Brevet FR2467287A1 — publié le 19810417

67287.. La présente invention concerne un procédé et un appa- reil permettant de produire de l'électricité par l'utilisation de l'échange de chaleur entre du gaz naturel liquéfié et un agent de transmission de chaleur intermédiaire. Plus particulièrement, elle concerne un procédé et un appareil de production d'électricité uti- lisant efficacement un agent de transmission de chaleur intermé- diaire ayant servi au réchauffage du gaz naturel liquéfié. Le gaz naturel liquéfié Eat généralement maintenu à une basse température d'environ -160'C pendant le stockage et le transport. Pour pouvoir l'utiliser comme combustible dans la produc- tion d'énergie électrique, comme gaz de ville, etc., on chauffe ordi- nairement le gaz naturel liquéfié au moyen d'eau douce ou d'eau de mer jusqu'i obtenir le gaz naturel. Pour réaliser une vaporisa- tion efficace du gaz naturel liquéfié en le chauffant au moyen d'eau douce ou d'eau de mer, il existe différents procédés, parmi lesquels certains sont décrits dans les brevets japonais n0 136413/1979 et 136414/1979. Selon ces brevets, on commence par réchauffer le gaz naturel liquéfié au moyen d'un agent de transmission de chaleur inter- médiaire (par exemple propane, ammoniac, dichlorodifluarométhane) jusqu'à une température d'environ -20 b -50 C pour assurer sa vapori- sation, puis on le réchauffe encore au moyen d'eau douce ou d'eau de mer jusqu'à une température supérieure à o0C afin qu'il puisse être fourni b n'importe quelle source d'utilisation, tandis que l'eau douce ou l'eau de mer qui a été utilisée de la façon indiquée ci-dessus sert à réchauffer l) agent thermique intermédiaire. Selon un tel procédé, l'agent thermique intermédiaire est refroidi au moyen du gaz naturel liquéfié jusqu'à liquéfaction, et l'agent ainsi liquéfié est réchauffé au moyen d'eau douce ou d'eau de mer jusqu'à vaporisation, ces transformation se répétant de façon cyclique. Une utilisation efficace de l'énergie thermique mise en jeu pendant ces cycles est très importante du point de vue des économies d'énergie. A la suite d'une étude complète, il aété mis au point un nouveau procédé de production d'électricité à haut rendement qui utilise un agent de transmission de chaleur intermédiaire pour réchauffer le gaz naturel liquéfié. Le procédé de production d'électricité de l'invention consiste à réchauffer un agent de transmission de chaleur intermé- diaire, lequel a été refroidi et liquéfié du fait qu'il a été uti- lise pour chauffer le gaz naturel liquéfié jusqu'I vaporisation, au moyen d'eau douce ou d'eau de mer jusqu'à vaporisation, à intro- duire l'agent de transmission de chaleur intermédiaire ainsi vapo- risé dans une turbine équipée d'un générateur d'énergie électrique afin d'utiliser de nouveau l'agent de transmission de chaleur inter- médiaire qui sort de la turbine pour réchauffer le gaz naturel liquéfié jusqu'à vaporisation, ces opérations étant réalisées de façon répétée et cyclique. Dans un tel procédé, il est particulière- nent intéressant de mettre en contact l'agent thermique intermé- diaire sous forme de 'liquide condensé avec l'agent thermique intermé- diaire qui sort de la turbine par l'intermédiaire d'un matériau de garniture, si bien que l'on peut empêcher un refroidissement excessif (an dessous du niveau de température correspondant I une pression de saturation) de l'agent thermique intermédiaire par le gaz naturel liquéfié. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise & donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels - la figure 1 est un diagramme de circulation qui pré- sente un mode de réalisation de l'appareil de production d'ilectri- cité de l'invention; - la figure 2 est une vue an coupe simplifiée du dispo- sitif de vaporisation de gaz naturel liquéfié (GNL) utilisé déns l'appareil de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en coupe simplifiée d'un daispositif d'évap*retion de gaz propane liquéfié (GPL) utilisé dans l'appareil de l'invenution. - Sur la figure 1, le numoro de référence 1 désigne un moyen d'échange de chaleur (h savoir un dispositif de vaporisation de ga& naturel liquéfié) entre du gaz naturel liquéfié et du propane servant d'agent de transmission de chaleur intermédiaire. Comme le montre la figure 2e le moyen d'ichange de chaleur peut être constitué :4_ 2467287J d'un échangeur de chaleur à tube en U o le faisceau tubulaire 12 de la calandre 11 est disposé dans la moitié supérieure, le gaz naturel liquéfié étant introduit dans le tube. La moitié inférieure de la calandre 11 se présente sous la forme d'une partie réservoir destinée au gaz propane liquéfié. Dans la partie médiane, se trouve un matériau de garniture ordinaire (par exemple un treillis métal- lique) 13. Sur la calandre 11, au niveau de ladite partie médiane, il existe une ouverture 14 servant à l'introduction de propane gazeux (PG). Le gaz naturel après vaporisation est désigné par GN. Le numéro de référence 2 désigne un moyen d'échange de chaleur (à savoir un dispositif d'évaporation de gaz propane liquéfié) entre le gaz propane liquéfié et de l'eau douce ou de l'eau de mer. Comme le montre la figure 3, le moyen d'échange de chaleur peut être constitué par un échangeur de chaleur à plaque tubulaire fixe. Le faisceau tubulaire 22 de la calandre 21 est disposé dans la moitié inférieure et de l'eau, douce ou de mer, est introduite dans le tube. Le propane gazeux qui se forme par vaporisation du gaz propane liquéfié dans la moitié inférieure de la calandre 21 est recueilli au niveau de la moitié supérieure et sort de la calandre par un élément 23 d'élimination de brouillard. Sur la figure 1, le numéro de référence 3 désigne une pompe servant à envoyer sous pression du gaz propane liquéfié se trouvant au fond de la calandre du dispositif de vaporisation 1 jusqu'au fond de la calandre du dispositif d'évaporation 2. Une autre référence 4 désigne une turbine équipée d'un générateur d'énergie électrique, telle qu'une turbine à gaz à réaction à flux axial destinée à être entraînée par le propane gazeux venant du dispositif d'évaporation 2. Le numéro de référence 5 désigne un réchauffeur complémentaire servant à encore réchauffer le gaz naturel venant du dispositif d'évaporation 1 en vue de sa délivrance au consommateur. L'eau, douce ou de mer, qui a déjà été envoyée au réchauffeur complé- mentaire 5 peut être utilisée comme source de chaleur pour le dispo- sitif d'évaporation 2. Dans l'appareil de l'invention présentant la structure indiquée ci-dessus, du gaz naturel liquéfié, par exemple à un débit de 60 t/h, une pression manométrique de 33kg/cm et une température de 2467287. -1500C, est introduit dans le tube du dispositif de vaporisation 1, est chauffé et vaporisé (à -500C) par le propage gazeux se trouvant dans la calandre, puis est extrait de l'appareil. D'autre part, le propane gazeux se trouvant dans la calandre du dispositif de vapori- sation 1 se refroidit et se liquéfie, puis est mis à la pression manométrique de 7,5 kg/cm par la pompe 3 pour être envoyé dans la calandre du dispositif d'évaporation 2 (à un débit de 82,5 t/h), o le gaz propane liquéfié est chauffé et vaporisé par de l'eau, douce ou de mer, se trouvant dans le tuyau (à un débit de 3 000 t/h et une température de 26UC), le propage gazeux ainsi produit étant introduit dans la turbine 4 (sous une pression manométrique de 7,2 kg/cm2 et une température de 180C). La puissance résultante du générateur d'énergie électrique est de 1 450 kW. Le propane gazeux sortant de la turbine (à une pression manométrique de 0,02 kg/cm et une température de -420C) est introduit par l'ouverture 14 dans la calandre du -dispositif de vaporisation 1, o il est placé en contact avec des gouttes liquides condensées de propane au niveau du matériau de garniture 13, de façon à maintenir la température du gaz propane liquéfié dans la calandre à un niveau de quasi-saturation pour la pression régnant dans la calandre (à environ -440C pour la pres- sion de travail de 1 atmosphère). Ce gaz propane liquéfié est ensuite envoyé au dispositif d'évaporation 2 par la pompe 3. -Lorsque le dispositif de vaporisation 1 n'est pas pourvu d'un matériau de garniture 13, le liquide condensé de gaz propane se trouvant dans le dispositif de vaporisation subit un refroi- - dissement excessif jusqu'à une température d'environ -500C. Il s'ensuit que la quantité de gaz propane liquéfié mise en circulation par la pompe 3 peut être abaissée jusqu'à environ 80 t/h, la pression d'évaporation dans le dispositif d'évaporation 2 pouvant être abaissée jusqu'à une pression manométrique d'environ 7,0 kg/cm, si bien que la puissance fournie par le générateur prend une valeur d'environ 1 400 kW. Ainsi que cela a été décrit ci-dessus, le procédé et l'appareil de l'invention permettent d'assurer la production d'électricité avec un gros rendement par une utilisation efficace du cycle de liquéfactionvaporisation de l'agent de transmission de chaleur intermédiaire. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé et de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'in- vention. 2467287 J R E V E N D I C A T IONS 1 - Procédé'de production d'électricité, caractérisé en ce qu'il consiste à réchauffer un agent de transmission de chaleur intermédiaire (PG) qui a été refroidi et liquéfié (GPL) du fait qu'il a été utilisé pour chauffer du gaz naturel liquéfié (GNL) jusqu'à vaporisation, au moyen d'eau, douce ou de mer, jusqu'à vaporisation, à introduire l'agent de transmission de chaleur intermédiaire vapo- risé (PG) dans une turbine (4) équipée d'un générateur d'énergie élec- trique afin d'utiliser encore l'agent de transmission de chaleur intermédiaire qui sort de la turbine pour réchauffer le gaz naturel liquéfié (GNL) jusqu'à-vaporisation-(GN) tandis que l'agent de trans- mission de chaleur intermédiaire qui sort de la turbine est mis en contact avec le liquide condensé (GPL) de l'agent de transmission de chaleur intermédiaire par l'intermédiaire d'un matériau de garniture (13). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue l'échange de chaleur entre le gaz naturel liquéfié et l'agent de transmission de chaleur intermédiaire au moyen d'un échan- geur de chaleur (1) à tube en U qui comprend,.dans sa moitit supérieure à l'intérieur de la calandre (11)- de l'échangeur de chaleur (1), un faisceau tubulaire (12) par lequel passe le gaz naturel liquéfié, dans sa moitié inférieure, une partie réservoir destinée à l'agent de transmission de chaleur intermédiaire liquéfié et, dans sa partie médiane, un matériau de garniture (13) et une entrée (14) permettant de faire passer l'agent de transmission de chaleur intermédiaire de la turbine jusque dans la calandre, et en ce qu'on effectue l'échange de chaleur entre l'agent de transmission de chaleur intermédiaire et l'eau douce ou de mer au moyen d'un échangeur de chaleur (2) à plaque tubulaire fixe qui comprend un faisceau tubulaire (22)., dans lequel passe l'eau douce ou de mer, dans sa moitié inférieure à l'intérieur de la calandre (21) de l'échangeur de chaleur (2). 3 - Appareil de production d'électricité, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre le procédé de la revendication 1 ou 2.