SISTEMA MODULAR DE APROVECHAMIENTO DEL FRIO Y/O BOG EN UNA PLANTA DE REGASIFICACIÓN DE GAS NATURAL LICUADO.

Sistema modular de aprovechamiento del frio y/o BOG en una planta de regasificación de gas natural licuado,

que consta de un primer ciclo Brayton (I) abierto; un segundo ciclo Rankine (II) que emplea amoniaco como fluido térmico; un tercer ciclo de baja temperatura (III); medios para que los ciclos puedan funcionar de forma conjunta o por separado en la producción de electricidad; y un sistema de acoplamiento (IV) entre los ciclos Rankine (II) y de baja temperatura (III) que emplea el frío contenido en el caudal de GNL bombeado por una bomba de GNL (3R), para lo que se acopla a un vaporizador de agua de mar (4R), y por el caudal de una bomba de captación de agua de mar (2R).

Aplicable en plantas de regasificación de GNL, o cualquier otra planta con trasiego de líquidos a baja temperatura, para la generación modulable de energía eléctrica, calor y frío.

Sistema modular de aprovechamiento del frío y/o bog en una planta de regasificación de gas natural licuado.

Objeto de la invención.

El gas natural, constituido fundamentalmente por metano (CH4) , se licua a temperaturas muy bajas (en el entorno de -160ºC) , obteniendo gas natural licuado (en adelante GNL) , para su transporte. Una vez transportado, durante el proceso de regasificación se produce una continua, pequeña y natural vaporización del GNL debido al desequilibriotérmico con el ambiente. Éste gas, que proviene de la vaporización del GNL se le denomina BOG (de la terminología anglosajona “Boil Off Gas”) .

El objeto del invento trata de un sistema modular de aprovechamiento del frío en una planta de regasificación de GNL, y del aprovechamiento del BOG para la generación modulable de energía.

La energía generada a partir del aprovechamiento del frio y/o del BOG puede ser, indistintamente, térmica (calor/frio)

o eléctrica.

El objeto de la invención se encuentra enmarcado dentro de los ciclos de tri-generación de energía (energía eléctrica, frío y calor) empleando ciclos térmicos y, dentro de éstos, en los que emplean fluidos orgánicos o mezclas de los mismos como fluidos de trabajo.

En lo que a la generación de energía eléctrica se refiere, la presente invención se encuentra enmarcada dentro de los sistemas de generación que emplean los conocidos ciclos Brayton y Rankine en cascada operados entre varias temperaturas. Por la utilización del frío del GNL se enmarca dentro de los ciclos térmicos criogénicos que utilizan como foco caliente un foco a temperatura igual, inferior o superior a la temperatura ambiente pudiendo ser también enmarcado en el sector de las medidas de mejora de eficiencia energética.

En lo que a la oferta de frío se refiere, la presente invención se enmarca dentro de los sistemas capaces de ofertar frío como producto secundario del proceso de generación de energía eléctrica, empleando el propio fluido térmico del ciclo por sus características, como fluido portador del frío y por lo tanto como circuito primario de refrigeración. Dentro de este tipo de sistemas, la presente invención emplea la vaporización del fluido de trabajo como foco ofertante de frío.

En lo que a la oferta de calor se refiere, la presente invención se basa en el aprovechamiento del calor residual y de baja temperatura proveniente de los gases de escape de una turbina de gas.

El sistema, de acuerdo con el invento, consta de tres ciclos de generación de energía que pueden funcionar de forma conjunta o por separado permitiendo modular la cantidad de energía generada; siendo el primero un ciclo Brayton abierto accionado por el BOG; el segundo un ciclo orgánico de Rankine que emplea amoniaco como fluido de trabajo; y el tercero un ciclo térmico de baja temperatura, que emplea como fluido de trabajo una mezcla de etano y amoniaco.

Dicho sistema puede ser acoplado a cualquier planta en el que exista trasiego de fluidos de baja temperatura instalando los módulos del mismo de forma conjunta o separada.

Antecedentes de la invención Actualmente se conocen plantas de generación de energía de ciclos combinados alimentadas por GNL (por ejemplo, la patente WO9516105/EP0683847) ; métodos y plantas para la regasificación del GNL (por ejemplo, la patente EP2035740) ; métodos/aparatos para producir productos comerciales a partir del GNL (por ejemplo, la patente EP1808408) e incluso instalaciones para generar energía, particularmente energía eléctrica, a partir del GNL (por ejemplo, la patente WO9105145/EP0446342) , pero el solicitante no conoce precedentes de aprovechamiento del frio y de aprovechamiento del BOG para la generación modulable de energía, ya sea eléctrica y/o térmica de forma conjunta o separada.

Descripción de la invención El sistema modular de aprovechamiento del frio y/o BOG en una planta de regasificación de gas natural licuado, objeto del invento, se caracteriza porque consta de:

-Un primer ciclo Brayton abierto cuya turbina es accionada por aire frio a presión y por el BOG a la salida del compresor de la planta de regasificación;

-un segundo ciclo Rankine que emplea amoniaco como fluido térmico que se evapora por la acción de los gases de salida de la turbina del ciclo Brayton, y se expansiona en una segunda y tercera turbina, empleándose el vapor de amoniaco de la salida de la citada tercera turbina para calentar el amoniaco de entrada a este ciclo Rankine en un intercambiador liquido/vapor y el vapor de amoniaco una vez condensado se convierte en amoniaco de entrada;

-el empleo del caudal de GNL de la bomba secundaria de GNL, su acoplamiento a un vaporizador de agua de mar y el caudal captado por las bombas de agua de mar, siendo todos estos equipos de la planta de regasificación;

-un tercer ciclo de baja temperatura en el que, en un intercambiador situado a la entrada del vaporizador de la planta de regasificación, se condensa la mezcla amoniaco-etano que actúa como fluido térmico del ciclo; y una vez vaporizado, es bombeado y mezclado con la corriente líquida de un separador flash previamente bombeada a la misma presión; y ambas corrientes son mezcladas siendo la mezcla enviada a un intercambiador en el cual se evapora parcialmente por la acción del fluido procedente del citado intercambiador liquido/vapor del ciclo Rankine; el fluido parcialmente vaporizado es introducido en un evaporador en el cual se vaporiza con el agua de mar captada por la citada bomba de captación y la corriente una vez vaporizada y calentada es enviada a una cuarta turbina acoplada a un generador para su expansión en la misma; y una vez expandida, y debido a la calidad del vapor de la misma, la fracción líquida es separada en el citado separador flash y bombeada hasta la presión de trabajo en tanto que la fracción de vapor es enviada a una quinta turbina acoplada a un generador en la cual se expande y de nuevo es enviada al citado intercambiador repitiéndose de nuevo el ciclo;

-medios para el acoplamiento y desacoplamiento de los ciclos Brayton y Rankine de alta temperatura de forma que se pueda producir energía eléctrica y calor de forma conjunta o separada; y

-un sistema de acoplamiento entre los ciclos Rankine de alta y baja temperatura, que está formado por, al menos, una primera y segunda válvula y un primer y segundo intercambiador; donde las válvulas son accionadas eléctricamente mediante un dispositivo colocado a tal efecto que, en caso de que se detecte un determinado desequilibrio térmico, ambas válvulas se posicionan de tal forma que el fluido es direccionado al citado intercambiador donde el fluido, una vez condensado, es admitido de nuevo por la primera de dichas válvulas en el ciclo Rankine mientras que, en caso contrario, es direccionado mediante la segunda válvula al intercambiador de agua de mar y de nuevo introducido en el sistema mediante la primera válvula permitiendo de esta forma el acoplamiento y desacoplamiento automático de ambos ciclos.

También se caracteriza porque dispone de la posibilidad de acoplar un circuito primario de refrigeración en el ciclo de baja temperatura, que se realiza mediante sendos dispositivos de conexión de entrada y salida respectivamente destinados a tal efecto; siendo direccionado el flujo hacia dicho circuito primario de refrigeración en caso de ser conectado mediante una primera válvula de tres vías y readmitido en el ciclo de baja temperatura mediante una segunda válvula de tres vías. En caso de ser conectado el circuito de refrigeración, las citadas primera y segunda válvulas del sistema de acoplamiento entre los ciclos Rankine y de baja temperatura quedarán en la posición de desacoplamiento; de modo que direccionen en el primer caso y admitan en el segundo el fluido una vez condensado en el condensador que emplea agua de mar, siendo bloqueadas ambas válvulas en esta posición.

Estado de la técnica El acoplamiento de un ciclo abierto tipo Brayton de cabecera con un ciclo cerrado tipo Rankine empleando en este último como fluido de trabajo agua, es el esquema de funcionamiento habitual para la generación de energía eléctrica mediante ciclos combinados de gas natural. Las principales mejoras realizadas en las últimas décadas en esta tecnología han ido encaminadas a aumentar la temperatura máxima admitida por la cámara de combustión de la turbina de gas natural y por lo tanto de su rendimiento. El encarecimiento de los recursos fósiles como el gas natural así como su escasez y la sustitución del ciclo Brayton de cabecera por otras fuentes de calor que actúen como foco caliente del ciclo Rankine ha llevado a la utilización de fluidos alternativos al agua, empleada en este tipo...

1. Sistema modular de aprovechamiento del frio y/o BOG en una planta de regasificación de gas natural licuado; caracterizado porque consta de:

a) Un primer ciclo Brayton (I) abierto cuya turbina es accionada por aire frio a presión y por el BOG a la salida del compresor (1R) de la planta de regasificación;

b) Un segundo ciclo Rankine (II) que emplea amoniaco como fluido térmico que se evapora por la acción de los gases de salida de la turbina (4a) del primer ciclo, y se expansiona en una segunda y tercera turbina (4b) , (5b) , empleándose el vapor de amoniaco de la salida de la turbina baja (5b) para calentar el amoniaco de entrada a este segundo ciclo en un intercambiador liquido/vapor (6b) y el vapor de amoniaco una vez condensado se convierte en amoniaco de entrada;

c) El empleo del caudal de GNL de la bomba secundaria de GNL (3R) , su acoplamiento a un vaporizador de agua de mar (4R) y el caudal captado por las bombas de agua de mar (2R) , siendo todos estos equipos de la planta de regasificación;

d) Un tercer ciclo de baja temperatura (III) en el que en un intercambiador (8c) situado a la entrada del vaporizador (4R) de la planta de regasificación se condensa la mezcla etano-amoniaco que actúa como fluido térmico del ciclo; y una vez vaporizado, es bombeado (9c) y mezclado con la corriente líquida de un separador flash (5c) previamente bombeada (7c) a la misma presión; y ambas corrientes son mezcladas en un mezclador (10c) y la mezcla es enviada a un intercambiador (1c) en el cual se evapora parcialmente por la acción del fluido procedente del intercambiador liquido/vapor (6b) del segundo ciclo Rankine (II) ; el fluido parcialmente vaporizado es introducido en un evaporador (2c) el cual se vaporiza con el agua de mar captada por la bomba de captación (2R) y la corriente una vez vaporizada y calentada es enviada a una cuarta turbina (4c) acoplada a un generador para su expansión en la misma; una vez expandida, la fracción líquida es separada en el separador flash (5c) y bombeada hasta la presión de trabajo (7c) en tanto que la fracción de vapor es enviada a una quinta turbina acoplada a un generador (6c) en la cual se expande y de nuevo es enviada al intercambiador (8c) repitiéndose de nuevo el ciclo;

e) Medios para el acoplamiento y desacoplamiento de los ciclos Brayton (I) y Rankine de alta temperatura (II) de forma que se pueda producir energía eléctrica y calor de forma conjunta o separada; y

f) Un sistema de acoplamiento (IV) entre los ciclos Rankine de alta (II) y de baja temperatura (III) .

2. Sistema modular de aprovechamiento del frio y/o BOG en una planta de regasificación de gas natural licuado, según reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de acoplamiento (IV) entre los ciclos Rankine de alta temperatura (II) y de baja temperatura (III) está formado por, al menos, dos válvulas (8b) , (9b) y dos intercambiadores (10b) , (1c) ; donde las válvulas (8b) y (9b) son accionadas eléctricamente mediante un dispositivo, colocado a tal efecto que, en caso de que detecte un determinado desequilibrio térmico, ambas válvulas (8b) y (9b) se posicionan de tal forma que el fluido es direccionado al intercambiador (1c) ; el fluido una vez condensado es admitido de nuevo por la válvula (8b) en el ciclo Rankine (II) mientras que, en caso contrario, es direccionado mediante la válvula (9b) al intercambiador de agua de mar (10b) y de nuevo introducido en el sistema mediante la válvula (8b) permitiendo de esta forma el acoplamiento y desacoplamiento automático de ambos ciclos (II) , (III) .

3. Sistema modular de aprovechamiento del frio y/o BOG en una planta de regasificación de gas natural licuado, según reivindicación 1, caracterizado porque dispone la posibilidad de acoplar un circuito primario de refrigeración en el ciclo de baja temperatura (III) , que se realiza mediante sendos dispositivos de conexión de entrada y salida (1d) , (2d) respectivamente destinados a tal efecto; siendo direccionado el flujo hacia dicho circuito primario de refrigeración en caso de ser conectado mediante una válvula de tres vías (11c) y readmitido en el ciclo (III) mediante una válvula de tres vías (3c) ; en caso de ser conectado el circuito de refrigeración, las válvulas (9b) y (8b) del sistema de acoplamiento térmico (IV) quedarán en la posición de desacoplamiento direccionando en el primer caso y admitiendo en el segundo el fluido del ciclo (II) al condensador (10b) , siendo bloqueadas ambas válvulas en esta posición.