Etude dynamique des systèmes de stockage de chaleur cryogénique en vue de leur application dans la reliquéfaction et la gestion des gaz dans les navires de transport de LNG.

par Ghiwa Shakrina

Projet de thèse en Energétique et génie des procédés

Sous la direction de Chakib Bouallou et de Rodrigo Rivera tinoco.

Thèses en préparation à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec Energétique et Procédés (laboratoire) , CES - Centre Efficacité énergétique des Systèmes (equipe de recherche) et de MINES ParisTech (établissement opérateur d'inscription) depuis le 15-10-2018 .


  • Résumé

    Dans les navires transportant le gaz naturel liquéfié (GNL), une problématique majeure est la gestion du GNL qui se vaporise dans les réservoirs. Cette vaporisation a lieu par les transferts de chaleur de l'extérieur du navire vers les réservoirs, par l'agitation du liquide en fonction de la houle, par la compression des bulles de gaz par impact de liquide ou parois, etc. Une vaporisation importante de GNL conduit à une disponibilité trop importante de GNL pour utilisation par le navire lui-même. En effet, le GNL vaporisé est fréquemment utilisé pour les besoins énergétiques dans les cabines du navire, mais également pour sa propulsion. Un excès de GNL vaporisé est géré des deux façons : soit il est brûlé dans des chaudières, soit il est liquéfié. Dans le cas de la liquéfaction, on se retrouve avec des procédés classiques de liquéfaction, dont les cascades réfrigérantes et les cycles turbo-Brayton. Afin d'améliorer l'efficacité énergétique des navires, cette thèse cible le développement et la modélisation détaillés des systèmes de stockage de chaleur cryogénique pour la gestion du GNL vaporisé (Boil Off Gas – BOG). Les enjeux se trouvent dans l'optimisation des phénomènes de transfert de chaleur, le choix de matériaux de construction et la compacité des systèmes de stockage en parallèle à la considération des profils de consommation de GNL et de production de BOG. Le développement d'outils de modélisation dynamique des systèmes de stockage de chaleur et des équilibres thermodynamiques des mélanges GNL (méthane, azote, éthane, etc.) sera nécessaire pour représenter le navire avec l'inclusion du système de stockage d'énergie thermique.

  • Titre traduit

    Study of transient mode operation of cryogenic heat storage systems for liquefaction and gas management in LNG tankers


  • Résumé

    A major problem in LNG tankers is the Boil-Off gas (BOG) originated by heat in-leakages, tidal movements and micro-compression of gas bubbles against the reservoir' walls. In general, BOG is used in the tanker engines for propulsion, but it happens that BOG mass flow could be in excess to the mass flow needed in the engines. This excess of BOG is either burnt or reliquefied. For the latter, energy intensive conventional thermodynamic cycles are used, such as Mixed refrigerants, Turbo Brayton, etc. In order to improve the efficiency of LNG tankers and avoid BOG being burnt, this PhD thesis targets the detailed model and design of novel heat storage systems at cryogenic temperatures. This storage will enable the re-liquefaction of BOG when needed. The major stakes are the refined modeling of mass and heat transfer phenomena, materials selection, transient mode modeling and demand/consumption of BOG in the tanker. Adequate modeling tools need to be developed in order to properly asses the thermodynamic and transport properties of LNG (containing methane, ethane, nitrogen, etc) together with the dynamic modeling of the heat storage system.