BRPI1011122B1

BRPI1011122B1 - Sistema para despressurização eficiente de fluido

Info

Publication number: BRPI1011122B1
Application number: BRPI1011122-0A
Authority: BR
Inventors: Paul Sikora
Original assignee: Thermonetics Ltd
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2020-10-06
Also published as: JP2012529594A; JP5647233B2; RU2012113866A; KR20120038959A; PL2264288T3; PT2264288E; UA103538C2; AU2010257551C1; ES2371204T3; SI2264288T1; CN102482951A; US8028535B2; US20100314074A1; CA2765166C; RS51977B; MX2011013360A; CA2765166A1; ATE519018T1; EP2264288B1; KR101644211B1

Abstract

sistema para despressurização eficiente de fluido. a presente invenção se refere a um sistema para despressurização de fluidos de canalização de alta pressão. o sistema pode prover geração de energia líquida sem que o fluido pressurizado sofra liquefação ou solidificação ou redução inaceitável de temperatura como resultado de um processo de joule-thomson. o sistema é particularmente relevante para despressurização de canalizações de gás natural de alta pressão de uma maneira eficiente em termos de energia enquanto possibilitando geração de energia líquida. o sistema para despressurização de um fluido pressurizado em uma canalização compreende ao menos um despressurizador para expandir o fluido na canalização para uma temperatura inferior; e uma bomba de calor transcrítico para circular o fluido supercrítico, em que o fluido supercrítico passa por resfriamento de modo a liberar o calor para transmissão para o fluido pressurizado na canalização antes de ao menos uma expansão do fluido pressurizado.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um sistema para prover despressurização eficiente de fluidos de canalização de alta pressão. O sistema pode prover geração de energia líquida sem que o fluido sofra liquefação, solidificação ou redução inaceitável de temperatura como resultado de um processo Joule-Thomson. 0 sistema é particularmente relevante para despressurização de canalizações de gás natural de alta pressão de uma maneira eficiente em termos de energia enquanto possibilitando a geração de energia líquida.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Gás natural é transmitido por intermédio de canalizações de alta pressão e distribuído aos usuários finais em pressões consideravelmente inferiores. Geralmente, estações de compressão são usadas para elevar a pressão e para manter a mesma durante a transmissão de longa distância. Vale a pena observar que diferentes pressões de linha são usadas para as linhas de transmissão em diferentes cenários geográficos, e as pressões devem ser reduzidas conformemente de acordo com exigências de projeto de rede em um número variável de etapas, que depende do tamanho e natureza do usuário final ou do nó de sub- distribuição no sistema.

O processo de redução de pressão é normalmente realizado por intermédio de um pequeno orifício ou válvula de estrangulamento e resulta em uma diminuição substancial da temperatura do gás. Naturalmente, a extensão da queda de temperatura é diretamente proporcional à extensão da redução de pressão que ocorre.

A queda de temperatura causada pelos processos Joule-Thomson é indesejável e deve ser evitada, ou ao menos limitada por um número de razões. Resfriamento excessivo pode causar tensões indesejáveis nos tubos e equipamento antigo; pode degradar certos revestimentos de tubo e materiais de tubo; também pode causar congelamento da terra em volta da canalização com o risco associado de geada alçada. Além disso, o próprio gás pode conter componentes condensáveis cuja liquefação ou solidificação em temperaturas reduzidas pode apresentar problemas para a rede a jusante.

O método mais direto para evitar tais problemas é o de aquecer imediatamente o fluxo de gás antes de sua pressão ser reduzida. A quantidade de calor fornecida é controlada de modo que a temperatura do gás pós-expansão permanece suficientemente elevada para contornar os problemas de baixa temperatura a partir da liberação de pressão.

A queima de uma porção do gás representa uma fonte lógica de calor disponível para a estação de redução de pressão de gás natural. A menos que haja outra fonte segura e ininterrupta de calor disponível para a estação de redução de pressão, um grupo de caldeiras acionadas a gás de alta eficiência é normalmente empregado para prover o calor necessário. Essa solução é eficaz e geralmente de simples implementação, porém à custa do consumo de parte da energia que pode ser entregue no gás. Foram feitas proposições para usar células de combustível ou unidades de calor e força combinadas (CHP) mais propriamente do que caldeiras para fornecer calor junto com energia, porém ainda permanece a perda de energia em termos de consumo de gás.

Métodos da técnica anterior para reduzir ou eliminar o desperdício de energia no processo de redução de pressão em gás natural são descritos abaixo.

A Patente dos Estados Unidos 4.677.827 descreve a adição de um inibidor ao gás a montante da redução de pressão. A finalidade do inibidor é a de impedir a condensação no gás resfriado. Após o inibidor ser adicionado a redução de pressão pode ocorrer sem preaquecimento.

Reaquecimento após a redução de pressão pode ser realizado mediante estabelecimento de contato térmico com o ambiente uma vez que o gás expandido geralmente terá uma temperatura abaixo da temperatura ambiente. Isso pode ser feito em um número de formas. Por exemplo: mediante provisão de refrigeração livre para uma carga disponível (desde que tal carga possa ser encontrada); mediante provisão de uma conexão de troca de calor direta ou indireta entre o gás e o ambiente ou mediante suplementação de troca de calor passiva com o calor fornecido pela bomba de calor. Esses métodos permitem que grande parte se não todo o reaquecimento seja fornecido a partir do ambiente, com uma consequente economia em calor produzido pela queima do gás.

Dificuldades com essa abordagem incluem a necessidade de prover um artigo de consumo adicional, isto é, o inibidor, para cada lado e dosar a sua injeção no fluxo de gás. Além disso, pode ser necessário recuperar o inibidor antes de o gás ser fornecido ao usuário final. A recuperação do inibidor acarreta equipamento adicional e aumenta materialmente a complexidade da estação e a sua operação.

Pozivil (Acta Montanística Slovaca, Rocnik 9 (2004), cislo 3, 258-260) reporta a transformação da energia cinética liberada no processo e expansão de gás em energia mecânica em uma turbina de expansão e, na maioria dos casos, subsequentemente em energia elétrica. Essa energia elétrica pode ser então usada de diversas formas: fornecida de volta para a rede de eletricidade; usada para prover alguma ou todas as exigências elétricas do local e possivelmente usada para acionar uma bomba de calor para fornecer calor ao gás expandido.

Há um número de problemas a serem tratados ao se considerar o uso de qualquer um desses métodos de geração de energia. Em primeiro lugar está o fato de que a queda de temperatura do gás que acompanha uma expansão de produção de energia é várias vezes maior do que aquela que acompanha uma expansão de estrangulamento para a mesma pressão final. Se esse resfriamento deve ser neutralizado pela queima de gás a montante do expansor, o processo de reaquecimento consumirá mais energia do que pode ser gerada até mesmo pela unidade de expansor/gerador mais eficiente. Também deve haver uma carga elétrica em tempo integral disponível para a estação utilizar a energia elétrica produzida. Em termos práticos isso normalmente significa uma conexão de rede através da qual a eletricidade é realimentada na rede. Em todo caso há uma perda líquida de energia utilizável mesmo se a eletricidade gerada for completamente usada. Justificação para o gasto para esse arranjo deve ser buscada a partir de fatores outros do que economias de energia.

Uma variação dessa abordagem é a de utilizar uma unidade CHP além da unidade de expansor/gerador. O tamanho da CHP e determinado pela quantidade de reaquecimento exigido de modo que a saída térmica da CHP pode ser usada para neutralizar o resfriamento do gás induzido pela expansão. A saída elétrica do expansor/gerador é adicionada àquela da unidade CHP e ambas são fornecidas à rede. As duas saídas elétricas produzem um retorno econômico para o operador, porém a energia primária e as vantagens do CO2 da abordagem são de estabelecimento mais direto. A razão para empregar a unidade CHP é principalmente a de tirar proveito de sua saída térmica, assim essa parte da energia de combustão deve ser vista como sacrificial no esquema global. A função da CHP poderia ser substituída por uma célula de combustível, e a abordagem global seria a mesma.

Se o calor deve ser adicionado após a expansão, então será necessário adicionar inibidores de condensação ao fluxo de gás. Na realidade, devido à queda de temperatura muito grande pode ser necessário aumentar a dosagem de inibidor para que ele permaneça eficaz. Também será necessário avaliar as implicações para equipamento de resfriamento por intermédio de quedas de temperatura até - 80°C que podem ocorrer mesmo em um único estágio de expansão. Esse método é capaz de obter economias significativas de energia primária, porém sua implementação apresenta de forma mais extrema todas as dificuldades observadas acima em conexão com o método de adição de inibidor.

A Patente dos Estados Unidos 5.628.191 apresenta um sistema compreendendo uma bomba de calor para aquecer a pré-expansão de gás. Utilizando-se a abordagem de bomba de calor de pré-expansão, se evidencia o problema de aquecimento o gás até temperaturas tão elevadas como 80- 90°C a partir de uma temperatura de entrada tipicamente de 5-10°C de modo a evitar os problemas de resfriamento discutidos anteriormente (acima). A obtenção de temperaturas finais muito elevadas é um desafio hercúleo para qualquer bomba de calor convencional realizar. Além disso, a necessidade de se obter tal aumento de temperatura amplo em uma única passagem terá um efeito muito prejudicial sobre a eficiência da bomba de calor. Se a eficiência da bomba de calor não atingir um nível de eficiência mínimo, o processo ainda pode exigir aquecimento suplementar (combustão).

A Publicação do Pedido de Patente dos Estados Unidos 2003/0172661 provê o uso de múltiplos estágios de expansão de pequena proporção para limitar as quedas de temperatura a uma faixa a qual uma bomba de calor poderia manejar. Tal abordagem acarretaria custo de equipamento e complexidade muito maiores, sem qualquer vantagem adicional. As considerações acima em conjunto tornam improvável que as bombas de calor convencional possam desempenhar qualquer função significativa nessa aplicação específica.

Apesar do estado da técnica ainda seria desejável prover um sistema que fosse capaz de preaquecer um fluido pressurizado até uma extensão suficiente tal que a partir da despressurização do fluido os problemas associados com o resfriamento fossem evitados. Seria desejável que o sistema fosse eficiente em termos de energia. Além disso, um sistema capaz de geração de energia líquida também seria desejável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção provê um sistema para minimizar os efeitos de resfriamento de expansão de qualquer fluido submetido à despressurização em um processo contínuo ou quase contínuo. O sistema pode ser utilizado para recuperar a energia liberada pela expansão do fluido.

Particularmente, a presente invenção proporciona um sistema utilizado para aliviar o resfriamento de expansão nos processos de despressurização de canalização de gás natural. Vantajosamente, o sistema pode prover recuperação de energia durante o processo de resfriamento de expansão do gás natural.

Em um aspecto a presente invenção provê um sistema para despressurização de um fluido pressurizado em uma tubulação compreendendo: ao menos um despressurizador para expandir o fluido pressurizado na canalização até uma pressão inferior; e uma bomba de calor transcrítico para circular o fluido supercrítico (refrigerante), em que o fluido supercrítico é submetido ao resfriamento de modo a liberar o calor para a transmissão para o fluido pressurizado na canalização antes de ao menos uma expansão do fluido pressurizado.

Conforme será considerado por aqueles versados na técnica, a partir do resfriamento do fluido refrigerante supercrítico a temperatura e a pressão do fluido refrigerante podem cair abaixo da temperatura crítica e pressão crítica do fluido refrigerante. Como tal a bomba de calor transcrítico também pode ter um lado de baixa pressão, baixa temperatura para circular um fluido refrigerante em uma temperatura e pressão abaixo de sua temperatura crítica e pressão crítica. A bomba de calor transcrítico pode ter: um lado de alta temperatura, alta pressão para circular um fluido refrigerante em uma temperatura e pressão acima de sua temperatura crítica e pressão crítica; e um lado de baixa temperatura, baixa pressão para circular um fluido refrigerante em uma temperatura e pressão abaixo de sua temperatura crítica e pressão crítica. A bomba de calor transcrítico também pode ser entendida como compreendendo uma fase de rejeição de calor para transferir o calor a partir do fluido refrigerante em uma temperatura e pressão acima de sua temperatura crítica e pressão crítica.

O sistema da presente invenção pode compreender ainda ao menos um trocador de calor para transmissão de calor para o fluido pressurizado na canalização.

O calor liberado pelo fluido supercrítico passando por resfriamento pode ser transmitido diretamente para o fluido pressurizado na canalização antes de ao menos uma expansão do fluido pressurizado. Por exemplo, um fluido refrigerante pode passar por aquecimento e compressão na bomba de calor de tal modo que ele se torne supercrítico e possa ser diretamente conduzido para ao menos um trocador de calor para aquecimento do fluido pressurizado na canalização. O fluido supercrítico pode passar por resfriamento no trocador de calor para aquecer o fluido pressurizado na canalização.

Inversamente, o calor liberado pelo fluido supercrítico passando por resfriamento pode ser transmitido indiretamente ao fluido pressurizado na canalização antes de ao menos uma expansão do fluido pressurizado. Por exemplo, isso pode compreender um circuito de transferência de calor secundário, o qual por sua vez é acoplado a pelo menos um trocador de calor para aquecer o fluido pressurizado na canalização. O fluido supercrítico aquecido pode passar por resfriamento em um trocador de calor de modo a transmitir o calor para o circuito de transferência de calor secundário, desse modo aquecendo um fluido (por exemplo, água) no circuito de transferência de calor secundário. O fluido aquecido no circuito de transferência de calor secundário pode ser conduzido para ao menos um trocador de calor para aquecimento do fluido pressurizado na canalização.

O sistema da presente invenção pode prover aquecimento indireto do fluido pressurizado na canalização por intermédio do fluido supercrítico. Vantajosamente, a configuração para aquecimento indireto do fluido pressurizado na canalização pelo fluido supercrítico pode ser embutida em pacotes de bomba de calor padrão. A instalação da bomba de calor transcrítico compreendendo os trocador de calor associados exigiria apenas habilidades no ramo de encanamento mais propriamente do que habilidades de refrigeração transcrítica.

O sistema da presente invenção não impede a etapa de despressurização antes do aquecimento do fluido pressurizado pelo trocador de calor. Desde que a temperatura do gás de chegada seja suficientemente elevada para permitir um pequeno grau de despressurização, e/ou a extensão de despressurização seja suficientemente pequena, problemas associados com resfriamento, tal como liquefação ou solidificação, devem ser evitados.

O fluido supercrítico aquecido pode passar por resfriamento no trocador de calor de modo a aquecer o fluido pressurizado na canalização antes da expansão do fluido pressurizado.

Conforme aqui usado o termo "bomba de calor transcrítico" se refere a uma bomba de calor na qual um fluido refrigerante sofre um ciclo transcrítico, isto é, o fluido refrigerante muda entre os estados, supercrítico e subcrítico. No sistema da presente invenção o fluido supercrítico pode passar por resfriamento como parte de um ciclo transcrítico para liberar calor para o fluido pressurizado na canalização.

Convenientemente, o sistema da presente invenção opera sem exigência de artigos de consumo extraordinários, por exemplo, inibidores de condensação, no local de redução de pressão. Isso elimina os custos extraordinários associados com a dosagem do inibidor para dentro da canalização de fluido pressurizado e recuperação do inibidor antes de o fluido ser fornecido ao usuário final.

O sistema da presente invenção proporciona aquecimento de alta eficiência como uma consequência da habilidade de uma bomba de calor transcrítico fornecer calor através da rampa de temperatura continuamente descendente longa de um fluido supercrítico de resfriamento (ao contrário da característica de condensação de entrega de calor quase isotérmico no ciclo Rankine reverso normal).

No sistema da presente invenção, o processo de rejeição de calor (no trocador de calor da bomba de calor transcrítico) ocorre em uma pressão acima da pressão crítica do fluido supercrítico. Assim, possibilitando que o fluido supercrítico atinja temperaturas consideravelmente mais altas. Além disso, o processo de rejeição de calor em uma bomba de calor transcrítico ocorre através de uma faixa ampla de temperatura mais propriamente do que em uma temperatura de condensação única. Isso possibilita aquecimento altamente eficiente de um fluido de pressão em uma canalização, de tal modo que a temperatura do fluido pressurizado pode ser elevada suficientemente de modo a aliviar a queda de pressão associada ao resfriamento de expansão do fluido pressurizado.

O sistema da presente invenção pode ser capaz de fornecer energia elétrica ao local (isto é, de volta ao sistema). A energia liberada na etapa de expansão de fluido (despressurização) pode ser aproveitada. A energia aproveitada pode ser fornecida de volta ao sistema da presente invenção como uma fonte de energia. Por exemplo, a bomba de calor transcrítico do sistema da presente invenção pode ser acionada por um gerador de energia. O gerador de energia pode ser acionado pela energia liberada na etapa de expansão de fluido.

A energia liberada pela despressurização do gás pode ser diretamente acoplada a um compressor de bomba de calor transcrítico. Esse arranjo pode permitir reduções em custo uma vez que elimina a exigência de um gerador elétrico e equipamento associado.

Alternativamente, o sistema da presente invenção pode ser adaptado para fornecer energia externa ao sistema, por exemplo, para fornecer energia elétrica a uma conexão de rede. 0 sistema da presente invenção pode ser adaptado para fornecer energia elétrica de volta ao sistema da presente invenção além de fornecer energia elétrica a uma conexão de rede.

A bomba de calor transcrítico da presente invenção pode ser acoplada termicamente a uma fonte de calor ambiente (através de um trocador de calor). O calor a partir do ambiente pode ser transferido para o fluido refrigerante direta ou indiretamente (similar ao acima).

Aquecimento direto pelo ambiente pode compreender transferência direta de calor entre o fluido refrigerante e o trocador de calor acoplado à fonte de calor ambiente. Acoplamento indireto ao ambiente pode ser obtido através de um circuito de transferência de calor secundário, o qual pode ser acoplado ao trocador de calor de fonte de calor ambiente, e o qual pega o calor a partir do ambiente para por sua vez aquecer o fluido refrigerante. A fonte de calor ambiente pode ser selecionada a partir do grupo compreendendo ar, solo, água do solo, água de superfície ou combinação dos mesmos. Isso pode permitir a admissão de energia térmica de baixa temperatura por intermédio da bomba de calor. O ambiente pode prover calor ao fluido refrigerante quando ele está em um estado subcrítico.

O trocador de calor em comunicação com o fluido pressurizado na canalização pode ser disposto em um arranjo de contrafluxo em relação ao fluxo pressurizado em uma canalização. Isso proporciona rejeição de calor mais eficiente.

O refrigerante para o ciclo transcrítico pode ser um fluido com uma temperatura crítica suficientemente alta para permitir evaporação mediante ebulição até aproximadamente 20-25°C e suficientemente baixa de modo que temperaturas de rejeição de calor de refrigeração padrão de 40-80°C estejam acima dessa temperatura crítica. O fluido deve ter um amplo calor de vaporização. Convenientemente, o fluido será miscível com óleo de modo a proporcionar lubrificação suficiente. Como aqueles versados na técnica considerarão, qualquer fluido adequado pode ser utilizado. Por exemplo, o refrigerante transcrítico pode ser selecionado a partir de C02, C2H6, N2O, B2H6, C2H4. A presente invenção também inclui suas combinações. O fluido submetido ao resfriamento transcrítico pode ser CO2. Vantajosamente, CO2 é um fluido não inflamável e não tóxico. Ainda vantajosamente, C02 tem um Potencial de Esgotamento de Ozônio (ODP) de zero e um Potencial de Aquecimento Global (GWP) de um, tornando o mesmo uma das opções de fluido transcrítico mais atraentes.

O despressurizador do sistema da presente invenção pode compreender uma válvula de estrangulamento.

Convenientemente, o sistema da presente invenção é configurado para gerar toda a energia exigida para aquecer o fluido pressurizado, sem a queima de qualquer fluido pressurizado no processo de aquecimento. Por exemplo, quando o fluido pressurizado é gás natural, sem queima de qualquer do gás natural. Tal sistema seria eficiente em termos de energia.

O sistema pode compreender ainda um gerador de energia para converter a energia liberada pelo fluido em expansão em energia elétrica. Convenientemente, o fluido pressurizado na canalização é aquecido pelo trocador de calor antes de converter a energia liberada pelo fluido em expansão em energia elétrica. Vantajosamente, mediante aquecimento do fluido pressurizado até uma temperatura suficientemente alta o sistema da presente invenção eliminaria o consumo do fluido pressurizado, por exemplo, através da queima, para neutralizar o surgimento de resfriamento indesejado a partir da despressurização.

A energia liberada pelo fluido em expansão pode ser transmitida a um gerador de energia. O gerador de energia pode compreender um componente mecânico acionado pelo fluido em expansão para gerar energia. Por exemplo, o fluido pressurizado pode ser expandido através de uma turbina. Em um arranjo desejável, a energia liberada pelo fluido pressurizado em expansão pode ser aproveitada por um turbo expansor. Convenientemente, o fluido pressurizado na canalização é aquecido (em um trocador de calor) antes de expandir o fluido pressurizado através do gerador de energia.

O sistema da presente invenção compreendendo um gerador de energia explorando o processo de expansão de fluido pode prover geração de energia líquida. O expansor de produção de energia (por exemplo, o turbo expansor) pode produzir consideravelmente mais energia do que aquela exigida para funcionamento da bomba de calor transcrítico. Portanto, o sistema da presente invenção pode ser configurado para produzir um excesso de energia, um excesso de calor (para suprir o fluido pressurizado na canalização) ou uma combinação dos mesmos.

A expansão do fluido pressurizado pode ser dividida entre um ou mais despressurizadores, por exemplo, um turbo expansor e uma ou mais válvulas de estrangulamento Joule-Thomson. Unidades de expansor/gerador são mais dispendiosos do que válvulas de estrangulamento Joule- Thomson e pode ser mais econômico dividir a expansão entre uma unidade de expansor/gerador e um número de válvulas de estrangulamento Joule-Thomson.

O sistema da presente invenção pode prover um número de despressurizadores em um arranjo do tipo em série. Isso pode facilitar a expansão escalonada do fluido pressurizado. Cada despressurizador pode expandir o fluido pressurizado através de um gerador de energia de modo a gerar energia a partir de cada expansão. Alternativamente, um de uma pluralidade de despressurizadores pode expandir o fluido pressurizado através de um gerador de energia. Os despressurizadores restantes podem ser válvulas de estrangulamento.

O sistema da presente invenção pode compreender ainda ao menos um de: ao menos um despressurizador para expandir o fluido pressurizado antes do aquecimento do fluido pressurizado pelo trocador de calor; ao menos um despressurizador para expandir o fluido pressurizado subsequente a uma expansão anterior do fluido pressurizado aquecido; e combinações dos mesmos.

A incorporação no sistema da presente invenção de um despressurizador para expandir o fluido pressurizado antes do aquecimento do fluido pressurizado pelo trocador de calor pode ser vantajosa para o processo como um todo. Um ligeiro pré-resfriamento do fluido pressurizado pode permitir uma temperatura de entrada de gás inferior para o trocador de calor na linha de gás. Isso pode ter um efeito positivo no coeficiente de desempenho da bomba de calor e pode aumentar a eficiência da bomba de calor.

Uma pré-expansão do fluido pressurizado pode aumentar a queda de pressão total que pode ser obtida em um único estágio. Assim, ela pode aumentar a capacidade de redução de pressão global do sistema da presente invenção além do limite imposto pela relação de pressão de entrada/saída máxima do expansor/gerador atuando isoladamente. Desde que a temperatura do gás de chegada seja suficientemente elevada para permitir um pequeno grau de despressurização, os problemas associados com o resfriamento, tal como liquefação ou solidificação, devem ser evitados.

A incorporação, no sistema da presente invenção, de um despressurizador para expandir o fluido pressurizado subsequente a uma expansão anterior do fluido pressurizado aquecido alivia a capacidade da bomba de calor em produzir mais calor do que é exigido para neutralizar o resfriamento que resulta da etapa de expansão do gás de produção de energia. Assim, resfriamento adicional pode ser provido mediante despressurização adicional.

O sistema da presente invenção pode prover uma pluralidade de linhas de redução de pressão, dispostas opcionalmente em paralelo umas em relação às outras. Cada linha de redução de pressão pode compreender ao menos um trocador de calor. Alternativamente, um trocador de calor pode aquecer o fluido pressurizado para distribuição subsequente para cada linha de redução de pressão. Cada linha de redução de pressão pode compreender um despressurizador. Cada linha de redução de pressão pode compreender ao menos um despressurizador.

Cada linha de redução de pressão pode compreender ao menos um despressurizador configurado para expandir o fluido pressurizado através de um gerador de energia (expansor/gerador). Em um arranjo desejável, uma linha de redução de pressão compreende um gerador de energia que pode prover a energia necessária para aquecer o fluido em cada uma das linhas de redução de pressão. Por exemplo, um único gerador de energia pode prover energia para acionar uma única bomba de calor ou uma pluralidade de bombas de calor. Os trocadores de calor associados com as bombas de calor podem ser dispostos na mesma linha de redução de pressão ou em linhas de redução de pressão separadas. Alternativamente, um único gerador de energia pode prover energia para acionar uma única bomba de calor, cujo elemento do trocador de calor aquece o fluido pressurizado antes da distribuição do fluido pressurizado para cada linha de redução de pressão.

Cada linha de redução de pressão pode ser configurada para expandir o fluido pressurizado até uma pressão diferente. Isso pode ser particularmente vantajoso onde o fluido pressurizado, por exemplo, gás natural, deve ser distribuído para diferentes usuários finais por intermédio das diferentes linhas de redução de pressão. Adequadamente, o sistema da presente invenção pode prover de duas a cinco linhas de redução de pressão dispostas em paralelo umas em relação às outras.

Será considerado que o fluido pressurizado na canalização do sistema da presente invenção pode ser gasoso. O fluido pressurizado pode ser gás natural.

Em um aspecto adicional, a presente invenção provê o uso de um fluido supercrítico em uma bomba de calor para transmissão de calor para um fluido pressurizado em uma canalização antes da despressurização do fluido pressurizado. O fluido supercrítico pode passar por resfriamento em uma fase de rejeição de calor em um trocador de calor. O fluido supercrítico pode passar por resfriamento como parte de um ciclo transcrítico para liberar o calor para o fluido pressurizado na canalização. O calor provido mediante resfriamento do fluido supercrítico pode ser transmitido ao fluido pressurizado na canalização direta ou indiretamente. Aquecimento direto pode compreender transferência direta de calor entre o fluido supercrítico e o fluido pressurizado na canalização. Transferência indireta de calor pode ser obtida através de um circuito de transferência de calor secundário compreendendo um fluido (por exemplo, água), que é acoplado a um trocador de calor para aquecer o fluido pressurizado na canalização, e o qual é aquecido pelo fluido supercrítico passando por resfriamento para por sua vez aquecer o fluido pressurizado na canalização. O fluido pressurizado na canalização pode ser gás natural.

Em um aspecto ainda adicional, a presente invenção provê um método para aquecer um fluido pressurizado em uma canalização compreendendo: prover uma bomba de calor transcrítico, e resfriar o fluido supercrítico para liberar o calor para transmissão para o fluido pressurizado na canalização.

O fluido supercrítico pode passar por resfriamento como parte de um ciclo transcrítico para liberar o calor para o fluido pressurizado na canalização. 0 calor provido pelo resfriamento do fluido supercrítico pode ser transmitido para o fluido pressurizado na canalização direta ou indiretamente. A transferência direta de calor pode compreender a transmissão direta de calor a partir do fluido supercrítico passando por resfriamento e um trocador de calor em comunicação com o fluido pressurizado na canalização. Uma bomba de calor transcrítico pode conduzir diretamente o fluido supercrítico aquecido para o trocador de calor.

A transferência indireta de calor pode ser obtida através de um circuito de transferência de calor secundário compreendendo um fluido (por exemplo, água), o qual é acoplado a um trocador de calor para aquecimento do fluido pressurizado na canalização, e o qual é aquecido pelo fluido supercrítico passando por resfriamento transcrítico para por sua vez aquecer o fluido pressurizado na canalização. O fluido pressurizado em uma canalização pode ser gás natural.

A natureza direta do sistema da presente invenção significa que sua operação deve acarretar pouca, se qualquer, mudança nos arranjos existentes para serviço e manutenção. A longa vida em serviço esperada e exigências mínimas de serviço/ajuste do sistema proporciona ao mesmo excelentes perspectivas em termos de eficácia de custo.

Onde adequado, será considerado que todas as características opcionais e/ou adicionais de uma modalidade da invenção podem ser combinadas com características opcionais e/ou adicionais de mais uma/outra modalidade(s) da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Características e vantagens adicionais da presente invenção são descritas, e serão evidentes a partir da descrição detalhada da invenção e a partir dos desenhos nos quais:

A Figura 1 ilustra um sistema de acordo com a presente invenção compreendendo um gerador de energia;

A Figura 2 ilustra um sistema de acordo com a presente invenção compreendendo uma válvula de estrangulamento para despressurização de um fluido pressurizado antes do aquecimento;

A Figura 3 ilustra um sistema de acordo com a presente invenção em que o fluido pressurizado sofre expansão adicional subsequente a uma primeira expansão de geração de energia;

A Figura 4 ilustra um sistema de acordo com a presente invenção em que o fluido pressurizado sofre despressurização em um número de locais;

A Figura 5 ilustra um sistema de acordo com a presente invenção tendo duas linhas de redução de pressão em paralelo;

A Figura 6 ilustra um sistema de acordo com a presente invenção tendo um acoplamento mecânico acoplado diretamente à bomba de calor transcrítico; e

A Figura 7 ilustra um sistema de acordo com a presente invenção compreendendo circuitos de troca de calor, secundários.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Deve ser facilmente evidente para aqueles de conhecimento comum na técnica que os exemplos aqui revelados representam apenas exemplos generalizados, e que outros arranjos e métodos capazes de reproduzir a invenção são possíveis e são incluídos pela presente invenção.

O sistema da presente invenção proporciona um dispositivo de conversão de energia de expansão de fluido (tipicamente uma turbina de expansão de influxo radial acoplado a um gerador elétrico) e uma bomba de calor transcrítico de fonte ambiente. O calor ambiente pode ser proveniente de ao menos um de: água, ar ou o solo. A configuração dos componentes para a redução de pressão em um conjunto de linha de gás natural de alta pressão é mostrada na Figura 1.

O gás de alta pressão de chegada no tubo 101 é admitido através de um trocador de calor 102 no qual ele é aquecido, preferivelmente em um arranjo de contrafluxo, por intermédio do fluido refrigerante passando por resfriamento transcrítico. A temperatura do gás saindo do trocador de calor por intermédio da seção de tubo 103 é mantida em um nível suficientemente alto para impedir quaisquer problemas de baixa temperatura após a etapa de expansão.

O gás prossegue para entrar no dispositivo de expansão de gás de produção de energia 104, preferivelmente uma turbina de expansão de influxo radial de alta eficiência, na qual a temperatura do gás cai para um nível próximo àquele do gás de alta pressão de chegada. A pressão do gás de saída na seção de tubo 105 é inferior àquela do gás de entrada 101 por intermédio da relação de redução de pressão de projeto para a estação específica. O gás então passa para etapas de processamento adicionais (as quais podem compreender uma ou mais etapas de expansão adicional) ou para o sistema de distribuição para distribuição para um usuário o final. A energia de expansão de gás produzida no expansor 104 é transmitida, a partir do expansor 104, por intermédio de um acoplamento mecânico 106 para um gerador 107 onde ela é transformada em eletricidade.

Toda ou uma porção da eletricidade gerada é usada para acionar uma unidade de bomba de calor transcrítico 108. 0 gerador de energia 107 pode ser conectado diretamente (não mostrado) à bomba de calor 108. A presente revelação incorpora uma bomba de calor transcrítico 108 para superar várias dificuldades que tornam a maioria das bombas de calor ineficientes em, ou incapazes de atender às demandas de temperatura da aplicação. No ciclo transcrítico, o processo de rejeição de calor ocorre em uma pressão acima da pressão crítica do refrigerante, possibilitando assim que ela atinja temperaturas consideravelmente mais altas. Além disso, o processo de rejeição de calor em uma bomba de calor transcrítico ocorre através de uma faixa ampla de temperaturas mais propriamente do que em uma única temperatura de condensação, tornando o mesmo particularmente bem adequado para a presente aplicação.

O coeficiente de desempenho (COP) do processo transcrítico é determinado pela temperatura média de liberação de calor. Isso, em combinação com a rampa de temperatura continuamente descendente de um fluido de resfriamento supercrítico permite que a bomba de calor transcrítico obtenha valores COP favoráveis enquanto fornecendo as temperaturas de gás finais elevadas exigidas.

A bomba de calor 108, cujo componente de rejeição de calor é o trocador de calor 102 descrito acima, também compreende um compressor, um evaporador, um trocador de calor interno e outros componentes exigidos para operação do ciclo transcrítico de bomba de calor. O compressor, trocadores de calor, dispositivo de controle de fluxo e componentes de circuito de refrigerantes internos podem ser quaisquer dos tipos usados na indústria de bomba de refrigeração/calor para sistemas transcríticos. O fluido refrigerante de alta pressão quente é transportado para o trocador de calor 102 a partir da bomba de calor 108 por intermédio do tubo de fornecimento de refrigerante aquecido 109. O refrigerante de alta pressão resfriado é retornado à bomba de calor 108 a partir do trocador de calor de alta temperatura 102 pelo tubo 110. Opcionalmente, o laço de entrega de calor compreendendo o trocador de calor 102 e tubos 109 e 110 poderia circular água ou outro líquido adequado em vez do próprio refrigerante. O evaporador da bomba de calor 108 é acoplado termicamente ao ambiente local. Ele pode ser acoplado ao ar, ao solo, a uma fonte de água no solo ou de superfície, um fluxo de calor de refuge ou qualquer combinação desses elementos. O circuito de troca de calor de acoplamento com o ambiente 111 pode ser direto (por exemplo, circulando o refrigerante do sistema por todo o circuito de coleta de calor) ou indireto (por 5 exemplo, utilizando um líquido protegido contra congelamento para coletar o calor ambiente). 0 trocador de calor de acoplamento com o ambiente 112 pode assumir uma variedade de formas dependendo do tipo específico de troca de calor mais bem adequada para cada local.

A energia para operar o equipamento do sistema, tal como o compressor e outros periféricos elétricos na bomba de calor é provida pelo gerador 107 (o qual é por sua vez acoplado à unidade de expansor 104). A energia térmica é proveniente do ambiente e elevada em temperatura por uma 15 bomba de calor transcrítico para prover calor ao gás de chegada antes da sua expansão. A bomba de calor (incluindo sua fonte de energia ambiente) é dimensionada para prover o aquecimento de gás necessário e não necessariamente para explorar completamente a energia de expansão de gás 20 disponível.

A quantidade de calor que deve ser entregue ao fluxo de gás pelo trocador de calor 102 para neutralizar o resfriamento de expansão será significativamente maior do que a quantidade de energia elétrica gerada pelo gerador 107. A eficiência do expansor 104, do gerador 107 e dos meios eletrônicos de conversão de energia limitará a energia que pode ser fornecida à bomba de calor a partir d recuperação de energia de gás de expansão. Mesmo com equipamento atual bem ajustado, a energia recuperada como 30 eletricidade improvavelmente excederá 75-80% da energia de expansão de gás disponível.

Invariavelmente, a perdas de energia mencionadas acima não podem ser recuperadas como calor utilizável para a tarefa de aquecer o gás. Portanto, essas perdas de energia devem ser fornecidas a partir da saída térmica da bomba de calor. Além de compensar essas perdas, é necessário fornecer calor para neutralizar o resfriamento de Joule-Thomson que ocorre mesmo na ausência de qualquer recuperação de energia de gás. O desempenho da bomba de calor, portanto, deve exceder um COP de aquecimento mínimo de aproximadamente 2 para prover recuperação completa de temperatura do gás de alta temperatura de chegada sem o consumo de qualquer gás (ou outro combustível comprado). A bomba de calor transcrítico improvavelmente é capaz de atender essa exigência de desempenho enquanto suprindo as elevadas temperaturas e o aumento de temperatura elevado necessário para o preaquecimento.

Na Figura 2 o sistema inclui uma etapa de expansão de gás opcional, utilizando uma válvula de estrangulamento 213, localizada a montante do trocador de calor 102 e do expansor principal 104. Desde que a temperatura do gás de chegada seja suficientemente alta para permitir um pequeno grau de despressurização, os problemas de liquefação e solidificação associados com o resfriamento devem ser evitados. Um acoplamento mecânico 106 conecta o expansor 104 a um gerador de energia 107. A energia gerada pelo gerador 107 pode ser utilizada para acionar a bomba de calor transcrítico 108. A bomba de calor transcrítico 108 é acoplada termicamente ao ambiente através do circuito 111 e trocador de calor 112. Seções de tubo 109 e 110 conectam o trocador de calor 102 com a bomba de calor transcrítico 108. A pressão do gás de saída na seção de tubo 105 é inferior àquela do gás que entra 101. O gás então passa para etapas de processamento adicionais (as quais podem compreender uma ou mais etapas de expansão adicionais) ou para o sistema de distribuição para distribuição para um usuário final.

A provisão de uma etapa de expansão de gás adicional, por intermédio da válvula de estrangulamento 213, a montante do trocador de calor 102, pode ser vantajosa para o processo como um todo em duas formas diferentes. Em primeiro lugar, um ligeiro pré-resfriamento do gás permite uma temperatura inferior de entrada de gás para o trocador de calor na linha de gás 101. Isso tem um efeito positivo em relação ao coeficiente de desempenho da bomba de calor e aumenta a eficiência da bomba de calor. Em segundo lugar, uma pré-expansão do gás aumenta a queda de pressão total que pode ser obtida em um único estágio e desse modo aumenta a capacidade de redução de pressão global do agregado além do limite imposto pela relação de pressão de entrada/saída máxima do expansor atuando isoladamente.

A Figura 3 ilustra uma variação na qual há uma etapa de redução de pressão, através da válvula de estrangulamento 314, a jusante do processo de expansão de produção de energia. Um acoplamento mecânico 106 conecta o expansor 104 a um gerador de energia 107. A energia gerada pelo gerador 107 pode ser utilizada para acionar a bomba de calor transcrítico 108. A bomba de calor transcrítico 108 é acoplada termicamente ao ambiente através do circuito 111 e trocador de calor 112. Seções de tubo 109 e 110 conectam o trocador de calor 102 à bomba de calor transcrítico 108. A pressão do gás de saída na seção de tubo 105 é inferior àquela do gás que entra 101.

A variação ilustrada na Figura 3 alivia a capacidade da bomba de calor transcrítico 108 em produzir mais calor do que é exigido para neutralizar o resfriamento que resulta da etapa de expansão de gás de produção de energia através do expansor 104. A etapa de redução de pressão a jusante é realizada através do uso de equipamento de estrangulamento convencional 314 e será acompanhada por resfriamento de Joule-Thomson. 0 tamanho da segunda etapa de redução de pressão cujo resfriamento associado pode ser neutralizado pelo calor excesso fornecido pela bomba de calor será limitado pela eficiência da bomba de calor que pode ser obtida em cada local individual. O gás pode então passar para etapas de processamento adicionais (as quais compreendem uma ou mais etapas de expansão adicional) ou para o sistema de distribuição, para distribuição para um usuário final.

Em circunstâncias favoráveis a segunda proporção de redução de pressão, por intermédio da válvula de estrangulamento 340, pode ser tão ampla quanto à primeira proporção de redução de pressão (energia-recuperativa). Isso pode prover uma redução de pressão de dois estágios na qual a exigência de reaquecimento integral pode ser suprida por um conjunto de bomba de calor de expansor/gerador único.

Um sistema tendo etapas de expansão de estrangulamento incluídas tanto a montante, por intermédio da válvula de estrangulamento 413, como a jusante, por intermédio da válvula de estrangulamento 414, do expansor de produção de energia 104 é provido na Figura 4. Um acoplamento mecânico 106 conecta o expansor 104 a um gerador de energia 107. A energia gerada pelo gerador 107 pode ser utilizada para acionar a bomba de calor transcrítico 108. A bomba de calor transcrítico 108 é acoplada termicamente ao ambiente através do circuito 111 e trocador de calor 112. Seções de tubo 109 e 110 conectam o trocador de calor 102 à bomba de calor transcrítico 108. A pressão do gás de saída na seção de tubo 105 é inferior àquela do gás que entra 101. 0 gás então passa para etapas de processamento adicionais (as quais podem compreender uma ou mais etapas de expansão adicional) ou para o sistema de distribuição, para distribuição para um usuário final.

Esse arranjo ilustrado na Figura 4 permite que o sistema seja otimizado para COP de bomba de calor máximo enquanto produzindo uma redução de pressão maior do que pode ser obtido em um estágio único de produção de energia.

Na Figura 5 há duas linhas de redução de pressão 515 e 516 em paralelo. Cada linha de redução de pressão 515 e 516 tem um trocador de calor 517 e 518. Fluido supercrítico aquecido é conduzido para os trocadores de calor 517 e 518 nas seções de tubo 109 e 109a por intermédio da bomba de calor transcrítico 108. O fluido resfriado retorna à bomba nos tubos 110 e 110a. A bomba de calor transcrítico 108 é acoplada termicamente ao ambiente através do circuito 111 e trocador de calor 112. Conforme será considerado, o sistema pode compreender um número de linhas de redução de pressão em paralelo. Cada linha de redução de pressão pode compreender um expansor de produção de energia. Cada linha de redução de pressão pode compreender uma válvula de estrangulamento. Cada uma das várias linhas de redução de pressão pode compreender um expansor de produção de energia ou uma válvula de estrangulamento (dependendo das necessidades do sistema).

A linha de redução de pressão 516 compreende um expansor de produção de energia 104, e a energia liberada é aproveitada por um acoplamento mecânico 106 para um gerador de energia 107. A pressão do gás de saída no tubo 521 é inferior àquela do gás no tubo 516. 0 gás passa então para etapas adicionais de processamento (que podem compreender uma ou mais etapas adicionais de expansão) ou para o sistema de distribuição, para distribuição para um usuário final.

A linha de redução de pressão 515 compreende uma válvula de estrangulamento 519. A energia liberada durante a despressurização não é aproveitada por um gerador de energia. A pressão do gás de saída na seção de tubo 520 é inferior àquela do gás no tubo 515. O gás passa então para etapas de processamento adicionais (que podem compreender uma ou mais etapas de expansão adicionais) ou para o sistema de distribuição, para distribuição para um usuário final. A energia exigida para aquecer o gás nas linhas de redução de pressão 515 e 516 pode ser provida pela bomba de calor transcrítico 108, a qual pode sua vez pode ser acionada pelo expansor de produção de energia 104.

Cada linha de redução de pressão 515 e 516 pode ser configurada para expandir o gás pressurizado até uma pressão diferente. Isso pode ser particularmente vantajoso onde o gás natural deve ser distribuído para diferentes redes ou usuários finais por intermédio das linhas de redução de pressão diferentes 515 e 516.

Em cada uma das Figuras 1 a 5 discutidas acima será considerado que energia elétrica superior àquela exigida para superar a bomba de calor transcrítico 108 pode ser fornecida pelo gerador 107. Em tal circunstância, a exigência principal é que o expansor 104 - unidade de gerador 107 é selecionada para fazer uso total da energia de expansão que pode ser recuperada enquanto a bomba 108 é projetada para fornecer não mais do que o reaquecimento mínimo necessário e usar o mínimo de entrada no processo. Desde que haja uma carga útil (por exemplo, uma conexão de rede, iluminação, controles, equipamento de instrumentação e comunicação, grupos de bateria, bombas, e outros periféricos para os serviços locais) que podem sempre aceitar a energia elétrica gerada, essa opção oferece um meio de recuperar a quantidade máxima de energia disponível no processo de redução de pressão. Para implementar essa opção precisa haver apenas uma ou mais saídas adicionais a partir do gerador. Por exemplo, uma ou mais conexões extraordinárias para os terminais elétricos de gerador e uma capacidade dentro do controlador de sistema para gerenciar a entrega de energia elétrica a partir do gerador pode ser provida.

Na Figura 6 a força mecânica gerada pela despressurização do gás é acoplada diretamente a um compressor 622. 0 compressor 622 é conectado à bomba de calor transcrítico 108 através do circuito 623. O acoplamento mecânico 106 conectado ao expansor 104 aciona o compressor 622. A bomba de calor transcrítico 108 é acoplada termicamente ao ambiente através do circuito 111 e trocador de calor 112. Tubos 109 e 110 conectam o trocador de calor 102 à bomba de calor transcrítico 108. A pressão do gás de saída no tubo 105 é inferior àquela do gás que entra 101. O gás então passa para etapas adicionais de processamento (as quais podem compreender uma ou mais etapas adicionais de expansão) ou para o sistema de distribuição, para distribuição para um usuário final.

A configuração ilustrada na Figura 6 compreendendo um compressor 622 acoplado diretamente ao expansor 104 (por intermédio de acoplamento mecânico 106) impede a geração de eletricidade excedente, porém obtém uma eficiência de energia superior e elimina a necessidade de um gerador elétrico, um pacote de conversão de energia e um acionador de compressor elétrico. Esse arranjo permite reduções em custo e é mais facilmente adaptado aos sistemas acoplados de forma ajustada que podem ser pré-fabricados, particularmente para aplicações menores onde a geração e exportação de eletricidade em excesso improvavelmente é economicamente praticável.

Na Figura 7 o calor gerado pelo fluido supercrítico de resfriamento é transferido para o fluido pressurizado na canalização 101 por intermédio de um circuito de fluido de troca de calor secundário 701 em comunicação com o trocador de calor 102. O circuito de fluido de troca de calor secundário 701 é acionado por uma bomba 702, tornando o circuito de fluido de troca de calor secundário 701 separado da bomba de calor transcrítico 108. A transferência de calor entre o fluido supercrítico aquecido e o circuito de fluido de troca de calor secundário 701 ocorre no trocador de calor 703. Tipicamente, o fluido de troca de calor secundário no circuito 701 seria água. A água pode conter uma pequena fração de anticongelante adicionada para proteger o sistema no caso de uma paralisação.

Um circuito de troca de calor secundário adicional 706 é provido na Figura 7. O circuito 706 se estende entre o trocador de calor 704 e o trocador de calor de fonte ambiente 112. 0 circuito de fluido de troca de calor secundário 706 é acionado por uma bomba 705, tornando o circuito de fluido de troca de calor secundário 706 separado da bomba de calor transcrítico 108. O calor a partir do ambiente é transferido para o circuito de troca de calor secundário 706 no trocador de calor ambiente 112. O calor é subsequentemente transferido para o fluido refrigerante resfriado no trocador de calor 704. 0 fluido utilizado no circuito de troca de calor secundário 706 exigiria proteção contra congelamento substancial uma vez que ele poderia operar quase, ou abaixo de, zero grau Celsius.

Um acoplamento mecânico 106 conecta o expansor 104 a um gerador de energia 107. A energia gerada pelo gerador 107 pode ser utilizada para acionar a bomba de calor transcrítico 108 e/ou bombas 702 e 705. A pressão do gás de saída na seção de tubo 105 é inferior àquela do gás que entra 106.

Vantajosamente, a configuração ilustrada na Figura 7 pode ser construída em pacotes similares àqueles usados com as bombas de calor não transcrítico, existentes.

A instalação de bomba de calor transcrítico 108 empacotada junto com trocadores de calor associados 703 e 704 exigiria apenas habilidades no ramo de encanamento mais propriamente do que habilidades em refrigeração transcrítica.

Será considerado que cada uma das modalidades reveladas nas figuras precedentes (acima) podem ser usadas uma ou mais vezes, por exemplo, dois ou mais sistemas em série ou arranjos em série/em paralelo para obter o aquecimento do gás e tarefas de produção de energia necessárias em qualquer local individual.

Os termos "compreende/compreendendo" e os termos "tendo/incluindo" quando usados aqui com referência à presente invenção são usados para especificar a presença de características declaradas, inteirezas, etapas ou componentes, mas não impedem a presença ou adição de uma ou mais características, inteirezas, etapas, componentes ou grupos dos mesmos.

Considera-se que certas características da invenção, as quais são, para clareza, descritas no contexto de modalidades separadas, também podem ser providas em combinação em uma única modalidade. Inversamente, várias características da invenção as quais são, para brevidade, descritas no contexto de uma única modalidade, também podem ser providas separadamente ou em qualquer sub-combinação adequada.

Claims

1. Sistema para despressurização de um fluido pressurizado em uma canalização (101) que compreende: ao menos um despressurizador (104) para expandir o fluido pressurizado na canalização (101) até uma pressão inferior; caracterizadopelo fato de compreender uma bomba de calor transcrítico (108) para circulação de um fluido supercrítico, em que o fluido supercrítico passa por resfriamento de modo a liberar o calor para transmissão para o fluido pressurizado na canalização (101) antes de pelo menos uma expansão do fluido pressurizado.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que compreende ao menos um trocador de calor (102) para transmissão de calor para o fluido pressurizado na canalização.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que ao menos um circuito de transferência de calor (701) secundário transmite o calor a partir do fluido supercrítico passando por resfriamento para o fluido pressurizado na canalização.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadopelo fato de que compreende ainda um gerador de energia (107) para converter a energia liberada pelo fluido em expansão em energia elétrica.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de que a bomba de calor transcrítico é acionada pelo gerador de energia.

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizadopelo fato de que a bomba de calor transcrítico é acoplada termicamente a uma fonte de calor ambiente.

7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizadopelo fato de que o trocador de calor (102) é disposto em um arranjo de contrafluxo em relação ao fluido pressurizado na canalização.

8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadopelo fato de que o fluido supercrítico passando por resfriamento é selecionado a partir de CO2, C2H6, N20, B2H6, C2H4 e suas combinações.

9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 8, caracterizadopelo fato de que a energia liberada pelo gás em expansão é transmitida por intermédio de um acoplamento mecânico ao gerador.

10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizadopelo fato de que compreende ainda ao menos um de: ao menos um despressurizador (213) para expandir o fluido pressurizado antes do aquecimento do fluido pressurizado por um trocador de calor; ao menos um despressurizador (314) para expandir o fluido pressurizado subsequente a uma expansão anterior do fluido pressurizado aquecido; e suas combinações.

11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizadopelo fato de que o fluido pressurizado na canalização é gás natural.

12. Uso de um fluido supercrítico em uma bomba de calor (108) caracterizadopelo fato de ser para a transmissão de calor para um fluido pressurizado em uma canalização (101) antes da despressurização do fluido pressurizado.

13. Método para aquecimento de um fluido 5 pressurizado em uma canalização (101) caracterizadopelo fato de que compreende as etapas de: prover uma bomba de calor transcrítico (108), e resfriar um fluido supercrítico para liberar calor para a transmissão para o fluido pressurizado na 10 canalização.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que compreende ainda a provisão de pelo menos um circuito de transferência de calor (701) secundário para a transmissão de calor a partir do fluido 15 supercrítico passando por resfriamento para o fluido pressurizado na canalização.

15. Método, de acordo com as reivindicações 13 ou 14, caracterizadopelo fato de que o fluido pressurizado na canalização é gás natural.