UN DEPOSITO DE ALMACENAMIENTO PARA LIQUIDO CRIOGENICO.

Un depósito para almacenamiento (10) de un líquido criogénico que tiene una parte más baja (12) para almacenar dicho líquido criogénico y un espacio de vapor (16) dispuesto encima de ella,

teniendo dicho depósito (10):

un condensador (34) para condensar el vapor de ebullición por intercambio directo de calor con el aporte de líquido criogénico al depósito, comprendiendo dicho condensador (34) una disposición por paquetes (36) de empaquetamiento de contacto vapor-líquido, comprendiendo dicha disposición una parte extrema superior y una parte extrema inferior, en la que al menos dicha parte extrema superior está abierta al espacio de vapor (16) para permitir la entrada del vapor de ebullición a la disposición y estando dicha parte extrema inferior en comunicación de flujo fluida con la parte más baja (12) del depósito de almacenamiento (10);

una fuente (38) de aporte de líquido criogénico que es independiente del depósito (10);

una entrada (40) para proporcionar dicho aporte de líquido criogénico a la parte extrema superior de la disposición por paquetes (36) del empaquetamiento de contacto vapor-líquido; y

una salida (22) para retirar el líquido criogénico de la parte inferior (12) del depósito

Un depósito de almacenamiento para líquido criogénico.

El presente invento se refiere a un depósito de almacenamiento para líquido criogénico y que tiene una especial aplicación en depósitos de almacenamiento en tierra y a bordo de barcos.

Los líquidos tales como el gas natural licuado ("LNG"), argón líquido ("LAR"), nitrógeno líquido ("LIN"), oxígeno líquido ("LOX") o hidrógeno líquido son almacenados en depósitos de almacenamiento con aislamiento para minimizar la pérdida de líquido por vaporización. Sin embargo, a pesar del aislamiento, parte del líquido criogénico almacenado se evaporará inevitablemente debido al calor que entra en el depósito (y en la tubería asociada), al trabajo de la bomba en las corrientes de recirculación de líquido y a la vaporización instantánea de los aportes de líquidos, etc. Por lo tanto, se deben tomar medidas para evitar una formación de presión peligrosa en el depósito de almacenamiento.

Es a menudo económicamente preferible usar depósitos de almacenamiento muy grandes a baja presión para almacenar líquido criogénico. Por ejemplo, actualmente, los depósitos de almacenamiento más grandes para LOX o LIN tienen una capacidad de aproximadamente 5.000 m³ y los depósitos de almacenamiento de LNG más grandes (usualmente encontrados en barcos en grupos de hasta 5 depósitos de almacenamiento) tiene cada uno una capacidad de aproximadamente 40.000 m³. La magnitud del problema de formación de presión debido a la evaporación está relacionada con el tamaño del depósito de almacenamiento.

Sería posible simplemente poner en contacto con la atmósfera el vapor de ebullición. No obstante, tal solución no es deseable ya que sería muy costoso en cuanto al líquido criogénico perdido (que es muy caro de producir) y, si el vapor es inflamable (por ejemplo, gas natural o hidrógeno), podría dar lugar a una potencialmente peligrosa formación de vapor, sobre todo cuando se usan depósitos de almacenamiento muy grandes.

Otra solución es combatir la ebullición en el depósito de almacenamiento es sobreenfriar suficientemente el aporte de líquido hacia el depósito de almacenamiento para volver a condensar el vapor de ebullición. No obstante, a menos que el aporte sobreenfriado sea llevado a un buen contacto de masa y energía con el vapor generado, no se conseguirá el equilibrio. Sin equilibrio, mucha parte del vapor tendrá todavía que ser puesta en contacto con la atmósfera o se tendrá que aumentar la cantidad de sobreenfriamiento para aumentar la fuerza impulsora para la condensación del vapor.

Sobreenfriar el aporte de líquido en más de la cantidad mínima requerida para volver a condensar el vapor evaporado daría lugar a un consumo de energía adicional. El "exceso" de sobreenfriamiento por lo general dará como resultado un aporte de líquido sobreenfriado (y por tanto más denso) que desciende al fondo del almacenamiento y que forma una zona líquida fría estratificada más baja.

Para proporcionar el contacto térmico estrecho entre el aporte sobreenfriado y el vapor evaporado, es conocido pulverizar el aporte de líquido sobreenfriado en el espacio de vapor del depósito de almacenamiento. Tal técnica de pulverización se lleva a cabo para bajar la presión al ser llenados de nuevo los depósitos sobre remolques de transporte con líquido criogénico. Sin embargo, las técnicas de pulverización tales como éstas no son muy prácticas para grandes depósitos de almacenamiento y son menos efectivas cuando el nivel de almacenamiento es alto debido al tiempo de contacto más corto entre el líquido y el vapor de ebullición. Además, los dispositivos de pulverización (o "rociado") requieren generalmente un aumento de la presión del aporte de líquido debido a la caída de presión del dispositivo y esta presión de suministro aumentada podría no estar disponible.

Existen otros métodos de condensación del vapor de ebullición conocidos en la técnica. Por ejemplo, el documento US-A-3894856 (Lofredo et al; publicado el 15 de julio de 1975) explica un proceso para purificar y licuar gas natural. Uno de los objetivos del proceso es mantener una composición constante de gas natural licuado ("LNG") en un tanque de almacenamiento licuando los vapores que se generan en el tanque. En la realización ejemplificada el LNG en fase vapor procedente del tanque de almacenamiento es condensado fuera del tanque por el intercambio indirecto de calor con LIN. El vapor condensado es después devuelto al tanque de almacenamiento, manteniendo de esta forma la composición del LNG en el tanque.

El documento US-B-6470706 (Engdahl; publicado el 29 de octubre de 2002) explica un condensador de vapor de ebullición en el que el vapor de ebullición se condensa mediante el intercambio directo de calor con un gas licuado. Se ha explicado que el condensador tiene una aplicación especial en sistemas de almacenamiento y distribución de LNG. En estos sistemas el LNG es almacenado en un tanque de almacenamiento. El LNG en fase vapor se alimenta a un condensador de vapor dispuesto fuera del tanque de almacenamiento en donde se condensa por transferencia directa de calor y masa con el LNG bombeado desde el tanque de almacenamiento. La transferencia directa de calor y masa puede ser proporcionada usando un empaquetamiento al azar (tal como anillos Pall de 2 pulgadas (5 cm)), empaquetamiento estructurado, columnas de bandejas o elementos de pulverización. El vapor de LNG condensado es después alimentado a bombas de alta presión, desde las cuales es después dirigido a una tubería de distribución.

El documento US-A-2938360 (Christensen; publicado el 31 de mayo de 1960) explica un tanque de almacenamiento para líquidos que hierven a temperaturas bajas tales como el amoníaco. El tanque de almacenamiento tiene una torre que contiene una sección de condensación y una sección de saturación. La sección de saturación, o saturador, contiene el empaquetamiento. Los condensables en el gas tomados del espacio de vapor del tanque se condensan en la sección de condensación por intercambio indirecto de calor con un fluido refrigerante externo y el líquido condensado resultante se condensa se drena en el empaquetamiento del saturador. El gas resultante no condensable que abandona el condensador fluye a través del empaquetamiento del saturador en donde entra en contacto con el líquido procedente del tanque de almacenamiento que es pulverizado en el saturador. El líquido pulverizado y el condensado fluyen a continuación de nuevo al tanque de almacenamiento, y el exceso de gas, de este modo enfriado y depurado, es puesto en contacto con la atmósfera.

El documento US-A-2059942 (Gibson; publicado el 3 de noviembre de 1936) explica un tanque de almacenamiento para líquidos volátiles tales como hidrocarburos, que incorporan un aparato para recuperar los vapores del tanque de almacenamiento. En una realización, el líquido procedente del tanque de almacenamiento es refrigerado por intercambio de calor indirecto con un refrigerante externo, es bombeado y después es alimentado a los medios de contacto en los que los vapores procedentes del tanque son absorbidos en el líquido refrigerante.

Es deseable tener un método para utilizar la refrigeración de un aporte de líquido sobreenfriado para reducir la evaporación en un dispositivo compacto que no aumente significativamente la presión de suministro requerida del aporte de líquido. Es particularmente deseable que el método sea adecuado para uso en grandes depósitos de almacenamiento a baja presión.

Es un objeto de las realizaciones preferidas del presente invento proporcionar un depósito de almacenamiento para líquido criogénico en el que al menos se hayan eliminado algunas tuberías de vapor reduciendo de este modo el coste y la complejidad del depósito de almacenamiento.

Es un objeto adicional de las realizaciones preferidas del presente invento proporcionar un depósito de almacenamiento para líquido criogénico en el que un condensador del vapor de ebullición no requiera un cerramiento estanco a las filtraciones.

Es también un objeto adicional de las realizaciones preferidas del presente invento proporcionar un depósito de almacenamiento para líquido criogénico que no requiera el uso de un refrigerante externo para proporcionar el trabajo de refrigeración para condensar el vapor de ebullición.

De acuerdo con un primer aspecto del presente invento se ha dispuesto un depósito de almacenamiento para líquido criogénico que tiene una parte más baja para almacenar dicho líquido criogénico y un espacio...

1. Un depósito para almacenamiento (10) de un líquido criogénico que tiene una parte más baja (12) para almacenar dicho líquido criogénico y un espacio de vapor (16) dispuesto encima de ella, teniendo dicho depósito (10):

un condensador (34) para condensar el vapor de ebullición por intercambio directo de calor con el aporte de líquido criogénico al depósito, comprendiendo dicho condensador (34) una disposición por paquetes (36) de empaquetamiento de contacto vapor-líquido, comprendiendo dicha disposición una parte extrema superior y una parte extrema inferior, en la que al menos dicha parte extrema superior está abierta al espacio de vapor (16) para permitir la entrada del vapor de ebullición a la disposición y estando dicha parte extrema inferior en comunicación de flujo fluida con la parte más baja (12) del depósito de almacenamiento (10);

una fuente (38) de aporte de líquido criogénico que es independiente del depósito (10);

una entrada (40) para proporcionar dicho aporte de líquido criogénico a la parte extrema superior de la disposición por paquetes (36) del empaquetamiento de contacto vapor-líquido; y

una salida (22) para retirar el líquido criogénico de la parte inferior (12) del depósito.

2. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en la reivindicación 1, en el que dicho condensador (34) está montado dentro del espacio de vapor (16) del depósito de almacenamiento (10).

3. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en la reivindicación 2, en el que dicho empaquetamiento es una disposición por paquetes estructurada y sustancialmente toda la disposición por paquetes (36) está abierta al espacio de vapor (16).

4. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicha disposición por paquetes (36) de empaquetamiento de contacto vapor-líquido está contenida dentro de un cerramiento.

5. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en la reivindicación 4, en el que al menos una parte del o de al menos un lado de dicha disposición por paquetes (36) está abierta al espacio de vapor (16) a través de al menos una abertura en el cerramiento.

6. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte extrema inferior de la disposición por paquetes (36) está abierta al espacio de vapor.

7. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende medios de conducción para alimentar el vapor condensado procedente de la parte extrema inferior de la disposición por paquetes (36) hasta la parte más baja (12) del depósito de almacenamiento (10).

8. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende un distribuidor de líquido (50) para distribuir el aporte de líquido criogénico sustancial y uniformemente sobre la parte extrema superior de la disposición por paquetes (36) del empaquetamiento de contacto vapor-líquido.

9. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un condensador (34) y una entrada (40) para proporcionar el aporte de líquido criogénico a dicho condensador (34).

10. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende al menos una entrada adicional (48), estando la o cada entrada adicional (48) situada para alimentar el líquido criogénico directamente a la parte más baja (12) del depósito (10) a través del espacio de vapor (16).

11. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende:

una bomba para bombear el líquido criogénico;

unos medios de conducción para alimentar el líquido criogénico desde el depósito de almacenamiento (10) a la bomba;

un intercambiador de calor para sobreenfriar el líquido criogénico por intercambio indirecto de calor con un refrigerante para producir líquido criogénico sobreenfriado;

medios de conducción para alimentar el líquido criogénico bombeado desde la bomba al intercambiador de calor; y

medios de conducción para alimentar el líquido criogénico sobreenfriado desde el intercambiador de calor hasta la entrada (40) del depósito de almacenamiento (10).

12. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que tiene una capacidad mayor de 500 m³.

13. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores adaptado para almacenamiento de líquido criogénico a una presión de aproximadamente 50 kPa absolutos (aproximadamente 0,5 bar en vacío) hasta aproximadamente 400 kPa absolutos (aproximadamente 3 bar manométricos).

14. Un depósito de almacenamiento (10) como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente (38) de líquido criogénico es bien un proceso criogénico de separación de aire o bien un proceso de licuación de gas.

15. Un proceso para condensar el vapor de ebullición en un depósito de almacenamiento (10) de líquido de almacenamiento, teniendo dicho depósito (10) una parte más baja (12) para almacenar dicho líquido criogénico, un espacio de vapor (16) dispuesto encima de ella y un condensador (34) para condensar por intercambio directo de calor con el aporte de líquido criogénico al depósito (10) el vapor de ebullición, comprendiendo dicho condensador (34) un empaquetamiento de contacto vapor-líquido, comprendiendo dicho proceso:

sobreenfriar el líquido criogénico que procede de una fuente de líquido criogénico que es independiente del depósito para producir líquido criogénico sobreenfriado; y

alimentar dicho líquido criogénico sobreenfriado al empaquetamiento de contacto vapor-líquido del condensador (34),

por lo que el vapor de ebullición procedente del espacio de vapor (16) del depósito (10) se condensa en el empaquetamiento del condensador (34) por intercambio directo de calor con dicho aporte de líquido criogénico.

16. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 15, en el que el volumen del aporte de líquido criogénico es suficiente para atraer el vapor de ebullición a la disposición por paquetes (36) del empaquetamiento de contacto vapor-líquido.

17. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 15 o la reivindicación 16 que además comprende distribuir dicho líquido criogénico sobreenfriado sustancial y uniformemente sobre la parte extrema superior de la disposición por paquetes (36) del empaquetamiento de contacto vapor-líquido.

18. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17 que además comprende:

retirar el líquido criogénico del depósito de almacenamiento;

bombear dicho líquido criogénico mediante una bomba para producir el líquido criogénico bombeado;

sobreenfriar dicho líquido criogénico bombeado en un intercambiador de calor por intercambio indirecto de calor con un refrigerante para producir el líquido criogénico sobreenfriado; y

alimentar dicho líquido criogénico sobreenfriado al empaquetamiento de contacto vapor-líquido del condensador en el depósito.

19. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en el que el líquido criogénico alimentado es producido en un proceso criogénico de separación de aire, sobreenfriado si es necesario, y después alimentado al depósito como aporte de líquido criogénico.

20. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en el que el líquido criogénico alimentado es producido en un proceso de licuación de gas, sobreenfriado si es necesario, y después alimentado al depósito como el aporte de líquido criogénico.