ES2249716T3 - Metodo para transferir un liquido criogenico. - Google Patents
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Abstract
Método para transferir un líquido criogénico desde un sistema de tanque de estación hasta un tanque de receptor, en el que al menos una parte de dicho líquido criogénico dentro de dicho sistema de tanque de estación es almacenado a una primera presión más alta que la presión en dicho tanque de receptor, en el que dicho sistema de tanque de estación comprende un primer tanque (1) y un segundo tanque (2) y en el que una parte de dicho líquido criogénico se transfiere desde dicho primer tanque (1) hasta dicho segundo tanque (2) y se enfría hasta una temperatura por debajo de la temperatura de equilibrio para dicha primera presión y en el que dicha parte enfriada de dicho líquido criogénico se transfiere a dicho tanque (51) de receptor, caracterizado porque dicho segundo tanque (2) se presuriza alimentando al segundo tanque (2) gas procedente del primer tanque (1) con el fin de sub-enfriar dicho líquido criogénico en dicho segundo tanque (2) y crear la presión diferencial necesaria para la transferencia de líquido criogénico desde dicho segundo tanque (2) hasta dicho tanque (1) de receptor.
Description
Método para transferir un líquido criogénico.
La invención se refiere a un método para
transferir un líquido criogénico desde un sistema de tanque de
estación hasta un tanque de receptor, en el que al menos una parte
de dicho líquido criogénico dentro de dicho sistema de tanque de
estación es almacenado a una primera presión más alta que la
presión en dicho tanque de receptor.
Normalmente, el CO_{2} líquido a granel es
distribuido desde diversos tanques de almacenamiento a granel,
situados, por ejemplo, en el lugar de producción de gas, hasta
sistemas de tanque de estación de los clientes. La presión en la
cadena de distribución a granel para el CO_{2} líquido,
incluyendo tanques de almacenamiento a granel, tanques de
transporte a granel como remolques, etc., es normalmente de
alrededor de 14 a 20 bar. El tanque de transporte coge líquido del
tanque de almacenamiento a granel y lo entrega al sistema de tanque
de estación, lo que significa que la presión en el sistema de
tanque de estación será cercana o igual a la presión en el tanque
de transporte.
Las aplicaciones como por ejemplo los sistemas de
enfriamiento en transportes de alimentos en camiones a menudo usan
CO_{2} como medio de enfriamiento. Los tanques de receptor de
CO_{2} montados en los camiones, para tales sistemas de
enfriamiento, normalmente tienen una presión de funcionamiento de
alrededor de 8 a 9 bar y con una correspondiente temperatura de
equilibrio de alrededor de -46°C. Con una presión de funcionamiento
más alta en el tanque de receptor, el tanque sería más pesado y más
costoso. Adicionalmente, debido a la reducida densidad de líquido e
inferior capacidad calorífica por kg para el CO_{2} a temperatura
y presión más altas, la capacidad de enfriamiento por volumen de
tanque se reduciría y se debe usar un tanque más grande para la
misma capacidad.
Puesto que los tanques de receptor se llenan con
CO_{2} líquido almacenado en los grandes sistemas de tanque de
estación, es necesario entonces o bien reducir la presión en el
tanque de estación o bien reducir la presión del CO_{2} líquido
cuando se transfiere desde el tanque de estación hasta el tanque de
receptor. En la actualidad, la presión se reduce antes de la
entrada al tanque de receptor mediante un regulador de presión. En
el regulador, el CO_{2} líquido se expande y forma una mezcla de
CO_{2} líquido y gaseoso. El CO_{2} tanto líquido como gaseoso
se transfiere al tanque de receptor. El CO_{2} gaseoso se ventila
a la atmósfera después de pasar un regulador de ventilación en el
sistema de salida de ventilación del tanque de receptor. Este
método de la técnica anterior tiene los inconvenientes de que, por
un lado, el llenado tardará más puesto que un fluido en dos fases
fluye adentro del tanque de receptor y de que, por otro lado, las
pérdidas de gas son altas. Tampoco es fácil medir la cantidad de
gas líquido que se ha llenado y permanece en el tanque de
receptor.
Por lo tanto, es un objeto de la presente
invención proporcionar un método para aumentar la velocidad de
llenado y para reducir las pérdidas de gas en la transferencia de
un líquido criogénico desde un tanque de estación hasta un tanque
de receptor.
Este objeto se ha satisfecho mediante un método
para transferir un líquido criogénico desde un sistema de tanque
de estación hasta un tanque de receptor en el que al menos una parte
de dicho líquido criogénico dentro de dicho sistema de tanque de
estación se almacena a una primera presión más alta que la presión
en dicho tanque de receptor que está caracterizado porque al menos
una parte de dicho líquido criogénico dentro de dicho sistema de
tanque de estación se enfría hasta una temperatura por debajo de la
temperatura de equilibrio para dicha primera presión y porque dicha
parte enfriada de dicho líquido criogénico se transfiere a dicho
tanque de receptor.
El sistema de tanque de estación comprende uno o
más tanques de estación que se usan para almacenar el líquido
criogénico antes de entregarlo a un tanque de receptor.
El documento US 6367264 B1, considerado como la
técnica anterior más cercana, divulga tal tanque.
La expresión "líquido criogénico" incluirá
en particular dióxido de carbono líquido.
La idea principal de la invención es proporcionar
un sistema en el que una parte del líquido criogénico almacenado
se mantiene a una temperatura cercana a la temperatura en el tanque
de receptor. Si no se usa ninguna bomba para transferir el gas
líquido desde el tanque de estación hasta el tanque de receptor, al
menos una parte del líquido criogénico se almacena preferiblemente
a una presión más alta que la presión del tanque de receptor. Si
se usa una bomba para transferir el gas líquido desde el tanque de
estación hasta el tanque de receptor, es ventajoso almacenar el
líquido criogénico esencialmente a la misma presión que en el
tanque de receptor. En esta última alternativa, el sistema de
tanque de estación podría comprender dos tanques. La ventaja
principal de la invención es que las pérdidas de gas, generadas
normalmente como resultado de la disminución de la temperatura, es
decir, de la disminución de la presión, se pueden reducir o
eliminar completamente.
Preferiblemente, la temperatura de dicha parte
enfriada de dicho líquido criogénico se diferencia de la
temperatura en dicho tanque de receptor lo menos posible,
preferiblemente en no más de 5 K.
De acuerdo con una realización preferida, el
sistema de tanque de estación comprende unos tanques primero y
segundo. Normalmente, la presión en el primer tanque supera
esencialmente la presión en el tanque de receptor o la presión
deseada en el tanque de receptor. Una parte del líquido criogénico
se transfiere desde dicho primer tanque hasta el segundo tanque en
el que dicho líquido criogénico se enfría y se mantiene a una
presión de equilibrio más baja.
Cuando el tanque de receptor se va a llenar, la
presión en el segundo tanque se aumenta alimentando gas desde el
primer tanque hasta el segundo tanque. Después se empuja criógeno
líquido mediante la diferencia de presión entre el segundo tanque y
el tanque de receptor adentro del tanque de receptor. El criógeno
líquido también se podría entregar mediante una bomba desde el
segundo tanque hasta el tanque de receptor. Entonces la presión en
el segundo tanque es igual o está justo por encima de la presión
en el tanque de receptor preferiblemente.
Cuando se transfiere líquido desde el primer
tanque hasta el segundo tanque, es ventajoso devolver gas, que
resulta de la evaporación de líquido criogénico en el segundo
tanque, de regreso al tanque de estación. Puesto que la presión en
el segundo tanque es normalmente más baja que la presión en el
primer tanque, es necesario usar un compresor para transferir el
gas de regreso hasta el primer tanque. El gas que abandona el
compresor se enfría preferiblemente en un intercambiador de calor
con el mismo gas antes de que entre en el compresor. De este modo
se minimiza el calor transferido al primer tanque.
Sin embargo, como consecuencia del calor creado
por el compresor cuando se bombea gas de regreso hasta el primer
tanque, la presión en el primer tanque aumentará. En este caso, es
ventajoso por lo tanto poner en marcha una máquina de enfriamiento
para enfriar la fase de gas en dicho primer tanque y bajar la
presión en el primer tanque hasta el valor deseado.
Preferiblemente, la temperatura del gas líquido
en dicho segundo tanque supera la temperatura en dicho tanque de
receptor en no más de 5°C, preferiblemente la temperatura del
líquido será igual a la temperatura normal de funcionamiento en el
tanque de receptor.
Cuando es necesario rellenar el segundo tanque
con líquido procedente del primer tanque, se prefiere usar, al
mismo tiempo, un compresor para bombear de regreso gas desde el
segundo tanque hasta el primer tanque. Sin embargo, el tiempo
necesitado para llenar el segundo tanque se limita entonces por la
capacidad del compresor. Si es necesario un llenado más rápido,
también es posible ventilar algo de gas desde el segundo
tanque.
En algunos casos podría ser ventajoso usar una
máquina de enfriamiento para enfriar y volver a licuar gas
evaporado en el espacio superior del segundo tanque, en lugar de
usar un compresor para devolver gas al tanque de estación y por
consiguiente bajar la presión en el segundo tanque. Sin embargo, la
solución del compresor se prefiere normalmente por razones de
coste.
Una opción importante a la solución descrita de
dos tanques es usar una bomba en lugar de una diferencia de presión
para llenar el tanque de receptor. El segundo tanque se puede
mantener a una presión baja y una temperatura baja estables. Sólo
se transfiere gas desde el primer tanque hasta el segundo tanque
con el fin de compensar la despresurización cuando se han
transferido cantidades más grandes de líquido desde el segundo
tanque adentro del tanque de receptor.
Una alternativa a la solución de dos tanques, es
decir, la solución de usar un segundo tanque para almacenar una
parte del líquido a una temperatura suplementariamente baja, es
crear una fuerte estratificación del líquido en el tanque de
estación. En este caso, sólo es necesario un tanque de estación
para almacenar el líquido criogénico. Por supuesto, también es
posible usar un sistema de tanque de estación con más de un tanque
de estación y crear la estratificación de la invención en uno o más
de estos tanques de estación.
El líquido en la parte inferior del tanque de
estación está sub-enfriado, preferiblemente mediante
intercambio indirecto de calor con un fluido más frío, mientras
que el líquido en las partes superiores del tanque de estación está
en equilibrio con la presión en el espacio de cabecera del tanque
de estación. Por ejemplo, es posible sub-enfriar
CO_{2} líquido almacenado en tal tanque de estación mediante
nitrógeno líquido.
De modo más preferido, se sitúa un serpentín de
enfriamiento en la parte inferior del tanque de estación y el
serpentín de enfriamiento se enfría expandiendo líquido desde el
propio tanque de estación. El gas creado por expansión y calentado
por el serpentín se puede entonces bombear de regreso a la parte
superior del tanque de estación de nuevo. La presión en el tanque de
estación, es decir, la fase de gas, estará en equilibrio con la
temperatura superficial del líquido criogénico, mientras que la
temperatura del fondo en el tanque de estación será tan baja como
se pueda conseguir con ayuda de la estratificación. El grado de
estratificación depende de la geometría y el aislamiento del
tanque. Esto da como resultado que la temperatura en el tanque de
estación disminuya desde la parte superior hasta el fondo del
tanque. En caso de que se vaya a entregar líquido criogénico al
tanque de receptor, sólo se alimenta al tanque de receptor líquido
sub-enfriado del fondo del tanque.
Para evitar la formación de hielo en el serpentín
de enfriamiento debido a la expansión, se puede situar un
regulador de retropresión aguas abajo del serpentín.
Preferiblemente, la totalidad de dicho líquido extraído del tanque
de estación es gasificada durante la expansión. Para asegurar que
todo el líquido ha cambiado totalmente al estado gaseoso, se sitúa
preferiblemente un sensor de temperatura aguas abajo del serpentín
de enfriamiento y aguas arriba del regulador de presión. El sensor
de temperatura comprueba que la temperatura está por encima de la
temperatura de equilibrio para la presión fijada por el regulador
de presión.
El gas que resulta de la expansión de líquido
criogénico procedente del tanque de estación, después de que ha
sido usado como medio de intercambio de calor para enfriar el
líquido en la parte inferior del tanque de estación,
preferiblemente se comprime y se devuelve hasta el tanque de
estación para minimizar las pérdidas de gas. Se prefiere incluso
más comprimir el gas hasta una presión que supera esencialmente la
presión en el tanque de estación, enfriar el gas y después del
enfriamiento expandir el gas comprimido, enfriado y licuado dentro
del tanque de estación. En la expansión del gas licuado, se
convierte en una mezcla de gas y líquido más fríos que enfría y/o
vuelve a licuar gas en el espacio de cabecera del tanque de
estación.
La invención es particularmente ventajosa en la
entrega de CO_{2} líquido desde un sistema de tanque de estación
hasta tanques de receptor.
La invención se ilustrará ahora con mayor detalle
con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos. Es obvio para
el experto en la técnica que la invención se puede modificar de
muchas maneras y que la invención no se limita a las realizaciones
específicas descritas en los siguientes ejemplos.
La figura 1 muestra un sistema de acuerdo con la
invención que usa un segundo tanque para el líquido enfriado
suplementariamente,
la figura 2 muestra una relación de la invención
con una fuerte estratificación en el tanque de estación, y
la figura 3 muestra un sistema alternativo con
una fuerte estratificación en el tanque de estación.
El sistema de acuerdo con la figura 1 se usa para
transferir dióxido de carbono líquido desde un sistema de tanque
de estación hasta un tanque 51 de receptor. El sistema comprende un
tanque principal 1 de estación, un tanque más pequeño 2 de
CO_{2}, y el tanque 51 de receptor que se va a llenar.
Normalmente, la presión en el tanque 1 de estación se fija a
alrededor de 15 bar y la presión en el tanque 51 de receptor a
alrededor de 8 bar.
Una tubería 30 de acumulación de presión está
conectada con el fondo y la parte superior del tanque principal 1
de estación. La tubería 30 de acumulación de presión comprende un
serpentín de acumulación de presión o un intercambiador 12 de calor
y una válvula 13. Si la presión en el tanque 1 de estación es
demasiado baja, la válvula 13 se abre y dióxido de carbono líquido
fluirá a través de la tubería 30 y se evapora en el intercambiador
12 de calor. El resultante gas de CO_{2} entra en la parte
superior del tanque principal 1 de estación y de este modo la
presión en el tanque 1 aumentará. Como se reconocerá por el experto
en la técnica, tal sistema de acumulación de presión no es
necesariamente parte de la invención pero podría ser ventajoso si
la presión y la temperatura son bajas.
Se usa una máquina 28 de enfriamiento para
mantener la presión en el tanque 1 de estación por debajo de un
valor prefijado. Un indicador 14 de presión y un indicador 15 de
nivel de líquido determinan la presión y el nivel de líquido en el
tanque 1 de estación, respectivamente.
El fondo del tanque 1 de estación y el fondo del
tanque 2 de CO_{2} están conectados mediante una tubería 31 que
comprende una válvula 4 de transferencia y un regulador 29 de
presión. El tanque 1 de estación y el tanque 2 de CO_{2} están
conectados adicionalmente mediante una tubería 32 de retorno. La
tubería 32 de retorno comprende un intercambiador 23 de calor y un
compresor 3. El compresor 3 se puede usar para bombear de regreso
CO_{2} gaseoso desde el tanque pequeño 2 hasta el tanque 1 de
estación. En el intercambiador 23 de calor, el CO_{2} que
abandona el compresor 3 se enfría en intercambio indirecto de calor
con gas de CO_{2} aguas arriba del compresor 3. La relación de
presión del compresor 3 es preferiblemente de alrededor de 7,7 bar a
15-23 bar.
Una tubería 33 de ventilación que se bifurca de
la tubería 32 de retorno comprende una válvula 6 de ventilación y
un regulador 7 de presión para fijar la retropresión. Aguas abajo
del regulador 7 de presión, se usa una válvula 26 de expansión para
fijar la capacidad de ventilación. Por medio del intercambiador 23
de calor, el gas de ventilación que fluye a través de la tubería 33
de ventilación también se usa para enfriar el gas que abandona el
compresor 3. De este modo, la transferencia de calor al tanque 1 de
estación, creada por el compresor 3, se minimiza. Preferiblemente,
el compresor 3 está provisto de un refrigerador interno para bajar
adicionalmente el aporte de calor adentro del tanque 1 de
estación.
La parte superior del tanque 1 de estación y la
parte superior del tanque 2 de CO_{2} están conectadas mediante
una tubería 24 de fase de gas. Se pueden usar una válvula 5 de
presurización y un regulador 11 de presión en la tubería 24 de fase
de gas para presurizar el tanque 2. Bifurcándose de la tubería 24
de fase de gas hay una tubería 41 de llenado que va hasta la caja
52 de llenado. La caja 52 de llenado se usa cuando se llena el
tanque 51 de receptor. Una tubería 40 de llenado de líquido que
permite extraer CO_{2} líquido desde el tanque 2 también está
conectada a la caja 52 de llenado. La tubería 40 de llenado
comprende opcionalmente una bomba 54. La caja 52 de llenado se
podría accionar manualmente o automatizar, e incluye las necesarias
válvulas, manómetros / multiplicadores de presión, reguladores,
etc. a tal fin. El tanque 51 de receptor está conectado normalmente
a la caja 52 de llenado mediante mangueras 53. El tanque 2 está
provisto adicionalmente de un sensor 9 de temperatura y un sensor 8
de presión.
La función del sistema de la invención se
describirá ahora en detalle.
Primero, el tanque 51 de receptor se conecta
mediante las mangueras 53 al sistema de llenado que incluye la caja
52 de llenado y los accesorios, lo que permite entregar dióxido de
carbono gaseoso y dióxido de carbono líquido. La presión en el
interior del tanque 51 de receptor es normalmente de alrededor de 8
bar. El CO_{2} gaseoso se lleva directamente desde el tanque 1 de
estación hasta la caja 52 de llenado y se usa para purgar y
presurizar la caja 52 de llenado y el tanque 51 de receptor cuando
se necesita.
Cuando se va a entregar CO_{2} líquido adentro
del tanque 51 de receptor, un sistema 61 de control abre primero
la válvula 5 para presurizar el tanque 2 hasta una presión fijada
por el regulador 11 de presión. Antes de la presurización del
tanque 2, la presión en el tanque 2 será más o menos igual a la
presión fijada por el regulador 29 de presión, que es
preferiblemente igual a la presión del tanque 51 de receptor. El
CO_{2} líquido en el interior del tanque 2 está en equilibrio con
el CO_{2} gaseoso y por lo tanto el CO_{2} líquido tiene la
correspondiente temperatura de equilibrio. Después de la
presurización, la presión en el tanque 2, fijada por el regulador
11 de presión, está aproximadamente 2-4 bar por
encima de la presión de equilibrio. Sin embargo, la temperatura del
CO_{2} líquido en el interior del tanque 2 permanecerá casi en el
valor anterior, que es la temperatura que corresponde a la presión
más baja fijada por el regulador 29 y la presión fijada del
compresor 3. De este modo, el CO_{2} líquido en el tanque 2 está
temporalmente sub-enfriado, lo que significa que el
tiempo de llenado y las pérdidas de gas se reducirán cuando se
llene el tanque 51 de receptor.
Cuando se llena el tanque 51 de receptor, el
CO_{2} sub-enfriado se empuja fuera del tanque 2
mediante la tubería 40 de llenado y la caja 52 de llenado, adentro
del tanque 51 de receptor. En esta realización, la bomba 54 no
está incluida en la tubería 40 de llenado. Cuando se ha transferido
la cantidad deseada de gas líquido al tanque 51 de receptor, la
caja 52 de llenado detiene la transferencia de CO_{2} líquido.
Una señal que dice que el procedimiento de llenado de líquido está
terminado se enviará al sistema 61 de control, lo que provoca
entonces que se cierre la válvula 5 de presurización. El sistema de
tuberías en la caja de llenado y las mangueras 53 procedentes de
la caja 52 de llenado hasta/desde el tanque 51 de receptor, se
barre entonces con CO_{2} gaseoso para deshacerse del CO_{2}
líquido.
Usando el sistema de la invención, se entrega
CO_{2} sub-enfriado, esto es, CO_{2} líquido
que tiene una temperatura más baja que la que corresponde a la
verdadera presión, al tanque 51 de receptor. Preferiblemente, la
temperatura del CO_{2} líquido entregado es igual o cercana a la
temperatura de funcionamiento en el interior del tanque 51 de
receptor. Las pérdidas de gas, generadas normalmente como resultado
de reducir la temperatura del CO_{2}, se pueden reducir o incluso
eliminar.
La cantidad de líquido dejado en el tanque
sub-enfriado 2 se controla mediante el sistema 61
de control y un indicador 10 de nivel de líquido. Si el nivel de
líquido en el tanque 2 es demasiado bajo, el sistema 61 de control
iniciará la transferencia de CO_{2} líquido desde el tanque 1
adentro del tanque 2 para llenar el tanque 2 hasta el nivel
lleno.
Esto se hace abriendo la válvula 4 de
transferencia y, al mismo tiempo, arrancando el compresor 3. El
CO_{2} líquido fluirá ahora desde el tanque 1 adentro del tanque
2 a través del regulador 29 de presión. El regulador 29 de presión
se fija para reducir la presión hasta el nivel prefijado, entre la
presión en el tanque 1 y la presión del tanque de receptor.
Preferiblemente, la presión se baja hasta la presión de equilibrio
en el tanque 51 de receptor durante el funcionamiento normal, esto
es, en este caso, a alrededor de 8 bar. Cuando el líquido ha
alcanzado el nivel prefijado en el tanque 2 de CO_{2}, el
indicador 10 de nivel envía una señal al sistema 61 de control. La
válvula 4 de transferencia se cerrará entonces y el compresor 3 se
apagará cuando se alcance la presión correcta, medida por el sensor
8 de presión.
Si se tienen que llevar a cabo demasiadas
entregas de CO_{2} líquido desde el tanque 2, podría ser
necesario llenar el tanque 2 más rápido de lo que se puede hacer
debido a la capacidad del compresor. En este caso, se puede abrir
la válvula 6 de ventilación y se puede ventilar CO_{2} gaseoso
fuera del tanque 2 mediante la tubería 33 de ventilación.
Si pasa demasiado tiempo antes de que se llene el
siguiente tanque 51 de receptor, la temperatura en el tanque 2
aumentará por encima de una temperatura prefijada debido a la fuga
de calor. El sensor 9 de temperatura en el tanque 2 reconocerá el
aumento de temperatura y enviará una señal al sistema 61 de control
para arrancar el compresor 3 para evaporar algo de líquido y bajar
la temperatura de nuevo. Sin embargo, podría entonces ser
necesario transferir más líquido desde el tanque 1 hasta el tanque
2. También es posible usar el sensor 8 de presión en lugar del
sensor 9 de temperatura para detectar una temperatura y una presión
altas en el tanque 2. Pero, en ese caso, se deben tomar en
consideración algunos parámetros de proceso.
El rellenado del tanque principal 1 de estación,
por ejemplo desde un camión de CO_{2}, se hace de la misma manera
que para cualquier tanque normalizado de CO_{2}.
En una realización alternativa, la tubería 40 de
rellenado está provista de una bomba 54 para llenar el tanque 51 de
receptor. El tanque 2 se podría mantener entonces a una presión
baja estable. Sólo se entrega CO_{2} gaseoso desde el tanque 1
hasta el tanque 2 con el fin de compensar la despresurización
cuando una cantidad más grande de líquido se introduce en el tanque
51 de receptor. La ventaja de tal sistema es que el tanque 2
siempre está listo para transferir CO_{2} líquido hasta un tanque
51 de receptor y que el tanque 2 se podría llenar desde el tanque 1
a través de la válvula 4 y el regulador 29 incluso cuando se llena
el tanque 51 de receptor.
El líquido frío en el tanque 2 tiene una
temperatura igual o cercana a la temperatura en el tanque de
receptor. Si se usa la bomba 54 de transferencia, no hay necesidad
de presurizar el tanque 2. Sólo es necesario arrancar la bomba 54.
A ese respecto, el sistema que comprende la bomba 54 es ventajoso
cuando muchos clientes usen el sistema, puesto que siempre está
listo para la entrega.
Otra opción para el sistema de la figura 1 es
usar una máquina de enfriamiento en lugar del compresor 3. En ese
caso, el CO_{2} gaseoso en el tanque 2 no se devuelve hasta el
tanque 1 sino que se enfría mediante la máquina de enfriamiento.
Sin embargo, las máquinas de enfriamiento para una temperatura así
de baja son normalmente bastante costosas.
La figura 2 muestra otra realización de acuerdo
con la invención. En lugar de almacenar CO_{2} líquido
sub-enfriado en un tanque 2 separado, se crea una
estratificación de líquido en el tanque principal 1 de
estación.
Parte del CO_{2} líquido se extrae desde el
fondo del tanque 1 y se expande a través de una boquilla 17 dentro
de un serpentín 18 de intercambiador de calor que está situado en
el interior de la parte inferior del tanque 1. Aguas abajo del
intercambiador 18 de calor, está provisto un regulador 55 de
presión. El regulador 55 de presión fija una presión mínima para
evitar la formación de partículas de hielo seco en el serpentín 18
de intercambiador de calor o en la tubería 34.
Para asegurar que todo el líquido esté totalmente
gasificado en el serpentín 18 de intercambiador de calor, un
sensor 19 de temperatura está situado entre el serpentín 18 de
intercambiador de calor y dicho regulador 55 de presión. El sensor
19 de temperatura comprueba que la temperatura está por encima de
la temperatura de equilibrio para la presión fijada por el
regulador 55 de presión. Si la temperatura es demasiado baja, parte
del CO_{2} líquido no se ha evaporado en el serpentín 18 de
intercambiador de calor. En ese caso, la válvula 16 de fijación en
la tubería 34 reduce el flujo de CO_{2} líquido a través del
serpentín 18 de intercambiador de calor.
Aguas abajo del regulador 55 de presión, un
compresor 35 bombea el gas de regreso adentro del tanque 1. El gas
que abandona el compresor 35 se enfría en el intercambiador 23 de
calor antes de entrar en el tanque 1. La relación de presión del
compresor 35 es preferiblemente de alrededor de 5,5 bar a 15
bar.
El serpentín 18 de intercambiador de calor enfría
la parte inferior del CO_{2} líquido en el tanque 1, creando de
este modo una estratificación del líquido. En la superficie del
líquido, la temperatura del líquido será la temperatura de
equilibrio para la presión en el interior del tanque 1, mientras
que, en el fondo del tanque 1 en la región cercana al serpentín 18,
el líquido es sub-enfriado por el serpentín 18 de
intercambiador de calor. Por ejemplo, a una presión de 15 bar en el
espacio de cabecera del tanque 1, el estrato superior de CO_{2}
líquido tendrá una temperatura de alrededor de
-29°C y la temperatura en el fondo del tanque 1 podría ser inferior a -40°C.
-29°C y la temperatura en el fondo del tanque 1 podría ser inferior a -40°C.
La capacidad del proceso de
sub-enfriamiento está limitada por la capacidad del
compresor 35. Si es necesario un enfriamiento más rápido y una
estratificación en el tanque 1, que puede ser el caso poco después
de que el tanque 1 se haya llenado, el gas que abandona el
serpentín 18 de intercambiador de calor se puede ventilar a la
atmósfera mediante la válvula 6 y el regulador 7 de presión.
Adicionalmente, es posible ventilar gas procedente de la fase de
gas en el tanque 1 a través del intercambiador 23 de calor a la
atmósfera abriendo la válvula 25.
Como en la realización mostrada en la figura 1,
el intercambiador 23 de calor se usa para minimizar el calor
transferido al tanque 1 por el compresor 35. Incluso el gas de
ventilación que fluye mediante la válvula 6 y el regulador 7 a la
atmósfera se puede usar para enfriar el gas procedente del
compresor 35.
El sistema de acuerdo con la figura 2 tiene la
ventaja de que sólo es necesario un tanque 1 de CO_{2}. Para
rellenar el tanque 1 se prefiere alimentar el CO_{2} líquido
adentro del tanque 1 en la parte superior del tanque con el fin de
mantener lo más posible la estratificación del líquido en el tanque
1.
Mediante la instalación de una máquina 28 de
enfriamiento más grande y una bomba 35 más grande, como es
necesario en el sistema de acuerdo con la figura 1, se podría
reducir el tiempo, cuando la presión y la temperatura son demasiado
altas o cuando la estratificación no es suficiente.
Una realización adicional de la invención se
muestra en la figura 3. El sistema de la figura 3 también usa un
serpentín 18 de intercambiador de calor para enfriar el líquido en
la región inferior del tanque 1 y para crear estratificación.
Contrariamente a la solución de la figura 2, el CO_{2} gaseoso
que abandona el serpentín 18 de intercambiador de calor se comprime
en el compresor 36 hasta una presión de al menos 50 bar,
preferiblemente más de 60 bar, y se licua parcialmente. El CO_{2}
licuado se enfría en el intercambiador 27 de calor mediante agua o
aire ambiental. Después del intercambiador 27 de calor, el CO_{2}
se enfría adicionalmente en el intercambiador 23 de calor en
intercambio indirecto de calor con el gas muy frío que viene del
serpentín 18 de intercambiador de calor más, cuando es necesario,
también de gas directo desde la parte superior del tanque 1
abriendo la válvula 11. El gas licuado se expande en la boquilla
70, en donde se convierte en una mezcla de gas y líquido más fríos,
y entra en el tanque 1.
La ventaja de esta solución es que no se necesita
una máquina suplementaria de enfriamiento excepto el propio sistema
de recuperación de gas.
En una realización preferida, el gas líquido, que
se coge desde el fondo del tanque 1, se expande a través de la
válvula 17 de expansión y se expande a través del serpentín 18 y se
usa entonces en un serpentín 22 de intercambiador de calor para
enfriar la fase de gas en el tanque 1 cuando se necesita.
En ambas realizaciones de acuerdo con las figuras
2 y 3, es ventajoso el uso de una caja 52 de llenado como se
describió con respecto a la figura 1.
Claims (12)
1. Método para transferir un líquido criogénico
desde un sistema de tanque de estación hasta un tanque de receptor,
en el que al menos una parte de dicho líquido criogénico dentro de
dicho sistema de tanque de estación es almacenado a una primera
presión más alta que la presión en dicho tanque de receptor, en el
que dicho sistema de tanque de estación comprende un primer tanque
(1) y un segundo tanque (2) y en el que una parte de dicho líquido
criogénico se transfiere desde dicho primer tanque (1) hasta dicho
segundo tanque (2) y se enfría hasta una temperatura por debajo de
la temperatura de equilibrio para dicha primera presión y en el que
dicha parte enfriada de dicho líquido criogénico se transfiere a
dicho tanque (51) de receptor, caracterizado porque dicho
segundo tanque (2) se presuriza alimentando al segundo tanque (2)
gas procedente del primer tanque (1) con el fin de
sub-enfriar dicho líquido criogénico en dicho
segundo tanque (2) y crear la presión diferencial necesaria para
la transferencia de líquido criogénico desde dicho segundo tanque
(2) hasta dicho tanque (1) de receptor.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en
el que la temperatura de dicha parte enfriada de dicho líquido
criogénico se diferencia de la temperatura en dicho tanque (51) de
receptor en no más de 12 K, preferiblemente la temperatura de dicha
parte enfriada es igual o unos pocos grados más baja que la
temperatura del líquido en el tanque (51) de receptor.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
en el que se devuelve líquido criogénico evaporado desde dicho
segundo tanque (2) hasta dicho primer tanque (1).
4. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 3, en el que la presión en dicho segundo
tanque (2) supera la presión en dicho tanque (51) de receptor en no
más de 4 bar.
5. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que la presión en dicho segundo
tanque (2) es igual o cercana a la presión del líquido en dicho
tanque (51) de receptor y en el que se usa una bomba (54) para
transferir dicho líquido criogénico desde dicho segundo tanque (2)
hasta dicho tanque (51) de receptor.
6. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que se proporciona una máquina (28)
de enfriamiento para enfriar líquido criogénico evaporado en dicho
sistema (1, 2) de tanque de estación.
7. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que en el sistema (1) de tanque de
estación se crea una estratificación de líquido criogénico con
diferentes temperaturas.
8. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que una parte de dicho criógeno
líquido se extrae desde dicho sistema (1) de tanque de estación, se
expande y entonces se usa para enfriar una parte de dicho líquido
criogénico dentro de dicho sistema (1) de tanque de estación.
9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en
el que dicho líquido criogénico expandido se evapora totalmente
mientras se enfría dicha parte de dicho líquido criogénico dentro
de dicho sistema (1) de tanque de estación.
10. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 8 ó 9, en el que dicho líquido criogénico expandido
se comprime y se devuelve adentro de dicho sistema (1) de tanque de
estación.
11. Método de acuerdo con la reivindicación 10,
en el que dicho líquido criogénico expandido se comprime hasta una
presión que supera esencialmente dicha primera presión en dicho
sistema (1) de tanque de estación, preferiblemente hasta una
presión de al menos 50 bar, más preferiblemente hasta una presión
de al menos 60 bar, entonces se enfría y finalmente se expande
dentro de dicho sistema (1) de tanque de estación.
12. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que se transfiere CO_{2} líquido a
dicho tanque (51) de receptor.
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