ES2935835T3 - Dispositivo regasificador - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo regasificador de gas natural licuado, GNL, y cogeneración de agua dulce fría y aire seco frío que comprende al menos un recipiente hermético exterior (1) que contiene un fluido intermedio en sus fases líquida y gaseosa de elevado calor latente y elevadas propiedades capilares, atravesado por al menos un tubo evaporador (3) de fluido intermedio en cuyo interior fluye aire húmedo que se condensa al menos en parte en régimen de condensación capilar en su cara interior y en su cara exterior se evapora la fase líquida del fluido intermedio al menos en parte en régimen de evaporación capilar, y atravesado por al menos un tubo evaporador (2) de GNL que en su cara exterior se condensa la fase gaseosa del fluido intermedio al menos en parte en régimen de condensación capilar y en su interior se calienta y cambia de fase el GNL y se calienta el gas natural GN regasificado hasta una temperatura superior a unos 5º C.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo regasificador
Campo
La presente invención se refiere a un dispositivo regasificador de gas natural licuado y a una cogeneración de agua dulce fría y de aire seco frío que utiliza el aire ambiente húmedo como fuente de energía y que utiliza un fluido intermedio como medio de intercambio de calor.
Estado de la técnica
Los sistemas regasificadores de gas natural licuado, GNL, utilizan principalmente tres fuentes de energía:
1- La combustión de combustibles fósiles, con la correspondiente emisión de CO2 ,
2- El aire ambiente con el problema del gran tamaño de las instalaciones necesarias y el problema de la formación de hielo,
3- El agua de mar con los problemas de corrosión, formación de hielo, mortalidad directa de vida marina por contacto directo con superficies frías e impacto en la vida marina por el retorno al medio marino de agua de la que se ha extraído calor latente y a la que se han añadido productos químicos. El agua de mar se utiliza mayoritariamente en los dispositivos denominados vaporizadores de tablero abierto, ORV, (por sus siglas en inglés de Open Rack Vaporizers), en los que el agua de mar se vierte directamente sobre unos tubos de vaporización de GNL. Es un sistema muy utilizado por su bajo coste de funcionamiento y su tamaño compacto que se logra con un formato modular de tubos evaporadores de GNL que suelen tener unos seis metros de altura y se colocan en baterías sobre las que se aporta una ducha continua de agua de mar.
Para evitar los problemas de la formación de hielo, la corrosión y la mortalidad de vida marina por contacto con las superficies frías, se han creado los sistemas regasificadores de GNL que usan el aire ambiente y el agua de mar como fuentes de calor indirectas en los que el calor llega al GNL pasando por un fluido intermedio.
Estos sistemas incluyen:
- Vaporizadores de fluido intermedio de agua-glicol o de otro fluido intermedio, en adelante Glicol IFV (por sus siglas en inglés de Intermediate Fluid Vaporizers). Para una mejor descripción del estado de la técnica la figura 7 presenta un esquema de estos dispositivos en los que se utiliza una fuente externa de energía 24 como el calor del aire, calor de agua de mar o una fuente de energía residual para calentar la pared de un tubo de intercambio de calor 22 por dentro del cual fluye un líquido intermedio como agua glicol, GL. Este fluido intermedio calentado se aporta dentro de un intercambiador de calor con al menos un tubo evaporador 23 de GNL por cuyo interior fluye GNL a regasificar, estando el tubo evaporador 23 de GNL sumergido en un volumen de líquido intermedio GL.
Cuando estos sistemas utilizan el agua de mar como fuente de calor, la inclusión del fluido intermedio soluciona los problemas de mortalidad marina por contacto con los tubos fríos, pero no evita los problemas medioambientales ya expuestos, provocados por la extracción de una cantidad de energía del agua de mar equivalente a la energía de regasificación.
Cuando estos sistemas utilizan el aire ambiente como fuente de energía se evita la formación de hielo, pero mantienen el problema de requerir grandes instalaciones.
Los coeficientes térmicos de las paredes del tubo de intercambio de calor 22 y del tubo evaporador 23 de GNL limitan el coeficiente térmico del sistema, por tanto, sus prestaciones, y afecta al tamaño y coste de la instalación.
En particular, el documento US4422501 A describe un aparato de transferencia de calor que comprende una cámara cerrada y un fluido de trabajo dispuesto en la cámara. Una pluralidad de surcos que están distribuidos sucesivamente dentro de la cámara para conducir el fluido. Un canal de fluido axial se extiende a lo largo de la cámara con cada uno de los surcos desembocando en el canal. Un elemento alargado de obturación que atraviesa el canal colabora con los surcos para formar una pluralidad de vías de paso de fluido. Un conducto de transporte de fluido se extiende hacia fuera a partir del canal y se comunica con un tubo conductos de fluido que se extiende proximal a la cámara.
El documento JPSS715198A se refiere a un vaporizador para gas licuado de petróleo (evaporador de GLP) y, en particular, se refiere a una tubería de calor como medio de transferencia de calor para reducir el coste del equipo y facilitar los trabajos de mantenimiento e inspección.
Por otro lado, la solicitud de patente U52016146403 A1 se refiere a un vaporizador de los de tipo fluido intermedio para calentar y vaporizar un líquido criogénico como el gas natural licuado (también denominado GNL), utilizando un medio intermedio tal como el propano.
Los vaporizadores de fluido intermedio de hidrocarburos, en adelante HC-IFV, son sistemas que utilizan el calor sensible del agua de mar y utilizan un fluido intermedio para evitar los problemas de corrosión, incrustaciones y mortalidad que provocan los ORV. La utilización de un fluido intermedio y de hasta tres circuitos de carcasa y tubos permite solucionar el problema de la formación de hielo, el problema de las incrustaciones en los tubos, el problema de la mortalidad marina por contacto con los tubos fríos, pero sigue teniendo el problema de afectar a la vida marina por el retomo al medio marino de agua de mar a la que se ha extraído una cantidad de calor sensible equivalente a la energía que requiere el proceso regasificador de g Nl .
Para facilitar la descripción del estado de la técnica, y aunque los dispositivos HC-IFC pueden compartimentarse hasta para tres efectos, los componentes y el circuito térmico esencial de un HC-IFC se puede esquematizar en la figura 6 que muestra un recipiente hermético dentro del cual se encuentra al menos un tubo evaporador 17 de fluido intermedio por cuyo interior fluye agua de mar que aporta la energía al dispositivo, este tubo evaporador 17 de fluido intermedio está sumergido dentro de un volumen de fase líquida de un fluido intermedio 18 que suele ser un hidrocarburo como butano o propano que capta la energía del agua de mar a través de la pared del tubo evaporador 17 de fluido intermedio y se evapora por burbujeo 16 desde la cara exterior del tubo evaporador 17 de fluido intermedio. La fase gaseosa del fluido intermedio evaporado por burbujeo 16 llega a la superficie del volumen de la fase líquida del fluido intermedio 18 y se distribuye en fase gaseosa 19 dentro del volumen superior del recipiente hermético. El recipiente hermético está atravesado por al menos un tubo evaporador 20 de GNL por dentro del cual fluye GNL a regasificar. Sobre la cara exterior del tubo evaporador 20 de GNL se condensa la fase gaseosa del fluido intermedio y gotea fluido intermedio en su fase líquida 21. El calor latente desprendido en la condensación del fluido intermedio sobre la cara exterior del tubo 20 de evaporación de GNL pasa a través de la pared del tubo y en el interior del tubo 20 de evaporación de GNL se transforma en calor latente para el cambio de fase del GNL a gas natural GN y calor sensible para el aumento de su temperatura.
Los dispositivos HC-IFC tienen un coeficiente térmico condicionado por las limitaciones de los coeficientes térmicos de cada una de las caras del tubo evaporador 17 de fluido intermedio y del tubo evaporador 20 de GNL, por la densidad térmica de la fuente de calor y por el calor latente de evaporación del fluido intermedio.
Estos condicionantes térmicos dan lugar a que los dispositivos HC-IFV tengan grandes dimensiones, requieran componentes muy robustos y no puedan utilizar fuentes de energía de baja densidad como el aire ambiente húmedo.
Para reducir el tamaño de los dispositivos de regasificación, el área de terreno ocupada, la inversión en paredes de intercambio y los gastos de su mantenimiento, es necesario aumentar el coeficiente térmico de las caras de las superficies de intercambio térmico para mejorar el coeficiente térmico resultante del sistema.
Análogamente, para reducir el impacto medioambiental es necesario reducir la utilización de energía proveniente de la combustión de combustibles fósiles, reducir la extracción de calor del agua de mar y reducir el vertido de productos químicos de limpieza al medioambiente.
Sumario
La presente invención busca resolver uno o más de los inconvenientes expuestos anteriormente mediante un dispositivo regasificador de gas natural licuado, GNL, que permite la cogeneración de agua dulce y aire frío, como se ha definido en las reivindicaciones.
La mejora del coeficiente térmico del dispositivo regasificador de GNL, es decir de la energía que es transmitida por unidad de área de intercambio de calor es un factor determinante para reducir los costes de inversión, mejorar las eficiencias del dispositivo y, sobre todo, permitir la utilización de fuentes de energía de baja densidad térmica cuya utilización es inviable en instalaciones de bajo coeficiente térmico.
La mejora del coeficiente térmico de un dispositivo regasificador de GNL comporta la mejora del coeficiente térmico de las caras de los tubos que intercambian calor. Se puede mejorar el coeficiente térmico de la cara de un tubo de intercambio de calor si sobre esta cara se produce una condensación o una evaporación de un fluido con un elevado calor latente de cambio de fase en lugar de producirse un mero intercambio de calor sensible. En caso de que se produzca una evaporación o una condensación sobre la cara de un tubo de intercambio de calor, el coeficiente térmico se puede mejorar si esta condensación se realiza al menos en parte en régimen de condensación capilar o si la evaporación se realiza al menos en parte en régimen capilar es decir desde la curvatura de la interfase líquido vapor que se produce en la superficie de un menisco de líquido.
Para mayor claridad de la descripción, el dispositivo regasificador de GNL, objeto de esta patente, se puede describir siguiendo una comparativa con los componentes del circuito térmico de los actuales HC-IFV, describiendo las mejoras que permiten aumentar la eficiencia térmica de cada uno de ellos y el coeficiente térmico total resultante.
En primer lugar, la cara interior del tubo evaporador del fluido intermedio se recubre al menos en parte de microranuras, microsurcos, sinterizado u otra estructura capilar que permite la condensación capilar de la fase gaseosa de un fluido sobre la cara interior del tubo. Este avance permite que el dispositivo regasificador de GNL pueda utilizar aire húmedo como fuente de energía. De modo que el vapor de agua contenido en el aire se condensa al menos en parte en régimen de condensación capilar sobre la cara interior del tubo evaporador de fluido intermedio y cede su calor latente, así como parte del calor sensible del aire y del agua y toda esta energía pasa a través de la pared del tubo evaporador de fluido intermedio y se transforma en calor latente para el cambio de fase del fluido intermedio sobre la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio. Para evitar la acumulación de agua Condensada sobre la cara interior del tubo evaporador de fluido intermedio, que limitaría las propiedades térmicas, se añade al menos una arteria de desagüe que canaliza ordenadamente el agua condensaba y la evacúa.
En segundo lugar, se introducen los beneficios de la condensación capilar sobre la cara exterior del tubo evaporador de GNL. Para ello no se pueden utilizar hidrocarburos como el propano o el butano como fluido intermedio por falta de propiedades capilares. Se utiliza H2O o soluciones acuosas de glicol u otras soluciones con un elevado calor latente y elevadas propiedades capilares y se recubre la cara exterior del tubo evaporador de GNL de microranuras, microsurcos o una estructura capilar que permiten la condensación capilar de la fase gaseosa del fluido intermedio sobre la cara exterior del tubo regasificador de GNL.
Dado que el dispositivo regasificador de GNL tiene un recipiente hermético exterior y que en su interior sólo se encuentra el fluido intermedio en sus fases líquida y gaseosa, el fluido intermedio no adoptará su fase sólida sobre la cara exterior del tubo evaporador de GNL siempre que la fase líquida Condensada sobre el tubo evaporador de GNL esté expuesta a un contacto directo con el flujo de la fase gaseosa y no forme acumulaciones en las que se produzca una estratificación térmica que permita la formación de fase sólida en las zonas aisladas del contacto con la fase gaseosa portadora de energía. Para ello es importante que la fase líquida se evacúe rápidamente de las microranuras o microsurcos y no se acumule dentro de un sinterizado o estructura capilar. La evacuación de la fase líquida se puede conseguir con un diseño como el de microranuras o microsurcos perpendiculares al eje del tubo y con unos deflectores longitudinales que canalizan el flujo líquido fuera de la pared del tubo evaporador de GNL.
En tercer lugar, se introducen los beneficios de la evaporación capilar en la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio. Para ello el tubo evaporador de fluido intermedio deja de estar sumergido dentro de un volumen de la fase líquida del fluido intermedio y se recubre la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio al menos en parte de microranuras, microsurcos, sinterizado u otra estructura capilar que permite la formación de meniscos de la fase líquida de un fluido intermedio con elevadas propiedades capilares y elevado calor latente de evaporación como agua, soluciones acuosas de glicol u otras soluciones con propiedades capilares similares. En la superficie de estos meniscos se curva la interfase líquido vapor y se produce la evaporación de alto flujo en el extremo de esta curvatura, la evaporación capilar.
Para la correcta logística de fluidos, es decir para que la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio esté mojada y evapore es necesario que al menos una parte de la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio esté recubierta de sinterizado o de otra estructura capilar y toque la fase líquida del fluido intermedio acumulado en el fondo del recipiente hermético para que esta fase líquida del fluido intermedio ascienda por capilaridad y moje la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio.
De manera complementaria, el tubo evaporador de fluido intermedio puede estar colocado en paralelo o al menos en parte debajo del tubo evaporador de GNL de modo que la fase líquida del fluido intermedio que se condensa sobre la cara exterior del tubo evaporador del GNL gotee sobre la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio. Estas gotas de fase líquida del fluido intermedio pueden caer sobre el recubrimiento de sinterizado o de otra estructura capilar de la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio y distribuirse por capilaridad o pueden caer sobre un recubrimiento de microranuras o microsurcos.
La mejora de la eficiencia térmica sobre las tres caras mencionadas que pasan a condensar y a evaporar al menos en parte en régimen de condensación y evaporación capilar permiten modular el dispositivo en un formato compacto similar al de los actuales ORV, es decir permite la confección de módulos individuales que se pueden colocar en baterías apilables, conteniendo cada uno de ellos: al menos un recipiente hermético exterior, en cuyo interior sólo se encuentra un fluido intermedio en fases gaseosa y líquida; al menos un tubo evaporador de fluido intermedio que pasa a través del recipiente hermético, que intercambia calor entre un flujo de aire húmedo y el fluido intermedio, configurado para enfriar el aire húmedo en su interior, condensar en su cara interior al menos en parte en régimen de condensación capilar al menos una parte del vapor de agua contenido en el flujo de aire húmedo y evaporar en su cara exterior la fase líquida de un fluido intermedio dispuesto al menos en parte en meniscos con curvatura de la interfase liquido vapor; y al menos un tubo evaporador de GNL que pasa a través del recipiente hermético, que intercambia calor entre el fluido intermedio y GNL a regasificar a gas natural, configurado para condesar en su cara exterior la fase gaseosa del fluido intermedio al menos en parte en régimen de condensación capilar y en su interior calentar y regasificar GNL y calentar el gas natural GN regasificado.
Las propiedades térmicas del dispositivo regasificador de GNL mejoran si la mezcla de aire y vapor de agua que se introduce en el dispositivo contiene más masa de agua por volumen de aire. Es decir, a mayor temperatura del aire y saturación, mejor rendimiento del dispositivo. Por lo que el dispositivo regasificador de GNL incorpora un sistema de humidificación del aire ambiente que se utiliza como fuente de energía.
De acuerdo con un ejemplo no cubierto por las reivindicaciones adjuntas, el dispositivo regasificador de GNL puede funcionar con otra fuente de energía, de modo que puede tener varios circuitos de suministro y evacuación para trabajar con una fuente distinta al aire ambiente húmedo en épocas invernales de zonas no ecuatoriales cuando el aire es demasiado frío para contener suficiente vapor de aire y la energía térmica que requiere el dispositivo. De modo que el dispositivo regasificador de GNL puede tener la versatilidad de funcionar con aire ambiente húmedo y cuando el aire es demasiado frío, funcionar con agua de mar u otro fluido que aporte energía.
Breve descripción de los dibujos
Una explicación más detallada se da en la descripción que sigue y que se basa en las figuras adjuntas:
Figura 1.- Muestra en una sección transversal de una realización de un módulo del dispositivo regasificador de GNL,
Figura 2.- Muestra en una vista en planta una sección en corte de una secuencia de módulos a la altura de un tubo evaporador de GNL por cuyo interior fluye GNL que se regasifica en GN,
Figura 3.- Muestra en una vista en planta una sección en corte de una secuencia de módulos a la altura de un tubo evaporador de fluido intermedio, con un dispositivo de humidificación del aire,
Figura 4.- Muestra en una vista en planta un corte a la altura de un tubo evaporador de fluido intermedio de una secuencia de módulos adaptados para ser compatibles con otras fuentes de calor que el aire húmedo ambiente; el ejemplo de la figura 4 no entra dentro de la materia objeto de la reivindicación independiente 1,
Figura 5.- Muestra una sección en corte longitudinal de un módulo del dispositivo regasificador de GNL, Figura 6.- Muestra en una sección en corte transversal un esquema agregado de los actuales dispositivos HC-IFV con el tubo evaporador de fluido intermedio sumergido dentro de la fase líquida del fluido intermedio.
Figura 7.- Muestra en una sección en corte transversal un esquema de los actuales dispositivos glicol-IFV con el tubo evaporador de GNL sumergido dentro de un volumen de solución acuosa de glicol, y
Figura 8.- Muestra en una sección en corte longitudinal un módulo del dispositivo regasificador de GNL con más de un compartimento.
Descripción
El dispositivo regasificador de Gas Natural Licuado, GNL, y cogeneración de agua dulce fría y aire seco frío comprende al menos un recipiente hermético exterior (1) que contiene un fluido intermedio en sus fases líquida y gaseosa, atravesado por al menos un tubo evaporador de fluido intermedio configurado para que por su interior circule un fluido que aporta la energía calórica al dispositivo y en su cara exterior se evapore la fase líquida del fluido intermedio, y a través del cual pasa al menos un tubo evaporador de GNL configurado para que en su cara exterior se condense la fase gaseosa del fluido intermedio y en su interior se caliente y cambie de fase el GNL y se caliente el gas natural GN regasificado hasta una temperatura superior a unos 5 °C.
Como se ilustra en la figura 1, el dispositivo regasificador de GNL se caracteriza porque la cara interior del tubo evaporador de fluido intermedio 3 está recubierta al menos en parte por una capa de microranuras, microsurcos, sinterizado u otra estructura capilar. El fluido que fluye por el interior del tubo evaporador de fluido intermedio 3 es aire húmedo y el vapor de agua que contiene este aire húmedo se condensa al menos en parte en régimen de condensación capilar sobre los microsurcos, microranuras, sinterizado u otra estructura capilar que cubre al menos en parte la cara interior del tubo evaporador de fluido intermedio 3. El aire húmedo que fluye por el interior del tubo evaporador de fluido intermedio 3 también cede calor sensible del aire y del agua. Al menos una parte del calor latente y del calor sensible desprendidos en el interior del tubo evaporador de fluido intermedio 3 pasa a través de la pared del tubo evaporador de fluido intermedio 3 y se transforma al menos en parte en calor latente para el cambio de fase de la fase líquida del fluido intermedio sobre la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio 3.
Para evitar la acumulación de agua sobre la pared interior del tubo evaporador de fluido intermedio 3 se añade al menos una arteria de desagüe 8 que canaliza ordenadamente el agua dulce cogenerada. Esta agua dulce ha cedido parte de su calor sensible por lo que sale del interior del tubo evaporador de fluido intermedio 3 a una temperatura fría por debajo de unos 5 °C y sale canalizada del dispositivo facilitando su utilización para múltiples usos.
La utilización de aire ambiente como fuente de energía no causa los problemas medioambientales que provoca la utilización de agua de mar como fuente de energía.
El dispositivo regasificador de GNL se caracteriza también porque el fluido intermedio 4, 5, 6 es un fluido con un elevado calor latente de evaporación y con buenas propiedades capilares, como H2O, una solución acuosa de glicol u otra solución de elevado calor latente y buenas propiedades capilares; y la cara exterior del tubo evaporador 2 de GNL está recubierta al menos en parte de microranuras, microsurcos, sinterizado u otra estructura capilar en las que la fase gaseosa 5 del fluido intermedio se condensa al menos en parte en régimen de condensación capilar. Para evitar la formación de la fase sólida del fluido intermedio sobre la cara exterior del tubo evaporador 2 de GNL, la fase líquida del fluido intermedio no debe formar acumulaciones de líquido en el que se estratifiquen las temperaturas y se pueda formar fase líquida del fluido intermedio sobre la superficie de la cara exterior del tubo evaporador 2 de fluido intermedio. El diseño de las microranuras, microsurcos, sinterizado u otra estructura capilar permite la correcta evacuación de la fase líquida del fluido intermedio Condensado sobre la cara exterior del tubo evaporador 2 de GNL, como un diseño de microsurcos o microranuras perpendiculares al eje del tubo evaporador 2 de GNL y con unos deflectores longitudinales 22 que permiten la evacuación por gravedad de la fase líquida condesada sobre la superficie de la cara exterior del tubo evaporador 2 de GNL y su goteo 6 sobre el tubo evaporador de fluido intermedio 3 o sobre el fondo del recipiente hermético.
El dispositivo de GNL se caracteriza también porque el tubo evaporador de fluido intermedio 3 no está sumergido dentro de la fase líquida 4 del fluido intermedio que se acumula en el fondo del recipiente hermético 1 y la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio 3 está recubierta al menos en parte de una capa de sinterizado o de otra estructura capilar que está en contacto con la fase líquida 4 del fluido intermedio acumulada en el fondo del recipiente hermético 1 de forma que la fase líquida 4 del fluido intermedio asciende por capilaridad y moja la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio 3.
Si el tubo evaporador 2 de GNL está situado en paralelo o al menos en parte sobre el tubo evaporador de fluido intermedio 3 al menos una parte de la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio 3 puede también estar recubierta de microsurcos o microranuras que se alimentan de la fase líquida del fluido intermedio 6 que gotea desde la cara exterior del tubo evaporador 2 de GNL. La fase líquida 4, 6 del fluido intermedio situado en los microsurcos, microranuras, sinterizado u otra estructura capilar que cubre al menos en parte la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio 3 se dispone al menos en parte en forma de meniscos y en la superficie de estos meniscos se forma la curvatura de la interfase líquido gas que permite la evaporación de alto flujo que se produce en la parte superior de esta curvatura, evaporación capilar.
Para conseguir instalaciones regasificadoras de GNL con las elevadas potencias habituales de estas instalaciones el dispositivo regasificador de GNL se puede realizar en forma de un conjunto de módulos con unas potencias de cada módulo similares a la potencia de los actuales tubos modulares de los dispositivos ORV.
La figura 2 muestra el dispositivo regasificador de GNL compuesto por varios módulos dispuestos en una disposición compacta. Por este motivo se describe el dispositivo regasificador de GNL como uno compuesto por al menos un recipiente hermético exterior 1 ya que puede estar formado por varios módulos, cada uno de ellos con al menos un recipiente hermético exterior 1 con al menos un tubo evaporador de fluido intermedio 3 y al menos un tubo evaporador 2 de GNL.
La Figura 2 muestra una vista en planta de una sección en corte a la altura de un tubo evaporador 2 de GNL en una configuración con cuatro módulos del dispositivo regasificador de GNL alimentados en paralelo de GNL y de cada uno de ellos se extrae gas natural GN resultante de la regasificación.
Al trabajar en horizontal los módulos del dispositivo regasificador de GNL se pueden apilar, consiguiendo un diseño compacto y fácilmente accesible por ambos extremos para los trabajos de mantenimiento y control del dispositivo regasificador de GNL.
Esta realización modular se puede formular con un mayor o menor número de módulos del dispositivo regasificador de GNL y permite conseguir dispositivos regasificadores de GNL en un formato compacto, de bajo coste de fabricación, de bajo coste operativo y con una gran facilidad de puesta en marcha y de parada que permite ajustar rápidamente la producción de la instalación según las necesidades de producción de gas natural que marque la demanda y con un impacto muy reducido en el medioambiente.
La figura 3 muestra una vista en planta de una sección en corte a la altura de un tubo evaporador de fluido intermedio 3 en una configuración de cuatro módulos del dispositivo regasificador de GNL alimentados en paralelo de aire ambiente cargado de humedad 10 proveniente de aire ambiente 8 que se carga de humedad mediante un humidificador 9.
El vapor de agua contenido en el aire húmedo 10 se condensa y se enfría dentro de al menos un tubo evaporador de fluido intermedio 3 por el que circula a lo largo del módulo y al final se extrae aire frío 11 y agua dulce fría 12 canalizados para su utilización subsiguiente. Esta cogeneración de aire frío 11 y agua dulce fría 12 permite la correcta gestión del frío generado en el proceso de regasificación, y este frío se puede reciclar para diversos usos sin causar los problemas medioambientales que se originan si este frío se vierte en el medio marino.
El dispositivo de humidificación 9 del aire ambiente puede utilizar agua de mar por burbujeo del aire a través de una fina capa de agua de mar, ducha de agua de mar sobre aire ambiente u otros sistemas de humidificación. Este proceso de humidificación del aire se puede ejecutar sin necesidad de enfriar el agua de mar. El calor latente necesario para que una parte del agua de mar pase a fase gaseosa y humidifique el aire se puede compensar por el aporte de calor sensible del aire ambiente, dando como resultado una modificación muy pequeña de la temperatura del agua de mar que se retorna al medio marino.
Si la temperatura del aire ambiente es más elevada que la temperatura del agua de mar y se quiere incrementar la capacidad de cogeneración de agua dulce del dispositivo regasificador de GNL, entonces el dispositivo regasificador de GNL puede incluir un dispositivo de intercambio de calor entre el aire ambiente y el agua de mar como sistemas de ducha u otros que permiten elevar la temperatura del agua de mar, a la vez que permiten saturar de humedad el aire ambiente. El agua de mar así calentada se puede utilizar como fuente de calor en un dispositivo de desalinización de agua del mar y el aire saturado de humedad se puede utilizar como fuente de calor para la regasificación de GNL.
El aire sale frío al final del proceso regasificador de GNL, al igual que el agua dulce condensada en este proceso. De modo que se puede multiplicar la producción de agua dulce en un proceso multiefecto de destilación utilizando el agua de mar calentada con aire ambiente como fuente de calor del proceso de desalinización y, utilizando como sumidero energético el aire frío y/o el agua dulce fría resultante del proceso regasificador del GNL.
El salto térmico entre el agua de mar calentada con aire ambiente y el aire frío o agua dulce fría cogenerados se puede situar en un rango de unos 25 °C a 30 °C, y con este salto térmico se pueden realizar varios procesos de evaporación y condensación multiplicando la capacidad de cogeneración de agua dulce del dispositivo regasificador de GNL si se acopla a dispositivos térmicamente eficientes como el descrito en la solicitud de patente PCT/ES2015/070344.
La figura 4 muestra un ejemplo que no está cubierto por las reivindicaciones adjuntas. Concretamente, la figura 4 muestra una vista en planta de una sección en corte a la altura de un tubo evaporador de fluido intermedio 3, en una configuración de cuatro módulos del dispositivo regasificador de GNL como se muestra en la figura 3, adaptado para ser utilizado en épocas frías de zonas no ecuatoriales en las que durante la época invernal el aire ambiente está demasiado frío para contener suficiente energía y vapor de agua, de modo que el dispositivo regasificador de GNL tiene un sistema de suministro alternativo para funcionar con una fuente de calor que sea un fluido 14 distinto al aire ambiente húmedo, como agua de mar, vapor residual de una combustión, o un fluido intermedio con energía proveniente de cualquier otra fuente de energía, el dispositivo regasificador de GNL dispone de un sistema de evacuación por una vía 13 específica para la recirculación o vertido de dicho fluido alternativo.
El coeficiente térmico de la cara interior del tubo evaporador de fluido intermedio 3, cuando se suministra durante la época invernal un fluido distinto al aire ambiente húmedo, como agua de mar, puede resultar menor que el coeficiente térmico cuando el fluido que circula por el tubo evaporador de fluido intermedio 3 es aire ambiente húmedo, de forma que para mantener la potencia agregada del dispositivo regasificadorde GNL se puede disponer de módulos adicionales para el periodo invernal o añadir un sistema de combustión de gas de apoyo para puntas de demanda en periodos invernales.
La figura 5 muestra una sección longitudinal de un módulo del dispositivo regasificador de GNL como el mostrado en las figuras 2 y 3 para mejor comprensión, mostrando la sección longitudinal de un tubo evaporador 2 de GNL y de un tubo evaporador de fluido intermedio 3, y la sección transversal de un conducto de suministro de GNL, de suministro de aire ambiente húmedo 15, de extracción del gas natural GN y de extracción del agua condensada 12 y del aire frío 11.
El GNL es suministrado al tubo evaporador 2 de GNL en tomo a los -163 °C y sale del tubo evaporador 2 de GNL por encima de unos 5 °C. Para reducir el estrés térmico que conlleva este salto térmico, el dispositivo regasificador de GNL o los módulos que conforman el dispositivo regasificador de GNL pueden estar compartimentados como se muestra en la figura 8 mediante dos o más recipientes herméticos exteriores 25, 27, 29. Esta compartimentación acota los rangos de temperatura de funcionamiento del fluido intermedio en cada compartimento y optimiza la transferencia de calor al estabilizar el régimen de temperaturas de trabajo en cada compartimento. Cada compartimento puede tener un fluido intermedio específico 26, 28, 30 para sus requisitos térmicos específicos.
Hay básicamente tres secciones en el proceso regasificador de GNL, primero una sección de calentamiento del GNL desde -163 °C hasta la temperatura de cambio de fase correspondiente a la presión a la que se somete al GNL, luego una sección de cambio de fase isotermo y finalmente la última sección de calentamiento del gas natural GN resultante hasta una temperatura superior a unos 5 °C. En esta tercera sección el gas natural GN ya está en fase gaseosa y la compartimentación permite que el tubo evaporador 2 de GNL adapte su sección 31 o se bifurque en varios tubos para adecuarse a las necesidades del gas natural GN en fase gaseosa. La compartimentación se puede realizar utilizando otros rangos de temperatura. La compartimentación permite reducir el estrés de temperaturas del dispositivo regasificador de GNL y con ello permite abaratar el coste de los materiales a utilizar. La compartimentación permite la inserción de dispositivos de control y gestión de fluidos entre compartimentos como turbinas de expansión, válvulas de control o sistemas adicionales de evacuación de agua dulce condensada o de aire frío y sistemas adicionales de aporte de aire húmedo.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo regasificador de gas natural licuado GNL y cogeneración de agua dulce fría y de aire seco frío, que comprende al menos un recipiente hermético exterior (1), que contiene un fluido intermedio en sus fases líquida y gaseosa, atravesado por al menos un tubo evaporador de fluido intermedio, por cuyo interior fluye un fluido que aporta la energía calórica al dispositivo y en cuya cara exterior se evapora la fase líquida del fluido intermedio y atravesado por al menos un tubo evaporador de GNL, en cuya cara exterior se condensa la fase gaseosa del fluido intermedio y en cuyo interior se calienta y cambia de fase el GNL, y calentándose el gas natural GN regasificado resultante hasta una temperatura superior a unos 5 °C; caracterizado por que el fluido que fluye por el interior de al menos un tubo evaporador de fluido intermedio (3) es aire húmedo y la cara interior de al menos un tubo evaporador de fluido intermedio (3) está recubierta al menos en parte de microranuras, microsurcos, sinterizado u otra estructura capilar sobre la que el vapor de agua contenido en el aire húmedo se condensa al menos en parte bajo un régimen de condensación capilar.
2. Dispositivo regasificador de acuerdo con la reivindicación 1; caracterizado por que al menos un tubo evaporador de fluido intermedio (3) tiene una arteria de desagüe (8) para agua condensada en la pared interior del tubo evaporador de fluido intermedio (3).
3. Dispositivo regasificador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores; caracterizado por que el fluido intermedio es un fluido con elevado calor latente de evaporación y elevadas propiedades capilares de tipo agua H2 O, soluciones acuosas o similares.
4. Dispositivo regasificador de acuerdo con la reivindicación 3; caracterizado por que al menos una porción de la cara exterior de al menos un tubo evaporador (2) de GNL está recubierta de microranuras, microsurcos, sinterizado u otra estructura capilar para que la condensación de la fase gaseosa (5) del fluido intermedio se produzca al menos en parte en régimen de condensación capilar sobre dicha cara exterior del tubo evaporador (2) de GNL.
5. Dispositivo regasificador de acuerdo con la reivindicación 4; caracterizado por que al menos una porción de la cara exterior del al menos un tubo evaporador de fluido intermedio (3) está recubierta por sinterizado u por otra estructura capilar (7) para el ascenso capilar de la fase líquida (4) del fluido intermedio desde el fondo del recipiente hermético (1) para la distribución de la fase líquida (6) del fluido intermedio que gotea desde la cara exterior del tubo evaporador (2) de GNL sobre la cara exterior del tubo evaporador de fluido intermedio (3) y para la formación de meniscos de la fase liquida (4), (6) del fluido intermedio, en los que se produce la curvatura de la interfase líquido gas, en cuyo extremo superior se produce la evaporación de alto flujo, la evaporación capilar.
6. Dispositivo regasificador de acuerdo con la reivindicación 5; caracterizado por que al menos una porción de la cara exterior del al menos un tubo evaporador de fluido intermedio (3) está cubierta por microranuras o por microsurcos, en donde se forman meniscos de la fase líquida del fluido de trabajo (6) y tiene lugar la evaporación de alto flujo desde la interfase curva líquido gas en el extremo del menisco.
7. Dispositivo regasificador de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones; caracterizado por que al menos uno de los módulos del dispositivo regasificador de GNL está compartimentado en dos o más compartimentos (25, 27, 29) que trabajan dentro de distintos rangos de temperatura, que disponen de fluidos intermedios (26, 28, 30), adaptados a las necesidades térmicas de cada rango, y pudiéndose colocar entre los compartimentos los dispositivos de gestión y control de fluidos.
8. Dispositivo regasificador de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones; caracterizado por que el dispositivo regasificador de GNL comprende un medio humidificador del aire para aumentar el contenido de vapor de agua mezclado con el aire húmedo que fluye por el interior del tubo evaporador de fluido intermedio (3).
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