ES2342952T3 - Procedimiento para la compresion ciclica sin piston de la fase gaseosa de gases licuados profundamente congelados. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la compresión cíclica sin pistón de la fase gaseosa de gases licuados profundamente congelados, caracterizado porque gases licuados profundamente congelados se pasan a un depósito (B) dosificador, y una cantidad dosificada se alimenta a un evaporador (D), después de lo cual se envasa la cantidad de gas evaporada o se inyecta en una red (F) de distribución, tras lo cual se llena de nuevo el depósito (B) dosificador con gas líquido y la presión en el último evaporador (D, E) empleado, se recaba para sacar a presión el gas líquido del depósito (B) dosificador a otro evaporador (E), alimentándose cíclicamente en cada caso desde el depósito (B) dosificador, evaporadores (D, E) distintos uno de otro, y reduciendo la presión en el recipiente (B) dosificador, así como en caso necesario en el respectivo evaporador (D, E) a llenar, antes de una reiterada introducción de una cantidad dosificada del gas licuado.

Description

Procedimiento para la comprensión cíclica sin pistón de la fase gaseosa de gases licuados profundamente congelados.

La invención se refiere a un procedimiento para la compresión cíclica sin pistón de la fase gaseosa de gases licuados profundamente congelados. Se conoce un procedimiento de este tipo, por ejemplo, por el documento US-A-2 035 396.

Para el transporte de gases, estos se licuan con frecuencia, puesto que el volumen de los gases líquidos no es más que una fracción del volumen del gas, sin que con ello se tenga que trabajar con alta presión. Los depósitos a presión son costosos de construcción y sólo limitadamente son apropiados para el transporte por carretera.

Para la licuación de gases se emplea considerable energía, teniéndose que extraer del producto, la energía del sobrecalentamiento y de la evaporación. Entre el producto licuado y el entorno, se genera aquí una caída de temperatura. Los gases licuados profundamente congelados se almacenan en los llamados crioestatos. Los crioestatos que pueden estar dispuestos estacionarios, se emplean como almacenamientos intermedios para la utilización de los gases en estado gaseoso. Los gases se sacan de un crioestato semejante y se transforman al estado gaseoso, empleándose por lo regular para este fin, bombas de alta presión y de gran potencia. El líquido se comprime mediante tales bombas de alta presión, en evaporadores, empleándose, para la evaporación en el evaporador, el calor del entorno o energía exterior. En otros procedimientos se evaporan directamente los gases líquidos y a continuación, se comprimen primeramente mediante compresores de gases a la presión deseada. Cuando con tales instalaciones se deban de llenar botellas de gas con una presión de, por ejemplo, 200 bares ó 300 bares, se tienen que emplear en general para 1000 Nm^{3}/h para la compresión, unos 40 kWh de potencia. Cuando a continuación no se deba de comprimir el líquido, sino el gas ya evaporado, la misma cantidad exige una potencia de unos 400 kWh.

Ahora la invención va dirigida a reducir esencialmente la potencia a consumir en tales procedimientos conocidos para la evaporación y embotellado a presión, y tiene el objetivo de prescindir del empleo de bombas y compresores, lo cual conduce, junto a una mejora del balance energético, a un gasto reducido de mantenimiento.

Para la solución de esta misión, el procedimiento según la invención del tipo citado al comienzo, consiste en lo esencial en que el gas licuado profundamente congelado se pase a un depósito dosificador, y una cantidad dosificada se alimente a un evaporador, después de lo cual se envasa la cantidad de gas evaporada o se inyecta en una red de distribución, tras lo cual se llena de nuevo el depósito dosificador con gas líquido y la presión en el último evaporador empleado, se recaba para sacar a presión el gas líquido del depósito dosificador a otro evaporador, alimentándose cíclicamente en cada caso desde el depósito dosificador, evaporadores distintos unos de otros, y reduciendo la presión en el recipiente dosificador, así como en caso necesario en el respectivo evaporador a llenar, antes de una nueva introducción de una cantidad dosificada del gas licuado. Haciendo que los gases licuados profundamente congelados se pasen a un depósito dosificador, sin recurrir a bombas, se puede trabajar directamente con la presión de vapor existente normalmente al comienzo en un crioestato, de unos 5 bares, o si no, con la presión geodésica, para realizar este transporte del gas licuado profundamente congelado al depósito dosificador. Haciendo que a continuación se dosifique la cantidad, lo cual como corresponde a un perfeccionamiento preferente del procedimiento según la invención, se puede llevar a cabo en forma sencilla, por ejemplo, pesando la cantidad dosificada pasada al depósito dosificador, se asegura que a continuación al evaporar una cantidad completamente determinada, y para un volumen conocido, se reduzca una presión definida correspondiente al calor aportado. Haciendo que ahora la cantidad evaporada de gas se envase directamente bajo la presión generada al evaporar, o se alimente a una red de distribución contra las resistencias dinámicas de las tuberías, se produce una compensación de presión entre el evaporador y el consumidor o las botellas o depósitos a llenar, quedando naturalmente una presión residual en el evaporador, tan pronto se cierren las correspondientes válvulas de llenado. Para a continuación, poder continuar trabajando cíclicamente, el depósito dosificador se tiene que llenar de nuevo con una cantidad dosificada de gas líquido, siendo aquí suficiente la presión de vapor existente originalmente en el crioestato o la presión geodésica, en tanto en cuanto la presión en el depósito dosificador esté situada por debajo de aquellas presiones necesarias en cada caso para el
llenado.

Después de la alimentación reiterada del depósito dosificador, se ajusta empero aquí una compensación de presión en el evaporador, y al arrancar la instalación es suficiente, después de una nueva alimentación del depósito dosificador, permitir la presión de vapor que queda en el evaporador recién utilizado, para sacar a presión la cantidad dosificada de gas licuado en otro evaporador que se encuentre a presión atmosférica o menor que la presión en el evaporador recién utilizado. Por tanto, con la presión residual que queda del respectivo evaporador recién utilizado, se alimenta otro evaporador, y durante la evaporación allí efectuada, se reduce de nuevo la presión de vapor, la cual está prevista a continuación para el llenado del depósito, de las botellas, o para la alimentación a la red de distribución.

Para impedir ahora que debido a la compensación cíclica de la presión, en conjunto el depósito dosificador y los evaporadores, lleguen al mismo nivel de presión, se tiene que efectuar en cada caso una reducción selectiva de la presión, procediéndose según la invención con respecto a esto de manera que después de la alimentación cíclica de cada uno de los distintos evaporadores, uno después de otro, y de la utilización de la presión residual en cada uno de los dos evaporadores, se reduzca la presión en el recipiente dosificador, así como en caso necesario, en el respectivo evaporador a llenar, antes de la nueva introducción de una cantidad dosificada del gas licuado. De este modo se consigue, sin recurrir a bombas, mantener siempre correctamente en cada caso, la necesaria diferencia de presión en la instalación, la cual permite una alimentación alternativa o cíclica de evaporadores separados desde un crioestato, con presión definida de vapor.

La necesaria reducción de la presión se puede efectuar en principio de forma distinta. Según un perfeccionamiento preferente del procedimiento según ta invención, se procede aquí de manera que la caída de presión se reduzca desde el recipiente dosificador o desde el evaporador, mediante un estrangulamiento en el volumen de gas del depósito, en un consumidor, o a la atmósfera. El concepto estrangulamiento designa aquí un dispositivo cualquiera que sirva para la disminución de la presión. Las válvulas clásicas de alivio de la presión, son aquí sólo apropiadas condicionalmente, a causa de las condiciones de temperatura como las que se presentan en el trabajo con gases licuados y en las expansiones correspondientes, pudiendo llevarse a cabo naturalmente la reducción de la presión, también mediante la conducción a otro consumidor y/o a la atmósfera, cuando como en el 2º caso se cuenta con perdidas de gas. Pero se procede en forma especialmente ventajosa, de manera que la reducción de la presión se efectúe como estrangulamiento en un licuador. Un licuador sirve aquí para la reducción esencial del volumen, puesto que el gas líquido se separa de nuevo de la fase gaseosa, y de este modo se disminuye drásticamente la presión. Un licuador de este tipo cumple pues los criterios del estrangulamiento necesario según la invención, para poder devolver a continuación, el gas y el líquido al crioestato, que por cierto presenta una presión de vapor esencialmente menor.

En forma especialmente sencilla se puede proceder aquí de manera que la licuación y la reducción de la presión, se efectúen en el estrangulamiento, rociando gas licuado y subsiguiente condensación de mezcla.

Mediante condensación de mezcla es posible condensar total o parcialmente el gas insuflado en el crioestato. Aquí el gas se puede meter a presión desde abajo a través del líquido, o condensarse insuflando líquido en el gas.

Como ya se ha citado al comienzo, para el funcionamiento seguro y en especial para el llenado de botellas de gas o de depósitos, es de importancia esencial que se envase una cantidad dosificada de gases. Para ello, como ya se ha dicho, se procede de preferencia de manera que se determine la cantidad dosificada en el depósito dosificador, por pesado, midiéndose, en especial pesándose, para el control, con ventaja en cada caso también, la cantidad envasada de gas a presión.

Para encontrar en conjunto al comienzo del proceso de llenado, condiciones de presión rápidamente reproducibles, y un funcionamiento sin dificultades, para empezar se tiene que ajustar un estado inicial debidamente definido, para lo cual según la invención se procede de manera que los depósitos, los licuadores y las tuberías se enfríen antes del comienzo de la primera evaporación.

A continuación se explica en detalle la invención, de la mano de un ejemplo de realización representado esquemáticamente en el dibujo.

En el dibujo se designa con A un crioestato. B designa un depósito dosificador, estando insertado como estrangulamiento en la tubería que retorna al crioestato, un licuador designado con C. Con D se designa un primer evaporador. En paralelo con este primer evaporador D existe un segundo evaporador E, llenándose alternativamente desde el evaporador respectivamente activo, un dispositivo consumidor designado con F, como por ejemplo, una botella.

Con G se ilustra esquemáticamente una báscula para la cantidad envasada en el depósito B dosificador. Asimismo existe una báscula ilustrada con H, para la medición de la cantidad envasada en la botella F.

Las válvulas conectadas en cada caso en las tuberías indicadas, están designadas consecutivamente con 1 a 19, y en las fases individuales del procedimiento, están conectadas como sigue:

Para enfriar el licuador, el producto está líquido en el crioestato A, encontrándose los dispositivos restantes y en especial el depósito B dosificador y los evaporadores D y E, en esta fase inicial a la presión atmosférica. En el crioestato A reina una ligera sobrepresión en general de unos 5 bares. Después de la apertura de las válvulas 1 y 2, bajo la presión en el crioestato, fluye producto líquido en el licuador C, hasta que la fase gaseosa esté en equilibrio con la fase líquida. Una apertura de las válvulas 10 y 11 conduce a la purga del gas que se encuentra inicialmente en el licuador, a la atmósfera o al volumen de gas del crioestato A.

Para el subsiguiente enfriamiento del depósito dosificador, se abren las válvulas 1, 3 y 8. En este caso fluye producto líquido del crioestato al depósito dosificador, cerrándose las válvulas cuando se haya alcanzado el peso dosificado fijado mediante la báscula G. Mediante la válvula 8 en posición abierta, se purga el depósito dosificador hacia el crioestato A.

En caso de una apertura subsiguiente de las válvulas 4, 6 y de un mantenimiento de la apertura de la válvula 8, fluye el producto líquido del depósito B dosificador, al primer evaporador D. Una vez más, mediante la válvula 8 se lleva a cabo una compensación de presión respecto al crioestato A, cerrándose inmediatamente la válvula 4 y la válvula 6, en línea con el vaciado del depósito dosificador, para separar este del evaporador D.

En la subsiguiente evaporación en el evaporador D, se evapora el producto completamente, tras lo cual, después de la evaporación completa, se abren las válvulas 14 y 19, para pasar el producto ahora en forma gaseosa, a la botella F. En esta ocasión se puede efectuar un control pesando mediante la báscula H esbozada esquemáticamente.

Tras el cierre de las válvulas, en el evaporador D reina la presión de vapor formada en último término por evaporación.

A continuación se abren de nuevo las válvulas 1, 3 y 8, tras lo cual fluye una vez más gas licuado profundamente congelado del crioestato A, al depósito B dosificador, y de nuevo, como se ha descrito, se efectúa una dosificación, tomándose en consideración el valor de la medición de la báscula G.

Tras el cierre de las válvulas recién abiertas y subsiguiente apertura de las válvulas 4, 5, 6, 14 y 17 se saca a presión la cantidad dosificada de gas licuado profundamente congelado, con la presión reinante en el evaporador D, desde el depósito dosificador al otro evaporador E, acto seguido se cierran de nuevo las válvulas. A continuación se evapora el gas licuado profundamente congelado, en el evaporador E, tras lo cual después de la evaporación completa, se abren las válvulas 15 y 19, y una vez más se puede llenar un depósito o la botella F. Después de un control mediante la báscula H, se cierran de nuevo las válvulas, de manera que ahora los evaporadores y el depósito dosificador están bajo una presión correspondientemente superior que al comienzo del procedimiento. Tan pronto esta presión, y en especial la presión en el depósito dosificador, sobrepase la presión en el crioestato, ya no se logra sin más, provocar un llenado reiterado del depósito dosificador recurriendo a la presión geodésica. Por lo tanto se tiene que llevar a cabo aquí una reducción estrangulada de la presión, partiendo de que, después del vaciado últimamente descrito, el depósito dosificador está bajo la presión del evaporador D. A continuación se abren las válvulas 7, 9 y 12, tras lo cual, en el intercambiador de calor del licuador, se enfría lo más posible el producto en forma gaseosa, mediante producto líquido, de manera que la presión se reduzca en forma correspondiente, y en el estrangulamiento se obtenga en la válvula 9, el nivel correcto de vapor.

Después de una compensación precedente de presión, es posible de nuevo el llenado del depósito dosificador, con la presión geodésica. Pero para hacer posible a continuación un paso de la cantidad dosificada de gas licuado profundamente congelado, del depósito dosificador al evaporador D, este se tiene que llevar de nuevo como evaporador a llenar, a un nivel de presión que sea menor que el nivel de presión todavía disponible, el cual está disponible en el otro evaporador para la extracción a presión del depósito dosificador. Con otras palabras, esto quiere decir que también el siguiente evaporador a llenar, en este caso el evaporador D, se tiene que someter a una compensación correspondiente de presión, y de igual manera que el depósito B dosificador, se tiene que llevar en forma apropiada a la presión en el volumen de gas del crioestato A, o menor que ella. Esto se logra mediante la apertura de las válvulas 14 y 17, así como en cada caso por el volumen, mediante la apertura de la válvula 8, bajo expansión inmediata de retorno al volumen de gas del crioestato A, o mediante apertura de la válvula 7 y retroceso a través del licuador.

Después de la siguiente alimentación del depósito dosificador en la forma descrita, mediante la apertura de las válvulas 4 y 6 así como 16, se puede recabar de nuevo la presión que queda en el evaporador E, para sacar a presión la cantidad dosificada de gas licuado al evaporador D, tras lo cual se sigue procediendo como ya se ha descrito antes..

En el caso del respectivo estrangulamiento, o en el caso de la reducción de presión en el licuador, mediante la apertura de la válvula 13, se conduce líquido sobreenfriado, de la parte superior del licuador a la zona del intercambiador de calor del licuador. Mediante la apertura de las válvulas 11 y 12 se consigue una compensación de presión entre el licuador C y el crioestato A, tras lo cual, mediante la apertura de las válvulas 1 y 2, se restituye de nuevo el proceso a su estado inicial, que permite ciclos reiterados.

Claims (7)

1. Procedimiento para la compresión cíclica sin pistón de la fase gaseosa de gases licuados profundamente congelados, caracterizado porque gases licuados profundamente congelados se pasan a un depósito (B) dosificador, y una cantidad dosificada se alimenta a un evaporador (D), después de lo cual se envasa la cantidad de gas evaporada o se inyecta en una red (F) de distribución, tras lo cual se llena de nuevo el depósito (B) dosificador con gas líquido y la presión en el último evaporador (D, E) empleado, se recaba para sacar a presión el gas líquido del depósito (B) dosificador a otro evaporador (E), alimentándose cíclicamente en cada caso desde el depósito (B) dosificador, evaporadores (D, E) distintos uno de otro, y reduciendo la presión en el recipiente (B) dosificador, así como en caso necesario en el respectivo evaporador (D, E) a llenar, antes de una reiterada introducción de una cantidad dosificada del gas licuado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la caída de presión se reduce desde el recipiente (B) dosificador o desde el evaporador (D, E), mediante un estrangulamiento (10, 11) al volumen de gas del depósito (A), a un consumidor (F), o a la atmósfera.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la reducción de presión se efectúa como estrangulamiento (9), en un licuador (C).

4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque la licuación (C) y la reducción de la presión, se efectúan rociando gas licuado y subsiguiente condensación de mezcla, siendo también posible una condensación de mezcla, conduciendo el gas a través de la fase líquida del depósito (A).

5. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la cantidad dosificada en el depósito (B) dosificador, se determina de preferencia por pesado (G).

6. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la cantidad de gas a presión embotellada, se mide, en especial se pesa.

7. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los depósitos (A, B), el licuador (C) y las tuberías, se enfrían antes del comienzo de la primera evaporación.