"Procédé et appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié"
BREVET D'INVENTION
Priorité des deux demandes de brevet déposées au Japon le 28 mars 1978, respectivement sous le n[deg.] 36401 et sous le n[deg.] 36402, toutes deux au nom de la Société susdite.
La présente invention concerne un procédé et un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié et, plus particulièrement, un procédé et un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié en gaz naturel chauffé à une température permettant de l'utiliser, par exemple, à une température d'environ
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Comme on le sait, le gaz naturel liquéfié a une basse température d'environ -160[deg.]C. En conséquence, lorsqu'on l'utilise pour chauffer le gaz liquéfié en vue de sa vaporisation,
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l'évaporateur. En conséquence, diverses améliorations ont été apportées à cet égard. Les évaporateurs utilisés actuellement sont principalement ceux du type à grille ouverte, du type à fluide intermédiaire et du type à combustion submergée.
Dans les évaporateurs du type à grille ouverte, on utilise de l'eau de mer comme source de chaleur en vue d'effectuer un échange de chaleur à contre-courant avec le gaz naturel liquéfié. Les évaporateurs de ce type ne subissent pas d'obstruction par suite d'une congélation, ils sont d'un fonctionnement
et d'un entretien aisés et, par conséquent, ils sont d'un emploi répandu. Toutefois, dans ces évaporateurb, il se produit inévitablement un givrage sur la surface de la partie inférieure du tube de transfert de chaleur, offrant ainsi une plus forte résistance au transfert de chaleur, si bien que les évaporateurs de
ce type doivent être conçus de façon à offrir une plus grande surface de transfert de chaleur, c'est-à-dire une plus grande capacité, augmentant ainsi les frais d'équipement. Afin d'assurer un meilleur rendement thermique, les évaporateurs de ce type comportent un tube de transfert de chaleur en alliage d'aluminium d'une configuration particulière, si bien que ces évaporateurs sont encore plus désavantageux du point de vue économique.
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chauffage direct avec de la vapeur d'eau ou de l'eau chaude, dans les évaporateurs du type à fluide intermédiaire, on utilise du propane, des hydrocarbures fluorés ou des agents réfrigérants analogues ayant un bas point de congélation de telle sorte que le réfrigérant soit chauffé avec de la vapeur d'eau ou ede l'eau chaude tout d'abord pour exploiter l'évaporation et la condensation de l'agent réfrigérant en vue de vaporiser le gaz naturel liquéfié. Les évaporateurs de ce type sont d'une construction moins coûteuse que ceux du type à grille ouverte, mais ils nécessitent des éléments chauffants tels qu'un brûleur pour la formation de vapeur d'eau ou d'eau chaude, si bien qu'ils sont d'un fonctionnement coûteux en raison de la consommation de combustible.
Les évaporateurs du type à combustion submergée comprennent un tube plongé dans de 1 ' eau chauffée avec un gaz
de combustion qui y est injecté à partir d'un brûleur, afin de chauffer, avec l'eau, le gaz naturel liquéfié circulant dans le tube. Tout comme ceux du type à fluide intermédiaire, les évaporateurs de ce troisième type sont coûteux tant en ce qui concerne leur fonctionnement que la consommation de combustible.
L'objet principal de la présente invention est
de fournir un procédé et un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié en utilisant, comme source de chaleur, de l'eau de mer, de rivière ou de lac, notamment de l'eau d'estuaires, ou
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triels sans devoir utiliser un combustible et ce, moyennant un fonctionnement économique et une construction peu coûteuse.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil efficaces en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié en utilisant, comme source de chaleur,
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férents procédés industriels sans qu'il se produise aucune obstruction résultant de la congélation de l'eau constituant la source de chaleur, l'évaporateur permettant de produire du gaz naturel vaporisé et chauffé à une température proche de celle de l'eau constituant la source de chaleur, par exemple, à une température d'environ 0 à environ 30[deg.]C.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié en réduisant la quantité d'eau utilisée comme source de chaleur, de même que les pertes de charge.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié dans des conditions sûres en utilisant, comme source de chaleur, l'eau précitée portée à une température se situant dans un large intervalle, par exemple, entre environ 0 et environ 30[deg.]C.
Ces différents objets de la présente invention, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description ci-après.
La présente invention fournit un appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié, cet appareil comprenant un échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire en vue de former du gaz naturel vaporisé à partir du gaz naturel liquéfié en utilisant, comme source de chaleur, de l'eau d'estuaires ou de l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels,de même qu'un agent réfrigérant comme milieu chauffant avec échange de chaleur au moyen de plusieurs tubes en vue de chauffer le gaz naturel vaporisé provenant de l'échangeur de chaleur en soumettant le gaz naturel vaporisé à un échange de chaleur avec l'eau d'estuaires ou l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels, comme source de chaleur.
Suivant la présente invention, l'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire et à chauffage indirect renferme un agent réfrigérant. L'agent réfrigérant enfermé dans cet échangeur est subdivisé en une fraction liquide inférieure et en une fraction supérieure à l'état de vapeur.
Des exemples d'agents réfrigérants utiles sont ceux déjà connus parmi lesquels il est préférable d'employer les agents réfrigérants peu coûteux ayant le point de congélation le plus bas possible. Plus spécifiquement, on mentionnera le propane
(point de congélation : -189,9[deg.]C ; point d'ébullition : -42,1[deg.]C),
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d'ébullition : -33,3[deg.]C).
L'agent réfrigérant renfermé dans l'échangeur est habituellement utilisé sous une pression élevée qui, quoique variant en fonction des conditions opératoires, se situe généralement entre environ 0 et environ 5 kg/cm2. Dans la présente spécification, toutes les pressions sont exprimées en termes
de pression manométrique.
La partie inférieure de l'échangeur de chaleur dans laquelle est présente la fraction liquide de l'agent réfrigérant, comporte des passages pour l'eau d'estuaires ou l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels, comme source de chaleur. La fraction liquide inférieure de l'agent réfrigérant est chauffée indirectement par l'eau circulant dans ces passages, tandis que l'agent réfrigérant vaporisé s'écoule dans la fraction supérieure à l'état de vapeur. D'autre part, cette fraction supérieure de l'agent réfrigérant à l'état de vapeur est utilisée pour chauffer le gaz naturel liquéfié par échange de chaleur, après quoi la vapeur se condense. L'agent réfrigérant condensé revient à la fraction liquide inférieure.
De la sorte, l'agent réfrigérant subit une vaporisation et une condensation à plusieurs reprises.
Etant donné que la fraction liquide inférieure de l'agent réfrigérant se trouvant dans l'échangeur de chaleur a une température très basse, lorsque l'échange de chaleur a lieu entre l'agent réfrigérant et l'eau d'estuaires ou l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels, il est probable que l'eau gèle dans les passages, mais ce problème peut être aisément résolu en augmentant la vitesse d'écoulement de l'eau à travers ces passages. Toutefois, cette vitesse d'écoulement est limitée du point de vue économique, si bien qu'il faut éviter d'abaisser la température de l'agent réfrigérant à une valeur excessivement basse. Habituellement, la température de l'agent réfrigérant ne descend pas en dessous d'environ -10[deg.]C
(à environ 2,5 kg/cm2) pour le propane, tandis qu'elle ne descend pas en dessous d'environ -15[deg.]C (à environ 0,9 kg/cm2) pour le
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de pénétrer dans l'échangeur de chaleur et lorsque sa vitesse d'écoulement est d'environ 2 m/seconde. Lorsque l'agent réfrigérant est chauffé par l'eau à une température ne dépassant pas le point de congélation de celle-ci, on peut utiliser une surface de transfert de chaleur plus petite que lorsqu'on chauffe l'agent réfrigérant avec l'eau à une température ne descendant pas en dessous du point de congélation de celle-ci.
La partie supérieure de l'échangeur de chaleur dans laquelle est renfermé l'agent réfrigérant à l'état de vapeur, comporte des passages pour le gaz naturel liquéfié. Le gaz naturel liquéfié s'écoulant à travers ces passages est chauffé par l'agent réfrigérant à l'état de vapeur et il est vaporisé pendant qu'il circule dans ces passages. Le gaz naturel liquéfié pénètre habituellement dans ces passages sous une pression élevée qui, quoique pouvant varier dans de larges limites, se situe généralement entre environ 5 et environ 100 kg/cm2.
Etant donné que l'échangeur de chaleur est suivi
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chauffage ultérieur, les objets de la présente invention peuvent être pleinement réalisés dans la mesure où le gaz naturel liquéfié est presque vaporisé par l'échangeur du type à fluide intermédiaire,
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environ 70 kg/cm2, le gaz naturel vaporisé sortant de cet échan- ;
<EMI ID=12.1> <EMI ID=13.1> échangeur de chaleur vaporise le gaz naturel liquéfié et chauffe en même temps le gaz vaporisé à une température se situant entre environ 0 et environ 30[deg.]C.
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source de chaleur et l'agent réfrigérant, de même que la surface
de transfert de chaleur entre l'agent réfrigérant et le gaz naturel liquéfié, permettant ainsi de réaliser l'échangeur de type
à fluide intermédiaire en une structure compacte.
Suivant la présente invention, un échangeur de chaleur à plusieurs tubes est monté en série avec l'échangeur
de chaleur décrit ci-dessus. Le gaz naturel vaporisé ayant une
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et sortant de l'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire est introduit dans l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes dans lequel il est mis en contact avec l'eau constituant la source de chaleur, pour être ainsi chauffé à une température proche de celle de l'eau.
L'eau d'estuaires ou l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels et que l'on emploie comme source de chaleur suivant la présente invention, a une température ambiante se situant, par exemple, entre environ 0 et environ 30[deg.]C. Cette eau est introduite dans les échangeurs de chaleur à une vitesse suffisamment élevée se situant, par exemple, entre environ 1,5 et environ 3 m/seconde afin d'éviter toute congélation.
L'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire et l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes peuvent être montés en série ou en parallèle vis-à-vis de l'alimentation de l'eau constituant la source de chaleur. Dans le premier cas, l'eau doit passer de l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes dans l'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire. Suivant le mode d'alimentation en série, on peut réduire la quantité d'eau.:, utilisée comme source de chaleur.
Lorsque l'eau constituant la source de chaleur est amenée aux deux échangeurs de chaleur selon un mode de montage en parallèle, l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes comporte un circuit d'alimentation d'eau assurant un contact à contrecourant ou à courants parallèles avec le gaz naturel vaporisé.
En variante, on peut prévoir une combinaison d'un circuit à contre-courant et d'un circuit à courants parallèles, auquel cas on psut faire fonctionner sélectivement un des circuits en permutant les soupapes prévues dans ces derniers en fonction de la température de l'eau constituant la source de chaleur. Par exemple, on fait fonctionner le circuit à contre-courant lorsque l'eau est à une température relativement élevée, tandis que l'on utilise le circuit à courants parallèles lorsque l'eau est à une température extrêmement basse.
L'échange de chaleur entre le gaz naturel vaporisé et l'eau constituant la source de chaleur dans l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes peut être effectué plus avantageusement par contact à contre-courant que par contact à courants parallèles et ce, du point de vue du rendement thermique.
En pénétrant dans l'échangeur de chaleur, le gaz naturel vaporisé est à une basse température se situant, par exemple, entre environ -30 et environ -50[deg.]C. En conséquence,
il est probable que l'eau constituant la source de chaleur c
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tube de transfert de chaleur lors de l'échange de chaleur avec
le gaz naturel vaporisé. Ce givrage est plus susceptible de se produire lors d'un contact à contre-courant que lors d'un contact
à courants parallèles.
Lorsque l'eau constituant la source de chaleur
est à une température élevée et qu'il n'y a dès: lors qu'un fai- ble risque de congélation, les soupapes sont actionnées pour mettre le circuit à contre-courant en service et permettre ainsi un échange de chaleur efficace entre l'eau et le gaz naturel vaporisé tandis que, lorsque cette eau constituant la source de chaleur
est à une basse température et est donc plus susceptible de
geler, le circuit à courants parallèles est mis en service pour éviter les risques de congélation, quoique le rendement thermique en soit quelque peu réduit.
Lorsque l'échangeur de chaleur fonctionne selon
le mode à courants parallèles ou à contre-courant en fonction
des conditions thermiques de l'eau constituant la source de chaleur ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus, cette eau et le gaz naturel vaporisé peuvent être soumis à un échange de chaleur
sans qu'il se produise un givrage inopportun qui risquerait d'obstruer le tube de transfert de chaleur. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, le transfert de chaleur entre l'eau d'estuaires
ou l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels et l'agent réfrigérant, de même que le transfert de chaleur entre l'agent réfrigérant et le gaz naturel liquéfié
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l'invention, de sorte que l'échangeur de chaleur peut être cons- i truit en une structure très compacte. En outre, un échangeur de
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tituant l'effluent de différents procédés industriels.
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réalisation de l'invention, ainsi qu'aux dessins annexés dans lesquels : <EMI ID=27.1> tation de l'eau constituant la source de chaleur a lieu selon le � mode de montage en série, et la figure 2 est une vue de face illustrant schématiquement un autre appareil de la présente invention dans lequel l'alimentation de l'eau constituant la source de chaleur s'effec- � tue selon un mode de montage en parallèle. <EMI ID=28.1>
de la présente invention dans laquelle l'eau constituant la
source de chaleur est amenée à un échangeur de chaleur à plusieurs
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'41
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échangeurs de chaleur étant montés en série.
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Selon cette forme de réalisation, l'eau consti-
,s tuant la source de chaleur (par exemple, de l'eau de mer ou de
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triels) est introduite, via une conduite 3, dans l'échangeur de
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fer le gaz naturel vaporisé mentionné ci-après. Cette eau cons- tituant la source de chaleur est ensuite amenée, via une conduite
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partie inférieure la de l'échangeur 1, l'eau est soumise à un
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forme d'un liquide ; de la sorte, l'eau cède sa chaleur à cet
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Une partie de l'agent réfrigérant chauffé par l'eau constituant la source de chaleur s'évapore pour former, dans la partie supé-
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question ci-après.
Le gaz naturel liquéfié est introduit, via une conduite 6, dans la partie supérieure lb de l'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire 1 dans lequel ce gaz est soumis à
un échange de chaleur avec l'agent réfrigérant en phase vapeur
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de chaleur fourni par l'agent réfrigérant. Le gaz naturel vaporisé s'écoule, via une conduite 8, dans l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes 2 dans lequel il subit un échange de chaleur
avec l'eau constituant la source de chaleur, pour être ainsi chauffé. Le gaz est ensuite recueilli par une conduite 9. Une partie de l'agent réfrigérant en phase vapeur soumis à un échange de chaleur avec le gaz naturel liquéfié revient, par condensation, <EMI ID=41.1>
nouveau chauffé et vaporisé par l'eau constituant la source
de chaleur. L'agent réfrigérant vaporisé revient dans la partie supérieure lb. De la sorte, l'agent réfrigérant subit une condensation et une évaporation à plusieurs reprises, circulant ainsi dans l'échangeur 1 entre la partie supérieure lb et la partie inférieure la de ce dernier.
L'appareil de l'invention décrit ci-dessus, dans lequel l'eau constituant la source de chaleur circule dans les échangeurs selon un mode de montage en série, nécessite moins d'eau comme source de chaleur que dans d'autres conditions, de sorte qu'il est particulièrement utile lorsque l'alimentation d'eau est limitée comme c'est le cas lorsqu'il s'agit d'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels.
La figure 2 illustre une autre forme de réalisation de l'invention comprenant un échangeur de chaleur de type à fluide intermédiaire 10 et un échangeur de chaleur à plusieurs tubes 11 montés en parallèle:vis-à-vis de l'alimentation de l'eau constituant la source de chaleur. L'échangeur de chaleur à plusieurs tubes 11 comprend un circuit à contre-courant et un circuit à courants parallèles.
Dans cette forme de réalisation, l'eau constituant la source de chaleur est amenée, via une conduite 12, à l'échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire 10 dans lequel l'eau chauffe un agent réfrigérant en.phase liquide dans une partie
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cet agent réfrigérant. L'eau est ensuite évacuée par une conduite
13.
L'eau constituant la source de chaleur est amenée à l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes 11 par un circuit à contre-courant comprenant des conduites 12, 14, 15, 16, 17 et 18 ou par un circuit à courants parallèles comprenant des conduites 12, 14, 19, 16, 15, 20 et 18. La permutation entre le circuit à contre-courant et le circuit à courants parallèles est effectuée en actionnant des soupapes 21, 22, 23 et 24 installées dans les conduites précitées. Les soupapes 21 et 22 sont ouvertes, tandis que les soupapes <2>3 et 24 sont fermées lorsque le circuit à contrecourant doit être mis en service. Pour la mise en service du circuit à courants parallèles, on ouvre les soupapes 23 et 24, tandis que l'on ferme les soupapes 21 et 22.
Le gaz naturel liquéfié est amené à l'échangeur
de chaleur du type à fluide intermédiaire 10 par une conduite 25. Tout en s'écoulant à travers l'agent réfrigérant en phase vapeur renfermé dans la partie supérieure lOb de l'échangeur de chaleur
10, le gaz liquide subit un échange de chaleur avec cet agent réfrigérant et il se vaporise en recevant l'apport de chaleur.
Le gaz vaporisé est introduit dans l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes 11 par une conduite 26. D'autre part, une partie
de l'agent réfrigérant à l'état de vapeur dégage de la chaleur par échange de chaleur et il se condense pour revenir à l'état
de phase liquide dans la partie inférieure 10a. Le gaz naturel vaporisé envoyé dans l'échangeur de chaleur 11 par la conduite
26 est soumis à un échange de chaleur en contre-courant ou à courants parallèles vis-à-vis de l'eau constituant la source de chaleur et ainsi, ce gaz est chauffé. Le gaz est ensuite recueilli au moyen d'une conduite 27.
Lorsque l'eau constituant la source de chaleur est à une température relativement élevée se situant, par exemple, entre environ 5 et environ 30[deg.]C, cette eau est amenée à l'échangeur de chaleur à plusieurs tubes 11 par le circuit à contrecourant en soumettant le gaz naturel vaporisé à un échange de chaleur en contre-courant avec cette eau, assurant ainsi un
haut rendement thermique.
Lorsque l'eau constituant la source de chaleur est à une température relativement basse se situant, par exemple,
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de chaleur à plusieurs tubes 11 par le circuit à courants parallèles, de sorte que le gaz naturel vaporisé subit un échange de chaleur en courants parallèles vis-à-vis de l'eau, pour être ainsi chauffé., Bien qu'il ne soit pas thermiquement très efficace, l'échange de chaleur ainsi effectué en courants parallèles, donne lieu, d'une manière correspondante, à une moins forte réduction
de la température de l'eau constituant la source de chaleur, éliminant ainsi les risques d'obstruction des tubes de transfert de chaleur par givrage. En conséquence, l'appareil peut fonctionner dans des conditions de sécurité même lorsqu'on utilise, comme source de chaleur, de l'eau à une température relativement basse.
Exemples 1 et 2
On vaporise du gaz naturel liquéfié au moyen
d'un appareil de la présente invention du type représenté schématiquement en figure 1. Les résultats sont repris dans le tableau 1 ci-après.
Tableau 1 1
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* La perte de charge de l'eau de mer est calculée diaprés
l'épaisseur moyenne de la couche de glace forage sur la surface de transfert de chaleur.
Des expériences démontrent qu'un évaporateur
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d'eau de mer portée à la même température que celle indiquée au tableau 1 lors de la vaporisation de gaz naturel liquéfié dans la même quantité que celle indiquée dans ce tableau pour
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ture que celle indiquée dans ce tableau 1.
Suivant la présente invention, la quantité d'eau de mer devant être utilisée peut être réduite d'environ 40% comparativement à la quantité d'eau nécessaire dans un évaporateur classique du type à grille ouverte.
Exemples 3 à 6
On vaporise du gaz naturel liquéfié au moyen d'un appareil de la présente invention tel qu'il est représenté schématiquement en figure 2. Les résultats obtenus sont repris dans
le tableau 2 ci-après.
Tableau 2
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Tableau 2 (suite) <1>
<EMI ID=48.1>
REVENDICATIONS
1. Appareil en vue de vaporiser du gaz naturel liquéfié, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur de chaleur du type à fluide intermédiaire en vue de former du gaz naturel vaporisé à partir du gaz naturel liquéfié en utilisant, comme source de chaleur, de l'eau d'estuaires ou de l'eau chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels et un agent réfrigérant comme milieu chauffant, de même qu'un échangeur de chaleur à plusieurs tubes en vue de chauffer le gaz naturel vaporisé provenant de l'échangeur de chaleur en soumettant ce
gaz à un échange de chaleur avec l'eau d'estuaires ou l'eau
chaude constituant l'effluent de différents procédés industriels
et servant de source de chaleur.