SISTEMA PARA UNA DESPRESURIZACIÓN DE FLUIDOS EFICIENTE.

La presente invención se refiere a un sistema para proporcionar una despresurización eficiente de fluidos presurizados en una canalización. El sistema puede proporcionar la generación de energía neta sin que el fluido experimente licuación, solidificación o reducción de temperatura inaceptable como resultado de un proceso de Joule-Thompson. El sistema es particularmente pertinente para despresurizar canalizaciones de gas natural a alta presión de una manera energéticamente eficiente mientras posibilita la generación de energía neta. Antecedentes de la invención El gas natural se transmite mediante canalizaciones o conducciones a alta presión y se distribuye a usuarios finales a presiones considerablemente inferiores. Generalmente, las estaciones de compresión se usan para elevar la presión y mantenerla durante una transmisión de larga distancia. Hay que resaltar que se usan diferentes presiones de conducción para conducciones de transmisión en diferentes emplazamientos geográficos, y las presiones se deben reducir en consonancia con los requisitos del diseño de la red en un número variable de etapas, que dependen de la dimensión y la naturaleza del usuario final o del nudo de subdistribución en el sistema. El proceso de reducción de presión se lleva a cabo normalmente mediante un pequeño orificio o válvula de mariposa y da como resultado una reducción sustancial de la temperatura del gas. Naturalmente, la cuantía de la caída de temperatura es directamente proporcional a la cuantía de reducción de presión que se produce. La caída de temperatura causada por los procesos de Joule-Thompson es indeseable y se debe evitar, o al menos limitar a un número de razones. El enfriamiento excesivo puede causar tensiones indeseables en las conducciones y el equipo auxiliar; puede degradar algunos revestimientos de conducciones y materiales de conducciones; puede también causar la congelación del terreno que rodea a la canalización con el consiguiente riesgo de hinchazón por congelación. Asimismo, el propio gas puede contener componentes condensables cuya licuación o solidificación a temperaturas reducidas puede plantear problemas para la red corriente abajo. El procedimiento más directo para evitar tales problemas es calentar el flujo de gas inmediatamente antes de reducir su presión. La cantidad de calor proporcionada es controlada de manera que la temperatura de postexpansión del gas permanece suficientemente elevada para evitar problemas de bajas temperaturas al liberar presión. Quemar una parte del gas representa una fuente lógica de calor disponible en la estación de reducción de la presión del gas natural. A menos que haya otra fuente fiable y continua de calor disponible en la estación de reducción de la presión, se despliega habitualmente una serie de calderas de alta eficiencia alimentadas con gas para proporcionar el calor necesario. Este remedio es efectivo y generalmente sencillo de realizar, pero se lleva a cabo a expensas de consumir parte de la energía a suministrar en gas. Se han hecho propuestas para usar células de combustible o unidades combinadas de calor y corriente (CHP) en lugar de calderas para suministrar calor junto con corriente, pero sigue persistiendo la pérdida de energía en términos de consumo de gas. Los procedimientos de la técnica anterior para reducir o eliminar la pérdida de energía en los procesos de reducción de proceso de gas natural se describen en lo sucesivo. La patente de los Estados Unidos nº 4.677.827 describe la adición de un inhibidor al gas corriente arriba de la reducción de presión. El fin del inhibidor es evitar la condensación en el gas enfriado. Después de añadir el inhibidor se permite la realización de la reducción de presión sin precalentamiento. El recalentamiento después de la reducción de presión se puede llevar a cabo estableciendo un contacto térmico con el entorno ambiente ya que el gas expandido tendrá generalmente una temperatura inferior al entorno ambiente. Esto se puede llevar a cabo de numerosas maneras. Por ejemplo, proporcionando una refrigeración libre a una carga disponible (siempre que se pueda encontrar tal carga); proporcionando una conexión de intercambio de calor directa o indirecta entre el gas y el entorno ambiente o proporcionando un intercambio de calor pasivo con el calor suministrado por una bomba de calor. Estos procedimientos permiten que una gran parte de, sino todo el recalentamiento sea suministrado desde el entorno ambiente, con el consiguiente ahorro de calor producido quemando gas. Las dificultades con este enfoque incluyen la necesidad de proporcionar un consumible adicional, es decir, el inhibidor, en cada emplazamiento y medir su inyección en el flujo de gas. Asimismo, puede ser necesario recuperar el inhibidor antes de suministrar el gas al usuario final. La recuperación del inhibidor implica un equipo adicional y añade material a la complejidad de la estación y a su funcionamiento. 2 E09162513 02-11-2011   Pozivil (Acta Montanistica Slovaca, Rocnik 9 (2004), cislo 3, 258-260) informa de la transformación de la energía cinética liberada en el proceso de expansión del gas en energía mecánica en una turbina de expansión y, en la mayoría de los casos, posteriormente en corriente eléctrica. Esta energía eléctrica se puede usar entonces de diversas maneras: suministrarla de nuevo a la red eléctrica, usarla para proporciona algunos o todos los requisitos eléctricos del emplazamiento y posiblemente usarla para accionar una bomba de calor para suministrar calor al gas expandido. Existen numerosos problemas que hay que solucionar al considerar el uso de cualquier ade estos procedimientos de generación de energía. En primer lugar se da el hecho de que la caída de la temperatura del gas que acompaña una expansión de producción de energía es varias veces superior a la que acompaña a una expansión por estrangulamiento a la misma presión final. Si este enfriamiento se ha de contrarrestar quemando gas corriente arriba del expansor, el proceso de recalentamiento consumirá más energía de la que se puede generar incluso por la unidad de expansión-generación más eficiente. Debe existir también una carga eléctrica permanente en la estación para utilizar la energía eléctrica producida. En la práctica esto significa habitualmente una conexión de red a través de la cual la electricidad es devuelta a la red. En cualquier cado hay una pérdida de energía neta utilizable incluso si la electricidad generada se usa enteramente. La justificación del gasto en esta disposición se debe buscar entre factores distintos del ahorro de energía. Una variante de este enfoque es usar una unidad CHP además de la unidad de expansión-generación. La dimensión de la CHP viene determinada por la cantidad de recalentamiento requerido de manera que la potencia térmica de la CHP se puede usar para contrarrestar el enfriamiento de gas inducido por expansión. La potencia eléctrica del expansor-generador se añade a la de la unidad CHP y ambas se suministran a la red. Ambas potencias eléctricas producen un retorno económico al operador, pero las ventajas de la energía primaria y el CO2 del enfoque son menos sencillas de llevar a cabo. La razón del despliegue de la unidad CHP es principalmente aprovechar su potencial térmica, de manera que esta parte de la energía de combustión debe ser considerada como sacrificial en el esquema global. La función de la CHP se debería de sustituir por una célula de combustible, y el enfoque global sería el mismo. Si el calor se ha de añadir después de la combustión, entonces será necesario añadir inhibidores de condensación al flujo de gas. De hecho, debido a la enorme caída de temperatura puede ser necesario aumentar la dosificación del inhibidor para que siga siendo efectivo. También será necesario evaluar las implicaciones de un equipo de enfriamiento mediante caídas de temperatura de hasta 80ºC que se pueden producir incluso en una única etapa de expansión. Este procedimiento es capaz de llevar a cabo ahorros de energía primaria considerables, pero su implementación presenta de una manera más extrema todas las dificultades indicadas anteriormente junto con el procedimiento de adición del inhibidor. La patente de los Estados Unidos nº 5.628.191 divulga un sistema que comprende una bomba de calor para calentar la preexamposión del gas. Utilizando el enfoque de la bomba de calor de preexpansión, se ha de afrontar el problema del calentamiento del gas hasta temperaturas de hasta 80-90ºC desde una temperatura de entrada típicamente de 5 10ºC para de este modo evitar los problemas de enfriamiento anteriormente mencionado (más arriba). Conseguir las enormes temperaturas finales es un enorme desafío para cualquier bomba de calor convencional. Además, la necesidad de conseguir esta gran elevación de... [Seguir leyendo]

1.- Un sistema para la despresurización de un fluido presurizado en una canalización (101) que comprende: al menos un despresurizador (104) para expandir el fluido presurizado en la canalización (101) a una presión inferior; caracterizado por una bomba de calor transcrítica (108) para hacer circular un fluido supercrítico, en el cual el fluido supercrítico experimenta un enfriamiento para de este modo liberar calor para la transmisión al fluido presurizado en la canalización (101) antes de al menos una expansión de dicho fluido presurizado. 2.- Sistema según la reivindicación 1,que comprende, además, al menos un intercambiador de calor (102) para la transmisión de calor al fluido presurizado en la canalización. 3.- Sistema según la reivindicación 1 o 2, en el cual al menos un circuito secundario de transferencia de calor (701) transmite calor a partir del fluido supercrítico que experimenta un enfriamiento al fluido presurizado en la canalización. 4. - Sistema según cualquier reivindicación anterior que comprende, además, un generador de energía (107) para convertir la energía liberada por el fluido en expansión en energía eléctrica. 5.- Sistema según la reivindicación 4 en el cual la bomba de calor transcrítica es accionada por el generador de energía. 6.- Sistema según cualquier reivindicación anterior en el cual la bomba de calor transcrítica está térmicamente acoplada a una fuente de calor ambiente. 7.- Sistema según las reivindicaciones 2 a 6 en el cual el intercambiador de calor (102) está dispuesto en una disposición a contracorriente del fluido presurizado en la canalización. 8.- Sistema según cualquier reivindicación anterior en el cual el fluido supercrítico que experimenta un enfriamiento se selecciona entre CO2, C2H6, N2O, B2H6, C2H4 y las combinaciones de los mismos. 9.- Sistema según las reivindicaciones 4 a 8 en el cual la energía liberada por el gas en expansión se transmite por un acoplamiento mecánico al generador. 10.- Sistema según cualquier reivindicación anterior que comprende, además, al menos uno de: al menos un despresurizador (213) para expandir el fluido presurizado antes del calentamiento del fluido presurizado por un intercambiador de calor; al menos un despresurizador (314) para expandir el fluido presurizado después de una expansión previa del fluido presurizado calentado, y las combinaciones de los mismos. 11.- Sistema según cualquier reivindicación anterior en el cual el fluido presurizado en la canalización es gas natural. 12.- Uso de un fluido supercrítico en una bomba de calor (108) para la transmisión de calor a un fluido presurizado en una canalización (101) antes de la despresurización del fluido presurizado. 13.- Procedimiento para calentar un fluido presurizado en una canalización (101) caracterizado porque comprende las etapas de: proporcionar una bomba de calor transcrítica (108), y enfriar un fluido supercrítico para liberar calor para su transmisión al fluido presurizado en la canalización. 14.- Procedimiento según la reivindicación 13, que comprende además proporcionar al menos un circuito secundario de transferencia de calor (701) para la transmisión de calor a partir del fluido supercrítico que somete enfriamiento al fluido presurizado en la canalización. 15.- Procedimiento según las reivindicaciones 13 ó 14 en el que el fluido presurizado en la canalización es gas natural. 13 E09162513 02-11-2011   14 E09162513 02-11-2011   E09162513 02-11-2011   16 E09162513 02-11-2011   17 E09162513 02-11-2011