MX2012009605A - Sistema unico con compresor y bomba integrado y metodo. - Google Patents

Sistema unico con compresor y bomba integrado y metodo.

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MX2012009605A
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Giuseppe Sassanelli
Matteo Berti
Lorenzo Bergamini
Stefano Bresciani
Marco Deiaco
Nicola Banchi
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Nuovo Pignone Spa
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Abstract

Se proporcionan un método y un sistema para comprimir un fluido en la fase de gas y para bombear el fluido en una fase densa. El sistema (10) incluye una parte (12) del compresor que tiene un propulsor, una entrada (32) de la parte del compresor que recibe en fluido en la fase de gas: una salida (36) de la parte del compresor que proporciona el fluido en la fase de gas; un dispositivo (40) de cambio de temperatura que cambia una fase del fluido; una parte (14) de la bomba que cambia la fase del fluido, una parte (14) de la bomba que tiene un propulsor; una entrada de la parte de la bomba que recibe el fluido en la fase densa desde la salida de la parte del compresor; una salida de la parte de la bomba que emite el fluido en la fase densa desde el sistema, un solo engranaje de corona (20) configurado para girar alrededor de un eje axial con una velocidad predeterminada; múltiples piñones (22) que hacen contacto con el único engranaje de corona y configurados para girar con velocidades predeterminadas, y una flecha (23) de bomba configurada para girar el por lo menos un propulsor de la parte de la bomba.

Description

SISTEMA Ú NICO CON COMPRESOR Y BOM BA I NTEGRADO Y MÉTODO Ca m po de la I n ve n c i ó n Las modalidades de la invención aquí descrita se relaciona en general con métodos y sistemas y, más en particular, a mecanismos y técnicas para integrar una parte de compresor y una parte de bomba en un solo sistema para comprimir y bombear un fluido determinado.
A ntecede ntes de la I nve n c i ó n Durante los años anteriores, la confiabilidad incrementada en productos petroquímicos ha generado no solamente un gran incremento en emisiones contaminantes (por ejemplo, C02) sino que también la necesidad de tener más compresores, bombas y otra maquinaria que se utilizan para procesar los productos derivados de aceite y petróleo.
Por ejemplo, en el campo de generación de energ ía, se produce una gran cantidad de emisiones de C02. Ya que el mundo es cada vez más sensible a las emisiones contaminantes y los gobiernos están dirigidos a cambiar a un sistema que penalice estas emisiones, es más urgente que nunca desarrollar tecnolog ías que reduzcan la cantidad de contaminantes, las llamadas tecnolog ías verdes. En un campo diferente, la recuperación de petróleo mejorada (EOR; que se refiere a las técnicas para incrementar la cantidad de petróleo crudo que se puede extraer del campo petrolífero) la necesidad para transportar C02 y/o una mezcla de C02 es una forma más eficiente y confiable también es muy importante para la industria y para el ambiente. De conformidad con EOR, la mezcla de 002 y/o de C02 desde una instalación de almacenamiento es provista en una ubicación de perforación, ya sea en la costa o fuera de la costa a ser bombeada en forma subterránea para remover el petróleo. Como tal, el transporte de C02 y/o la mezcla de C02 es importante para este campo. Con respecto a la generación de energía, la reducción de emisiones de C02 es un reto ya que este fluido tiene un alto peso molecular y su punto crítico está a una presión muy baja (74 bar) a temperatura ambiente. Con el fin de remover el C02 que usualmente se produce como un gas por la generación de energía, el C02 necesita ser separado de otros contaminantes y/o sustancias que están presentes en el escape de la planta de energía. Este paso tradicionalmente se llama captura. Después de capturar el 002, el gas necesita ser comprimido para llegar a una presión predeterminada, enfriado para cambiar de la fase de gas a una fase densa, por ejemplo, fase líquida y después ser transportado en esta fase más densa a una ubicación de almacenamiento. Como será descrito después, la fase densa depende del tipo de fluido, la cantidad de impurezas en el fluido y otros parámetros. Sin embargo, no existe un parámetro único que pueda describir cualitativamente la fase densa para un fluido en general, a menos que se conozca la composición exacta del fluido. El mismo proceso se puede utilizar para EOR, en donde el 002 y/o la mezcla de C02 necesita ser capturada y después comprimida y transportada a la ubicación deseada para su re-inyección.
De este modo, convencionalmente, después de la fase de captura, se utiliza un compresor para llevar el C02 inicial en la fase de gas a una fase más densa o a una fase líquida. Después, el C02 se alimenta a una bomba que transporta el fluido en la fase densa o líquida a una ubicación de almacenamiento o a otra ubicación deseada para su re-inyección. Se debe hacer notar que tanto para que la bomba y el compresor procesen eficientemente el C02, ciertas presiones y temperaturas del C02 en el gas y en las fases densa/líquida tienen que ser alcanzadas, ya que la eficiencia del compresor y la bomba son sensibles a ellas. Por lo tanto, los compresores y bombas tradicionales necesitan ser afinados uno con respecto al otro de modo que la fase precisa de 002 se transfiera desde el compresor a la bomba. Sin embargo, ya que el compresor y la bomba tradicionalmente se fabrican por diferentes proveedores, la equivalencia de estos dos elementos puede ser consumidora de tiempo, lo que requiere de mucha coordinación entre los fabricantes. Además, los sistemas existentes que utilizan compresores independientes y bombas independientes ocupan un gran espacio, lo cual puede ser muy costoso.
De conformidad con esto, puede ser conveniente proporcionar sistemas y métodos que eviten los problemas y desventajas antes descritos.
Breve Descripción de la Invención De conformidad con una modalidad ejemplificativa, se proporciona un sistema para comprimir un fluido en una fase de gas y para bombear el fluido en una fase densa. El sistema incluye una parte de compresor que tiene por lo menos un propulsor configurado para comprimir el fluido en la fase de gas; una entrada de la parte del compresor conectada con la parte del compresor y configurada para recibir el fluido en la fase de gas y para proporcionar el fluido a por lo menos un propulsor, una salida de la parte del compresor configurada para proporcionar el fluido en la fase de gas a una densidad igual o más alta que la densidad predeterminada, un dispositivo de cambio de temperatura conectado con la salida de la parte del compresor y configurado para cambiar el fluido a la fase densa, una parte de la bomba que tiene por lo menos un propulsor configurado para bombear el fluido en la fase densa; una entrada de la parte de bomba configurada para recibir el fluido en la fase densa desde la salida de la parte del compresor, una salida de la parte del compresor configurada para emitir el fluido en la fase densa desde el sistema; un engranaje de corona configurado para girar alrededor de un eje axial con una velocidad predeterminada, múltiples piñones que hacen contacto con el único engranaje de corona y configurado para girar a las velocidades predeterminadas, diferentes entre si, cada piñón está configurado para activar un propulsor de la parte del compresor correspondiente, y una flecha de bomba extendida desde la parte de la bomba y configurada para acoplarse con el único engranaje de corona para girar el por lo menos un propulsor de la parte de la bomba. El por lo menos un propulsor de la parte del compresor tiene una velocidad diferente a de del por lo menos un propulsor de la parte de la bomba, y la fase densa se define al tener una densidad más alta que la densidad predeterminada.
De conformidad con otra modalidad ejemplificativa, se proporciona un método para comprimir un fluido en la fase de gas y para bombear el fluido en una fase densa con un sistema que incluye una parte del compresor y una parte de bomba, la parte del compresor tiene por lo menos un propulsor de la parte del compresor y la parte de la bomba tiene por lo menos un propulsor de la parte de bomba. El método incluye recibir en la entrada de la parte del compresor de la parte del compresor del fluido en la fase de gas, comprimir el fluido en la fase de gas en una o más etapas de la parte del compresor, de modo que el fluido emerge en la salida de la parte del compresor de la parte del compresor como un fluido en la fase de gas a una densidad igual que o más alta que la densidad predeterminada, transformar una fase del fluido en una fase densa al enfriar el fluido después de salir de la parte del compresor, recibir el fluido en la fase densa en la entrada de la parte de la bomba de la parte de la bomba, bombear el fluido en la fase densa a través de una o más etapas de la parte de la bomba, de modo que el fluido emerge en la salida de la parte de la bomba de la parte de la bomba que tiene una presión más alta que en la entrada de la parte de la bomba, y girar el único engranaje.de corona con el fin de activar todas de por lo menos una o más etapas del compresor y la por lo menos una o más etapas de bomba. La fase densa se define por el fluido que tiene una densidad más alta que la densidad predeterminada.
De conformidad con otra modalidad ejemplificativa, se proporciona un medio legible por computadora que incluye instrucciones ejecutables por computadora, en donde las instrucciones, cuando se ejecutan, implementan un método para comprimir un fluido en la fase de gas y para bombear el fluido en una fase densa con un sistema que incluye una parte del compresor y una parte de la bomba, la parte del compresor tiene por lo menos un propulsor de la parte del compresor y una parte de la bomba que tiene por lo menos un propulsor de la parte de la bomba. El método incluye los pasos descritos en el párrafo anterior.
Breve Descripción de los Dibujos Los dibujos acompañantes, que se incorporan y que constituyen parte de esta especificación, ilustran una o más modalidades y junto con la descripción, explican las modalidades. En los dibujos: La Figura 1 es una vista general de un sistema que tiene un compresor y una bomba integrados, de conformidad con una modalidad ejemplificativa.
La Figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema que tiene un compresor y bomba integrados, de conformidad con una modalidad ejemplificativa.
La Figura 3 ilustra un diagrama de fase de un fluido que se comprime por el compresor y se bombea por la bomba a ciertas temperaturas y presiones, de conformidad con una modalidad ejemplificativa.
La Figura 4 es un diagrama esquemático de una parte de la bomba conectada con un engranaje de corona que activa la parte del compresor, de conformidad con una modalidad ejemplificativa.
La Figura 5 es una vista lateral de un sistema que tiene un compresor y bomba integrados, de conformidad con una modalidad ejemplificativa.
La Figura 6 es un diagrama esquemático de una parte de la bomba del sistema, de conformidad con una modalidad ejemplificativa.
La Figura 7 es un diagrama esquemático de un sistema que tiene un compresor y bomba integrados, de conformidad con una modalidad ejemplificativa.
La Figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra un método para comprimir y transportar un fluido, de conformidad con una modalidad ejemplificativa .
Descripción Detallada de la I nvención La siguiente descripción de las modalidades ejemplificativas se refiere a los dibujos acompañantes. Los mismos números de referencia en los diferentes dibujos identifican los elementos iguales o similares. La siguiente descripción detallada no limita la invención. En su lugar, el alcance de la invención se define por las reivindicaciones anexas. Las siguientes modalidades se describen , por simplicidad, con respecto a la terminología y la estructura de un compresor y una bomba utilizados para C02. Sin embargo, las modalidades descritas más adelante no están limitadas a este fluido, se pueden aplicar en otros fluidos.
La referencia a través de la especificación a "una modalidad" o "la modalidad" significa que una característica o estructura particular descrita en conexión con una modalidad está incluida en por lo menos una modalidad de la materia. De este modo, la aparición de las frases "en una modalidad" o "en la modalidad" en varios lugares a través de la especificación no necesariamente se refiere a la misma modalidad. Además, las características o estructuras similares se pueden combinar en cualquier forma apropiada en una o más modalidades.
De conformidad con una modalidad ejemplificativa, se proporciona un solo sistema que incluye una parte del compresor y una parte de la bomba. El sistema único está configurado para tomar como entrada un fluido en la fase de gas, transformar el fluido en una fase densa (o fase líquida) y transportar el fluido en la fase densa a la ubicación deseada. La fase densa se puede definir por la densidad, presión y temperatura del fluido. La densidad, que es predeterminada para cada fluido depende, entre otras cosas, en la composición del fluido. Se debe hacer notar que el fluido en la fase densa puede ser un gas pero tan denso que se comporta como un líquido cuando se bombea. Por esta razón, es conveniente suministrar el fluido en la fase densa o en la fase líquida a la parte de la bomba. Tal sistema puede tener menos tamaño que un sistema tradicional que incluye un compresor independiente y una bomba independiente, ya que las etapas del compresor y las etapas de la bomba se forman alrededor del engranaje de corona. El sistema también puede utilizar menos energía que el compresor independiente y la bomba independiente. El sistema puede utilizar uno o más dispositivos de enfriamiento provistos, por ejemplo, entre la parte del compresor y la parte de la bomba para enfriar el fluido en la fase de gas desde el compresor para alcanzar la fase densa antes de que el mismo sea suministrado a la parte de la bomba. Opcionalmente, se pueden instalar otros dispositivos de enfriamiento entre las diferentes etapas de la parte del compresor y/o la parte de la bomba. De conformidad con una modalidad ejemplificativa ilustrada en la Figura 1, un sistema 10 integrado incluye una parte 12 del compresor y una parte 14 de bomba. La parte 12 del compresor está alojada en un recinto 16. Dentro del recinto 16 se encuentra una caja 18 de engranajes, que incluye entre otras cosas, un solo engranaje de corona 20 y uno o más piñones 22. En una aplicación, la caja 18 de engranajes puede ser provista fuera del recinto 16. Cada piñón 22 se puede acoplar con una flecha 24 correspondiente que se conecta con un propulsor del compresor correspondiente. La flecha 23 está conectada por un extremo con el engranaje de corona 20, ya sea directamente o a través de uno o más piñones 25 u otros mecanismos equivalentes y el otro extremo de la flecha 23 entra en la parte 14 de la bomba para activar la una o más etapas presentes en la parte de la bomba. Un engranaje 26 puede ser provisto entre el engranaje de corona 20 y uno o más piñones 22. De conformidad con una modalidad ejemplificativa, las etapas de la parte del compresor están distribuidas alrededor del engranaje de corona 20 como picos alrededor de un cubo de una rueda, mientras las etapas de la parte 14 de la bomba están distribuidas en linea, a lo largo de la flecha 23 como se muestra después, que es diferentes del arreglo en línea, en donde las etapas del compresor y de la bomba están todas distribuidas a lo largo de una flecha común. Otra diferencia entre el arreglo mostrado en la Figura 1 y el arreglo en línea es que las etapas del sistema 10 pueden tener su propia velocidad de rotación, mientras las etapas en el arreglo en línea tienen toda una sola velocidad de rotación.
La parte 12 del compresor puede incluir múltiples etapas, es decir, múltiples propulsores que activan el fluido deseado. En una aplicación, la parte 12 del compresor es un compresor centrífugo y el número de propulsores del compresor y correspondientemente, las etapas del compresor pueden ser una o más. De conformidad con una modalidad ejemplificativa, los propulsores del compresor se seleccionan para acelerar el fluido que fluye debido a la fuerza centrífuga, para que la parte 12 del compresor actúe como un compresor centrífugo. Por ejemplo, la modalidad mostrada en la Figura 1 muestra seis etapas 30-1 a 30-6, cada una con un propulsor del compresor correspondiente. Cada etapa tiene una entrada y una salida. La parte 12 del compresor tiene una entrada general 32 de la parte del compresor y una salida 36 general de la parte del compresor. La entrada 32 de la parte del compresor está configurada para recibir el fluido en la fase de gas y la salida 36 general de la parte del compresor está configurada para proporcionar el fluido en la fase de gas a una presión y/o densidad incrementada. Por ejemplo, la presión de entrada puede ser de aproximadamente 1 bar mientras la presión de salida puede ser de entre 10 a 1000 bar. En una aplicación, la presión de salida puede estar entre 10 y 120 bar. La densidad de salida puede ser entre 100 y 500 kg/m3 para 002 que tiene un contenido de impurezas relativamente bajo, entre 0 y 5%. La parte 14 de la bomba también puede incluir una o más etapas, por ejemplo, múltiples propulsores que activan en fluido en la fase densa o líquida. Cada etapa puede tener una entrada y una salida. La parte 14 de la bomba tiene una entrada general de la parte de la bomba y una salida de la parte de la bomba (mostrada después). La entrada de la parte de la bomba tiene una entrada general de la parte de la bomba y una salida de la parte de la bomba (no mostrada). La entrada de la parte de la bomba se puede configurar para ser conectada con la salida 36 general de la parte del compresor para recibir el fluido en la fase densa desde la parte del compresor. La salida de la parte de la bomba puede estar configurada para descargar el fluido en la fase densa a la presión deseada para su transporte, por ejemplo, a una ubicación de almacenamiento. Para el 002 que tiene la impureza antes mencionada, la densidad entre 400 y 800 kg/m3 es la densidad predeterminada que caracteriza la fase densa. En otras palabras, para esta pureza particular de 002, cuando la densidad del fluido está alrededor o es más alta que 400 a 800 kg/m3 y la temperatura y la presión del fluido están sobre los valores críticos, entonces se considera que el fluido está en la fase densa. Como ya se mencionó, este valor es correcto para una pureza particular de 002 y por lo tanto, este valor cambia con la naturaleza del fluido y de su pureza.
La parte de la bomba mostrada en la Figura 1 tiene la flecha 23 extendida dentro del alojamiento 16 de la parte 12 del compresor, de modo que el engranaje de corona 20 activa la flecha 23. De este modo, la rotación del engranaje de corona 20, (por la flecha 21) determina no solamente la rotación de los piñones de las etapas del compresor sino que también la rotación de la flecha 23 de la bomba y por lo tanto, la rotación de los propulsores de la parte de la bomba. En una aplicación, se puede utilizar otro mecanismo en lugar del engranaje de corona para activar las etapas del compresor y las etapas de la bomba. Se debe hacer notar que mientras el engranaje de corona 20 puede girar con una velocidad predeterminada, cada propulsor del compresor puede girar a una velocidad diferente dependiendo del tamaño del piñón correspondiente. Sin embargo, los propulsores de la bomba están distribuidos en línea, por ejemplo, los propulsores de la parte de la bomba tienen la misma velocidad. En otras palabras, con el uso de un solo engranaje de corona, las diferentes etapas de la parte del compresor y de la parte de la bomba se pueden diseñar de modo que el sistema único recibe como entrada un fluido en la fase de gas y emite el fluido en una fase densa o fase líquida.
De conformidad con una modalidad ejemplificativa, las conexiones entre las diferentes partes de las salidas y las entradas de la parte de la bomba y la parte del compresor se muestran en la Figura 2.
La parte 12 del compresor incluye seis etapas en esta modalidad. Sin embargo, como se describe antes, este número es ejemplificativo y la parte del compresor puede incluir más o menos etapas, según sea necesario para cada aplicación. La entrada 32 general y la salida 36 general de la parte 12 del compresor han sido mostradas en la Figura 1.
La Figura 2 muestra las entradas y las salidas entre las diferentes etapas de la parte 12 del compresor. Por ejemplo, después de que el fluido en la fase de gas entra en la entrada 32 general, la etapa 1 St descarga el fluido, aún en la fase de gas, en la salida 34-1. Se debe hacer notar que la salida 34-1 es la salida de la etapa 1 St mientras la salida 36 general es la salida para la última etapa y la salida general de la parte 12 del compresor. El fluido en la fase de gas, que tiene una presión y temperaturas incrementadas en la salida 34-1, puede ser provisto a un dispositivo de enfriamiento de temperatura 40-1 para reducir la temperatura del fluido en la fase de gas. El número de dispositivos de enfriamiento utilizados entre las diferentes etapas de la parte del compresor puede variar de aplicación a aplicación. El dispositivo de enfriamiento puede ser un enfriador (un enfriador es un dispositivo que circula agua u otro medio a la temperatura deseada alrededor del líquido para remover el calor del líquido), un congelador (un congelador es una máquina que remueve el calor del líquido a través de compresión de vapor o por un ciclo de refrigeración por absorción) o un expansor (un dispositivo que tiene la capacidad de expandir un gas que produce un torque mecánico, también llamado válvula Joule-Thomson).
La Figura 3 ilustra el proceso de la Figura 2 en un diagrama de presión-entalpia o de Ph. También se incluyen en el diagrama de Ph líneas de temperatura constante. Las líneas de temperatura constante están definidas por las temperaturas correspondientes. Por ejemplo, la Figura 3 muestra que la temperatura está alrededor de 25°C y la presión está alrededor de 1 bar en la entrada 32 y la temperatura se ha elevado aproximadamente a 120°C y la presión aproximadamente a 5 bar en la salida 34-1 de la primera etapa. Los números mostrados en la Figura 3 tienen propósitos ejemplificativos y no tienen la intención de limitar la aplicación de las modalidades descritas. Para simplificar, los números de referencia utilizados para las entradas y las salidas en la Figura 2, se utilizan en la Figura 3 para mostrar sus temperaturas y presiones correspondientes. Aún con respecto a la Figura 3, el dispositivo 40-1 de enfriamiento puede reducir la temperatura del fluido después de la primera etapa de aproximadamente 1 20°C aproximadamente a 25°C, antes de entrar en la entrada 32-2 de la segunda etapa. Un dispositivo 42-1 separador puede estar conectado entre la salida 34- 1 de la primera etapa y la entrada 32-2 de la segunda etapa para remover el agua (u otros líquidos) del fluido de C02 comprimido. El número de dispositivos separadores puede variar de uno entre cada dos etapas adyacentes a cero dependiendo de la aplicación . La segunda etapa expulsa el fluido aún en la fase de gas por la salida 34-2 , y después de pasar a través de un segundo dispositivo 40-2 de enfriamiento de temperatura opcional, el gas llega por la entrada 32-3 de la tercera etapa. El fluido en la fase de gas continúa pasando de etapa en etapa , por ejemplo, a través de los elementos 34-3, 32-4, 34-4, 32-5, 34-5 y 32-6, hasta que el fluido en la fase de gas sale por la salida 36 general a una presión más alta . La Figura 3 muestra que las temperaturas y presiones del fluido en la fase de gas se mantienen cerca pero fuera del domo 50. De conformidad con una modalidad ejemplificativa , la parte 1 2 del compresor puede estar diseñada para procesar un fluido en la fase de gas al evitar que el fluido entre en el domo 50, lo cual puede resultar en la pérdida de eficacia del compresor o incluso daños en el mismo.
Un punto 52 crítico del fluido, en el caso de C02, se muestra en la parte superior del domo 50 y sus valores de referencia de presión y temperatura ejemplificativos se enlistan en la Figura 3. Un punto crítico es un punto en donde los limites entre las fases del fluido cesan de existir. Los puntos que tienen presiones y temperaturas más altas que el punto crítico forman una fase supercrítica. De conformidad con una modalidad ejemplificativa, la fase densa es la fase supercrítica. Sin embargo, como se describe después, la fase densa puede incluir puntos que forman un sub-grupo de los puntos de la fase super-crítica. El fluido en la fase de gas que abandona la parte 12 del compresor y que tiene la presión más alta (en el compresor) se alcanza en el punto 36 en la Figura 3 y este fluido es entonces provisto en la entrada 60-1 de la parte 14 de la bomba. Se debe hacer notar que la parte de la bomba está diseñada para funcionar con un fluido en la fase densa o líquida y no es la fase de gas, y por lo tanto, el fluido en la fase de gas desde la parte 12 del compresor puede también ser procesado para alcanzar la fase líquida o densa.
El proceso para transformar el fluido desde la fase de gas a la fase densa es una función de la velocidad de cada etapa del compresor, la temperatura y la presión del fluido en cada etapa y de la coordinación de las temperaturas y presiones del fluido con relación al domo 50. La Figura 3 muestra la forma en que se puede ajusfar (disminuir) la temperatura después de cada etapa del compresor para la siguiente etapa del compresor para incrementar la eficiencia del compresor, mientras se reduce la cantidad de trabajo del compresor necesario y también la forma en que la temperatura del fluido en la fase de gas en la salida general de la parte 12 del compresor, se enfría a una temperatura apropiada para cambiar su fase para la entrada de la parte 14 de la bomba. De conformidad con una modalidad ejemplificativa, la transición de fase desde la fase de gas a la fase densa se lleva a cabo a lo largo de la pata 54 por ejemplo, en el dispositivo 40-6 de enfriamiento, entre la parte 12 del compresor y la parte 14 de la bomba. En una aplicación, la temperatura del fluido se cambia de tal modo que la entalpia del fluido que es provisto en la parte de la bomba es menor que la entalpia en el punto 52 crítico, como se muestra en la Figura 3. La Figura 3 muestra la línea 55 de densidad constante correspondiente a una densidad predeterminada para el fluido C02. Como se describe antes, el fluido comprimido en la fase de gas necesita cruzar la curva 55 para entrar en la fase densa. Como ejemplo, para una pureza del C02 igual o más alta del 95%, la curva 55 de densidad predeterminada se caracteriza por una densidad constante en el intervalo de 400 a 800 kg/m3. La densidad predeterminada se puede cambiar dependiendo de la aplicación, las características de la bomba, el tipo de fluido, la impureza del fluido, el ambiente, etc. De conformidad con una modalidad ejemplificativa, la fase densa incluye solamente los puntos presentes en la fase super-crítica que tienen una densidad más alta que la densidad predeterminada.
La Figura 2 muestra que el dispositivo 40-6 de enfriamiento de temperatura puede ser insertado entre la última etapa de la parte 12 del compresor y la primera etapa de la parte 14 de la bomba para controlar la temperatura del fluido, mientras cambia de la fase de gas a la fase densa. Esta característica permite al operador de la parte de la bomba afinar la temperatura, ya que la presión de entrada de la bomba depende de la temperatura de entrada del fluido para una presión predeterminada y también la presión de entrada de la bomba determina la energía requerida para accionar la bomba. Aunque la presión del fluido a ser provisto a la parte de la bomba es controlada por la parte 12 del compresor, la temperatura del fluido a ser provisto a la parte de la bomba es controlada por el dispositivo 40-6 de enfriamiento.
También, la Figura 2 muestra esquemáticamente que las etapas de la parte del compresor pueden estar en partes, por ejemplo, la etapa 1 St emparejada con la etapa 2Nd para tener una sola flecha 24-1 que se gira por un piñón correspondiente que está en contacto con el engranaje de corona 20. Además, la Figura 2 muestra que el engranaje de corona 20 puede transferir el movimiento de rotación a todos los piñones de la parte 12 del compresor y a todas las etapas de la parte 14 de la bomba. Además, la Figura 2 muestra que un accionamiento 59 acciona el engranaje de corona 20 y el accionamiento 59 se puede colocar fuera del recinto que aloja la parte del compresor. La Figura 2 también muestra que la parte 14 de la bomba es accionada por el mismo engranaje de corona 20. De conformidad con una modalidad ejemplificativa, las conexiones entre las etapas de la parte del compresor y la parte de la bomba del engranaje de corona 20 se ¡lustran en la Figura 4, que es una vista esquemática del sistema 10. La Figura 4 muestra la parte 12 del compresor que tiene seis etapas 30-1 a la 30-6, cada una conectada con un engranaje de corona 20, y la parte 14 de la bomba que tiene una sola flecha 23 conectada con el engranaje de corona 20. La Figura 5 ilustra las conexiones de tubos entre las etapas de la bomba y del compresor y la parte de la bomba desde un lado opuesto al accionamiento 59. Los números de referencia de la Figura 1 se utilizan en la Figura 4 y 5 para los mismos elementos, y por lo tanto, no se repetirá la descripción para cada uno de estos elementos. El accionamiento 59 puede ser un motor eléctrico, una turbina de gas, una máquina turbo, etc. De conformidad con una modalidad ejemplificativa, solamente se utiliza un accionador para accionar tanto la parte del compresor como la parte de la bomba. En otra modalidad ejemplificativa, el accionamiento puede ser provisto fuera del recinto que acomoda la parte del compresor y la parte de la bomba o dentro del recinto.
La parte 14 de la bomba se puede implementar, de conformidad con una modalidad ejemplificativa mostrada en la Figura 6, para tener diez etapas. Se pueden implementar más o menos etapas, dependiendo de la aplicación. La primera etapa tiene una entrada 60-1 que recibe el fluido en la fase densa y una salida (no marcada) que descarga el fluido en la segunda etapa. La entrada de la segunda etapa recibe el fluido desde la primera etapa y la segunda etapa descarga el fluido en la siguiente etapa hasta que el fluido llega a la salida 36 general de la décima etapa, que es también la salida general de la parte 14 de la bomba. Se debe hacer notar que de conformidad con las modalidades ejemplificativas, los propulsores de la parte de la bomba están conectados con la misma flecha 23 y por lo tanto, giran a la misma velocidad. La velocidad de los propulsores de la parte de la bomba con relación a la velocidad del engranaje de corona 20 se determina por el tamaño de un piñón 25 de conexión. De conformidad con otras modalidades ejemplificativas, la bomba tiene por lo menos ocho etapas. Además, la parte de la bomba puede incluir otros dispositivos, por ejemplo, dispositivos de enfriamiento para reducir la temperatura del fluido en la fase densa. La parte de la bomba está alojada en un recinto 64 de la bomba. El recinto 64 de la bomba puede estar acoplado (atornillado) con o puede estar moldeado en forma integrada con el recinto 16 del compresor. La caja 18 de engranajes puede estar colocada en el recinto 16 del compresor, en el recinto 64 de la bomba, entre los dos recintos o en ambos recintos.
Al tener la parte del compresor y la parte de la bomba integradas en el mismo sistema y/o en el mismo carril y al tener un solo engranaje de corona que activa las diferentes etapas del compresor y de la bomba, una o más modalidades pueden contar con la ventaja que el operador del sistema no necesita adaptar el compresor y la bomba para igualar la salida del compresor con la entrada de la bomba para tener una transición suave del fluido en la fase de gas desde el compresor al fluido en la fase densa o líquida en la bomba. En otras palabras, al tener a un solo fabricante de la parte del compresor y la parte de la bomba para igualar el funcionamiento del compresor y de la bomba para manejar en forma eficiente un fluido específico, por ejemplo, 002, el operador del sistema se libera del problema de igualar correctamente el compresor fabricado por el primer proveedor y con el fabricante de la bomba por el segundo proveedor para un fluido específico.
Otras ventajas de una o más modalidades se relacionan con la energía reducida utilizada por las partes del compresor y bomba integrados, la sencillez del mecanismo de accionamiento, la reducción en componentes (por ejemplo, un accionamiento en lugar de dos compresores), la sincronización mejorad de la parte del compresor con la parte de la bomba, ya que ambas partes son accionadas por el mismo engranaje, el tamaño reducido del sistema integrado y el tiempo y costo de mantenimiento reducidos para ambas partes, cuando se les da servicio por el mismo fabricante.
De conformidad con una modalidad ejemplificativa, el control de temperatura del fluido en las diferentes etapas en la parte del compresor y/o en la parte de la bomba pueden alcanzarse por un procesador incorporado en un dispositivo de control. Como se muestra por ejemplo, en la Figura 7, una unidad 70 de control incluye por lo menos un procesador 72 y la unidad de control está conectada con varios sensores 74 provistos en el sistema 10. La conexión puede ser inalámbrica, como se muestra en la Figura 7, cableada o una combinación de los mismos. Los sensores 74 pueden incluir sensores de temperatura, sensores de presión, sensores de velocidad para el engranaje de corona, y otros sensores que son bien conocidos en la técnica para monitorear la parte del compresor y la parte de la bomba. La unidad 70 de control se puede programar con instrucciones de software o se puede implementar en hardware para monitorear las presiones y temperaturas de las etapas del compresor y de la bomba y para controlar los dispositivos de enfriamiento para enfriar el fluido a la temperatura deseada. De conformidad con una modalidad ejemplificativa, una tabla de consulta o gráfica, como la mostrada en la Figura 3, puede ser almacenada en la memoria 76 que está enlazada con el procesador 72, de modo que el procesador 72 puede determinar la temperatura para enfriar el fluido con base en la ubicación del fluido en el sistema 10, la velocidad del engranaje de corona y/o la presión del fluido. Además, el procesador 72 puede controlar el sistema 10, de modo que el fluido en la parte del compresor y la parte de la bomba no alcanza el área debajo del domo 50, indicada en la Figura 3. También, el procesador 72 puede estar configurado para cambiar la fase del fluido antes de entrar en la parte de la bomba.
De conformidad con una modalidad ejemplificativa ilustrada en la Figura 8, se proporciona un método para comprimir un fluido en una fase de gas y para bombear el fluido en una fase densa con un sistema que incluye una parte del compresor y una parte de la bomba, la parte del compresor tiene por lo menos un propulsor de la parte del compresor y la parte de la bomba tiene por lo menos un propulsor de la parte de la bomba. El método incluye el paso 800 de recibir en la entrada de la parte del compresor de la parte del compresor, el fluido en la fase de gas, en el paso 802, se empuja el fluido en la fase de gas a través de una o más etapas de la parte del compresor, de modo que el fluido emerge en la salida de la parte del compresor de la parte del compresor como un fluido en la fase de gas a una densidad incrementada, en el paso 804 se transforma la fase del fluido a la fase densa, en el paso 806 se recibe el fluido en la fase densa en la entrada de la parte de la bomba de la parte de la bomba, un paso 808 de accionar el fluido en la fase densa a través de una o más etapas de la parte de la bomba de modo que el fluido emerge en la salida de la parte de la bomba de la parte de la bomba que tiene una presión más alta que la entrada de la parte de la bomba, y un paso 810 de girar un solo engranaje de corona con el fin de activar todas de las por lo menos una o más etapas del compresor y por lo menos una de las etapas de la bomba. La fase densa se define por el fluido que tiene una densidad más alta que la densidad incrementada.
Las modalidades ejemplificativas descritas proporcionan un sistema y un método para comprimir un fluido en la fase de gas y transportar el fluido en una fase densa o líquida. Se debe entender que esta descripción no tiene la intención de limitar la invención. Por el contrario, las modalidades ejemplificativas tienen la intención de abarcar alternativas, modificaciones y equivalentes, que están incluidas en el alcance y espíritu de la invención, como se define por las reivindicaciones anexas. Además, en la descripción detallada de las modalidades ejemplificativas, se establecen muchos detalles específicos con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención reclamada. Sin embargo, las personas experimentadas en la técnica podrán comprender que las diferentes modalidades se pueden practicar sin tales detalles específicos.
Aunque las características y elementos de las modalidades ejemplificativas se describen en las modalidades en combinaciones particulares, cada característica o elemento se puede utilizar solo sin otras características y elementos de las modalidades o en varias combinaciones con o sin otras características o elementos aquí descritos. Esta descripción escrita utiliza ejemplos de la materia descrita para permitir a las personas experimentadas en la técnica a practicar la misma, incluyendo hacer y utilizar cualquier dispositivo o sistema y llevar a cabo los métodos incorporados. El alcance patentable de la materia se define por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos contemplados por las personas experimentadas en la técnica. Tales otros ejemplos tienen la intención de estar incluidos dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (10)

REIVI NDICACION ES
1 . Un sistema configurado para comprimir un fluido en una fase de gas y para bombear el fluido en una fase densa, el sistema está caracterizado porque comprende: una parte del compresor que tiene por lo menos un propulsor configurado para comprimir el fluido en la fase de gas; una entrada de la parte del compresor conectada con la parte del compresor y configurada para recibir el fluido en la fase de gas y para proporcionar el fluido a por lo menos un propulsor; una salida de la parte del compresor configurada para proporcionar el fluido en la fase de gas a una densidad igual o más alta que la densidad predeterminada; un dispositivo de cambio de temperatura conectado con la salida de la parte del compresor y configurada para cambiar el fluido a la fase densa; una parte de bomba que tiene por lo menos un propulsor configurado para bombear el fluido en la fase densa; una salida de la parte de bomba configurada para emitir el fluido en la fase densa desde el sistema; un solo engranaje de corona configurado para girar alrededor de un eje axial con una velocidad predeterminada; múltiples piñones que hacen contacto con el único engranaje de corona y configurado para girar a velocidades predeterm inadas, diferentes entre sí, cada piñón está configurado para activar un propulsor de la parte de compresor correspondiente; una flecha de la bomba extendida desde la parte de la bomba y configurada para acoplar el único engranaje de corona para girar el por lo menos un propulsor de la parte de la bomba, en donde el por lo menos un propulsor de la parte del compresor tiene una velocidad diferente a la del por lo menos un propulsor de la parte de la bomba; y la fase densa se define por el fluido que tiene una densidad más alta que la densidad predeterminada.
2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el dispositivo de cambio de temperatura es uno de un dispositivo de enfriamiento, un congelador, o un expansor y es provisto entre la salida de la parte del compresor y la entrada de la parte de la bomba, el fluido es C02, la parte del compresor está configurada para recibir el C02 en la fase de gas y para expulsar el C02 en la fase de gas, y la parte de la bomba está configurada para recibir el C02 en la fase densa y para expulsar el C02 en la fase densa.
3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque el dispositivo de cambio de temperatura está configurado para reducir la entalpia del fluido en la fase de gas para ser igual o menor que la entalpia de un punto crítico del fluido.
4. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende: un solo mecanismo de accionamiento que acciona el engranaje de corona.
5. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende: un recinto del compresor configurado para alojar la parte del compresor y el engranaje de corona; y un recinto de bomba configurado para recibir la parte de la bomba; en donde el recinto de la bomba está acoplado con el recinto del compresor.
6. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema está configurado para manejar solamente un fluido con una eficiencia predeterminada y el sistema no se puede reconfigurar para manejar otro fluido con la misma eficiencia.
7. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos un propulsor de la parte del compresor y el por lo menos un propulsor de la parte de la bomba comprende: primero a sexto propulsores del compresor configurados de tal forma que el primer y el segundo propulsores del compresor son accionados a la misma primera velocidad, el tercer y el cuarto propulsores del compresor son accionados a la misma segunda velocidad y el quinto y sexto propulsores del compresor son accionados a la misma tercera flecha, la primera, segunda y tercera velocidades son diferentes entre sí y de la velocidad del engranaje de corona, y el primer al décimo propulsores de bomba están configurados para accionar a la misma cuarta velocidad por la flecha de la bomba.
8. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende: N propulsores del compresor y N propulsores de la bomba; tubos que conectan las salidas y las entradas de los N propulsores del compresor, de modo que el fluido de entrada en la fase de gas es accionado en serie a través de todos los N propulsores del compresor; tubos que conectan una salida del eneavo propulsor del compresor con los N propulsores de la bomba, de modo que el fluido en la fase de gas desde el eneavo propulsor del compresor se acciona en serie a través de todos los M propulsores de la bomba después de experimentar un cambio de fase, dispositivos de remoción de agua provistos entre una salida de un compresor o un propulsor de la bomba y una entrada del siguiente compresor o propulsor de la bomba y por lo menos un dispositivo de cambio de temperatura a lo largo de los tubos, configurados para reducir la temperatura del fluido en la fase de gas o densa antes de entrar en el siguiente compresor o propulsor de la bomba, en donde N es mayor que dos y M es igual o mayor que uno.
9. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque hay seis propulsores del compresor y ocho propulsores de la bomba y la presión de entrada en la parte del compresor de C02 en la fase de gas es de 1 bar y la presión de salida en la parte de la bomba del C02 en la fase densa está entre 10 y 120 bar.
10. Un método para comprimir un fluido en la fase de gas y para bombear el fluido en una fase densa con un sistema que incluye una parte del compresor y una parte de la bomba, la parte del compresor tiene por lo menos un propulsor de la parte del compresor y la parte de la bomba tiene por lo menos un propulsor de la parte de la bomba, el método está caracterizado porque comprende: recibir en la entrada de la parte del compresor de la parte del compresor el fluido en la fase de gas; comprimir el fluido en la fase de gas en una o más etapas de la parte del compresor, de modo que el fluido emerge por la salida de la parte del compresor de la parte del compresor como un fluido en la fase de gas a una densidad igual o más alta que la densidad predeterminada; transformar una fase del fluido en una fase densa al enfriar el fluido después de salir de la parte del compresor; recibir el fluido en la fase densa en la entrada de la parte de la bomba de la parte de la bomba; bombear el fluido en la fase densa a través de una o más etapas de la parte de la bomba, de modo que el fluido emerge en la salida de la parte de la bomba de la parte de la bomba que tiene una presión más alta que en la entrada de la parte de la bomba; y girar el engranaje de corona con el fin de activar todos de por lo menos una o más etapas del compresor y por lo menos una o más etapas de la bomba, en donde la fase densa se define por el fluido que tiene una densidad más alta que la densidad predeterminada.
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