par la pompe 16a jusqu'aux moyens de dépressurisation 19 puis circule dans le circuit secondaire ou froid de l'échangeur 60. Dans l'intervalle, du GNL du réservoir est acheminé par la pompe 16b jusqu'au circuit primaire ou chaud de l'échangeur 60. Par conséquent, l'échange de chaleur entre ces circuits entraîne:
- le chauffage de GNL dépressurisé et partiellement vaporisé, en vue de poursuivre sa vaporisation, qui est ensuite acheminé jusqu'au ballon en vue de subir une séparation de phases,
- le refroidissement de GNL qui alimente le réservoir secondaire 30 pour y être stocké en vue d'une utilisation ultérieure. Ensuite, le dispositif fonctionne comme décrit initialement en relation avec les figures 1 à 6. Les impacts de l'échangeur 60 sont ici:
- la pompe 16a peut être dimensionnée pour faire circuler seulement une quantité prédéterminée maximale de GNL, en vue de la formation de FBOG suffisant pour satisfaire les besoins de l'installation 12, en complément du NBOG. Cette tâche pourrait être effectuée par la pompe à carburant généralement installée dans un navire,
- la capacité du ballon 24 peut être diminuée dans la mesure où le débit d'alimentation en GNL peut être moindre (seul serait utilisé le débit de FBOG supplémentaire pour atteindre la demande en gaz combustible de l'installation 12),
- du fait du pincement de température dans l'échangeur de chaleur, la production de puissance frigorifique est abaissée (environ 15% de perte sur la base d'une pression de fonctionnement de 500 mbara)
- les débits de GNL et de GNLs circulant avec cette solution sont moindres, par conséquent, la consommation énergétique des pompes est réduite, ce qui permet de réduire la consommation énergétique du système
La figure 8 montre un autre mode de réalisation d'un dispositif 1 10 selon l'invention qui peut être considéré comme permettant un refroidissement de gaz liquéfié et/ou un refroidissement de gaz d'évaporation naturelle de gaz liquéfié.
Le dispositif 1 10 est particulièrement adapté mais non exclusivement à la fourniture de gaz combustible à un navire, tel qu'un navire de transport de gaz liquéfié. Le dispositif peut ainsi être utilisé pour alimenter en gaz combustible une installation 1 12 de production d'énergie embarquée sur un navire.
Un navire comporte un réservoir 1 14 ou plusieurs réservoirs 1 14 de stockage de gaz liquéfié. Le gaz est par exemple du méthane ou un mélange de gaz comportant du méthane, par exemple du gaz naturel liquéfié. Le ou chaque réservoir 1 14 peut contenir du gaz sous forme liquéfié à une pression et une température prédéterminées, par exemple à une pression atmosphérique et une température de l'ordre de -160°C. Un ou plusieurs des réservoirs 1 14 du navire peuvent être reliés à l'installation 1 12 par un dispositif 1 10 selon l'invention. Le nombre de réservoirs n'est ainsi pas limitatif. Il est par exemple compris entre 1 et 6. Chaque réservoir 1 14 peut avoir une capacité comprise entre 1 000 à 50 000m3.
Dans ce qui suit, l'expression « le réservoir » devra être interprétée comme « le ou chaque réservoir ».
Le réservoir 1 14 contient du gaz liquéfié 1 14a ainsi que du gaz 1 14b résultant d'une évaporation, en particulier naturelle, du gaz liquéfié 1 14a dans le réservoir 1 14. Naturellement, le gaz liquéfié 1 14a est stocké au fond du réservoir 1 14 tandis que le gaz d'évaporation 1 14b est situé au-dessus du niveau de gaz liquéfié dans le réservoir, schématiquement représenté par la lettre N.
Dans ce qui suit, « GNL » désigne du gaz liquéfié, c'est-à-dire du gaz sous forme liquide, « BOG » désigne du gaz d'évaporation, « NBOG » désigne du gaz d'évaporation naturelle, et « FBOG » désigne du gaz d'évaporation forcée, ces acronymes étant connus de l'homme du métier car ils correspondent aux initiales des expressions anglaises associées.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 8, le réservoir 1 14 comprend une rampe 122 de pulvérisation de gouttelettes de GNL qui est située dans la partie haute du réservoir, au-dessus du niveau N. La rampe 122 est ainsi configurée pour pulvériser des gouttelettes de GNL dans le BOG. Ceci permet de forcer la recondensation du BOG dans le réservoir 14.
Le dispositif 1 10 comprend ici des moyens de refroidissement 170 qui sont associés à un réservoir secondaire 130 de stockage de GNLs.
Les moyens de refroidissement 170 comprennent par exemple un circuit 172 d'échange de chaleur associé au réservoir 130. Le réservoir secondaire 130 contient du GNLs à une pression et une température prédéterminées.
Le réservoir secondaire 130 est configuré pour stocker du GNLs. Le réservoir 30 contient ainsi du gaz liquéfié refroidi 130a ainsi que du gaz 130b résultant d'une évaporation du gaz liquéfié 130a. Naturellement, le gaz liquéfié refroidi (ou GNLs) 130a est stocké au fond du réservoir secondaire 130 tandis que le gaz d'évaporation 130b est situé au-dessus du niveau de gaz liquéfié, schématiquement représenté par la lettre M.
Le réservoir secondaire 130 comprend une sortie de GNLs. Dans l'exemple représenté, cette sortie est reliée par une conduite 132 d'une part à la rampe de pulvérisation 122 du réservoir 1 14 ou de chaque réservoir 1 14, et d'autre part à un plongeur 134 destiné à être plongé ou immergé dans le GNL du réservoir 1 14. On comprend ainsi que du GNLs peut alimenter la rampe de pulvérisation 122 en vue de la pulvérisation de gouttelettes de GNLs dans le BOG du réservoir 1 14, et du GNLs peut alimenter le plongeur 134 en vue de l'injection de GNLs directement dans le GNL du réservoir 1 14.
La conduite 132 peut être reliée à la sortie de GNLs du réservoir secondaire 130 par une vanne 136. La conduite peut être reliée au plongeur 134 et à la rampe 122 par une vanne trois voies 138.
Le réservoir secondaire 130 est ici utilisé pour refroidir un fluide, tel qu'un gaz ou un liquide, qui est ici du BOG du réservoir principal 1 14. Un autre circuit d'échange de chaleur 140 est ici associé au réservoir secondaire 130. L'association de chaque circuit 140, 172 au réservoir secondaire 130 doit ici s'entendre au sens large, les circuits 172 et 140 pouvant par exemple être des conduites en serpentin plongées dans le GNLs contenu dans le réservoir secondaire 130. Ces circuits peuvent en variante être situés à l'extérieur du réservoir 130. Le circuit 140 est configuré pour que des échanges calorifiques aient lieu entre le fluide circulant dans le circuit et le GNLs contenu dans le réservoir secondaire 130. Le fluide circulant dans le circuit 140 est en général plus chaud que le GNLs qui refroidit ainsi le fluide lors de sa circulation dans le circuit 140. Le circuit comprend une entrée et une sortie.
L'entrée du circuit 140 est reliée à une sortie 145 de BOG du réservoir principal 1 14, qui est ici située à une extrémité supérieure du réservoir. La sortie de BOG 145 du réservoir 140 est reliée à une entrée d'un circuit secondaire 142a d'un échangeur de chaleur 142, dont une sortie est reliée à une entrée d'un compresseur 128. La sortie du compresseur 128 est en général reliée à l'installation 1 12 en vue de son alimentation en gaz combustible. Une partie du gaz combustible sortant du compresseur 128 peut être prélevée et réacheminée par une conduite 144 qui peut être reliée à la sortie du compresseur 128 par une vanne trois voies 146.
Le compresseur 128 est configuré pour comprimer le gaz à une pression de service adaptée à son utilisation dans l'installation 1 12.
La conduite 140 est reliée à une entrée d'un circuit primaire 142b de l'échangeur 142 dont une sortie est reliée à l'entrée du circuit 140.
La sortie du circuit 140 est reliée par une conduite 148 à un ballon 150.
La conduite 148 comprend une vanne 152, telle qu'une vanne à effet Joule- Thomson, en vue de la diminution de la température du gaz par expansion adiabatique.
L'échangeur 142, le circuit 140 et la vanne 152 condensent (autrement dit : (re)liquéfient) une partie du BOG.
Le ballon 150 est destiné à séparer le BOG ainsi (re)condensé du BOG resté sous forme gazeuse.
Le ballon 150 contient ainsi du BOG (re)condensé (par la ligne de condensation comportant par exemple l'échangeur 142, le circuit 140 et la vanne 152 ) 150a ainsi que du BOG gazeux 150b. Naturellement, le BOG condensé 150a est stocké au fond du ballon 150 tandis que BOG gazeux 150b est situé au-dessus du niveau de gaz liquéfié dans le ballon 150, schématiquement représenté par la lettre O.
Le ballon 150 comprend trois ports de communication fluidique, à savoir une entrée de BOG reliée à la conduite 148, une sortie de BOG gazeux et une sortie de BOG liquide. La sortie de BOG condensé est ici reliée à l'entrée du compresseur 126 par une conduite 151 . La sortie de BOG liquide est ici reliée au plongeur 134, la conduite 132 et/ou la rampe de pulvérisation 122 en vue du stockage de GNL dans le réservoir 1 14.
La figure 9 représente une variante de réalisation du dispositif 1 10 qui diffère de celui de la figure 8 par ses moyens de refroidissement 170. Ainsi, les moyens de refroidissement 170 comprennent une pompe 1 16a immergée dans le GNL du réservoir 1 14, et de préférence située au fond du réservoir afin de s'assurer qu'elle ne soit alimentée qu'en GNL.
La pompe 1 16a est reliée à une extrémité, ici inférieure, d'une conduite 1 18. La conduite 1 18 comprend une extrémité supérieure reliée à une entrée de GNLs du réservoir secondaire 130 en vue de l'alimentation en GNLs dans ce réservoir. La conduite 1 18 traverse ou comprend un générateur de froid, tel qu'un évaporateur sous vide, qui peut comprendre un ballon associé à un compresseur, comme illustré dans le précédent mode de réalisation.
La pompe 1 16a est configurée pour forcer la circulation de GNL dans la conduite 1 18 depuis le fond du réservoir 1 14 jusqu'au réservoir secondaire 130, en vue de l'alimentation en GNLs du réservoir secondaire 130 et son stockage dans ce dernier.
Dans les dispositifs des figures 8 et 9, la solution est l'intégration de moyens de refroidissement 170 dans l'environnement d'un navire afin d'utiliser au mieux cet équipement pour répondre aux besoins du navire. Les moyens de refroidissement 170 sont tels qu'en utilisation :
- pour le type représenté à la figure 9, du GNL est acheminé depuis le réservoir 1 14, par la pompe 1 16a, jusqu'aux moyens de refroidissement 170 où il est refroidi puis injecté dans le réservoir secondaire 130 où il est stocké ; si la capacité du réservoir 130 n'est pas suffisante pour ce stockage, du GNLs peut être envoyé à la conduite 132 puis par le plongeur 134 à l'intérieur du réservoir 1 14, ce qui permet de refroidir le GNL dans le réservoir 1 14 ;
- pour le deuxième type représenté à la figure 8, les moyens de refroidissement 170 refroidissent directement le GNL stocké dans le réservoir secondaire 130 en étant directement au contact de ce GNL, pour générer du GNLs.
Dans les deux cas, le résultat est que du GNLs est stocké dans le réservoir secondaire 130. La température du GNLs est de préférence comprise entre -180 et -160°C, ce qui correspond à une chute de température du GNL entre -0,5 et -20°C typiquement. En raison de l'entrée de chaleur dans le réservoir secondaire 130, une partie du GNLs peut s'évaporer et se transformer en BOG 130b. Si la pression à l'intérieur du réservoir secondaire 130 atteint un seuil prédéterminé, alors il peut être contrôlé en enlevant une partie du BOG grâce au compresseur 126. Le réservoir secondaire 130 est conçu en fonction de son utilisation, et a par exemple une capacité comprise entre 50 à 500m3 pour la gestion du BOG en voyage, ou de 1 500 à 10 000m3 pour la gestion du BOG pendant l'ancrage (2 à 5 jours). La pression dans le réservoir secondaire 130 est par exemple comprise entre 0.3bara et 10bara, pour bénéficier d'une souplesse dans la gestion de la pression et du gaz d'évaporation 130b.
Les moyens de refroidissement 170 peuvent être exploités indépendamment de la solution et de son environnement. De préférence, les moyens de refroidissement 170 sont en fonctionnement continu, lorsque de la puissance frigorifique est immédiatement nécessaire ou non.
Lorsque cela est nécessaire, du GNLs peut être envoyé au réservoir 1 14 au moyen de la conduite 132 et du plongeur 134, par exemple pour contrôler la pression ou la température du GNL contenu dans le réservoir 1 14.
Typiquement, la pression dans le réservoir 1 14 est contrôlée en prélevant du NBOG du réservoir1 14 par aspiration du NBOG au moyen du compresseur 126 à travers la sortie 145 de NBOG du réservoir 1 14. Ensuite, le NBOG provenant du compresseur 126 est utilisé pour alimenter l'installation 1 12. Si la charge de l'installation 1 12 n'est pas suffisante pour consommer tout le NBOG, alors il existe du NBOG en excès qui doit être géré. Dans ce cas, il est préférable d'agir uniquement sur le NBOG excédentaire plutôt que sur le GNL ou la totalité du NBOG contenu dans le réservoir 1 14, comme décrit précédemment. Grâce à la solution, le NBOG excédentaire provenant du compresseur 126 à la pression d'utilisation de l'installation 1 12 (par exemple 6- 7bars ou 15-17bars ou 300-315bars selon le type d'installation du navire) est envoyé à l'échangeur de chaleur 142 à travers lequel il sera refroidi par échange thermique avec du NBOG prélevé par la sortie de NBOG 145 dans le réservoir 1 14. Ensuite, le NBOG en excès est envoyé au circuit 140 d'échange thermique du réservoir 130, à travers lequel il sera refroidi par échange de chaleur le GNLs contenu dans ce réservoir 130. Ensuite, le NBOG en excès est dépressurisé par la vanne JT 152 à la pression de fonctionnement du ballon 150, avant d'alimenter ce ballon 150. Le ballon 150 est régulé à une pression proche de la pression de stockage dans le réservoir 1 14. Grâce à l'agencement de la ligne de condensation de BOG (qui comporte l'échangeur de chaleur 142, le circuit 140, la vanne JT 152 et le ballon 150), une partie du NBOG excédentaire est condensée. Enfin, le NBOG condensé récupéré dans le ballon 150 est réinjecté dans le réservoir 1 14, par l'intermédiaire du plongeur 134. En (re)condensant ainsi le NBOG, on permet de faire baisser la pression du NBOG dans le réservoir 1 14.
Les avantages de ce dispositif sont nombreux et par exemple :
- Les moyens de refroidissement 170 peuvent traiter tout le NBOG excédentaire et fonctionner en continu à une capacité moyenne. Typiquement, les moyens de refroidissement 170 sont dimensionnés soit pour gérer l'excès maximum de NBOG, puis fonctionnent à des capacités inférieures pour gérer les variations réelles de NBOG excédentaire, soit à une capacité équilibrée et l'excès de NBOG au-delà de cette capacité est perdu. Grâce au dispositif 1 10, les moyens de refroidissement 170 peuvent être dimensionnés en fonction de la capacité d'excès moyenne de NBOG tout en étant capables de gérer tout l'excédent de NBOG. Pour un navire classique, le NBOG en excès moyen se situe dans la plage de 25 à 50% d'excès maximum de NBOG. Cette flexibilité pour absorber les variations, d'une part, de la production de puissance frigorifique, et d'autre part, des besoins en puissance frigorifique, est accordée grâce au réservoir secondaire 130 qui est capable de stocker du GNLs plus froid que le GNL stocké dans le réservoir 1 14. En faisant ainsi, la puissance froide est concentrée dans le GNLs et prête à être utilisée lorsqu'elle est nécessaire, alors qu'elle est diluée à l'intérieur du volume conséquent du réservoir 1 14 dans l'art antérieur.
- Typiquement, la puissance froide est employée pour pulvériser du GNLs dans le réservoir 1 14. Ce faisant, la phase vapeur dans le réservoir 1 14 est refroidie et partiellement condensée. En termes d'énergie, ce n'est pas idéal car une partie de l'excès de NBOG peut être utilisée pour alimenter l'installation 1 12. Grâce au dispositif 1 10, une partie du NBOG est utilisée pour alimenter l'installation 1 12 et la puissance froide est utilisée uniquement sur le NBOG excédentaire. Pour un navire typique, la consommation de gaz pendant l'ancrage se situe dans la plage de 15 à 30% du NBOG.
- Grâce au compresseur 126 qui équipe le navire, le NBOG excédentaire est comprimé à une pression d'entrée de l'installation 1 12 (typiquement de 6-7bars, de 15-17 bars ou de 300-315bars), puis refroidi par du GNLs et séparé par phases avant de revenir au réservoir principal 1 14. Ceci est plus efficace que la pulvérisation de GNLs dans la phase vapeur du réservoir principal 1 14, car il permet de refroidir davantage le NBOG excédentaire et d'en condenser une plus grande proportion grâce à la différence de pression.
- Certains moyens de refroidissement peuvent être utilisés dans des conditions particulières. Par exemple, l'évaporateur sous vide décrit dans ce qui précède peut seulement générer du froid à partir de FBOG supplémentaire nécessaire en complément du NBOG pour alimenter l'installation 1 12. Grâce au dispositif 1 10, la puissance froide générée peut être utilisée quand et où elle est nécessaire.
Les figures 9 et 10 illustrent des phases de fonctionnement du dispositif de la figure 9, qui sont naturellement applicables au dispositif de la figure 8, et qui peuvent correspondre à des phases de régime du navire équipé de ce dispositif.
1 . Contrôle des conditions du réservoir (pression et température) - figure 9 ;
2. Gestion du NBOG en excès - figure 10.
1 . Contrôle des conditions du réservoir (pression et température) - figure 9.
Dans le cas où le réservoir secondaire 130 n'a pas besoin d'être alimenté en GNL provenant du réservoir 1 14 (par exemple, les besoins en énergie sont fournis par une autre source d'énergie) et les conditions du réservoir 1 14 doivent être contrôlées (par exemple pression au mouillage ou température avant chargement), alors du GNLs contenu dans le réservoir secondaire 130 peut être utilisé pour refroidir le GNL contenu dans le réservoir 1 14, en l'acheminant par la conduite 132 puis le plongeur 134. 2. Gestion du NBOG en excès - figure 10.
Comme décrit précédemment, le NBOG en excès peut être géré en le faisant circuler par la ligne de condensation formée par l'échangeur 142, le circuit 140 d'échange de chaleur, la vanne JT 152 et le ballon 150.
La figure 1 1 représente une alternative.
Comme l'installation requiert une alimentation en gaz typiquement à une pression d'entrée supérieure à la pression de stockage dans le réservoir 1 14, le compresseur 126 permet d'acheminer le NBOG à une pression admissible par l'installation 1 12. Le NBOG est réchauffé lors de cette compression. De préférence, l'échangeur 142 est utilisé pour récupérer une partie du froid venant du réservoir 1 14. C'est une possibilité pour une meilleure performance, mais n'est pas fondamental et donc pas indispensable. Il est donc retiré dans le mode de réalisation de la figure 1 1 . Une sortie de la vanne trois voies 146 est donc directement reliée à l'entrée du circuit 140, et la sortie de NBOG 145 du réservoir est directement reliée à l'entrée du compresseur 126.
La figure 12 représente une variante de réalisation du dispositif qui diffère de celui de la figure 9 en ce qu'il comprend un autre échangeur de chaleur 180. L'échangeur de chaleur 180 comprend deux circuits, respectivement primaire 180a et secondaire 180b.
Le circuit secondaire 180b comprend une entrée reliée à une pompe
182 immergée dans le GNLs contenu dans le réservoir secondaire 130, et une sortie reliée à une entrée de GNLs dans le réservoir 130, en vue de la réinjection de GNLs dans le réservoir après que celui-ci ait échangé des calories avec le fluide circulant dans le circuit primaire de l'échangeur 180. Le circuit primaire 180 est assimilable au circuit 140 d'échange de chaleur décrit dans ce qui précède.
Le circuit primaire 180a est un circuit chaud, le fluide circulant dans ce circuit et en l'occurrence le BOG comprimé, étant destiné à être refroidi par circulation dans ce circuit. Le circuit secondaire 180b est un circuit froid, le fluide circulant dans ce circuit et en l'occurrence le GNLs provenant du réservoir 330, étant destiné à être refroidi par circulation dans ce circuit.
La figure 13 représente une variante de réalisation du dispositif 10 qui 5 diffère de celui de la figure 1 en ce que le ballon 24 et le réservoir secondaire 30 sont communalisés pour former et définir une seul même cuve 90 de vaporisation forcée de GNL provenant du réservoir 14 et de stockage de GNLs ainsi produit.
Le premier tableau ci-dessous donne des exemples de valeurs pou différents paramètres de fonctionnement du dispositif selon l'invention, pou diverses gammes (large, médiane et optimale).
Gamme large Gamme médiane Gamme optimale
Pression
120 950 300 800 500 600
(mbara)
Fraction de gaz
évaporé après
dépressurisation 14,86 à 0,94 à 9,58 à 6,06 à
2,38 à 3,37 4,68 à 5,57 (moyens de 15,18 1 ,97 10,2 6,87
dépressurisation
19) (%)
Débit de gaz
refroidi fourni 15,35 à 138 à 24,23 à 79,32 à 37,37 à 46,81 à par la pompe 35 31 ,08 371 ,6 51 ,42 197,7 84,69 109,9
(t/h)
Débit de gaz
18,09 à 140,8 à 26,99 à 82,1 1 à 49,58 à fourni par la 40,14 à 89
34,95 374,7 55,48 202,6 1 14,4 pompe 16a (t/h)
Taille du
1907 à 20021 à 2964 à 10476 à 4595 à
réservoir 5810 à 761 1
2120 86037 3483 16799 5810 secondaire 30 s'il est relié
directement à la
rampe 22 (m3)
Taille du
réservoir
secondaire 30 1312 à 3506 à 1714 à 2989 à 2160 à
2405 à 7224 en vue de la 1778 32049 2915 12136 5164
recondensation
de BOG (m3)
Température du
-178,2 à - -160,6 à - -172,6 à - -162,5 à - -167,6 à - -165,7 à - BOG refroidi par
180,4 159 170,5 161 165,7 164 le circuit 40 (°C)
Fraction de
BOG
recondensé 93,16 à 81 ,63 à 87,94 à
82,49 à 100 85 à 100 84 à 100 après détente 100 98,86 100
par la vanne 52
(%)
Le second tableau renseigne les mêmes types de paramètres mais ciblés sur des compositions plus courantes de gaz liquéfié et en particulier de gaz naturel liquéfié, tel que du méthane ou un mélange de gaz contenant du
5 méthane.
Gamme large Gamme médiane Gamme optimale
Pression (mbara) 120 950 300 800 500 600
Fraction de gaz
évaporé après
dépressurisation 14,86 à 0,94 à 6,06 à
9,58 à 10,2 2,38 à 3,37 4,68 à 5,57 (moyens de 15,18 1 ,97 6,87
dépressurisation
19) (%) Débit de gaz
15,35 à 138 à 24,23 à 19,32 à 37,37 à 46,81 à refroidi fourni par
19,88 261 ,1 32,59 142,9 53,56 70,44 la pompe 35 (t/h)
Débit de gaz
18,09 à 140,8 à 26,99 à 82,1 1 à 40,14 à 49,58 à fourni par la
22,86 264 35,59 2146 56,59 73,48 pompe 16a (t/h)
Taille du
réservoir
secondaire 30 s'il 1907 à 20021 à 2964 à 10476 à 4595 à
5810 à 6750 est relié 2028 42375 3317 14470 5504
directement à la
rampe 22 (m3)
Taille du
réservoir
secondaire 30 en 1312 à 3506 à 1714 à 2989 à 2160 à
2405 à 3268 vue de la 1523 5944 2090 4482 281 1
recondensation
de BOG (m3)
Température du
-179,1 à -160,6 à -172,6 à - -162,5 à - -167,6 à - -165,7 à - BOG refroidi par
-180 -159,5 171 ,1 161 ,4 166,1 164,7 le circuit 40 (°C)
Fraction de BOG
recondensé
92,47 à 96,26 à
après détente 100 98,69 à 100 93,59 à 100 95,24 à 100
98,86 100
par la vanne 52
(%)
En fonction du niveau de remplissage du réservoir principal, la pression hydrostatique varie à l'extrémité inférieure de la conduite 18 (la pompe étant en général à une profondeur stable). La température du gaz liquéfié dans le ballon 24 est égale à la « Température du BOG refroidi par le circuit 40 (°C) » moins 2 °C par exemple, ce qui correspond au « pincement » de l'échangeur.
La fraction de gaz évaporé après dépressurisation est donnée par la formule :
X = (HI,u -HI,d) / (Hv,d - HI,d)
dans laquelle :
X est le pourcentage massique de liquide vaporisé,
Hl,d (J/Kg) est l'enthalpie du liquide en amont à la température et à la pression en amont,
Hv,d (J/Kg) est l'enthalpie du gaz vaporisé à la pression en aval et correspondant à la température de saturation, et
Hl,d (J/Kg) est l'enthalpie du liquide résiduel à la pression en aval et correspondant à la température de saturation.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif (10, 1 10) de refroidissement de gaz d'évaporation naturelle pour une installation (12, 1 12) de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire,
caractérisé en ce qu'il comprend :
- un réservoir principal (14, 1 14) de stockage de gaz liquéfié et comportant une première sortie (45, 145) de gaz d'évaporation naturelle,
- des moyens (170) de prélèvement de gaz liquéfié dans ledit réservoir principal et de refroidissement de ce gaz liquéfié,
- un réservoir secondaire (30, 130) de gaz liquéfié refroidi configuré pour stocker du gaz liquéfié refroidi par lesdits moyens de refroidissement, et
- un premier circuit (40, 140) d'échange de chaleur comportant une entrée reliée à ladite première sortie dudit réservoir principal en vue de la circulation de gaz d'évaporation naturelle dans ledit circuit, ledit premier circuit étant configuré pour coopérer avec ledit réservoir secondaire afin que ledit gaz d'évaporation naturelle traversant ledit premier circuit soit refroidi par du gaz liquéfié refroidi stocké dans ledit réservoir secondaire ou provenant dudit réservoir secondaire.
2. Dispositif (10, 1 10) selon la revendication précédente, dans lequel il comprend en outre :
- un premier ballon (50, 150) de séparation dont une entrée est reliée à une sortie dudit premier circuit (40, 140) en vue de l'alimentation dudit premier ballon en gaz d'évaporation naturelle refroidi et en gaz d'évaporation naturelle recondensé formant du gaz liquéfié refroidi, ledit premier ballon comportant une première sortie de gaz d'évaporation naturelle et une seconde sortie de gaz liquéfié refroidi reliée audit réservoir principal en vue de l'injection de gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir principal.
3. Dispositif (10, 1 10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il comprend au moins un premier compresseur (26, 126) dont une entrée est reliée à ladite première sortie de gaz d'évaporation naturelle dudit réservoir principal (14, 1 14) et/ou à ladite première sortie de gaz d'évaporation naturelle dudit premier ballon (50, 150).
4. Dispositif (10, 1 10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de refroidissement comprennent un second circuit (172) d'échange de chaleur qui est destiné à coopérer par échange de chaleur avec du gaz liquéfié dudit réservoir secondaire (30, 130) ou provenant dudit réservoir secondaire (30, 130), et dans lequel circule un fluide de refroidissement en vue du refroidissement dudit gaz liquéfié et la génération de gaz liquéfié refroidi.
5. Dispositif (10, 1 10) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits moyens de refroidissement comprennent :
- un second ballon (24) dont une entrée est reliée à une première extrémité d'une première conduite (18, 1 18) dont une seconde extrémité est destinée à être immergée dans le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal (14, 1 14), ladite première conduite étant apte à alimenter ledit second ballon en gaz liquéfié, et
- une seconde conduite (31 ) dont une première extrémité est reliée à une première sortie de gaz liquéfié refroidi dudit second ballon, et dont une seconde extrémité est reliée audit réservoir secondaire en vue de l'alimentation en gaz liquéfié refroidi dudit réservoir secondaire (30, 130).
6. Dispositif (10, 1 10) selon la revendication précédente, dans lequel il comprend un premier échangeur de chaleur (60) dont un circuit primaire (60a) a une entrée reliée à une sortie de gaz liquéfié dudit réservoir principal (14), et une sortie est reliée à une entrée dudit réservoir secondaire (30), en vue de l'alimentation en gaz liquéfié dudit réservoir secondaire, et un circuit secondaire (60b) a une entrée reliée à ladite première conduite (18) et une sortie reliée à l'entrée dudit second ballon (24).
7. Dispositif (10, 1 10) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel il comprend :
- une première pompe (16a, 1 16a) reliée à ladite seconde extrémité de ladite première conduite (18, 1 18), et destinée à être immergée dans ledit gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal (14, 1 14), de façon à forcer la circulation de gaz liquéfié à travers ladite première conduite depuis ledit réservoir principal jusqu'audit second ballon (24), et - une seconde pompe (35) reliée à ladite seconde conduite (31 ) de façon à forcer la circulation de gaz liquéfié refroidi depuis ledit second ballon (24) jusqu'audit réservoir secondaire (30, 130).
8. Dispositif (10, 1 10) selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel ladite première conduite (18, 1 18) inclut des moyens de vaporisation (19).
9. Dispositif (10, 1 10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il comprend au moins un second compresseur (28, 128) dont une entrée est reliée à ladite première sortie (45, 145) de gaz d'évaporation naturelle dudit réservoir principal (14, 1 14), ledit second compresseur comportant une sortie reliée à ladite entrée dudit premier circuit (40, 140).
10. Dispositif (10, 1 10) selon la revendication précédente, en dépendance de l'une des revendications 5 à 8, dans lequel ladite entrée dudit second compresseur (28, 128) est en outre reliée à une seconde sortie de gaz dudit second ballon (24) et/ou à une seconde sortie de gaz dudit premier ballon (50, 150).
1 1 . Dispositif (10, 1 10) selon la revendication 9 ou 10, en dépendance de la revendication 3, dans lequel ladite entrée dudit second compresseur (28) est reliée à la sortie dudit premier compresseur (26).
12. Dispositif (10, 1 10) selon l'une des revendications 9 à 1 1 , dans lequel ledit premier ou second compresseur (26, 28, 126) comporte une sortie apte à fournir du gaz combustible, en particulier à ladite installation (12, 1 12).
13. Dispositif (10, 1 10) selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel ladite entrée dudit premier circuit (40, 140) est reliée à ladite sortie dudit premier ou second compresseur (26, 28, 126) par un circuit primaire (42b, 142b) d'un second échangeur de chaleur (42, 142), ledit second échangeur de chaleur comportant un circuit secondaire (42a, 142a) dont une entrée est reliée à ladite première sortie (45, 145) de gaz d'évaporation naturelle dudit réservoir principal (14, 1 14), et dont une sortie est reliée à ladite entrée dudit premier ou second compresseur.
14. Dispositif (10, 1 10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit réservoir secondaire (30, 130) est reliée à une première extrémité d'une troisième conduite (32, 132) de gaz liquéfié refroidi dont une seconde extrémité est reliée audit réservoir principal (14, 1 14), ladite troisième conduite étant apte à acheminer au moins une partie dudit gaz liquéfié refroidi depuis ledit réservoir secondaire jusqu'audit réservoir principal.
15. Dispositif (10, 1 10) selon la revendication précédente, dans lequel ladite 5 troisième conduite comprend un plongeur (34, 134) destiné à être immergé dans le gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal (14, 1 14), et/ou une rampe de pulvérisation (22, 122) située dans ledit réservoir principal, en vue de l'injection de gaz liquéfié refroidi dans ledit réservoir principal.
16. Navire, en particulier de transport de gaz liquéfié, comportant au moins o un dispositif (10, 1 10) selon l'une des revendications précédentes.
17. Procédé d'alimentation en gaz combustible d'une installation (12, 1 12) de production d'énergie, en particulier embarquée sur un navire, au moyen d'un dispositif (10, 1 10) selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend la surveillance d'au moins un paramètre de consommation de gaz5 par ladite installation, et
lorsque la valeur dudit paramètre est supérieure à un seuil prédéterminé, une étape de préparation et de stockage de gaz liquéfié refroidi, par exemple dans ledit réservoir secondaire,
lorsque la valeur dudit paramètre est inférieure à un seuil prédéterminé,0 une étape de recondensation de gaz d'évaporation naturelle produit en excès dans ledit réservoir principal.
18. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel du gaz liquéfié refroidi est préparé lorsque la production de gaz d'évaporation naturelle est insuffisante pour répondre à la consommation de gaz par ladite installation.5
19. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel du gaz liquéfié est refroidi par prélèvement, détente, et séparation de phases de gaz liquéfié contenu dans ledit réservoir principal.
20. Procédé selon l'une des revendications 17 à 19, dans lequel ledit gaz liquéfié refroidi est stocké dans le réservoir principal afin de condenser du gaz0 d'évaporation naturelle dans ce réservoir, en particulier lorsque la quantité disponible de gaz d'évaporation naturelle dans ce réservoir est supérieure au besoin de ladite installation.
21 . Procédé selon l'une des revendications 17 à 20, dans lequel ledit gaz d'évaporation naturelle est condensé par échange de chaleur avec ledit gaz liquéfié refroidi.
22. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit gaz d'évaporation naturelle est compressé avant ledit échange de chaleur.
23. Procédé selon la revendication 21 ou 22, dans lequel ledit gaz d'évaporation naturelle est décompressé après ledit échange de chaleur.
24. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit gaz d'évaporation naturelle subit une séparation de phases après ladite décompression.
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