ES2318170T3 - Dispositivo y metodo para precalentamiento de un gas en una instalacion de regulacion y presion de gas mediante una pila de combustible. - Google Patents

Abstract

Dispositivo destinado al calentamiento de un gas contenido a alta presión en un conducto que se dirige a un aparato de medición y regulación de la presión de un gas con un primer conducto, un intercambiador de calor, un dispositivo de reducción de presión conectado para un conducto posterior y un dispositivo de calefacción accionado por el gas del primero conducto para el intercambiador de calor, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de calefacción se ha desarrollado como pila de combustible accionada por gas y porque el dispositivo presenta un segundo tubo que une el primer conducto con la pila de combustible de forma que se puede utilizar gas de este primer conducto para el accionamiento de la pila de combustible.

Description

Dispositivo y método para precalentamiento de un gas en una instalación de regulación y presión de gas mediante una pila de combustible.

La presente invención se refiere a un dispositivo destinado al precalentamiento de un gas antes de su expansión en un aparato de medición y regulación de la presión de un gas con las características del concepto general de la reivindicación 1.

El gas natural destinado a la red de suministro público de gas se transporta a alta presión (aproximadamente entre 40 y 80 bar) a lo largo de muchos kilómetros de distancia hasta las redes de distribución regionales o locales. El gas se almacena provisionalmente también a alta presión en los depósitos de la redes de distribución regionales o locales. Antes de que el gas llegue al consumidor final, se debe reducir su presión o expandir en un aparato de medición y regulación de la presión de un gas a una presión menor de aproximadamente 20-50 bar para su distribución a las redes de distribución regionales o locales, a 3-12 bar para su distribución a la canalización principal de gas y a 20-1000 mbar hasta llegar al usuario final. Esta expansión del gas da lugar al efecto Joule-Thomson, lo que produce el enfriamiento del gas. En caso de que en el aparato de medición y regulación de la presión de un gas se den temperaturas a las que se sabe que bien el hidrato de gas contenido en el gas del interior de los componentes del aparato de medición y regulación de la presión de un gas se congela o bien que el exterior de las piezas de dispositivos, aparatos o artilugios se congelan por efecto de la condensación, se debe tener en cuenta la posible aparición de problemas de funcionamiento o fallos en las piezas del dispositivo o del mismo aparato de medición y regulación de la presión de un gas. Se sabe que para evitar un sobreenfriamiento inadmisible del gas por diferencias elevadas de presión, debe calentarse el gas antes de su expansión. En concreto, pueden darse valores inadmisibles de temperatura si falla el suministro de calor del intercambiador de calor.

En la patente mundial WO 94/11626 se presenta un procedimiento y un dispositivo para la expansión de un gas contenido a alta presión en un conducto. En este procedimiento se utiliza como dispositivo de reducción de presión un turbogenerador al que está conectado en serie un intercambiador de calor. El suministro de calor del intercambiador de calor se realiza mediante una planta modular de cogeneración de calor y electricidad (CHP) que dispone de un motor de combustión interna y de un generador. El gas del turbogenerador activa la CHP. El intercambiador de calor precalienta el gas antes de que este entre en el turbogenerador para expandirse. Tanto la CHP como el turbogenerador generan electricidad que se suministrará a una red eléctrica.

El dispositivo de precalentamiento de gas obtiene la energía térmica a partir de instalaciones de calefacción convencionales, es decir, mediante calderas calentadas por combustión de gas, del mismo modo que también se utilizan en sectores industriales, comerciales o privados (en función de la potencia necesaria). La patente mundial WO 94/11626 no ofrece información sobre el abastecimiento de energía eléctrica para el aparato de medición y regulación de la presión de un gas.

El objeto de la presente invención es proponer un dispositivo y un procedimiento para el precalentamiento de un gas antes de su expansión en un aparato de medición y regulación de la presión de un gas con los que se mejora el abastecimiento de energía del dispositivo.

La solución es un dispositivo destinado al precalentamiento de un gas antes de su expansión en un aparato de medición y regulación de la presión de un gas con las características de la reivindicación 1.

Según la invención, un dispositivo destinado al calentamiento de un gas contenido a alta presión en un conducto que llega al aparato de medición y regulación de la presión de un gas se prevé que conste de un intercambiador de calor, un dispositivo de reducción de presión conectado a un conducto posterior y un dispositivo de calefacción accionado por el gas de este conducto para el intercambiador de calor. El dispositivo de calefacción se ha desarrollado como pila de combustible accionada por gas que, además de la energía térmica emanada, genera un volumen de energía eléctrica que se adapta de forma especialmente eficaz a la demanda energética del aparato de medición y regulación de la presión de un gas, lo que permite que este aparato sea especialmente independiente de otros sistemas de suministro eléctrico. Según esta invención, mediante este dispositivo se puede ahorrar energía primaria de forma práctica en comparación con otras instalaciones de calefacción convencionales que carecen de mecanismo de generación de electricidad, lo que resulta en una reducción de la emisión de CO_{2}. Este resultado es especialmente asequible cuando, con un modo de funcionamiento modular accionado por calor, grandes y pequeños volúmenes de gas circulan de forma alterna en el aparato de medición y regulación de la presión de un gas para el que se precisa un suministro de energía térmica variable con el fin de que el gas que experimenta una disminución de la temperatura al expandirse debido al denominado efecto Joule-Thomson (descenso de la temperatura por efecto de la expansión) aumente su temperatura de manera que la temperatura del mismo sea, en la medida de lo posible, igual antes y después de pasar por el dispositivo de reducción de la presión.

Según una ventajosa configuración de la invención, se prevén sistemas de tubos cerrados para que la pila de combustible suministre energía térmica al intercambiador de calor. La energía calorífica generada por la pila de combustible abastece a través de un sistema de tubos cerrado un circuito de calor que, a su vez, proporciona energía térmica a un dispositivo de precalentamiento de gas. La red de tubos para el transporte de energía calorífica interconectada por conductos consta de tubos, instrumentos de control, racores y otros componentes que se encuentran en aplicaciones convencionales de técnicas de calefacción. Así como otros componentes térmicos, por ejemplo, dispositivos de regulación y control o fusibles de seguridad integrados. En caso de producirse un excedente de energía térmica, esta se podría utilizar para otros fines, por ejemplo, para el abastecimiento de un sistema de calefacción a distancia.

Según una ventajosa configuración de la invención, la pila de combustible está diseñada para que como mínimo suministre al intercambiador de calor toda la energía calorífica necesaria de tal modo que por lo menos cubra totalmente la demanda de energía térmica del aparato de medición y regulación de la presión de un gas. La parte con energía calorífica del dispositivo posterior a la pila de combustible suministra energía mediante un intercambiador de calor primario, que también puede utilizarse como intercambiador de calor heatpipe (tubo de vacío conductor de calor), al circuito de calor del precalentador de gas con exactamente la cantidad de energía calorífica necesaria para compensar el descenso de temperatura por efecto de la expansión. En lugar del intercambiador de calor heatpipe o de forma complementaria, también se puede convertir posteriormente el calor perdido en electricidad, para lo que también se pueden utilizar motores Stirling o motores, máquinas y turbinas de vapor.

Según otra ventajosa configuración de la invención, la pila de combustible está diseñada para que la electricidad que genera sirva para su propio abastecimiento, para el funcionamiento del aparato de medición y regulación de la presión de un gas y para que se pueda suministrar en particular a una red pública de electricidad. La cantidad variable de energía eléctrica disponible mediante la pila de combustible se debe a que dicha pila funciona accionada por calor. La energía térmica disponible mediante la pila de combustible varía en función del caudal de gas que pase por el aparato de medición y regulación de la presión de un gas. La electricidad disponible mediante la pila de combustible está condicionada por la energía térmica emanada por la misma. Sin embargo, la demanda de electricidad de la pila de combustible y del aparato de medición y regulación de la presión de un gas suele mantenerse prácticamente constante. Según la invención, la energía eléctrica obtenida a partir de la pila de combustible se utilizará en primer lugar para satisfacer la demanda de energía eléctrica de la pila de combustible. Según la invención, la pila de combustible, que genera la misma cantidad o más de energía eléctrica que térmica, puede, además de cubrir la demanda de energía calorífica de un aparato de medición y regulación de la presión de un gas, cubrir la demanda de electricidad del mismo y ofertar la energía eléctrica excedente en el mercado. Las piezas eléctricas previstas para ello son, entre otros, circuitos, dispositivos de seguridad e interruptores de corriente continua, inversores de corriente alterna con fusibles, circuitos de corriente alterna con transformador y conexión a la red eléctrica. La parte con corriente del dispositivo posterior a la pila de combustible inyecta energía a un circuito de corriente continua conectado a los aparatos de corriente continua y al inversor de corriente alterna.

A través del inversor de corriente alterna, que también se puede utilizar de forma bidireccional, se realiza la conexión con el transformador (en caso necesario) y con la red eléctrica.

Según otra ventajosa configuración de la invención, se prevé un mecanismo de control para la pila de combustible. El accionamiento por calor significa que la relación entre la distintas presiones conlleva un previsible descenso de la temperatura en el tiempo por efecto de la expansión del gas. La pila de combustible se puede controlar correspondientemente para que el proceso previsto de descenso de temperatura disponga de la cantidad de calor necesaria y para compensar el descenso de temperatura en la medida de lo posible. En caso de que el descenso de temperatura debido al índice de presión se produzca tan rápido que por la inercia térmica no se pueda realizar una compensación exacta, el sistema de regulación debe encargarse de que la temperatura se restablezca en el valor anterior lo más rápido posible.

Según otra ventajosa configuración de la invención, el intercambiador de calor está diseñado como tubo heatpipe para transmitir la energía calorífica de forma especialmente eficaz.

Según otra ventajosa configuración de la invención, es posible extraer el gas para el funcionamiento de la pila de combustible del conducto antes de la odorización. La parte del dispositivo con combustible anterior a la pila de combustible extrae el gas de la sección del conducto a alta o baja presión antes de la odorización. De este modo se simplifica notablemente el proceso de purificación del gas anterior a la pila de combustible. En caso de realizarse la extracción del combustible después de la odorización, el gas tendría que ser sometido a un proceso de tratamiento más laborioso.

Según otra ventajosa configuración de la invención, es posible extraer el gas para el accionamiento de la pila de combustible antes o después del dispositivo de reducción de presión.

Según otra ventajosa configuración de la invención, se prevé la existencia de una red con corriente continua y corriente alterna simultáneas en el aparato de medición y regulación de la presión de un gas.

Según otra ventajosa configuración de la invención, la pila de combustible se ha desarrollado como pila de combustible de alta, media y baja temperatura.

A continuación se presentará la invención mediante un ejemplo de realización preferente de la misma. Descripción de los dibujos:

Figura número 1: Dispositivo para el precalentamiento de un gas en un aparato de medición y regulación de la presión de un gas según el estado de la técnica.

Figura número 2: Dispositivo para el precalentamiento de un gas en un aparato de medición y regulación de la presión de un gas según la invención.

Figura número 1: Un dispositivo según el estado de la técnica utiliza un intercambiador de calor (2) para el calentamiento de un gas (1) contenido a alta presión en un conducto de un aparato de medición y regulación de la presión de un gas. En este intercambiador de calor (2), un dispositivo de reducción de presión (3) se conecta a un conducto posterior (4). Por motivos de seguridad, tras el dispositivo de reducción de presión (3) el gas debe odorizarse en el conducto posterior (4). Tras el proceso de odorización el tubo se bifurca en un segundo tubo (7) que inyecta gas del conducto posterior (4) en el dispositivo de calefacción (5) para el intercambiador de calor (2). El dispositivo de calefacción (5) no genera energía eléctrica.

Figura número 2: Las características correspondientes se indican con los símbolos de referencia de la figura número 1. Un dispositivo utiliza un intercambiador de calor (2) para el calentamiento de un gas (1) contenido a alta presión en un conducto de un aparato de medición y regulación de la presión de un gas. En este intercambiador de calor (2), un dispositivo de reducción de presión (3) se conecta a un conducto posterior (4). Por motivos de seguridad, tras el dispositivo de reducción de presión (3) el gas debe odorizarse en el conducto posterior (4). Antes del proceso de odorización el conducto se bifurca en un segundo tubo (7) que inyecta gas del conducto posterior (4) a un dispositivo de calefacción (5) desarrollado como pila de combustible accionada por gas (5) para el intercambiador de calor (2). La pila de combustible (5) genera energía eléctrica y, en caso dado, suministra electricidad a una red eléctrica (6).

Claims (12)

1. Dispositivo destinado al calentamiento de un gas contenido a alta presión en un conducto que se dirige a un aparato de medición y regulación de la presión de un gas con un primer conducto, un intercambiador de calor, un dispositivo de reducción de presión conectado para un conducto posterior y un dispositivo de calefacción accionado por el gas del primero conducto para el intercambiador de calor, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de calefacción se ha desarrollado como pila de combustible accionada por gas y porque el dispositivo presenta un segundo tubo que une el primer conducto con la pila de combustible de forma que se puede utilizar gas de este primer conducto para el accionamiento de la pila de combustible.

2. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los sistemas de tubos cerrados están previstos para el suministro de energía térmica de la pila de combustible al intercambiador de calor.

3. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la pila de combustible está diseñada para que como mínimo suministre toda la energía calorífica necesaria al intercambiador de calor.

4. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la pila de combustible está diseñada de tal modo que puede utilizar la electricidad que genera para su propio abastecimiento.

5. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la energía eléctrica de la pila de combustible se puede aprovechar para el funcionamiento del aparato de medición y regulación de la presión de un gas.

6. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la energía eléctrica de la pila de combustible se puede inyectar en particular a una red pública de electricidad.

7. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que se prevé un mecanismo de control para la pila de combustible.

8. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el intercambiador de calor está diseñado como tubo heatpipe.

9. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que es posible extraer el gas para el accionamiento de la pila de combustible del conducto antes de realizar la odorización.

10. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que es posible extraer el gas para el accionamiento de la pila de combustible antes o después del dispositivo de reducción de presión.

11. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que se prevé la existencia de una red con corriente continua y corriente alterna simultáneas en el aparato de medición y regulación de la presión de un gas.

12. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la pila de combustible se ha desarrollado como pila de combustible de alta, media y baja temperatura.