Published October 4, 2012 | Version v1
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Gasification of LNG using a Brayton cycle associated to a heat transfer fluid loop and a heat pump

Description

The market of liquefied natural gas (LNG) is growing and presents the advantage of diversifying supplies. The LNG is fed at a temperature of -162 deg. C and at atmospheric pressure. The main objective of the thesis aims at the valorization of the LNG exergy during its gasification and heating before being delivered through the network. The thesis investigates a new concept of gasification that differs from the current developments by the use of ambient air as the only heat source and by partial valorization of the LNG exergy in mechanical energy. An energy and exergy analysis helped to the definition of engine-cycle architectures using the air heating capacity as a heat source (recovered by an intermediate fluid, here propane) and LNG as a cold sink. The use of ambient air led to manage frosting and defrosting cycles on the evaporators of intermediate fluid recovering heat from the air. This requires understanding the coupled heat and mass-transfer phenomena. A test bench was built to characterize Circular Finned-Tube Heat Exchangers in frosting conditions and to validate a numerical model simulating the behavior of such heat exchangers in presence of frost. As a result, a logic for the design and operation of air heat exchangers is proposed taking into account the frosting effect. A seasonal study showed that the output power generated by the new concept of gasification is superior to its energy consumption throughout the year. (author)

Abstract (French)

Le marche du gaz naturel liquefie (GNL) est en plein essor et presente l'avantage de diversifier les approvisionnements. Le GNL est achemine a une temperature de -162 deg. C et a pression atmospherique. L'objet principal de la these vise a valoriser l'exergie contenue dans le GNL lors de sa gazeification et de son rechauffage avant d'etre distribue sur le reseau. La these etudie un nouveau concept de gazeification qui se differencie des developpements en cours par l'usage de l'air ambiant comme seule source de chaleur et par la valorisation d'une partie de l'exergie du GNL en energie mecanique. Une analyse energetique et exergetique a permis de definir des architectures de cycles moteurs utilisant l'energie calorifique de l'air comme source chaude (recuperee par un fluide intermediaire qui est le propane) et le GNL comme puits froid. L'usage de l'air ambiant conduit a gerer les cycles de givrage et degivrage sur les evaporateurs du fluide intermediaire recuperant les calories de l'air. Ceci necessite la comprehension des phenomenes couples de transferts de chaleur et de masse. Pour cela un banc d'essai a ete construit afin de caracteriser des echangeurs a ailettes rondes discontinues en condition de givrage et de valider un modele numerique simulant le comportement de ces echangeurs en presence de givre. Cette modelisation a permis de proposer une logique de dimensionnement et d'exploitation des evaporateurs a air en prenant en compte l'effet du givre. Une etude saisonniere a montre que le procede propose est energetiquement excedentaire tout au long de l'annee. (auteur)

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Original title (French)
Gazeification du GNL par cycle de Brayton associe a une boucle caloportrice et une pompe a chaleur

Publishing Information

Imprint Pagination
172 p.
Report number
FRNC-TH--14882

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Notes
67 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses