ES2261345T3

ES2261345T3 - Relicuacion de vapor comprimido.

Info

Publication number: ES2261345T3
Application number: ES01301891T
Authority: ES
Inventors: Josef Pozivil
Original assignee: Cryostar SAS
Current assignee: Cryostar SAS
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: KR100803409B1; US20010042377A1; DE60120527D1; US6449983B2; ATE330194T1; EP1132698B1; JP2001304497A; CN1201130C; GB0014868D0; KR20010088406A; JP4782296B2; EP1132698A1; GB0005709D0; CN1335475A

Abstract

Un método para relicuar vapor desprendido por ebullición de gas natural licuado contenido en un depósito de almacenamiento (4), que comprende comprimir (20) el vapor, condensar (50) al menos parcialmente el vapor comprimido, y hacer retornar (16) el condensado al depósito de almacenamiento, caracterizado porque un flujo (12) del vapor desprendido por ebullición a la compresión es mezclado (32) con gas natural licuado (14) aguas arriba de la compresión.

Description

Relicuación de vapor comprimido.

Este invento se refiere a un método y un aparato para la relicuación de un vapor comprimido, en particular a un método y un aparato que son aptos para ser hechos funcionar a bordo de un barco para relicuar vapor de gas natural. Tal método y, respectivamente, el aparato, son conocidos del documento WO-A-98/43029.

El gas natural se transporta usualmente a grandes distancias en estado de licuado. Por ejemplo, se usan buques tanque transoceánicos para transportar gas natural licuado desde un primer lugar, en el cual se licua el gas natural, hasta un segundo lugar en el cual se vaporiza y es enviado a un sistema de distribución del gas. Puesto que el gas natural se licua a temperaturas criógenas, es decir, a temperaturas inferiores a 100ºC, habrá una continua ebullición del gas natural licuado en cualquier sistema de almacenamiento práctico. En consecuencia, es necesario disponer un aparato con objeto de relicuar el vapor desprendido en la ebullición. En tal aparato se realiza un ciclo de refrigeración que comprende comprimir un fluido de trabajo en una pluralidad de compresores, enfriar el fluido de trabajo comprimido mediante intercambio de calor indirecto, expandir el fluido de trabajo, y calentar el fluido de trabajo expandido en intercambio de calor indirecto con el fluido de trabajo comprimido, y hacer retornar el líquido de trabajo calentado a uno de los compresores. El vapor de gas natural, aguas abajo de una etapa de compresión, es condensado, al menos parcialmente, por intercambio de calor indirecto con el fluido de trabajo que está siendo calentado. Un ejemplo de un aparato para realizar tal método de refrigeración se ha descrito en la Patente de EE.UU. Nº 3.857.245.

De acuerdo con la Patente de EE.UU. Nº 3.857.245, el fluido de trabajo se deriva del propio gas natural y, por lo tanto, se opera en un ciclo de refrigeración abierto. La expansión del fluido de trabajo se efectúa mediante una válvula. Se obtiene gas natural parcialmente condensado. El gas natural parcialmente condensado se separa en una fase líquida, que es hecha retornar al almacenamiento, y una fase de vapor que se mezcla con el gas natural que está siendo enviado a un quemador para su combustión. El fluido de trabajo se calienta y se enfría en el mismo intercambiador de calor, de modo que solamente se requiere un intercambiador de calor. El intercambiador de calor está situado en una primera plataforma montada sobre patines, y los compresores del fluido de trabajo en una segunda plataforma montada sobre patines.

En la actualidad, se prefiere emplear un gas no combustible como fluido de trabajo. Además, con objeto de reducir el trabajo de compresión que es necesario suministrar exteriormente, se prefiere emplear una turbina de expansión en vez de una válvula, con objeto de expandir el fluido de trabajo.

En el documento WO-A-98/43029 se da un ejemplo de un aparato que proporciona esas dos mejoras. Ahora se usan dos intercambiadores de calor, uno para calentar el fluido de trabajo en intercambio de calor con el vapor de gas natural comprimido para que sea parcialmente condensado, y el otro para enfriar el fluido de trabajo comprimido. Además, el fluido de trabajo se comprime en dos compresores separados, estando uno de ellos acoplado a la turbina de
expansión.

En el documento WO-A-98/43029 se señala que una condensación incompleta del vapor de gas natural reduce la potencia consumida en el ciclo de refrigeración (en comparación con la condensación completa) y se sugiere que el vapor residual -que es relativamente rico en nitrógeno- deberá ser ventilado a la atmósfera. Ciertamente, la condensación parcial descrita en el documento WO-A-98/43029 sigue los bien conocidos principios termodinámicos que determinan que la obtención de condensado es función exclusivamente de la presión y la temperatura a la cual tiene lugar la condensación.

Típicamente, el gas natural licuado puede ser almacenado a una presión ligeramente superior a la presión atmosférica, y el vapor desprendido por ebullición puede ser parcialmente condensado a una presión de 4 bar. La mezcla parcialmente condensada resultante es típicamente vaporizada súbitamente a través de una válvula de expansión, pasando a un separador de fases para hacer posible que el vapor sea ventilado a la presión atmosférica. Incluso aunque la fase líquida que entre en la válvula de expansión contenga hasta 10 moles por ciento de nitrógeno a 4 bar, la fase de vapor resultante a 1 bar contiene todavía del orden del 50% en volumen de metano. Como consecuencia, en una operación típica, puede ser necesario ventilar de 3000 a 5000 kg de metano diariamente desde el separador de fases. Puesto que el metano está reconocido como un gas de invernadero, tal práctica sería inaceptable desde el punto de vista medioambiental.

Es por lo tanto deseable hacer retornar cualquier gas obtenido por vaporización súbita y cualquier vapor no condenado, a los depósitos de almacenamiento de LNG (gas natural licuado) del barco con el condensado. El retorno del vapor a los depósitos de almacenamiento tendería a su vez a hacer que aumente la fracción molar de nitrógeno en el espacio de merma de los depósitos de almacenamiento, y daría a su vez lugar a dos desventajas. La primera, que puesto que aumenta la concentración de nitrógeno en el gas desprendido por ebullición, tanto más trabajo es necesario realizar para condensar una proporción dada del gas desprendido por ebullición. La segunda, que las variaciones en la composición del gas desprendido por ebullición hacen que el ciclo de refrigeración sea más difícil de controlar.

El método y el aparato de acuerdo con el invento tienen la finalidad de suavizar los problemas que se originan cuando se hace retornar vapor con gas natural licuado a un depósito de almacenamiento de gas natural licuado (LNG).

De acuerdo con el presente invento, un método para relicuar vapor desprendido por ebullición de gas natural licuado contenido en un depósito de almacenamiento comprende comprimir el vapor, condensar al menos parcialmente el vapor comprimido, y hacer retornar el condensado al depósito de almacenamiento, caracterizado porque un flujo de vapor desprendido por ebullición que va a la compresión se mezcla aguas arriba de la compresión con gas natural licuado.

El invento proporciona también un aparato para relicuar vapor desprendido por ebullición de gas natural licuado, mantenido en un depósito de almacenamiento, comprendiendo el aparato un circuito de flujo que comprende un camino para el vapor que se extiende desde el depósito a través de un compresor, hasta un condensador para condensar al menos parcialmente el vapor desprendido por ebullición comprimido, y un camino para el condensado que se extiende desde el condensador, de vuelta al depósito de almacenamiento, caracterizado porque el aparato comprende además un conducto para el flujo de gas natural licuado a al menos un mezclador que forma parte del circuito de flujo aguas arriba (es decir, en el lado de succión) del compresor.

Preferiblemente, el flujo de gas natural licuado se toma desde el almacenamiento, o bien desde el propio condensado en ruta hacia el almacenamiento.

Hay varias ventajas que se consiguen por el método y con el aparato de acuerdo con el invento. En particular, puesto que la fracción molar de nitrógeno en el gas natural licuado es menor que la fracción molar de nitrógeno en el vapor desprendido por ebullición, e incluso menor que la de un gas de vaporización súbita formado por la expansión a través de la válvula del vapor desprendido por ebullición condensado, la dilución del vapor desprendido por ebullición con el gas natural licuado tiene a amortiguar las fluctuaciones en la composición de la fase de vapor en el depósito de almacenamiento, que de lo contrario tendrían lugar, si no se contase con las propiedades que caracterizan el método y el aparato de acuerdo con el invento. La dilución del vapor aguas arriba del compresor hace que sea posible reducir las fluctuaciones en el trabajo de compresión, que se producen como consecuencia de las fluctuaciones en la temperatura del vapor. Estas fluctuaciones surgen, principalmente, debido a los cambios en la carga de los depósitos de almacenamiento. Preferiblemente, la temperatura de entrada del vapor desprendido por ebullición que va al compresor se mantiene sustancialmente constante. Si se desea, hay un absorbedor de gotitas de líquido en una posición aguas arriba de la entrada al compresor, de modo que sean retiradas cualesquiera gotitas residuales de hidrocarburo líquido que se produzcan debido a la mezcla del vapor con el gas natural licuado, en segundo lugar, aunque generalmente esa medida no será necesaria. La mezcla aguas arriba de la compresión es particularmente importante cuando el depósito de almacenamiento está cargado solo ligeramente con LNG, por ejemplo, después de que la parte principal del LNG haya sido descargada. Durante el funcionamiento normal, sin embargo, se prefiere efectuar el mezclado con una corriente de LNG que es desviada del camino de condensación. Resulta entonces innecesario emplear cualquier bomba mecánica para extraer LNG del almacenamiento, para los fines de control de la temperatura.

Hay una serie de diferentes lugares adicionales preferidos para efectuar la mezcla del vapor desprendido por ebullición o de su condensado con el gas natural licuado. Un primer lugar adicional preferido es aguas abajo del compresor del vapor desprendido por ebullición, pero aguas arriba de la entrada al condensador para el vapor. Preferiblemente, el mezclado en ese lugar se controla de modo que se mantenga una temperatura de vapor constante en la entrada al condensador. Controlando así la temperatura es posible reducir las fluctuaciones en la demanda para refrigeración del condensador que pueden surgir, en particular, debidas a los cambios en el volumen de gas natural licuado que esté contenido en el depósito de almacenamiento.

Preferiblemente, con objeto de efectuar el mezclado en ese lugar adicional, se proporciona una segunda cámara de mezclado con una primera entrada para el vapor y una segunda entrada para gas natural licuado en forma de finamente dividido. Preferiblemente, la segunda entrada tiene una válvula de control del flujo asociada con la misma, siendo la posición de la segunda válvula de control del flujo ajustable automáticamente, de modo que se mantenga sustancialmente constante la temperatura del vapor en la entrada al condensador.

Otro lugar adicional preferido para la mezcla es aguas abajo del condensador. Más preferiblemente, este otro lugar adicional está aguas abajo de una válvula de expansión o válvula de regulación de la presión en el camino del condensado. En consecuencia, la presión del condensado se reduce, preferiblemente, aguas arriba del otro lugar adicional.

Si se desea, se puede efectuar la mezcla en más de uno de los lugares adicionales antes mencionados. Ciertamente, se prefiere a veces que sea efectuada en ambos lugares antes mencionados, además de aguas arriba del compresor, en particular cuando el almacenamiento está cargado sólo ligeramente con LNG. Sin embargo, durante el funcionamiento normal, cuando está totalmente cargado, es necesario que el mezclado tenga lugar solamente en un lugar aguas arriba de la compresión.

Preferiblemente, el condensado es hecho retornar al depósito de almacenamiento en una posición por debajo de la superficie del líquido almacenado en el mismo. Es deseable introducir burbujas de gas en el condensado que retorna en la fase líquida, en forma de finamente divididas, de modo que se facilite la disolución del gas no condensado residual o del gas producido por vaporización súbita formado como resultado del paso del condensado a través de la válvula de expansión.

Preferiblemente, se refrigera el condensador mediante un refrigerante que fluye en un ciclo de refrigeración esencialmente cerrado, el cual comprende, preferiblemente, comprimir un fluido de trabajo en al menos un compresor del fluido de trabajo, enfriar por intercambio de calor indirecto en un intercambiador de calor el fluido de trabajo comprimido, expandir el fluido de trabajo enfriado, en al menos una turbina de expansión, calentar por intercambio de calor indirecto en el condensador el fluido de trabajo expandido, proporcionando con ello el fluido de trabajo refrigeración al condensador, y hacer retornar el fluido de trabajo expandido calentado, a través del intercambiador de calor al compresor de fluido de trabajo.

Preferiblemente, el aparato de acuerdo con el invento comprende una primera plataforma de soporte sobre la cual está situado un primer preconjunto que incluye el condensador, y una segunda plataforma de soporte sobre la cual está situado un segundo preconjunto, incluyendo el segundo preconjunto el compresor del fluido de trabajo, la turbina de expansión y el intercambiador de calor. Alternativamente, el intercambiador de calor puede formar parte de un tercer preconjunto separado del compresor del fluido de trabajo y de la turbina de expansión. El segundo preconjunto puede estar situado en la sala de motores, o bien en una sala de motores de carga especialmente ventilada en la caseta de cubierta, de un buque transoceánico en el cual haya de ser usado el aparato. En esos lugares, los requisitos de seguridad que se requiere que cumplan el compresor y la turbina de expansión no son tan exigentes como en otras partes del barco, por ejemplo, en una sala de maquinaria de carga no ventilada. Preferiblemente, ambos preconjuntos se montan sobre respectivas plataformas que se montan típicamente en el barco.

Además, situando el compresor del fluido de trabajo y la turbina de expansión en la misma plataforma el uno que la otra, pueden ser incorporados en una sola máquina. No solamente el empleo de una sola máquina para compresión/expansión del fluido de trabajo simplifica el aparato, sino que facilita además la prueba de la maquinaria antes del montaje del aparato de acuerdo con el invento a bordo, Si se desea, se pueden proporcionar una pluralidad de tales máquinas de compresión/expansión en paralelo, operando típicamente solo una cada vez. Tal disposición hace posible el funcionamiento continuo del ciclo del fluido de trabajo, incluso aunque se necesite tener una máquina en funcionamiento fuera de la línea para mantenimiento. El primer preconjunto está preferiblemente situado en la sala de maquinaria de carga dentro de la caseta de cubierta del buque transoceánico. El primer preconjunto incluye preferiblemente la cámara, o cada cámara, en la que se efectúe la mezcla del vapor de gas natural desprendido por ebullición, ya sea aguas arriba o ya sea aguas abajo de la condensación, o en ambas, con gas natural líquido procedente del almacenamiento. Alternativamente, se pueden instalar las cámaras de mezclado a bordo del barco.

Preferiblemente, el compresor del fluido de trabajo y la turbina de expansión emplean sellos de una clase tal que reducen al mínimo las fugas de fluido de trabajo hacia fuera del ciclo de fluido de trabajo.

En consecuencia, en vez de emplear sellos de laberinto usuales, se emplean ya sean sellos para gas en seco, o ya sean sellos de aro de carbón flotantes. Incluso así, es deseable que el aparato incluye una fuente de fluido de trabajo para relleno. Al reducir al mínimo la pérdida de fluido de trabajo, se reduce al mínimo en términos similares la cantidad de fluido de trabajo de relleno que se requiere. Puesto que el fluido de trabajo se requiere típicamente a una presión en el margen de 1000 a 2000 kPa en el lado de baja presión del ciclo, eso contribuye a mantener reducido el tamaño de cualquier compresor de fluido de trabajo de relleno que pueda ser requerido. Si se selecciona el nitrógeno como el fluido de trabajo, se puede emplear una fuente de nitrógeno que esté ya a la presión necesaria, de modo que se obvie la necesidad de cualquier compresor del fluido de trabajo de relleno, de cualquier tipo. Por ejemplo, la fuente del nitrógeno de relleno puede ser un banco de cilindros de nitrógeno comprimido o bien, si el barco está provisto de una fuente de nitrógeno líquido, un evaporador de nitrógeno líquido de una clase que sea capaz de producir nitrógeno gaseoso a una presión elegida dentro del margen de 10 a 20 bar. Tales evaporadores de nitrógeno líquido son bien conocidos. Si se desea, se puede emplear un tercer preconjunto que comprenda los medios de suministro del fluido de trabajo de relleno sobre una tercera plataforma.

A continuación se describirá el aparato de acuerdo con el invento, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La Figura 1 es un diagrama esquemático de un primer aparato de relicuación de gas natural a bordo de un barco;

La Figura 2 es un diagrama esquemático de un segundo aparato de relicuación de gas natural a bordo de un barco, y

La Figura 3 es un diagrama esquemático de un tercer aparato para relicuación de gas natural a bordo de un barco.

Con referencia a la Figura 1 de los dibujos, un barco (no representado) tiene en su bodega depósitos 4 aislados térmicamente, de los cuales solamente se ha representado uno, para almacenamiento de gas natural licuado (LNG).

Típicamente, el barco tiene dos o más de tales depósitos 4. El aparato para relicuar gas natural, que se describirá en lo que sigue, es un aparato que es común para todos los depósitos. Para este fin, los depósitos 4 comparten un colector de vapor común 12, un colector de líquido de rociar común 14, un colector de retorno de condensado común 16, y un colector de líquido común 18. El colector de líquido de rociar se emplea típicamente para refrigerar los depósitos 4 después de haber éstos descargado un envío de LNG a una instalación con base en tierra. Como se describirá en lo que sigue, el colector de líquido de rociar 14 se utiliza también, de acuerdo con el invento, para diluir el vapor suministrado desde el colector de vapor 12.

Puesto que el LNG hierve a temperaturas criógenas, no es prácticamente posible evitar la continua vaporización de una pequeña proporción del mismo desde los depósitos de almacenamiento 4. Al menos la mayor parte del vapor resultante fluye fuera de la parte superior de los depósitos de almacenamiento 4, al colector de vapor 12. El colector 12 comunica con un compresor 20 del vapor desprendido por ebullición, situado típicamente en la sala de maquinaria de carga 8A de una caseta de cubierta 6, con su motor 22 situado en la sala de motores 8B de la caseta de cubierta 6, habiendo una disposición 24 de sellado de mamparo asociada con el eje 26 del compresor 20. Como se ha ilustrado, el compresor 20 tiene dos etapas 28 y 30 para comprimir el vapor desprendido por ebullición hasta una presión adecuada. Aguas arriba de la entrada a la primera etapa 28 del compresor 20 hay una cámara de mezclado 32. La totalidad del flujo de vapor al compresor 20 pasa a través de la cámara de mezclado 32. Puesto que el nitrógeno es más volátil que el metano, el vapor extraído de los depósitos 4 tiene una fracción molar de nitrógeno más alta que la del líquido almacenado en esos depósitos. Con objeto de reducir la fracción molar de nitrógeno del fluido recibido por el compresor 20 del vapor desprendido por ebullición, se mezcla el vapor en la cámara de mezclado con LNG suministrado desde los depósitos 4. Para este fin, cada depósito 4 tiene una bomba de LNG sumergida 34 accionable para bombear LNG a una elevada presión deseada (típicamente superior a 4 bar) al colector de líquido de rociar 14. El LNG fluye desde el colector de líquido de rociar 14, a través de una válvula 36 de control de la temperatura, a un colector de rociar 38 situado en la cámara 32. La cámara de mezclado 32 y la válvula 36 están dispuestas de modo que mantengan una temperatura constante en la salida de la cámara de mezclado 32, y por consiguiente en la entrada a la primera etapa 28 del compresor 20. Por consiguiente, la válvula 36 es de una clase que permite cambiar el ajuste de la misma en respuesta a las señales de temperatura procedentes de un sensor de la temperatura (no representado), de modo que se mantenga esencialmente constante la temperatura percibida. Esencialmente, todo el LNG rociado dentro de la cámara de mezclado 32 a través del colector de rociar 38 se evapora en la misma, reduciendo así la temperatura del vapor desprendido por ebullición. La mezcla resultante fluye a un separador de fases 40 dotado de una almohadilla 42 de absorbente para eliminar las partículas de líquido, de modo que extraiga del vapor cualesquiera gotitas de líquido que pueden quedar como residuales. Cualquier líquido separado en el separador de fases 40 es hecho retornar a los depósitos 4 por gravedad.

El vapor procedente del separador de fases 40 es comprimido en las etapas de compresión 28 y 30 del compresor 20. El vapor comprimido resultante fluye desde el compresor 20 a otra cámara de mezclado 44, en la cual es mezclado con, y enfriado por, un flujo adicional de gas natural licuado tomado de los depósitos de almacenamiento 4 a través del colector de líquido de rociar 14. La disposición de la cámara de mezclado 44 es análoga a la de la cámara de mezclado 32. La cámara de mezclado 44 está por lo tanto provista de un colector de rociar 46 al que se suministra LNG a través de una válvula de control del flujo 48, cuyo funcionamiento es análogo al de la válvula de control del flujo 36. En funcionamiento, se dispone la válvula 48 de modo que ajuste la temperatura en la entrada a un condensador 50. Por lo tanto, no solamente efectúa el funcionamiento de la cámara de mezclado 44 una reducción de la fracción molar de nitrógeno en el fluido que fluye al condensador 50, sino que produce además el efecto de controlar la temperatura de entrada al condensador 50.

La refrigeración para el condensador se proporciona mediante un ciclo de refrigeración del fluido de trabajo esencialmente cerrado. El fluido de trabajo es preferiblemente el nitrógeno. El nitrógeno es recibido a la presión más baja en el ciclo, en la entrada a la primera etapa de compresión 62 de una única máquina 60 de compresión/expansión (designada a veces como "compre-expansor") que tiene tres etapas de compresión 62, 64 y 66 en serie, y aguas abajo de la etapa de compresión 66, un solo turbo expansor 68. Las tres etapas de compresión en el turbo expansor están todas asociadas para funcionamiento con un eje de accionamiento 70, el cual es accionado por un motor 72. La máquina 60 de compresión-expansión está situada por entero en la sala de motores de carga 8B. En funcionamiento, el fluido de trabajo nitrógeno fluye en secuencia a través de las etapas de compresión 52, 64 y 66 de la máquina de compresión-expansión 60. Entre las etapas 62 y 64 es refrigerado hasta aproximadamente la temperatura ambiente, en un primer refrigerador entre etapas 74, y en etapas de compresión intermedias 64 y 66 el nitrógeno comprimido es refrigerado en un segundo refrigerador entre etapas 76. Además, el nitrógeno comprimido que sale de la etapa de compresión final 66 es refrigerado en un refrigerador posterior 78. El agua para los refrigeradores 74, 76 y 78 puede ser proporcionada desde el circuito de agua limpia del propio barco (no representado) y el agua usada procedente de esos refrigeradores puede ser hecha retornar al sistema de depuración del agua (no representado) de ese circuito.

Aguas abajo del refrigerador posterior 78, el nitrógeno comprimido fluye a través de un primer intercambiador de calor 80, en el cual es además refrigerado por intercambio de calor indirecto con una corriente de nitrógeno de retorno. El intercambiador de calor 80 está situado en un recipiente 82 aislado térmicamente, al que a veces se denomina como una "caja de frío". El intercambiador de calor 80 y su recipiente 82 aislado térmicamente están situados, al igual que la máquina 60 de compresión-expansión, en la sala de motores de carga 8B del barco.

La corriente de nitrógeno refrigerado, comprimido, resultante, fluye al turbo expansor 68, en el cual es expandida para la realización de trabajo externo. El trabajo externo es el de proporcionar una parte de la energía necesaria que se precisa para comprimir el nitrógeno en las etapas de compresión 62, 64 y 66. En consecuencia, el turbo expansor 68 reduce la carga sobre el motor 72. La expansión del fluido de trabajo nitrógeno produce el efecto de reducir todavía más su temperatura. Como resultado, el mismo está a una temperatura adecuada para la condensación parcial o total en el condensador 50 del vapor de gas natural comprimido. El fluido de trabajo nitrógeno, ahora calentado como resultado de su intercambio de calor con el vapor de gas natural de condensación, fluye de vuelta a través del intercambiador de calor 80, proporcionando con ello la necesaria refrigeración para ese intercambiador de calor, y desde ahí a la entrada de la primera etapa de compresión 62, completándose así el ciclo del fluido de trabajo.

Aunque es posible licuar la totalidad del flujo de gas natural a través del condensador 50, solamente se condensa de hecho algo (típicamente del 80 al 99% del gas natural). La mezcla de condensado y vapor residual se vaporiza súbitamente a través de una válvula de expansión 82, reduciéndose con ello su presión a la presión que haya en el espacio de merma de los depósitos 4. Típicamente, por lo tanto, se forma más vapor mediante el paso del líquido a través de la válvula 82.

La mezcla de gas y líquido que pasa saliendo por la válvula 82, fluye a un mezclador 84, el cual puede adoptar la forma de, por ejemplo, un venturi u otro dispositivo para mezclado en el cual se mezcle con una corriente de líquido extraído del colector 14 de líquido de rociar. La fracción molar de nitrógeno en la mezcla de gas natural que sale de la cámara de mezclado 84 es por lo tanto menor que la de la mezcla que sale de la válvula 82. La mezcla diluida resultante de LNG y vapor de gas natural fluye al colector 16 de retorno de condensado, y desde ahí al LNG contenido en los depósitos de almacenamiento 4, a través de inyectores 86 (de los que solamente se ha representado uno en el dibujo). Los inyectores 86 están dispuestos de modo que hagan posible que el gas no disuelto sea inyectado en el líquido que haya en los depósitos de almacenamiento, o bien en forma de burbujas finas. Esta disposición facilita la disolución del gas, en particular cuando el líquido contenido en los depósitos 4 esté a su nivel normal. La disolución del gas se facilita también si los inyectores 86 son de la clase que crean turbulencia en el LNG almacenado. Además, la disolución de gas en el LNG almacenado se facilita también si se crea turbulencia en la mezcla de gas y líquido que fluye a los inyectores 86.

Preferiblemente, las cámaras de mezclado 32 y 34, el condensador 50, el separador de fases 40, y el mezclador 84, y las tuberías asociadas, están todos situados en una sola "caja de frío" (no representada) y formados como un preconjunto sobre una plataforma montada sobre patines (no representada).

El aparato representado en el dibujo es hecho funcionar, típicamente, en dos modos distintos, según que el barco esté transportando una carga completa de LNG desde una base de llenado a una base de descarga, o que esté volviendo desde la base de descarga a la base de llenado. Cuando el barco esté completamente cargado de LNG, sus depósitos 4 contienen normalmente una profundidad de gas natural licuado del orden de 20 a 30 metros. La composición del LNG variará según sea su fuente. Aunque el contenido de nitrógeno real en el LNG puede ser relativamente bajo, por ejemplo, del orden del 0,5% en volumen, el gas desprendido por ebullición contiene del orden del 10% en volumen de nitrógeno. Si ese gas desprendido por ebullición se condensa a una presión del orden de 4 bar y es vaporizado súbitamente de vuelta al depósito de almacenamiento a una presión de aproximadamente 1 bar, el gas vaporizado súbitamente contiene del orden del 50% en volumen de nitrógeno. Como resultado, el gas vaporizado súbitamente que retorna tiene a enriquecer significativamente en nitrógeno al gas que hay en el espacio de merma de los depósitos de almacenamiento 4. La cantidad de trabajo para refrigerar el condensador 50 aumenta también significativamente al aumentar el contenido de nitrógeno en el gas desprendido por ebullición. El método y el aparato de acuerdo con el invento contrarrestan sin embargo esa tendencia hacia el enriquecimiento en nitrógeno de la fase de gas en el depósito de almacenamiento.

La presión real en el espacio de merma de los depósitos de almacenamiento se ajusta normalmente mediante las paletas de guía de entrada (no representadas) del compresor 20 de gas desprendido por ebullición. La presión se ajusta para que sea un poco superior a 1 bar. La temperatura de entrada a la entrada del compresor 20 puede fluctuar bastante ampliamente, pero cuando los depósitos de almacenamiento 4 estén cargados por completo, la temperatura del gas desprendido por ebullición es normalmente del orden de -140ºC, la cual es una temperatura de entrada aceptable para el compresor 20 del gas desprendido por ebullición. En estas circunstancias, se puede cerrar la válvula 36 y se puede hacer que el gas desprendido por ebullición derive la cámara de mezclado 32 y, si se desea, el separador de fases 40, y fluya directamente a la entrada del compresor 20. Se origina sin embargo un aumento sustancial de la temperatura por la compresión del gas en las dos etapas, 28 y 30, del compresor 20 de gas desprendido por ebullición. La cámara de mezclado 44 es hecha funcionar de modo que reduzca la temperatura del gas de nuevo, hasta que quede próxima a su temperatura de condensación. Así, por ejemplo, el gas puede ser enfriado hasta, por ejemplo, -130ºC en la cámara de mezclado 44. La válvula 48 se ajusta en consecuencia. Aunque la dilución del gas en la cámara de mezclado 44 aumenta la masa de fluido que ha de ser refrigerada mediante el aparato de refrigeración de circuito cerrado, ese aumento del trabo queda más que compensado por la reducción de la fracción molar de nitrógeno en ese fluido y por la reducción de su temperatura. Además, la sección de pre-refrigeración del condensador 56 es menor que la que sería si se omitiera el mezclado en la cámara 44. Normalmente, en la cámara de mezclado se añade una cantidad de LNG, a un régimen de hasta un 25% en peso, y en particular de entre el 29% y el 25% en peso del caudal de vapor desprendido por ebullición. Típicamente, cuando el barco esté completamente cargado, del 80 al 99% en volumen del gas que entra en el condensador 50 se condensa en el mismo. El líquido resultante es típicamente vaporizado súbitamente a una presión de 2 bar, a través de la válvula 82. (Esta presión ha de ser necesariamente mayor que 1 bar, para vencer la presión estática debida a la altura del líquido en los depósitos de almacenamiento 4). Típicamente, el LNG suministrado desde el colector 14 de líquido de rociar es vaporizado súbitamente a través de una válvula 88 dentro del mezclador 84. Típicamente, el caudal total de LNG desde el almacenamiento hasta el camino para el flujo es de unas cinco a diez veces el caudal original del vapor desprendido por ebullición. Haciendo retornar el fluido al fondo de los depósitos de almacenamiento 4, y disponiendo que el gas sea introducido en el líquido en forma de finas burbujas, no todo ese nitrógeno entrará típicamente en el espacio de merma. Por el contrario, la mayor parte del mismo se disolverá típicamente en el LNG. En consecuencia, se mantiene reducida la proporción de nitrógeno en la fase de gas en los depósitos de almacenamiento 4, y se reduce también la tendencia a fluctuar la concentración de nitrógeno en el espacio de merma de los
depósitos 4.

Por razones de seguridad, cuando los depósitos descargan su carga de LNG (a través del colector de liquido 18) se retiene una pequeña proporción del LNG. Típicamente, la profundidad de LNG en los depósitos 4 se reduce hasta aproximadamente 1 metro. Como resultado, durante el viaje de vuelta a la instalación de suministro de LNG, hay una tendencia a que la temperatura en el espacio de merma sea mucho más alta que la que hay cuando los depósitos 4 están completamente cargados. Con objeto de contrarrestar esa tendencia, puede haber una recirculación continua de LNG a través del colector 14 de líquido de rociar y de las boquillas 92 de rociar, estando situada una al menos de tales boquillas en cada depósito 4, o bien una de tales recirculaciones al final del viaje de retorno (de modo que se pre refrigeren los depósitos 4 antes de que sean cargados con una cantidad de LNG nuevo). No obstante, la temperatura del vapor en el espacio de merma puede aumentar hasta hacerse superior a -100ºC. Ahora bien, la cámara de mezclado 32 y el separador de fases 40 no son derivados, y la válvula 36 se ajusta de tal modo que se rocíe LNG suficiente dentro de la cámara 32 a través del colector de rociar 38, para así reducir su temperatura hasta aproximadamente -140ºC. Típicamente, en ese lugar se añade LNG con un caudal de hasta el 25% en peso, y en particular de entre el 20% y el 25% en peso del caudal del gas desprendido por ebullición que entra en la cámara de mezclado 32. Esto permite obtener una economía sustancial en la potencia consumida por el compresor 20 del gas desprendido por ebullición, y en el compresor 60 del fluido de trabajo. En los demás aspectos, el funcionamiento del aparato representado en el dibujo es similar al que tiene cuando los depósitos están completamente cargados de LNG. Sin embargo, a la vista de la reducción de la profundidad de LNG en los depósitos 4, muy poco del gas introducido con el condensado a través de los inyectores 86 se disolverá realmente.

Estén, o no, completamente cargados los depósitos de LNG, el funcionamiento del ciclo del fluido de trabajo permanece sustancialmente inalterable. El fluido de trabajo nitrógeno circulante entra típicamente en la primera etapa de compresión 62 del compresor 60 del fluido de trabajo a una temperatura del orden de 20 a 40ºC, y con una presión en el margen de 12 a 16 bar. El nitrógeno sale del refrigerador posterior 78 típicamente a una temperatura en el margen de 25 a 50ºC, y con una presión en el margen de 40 a 50 bar. Típicamente, se enfría hasta una temperatura del orden de -110 a -120ºC en el intercambiador de calor 80. Se expande en el turbo expansor 68 hasta una presión en el margen de 12 a 18 bar, a una temperatura lo suficientemente baja como para que efectúe la deseada condensación del gas natural en el
condensador 50.

Aunque el ciclo del fluido de trabajo nitrógeno es esencialmente cerrado, hay típicamente una pequeña pérdida de nitrógeno a través de los sellos de las varias etapas de compresión y expansión del mecanismo de compresión-expansión 60. Como se ha mencionado en lo que antecede, tales pérdidas pueden reducirse al mínimo mediante una apropiada selección de los sellos. No obstante, sigue siendo deseable proporcionar al circuito cerrado nitrógeno de relleno. Esto se hace, preferiblemente, a la presión del nitrógeno más baja en el circuito.

Se pueden efectuar varias modificaciones y adiciones en el aparato representado en el dibujo. Por ejemplo, el intercambiador de calor 80 podría estar situado en la sala de maquinaria de carga 8A del barco, en vez de estar en la sala de motores de carga 8B.

En otra modificación, los inyectores 86 pueden ser sustituidos por difusores.

En la Figura 2 de los dibujos que se acompañan se ha representado otro aparato modificado. La diferencia principal entre el aparato representado en la Figura 2 y el representado en la Figura 1 está en que las cámaras de mezclado 32 y 44 son suministradas con gas natural licuado desde una región del camino del condensado intermedia entre el condensador 50 y la válvula 82. Como resultado, durante el funcionamiento normal de los depósitos 4, cuando están completamente cargados, no es necesario hacer funcionar la bomba 34. Por lo tanto no habrá normalmente mezclado alguno en el mezclador 84. Sin embargo, durante cualquier período de funcionamiento en el cual los depósitos 4 contengan solamente una pequeña cantidad de gas natural licuado, la bomba 34 puede ser hecha actuar de modo que suministre LNG desde el almacenamiento al mezclador 84, compensando con ello en este modo de funcionamiento la más alta temperatura y el más alto contenido de nitrógeno del vapor a ser condensado, y la insuficiente capacidad de mezclado de los inyectores 86 en el líquido de poca profundidad.

Además, el separador de fases 40 y la almohadilla 42 presentes en el aparato representado en la Figura 1 se han omitido en el aparato representado en la Figura 2. En los demás aspectos, el aparato representado en la Figura 2, y su funcionamiento, son similares a los del representado en la Figura 1.

Con referencia ahora a la Figura 3 de los dibujos que se acompañan, el aparato en ella representado es en general similar al representado en la Figura 2, excepto en que se han omitido la cámara de mezclado 44 y el equipo auxiliar. En consecuencia, durante el funcionamiento normal de los depósitos 4, cuando están totalmente cargados, solamente se produce un mezclado en la cámara 32, pero durante la operación en que están ligeramente cargados se hace actuar la bomba 34 y tiene lugar el mezclado también en el mezclador 84.

Claims

1. Un método para relicuar vapor desprendido por ebullición de gas natural licuado contenido en un depósito de almacenamiento (4), que comprende comprimir (20) el vapor, condensar (50) al menos parcialmente el vapor comprimido, y hacer retornar (16) el condensado al depósito de almacenamiento, caracterizado porque un flujo (12) del vapor desprendido por ebullición a la compresión es mezclado (32) con gas natural licuado (14) aguas arriba de la
compresión.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el mezclado aguas arriba de la compresión se controla (36) de modo que se mantenga constante la temperatura en la entrada a la compresión.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, caracterizado porque el vapor desprendido por ebullición se mezcla (44) con gas natural licuado en un lugar aguas abajo de la compresión (20) del vapor, pero aguas arriba de la condensación (50) al menos parcial del vapor comprimido.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el mezclado en el citado lugar se controla (48) de modo que se mantenga una temperatura del vapor constante en la entrada a la condensación.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se mezcla (84) el condensado con gas natural licuado, siendo reducida (82) la presión del condensado aguas arriba del mezclado del condensado con el gas natural licuado.

6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el condensado es hecho retornar (16) al depósito de almacenamiento en una posición por debajo de la superficie del gas natural licuado almacenado en el mismo.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque se introducen (86) burbujas de gas en el condensado de retorno, en forma de finamente divididas, dentro del gas natural licuado contenido en el depósito de almacenamiento.

8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se proporciona refrigeración para la condensación mediante refrigerante que fluye en un ciclo de refrigeración (60) esencialmente cerrado.

9. Aparato para relicuar vapor desprendido por ebullición de gas natural licuado contenido en un depósito de almacenamiento (4), comprendiendo el aparato un circuito de flujo que comprende un camino del vapor (12) que se extiende desde el depósito a través de un compresor (20) hasta un condensador (50) para condensar al menos parcialmente el vapor desprendido por ebullición comprimido, y un camino del condensado (16) que se extiende desde el condensador de vuelta al depósito de almacenamiento, caracterizado porque el aparato comprende además un conducto (14) para el flujo de gas natural licuado al interior de al menos un mezclador (32) que forma parte del circuito de flujo aguas arriba del
compresor.

10. Aparato de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque hay un segundo mezclador (44) en un lugar aguas abajo del compresor (20) pero aguas arriba del condensador (50).

11. Aparato de acuerdo con la reivindicación 9 ó la reivindicación 10, caracterizado porque hay un tercer mezclador (84) aguas abajo de una válvula (82) para reducir la presión del condensado.

12. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el camino de condensación termina (86) por debajo de la superficie del gas natural licuado contenido en el
depósito.