ES2895998T3 - Método y sistema de suministro de hidrógeno - Google Patents

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Abstract

Un método para suministrar hidrógeno adicional a una conducción (2) de hidrógeno desde una caverna (3) de sal para ayudar a satisfacer la demanda de hidrógeno del cliente, comprendiendo dicho método: extraer una corriente (38) de hidrógeno en bruto de la caverna (3) de sal a un primer caudal que ayudará a satisfacer la demanda del cliente, conteniendo la corriente (38) de hidrógeno en bruto contaminantes transmitidos por la caverna (3) de sal de tal forma que la corriente (38) de hidrógeno en bruto contenga al menos uno de los contaminantes a un nivel superior al permitido por una especificación de pureza del producto del hidrógeno en la conducción (2); caracterizado por que el método comprende además extraer una porción de hidrógeno del hidrógeno contenido en la conducción (2) para formar una corriente (40) de dilución de hidrógeno cuando el suministro es menor que la demanda, conteniendo la corriente (40) de dilución de hidrógeno cada uno de los contaminantes a una concentración menor de la de la especificación de pureza del producto; mezclar la corriente (40) de dilución de hidrógeno con la corriente (38) de hidrógeno en bruto para diluir la corriente (38) de hidrógeno en bruto y formar de este modo una corriente (42) de producto de hidrógeno que tiene niveles de contaminantes inferiores a la corriente (38) de hidrógeno en bruto; controlar un segundo caudal de la corriente (40) de dilución de hidrógeno de modo que los contaminantes estén presentes en la corriente (42) de producto de hidrógeno en o por debajo de la especificación de pureza del producto; e introducir al menos parte de la corriente (42) de producto de hidrógeno en la conducción (2) para suministrar el hidrógeno adicional a la conducción (2).

Description

DESCRIPCIÓN
Método y sistema de suministro de hidrógeno
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método y sistema de suministro de hidrógeno para suministrar hidrógeno adicional a una conducción de hidrógeno desde una caverna de sal para ayudar a satisfacer la demanda de hidrógeno de un cliente. Más especialmente, la presente invención se refiere a un método y sistema de este tipo en el cual el hidrógeno almacenado se retira de la caverna de la sal en forma de una corriente de hidrógeno en bruto que después de eso se diluye con hidrógeno de mayor pureza de la conducción para formar una corriente de producto de hidrógeno en o por debajo de una especificación de pureza del producto.
Antecedentes de la invención
El hidrógeno se suministra a los clientes conectados a un sistema de conducciones de hidrógeno. De forma típica, el hidrógeno se fabrica mediante reformado de metano con vapor, en la que un hidrocarburo y vapor se hacen reaccionar a alta temperatura para producir un gas de síntesis que contiene hidrógeno y monóxido de carbono. El hidrógeno se separa del gas de síntesis para producir una corriente de producto de hidrógeno que se introduce en el sistema de conducciones para su distribución a los clientes que están conectados al sistema de conducciones. Alternativamente, el hidrógeno producido a partir de la oxidación parcial de un hidrocarburo se puede recuperar de una corriente rica en hidrógeno. De forma típica, el hidrógeno se suministra a los clientes según contratos que exigen disponibilidad y tiempos de funcionamiento para la planta de reformado de metano con vapor o de recuperación de hidrógeno. Cuando una planta de reformado de metano con vapor se pone fuera de línea debido a un mantenimiento no planificado o prolongado, el resultado podría ser una infracción de dichos contratos. Adicionalmente, existen casos en los que la demanda del cliente puede superar la capacidad de producción de hidrógeno de las plantas existentes. Es por tanto deseable disponer de una instalación de almacenamiento para suministrar hidrógeno de respaldo a las conducciones de suministro en lo que respecta al funcionamiento de las conducciones de hidrógeno. Teniendo en cuenta que las plantas de producción de hidrógeno tienen, de media, capacidades de producción que son de aproximadamente 50 millones de pies cúbicos estándar al día, una instalación de almacenamiento de hidrógeno que permitiera que una planta se pusiera fuera de línea, para que fuera eficaz, debería tener una capacidad de almacenamiento de aproximadamente 1.000 millones de pies cúbicos estándar o mayor.
La importante capacidad de almacenamiento se puede conseguir mediante cavernas de sal para almacenar el hidrógeno bajo tierra. El hidrógeno, así como otros gases, se han almacenado en cavernas de sal. Las cavernas de sal son grandes huecos subterráneos que se han formado por adición de agua dulce a la sal subterránea, creando de esta forma salmuera, lo que frecuentemente se denomina como minería en solución. Las cavernas son habituales en los estados del golfo de Estados Unidos donde la demanda de hidrógeno es especialmente elevada. Dicho almacenamiento de hidrógeno se ha realizado donde no hay requisitos de pureza o se aplican requisitos menos rigurosos (<96 % de pureza) al producto de hidrógeno. En ese caso, el hidrógeno almacenado procedente de la caverna de sal simplemente se retira de la caverna de sal sin procesamiento adicional. El almacenamiento de hidrógeno también se ha producido cuando existen requerimientos de pureza más estrictos para el hidrógeno dentro de la conducción y, por lo tanto, para el hidrógeno que se ha almacenado previamente en la caverna de sal que se va a introducir en la conducción. Para cumplir con los requisitos de pureza más estrictos, el hidrógeno almacenado que se retira de la conducción debe procesarse adicionalmente para eliminar los contaminantes que se han transmitido al hidrógeno almacenado en virtud de su almacenamiento dentro de la caverna de sal. Por ejemplo, la patente US-7.078.011 describe una unidad de adsorción por oscilación de temperatura para eliminar dióxido de carbono y agua de una corriente de hidrógeno que se ha almacenado en una caverna de sal para producir una corriente de producto de hidrógeno que tiene el nivel de impurezas del dióxido de carbono y vapor de agua en o por debajo de la especificación de pureza del producto. Dicha corriente de producto de hidrógeno purificado se puede introducir después nuevamente en la conducción. Sin embargo, la implementación del equipo de purificación puede aumentar sustancialmente el coste y la complejidad del funcionamiento de una caverna de almacenamiento de hidrógeno.
En el documento US-2005/220704 A1 se describe un método para suministrar hidrógeno adicional a una conducción de hidrógeno desde una caverna de sal para ayudar a satisfacer la demanda de hidrógeno del cliente, comprendiendo dicho método:
extraer una corriente de hidrógeno en bruto de la caverna de sal a un primer caudal que ayudará a satisfacer la demanda del cliente, conteniendo la corriente de hidrógeno en bruto contaminantes transmitidos por la caverna de sal de tal forma que la corriente de hidrógeno en bruto contenga al menos uno de los contaminantes a un nivel superior al permitido por una especificación de pureza de producto del hidrógeno en la conducción; e
introducir al menos parte de la corriente de producto de hidrógeno en la conducción para suministrar el hidrógeno adicional a la conducción.
Como se analizará, entre otras ventajas de la presente invención, se describe un método y sistema para procesar hidrógeno que se ha almacenado en una caverna de sal, en el que el hidrógeno que se va a reintroducir en la conducción ayudará a satisfacer la demanda del cliente de una manera que sea más rentable que los métodos descritos en la técnica anterior.
Sumario de la invención
En un primer aspecto, la presente invención es un método para suministrar hidrógeno adicional a una conducción de hidrógeno desde una caverna de sal para ayudar a satisfacer la demanda de hidrógeno del cliente como se define en la reivindicación 1.
En un segundo aspecto, la presente invención es un sistema de suministro para suministrar hidrógeno adicional a una conducción de hidrógeno desde una caverna de sal para ayudar a satisfacer la demanda de hidrógeno del cliente como se define en la reivindicación 9.
Las realizaciones preferidas de dicho método y sistema se definen en las reivindicaciones dependientes.
La presente invención requiere que el hidrógeno de la conducción de hidrógeno diluya la corriente de hidrógeno en bruto. La corriente de hidrógeno en bruto que se extrae de la caverna de sal se diluye hasta una pureza de producto aceptable para permitir alcanzar la demanda del cliente. Como se explicará, la corriente de hidrógeno en bruto no satisface únicamente la demanda del cliente sino que, también, se basa en la dilución con una porción predeterminada del hidrógeno procedente de la conducción de hidrógeno.
La presente invención utiliza un método para procesar una corriente de hidrógeno en bruto extraída del hidrógeno almacenado dentro de una caverna de sal. La corriente de hidrógeno en bruto se puede extraer a un caudal que satisfaga la demanda de hidrógeno en una conducción de hidrógeno. La corriente bruta contiene un nivel de pureza de hidrógeno por debajo de un nivel mínimo permitido por una especificación de pureza del producto. Una porción predeterminada de una corriente de producto de hidrógeno se extrae de la conducción de hidrógeno para mezclarla con la corriente de hidrógeno en bruto. La mezcla de la corriente de producto de hidrógeno y la corriente de hidrógeno en bruto tiene un nivel de pureza de producto aceptable adecuado para su reintroducción en la conducción y el uso corriente abajo. De esta manera, la presente invención ofrece un método más rentable y simplificado para operar una caverna de sal que contiene hidrógeno almacenado.
Breve descripción de los dibujos
Los objetivos y ventajas de la invención se comprenderán mejor a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferidas de la misma en relación con las figuras adjuntas, en donde los números indican las mismas características en toda la descripción y en donde:
La Figura 1 muestra un esquema incompleto de un proceso de mezclado para almacenar y suministrar hidrógeno a una conducción de hidrógeno que incorpora los principios de la presente invención; y
la Figura 2 muestra una lógica de control incorporada a un sistema de control que puede utilizarse para llevar a cabo un método según la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Como se utiliza en la presente memoria y en las reivindicaciones, todas las concentraciones se expresan en porcentajes volumétricos o en moles. Con referencia a la Figura 1, se ilustra una instalación 1 de almacenamiento y procesamiento de hidrógeno diseñada para extraer hidrógeno de una conducción 2 de hidrógeno en períodos de demanda baja del cliente y almacenar dicho hidrógeno dentro de una caverna 3 de sal como hidrógeno 4 almacenado. En los períodos en los que la demanda del hidrógeno excede las capacidades de la conducción 2 de hidrógeno para suministrar hidrógeno a los clientes, el hidrógeno 4 almacenado se extrae de la caverna 3 de sal y se usa para ayudar a satisfacer la demanda del cliente que no se puede suministrar de cualquier otra manera desde las instalaciones de producción que alimentan la conducción 2 de hidrógeno. De una manera que se describirá, se proporciona una red 5 de flujo de salida para extraer el hidrógeno 4 almacenado en la caverna 3 de sal y, después, procesar y reintroducir el hidrógeno así obtenido de la caverna 3 de sal de regreso a la conducción 2 de hidrógeno para proporcionar un suministro de hidrógeno adicional para ayudar a satisfacer la demanda del cliente. La capacidad de ayudar a satisfacer la demanda del cliente puede ser ventajosa cuando una o más instalaciones de generación de hidrógeno, tales como, por ejemplo, un reformador de metano con vapor, se pone fuera de línea o es necesario desviar el suministro de hidrógeno de un cliente en particular a otra aplicación de uso final, tal como, por ejemplo, una instalación de producción de alquitrán de aceite. Cabe señalar que incluso cuando la demanda de hidrógeno del cliente no es alta o cuando la demanda es alta, el hidrógeno 4 almacenado, después del procesamiento, puede venderse en aplicaciones comerciales y, por lo tanto, no todo el hidrógeno 4 almacenado extraído de la caverna 3 de sal se reintroduce necesariamente en la conducción 2 de hidrógeno.
Como es conocido en la técnica, la caverna 3 de sal se forma mediante minería en solución en la que el agua se inyecta a través de un conducto conocido como cadena 10 de salmuera. El agua disuelve la sal y la salmuera resultante de la operación de minería retorna a través del espacio anular (no se muestra) formado por la tubería 12 de revestimiento del pozo final u otro conducto entre la pared interna de la tubería 12 de revestimiento del pozo final y la pared externa de la cadena 10 de salmuera. Después de completar la operación de minería en solución, la salmuera residual de la caverna 3 de sal se puede retirar mediante la cadena 10 de salmuera por desplazamiento de presión resultado de la inyección de hidrógeno a través de la tubería de revestimiento final 12 y otro conducto. Una vez que el nivel de salmuera alcanza la parte inferior de la cadena 10 de salmuera, una sección superior 14 de la cadena 10 de salmuera se sella mediante la válvula 16 y una capa 20 de salmuera residual, también conocida como sumidero de salmuera, permanece en la parte inferior de la caverna 3 de sal.
Como también se conoce en la técnica, los contaminantes se introducirán invariablemente en el hidrógeno 4 almacenado, lo que hace que el hidrógeno 4 almacenado en la caverna 3 de sal ya no cumpla las especificaciones de pureza del producto de la conducción preestablecida. La contaminación puede estar en forma de una mezcla de varios hidrocarburos ligeros, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y vapor de agua que se introduce en el hidrógeno 4 almacenado desde las paredes de la caverna 3 de sal y la capa 20 de salmuera residual. Como ejemplo, aunque el hidrógeno introducido en la caverna 3 de sal puede tener una pureza de hidrógeno de aproximadamente 99,99 %, la pureza del hidrógeno 4 almacenado disminuirá a menos de aproximadamente 99,99 % debido a la introducción de los siguientes contaminantes: monóxido de carbono y dióxido de carbono mayor de aproximadamente 1 ppmv; nitrógeno y argón menor de aproximadamente 100 ppmv; contaminación total de hidrocarburos (“THC” ) mayor de aproximadamente 1 ppmv; contaminación con oxígeno menor de aproximadamente 1 ppmv; vapor de agua mayor de aproximadamente 1 ppmv; y sulfuro de hidrógeno de aproximadamente 1 ppmv.
La especificación de pureza del producto para el hidrógeno que se va a extraer de la conducción 2 de hidrógeno está establecida típicamente por las necesidades del usuario final y, generalmente, será mayor de aproximadamente 95 % de pureza de hidrógeno. Las especificaciones de pureza del producto pueden variar entre aproximadamente 97 % y aproximadamente 98 % y, en algunos casos, pueden ser mayores que aproximadamente 99 %. La especificación de pureza del producto para la conducción de hidrógeno depende de los anteriores requisitos del usuario final y, por lo tanto, la pureza del hidrógeno para dichos propósitos puede ser mayor de aproximadamente 99,99 %, con una especificación de nitrógeno y argón menor de aproximadamente 100 ppmv y el resto de los contaminantes menor de aproximadamente 1 ppmv.
Cuando la demanda del cliente por el hidrógeno, suministrado mediante la conducción 2 de hidrógeno es baja, o por cualquier motivo, la producción supera la demanda, la corriente 30 de hidrógeno se puede retirar de la conducción 2 de hidrógeno e introducirse dentro de la caverna 3 de sal. En este sentido, una válvula 56 de derivación se fija en una posición cerrada, una válvula 35 se fija en una posición abierta y una válvula 44 de control, que se describirá más adelante, se fija en una posición cerrada para permitir que la corriente 30 de hidrógeno se comprima en un compresor 32 de hidrógeno para producir una corriente 34 de hidrógeno comprimido. El compresor 32 de hidrógeno es, típicamente, un compresor que tiene un pistón de movimiento alternante que comprime la corriente 30 de hidrógeno extraída de la conducción 2 de hidrógeno. El compresor 32 se controla convencionalmente para mantener la presión de entrada a una presión de succión objetivo para mantener el funcionamiento energéticamente eficiente del compresor 32. Aunque no se ilustra, el compresor 32 de hidrógeno puede incorporar convencionalmente una serie de etapas con enfriamiento interetapa entre etapas y un posenfriador para eliminar el calor de compresión.
La corriente 34 de hidrógeno comprimido se introduce en la caverna 3 de sal para formar el hidrógeno 4 almacenado. La corriente 34 de hidrógeno comprimido fluye por un conducto 36 conectado a una válvula 37 del cabezal de transferencia del pozo y a continuación al interior de un área de flujo anular (no se muestra) dentro de la tubería 12 de revestimiento del pozo final (entre el interior de la tubería 12 de revestimiento del pozo final y la cadena 10 de salmuera) desde la que la corriente 34 de alimentación de hidrógeno comprimido entra en la caverna 3 de sal. La válvula 37 del cabezal del pozo permanece típicamente en una posición abierta. En la realización ilustrada, la corriente 34 de hidrógeno comprimido que entra en la caverna 3 de sal se comprime, preferiblemente, a una presión por encima de la presión de la conducción en el interior de la conducción 2 de hidrógeno y, como resultado, el hidrógeno 4 almacenado tiene una presión de caverna que está por encima de la presión de la conducción. Aunque no se muestra, la cantidad de la corriente 34 de hidrógeno comprimido comprimida con el compresor 32 puede determinarse mediante instrumentación ubicada a la entrada del compresor 32. Por ejemplo, el flujo puede medirse mediante un medidor de diafragma, que se corrige a continuación según la presión y temperatura medidas. Dicha instrumentación también puede proporcionar una base para evaluar la integridad del compresor 32, tal como, por ejemplo, la detección de fugas. Además, la presión de la caverna se puede controlar y medir con un transductor de presión ubicado dentro del conducto 36 a través del cual fluye la corriente 34 de alimentación comprimida hacia el interior de la caverna 3 de sal. El fluxímetro también se puede ubicar a la entrada de la caverna 3 de sal para determinar la cantidad de hidrógeno inyectado en la caverna 3 de sal.
Cuando una instalación de generación de hidrógeno se desconecta por cualquier razón o cuando la demanda de hidrógeno por parte de los clientes supera de cualquier otra manera las capacidades de producción disponibles, el hidrógeno 4 almacenado puede extraerse de la caverna 3 de sal para ayudar a satisfacer la demanda del cliente. La red 5 de flujo de salida se proporciona a dichos fines e incluye las siguientes ramas: “A” para el flujo de una corriente 38 de hidrógeno en bruto; “ B” para el flujo de una corriente 40 de dilución de hidrógeno; y “ C” para el flujo de una corriente 42 de producto de hidrógeno. Como se utiliza en la presente memoria y en las reivindicaciones, el término “ ramas” significa rutas de flujo dentro de la red 5 de flujo de salida que están formadas por conductos adecuados. Dichos conductos se colocarán para conducir el flujo de las corrientes anteriormente mencionadas dentro de la red 5 de flujo de salida como se ilustra. La red 5 de flujo de salida se pone en uso al ajustar la válvula 35 en una posición cerrada y una corriente 38 de hidrógeno en bruto formada a partir del hidrógeno 4 almacenado fluye a través de una primera rama “A” de la red 5 de flujo de salida al ajustar una válvula 41 de control contenida en dicha rama a una posición abierta. De una manera que se describirá, la válvula 41 de control se controla de manera que la corriente 38 de hidrógeno en bruto tenga un primer caudal que ayudará a satisfacer la demanda del cliente.
La corriente 38 de hidrógeno en bruto, por las razones descritas anteriormente, tendrá un nivel más alto de contaminantes que la especificación del producto de hidrógeno y, por lo tanto, se procesa por dilución con una corriente 40 de dilución de hidrógeno que se introduce en una segunda rama “ B” de la red 5 de flujo de salida. Como se ilustra, la segunda rama “ B” se conecta a la primera rama “A” por medio de un accesorio en T o similar. Un segundo caudal de la corriente 40 de dilución de hidrógeno se controla por una válvula 44 de control de flujo ubicada en la segunda rama “ B” . Dependiendo de la presión de la corriente 38 de hidrógeno en bruto, la corriente 40 de dilución de hidrógeno puede formarse a partir de la corriente 34 de hidrógeno comprimido al operar el compresor 32 en ese momento o, alternativamente, sin el compresor 32, abriendo la válvula 56 de derivación con el compresor 32 apagado. Cuando la presión en la caverna es baja, la presión de la conducción dentro de la conducción 2 de hidrógeno puede ser suficiente para mezclar la corriente 40 de dilución de hidrógeno con la corriente 38 de hidrógeno en bruto. Cabe señalar que es posible llevar a cabo una realización de la presente invención en la cual la presión de la caverna no sería suficiente para extraer la corriente 38 de hidrógeno en bruto hacia el recipiente 46 de mezclado para mezclarla con la corriente 40 de dilución de hidrógeno. En dicha realización se puede usar un compresor adicional (no se muestra) para comprimir la corriente 38 de hidrógeno en bruto que se extrae de la caverna 3 de sal hasta una presión por encima de la presión de la conducción.
Dentro de la red 5 de flujo de salida, un recipiente 46 de mezclado se conecta a la primera y segunda ramas “A” y “ B” de manera que la corriente 40 de dilución de hidrógeno se mezcla con la corriente 38 de hidrógeno en bruto dentro del recipiente 46 de mezclado, y se produce una corriente 42 de hidrógeno de producto que se introduce en una tercera rama “ C” conectada a la conducción 2 de hidrógeno. Puede usarse cualquier dispositivo adecuado conocido en la técnica para mezclar gases. El recipiente 46 de mezclado puede ser un mezclador de gas que tenga deflectores para aumentar la turbulencia de los gases para mejorar el mezclado. Alternativamente, el recipiente 46 de mezclado puede ser un colector de la conducción con o sin elementos de mezclado colocados selectivamente que crea una ruta de flujo de gas tortuoso para mejorar el mezclado en la cual la corriente 40 de dilución de hidrógeno y la corriente 38 de hidrógeno en bruto pueden fluir en corriente paralela o en contracorriente entre sí. Cabe señalar que el mezclado necesario en la presente invención también puede llevarse a cabo sin el uso de un recipiente 46 de mezclado.
Es importante señalar que las instalaciones de generación de hidrógeno, tales como los reformadores de metano con vapor, formarán generalmente hidrógeno en la conducción que tenga tiene niveles de contaminante significativamente menores que la especificación de pureza del producto. En consecuencia, la corriente 40 de dilución de hidrógeno, compuesta a partir del hidrógeno de la conducción, tenderá a tener niveles de contaminantes que sean suficientemente inferiores a la corriente 38 de hidrógeno en bruto para asegurar que la corriente 38 de hidrógeno en bruto pueda diluirse a o por debajo de la especificación de pureza del producto. En este sentido, la corriente 40 de dilución de hidrógeno contendrá contaminantes a niveles no mayores que aproximadamente 80 por ciento de la especificación. Son típicos niveles de contaminantes dentro del hidrógeno que fluye por la conducción 2 de hidrógeno que son aproximadamente el 50 por ciento de los niveles de contaminante en la especificación de pureza del producto de hidrógeno. Como puede apreciarse, mayores niveles de contaminante en la corriente 40 de dilución de hidrógeno producirán una disminución en la capacidad de usar el hidrógeno 4 almacenado porque disminuye la capacidad de diluir el hidrógeno 4 almacenado para formar una corriente 42 de producto de hidrógeno.
Como se ha mencionado anteriormente, el compresor 32 puede usarse para formar una corriente 40 de dilución de hidrógeno. La cantidad de compresión dependerá al menos parcialmente de la presión de la corriente 38 de hidrógeno en bruto para asegurar que la corriente 40 de dilución de hidrógeno se presuriza lo suficiente como para mezclarse con la corriente 38 de hidrógeno en bruto. En este sentido, se abriría una válvula de control (no se muestra) para permitir que una porción del hidrógeno de la conducción 2 de hidrógeno se dirija a la entrada del compresor 32. La válvula 56 de derivación se cerraría para que la corriente 30 de hidrógeno se alimentara a la entrada del compresor 32. El compresor 32 incluye un posenfriador, que puede emplearse para eliminar el calor de compresión. El posenfriador es un dispositivo conocido en la técnica que consiste en un intercambiador de calor que usa agua de enfriamiento y un ventilador de extracción. La eliminación de calor de la corriente 40 de dilución de hidrógeno comprimido puede llevarse a cabo para lograr una temperatura que sea sustancialmente la misma que la corriente 38 de hidrógeno en bruto para minimizar los errores entre los caudales esperados y medidos. Para los propósitos que se describirán, el segundo caudal de la corriente 40 de dilución de hidrógeno se mide mediante un transductor 76 de flujo. El transductor 76 de flujo, de una manera conocida en la técnica, puede compensar opcionalmente los efectos de temperatura y presión a través de las mediciones de temperatura y presión realizadas por transductores de presión y temperatura (no se muestran).
Alternativamente, si la presión de la conducción de hidrógeno es suficientemente alta, en comparación con la presión de caverna dentro de la caverna 3 de sal, la corriente 40 de dilución de hidrógeno puede formarse a partir de la conducción 2 de hidrógeno mediante el flujo libre del hidrógeno directamente desde la conducción 2 de hidrógeno al recipiente 46 de mezclado sin un compresor 32. Como también se ha mencionado anteriormente, la válvula 56 de derivación se fija en una posición abierta para dichos fines. La compresión de la corriente 42 de producto puede comprimirse, si es necesario, para asegurar que la corriente 42 de producto esté suficientemente presurizada para introducirse en la conducción 2 de hidrógeno.
Una opción adicional, cuando el compresor 32 no se usa para formar la corriente 40 de dilución de hidrógeno, es regular la corriente 38 de hidrógeno en bruto de manera que la corriente 38 de hidrógeno en bruto experimente una caída de presión para garantizar el mezclado de la corriente 38 de hidrógeno en bruto con la corriente 40 de dilución de hidrógeno en el recipiente 46 de mezclado. En este punto, en la mayoría de los casos, la expansión de la corriente 40 de dilución de hidrógeno al entrar en el recipiente 46 de mezclado dará como resultado un aumento de la temperatura debido a su coeficiente de Joule Thompson negativo. Como resultado, se puede eliminar el calor de la corriente 40 de dilución de hidrógeno para garantizar la medición y el control exactos de su caudal antes del mezclado con la corriente 38 de hidrógeno en bruto. De nuevo, las mediciones del caudal de la corriente 40 de dilución de hidrógeno con el transductor 76 de flujo pueden compensar dichos efectos de la temperatura a través de las mediciones de temperatura realizadas con transductores de temperatura (no se muestran). Después de producirse el mezclado en el recipiente 46 de mezclado, la corriente 42 de producto puede comprimirse, si es necesario, para permitir la reintroducción de la corriente 42 de producto en la conducción 2 de hidrógeno.
Debe indicarse además que se contemplan realizaciones de la presente invención en las que uno o más contaminantes pueden extraerse de la corriente 38 de gas de hidrógeno en bruto antes de mezclar y/o después de mezclar con la corriente 40 de dilución de hidrógeno. Por ejemplo, el vapor de agua puede eliminarse de la corriente 38 de hidrógeno en bruto en una unidad de condensación antes de mezclarse con la corriente 40 de dilución de hidrógeno en el recipiente 46 de mezclado. Sin embargo, en la realización ilustrada, la cantidad de hidrógeno contaminado necesaria se extrae ventajosamente de la caverna 3 de sal como corriente 38 de hidrógeno en bruto para satisfacer la demanda de producción sin necesidad de eliminar ningún contaminante contenido en la misma.
Preferentemente, el control de los caudales de la corriente 38 de hidrógeno en bruto y la corriente 40 de dilución de hidrógeno se automatizan mediante un sistema 13 de control. El sistema 13 de control puede adoptar muchas formas que se conocen en la técnica. No se prefiere ninguna forma concreta para dicho control con el fin de llevar a la práctica la presente invención. Por ejemplo, un sistema de control de supervisión puede incorporar control de supervisión y software de adquisición de datos que se pueden obtener de fuentes diversas. Dichos programas informáticos pueden residir en un ordenador dedicado que interactúa en una red de área local con un sistema de control automatizado tal como, por ejemplo, un sistema de control que incorpora un modelo de control predictivo u otro control automatizado menos sofisticado. Conectados al sistema de control de supervisión se encuentran los controladores 62 y 74 para los cuales el sistema de control de supervisión establece objetivos. Los controladores 62 y 74 podrían ser controladores proporcionales, integrales o diferenciales, cada uno de los cuales es bien conocido en la técnica y que se puede obtener de diversos proveedores. Adicionalmente, todas las conexiones eléctricas mencionadas anteriormente con respecto a dicho control u otros controladores mencionados en la presente descripción pueden ser señales cableadas o de radio. A su vez, los controladores 62 y 74 controlan las válvulas 41 y 44 de control del flujo, respectivamente y, por lo tanto, el primero y segundo caudales.
También se proporcionan bancos analizadores 81 y 82. Las mediciones de la concentración de impurezas se realizan mediante los bancos analizadores 81 y 82. El sistema 13 de control, de una manera que se describirá, establece los objetivos de caudal para los controladores 62 y 74 sobre la base de las mediciones de concentración de impurezas dentro de la corriente 38 de hidrógeno en bruto y la corriente 30 de hidrógeno. El banco analizador 81 mide el nivel de pureza del hidrógeno y la concentración de impurezas dentro de la corriente 30 de hidrógeno. El banco analizador 82 mide la concentración de hidrógeno y los varios contaminantes (p. ej., H2, THC, H2S, H2O, CO2/CO, O2 y O2) de la corriente 38 de hidrógeno en bruto. Aunque no se ilustra, los diseños adecuados basados en microprocesadores de los analizadores 81 y 82 pueden corregir la temperatura y la presión, mejorando así la precisión de detección de los elementos detectores de los analizadores 81 y 82. Los analizadores 81 y 82 pueden comprender cualquier tipo adecuado de elemento detector como se conoce en la técnica. Por ejemplo, se pueden emplear elementos detectores electroquímicos.
Se proporciona una línea 83 de muestra para alimentar una muestra de la corriente 30 de hidrógeno a cada elemento detector (p. ej., H2, THC, H2S, H2O, CO2/CO, N2 y O2) que está contenido en el banco analizador 81. Cada una de estas impurezas se difunde al interior del elemento detector y cada uno de los detectores experimentan una reacción electroquímica en la cual se genera corriente. La cantidad de corriente eléctrica generada es proporcional a la cantidad de contaminantes presentes en cada uno de los detectores. Una señal atribuible a la concentración de impurezas medida se transmite a continuación a través de la conexión eléctrica 86 desde el banco analizador 81 al sistema 13 de control. Similarmente, el banco analizador 82 está configurado para medir el hidrógeno y la contaminación de impurezas contenidas en la corriente 38 de hidrógeno en bruto. La línea 84 de muestra alimenta una muestra de la corriente 38 de hidrógeno en bruto a cada elemento detector contenido en el banco analizador 82. Una señal atribuible a la concentración de impurezas medida se transmite a continuación a través de la conexión eléctrica 85 desde el banco analizador 82 al sistema 13 de control. El muestreo de la corriente 38 de hidrógeno en bruto pretende ser una medición representativa de la composición del hidrógeno y de los contaminantes del hidrógeno 4 almacenado. Alternativamente, una sonda analizadora (no se muestra) u otra instrumentación adecuada como es conocido en la técnica se puede introducir directamente en la tubería 12 de revestimiento del pozo para medir el nivel de pureza de hidrógeno y el resto de contaminantes del hidrógeno 4 almacenado dentro de la caverna 3 de sal. Además, se entenderá que un solo analizador puede medir tanto la corriente 30 de hidrógeno como la corriente 38 de hidrógeno en bruto.
También se proporciona una línea 88 de muestra para medir cada una de las impurezas THC, H2S, H2O, CO2/CO, N2 y O2 contenidas en la corriente 42 de producto de hidrógeno mediante el banco analizador 82. Una señal atribuible al hidrógeno y las señales correspondientes a los niveles de contaminantes se transmiten a través de la conexión eléctricas 85 desde el analizador 82 hasta el sistema 13 de control.
El hidrógeno 4 almacenado se extrae de la caverna 3 de sal en forma de una corriente 38 de hidrógeno en bruto. En este sentido, el caudal de la corriente 38 de hidrógeno en bruto se regula a un valor de punto de consigna predeterminado por una válvula 41 de control. El controlador 62 controla el grado de apertura de la válvula 41 de control mediante la conexión eléctrica 60 de manera que el caudal de la corriente 38 de hidrógeno en bruto se regula a un caudal objetivo Fc establecido por un nivel de control de supervisión proporcionado por un sistema 13 de control. Este caudal objetivo es el caudal que debe añadirse a la conducción 2 de hidrógeno para ayudar a satisfacer el aumento de la demanda. Un transductor 70 de flujo, conectado al controlador 62 mediante una conexión eléctrica 66, proporciona una señal al controlador 62 que es atribuible al caudal de la corriente 38 de hidrógeno en bruto y el controlador 62 regula el grado de apertura de la válvula 41 de control de manera que el flujo de la corriente 38 de hidrógeno en bruto alcance el caudal objetivo. El controlador 62 y el sistema 13 de control están conectados entre sí mediante una conexión eléctrica 64 de manera que el controlador 62 pueda recibir la señal de caudal objetivo desde el sistema 13 de control. Un controlador 74 que responde a un caudal objetivo para la corriente 40 de dilución de hidrógeno que se calcula mediante el sistema 13 de control opera la válvula 44 de control a través de la conexión eléctrica 77. Un transductor 76 de flujo genera una señal atribuible al caudal de la corriente 40 de dilución de hidrógeno que se alimenta al controlador 74 como entrada a través de la conexión eléctrica 78 y el controlador 74 controla el funcionamiento de la válvula 44 de control de manera que el caudal de la corriente 40 de dilución de hidrógeno está en el nivel de caudal objetivo. El controlador 74 se conecta al sistema 13 de control a través de la conexión eléctrica 72 para recibir una señal atribuible al caudal objetivo de la corriente 40 de dilución de hidrógeno. El caudal objetivo que genera el sistema 13 de control es el caudal que asegurará la dilución necesaria del uno o más contaminantes de la corriente 38 de hidrógeno en bruto para producir una corriente 42 de producto de hidrógeno que tiene una especificación de pureza del producto que puede reintroducirse en la conducción 2 de hidrógeno.
Con referencia a la Figura 2, se ilustra un diagrama 200 lógico de control que se ha incorporado al sistema de control 13. En esta realización, la deficiencia en la demanda de hidrógeno se introduce y lee en el sistema 13 de control en la etapa 210. Esta deficiencia de demanda de hidrógeno establece el caudal (Fc) de la corriente 38 de hidrógeno en bruto a retirar de la caverna 3 de sal. Cabe señalar que la presente invención también puede hacerse funcionar para ayudar a satisfacer la demanda del cliente, de manera que la corriente 38 de hidrógeno en bruto se extrae a un caudal predeterminado de la caverna 3 de sal de manera predictiva, lo que puede satisfacer o no la deficiencia en la demanda de hidrógeno.
Se introducen la composición de hidrógeno objetivo y los límites contaminantes para la corriente 42 de producto de hidrógeno y el sistema 13 de control lee estos valores. Como se ha mencionado anteriormente, las concentraciones de hidrógeno e impurezas en la conducción 2 de hidrógeno y en la corriente 38 de hidrógeno en bruto se muestrean mediante los analizadores 81 y 82, respectivamente, y después de eso se transmiten como valores de entrada al sistema 13 de control.
A continuación, se realizan controles de integridad, en la etapa 220, para asegurar que las lecturas actuales del analizador 81 y 82 son fiables y precisas antes de usarlas en cálculos posteriores. Se realizan cuatro controles de integridad, cada uno de los cuales debe tener un resultado positivo. El primer control de integridad requiere que el sistema 13 de control calcule una desviación estándar basada en la lectura actual y los datos históricos que usan un método de suma de cuadrados, como es generalmente conocido en la técnica. Después, la desviación estándar calculada se compara contra una desviación estándar mínima predeterminada para determinar si es mayor de la desviación estándar mínima predeterminada para confirmar si los analizadores 81 y 82 están funcionando correctamente. La desviación estándar mínima predeterminada es un valor introducido basado en datos históricos. Este valor depende típicamente de una variedad de factores entre los que se incluyen, por ejemplo, el analizador específico y la variación de concentración observada, típicamente, para cada uno de los contaminantes medidos en la instalación 1 de almacenamiento y procesamiento de hidrógeno. Una desviación estándar calculada menor que el mínimo predeterminado puede ser un indicador de que los detectores de los analizadores 81 y 82 no detectan la presencia de hidrógeno así como sus contaminantes respectivos. El sistema 13 de control también realiza dos controles de integridad para confirmar que dichas mediciones están por encima de un límite inferior de integridad del analizador y un límite superior de integridad del analizador para garantizar que los valores medidos estén dentro de un intervalo predeterminado que es típico para esa lectura medida. Los límites de integridad inferior y superior son valores arbitrarios típicamente introducidos por un usuario familiarizado con el comportamiento del proceso y del analizador. El cuarto control de integridad requiere que el sistema 13 de control calcule si hay un aumento porcentual desde la lectura actual hasta la lectura anterior y, de ser así, que determine si dicho aumento supera un valor predeterminado. Análogamente a las entradas de usuario anteriores, este valor predeterminado es un valor introducido arbitrario basado en una variedad de factores, que incluyen el analizador específico empleado y la variación de concentración típicamente observada para el hidrógeno y cada uno de los contaminantes medidos en la instalación 1 de almacenamiento y procesamiento de hidrógeno. Si se pasa cada uno de los cuatro controles de integridad, entonces el sistema 13 de control determina que los analizadores están funcionando correctamente y, por lo tanto, los datos son fiables para uso posterior en cálculos realizados por el sistema 13 de control.
Si se determina que uno o ambos analizadores 81 y 82 no pasan cada uno de los cuatro controles de integridad, entonces los últimos valores almacenados registrados en el sistema 13 de control para ese analizador respectivo 81 o 82 pueden usarse mientras se notifica a un técnico que resuelva la situación, como se muestra en la etapa 225 de la Figura 2. La lógica de control 200 puede limitar el número de veces que se permite el fallo de los controles de integridad antes de abortar el sistema de control automatizado del mezclado, y permitir la intervención manual para el mezclado requerido. Estas protecciones pueden garantizar que los analizadores 81 y 82 funcionen adecuadamente y no hayan experimentado ningún pico transitorio significativo ni perturbaciones del sistema. Suponiendo que se hayan validado los controles de integridad en la etapa 220 para los datos de concentración medidos mediante los analizadores 81 y 82, los valores medidos se consideran fiables. La lógica de control 200 pasa a la etapa 230 para calcular el caudal (Fp) de corriente 40 de dilución de hidrógeno necesario para mezclar con y diluir los contaminantes de la corriente 38 de hidrógeno en bruto que tiene un caudal objetivo Fc. En primer lugar, el sistema 13 de control determina un Fp necesario para diluir cada uno de los contaminantes contenidos en el hidrógeno 4 almacenado. Diferentes niveles de contaminantes pueden requerir niveles variables de Fp necesarios para diluir hasta la especificación de pureza del producto. En consecuencia, para cada contaminante que tiene un nivel de impureza que supera la especificación, el sistema 13 de control realiza un balance de materia general y un balance de materia contaminante para calcular el caudal (Fp) necesario para diluir el contaminante hasta una especificación de pureza del producto. El sistema 13 de control repite el cálculo para cada contaminante que tiene un nivel de impureza que supera la especificación de pureza del producto.
Después, el sistema 13 de control determina cuál de los contaminantes requiere la mayor dilución. En consecuencia, el caudal (Fp) de hidrógeno necesario de la conducción 2 de hidrógeno estará regido o dominado por la dilución necesaria para dicho contaminante. De esta manera, la lógica de control 200 calcula y determina el caudal (Fp) que se extraerá de la conducción 2 de hidrógeno para que la corriente 38 de hidrógeno en bruto, cuando se extrae del hidrógeno 4 almacenado en la caverna 3 de sal, tenga un nivel de contaminantes que es igual o menor al indicado en la especificación de pureza del producto, por lo cual cada uno de los contaminantes se diluye hasta al menos la especificación de pureza del producto.
Cuando la lógica de control 200 ha calculado el Fp necesario a extraer de la conducción 2 de hidrógeno, se determinan los niveles calculados para el hidrógeno y cada uno de los contaminantes (Xe , í) de la corriente 42 de producto de hidrógeno. En esta etapa, puede comenzar el proceso de mezclado. El sistema 13 de control transmite los caudales Fp y Fc objetivo a los controladores 74 y 62, respectivamente, como se muestra en la etapa 240. En particular, el controlador 74 recibe una señal atribuible al caudal objetivo Fp de la corriente 40 de dilución de hidrógeno a través de la conexión eléctrica 72, y el controlador 62 recibe una señal atribuible al caudal objetivo Fc de la corriente 38 de hidrógeno en bruto a través de la conexión eléctrica 64.
La corriente 40 de dilución de hidrógeno y la corriente 38 de hidrógeno en bruto se miden y controlan por sus respectivas válvulas 44 y 41 de control. La corriente 40 de dilución de hidrógeno y la corriente 38 de hidrógeno en bruto entran en el recipiente 46 de mezclado para mezclarse durante un período de tiempo predeterminado. Después de eso, la corriente mezclada surge como corriente 42 de producto de hidrógeno. Los detectores correspondientes del banco analizador 82 obtienen una medición física de la corriente 42 de producto de hidrógeno en la línea 88 de muestra. A continuación, se transmiten señales del banco analizador 82 al sistema 13 de control que son atribuibles al nivel de hidrógeno y a los niveles de impurezas en la corriente 42 de producto de hidrógeno. Los controles de integridad sobre cada una de las lecturas medidas de la corriente 42 de producto de hidrógeno se realizan como se ha descrito anteriormente. Si se pasa cada uno de los controles de integridad, el sistema 13 de control genera a continuación un error de modelo para el hidrógeno medido y cada contaminante medido, como se muestra en la etapa 245. El sistema 13 de control evalúa el error del modelo en la etapa 250. El error del modelo representa el error relativo entre la concentración medida y calculada de un componente en particular de la corriente 42 de producto de hidrógeno y se calcula como la desviación entre un valor conciliado y la composición esperada o calculada (según se determina con balances de materia anteriormente descritos). El valor conciliado es el producto de la lectura medida de corriente y el sesgo posterior o histórico (es decir, lectura medida de corriente * sesgo de arrastre). Como ejemplo, si el analizador de vapor de agua del banco analizador 82 lee históricamente un promedio del 10 % sobre el valor esperado, y la medición de corriente leída por el analizador 82 de vapor de agua es 1 ppmv, entonces se considera que el valor conciliado es el 90 % de la lectura medida (es decir, 0,9 ppmv) para tener en cuenta el sesgo del analizador 82 de vapor de agua. El sesgo puede estar basado en un error del modelo instantáneo o un promedio móvil de errores de modelo anteriores, que almacena el sistema 13 de control.
El sistema 13 de control almacena los errores de modelo calculados para el hidrógeno y cada contaminante y representan el sesgo actualizado que se puede usar para calcular el error del modelo para cada componente de la corriente 42 de producto de hidrógeno en el siguiente ciclo de cálculo. La frecuencia a la que el sistema 13 de control repite el ciclo de cálculo mostrado en la Figura 2 se puede programar para que se produzca en cualquier intervalo de tiempo, y se basa al menos parcialmente en la velocidad de variación de los caudales y composiciones de la corriente 30 de hidrógeno y la corriente 38 de hidrógeno en bruto. En un ejemplo, el sistema 13 de control repite el cálculo aproximadamente cada dos minutos.
Se debe observar que, para garantizar la fiabilidad de las mediciones tomadas en la corriente 42 de producto de hidrógeno, se puede obtener un promedio móvil de mediciones. En un ejemplo, el promedio móvil consiste en mediciones repetidas tomadas durante cinco minutos.
Si el error del modelo para el hidrógeno y cada contaminante están dentro de un límite aceptable, entonces la corriente 42 de producto de hidrógeno se exporta a la conducción 2 de hidrógeno, como se muestra en la etapa 260. Los límites aceptables para cada uno de los errores del modelo dependen del componente en particular que se está midiendo así como del sesgo del analizador. Por ejemplo, un límite aceptable para uno o más contaminantes sería un 10 % del error relativo, donde el error relativo se define como (valor conciliado - valor calculado)/(valor calculado) * 100 %.
Si el error del modelo está fuera de un límite aceptable, el sistema 13 de control puede enviar una alarma al operador. Además, puede proporcionarse una válvula de control para detener automáticamente el flujo de la corriente 42 de producto de hidrógeno para que no se vuelva a introducir en la conducción 2 de hidrógeno. La intervención manual del operador puede ser necesaria para aumentar la cantidad adicional de corriente 40 de dilución de hidrógeno necesaria para aumentar la pureza de la corriente 42 de producto de hidrógeno hasta al menos la especificación de pureza del producto. Dicha intervención manual puede ser necesaria cuando el sistema 13 de control está programado con restricciones que limitan la cantidad máxima de corriente 40 de dilución de hidrógeno incremental permitida para el sistema 13 de control sin intervención manual. En este caso, el medio de control podría ser una interfaz humana para permitir a un usuario observar las lecturas de presión, caudal y temperatura y transmitir manualmente valores de punto de consigna a los controladores 62 y 74. Si una o más de las condiciones de error no se cumple en la etapa 250, entonces el sistema 13 de control y los controladores 62 y 74 correspondientes se pueden abortar para resolver el motivo del importante error del modelo. Aunque la corriente 42 de producto de hidrógeno no esté dentro de la especificación de pureza del producto según se determina con los errores del modelo, se sigue pudiendo exportar manualmente a la conducción 2 de hidrógeno. La decisión de exportar manualmente la corriente 42 de producto de hidrógeno puede ser adecuada cuando el volumen de la corriente 42 de producto de hidrógeno es relativamente pequeño en comparación con el volumen de la conducción 2 de hidrógeno (p. ej., una relación de 1:8 de la corriente 42 de producto de hidrógeno a la corriente de conducción según el volumen) o la corriente 42 de producto de hidrógeno se desvía muy poco de la especificación de pureza del producto. En cualquier caso, la corriente 42 de producto de hidrógeno puede diluirse adecuadamente dentro de la conducción 2 de hidrógeno hasta la especificación de pureza del producto. Alternativamente, el cliente puede estar dispuesto a aceptar la corriente 42 de producto de hidrógeno cuando se notifica al cliente la posible variación en la pureza.
Cabe señalar que el sistema 13 de control usado para controlar el caudal de la corriente 40 de dilución de hidrógeno (Fp) puede funcionar con respecto a otros diversos tipos de métodos de control. Por ejemplo, puede usarse una metodología de control con realimentación pura en la cual se usa una estimación inicial para el caudal de la corriente 40 de dilución de hidrógeno dependiendo del caudal de la corriente 38 de hidrógeno en bruto retirada de la caverna 3 de sal. La estimación inicial puede basarse en una variedad de factores, tales como, por ejemplo, balance de materia general, valores de Fp almacenados previamente o en un modelo simulado usado para predecir Fp que es función de un caudal particular de la corriente 38 de hidrógeno en bruto. La corriente 42 de producto de hidrógeno puede medirse y, después de eso, el caudal de la corriente 40 de dilución de hidrógeno puede aumentarse o disminuir gradualmente proporcionalmente, de forma manual, hasta que se alcance la composición deseada de la corriente 42 de producto de hidrógeno. Después, la corriente 38 de hidrógeno en bruto extraída de la caverna 3 de sal puede aumentarse aún más incrementalmente y el caudal de la corriente 40 de dilución de hidrógeno puede aumentarse en correspondencia, ambos de los cuales se pueden producir simultáneamente hasta alcanzar el caudal Fc deseado. Debido al lento aumento al que se puede observar el cambio en la concentración de los diversos contaminantes en esta instalación 1 de almacenamiento y procesamiento de hidrógeno en particular, son posibles los ajustes correctos y amplia respuesta frente al tiempo, volviendo por lo tanto dicha metodología de control por retroalimentación un método viable. De esta manera, el caudal Fp de la corriente 40 de dilución de hidrógeno se regula y se ajusta con precisión en respuesta al aumento gradual del caudal de la corriente 38 de hidrógeno en bruto.
El sistema 13 de control también puede funcionar según un control de prealimentación puro cuando el comportamiento del proceso está bien comprendido, la composición de los contaminantes en la corriente 38 de hidrógeno en bruto cambian lentamente y no hay perturbaciones significativas inesperadas del proceso. Un método de control de prealimentación puro predeciría el caudal necesario Fp de la corriente 40 de dilución de hidrógeno y, a continuación, regularía el caudal hasta ese valor de caudal previsto Fp sin medir la composición de la corriente 42 de producto de hidrógeno. La concentración de los contaminantes en la corriente 38 de hidrógeno en bruto y la corriente 40 de dilución de hidrógeno puede medirse como base para predecir el caudal Fp necesario de la corriente 40 de dilución de hidrógeno. A continuación, la corriente 40 de dilución de hidrógeno requerida puede basarse en cálculos predictivos de simulación. Alternativamente, la concentración de contaminantes en la corriente 38 de hidrógeno en bruto puede no medirse cuando los niveles de impureza no cambian apreciablemente con respecto a los valores medidos anteriormente. Tal escenario es posible cuando la caverna 3 de sal no está sustancialmente agotada del hidrógeno 4 almacenado y/o el caudal de la corriente 38 de hidrógeno en bruto es relativamente bajo. En tal caso, los valores históricos de las concentraciones de la corriente 38 de hidrógeno en bruto se pueden usar para predecir el caudal de la corriente 40 de dilución de hidrógeno necesario.
Además, aunque se ha analizado un sistema de control automatizado, debe entenderse que la presente invención puede implementarse manualmente. Por ejemplo, el usuario puede ajustar manualmente los caudales de la corriente 38 de hidrógeno en bruto y la corriente 40 de dilución de hidrógeno dependiendo del pronóstico de la demanda de hidrógeno en la conducción 2 de hidrógeno.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un método para suministrar hidrógeno adicional a una conducción (2) de hidrógeno desde una caverna (3) de sal para ayudar a satisfacer la demanda de hidrógeno del cliente, comprendiendo dicho método:
    extraer una corriente (38) de hidrógeno en bruto de la caverna (3) de sal a un primer caudal que ayudará a satisfacer la demanda del cliente, conteniendo la corriente (38) de hidrógeno en bruto contaminantes transmitidos por la caverna (3) de sal de tal forma que la corriente (38) de hidrógeno en bruto contenga al menos uno de los contaminantes a un nivel superior al permitido por una especificación de pureza del producto del hidrógeno en la conducción (2); caracterizado por que el método comprende además extraer una porción de hidrógeno del hidrógeno contenido en la conducción (2) para formar una corriente (40) de dilución de hidrógeno cuando el suministro es menor que la demanda, conteniendo la corriente (40) de dilución de hidrógeno cada uno de los contaminantes a una concentración menor de la de la especificación de pureza del producto; mezclar la corriente (40) de dilución de hidrógeno con la corriente (38) de hidrógeno en bruto para diluir la corriente (38) de hidrógeno en bruto y formar de este modo una corriente (42) de producto de hidrógeno que tiene niveles de contaminantes inferiores a la corriente (38) de hidrógeno en bruto;
    controlar un segundo caudal de la corriente (40) de dilución de hidrógeno de modo que los contaminantes estén presentes en la corriente (42) de producto de hidrógeno en o por debajo de la especificación de pureza del producto; e
    introducir al menos parte de la corriente (42) de producto de hidrógeno en la conducción (2) para suministrar el hidrógeno adicional a la conducción (2).
  2. 2. El método de la reivindicación 1, en donde la concentración de cada uno de los contaminantes dentro de la corriente (40) de dilución de hidrógeno no supera el 80 % de la especificación de pureza del producto.
  3. 3. El método de la reivindicación 1, en donde el segundo caudal de la corriente (40) de dilución de hidrógeno se controla mediante:
    muestreo de los niveles de concentración de los contaminantes en la corriente (38) de hidrógeno en bruto para generar una primera medición de los niveles de concentración;
    muestreo de los niveles de concentración de los contaminantes en la corriente (40) de dilución de hidrógeno para generar una segunda medición de los niveles de concentración;
    utilizar la primera medición de los niveles de concentración y la segunda medición de los niveles de concentración junto con el primer caudal de la corriente (38) de hidrógeno en bruto para determinar un valor calculado del segundo caudal de la corriente (40) de dilución de hidrógeno y un valor calculado de los niveles de concentración de contaminantes en la corriente (42) de producto de hidrógeno mediante la realización de balances de materia para cada uno de los contaminantes de la corriente (38) de hidrógeno en bruto que supera la especificación de pureza del producto de manera que el nivel calculado de los contaminantes en la corriente (42) de producto de hidrógeno esté en o por debajo de la especificación de pureza del producto; y regular el segundo caudal de la corriente (40) de dilución de hidrógeno de manera que el segundo caudal de la corriente (40) de dilución de hidrógeno esté a aproximadamente el valor calculado.
  4. 4. El método de la reivindicación 3, en donde se realizan controles de integridad para evaluar la fiabilidad de la primera medición de los niveles de concentración y la segunda medición de los niveles de concentración.
  5. 5. El método de la reivindicación 3, que comprende además:
    muestreo de los niveles de concentración de los contaminantes en la corriente (42) de producto de hidrógeno para generar una tercera medición de los niveles de concentración; corregir la tercera medición con un valor de sesgo de arrastre para generar un valor conciliado; determinar las desviaciones entre el valor conciliado y el valor calculado de los niveles de concentración de contaminantes en la corriente (42) de producto de hidrógeno para generar errores del modelo;
    actualizar el sesgo de arrastre con los errores del modelo para uso posterior del sesgo de arrastre; y exportar la corriente de producto a la conducción (2) cuando los errores del modelo son menores que los límites aceptables.
  6. 6. El método de la reivindicación 1, en donde
    el hidrógeno almacenado (4) en la caverna (3) está a una presión que está por encima de la presión de la conducción;
    la corriente (38) de hidrógeno almacenada se retira de la caverna (3) de sal bajo el impulso de que la presión de la caverna, que es mayor que la de la presión de la conducción; y la corriente (40) de dilución de hidrógeno se comprime antes de la dilución de la corriente (38) de hidrógeno en bruto por la corriente de dilución de hidrógeno.
  7. 7. El método de la reivindicación 1, en donde la especificación de pureza del producto de hidrógeno es al menos aproximadamente 99,99 % de hidrógeno en volumen, la especificación de nitrógeno y argón es menor de aproximadamente 100 ppmv, el monóxido de carbono y dióxido de carbono es menor de aproximadamente 1 ppmv, y cada uno de los hidrocarburos totales, oxígeno, vapor de agua y sulfuro de hidrógeno es menor de aproximadamente 1 ppmv.
  8. 8. El método de la reivindicación 1, en donde ninguno de los contaminantes contenidos en la corriente (38) de hidrógeno en bruto se elimina antes de la dilución por la corriente de dilución de hidrógeno.
  9. 9. Un sistema de suministro para suministrar hidrógeno adicional a una conducción (2) de hidrógeno desde una caverna (3) de sal para ayudar a satisfacer la demanda de hidrógeno del cliente, comprendiendo dicho sistema de suministro:
    una red (5) de flujo de salida ubicada entre la conducción (2) y la caverna (3) de sal y que tiene una primera rama (A), una segunda rama (B), una tercera rama (C), una primera válvula (41) de control y una segunda válvula (44) de control,
    la primera rama (A) en comunicación de fluidos con la caverna (3) de sal para descargar una corriente (38) de hidrógeno en bruto desde la caverna (3) de sal, conteniendo la corriente (38) de hidrógeno en bruto contaminantes transmitidos por la caverna (3) de sal de tal forma que la corriente (38) de hidrógeno en bruto contenga al menos uno de los contaminantes a un nivel superior al permitido por una especificación de pureza del producto;
    la segunda rama (B) en comunicación de fluidos con la conducción (2) y la primera rama (A) de manera que una corriente de dilución de hidrógeno, formada al extraer una porción del hidrógeno contenido en la conducción (2) cuando el suministro es menor de demanda, se mezcla con la corriente (38) de hidrógeno en bruto, conteniendo la corriente (40) de dilución de hidrógeno cada uno de los contaminantes a una concentración menor de la especificación de pureza del producto de manera que la corriente (40) de dilución de hidrógeno diluye la corriente (38) de hidrógeno en bruto y forma así una corriente (42) de producto de hidrógeno con niveles menores de contaminantes que la corriente (38) de hidrógeno en bruto;
    la tercera rama (C) en comunicación de fluidos con la primera rama (A), la segunda rama (B) y la conducción (2) para introducir la corriente (42) de producto de hidrógeno en la conducción (2) y de este modo suministrar el hidrógeno adicional a la conducción (2);
    la primera válvula (41) de control ubicada en la primera rama (A) para controlar un primer caudal de la corriente (38) de hidrógeno en bruto hasta un nivel que ayudará a satisfacer la demanda de hidrógeno del cliente y la segunda válvula (44) de control ubicada en la segunda rama (B) para controlar el flujo de la corriente (40) de dilución de hidrógeno a un segundo caudal; y
    un sistema (13) de control conectado a la segunda válvula (44) de control y configurado para controlar la apertura de válvula de la segunda válvula (44) de control y, por lo tanto, el segundo caudal de manera que los contaminantes estén presentes en la corriente (42) de producto de hidrógeno en o por debajo de la especificación de pureza del producto.
  10. 10. El sistema de suministro de la reivindicación 9, en donde la concentración de cada uno de los contaminantes dentro de la corriente (40) de dilución de hidrógeno no supera el 80 por ciento de la especificación de pureza del producto.
  11. 11. El sistema de suministro de la reivindicación 9, en donde un compresor (32) se coloca entre la conducción (2) y la segunda rama (B) para formar la corriente (38) de hidrógeno de dilución a una presión por encima de la presión de la conducción del hidrógeno contenido en la conducción (2).
  12. 12. El sistema de suministro de la reivindicación 9 en donde un recipiente (46) de mezclado se conecta a la primera rama (A), la segunda rama (B) y la tercera rama (C) de manera que la corriente (40) de dilución de hidrógeno se mezcla con la corriente (38) de hidrógeno en bruto dentro del recipiente (46) de mezclado y la corriente (42) de producto de hidrógeno se descarga desde el recipiente (46) de mezclado.
  13. 13. El sistema de suministro de la reivindicación 9, en donde:
    el sistema (13) de control incluye un nivel de control de supervisión configurado para calcular un valor calculado del segundo caudal para la corriente (40) de dilución de hidrógeno en el cual los contaminantes estarán presentes en la corriente (42) de producto de hidrógeno en o por debajo de la especificación de pureza del producto y para generar una señal de flujo objetivo atribuible al valor calculado; y
    un controlador (74) de flujo sensible a la señal de flujo objetivo y conectado a la segunda válvula (44) de control para controlar el segundo caudal de manera que el segundo caudal es aproximadamente igual al valor calculado.
    El sistema de suministro de la reivindicación 13, en donde:
    el sistema (13) de control tiene un primer banco de analizadores (81) de concentración conectado a la primera rama (A) y configurado para muestrear los niveles de concentración de los contaminantes en la corriente (38) de hidrógeno en bruto y generar primeras señales de medición atribuibles a los niveles de concentración de contaminantes en la corriente (38) de hidrógeno en bruto y un segundo banco de analizadores de concentración conectado a la segunda rama (B) y configurado para muestrear los niveles de concentración de los contaminantes en la corriente (40) de dilución de hidrógeno y generar segundas señales de medición atribuibles a los niveles de concentración de contaminantes en la corriente (40) de dilución de hidrógeno; y
    el nivel de control de supervisión responde a las primeras señales de medición y las segundas señales de medición y el primer caudal y se configura para determinar el valor calculado para el segundo caudal y un valor calculado para los niveles de concentración de contaminantes en la corriente (42) de producto de hidrógeno mediante la realización de balances de materia para cada uno de los contaminantes de la corriente (38) de hidrógeno en bruto que supera la especificación de pureza del producto de manera que el nivel calculado de los contaminantes en la corriente (42) de producto de hidrógeno esté en o por debajo de la especificación de pureza del producto.
    El sistema de suministro de la reivindicación 14, en donde el nivel de control de supervisión se configura para realizar controles de integridad en la primera y la segunda señales de medición para evaluar la fiabilidad de la primera y la segunda señales de medición.
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