IT202000032657A1 - Sistema di accumulo e produzione di energia per la stabilizzazione della rete elettrica - Google Patents

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IT202000032657A1
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Lorenzo Bruno
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    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04357—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen and comprising a gas work expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04387—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using liquid or hydraulic turbine expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/044—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a single pressure main column system only
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    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04527—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general
    • F25J3/04533—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the direct combustion of fuels in a power plant, so-called "oxyfuel combustion"
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    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F25J3/04575—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating for a gas expansion plant, e.g. dilution of the combustion gas in a gas turbine
    • F25J3/04581—Hot gas expansion of indirect heated nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07001—Injecting synthetic air, i.e. a combustion supporting mixture made of pure oxygen and an inert gas, e.g. nitrogen or recycled fumes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/76—Refluxing the column with condensed overhead gas being cycled in a quasi-closed loop refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/50—Oxygen
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/62—Liquefied natural gas [LNG]; Natural gas liquids [NGL]; Liquefied petroleum gas [LPG]
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    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/42—Nitrogen or special cases, e.g. multiple or low purity N2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/80—Separating impurities from carbon dioxide, e.g. H2O or water-soluble contaminants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/80—Separating impurities from carbon dioxide, e.g. H2O or water-soluble contaminants
    • F25J2220/82—Separating low boiling, i.e. more volatile components, e.g. He, H2, CO, Air gases, CH4
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/42—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/44—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/80—Hot exhaust gas turbine combustion engine
    • F25J2240/82—Hot exhaust gas turbine combustion engine with waste heat recovery, e.g. in a combined cycle, i.e. for generating steam used in a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/90—Hot gas waste turbine of an indirect heated gas for power generation
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/80—Integration in an installation using carbon dioxide, e.g. for EOR, sequestration, refrigeration etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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Description

Titolo: ?SISTEMA DI ACCUMULO E PRODUZIONE DI ENERGIA PER LA STABILIZZAZIONE DEL RETE ELETTRICA?
DESCRIZIONE
Campo della tecnica dell?invenzione
La presente invenzione trova applicazione per la gestione dei picchi di domanda o della carenza di energia elettrica.
Stato dell?arte
Sono note molteplici tecnologie per lo stoccaggio di energia elettrica: metodi elettrochimici (batterie), meccanici (volani, aria compressa, accumulo di acqua in quota), metodi termodinamici (gas liquefatti: aria liquida, detto Liquid Air Energy Storage (LAES)).
Inoltre, ? possibile produrre energia a partire da un combustibile, sequestrando la CO2 di combustione, attraverso tecniche di cattura del carbonio dai fumi di combustione, oppure attraverso la combustione in un?atmosfera sintetica composta prevalentemente da CO2 ed ossigeno (oxy-combustion): il combustibile e l?ossigeno vengono convertiti in CO2 ed acqua, poi allontanati dal sistema.
Il funzionamento di una centrale turbogas ad oxycombustion secondo il ciclo Graz pu? essere descritto attraverso le seguenti fasi:
1) in un opportuno combustore viene bruciato un combustibile in atmosfera di CO2, H2O ed O2 ad alta pressione, con conversione del combustibile e dell?ossigeno in anidride carbonica ed acqua,
2) espansione dei gas di combustione in una macchina che produce potenza e riduce la temperatura dei gas combusti,
3) recupero del calore dai fumi esausti a mezzo di un ciclo Rankine a vapore,
4) ulteriore espansione dei fumi in una macchina che produce potenza,
5) condensazione del vapore acqueo dai fumi espansi al punto precedente,
6) ricompressione dei fumi esausti, composti da CO2 ed acqua, attraverso una sequenza di stadi di compressione; alla pressione opportuna la CO2 prodotta nella combustione viene spillata ed inviata alle operazioni di sequestro; la restante parte dei fumi esausti viene ulteriormente compressa, fino a raggiungere una opportuna temperatura, alla quale si effettua una refrigerazione interstadio con l?acqua che costituisce il fluido motore del ciclo Rankine, 7) compressione finale della restante parte degli esausti fino alla pressione del combustore,
8) riciclo degli esausti al combustore,
9) l?acqua condensata al punto 5) invece, viene pompata (la quantit? in eccesso formatasi nella combustione viene invece allontanata dal sistema) e pre-riscaldata nell?operazione di refrigerazione interstadio menzionata al punto 6),
10) successivamente viene trattata secondo i metodi dell?arte nota per renderla idonea alla generazione di vapore,
11) in seguito, viene pompata ad alta pressione ed inviata al recupero termico menzionato in 3), dove diviene vapore,
12) il vapore viene espanso in una turbina fino alla pressione del combustore di cui in 1), ed in esso iniettato.
Il processo di produzione dell?O2 alimentato al combustore attiene all?arte nota e, tipicamente per grandi quantit?, trattasi di distillazione criogenica dell?aria.
Un?alternativa al ciclo Graz, in cui vi ? l?uso di un ciclo Rankine a vapore che comporta il rilascio di grandi quantit? di calore a bassa temperatura e che pregiudica l?efficienza del recupero termico, ? il ciclo Allam in cui ? proposta l?eliminazione di tale ciclo Rankine.
In particolare, questo comprende:
1) in un opportuno combustore viene bruciato un combustibile in atmosfera di CO2, H2O ed O2 ad alta pressione, con conversione del combustibile e dell?ossigeno in anidride carbonica ed acqua,
2) espansione dei gas di combustione in una macchina che produce potenza e riduce la temperatura dei gas combusti,
3) recupero del calore dai fumi esausti a mezzo dell?anidride carbonica ricircolata al combustore di cui in 1),
4) ulteriore raffreddamento dei fumi esausti e separazione dell?acqua condensata,
5) ricompressione dei fumi esausti, composti principalmente da CO2 fino a pressione supercritica, 6) raffreddamento dei fumi di cui in 5) fino a temperatura sub-critica,
7) pompaggio dell?anidride carbonica liquida fino alla pressione opportuna per fare ritorno al combustore di cui in 1),
8) riscaldamento della CO2 di cui in 7) nell?operazione di recupero termico di cui in 3).
Il processo di produzione dell?O2 alimentato al combustore attiene all?arte nota e, tipicamente per grandi quantit?, trattasi di distillazione criogenica dell?aria.
Per quanto riguarda invece il LAES, una descrizione del suo funzionamento ? qui brevemente riportata.
Un impianto LAES, in fase di stoccaggio, sfrutta l?energia delle fonti rinnovabili per produrre aria liquida.
In fase di utilizzo ottiene potenza dall?aria liquida precedentemente accumulata.
La produzione dell?aria liquida ? nota nell?arte. Il recupero dell?energia dall?aria liquida pu? essere convenientemente svolto, o attraverso l?impiego di una macchina termica operante tra la temperatura dell?ambiente e la temperatura di evaporazione dell?aria liquida, che viene ad essere usata in qualit? di pozzo termico, oppure attraverso il seguente processo:
1) l?aria liquida ? pompata ad alta pressione, 2) viene riscaldata per scambio termico con una corrente d?aria di ritorno,
3) subisce un riscaldamento finale fino ad una temperatura prossima a quella dell?ambiente,
4) subisce espansione fino a pressione supercritica attraverso una macchina che produce potenza, 5) parte dell?aria espansa viene inviata allo scambiatore di cui al punto 2) e re-liquefatta,
6) la restante parte dell?aria subisce ulteriore espansione, attraverso una macchina generatrice di potenza, fino a bassa pressione e, prima di essere rilasciata in atmosfera, cede le proprie frigorie in favore della corrente di riciclo.
La corrente liquefatta al punto 5) viene laminata fino alla pressione dello stoccaggio: una parte evaporer? e verr? liberata in atmosfera, previo recupero delle frigorie, mentre l?altra parte rimarr? nello stoccaggio.
Alcuni sofisticati sistemi sono stati pensati per limitare la notevole spesa energetica richiesta dalla liquefazione dell?aria; essi spaziano dall?immagazzinamento di frigorie in un accumulatore solido, all?accoppiamento di un LAES ad un vaporizzatore di LNG che produce NG, come mostrato nei brevetti KR102147234B1 e CN207420649U.
Questi brevetti mostrano l?uso del LNG per la liquefazione di una corrente di aria compressa, ma impiegando LNG che deve essere importato dall?esterno, anzich? venire prodotto a partire da NG; ossia, questi sistemi consumano del LNG alla cui produzione hanno concorso fonti energetiche non rinnovabili.
Riassunto dell?invenzione
Gli autori della presente invenzione hanno sorprendentemente elaborato un metodo che si divide in due fasi: di generazione e di accumulo.
Nella fase di accumulo si utilizza energia elettrica e LNG immagazzinato nella fase di generazione per distillare aria e accumulare ossigeno liquido e aria impoverita di ossigeno in forma liquida.
Durante questa fase almeno una parte o tutto il gas naturale liquefatto ? vaporizzato e immesso in rete o, in alternativa, stoccato.
Nella fase di generazione, un ciclo combinato a ossicombustione produce elettricit?, laddove uno dei fluidi motore per il ciclo secondario di recupero termico ? rappresentato da aria impoverita di ossigeno allo stato liquido, che ? vaporizzato a spese del gas naturale prelevato dalla rete, trasformato cos? in gas naturale liquefatto.
Oggetto dell?invenzione
In un primo oggetto, la presente invenzione descrive un processo per la produzione di gas naturale e per la produzione di ossigeno liquido e di aria impoverita di ossigeno in forma liquida.
In un aspetto particolare dell?invenzione, tale processo ? condotto nell?ambito di un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica, eventualmente utilizzando l?eccesso di energia elettrica per la produzione di detto ossigeno liquido e di detta aria impoverita di ossigeno liquida.
In un secondo oggetto, la presente invenzione descrive un processo per la produzione di energia elettrica e di anidride carbonica liquida e, eventualmente, anche di gas naturale liquido.
In un aspetto particolare dell?invenzione, tale processo ? condotto nell?ambito di un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica, in particolare, in periodi di sotto-approvvigionamento.
Nel complesso, pertanto, la presente invenzione descrive in un suo terzo oggetto un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica ed eventualmente per la produzione e accumulo di LNG.
Breve descrizione delle figure
La figura 1 mostra il processo dell?invenzione secondo un suo primo aspetto in cui si accumula energia elettrica (peak shaving) attraverso l?accumulo di ossigeno liquido e di aria impoverita (di ossigeno) liquida.
La figura 2 mostra il processo dell?invenzione in un suo secondo aspetto, in cui si attua generazione di energia elettrica ed eventualmente di gas naturale liquefatto.
Descrizione dettagliata dell?invenzione
In un primo oggetto, la presente invenzione descrive un processo per la produzione di gas naturale e per la produzione di ossigeno liquido e di aria impoverita di ossigeno liquida.
Tale processo comprende fasi che coinvolgono: - un ciclo dell?aria,
- un ciclo frigorifero,
ed eventualmente un ciclo del gas naturale.
Per gli scopi della presente invenzione, i cicli sopra menzionati sono fra loro connessi tramite una o pi? fasi di scambi di calore.
In un primo aspetto, il processo dell?invenzione realizza la fase di accumulo sopra menzionata.
In particolare, tale processo comprende sottoporre un flusso di aria a1 prelevato da una sorgente INair alle fasi di:
I) pre-trattamento,
II) trattamento,
III) scambio termico,
IV) separazione ottenendo un flusso di ossigeno
a40 e un flusso di aria impoverita di ossigeno a13, Va) ottenere da detto flusso di ossigeno a40 un flusso di ossigeno liquido a44 e un flusso di ossigeno gassoso a43,
Vb) ottenere da detto flusso di aria impoverita di ossigeno a13 un flusso di aria impoverita di ossigeno liquida a23.
Pi? in dettaglio, in tale fase I) di pretrattamento il flusso di aria a1 ? sottoposto alle fasi di:
Ia) compressione in un compressore Cair ottenendo un flusso di aria compresso a2,
Ib) raffreddamento di detto flusso di aria compresso a2 in un raffreddatore HEair ottenendo un flusso di aria compresso e raffreddato a3,
Ic) separazione in un primo separatore S1air di un flusso di vapore condensato a4 dal fondo di detto separatore S1air e di un flusso gassoso compresso e raffreddato a5 dalla testa di detto separatore S1air.
In particolare, nella fase Ib) il raffreddamento ? ottenuto per scambio termico con un fluido refrigerante ad esempio rappresentato da aria o da acqua.
Per gli scopi della presente invenzione, le fasi Ia), Ib) e Ic) possono essere ripetute pi? volte, fino ad ottenere un flusso gassoso di aria compresso e raffreddato a5 alla pressione opportuna per le operazioni successive.
La ripetizione di tali fasi deve essere compatibile con la complessit? impiantistica necessaria e i conseguenti costi realizzativi e operativi.
Secondo la fase II) di trattamento, il flusso gassoso compresso e raffreddato a5, ? sottoposto ad una purificazione in una Unit? di Trattamento TUair per la rimozione di impurezze ottenendo un flusso di aria purificata a6.
Per gli scopi della presente invenzione, tali impurezze sono rappresentate da umidit? residua, anidride carbonica, idrocarburi, fra i quali, in particolare, acetilene.
Nella successiva fase III) di scambio termico, il flusso di aria purificata a6 ? sottoposta ad una fase con la quale viene raffreddato fino ad una temperatura vicino al punto di condensazione di tale flusso, con eventuale parziale condensazione, ottenendo un flusso di aria purificata e raffreddata a7.
Nella fase IV) di separazione ? condotta una fase IVa) preliminare in cui il flusso di aria purificata e raffreddata a7 ? sottoposta ad un ulteriore raffreddamento all?interno del ribollitore Ra di una colonna di distillazione Da ottenendo un flusso parzialmente condensato a8.
Da detto flusso parzialmente condensato a8 all?interno di un secondo separatore S2air in una fase IVb) ? separato, dal fondo, un secondo flusso di aria liquida condensata a10 che viene laminato da una prima valvola di laminazione v1 ottenendo una corrente laminata a12 e poi alimentata alla colonna di distillazione Da.
Dalla testa del secondo separatore S2air ? invece separato un flusso gassoso a9, che viene espanso in una turbina TEXair generando potenza e ottenendo un flusso espanso a11 che viene alimentato alla colonna di distillazione Da.
Dalla testa della colonna di distillazione Da ? ottenuto un flusso di aria impoverita di ossigeno a13.
In un aspetto preferito della presente invenzione, detto flusso di aria impoverita di ossigeno a13 ha un contenuto di ossigeno inferiore al 12% v/v.
Vantaggiosamente, in questo modo, il contenuto di ossigeno ? inferiore al limite di infiammabilit? del gas naturale liquefatto, concorrendo alla maggior sicurezza del processo e dell?impianto in cui viene condotto.
Secondo una possibile forma realizzativa, dal fondo della colonna di distillazione Da ? ottenuta una corrente di fondo della colonna R1 che ? inviata al ribollitore Ra della colonna Da per la fase IV) per poi essere ricircolata al fondo della colonna come flusso R2; varianti equivalenti di tale forma realizzativa possono essere attuate dal tecnico del settore sulla base delle necessit? contingenti.
Nella fase Va), dal ribollitore Ra si ottiene inoltre un flusso di ossigeno a40, di cui una prima porzione a41 ? pompata in una prima pompa per l?ossigeno P1O2 ottenendo un flusso pompato a42, che ? sottoposto ad una fase di scambio termico nello scambiatore MHE dove viene riscaldato ottenendo un flusso di ossigeno vaporizzato (gassoso) a43.
La seconda porzione a44 del flusso di ossigeno liquido ottenuto dal ribollitore Ra ? inviata ad un serbatoio TO2, in cui ? immagazzinato e da cui pu? essere prelevato un flusso di impiego F1O2, che pu? essere pompato in una seconda pompa dell?ossigeno P2O2 ottenendo un flusso pompato di impiego F2O2.
Nella fase Vb), il flusso di aria impoverita di ossigeno a13 ? sottoposto ad una fase di scambio termico nello scambiatore MHE ottenendo un flusso di aria impoverita di ossigeno riscaldata a14.
Successivamente, tale flusso di aria impoverita di ossigeno riscaldata a14 ? sottoposto alle fasi di:
- compressione, in un primo compressore C1wa ottenendo un flusso compresso a15,
- raffreddamento, in un primo raffreddatore HE1wa ottenendo un flusso compresso e raffreddato a16.
In particolare, il raffreddamento nel primo raffreddatore HE1wa ? condotto impiegando un fluido refrigerante rappresentato ad esempio da aria o acqua.
Le fasi di compressione e raffreddamento possono essere ripetute una o pi? volte a seconda delle necessit? e tenuto conto della complessit? impiantistica e dei costi operativi e di realizzazione.
Ad esempio, il flusso compresso e raffreddato a16 pu? essere compresso in un ulteriore primo compressore C1?wa ottenendo un ulteriore flusso compresso a15? da raffreddare in un ulteriore primo raffreddatore HE1?wa ottenendo un ulteriore primo flusso compresso e raffreddato a16?.
In accordo con una forma realizzativa della presente invenzione, a detto primo flusso compresso e raffreddato a16 o a detto ulteriore primo flusso compresso e raffreddato a16? pu? essere unito un flusso di gas riciclato riscaldato a26, ottenuto come qui a seguito descritto, dando origine ad un secondo flusso
a17.
In un secondo compressore C2wa detto secondo flusso
a17 ? compresso ottenendo un secondo flusso compresso
a18 che ? raffreddato in un secondo raffreddatore HE2wa ottenendo un secondo flusso compresso ed raffreddato
a19.
Le fasi di compressione e raffreddamento possono essere ripetute una o pi? volte a seconda delle necessit? e tenuto conto della complessit? impiantistica e dei costi operativi e di realizzazione.
Ad esempio, il secondo flusso compresso e raffreddato a19 pu? essere compresso in un ulteriore secondo compressore C2?wa ottenendo un ulteriore secondo flusso compresso a18? che pu? essere raffreddato in un ulteriore secondo raffreddatore HE2?wa ottenendo un ulteriore secondo flusso compresso e raffreddato a19?.
Detto flusso ulteriormente compresso e ulteriormente raffreddato a19/a19? ? sottoposto ad una fase di scambio termico nello scambiatore LHE con cui viene raffreddato ottenendo un flusso almeno parzialmente condensato a20.
Detto flusso parzialmente condensato a20 ? espanso in un espansore TEXwa generando potenza e ottenendo un flusso ulteriormente condensato a21.
All?interno di un separatore Swa da detto flusso ulteriormente condensato a21 sono separati un flusso gassoso di testa a22 che, dopo essere riscaldato in una fase di scambio termico nello scambiatore termico LHE origina il flusso di gas di riciclo riscaldato a26 sopra menzionato detto.
Dal fondo del separatore Swa si ottiene un flusso di aria impoverita di ossigeno liquida a23, che ? inviato ad un serbatoio Tair per essere immagazzinato.
Da tale serbatoio Tair ? ottenuto un flusso F1air che, dopo essere stato pompato da una pompa Pair, forma un flusso di impiego di aria liquida impoverita di ossigeno pompata F2air.
Una porzione del flusso di aria impoverita di ossigeno a24 ? laminata mediante una seconda valvola di laminazione v2 ottenendo un flusso laminato a25 alla pressione di testa della colonna di distillazione Da e alimentato a questa.
Per gli scopi della presente invenzione, le frigorie necessarie per le fasi di scambio di calore nello scambiatore LHE possono essere fornite anche da un ciclo frigorifero.
Secondo un aspetto della presente invenzione, tale ciclo frigorifero ? rappresentato da un ciclo a gas naturale liquefatto.
In particolare, un flusso raffreddato ed espanso a60 di gas naturale liquefatto ottenuto da una fase di espansione, ad esempio in un espansore, del gas naturale liquefatto EXrceffettua uno scambio di calore cedendo le proprie frigorie al flusso ulteriormente compresso e ulteriormente raffreddato a19.
La corrente riscaldata a61 in uscita dallo scambiatore LHE ? compressa in un compressore del ciclo frigorifero Crc ottenendo un flusso compresso a62 che ? successivamente raffreddato in un raffreddatore del ciclo frigorifero HErc ottenendo un flusso compresso e raffreddato a63.
Secondo un aspetto particolare della presente invenzione, la compressione ed il raffreddamento nel ciclo refrigerante possono essere ripetuti pi? volte in un ulteriore compressore del ciclo frigorifero C?rc ottenendo un ulteriore flusso compresso a62?, eventualmente raffreddato in un ulteriore raffreddatore HE?rc del ciclo frigorifero, fino ad ottenere un flusso a63 criogenico; la ripetizione di tali fasi ? in funzione delle necessit? e della complessit? impiantistica e dei costi costruttivi e operativi.
Detto flusso compresso e raffreddato a63 ? successivamente ulteriormente raffreddato per scambio termico nello scambiatore di calore del LHE ottenendo un flusso ulteriormente raffreddato a64, che in un aspetto preferito viene successivamente espanso in un espansore del ciclo frigorifero EXrc con produzione di potenza.
Secondo un aspetto particolare della presente invenzione, allo scambiatore di calore del ciclo frigorifero LHE pu? essere inviata in aggiunta anche un flusso di gas naturale liquefatto a50 in uscita da un apposito serbatoio TLNG e pompata da una pompa del gas naturale liquefatto PLNG ottenendo un flusso di gas naturale liquefatto pompato a 51.
Nello scambiatore LHE il flusso a51 si riscalda e vaporizza originando un flusso di gas naturale a52 inviato in rete.
Per gli scopi della presente invenzione, le fasi del processo sopra descritto sono condotte mediante l?impiego di energia elettrica.
In un secondo oggetto, la presente invenzione descrive un processo per la produzione di energia elettrica e di anidride carbonica liquida; eventualmente e preferibilmente anche di gas naturale liquido.
Tale processo comprende fasi che coinvolgono: - un ciclo dell?aria impoverita di ossigeno, - un ciclo mediante un fluido refrigerante,
- un ciclo dell?ossigeno,
ed eventualmente un ciclo del gas naturale liquefatto.
Per gli scopi della presente invenzione, i cicli sopra menzionati sono fra loro connessi tramite una o pi? fasi di scambi di calore.
Tale processo realizza la fase di generazione sopra menzionata.
In particolare, in un combustore COMB ? ottenuta in una fase A) la combustione di un combustibile F in presenza di un flusso di ricircolo ricco in anidride carbonica g6 e di un flusso di ossigeno gassoso g47.
Dalla combustione si ottiene un flusso g1 composto prevalentemente da CO2 e acqua ad alta pressione e temperatura, che viene espanso in un espansore TEXg con produzione di potenza.
Preferibilmente, l?espansione ? condotta fino a pressione quasi atmosferica, mentre la temperatura ? abbassata fino a circa 700?C.
Il flusso espanso g2 cos? ottenuto in una fase B) ? sottoposto ad uno scambio termico in una Unit? di Recupero del Calore WHRU in cui viene raffreddato ottenendo un flusso espanso e raffreddato g3.
Per gli scopi della presente invenzione preferibilmente il raffreddamento ? condotto fino a circa 90?C.
All?interno dell?Unit? di Recupero del Calore WHRU, lo scambio termico ? condotto con un flusso di aria impoverita di ossigeno pompata g62 ed eventualmente anche con un flusso di aria riscaldato ed espanso g64, che circolano all?interno di un ciclo dell?aria, come verr? in seguito descritto.
In una fase C) il flusso espanso e raffreddato g3 ? sottoposto ad una fase di separazione in un primo separatore S1 dal fondo del quale si ottiene una prima porzione g4 di vapore acqueo condensato.
Dalla testa del primo separatore S1 si ottiene un primo flusso gassoso g5, che ? successivamente compresso in un primo compressore C1, da cui si ottiene un flusso di ricircolo g6 ricco in CO2, che viene ricircolato al combustore COMB allo scopo di diminuire la temperatura di combustione.
Dal primo compressore C1 ? inoltre ottenuto un flusso compresso g8 che ? inviato all?Unit? di Recupero del Calore WHRU ottenendo un flusso compresso raffreddato g9.
In un aspetto preferito, il flusso compresso g8 ? spillato dal primo compressore C1 alla pressione di circa 10 barg.
All?interno dell?Unit? di Recupero del Calore WHRU, lo scambio termico ? condotto con un flusso di aria impoverita di ossigeno pompata g62, che circola all?interno di un ciclo dell?aria, come verr? in seguito descritto.
Nel caso in cui il raffreddamento all?interno dell?Unit? di Recupero del Calore WHRU non raggiunga la temperatura ambiente, ? possibile raffreddare ulteriormente il flusso g9 in un raffreddatore HEag, mediante un fluido refrigerante ad esempio rappresentato da aria o acqua, ottenendo un flusso ulteriormente raffreddato g10.
Il flusso compresso raffreddato g9 o ulteriormente raffreddato g10 ? sottoposto a una fase D) di separazione in un secondo separatore S2 dal cui fondo si ottiene una seconda porzione g11 di vapore acqueo condensato.
Dalla testa del secondo separatore S2 si ottiene un flusso g12 a prevalente composizione di anidride carbonica, che viene sottoposto ad una fase E) di trattamento in una Unit? di Disidratazione DHU con cui viene disidratato separando un flusso g13 prevalentemente composto da acqua e un flusso disidratato g14.
Per gli scopi della presente invenzione, tale disidratazione ? condotta fino a meno di circa 500 ppm e preferibilmente fino a meno di circa 50 ppm di acqua.
Il flusso disidratato g14 ottenuto ? sottoposto successivamente ad una fase F) di raffreddamento in un bagno refrigerante RB ottenendo un flusso disidratato raffreddato g15.
Al flusso disidratato raffreddato g15 ? unito un secondo flusso a prevalente composizione di CO2 g22 ottenuto come qui a seguito descritto, ottenendo un flusso riunito a prevalente composizione di CO2 g16.
In un terzo separatore S3 da tale flusso riunito a prevalente composizione di CO2 g16 si separa un flusso di CO2 liquida g17 dal fondo e un flusso gassoso di rilascio g18 dalla testa di detto terzo separatore S3.
In particolare, tale flusso di CO2 liquida g17 ? composta almeno per il 95% di CO2.
In una fase G) tale flusso gassoso di rilascio g18 pu? essere compresso in un secondo compressore C2 ottenendo un flusso gassoso compresso di rilascio g18?.
Il flusso gassoso di rilascio g18 o il flusso gassoso compresso di rilascio g18? ? inviato al bagno refrigerante RB dove viene raffreddato e parzialmente condensato ottenendo un flusso parzialmente condensato di rilascio g19.
In un quarto separatore S4 da tale flusso parzialmente condensato di rilascio g19 ? separato in una fase H) un flusso gassoso finale di rilascio g20 che viene liberato in atmosfera, eventualmente dopo essere stato ulteriormente trattato per ridurne il contenuto di carbonio.
In particolare, tale flusso gassoso di rilascio
g20 comprende prevalentemente argon, azoto, anidride carbonica e ossigeno.
Dal fondo del quarto separatore S4 ? invece ottenuto un flusso liquido di recupero g21 che viene laminato tramite una prima valvola di laminazione gV1 ottenendo un flusso a prevalente composizione di CO2 g22 alla pressione del terzo separatore S3, ed ? riunito al flusso disidratato raffreddato g15 come sopra descritto.
Per gli scopi della presente invenzione il bagno refrigerante opera su un ciclo refrigerante in cui circola un fluido refrigerante RF.
In particolare, tale fluido refrigerante ? scelto nel gruppo che comprende CF4, argon, R32, R41, R125 o un altro fluido refrigerante noto nel settore.
A tale scopo, all?interno del bagno refrigerante RB, il flusso disidratato g14, cos? come il flusso gassoso di rilascio g18 o il flusso gassoso compresso di rilascio g18?, sono raffreddati mediante un flusso raffreddato RF1 del fluido refrigerante, che si riscalda ottenendo un flusso di fluido refrigerante riscaldato RF2.
Tale flusso di fluido refrigerante riscaldato RF2 ? pompato in una soffiante del ciclo del fluido refrigerante CRF dando un flusso pompato di fluido refrigerante RF3, che ? successivamente raffreddato nello scambiatore di calore Erb di un ciclo dell?ossigeno ottenendo un flusso raffreddato del fluido refrigerante RF1.
In particolare, il ciclo dell?ossigeno origina da un serbatoio TO2 in cui ? immagazzinato ossigeno liquido.
Dal serbatoio TO2 origina un flusso di ossigeno liquido g45 che ? pompato da una pompa dell?ossigeno PO2 ottenendo un flusso di ossigeno liquido pompato
g46.
Tale flusso di ossigeno liquido pompato g46 effettua una fase di scambio termico nello scambiatore del ciclo dell?ossigeno Erb con cui cede le proprie frigorie al flusso di fluido refrigerante RF3 ottenendo un flusso di ossigeno gassoso g47.
Il flusso di ossigeno gassoso g47 cos? ottenuto ? inviato al combustore COMB come sopra descritto.
Come sopra riportato, all?interno dell?Unit? di Recupero del Calore WHRU sono effettuati scambi termici con uno o pi? flussi di aria impoverita di ossigeno che circolano all?interno di un circuito dell?aria impoverita di ossigeno.
In particolare, a partire da un serbatoio di aria impoverita di ossigeno Tair, ? prelevato un flusso di aria impoverita di ossigeno g60 che ? pompato da una pompa Pair ottenendo un flusso pompato di aria impoverita di ossigeno g61.
In un aspetto preferito, il pompaggio ? effettuato fino ad una pressione di circa 80 barg.
Tale flusso di aria impoverita di ossigeno pompato
g61, prima di essere inviato all?Unit? di Recupero del Calore WHRU, pu? effettuare uno scambio termico in uno scambiatore del gas naturale ELNG con un flusso di gas naturale g41 ottenuto come qui a seguito descritto, ottenendo un flusso pompato di aria impoverita di ossigeno riscaldato g62.
Il flusso di aria impoverita di ossigeno g61 o il flusso di aria impoverita di ossigeno riscaldato g62 ? inviato all?Unit? di Recupero del Calore WHRU nel quale effettua uno scambio termico con il flusso compresso
g8 e il flusso espanso g2 ottenendo un flusso di aria impoverita di ossigeno ulteriormente riscaldato g63.
In una forma realizzativa dell?invenzione, tale flusso di aria impoverita di ossigeno ulteriormente riscaldato g63 pu? eventualmente essere espanso in un primo espansore EXair con generazione di potenza, ottenendo un flusso di aria impoverita di ossigeno ulteriormente riscaldato espanso g64.
Tale flusso di aria impoverita di ossigeno ulteriormente riscaldato espanso g64 pu? essere inviato nuovamente all?Unit? di Recupero del Calore WHRU per un ulteriore scambio termico con il flusso espanso g2 ottenendo un flusso di aria impoverita di ossigeno espanso ancor pi? riscaldato g63?.
In un aspetto preferito della presente invenzione, dall?Unit? di Recupero del Calore WHRU il flusso di aria impoverita di ossigeno ulteriormente riscaldato
g63 o il flusso di aria impoverita di ossigeno espanso ancor pi? riscaldato g63? esce con una temperatura di circa 450-500?C.
Prima di essere liberato in atmosfera, pu? essere eventualmente ulteriormente espanso in un ulteriore espansore EX?air con generazione di potenza, ottenendo un flusso di aria impoverita di ossigeno di rilascio
g64?.
Alternativamente, tale flusso di aria impoverita di ossigeno di rilascio g64? pu? essere impiegato nella rigenerazione dell?Unit? di trattamento dell?aria (TUair) o nell?Unit? di Purificazione del gas naturale (PU) o nell?Unit? di Disidratazione (DHU) dell?anidride carbonica.
Secondo una forma realizzativa della presente invenzione sopra riportata, il flusso di aria impoverita di ossigeno ad alta pressione g61 pu? essere riscaldato in uno scambiatore di calore del gas naturale liquefatto ELNG mediante un flusso di gas naturale purificato g41 ottenuto da una Unit? di Purificazione PU del gas naturale che opera su un flusso iniziale g40 di gas naturale prelevato dalla rete Net, normalmente alla pressione di circa 70 barg.
Nell?Unit? di Purificazione PU il flusso di gas naturale iniziale g40 ? trattato secondo metodologie note nel settore allo scopo di (i) ridurne il contenuto di acqua, preferibilmente al di sotto di 500 ppm di acqua e ancor pi? preferibilmente al di sotto di 50 ppm e/o di (ii) ridurne il contenuto di zolfo preferibilmente al di sotto di 500 ppm di zolfo e ancor pi? preferibilmente al di sotto di 10 ppm e/o di (iii) ridurne il contenuto di anidride carbonica preferibilmente al di sotto di 500 ppm di anidride carbonica e ancor pi? preferibilmente al di sotto di 50 ppm.
Dopo la fase di scambio termico nello scambiatore ELNG, il flusso di gas naturale condensato g42 ? inviato ad un serbatoio TLNG in cui ? opportunamente immagazzinato.
Secondo le necessit?, da tale serbatoio TLNG pu? essere prelevato un flusso di gas naturale liquefatto
g50 che pu? essere pompato da una pompa del gas naturale liquefatto PLNG.
Per gli scopi della presente invenzione, il flusso di aria impoverita liquida impiegato nella fase di scambio termico nello scambiatore ELNG per il raffreddamento del flusso di gas naturale purificato
g41 e nello scambio termico con il flusso espanso g2 nell?Unit? di Recupero del Calore (WHRU) ? l?aria impoverita di ossigeno liquida ottenuto dopo la fase di separazione nel separatore del ciclo dell?aria impoverita di ossigeno e immagazzinato nel serbatoio Tair.
Per gli scopi della presente invenzione, l?ossigeno liquido impiegato nella fase di scambio termico nello scambiatore Erb per il raffreddamento del flusso pompato del fluido refrigerante RF3 ? l?ossigeno liquido ottenuto in uscita dal ribollitore Ra della colonna di distillazione Da e immagazzinato nel serbatoio TO2.
Per gli scopi della presente invenzione, il gas naturale liquefatto ottenuto dopo lo scambio termico con l?aria impoverita di ossigeno ? immagazzinato all?interno di un opportuno serbatoio TLNG, dopo essere prelevato come flusso g50 e pompato come flusso g51 pu? essere impiegato per fornire le ulteriori frigorie necessarie allo scambio termico effettuato nello scambiatore di calore LHE nel processo sopra descritto di accumulo.
Per gli scopi della presente invenzione, nella descrizione sopra riportata, i valori di pressione sono preferibilmente da intendersi come segue:
- LNG: 5-150 barg, circa, e preferibilmente a 70 barg;
- ossigeno e la corrente di riciclo al combustore: 8-450 barg, circa, e preferibilmente 35 barg;
- aria impoverita di ossigeno: 10-400 barg, circa, e preferibilmente 150 barg;
- anidride carbonica disidratata: ? compresa tra pressioni del punto triplo e la pressione critica della CO2.
Alla luce di quanto sopra riportato, si evince che i processi descritti sono fra loro integrati e connessi.
In particolare, il primo processo (?ACCUMULO?) ? preferibilmente attuato in una condizione di offerta di energia elettrica superiore alle richieste (eccesso) e consente la preparazione e l?accumulo di aria impoverita di ossigeno liquefatta, di ossigeno liquefatto; nonch? la produzione di gas naturale da immettere nella rete.
In un aspetto particolare dell?invenzione, il primo processo ? condotto nell?ambito di un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica, in particolare in situazioni di eccesso di energia elettrica.
Tale metodo comprende il condurre il primo processo impiegando una quantit? di energia elettrica in eccesso rispetto alle richieste.
Inoltre, il secondo processo (?GENERAZIONE?) ? preferibilmente attuato in condizione di richiesta di energia elettrica rispetto alle richieste (carenza) e consente la produzione di energia elettrica in pi? fasi, nonch? la preparazione e l?accumulo di gas naturale liquefatto.
In un aspetto particolare dell?invenzione, il secondo processo ? condotto nell?ambito di un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica, in particolare, in periodi di sotto-approvvigionamento.
Tale metodo comprende il condurre il secondo processo impiegando un accumulo di aria impoverita (di ossigeno) liquida e di ossigeno liquido accumulati in condizioni di eccesso di energia elettrica o, come sopra descritto, mediante un processo di ?ACCUMULO?.
In un terzo oggetto dell?invenzione ? descritto un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica, che comprende l?attuare il processo di ?ACCUMULO? e il processo di ?GENERAZIONE? a seconda delle condizioni e della disponibilit? dell?energia elettrica, vantaggiosamente portando inoltre alla produzione e all?accumulo di LNG.
Dalla descrizione sopra riportata saranno evidenti alla persona esperta nel settore i numerosi vantaggi offerti dalla presente invenzione.
Il metodo descritto dalla presente invenzione consente un?elevata efficienza; ad esempio, il 90% rispetto al combustibile, il 45% di efficienza globale (cio?, tenendo conto di tutte le forme di energia immesse nel sistema).
Inoltre, il metodo ? in grado di stabilizzare la rete elettrica assorbendo energia in eccesso o immettendo energia prodotta.
Il metodo pu? inoltre convenientemente produrre gas naturale liquefatto e ossigeno gassoso ad alta pressione.
Il metodo descritto dalla presente invenzione consente di non rilasciare anidride carbonica nell?ambiente, consentendo di attuare un processo sostenibile dal punto di vista ambientale.
Nel complesso, il metodo comprende processi che sono pi? semplici, dal punto di vista tecnico, della somma degli altri processi che portano agli stessi risultati, come la tecnologia oxy-combustion e LAES, ad esempio anche grazie all?impiego di una sola colonna di distillazione.

Claims (17)

RIVENDICAZIONI
1. Un processo per la produzione di ossigeno liquido e di aria liquida impoverita di ossigeno, ed eventualmente di gas naturale, detto processo impiegante energia elettrica, che comprende il sottoporre un flusso di aria a1 prelevato da una sorgente INair alle fasi di:
I) pre-trattamento,
II) trattamento,
III) scambio termico,
IV) separazione ottenendo un flusso di ossigeno
a40 e un flusso di aria impoverita di ossigeno a13, Va) ottenere da detto flusso di ossigeno a40 un flusso di ossigeno liquido a44 e un flusso di ossigeno gassoso a43,
Vb) ottenere da detto flusso di aria impoverita di ossigeno a13 un flusso di aria impoverita di ossigeno liquida a23, in cui
nella fase I) di pre-trattamento il flusso di aria a1 ? sottoposto alle fasi di:
Ia) compressione in un compressore Cair ottenendo un flusso di aria compresso a2,
Ib) raffreddamento di detto flusso di aria compresso a2 in un raffreddatore HEair ottenendo un flusso di aria compresso e raffreddato a3,
Ic) separazione in un primo separatore S1air di un flusso di vapore condensato a4 dal fondo di detto separatore S1air e di un flusso gassoso compresso e raffreddato a5 dalla testa di detto separatore S1air.
2. Il processo secondo la rivendicazione 1, in cui nella fase II) di trattamento, il flusso gassoso compresso e raffreddato a5, ? sottoposto ad una purificazione in una Unit? di Trattamento TU per la rimozione di impurezze ottenendo un flusso di aria purificata a6.
3. Il processo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui nella fase III) di scambio termico, il flusso di aria purificata a6 ? sottoposta ad una fase di scambio termico con la quale viene raffreddato ottenendo un flusso di aria purificata e raffreddata
a7.
4. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui nella fase IV) di separazione ? condotta una fase IVa) preliminare in cui il flusso di aria purificata e raffreddata a7 ? sottoposta ad un raffreddamento all?interno di un ribollitore Ra di una colonna di distillazione Da ottenendo un flusso parzialmente condensato a8, dal quale in una fase IVb) ? separato all?interno di un secondo separatore S2air, dal fondo, un secondo flusso di aria liquida condensata a10 che viene laminato da una prima valvola di laminazione v1 ottenendo una corrente parzialmente vaporizzata a12 poi alimentata ad una colonna di distillazione Da, e dalla testa di detto secondo separatore S2air, un flusso gassoso a9, che viene espanso in una turbina TEXair con generazione di potenza ottenendo un flusso espanso a11, che viene alimentato alla colonna di distillazione Da.
5. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dalla testa della colonna di distillazione ? ottenuta un flusso di aria impoverita di ossigeno a13.
6. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui nella fase Va) dal ribollitore Ra ? ottenuto un flusso di ossigeno a40, di cui una seconda porzione a44 ? inviata ad un serbatoio TO2.
7. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui nella fase Vb), il flusso di aria impoverita di ossigeno a13 ? sottoposto ad una fase di scambio termico ottenendo un flusso di aria impoverita di ossigeno riscaldata a14, il quale successivamente ? sottoposto a una o pi? fasi di:
- compressione ottenendo un flusso compresso a15, - raffreddamento ottenendo un flusso compresso e raffreddato a16, al quale pu? essere unito un flusso di gas riciclato riscaldato a26 ottenendo un secondo flusso a17, il quale ?:
- compresso ottenendo un secondo flusso compresso
a18 che viene raffreddato ottenendo un flusso ulteriormente compresso ed ulteriormente raffreddato
a19, il quale ?:
- sottoposto ad una fase di scambio termico nello scambiatore LHE con cui ? raffreddato ottenendo un flusso almeno parzialmente condensato a20, il quale ?:
- ? espanso in un espansore TEXwa ottenendo un flusso ulteriormente condensato a21 e con generazione di potenza, dal quale
- all?interno di un separatore Swa sono separati un flusso gassoso di testa a22 che, dopo essere riscaldato in una fase di scambio termico nello scambiatore termico LHE origina il flusso di gas di riciclo riscaldato a26 e, dal fondo di detto separatore Swa un flusso liquido di aria impoverita di ossigeno
a23, che ? inviato ad un serbatoio Tair.
8. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui la fase di scambio termico nello scambiatore LHE ? condotta impiegando le frigorie di un ciclo frigorifero.
9. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui detto ciclo frigorifero impiega gas naturale liquefatto.
10. Il processo secondo la rivendicazione 7 o 8 o 9 in cui la fase di scambio termico nello scambiatore LHE ? condotta impiegando ulteriormente le frigorie di un flusso di gas naturale liquefatto a51.
11. Un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica, comprendente la fase di condurre un processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ? impiegata energia elettrica disponibile dalla rete elettrica.
12. Un processo per la produzione di energia elettrica e di anidride carbonica liquida ed eventualmente di gas naturale liquido, comprendente le fasi:
A) combustione di un flusso di combustibile F in presenza di un flusso di ricircolo ricco in CO2 g6 e di un flusso di ossigeno gassoso g47 ottenendo un flusso
g1 composto prevalentemente da CO2 e acqua ad alta pressione e temperatura, che viene espanso in un espansore TEXg con produzione di potenza,
B) scambio termico del flusso espanso g2 cos? ottenuto, ottenendo un flusso espanso e raffreddato g3, C) separazione in un primo separatore S1 di una prima porzione di fondo g4 di vapore acqueo condensato e di un primo flusso gassoso g5, che ? successivamente compresso in un primo compressore C1, da cui si ottiene un flusso di ricircolo g6 ricco in CO2, che ? ricircolato al combustore COMB e un flusso compresso
g8 che ? raffreddato ottenendo un flusso compresso raffreddato g9,
D) separazione in un secondo separatore S2 dal cui fondo si ottiene una seconda porzione g11 di vapore acqueo condensato e dalla cui testa si ottiene un flusso g12 a prevalente composizione di anidride carbonica g12,
E) trattamento di detto flusso g12 a prevalente composizione di anidride carbonica g12, che viene sottoposto ad una fase di disidratazione ottenendo un flusso disidratato g14,
F) raffreddamento di detto flusso disidratato g14 ottenendo un flusso disidratato raffreddato g15, al quale ? unito un secondo flusso a prevalente composizione di CO2 g22, ottenendo un flusso riunito a prevalente composizione di CO2 g16, dal quale in un terzo separatore S3 si separa un flusso di CO2 liquida
g17 dal fondo e un flusso gassoso di rilascio g18, G) comprimere e raffreddare detto flusso gassoso di rilascio g18 ottenendo un flusso parzialmente condensato di rilascio g19,
H) separazione in un separatore S4 da detto flusso parzialmente condensato di rilascio g19 di un flusso gassoso finale di rilascio g20 dalla testa e di un secondo flusso a prevalente composizione di CO2 g22 dal fondo,
in cui detta fase B) di raffreddamento ? condotta mediante le frigorie fornite da un flusso liquido di aria impoverita di ossigeno g60,
e in cui detta fase F) di raffreddamento ? condotta mediante le frigorie fornite da un fluido refrigerante che ? raffreddato da un flusso di ossigeno liquido g46.
13. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui detto flusso liquido di aria impoverita di ossigeno g61 ? riscaldato mediante un flusso di gas naturale g41 ottenendo un flusso di gas naturale liquefatto g42.
14. Un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica, comprendente la fase di condurre un processo la rivendicazione 12 o 13, in cui ? prodotta una quantit? di energia elettrica di cui la rete elettrica ? carente.
15. Un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica secondo la rivendicazione 14, in cui il processo ? condotto impiegando un flusso liquido di aria impoverita di ossigeno ottenuto secondo il processo di una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10.
16. Un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica secondo la rivendicazione 14 o 15, in cui il processo ? condotto impiegando nella fase di scambio termico nello scambiatore Erb per il raffreddamento del fluido refrigerante compresso RF3 un flusso di ossigeno liquido ottenuto secondo il processo di una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10.
17. Un metodo per la stabilizzazione della rete elettrica secondo la rivendicazione 11, in cui il processo ? condotto impiegando un flusso di gas naturale liquefatto ottenuto secondo il processo delle rivendicazioni 12 o 13.
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