SISTEMA DE ENERGÍA Y REGASIFICACIÓN A BASE DE GNL.

Un sistema de energía y un sistema de regasificación de ciclo de Rankine orgánico cerrado (10B'',

10B'''', 10B'''''''''', 10B'''''''''''') basado en gas natural licuado, GNL, que comprende:a) un vaporizador (20B'', 20B'''', 20B'''''''''', 20B'''''''''''') en el cual se vaporiza un fluido de trabajo líquido, siendo dicho fluido de trabajo líquido un fluido de trabajo licuado por el GNL;b) una turbina (25B'', 25B'''', 25B'''''''''', 25B'''''''''''') para expandir el fluido de trabajo vaporizado y producir energía;c) un condensador (30B'', 30B'''', 30B'''''', 30B'''''''', 30B'''''''''', 30B'''''''''''') al que se suministra un vapor de fluido de trabajo expandido, siendo alimentado dicho condensador igualmente con GNL para recibir calor de dicho vapor de fluido expandido en el que dicho GNL condesa dicho fluido de trabajo expandido que abandona la turbina y por el que la temperatura del GNL aumenta a medida que fluye a través del condensador;d) una tubería (43B'', 43B'''', 43B'''''', 43B'''''''', 43B'''''''''', 43B'''''''''''') para transmitir GNL regasificado caracterizado por ES 2 357 755 T3 e) un condensador/calentador (32B'', 32B'''') para condensar vapores extraídos de una etapa intermedia de dicha turbina y calentar un condensado de fluido de trabajo suministrado a dicho condensador/calentador desde dicho condensador

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de la generación de energía. Más concretamente, la invención se refiere a un sistema que tanto utiliza gas natural licuado para generar energía y regasifica el gas natural licuado.

Antecedentes de la invención

En algunas regiones del mundo, el transporte de gas natural mediante gasoductos no es económico. Por consiguiente, el gas natural se enfría a una temperatura por debajo de su punto de ebullición, por ejemplo, -160 °C, hasta que se vuelve líquido y el gas natural licuado (GNL) se almacena subsecuentemente en tanques. Dado que el volumen del gas natural es considerablemente menor en la fase líquida que en la fase gaseosa, el GNL puede ser transportado en barco conveniente y económicamente hasta un puerto de destino.

En la vecindad del puerto de destino, el GNL es transportado a una terminal de regasificación, en el que se recalienta mediante intercambio de calor con agua marina o con el gas de escape de turbinas de gas y se convierte en gas. Cada terminal de regasificación está conectado habitualmente con una red de distribución de gasoductos de modo que el gas natural regasificado pueda ser transmitido a un usuario final. Aunque un terminal de la regasificación es eficiente en términos de la capacidad para vaporizar el GNL de modo que pueda ser transmitido a usuarios finales, existe una necesidad de un procedimiento eficiente para utilizar de modo controlado el potencial frío del GNL como un sumidero de frío para un condensador a fin de generar energía.

El uso de ciclos de Rankine para la generación de energía a partir de GNL en evaporación es considerado en "Design of Rankine Cycles for power generation from LNG", Maartens, J., International Journal of Refrigeration, 1986, vol. 9, Mayo. Además, ciclos de energía adicionales que utilizan GNL/GLP (gas licuado de petróleo) se consideran en la patente norteamericana nº 6.367.258. Otro ciclo de energía que utiliza GNL se considera en la patente norteamericana nº 6.336.316. Más ciclos de energía que utilizan GNL se describen en "Energy recovery on LNG import terminals ERoS RT project" por Snecma Moteurs, facilitado por Gastech 2005, The 21st International Conference & Exibition for the LNG, LPG and Natural Gas Industries, 14/17 de marzo de 2005, Bilbao, España.

De acuerdo al documento FR-A- 2 300 216 se proporciona un proceso para calentar y vaporizar gas natural líquido, en el que parte de la energía requerida se extrae de un primer agente de calentamiento y otra parte de un segundo agente de calentamiento que fluye en un circuito en el cual se condensa por intercambio de calor con el gas natural líquido, a continuación se vaporiza, calienta y expande en una turbina para realizar trabajo, siendo calor residual de un motor diesel al menos parte del calor utilizado para vaporizar y calentar el segundo agente de calentamiento.

Por otro lado, un ciclo de energía que incluye una planta de energía de ciclo combinado y una planta de energía de ciclo de Rankine orgánico que utiliza el condensador de la turbina de vapor como su fuente de calor, se divulga en la patente norteamericana nº 5.687.570, cuya descripción se incluye en la presente memoria por referencia.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de energía y regasificación a base de GNL, que utiliza la baja temperatura del GNL como un sumidero de frío para el condensador del sistema de energía con el fin de generar electricidad o producir energía para su uso directo. Otros objetos y ventajas de la invención serán aparentes a medida que avanza la descripción.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un sistema de energía y un sistema de regasificación de ciclo de Rankine orgánico cerrado basados en gas natural licuado (GNL), que comprende:

a) un vaporizador en el que se vaporiza un fluido de trabajo líquido, siendo dicho fluido de trabajo líquido un fluido de trabajo licuado por el GNL;

b) una turbina para la expansión del fluido de trabajo vaporizado y la producción de energía;

c) un condensador al cual se suministra vapor del fluido de trabajo expandido, estando alimentado dicho condensador igualmente con GNL para recibir calor de dicho vapor de fluido expandido en el que dicho GNL condensa dicho fluido de trabajo expandido que abandona la turbina y por lo cual la temperatura del GNL aumenta a medida que fluye a través del condensador;

d) una tubería para transmitir GNL regasificado

caracterizado por:

e) un condensador/calentador para condensar vapores extraídos de una etapa intermedia de dicha turbina y calentar un condensado de fluido de trabajo suministrado a dicho condensador/calentador de dicho condensador.

Se genera energía debido a la gran diferencia de temperatura entre el GNL frío, por ejemplo, aproximadamente a -160 °C, y la fuente de calor del vaporizador. La fuente de calor del vaporizador puede ser agua marina a una temperatura de, aproximadamente, 5 °C a 20 °C, o calor tal como un gas de escape descargado de una turbina de gas

o una corriente de baja presión que abandona una turbina de vapor de condensación. El sistema comprende además una bomba para suministrar fluido de trabajo líquido al vaporizador.

El sistema comprende además una bomba para suministrar fluido de trabajo líquido al vaporizador.

El sistema puede comprender además un compresor para comprimir GNL regasificado y transmitir dicho GNL regasificado comprimido a lo largo de un gasoducto a usuarios finales. El compresor puede está acoplado a la turbina. El GNL regasificado puede ser transmitido asimismo mediante la tubería a un depósito.

De acuerdo con la invención, el sistema de energía es un sistema de energía de ciclo de Rankine cerrado tal que el conducto se extiende además desde la salida de los medios de intercambio de calor a la entrada del vaporizador, y los medios de intercambio de calor son un condensador mediante el cual el GNL condensa el fluido de trabajo expulsado de la turbina a una temperatura que abarca, aproximadamente, de -100 °C a -120 °C. El fluido de trabajo es preferiblemente un fluido orgánico tal como etano, etileno o metano o equivalentes, o una mezcla de propano y etano o equivalentes. La temperatura del GNL calentado por el escape de la turbina es aumentada preferiblemente adicionalmente por medio de un calentador.

En otro modo de realización de la invención, el sistema de energía incluye una planta de energía de ciclo cerrado y una planta de energía de ciclo abierto en el que el fluido de trabajo en la planta de energía de ciclo abierto es GNL, y los medios de intercambio de calor son un calentador para regasificar el GNL expulsado de la turbina.

La fuente de calor del calentador puede ser agua marina a una temperatura que abarca, aproximadamente, de 5 °C a 20 °C, o calor residual tal como un gas de escape descargado de una turbina de gas.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos:

– la fig. 1 es un montaje esquemático de un sistema de energía de ciclo cerrado;

– la fig. 2 es un diagrama de temperatura-entropía del sistema de energía de ciclo cerrado de la fig. 1;

– la fig. 3 es un montaje esquemático de un sistema de energía de ciclo abierto;

– la fig. 4 es un diagrama de temperatura-entropía del sistema de energía de ciclo abierto de la fig. 3;

– la fig. 5 es un montaje esquemático de un sistema de energía de ciclo cerrado adicional;

– la fig. 6 es un diagrama de temperatura-entropía del sistema de energía de ciclo cerrado de la fig. 5;

– la fig. 7 es un montaje esquemático de un sistema de energía de ciclo cerrado de dos niveles de presión;

– la fig. 7A es un montaje esquemático de una versión alternativa del sistema de energía de ciclo cerrado de dos niveles de presión mostrado en la fig. 7, de acuerdo con un modo de realización de la invención;

– la fig. 7B es un montaje esquemático de una versión alternativa adicional del sistema de energía de ciclo cerrado de dos niveles de presión mostrado en la fig. 7, de acuerdo con un modo de realización adicional de la invención;

– la fig. 7C es un montaje esquemático de versiones alternativas adicionales del sistema de energía de ciclo cerrado de dos niveles de presión mostrado en la fig. 7, de acuerdo con un modo de realización... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de energía y un sistema de regasificación de ciclo de Rankine orgánico cerrado (10B', 10B'', 10B''''', 10B'''''') basado en gas natural licuado, GNL, que comprende:

a) un vaporizador (20B', 20B'', 20B''''', 20B'''''') en el cual se vaporiza un fluido de trabajo líquido, siendo dicho fluido de trabajo líquido un fluido de trabajo licuado por el GNL;

b) una turbina (25B', 25B'', 25B''''', 25B'''''') para expandir el fluido de trabajo vaporizado y producir energía;

c) un condensador (30B', 30B'', 30B''', 30B'''', 30B''''', 30B'''''') al que se suministra un vapor de fluido de trabajo expandido, siendo alimentado dicho condensador igualmente con GNL para recibir calor de dicho vapor de fluido expandido en el que dicho GNL condesa dicho fluido de trabajo expandido que abandona la turbina y por el que la temperatura del GNL aumenta a medida que fluye a través del condensador;

d) una tubería (43B', 43B'', 43B''', 43B'''', 43B''''', 43B'''''') para transmitir GNL regasificado

caracterizado por

e) un condensador/calentador (32B', 32B'') para condensar vapores extraídos de una etapa intermedia

de dicha turbina y calentar un condensado de fluido de trabajo suministrado a dicho condensador/calentador

desde dicho condensador.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el fluido de trabajo es etano o metano.

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el fluido de trabajo es una mezcla de propano y etano.

4. El sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 o 3, en el que el sistema de energía incluye además un sistema de energía de ciclo abierto tal que el fluido de trabajo en el mismo es GNL, que tiene unos medios de intercambio de calor para condensar el GNL que abandona la turbina del sistema de energía de ciclo abierto y calentar el GNL suministrado al sistema.

5. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de calor del vaporizador es agua marina.

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la fuente de calor del vaporizador comprende un vapor que abandona la turbina de vapor (105) en el que dicha turbina de vapor es una porción de una planta de energía de ciclo combinado que tiene un sistema de energía de turbina de gas (125) en el cual los gases de escape de dicho sistema de energía de turbina de gas (125) proporcionan calor para producir vapor que es suministrado a dicha turbina de vapor (105).

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un sistema de fluido intermedio (100D) para transferir calor de la fuente de calor a dicho fluido de trabajo, en el que dicho sistema de fluido intermedio (100D) incluye un condensador (120D) que transfiere calor del fluido intermedio al fluido de trabajo para vaporizar el fluido de trabajo.

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una bomba (1.5'', 17B'''''') para suministrar un fluido de trabajo líquido al vaporizador.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una bomba (40B'', 40B''''') para aumentar la presión del GNL previamente a suministrarlo a dicho condensador a una presión adecuada para suministrar el GNL regasificado a lo largo de un gasoducto a usuarios finales.

10. El sistema de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7, que comprende además una bomba (40C) para aumentar la presión del GNL previamente a suministrarlo a dicho condensador (120D) a una presión adecuada para suministrar el GNL regasificado a lo largo de un gasoducto a usuarios finales.

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un condensador (31B', 31B'', 31B''', 31B'''', 31B''''') adicional para condensar el vapor expandido extraído de dicha turbina en el que dicho condensador adicional es enfriado mediante el GNL calentado que abandona dicho condensador.

12. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho condensador/calentador para condensar vapores extraídos de una etapa intermedia de dicha turbina y calentar un condensado de fluido de trabajo suministrado a dicho condensador/calentador comprende un condensador/calentador de contacto indirecto.

13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho condensador/calentador para condensar vapores extraídos de una etapa intermedia de dicha turbina y calentar un condensado de fluido de trabajo suministrado a dicho condensador/calentador comprende un condensador/calentador de contacto directo (32B'').

14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dichos medios de intercambio de calor para condensar el GNL que abandona la turbina de dicho sistema de energía de ciclo abierto son enfriados mediante GNL presurizado.

15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende además unos medios de intercambio de calor adicionales para condensar el GNL extraído de dicha turbina de dicho sistema de energía de ciclo abierto en el que

5 dichos medios de intercambio de calor adicionales son enfriados por el GNL calentado que abandona dichos medios de intercambio de calor.

16. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicho sistema de energía de ciclo abierto comprende además un condensador/calentador para condensar vapores extraídos de una etapa intermedia de dicha turbina del sistema de energía de ciclo abierto y calentar un GNL suministrado a dicho condensador/calentador de dichos medios de intercambio de calor de dicho sistema de energía de ciclo abierto.

17. El sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1 u 11, caracterizado además porque dicha turbina comprende un módulo de turbina orgánica de alta presión (24B'') y un módulo de turbina orgánica de baja presión (25B''), en el que dicha etapa intermedia de dicha turbina comprende la salida de dicho módulo de turbina orgánica de alta presión (24B'') de la cual se extraen los vapores.

18. El sistema de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado además porque dicho condensador/calentador para condensar vapores extraídos de una etapa intermedia de dicha turbina y calentar un condensado de fluido de trabajo suministrado a dicho condensador/calentador comprende un condensador/calentador de contacto directo (32B'') para condensar vapores extraídos de dicha salida del módulo de turbina orgánica de alta presión (24B'') y calentar un condensado de fluido de trabajo suministrado a dicho condensador/calentador de contacto directo (32B'').