MXPA01009597A - Formacion, procesamiento, transportes y almacenamiento de hidratos. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a metodos ventajosos economicamente, para formar, procesar, transportar y almacenar fluidos, especialmente gas natural en la forma de hidratos solidos cristalinos de gas. Se ha descubierto que el fluido puede ser removido de una mezcla de hidrato, liquido y opcionalmente gas, usando un proceso de separacion de fluido de dos etapas en el cual se utiliza para la segunda etapa un servicio de eficiencia de separacion, remocion de fluidos, el cual es mas eficiente, pero generalmente mas costoso. Tambien se describe una cantidad de aparatos de separacion. Tambien se describe un aparato para el enfriamiento substancial del hidrato de gas de una manera eficiente y economica, asi como un metodo para almacenar y transportar los hidratos economicamente.

Description

FORMACIÓN, PROCESAMIENTO, TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE HIDRATOS Campo de la Invención La presente invención se refiere a métodos ventajosos económicamente para formar, procesar, transportar y almacenar fluidos, especialmente gas natural en la forma de hidratos sólidos cristalinos de gas .

Antecedentes de la Invención Las aplicaciones incluyen la transportación de gas desde campos en donde no existe un mercado local o infraestructura de transporte de gas y en la exportación del gas asociado desde el yacimiento petrolífero de ultramar en donde no existen medios de exportación o disposición. La tecnología elimina la práctica ambientalmente indeseable del encendido de mecheros de gas asociado y el gas liberado durante las operaciones de prueba de pozos. Un hidrato de gas, es una estructura de cristal similar al hielo, que comprende principalmente moléculas de agua durante la formación de la misma durante la cual, son incorporadas cavidades de escala molecular de gas dentro de la estructura de cristal.

Una unidad de volumen del hidrato puede contener 150 volúmenes de gas en exceso, cuando el gas se encuentra a una temperatura de 20°C y a presión atmosférica . Los hidratos pueden ser formados únicamente mediante un rango limitado de compuestos que incluyen metano, etano, propano, butano, iso-butano, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, tetrahidrofurano y clorofluorocarbonos. Los primeros seis compuestos nombrados, forman la masa de la mayoría de los campos de gas natural . La formación del hidrato está fuertemente influenciada por la temperatura y la presión. Para gases de hidrocarburo naturales, los hidratos normalmente se formarán a una temperatura por arriba de los 0°C (temperatura de formación del hielo) únicamente a presiones por encima de aproximadamente 15 bars, tal como se muestra en la figura 1. La formación del hidrato en tuberías y equipo es, por lo tanto, una incomodidad de lo más común en los pozos petrolíferos y campos de gas, y para evitarla son utilizadas medidas costosas. La termodinámica y propiedades de la formación de hidrato básico, son bien comprendidas y publicadas, ver por ejemplo, Sloan E.D. "Hidratos Reticulados de Gases Naturales" (Clathrate Hydrates of Natural Gases) publicado por Marcel Dekker, Nueva York, 1990. La capacidad de convertir gas en una forma de hidrato sólido, es potencialmente útil para varios propósitos, incluyendo el almacenamiento o transportación a grandes distancias, debido a la gran cantidad de gas que puede contener el hidrato en una unidad de volumen. Se han propuesto y patentado diversos procesos para estos propósitos durante varios años, que datan por lo menos de 1942, ver, por ejemplo el documento US 5536893. Los mecanismos de formación detallados de los hidratos, dependen de si la substancia que forma el hidrato es, bajo las condiciones de contacto, un gas, un líquido no mezclable con agua, o un líquido mezclable. La mayoría de las patentes de la técnica anterior, están dirigidas a la manufactura de hidratos a partir de gas; en cuyo caso, la producción del hidrato tiene lugar en la superficie interfacial entre el gas y el agua, y los reactores de producción propuestos son dispositivos de contacto, los cuales proporcionan una gran área de superficie de interfase para promover la formación rápida. Los principios de ingeniería para varios tipos de dispositivos de contacto adecuados son bien conocidos; la mayoría de las patentes de la técnica anterior, comprenden el uso de un reactor de atomizador de etapa simple (ver, por ejemplo, los documentos US 2399723 y GB 568290) ó reactor de depósito de burbujas ("columna de burbuja", "columna de rocío") (ver, por ejemplo, los documentos US 3975167 y US 3514274) . Este último tipo, frecuentemente es mejorado mediante el uso de agitadores mecánicos . La técnica anterior más reciente (tal como la del documento WO 97/26494) ha buscado distribuciones óptimas de plantas de procesamiento para la fabricación de hidrato de gas. Bajo las condiciones de proceso propuestas por la mayor parte de la técnica anterior, el efluente del contenedor del reactor, comprenderá un mezcla de hidrato producida con una cantidad considerable de agua no reaccionada en la forma de una pasta mezclada. Ésta es una forma conveniente para remover continuamente el producto de hidrato del reactor de producción. Sin embargo, la pasta mezclada que contiene una cantidad considerable de agua sin reaccionar, tiene un gran volumen y masa, y de esta manera, el equipo de procesamiento, transporte y almacenamiento, debe ser tan grande como corresponda, para alojar la pasta. Todos los documentos de la técnica anterior, a pesar de 50 años de estudio y propuestas, han fallado al producir un sistema económicamente ventajoso para cualesquiera de las aplicaciones pretendidas. Hasta donde nosotros sabemos, no se ha logrado para uso comercial. El solicitante, ha llevado a cabo un programa de experimentos, estudiando la formación de un rango de hidratos de gas y su procesamiento, y ha investigado subsecuentemente las propiedades de almacenamiento de estos hidratos. A partir de este trabajo, se ha diseñando una combinación innovadora de tecnologías, las cuales en conjunto, comprenden un medio económico para la fabricación, procesamiento, transporte y almacenamiento de hidratos de gas en muchas de las aplicaciones descritas anteriormente. De conformidad con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo para remover fluido a partir de una mezcla de dos fases de hidrato y líquido a una presión elevada o una mezcla de tres fases de hidrato, líquido y gas a una presión elevada, en donde el dispositivo comprende ; un primer dispositivo de separación de un primer fluido, con eficiencia de remoción, para recibir una mezcla de entrada a una presión elevada de hidrato y líquido o hidrato, líquido y gas, y para producir una mezcla intermedia con una concentración de hidrato más grande que la mezcla de entrada, y un segundo dispositivo de separación, que tiene una segunda eficiencia de remoción de fluido mas alta que la del primer dispositivo de separación, comprendiendo el segundo dispositivo de separación una centrífuga proporcionada en un contenedor sellado a presión para recibir la mezcla intermedia del primer dispositivo de separación a una temperatura elevada y para producir una salida de hidrato esencialmente seco ó pasta de hidrato concentrada. Un eficiencia de remoción de fluido mayor, se refiere a la capacidad de un dispositivo para producir una mayor concentración de sólidos para la misma mezcla de entrada. Una presión elevada significa una presión mayor que la atmosférica. Debido a que las plantas de fabricación de hidrato, tal como las descritas en el documento WO 97/26494, generalmente operan a alta presión, la pasta de hidrato producida de la planta estará a una presión elevada. El suministro de una centrífuga de eficiencia de remoción de fluido mayor proporcionada en un contenedor sellado a presión, hace posible que la centrífuga opere a una presión elevada.

Manteniendo la presión elevada a través del primero y segundo dispositivos de separación, el hidrato es mantenido en una condición estable sin necesidad de ser enfriado excesivamente, lo cual puede resultar 5 muy costoso . El solicitante ha descubierto que removiendo una (M proporción del líquido y, si es apropiado, gas, de una mezcla de dos fases de hidrato y líquido o una mezcla de tres fases de hidrato, líquido y gas, antes 10 de suministrarlo a un segundo dispositivo de separación de eficiencia mayor de remoción de líquido que incluye una centrífuga, generalmente es más costosa pero más grande, se reduce significativamente el número y capacidad de dispositivos de separación 15 de eficiencia mayor requeridos, mientras que se produce una cantidad mayor de producción de la misma calidad de hidrato esencialmente sólido o pasta concentrada. Esto, reduce significativamente los costos e incrementa los niveles de producción 20 haciendo comercialmente más atractivo el uso de hidratos . Proporcionar un aparto que tiene dos dispositivos de separación de diferentes rendimientos de remoción de líquido, hace posible la producción de 25 hidrato esencialmente libre de líquido a un costo razonable. Si fuera para utilizar uno o más dispositivos de separación de eficiencia de remoción de líquido, reducido el producto final aún podría contener una cantidad excesiva de líquido. Si fuera para utilizar una serie de dispositivos de separación de eficiencia de remoción de líquido mayor, entonces el dispositivo podría ser prohibitivamente costoso. El solicitante ha descubierto que una forma de producto final esencialmente sólido o de pasta concentrada, es especialmente útil para aplicaciones que requieren del manejo del producto de hidrato estable a presiones substancialmente menores que la presión requerida para la producción del hidrato. Un dispositivo de conformidad con un segundo aspecto de la presente invención y el cual puede ser utilizado por lo menos como una parte del primer dispositivo de separación del primer aspecto de la presente invención, para separar gas de una mezcla de tres fases de hidrato líquido y gas comprende: un contenedor con una entrada para recibir una mezcla de tres fases de hidrato, líquido y gas; el contenedor que tiene una superficie interna, contra la cual es colocada la mezcla para ser dirigida con fuerza suficiente, de tal manera que, el impacto de la mezcla contra la superficie separa el gas de la mezcla; y un contenedor que tiene una cámara para recolectar la mezcla restante, después de que ha sido dirigida contra la superficie interna, teniendo la cámara una salida y medios para dirigir el hidrato flotante en el líquido que se encuentra en la cámara, a la salida cuando está en uso. Los medios para dirigir el hidrato flotante en el líquido dentro de la cámara a la salida, es preferentemente un límite superior de la cámara, por lo menos una porción de la cual, está inclinada hacia el horizontal cuando está en uso con la salida localizada en una porción superior de la cámara, definida debajo de la porción inclinada del límite superior . Un dispositivo para separar gas, líquido e hidrato sólido de acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, y que puede ser usado como el primer dispositivo de separación del primer aspecto de la presente invención, comprende: un contenedor para recibir una mezcla de entrada de gas, líquido e hidrato; medios de filtración, montados dentro del contenedor; y medios para dirigir una mezcla de gas, líquido e hidrato de entrada contra los medios de filtración, de tal forma que el gas es emanado para ser recolectado o removido del contenedor, el líquido pasa a través de los medios de filtración para ser recolectado o removido del contenedor, y el hidrato es recolectado por los medios de filtración. Los medios de filtración pueden ser, por ejemplo, una criba perforada o una malla tejida. Un producto final esencialmente en la forma de un sólido o pasta concentrada, el cual puede ser producido de conformidad con el primer aspecto de la presente invención, es preferentemente enfriando antes de ser almacenado o transportado, para facilitar que se mantenga estable durante períodos de tiempo más largos. El enfriamiento de un sólido o pasta concentrada es difícil y costoso, debido a las características de transferencia de calor deficiente de dichos sistemas y la necesidad de evitar el congelamiento de los sólidos a las superficies de un dispositivo de enfriamiento . Los inventores han resuelto este problema, de conformidad con un aspecto adicional de la presente invención, con un dispositivo de enfriamiento de hidrato substancialmente seco, en donde el dispositivo comprende; un contenedor para recibir esencialmente sólido ó concentrado de pasta de hidrato; un dispositivo de distribución de gas acomodado para ser suministrado con gas fluidificante cuando está en uso, siendo acomodado el dispositivo de distribución de gas para ser situado en un contenedor para el paso de gas fluidificante a través de hidrato esencialmente en la forma de un sólido o pasta concentrada en el contenedor, cuando está en uso para fluidificar el hidrato; y medios para proporcionar enfriamiento del hidrato fluidificado en el contenedor. Los medios para proporcionar enfriamiento al hidrato fluidificado, son preferentemente, el dispositivo de distribución, el cual está acomodado para suministrar gas fluidificante enfriado. Alternativa o adicionalmente, los medios para proporcionar enfriado al hidrato pueden ser medios para suministrar una corriente de fluido enfriado, a través del hidrato fluidificado para proporcionar el enfriamiento. Esta corriente de fluido enfriado puede ser pasada a través del hidrato fluidificado en uno o más conductos .

De conformidad con aún otro aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método para por lo menos una opción entre almacenamiento y transporte de gas, en la forma de hidrato estable, el cual es preferentemente, utilizado con hidratos preparados utilizando uno o más de los aspectos mencionados anteriormente de la presente invención.

Breve Descripción de los Dibujos La presente invención, ahora será descrita por medio de ejemplos con referencia a los dibujos que la acompañan, en donde: La Figura 1, muestra una curva de equilibrio de hidrato de gas natural típica, que muestra las condiciones de presión y temperatura requeridas para la formación de un hidrato estable, existiendo el hidrato estable por encima de la curva; La Figura 2, muestra en forma de diagrama un dispositivo de conformidad con el primer aspecto de la presente invención, para la producción de un hidrato esencialmente en la forma de un sólido o pasta concentrada; La Figura 3, muestra en forma de diagrama, una secuencia de pasos en un proceso para formar un hidrato, incorporando el método de conformidad con el primer aspecto de la presente invención; Las Figuras 4 a 8, muestran los dispositivos preferidos para llevar a cabo varios pasos en el proceso mostrado en la figura 3; y La Figura 9, es un diagrama que muestra la temperatura de varias regiones de una masa de hidrato, almacenado durante 5 días en una bodega de navio a temperatura y presión ambiente.

Descripción Detallada del Invento La figura 2, muestra en forma de diagrama un sistema de conformidad con el primer aspecto de la presente invención, para la remoción en dos etapas de fluido de una mezcla de dos fases de hidrato y líquido, o una mezcla de tres fases de hidrato, líquido y gas. La mezcla 1, es suministrada a una primera etapa 3 de un sistema de remoción de fluido 2. La primera etapa 3, puede ser cualquier dispositivo de separación adecuado tal como una centrífuga hidráulica, la cual es bien conocida en la técnica o un dispositivo para remover mecánicamente el hidrato flotante en un líquido, el cual puede ser líquido separado de la pasta como será descrito posteriormente. La salida 4, de la primera etapa 3, es alimentada a la segunda etapa 5, la cual es un dispositivo de separación más eficiente que el de la primera etapa, en este caso una centrífuga en un contenedor de presión, la cual produce un producto de hidrato substancialmente seco 6. La figura 3, es un perfil de un proceso de formación de hidrato, el cual ha sido probado utilizando una planta piloto y experimentos de laboratorio, incorporando al proceso, el sistema de remoción de fluido mostrado en la figura 2. Un reactor de proceso 10, por ejemplo, como se muestra en nuestra solicitud de patente internacional anterior, publicada como W097/26494, produce una mezcla hidrato/gas /líquido 11. La mezcla 11, es pasada al dispositivo 12, descrito más adelante, el cual está acomodado para separar la mayoría de la fase de gas de la mezcla 11. Una corriente de gas libre de líquido y sólido, substancialmente separada 13, puede ser utilizada mediante, por ejemplo, ser regresada al reactor de proceso 10, para la formación de hidrato adicional o siendo enviada a un dispositivo para generación de energía o ser incinerada. Una corriente de pasta líquida y sólida substancialmente libre de gas 14, es pasada a un primer dispositivo de separación 15, formando la primera etapa 3 del sistema de remoción de agua 2, un ejemplo del cual será descrito más adelante, el cual está acomodado para producir una corriente de líquido 16, la cual contiene un nivel bajo de sólidos y una corriente de pasta 17, con una concentración de hidrato sólido mayor que la corriente de entrada 14. La corriente 16, es regresada al reactor de proceso 10, para ser utilizada en la producción posterior del hidrato. Alternativamente, el separador de gas 12 y el primer dispositivo de separación 15, pueden estar combinados en un solo dispositivo 30, que se describirá más adelante. La corriente 17, es pasada a través de un dispositivo de enfriamiento opcional 18, a la segunda etapa del sistema de remoción de agua 2, comprendiendo el dispositivo de separación 5 con mayor eficiencia que el de la primera etapa 3. El separador de la segunda etapa, es una centrífuga en un contenedor de presión para hacer posible la separación del fluido en alta presión, de tal manera que el hidrato pueda ser mantenido en una condición estable sin tener que ser enfriado excesivamente. Los inventores de la presente invención han descubierto que una centrífuga de filtrado continuo 5, produce de un 95% a un 99.5% de corriente libre de líquido 19, en la forma de un sólido granular que puede fluir y una corriente de líquido 20, que contiene niveles extremadamente bajos de sólidos, la cual puede ser regresada al reactor de proceso 10. los inventores han descubierto que la centrífuga es particularmente adecuada en aplicaciones a gran escala. La corriente 19 puede ser opcionalmente pasada dentro del dispositivo 21, en donde ésta es enfriada ya sea por contacto directo con una corriente de gas 22 suministrada en este caso a alta presión y baja temperatura o indirectamente pasando una corriente adicional del medio de enfriamiento 23 a través de conductos que pasan a través del cuerpo y paredes del dispositivo. Esta última opción, incrementa la complejidad del proceso, pero significa que se requiere solamente una corriente de gas de alta presión más pequeña 22, para asistir el movimiento de sólidos llamado "fluidificación" y mejorar la transferencia de calor a los sólidos. La corriente de gas 22 puede ser, tanto de gases de formación de hidrato como de gases de formación de no hidratos -en el caso anterior, se obtiene como ventaja que cualquier humedad que entre al dispositivo 21 en la corriente 19, puede ser convertida en hidrato adicional .

El gas fluidificante/de enfriamiento 22 y el medio de enfriamiento 23, salen del dispositivo 21, en forma separada (corrientes 24 y 25) . La corriente seca de sólidos fríos, salen del dispositivo 21 y puede ser despresurizada mediante el dispositivo 26 a las condiciones atmosféricas y cargada en un dispositivo de transportación o almacenaje 27. El dispositivo de separación de gas 12, puede ser del tipo que se ilustra en la figura 4. Una corriente de entrada 11, es colocada para entrar a un contenedor de presión 40, el cual tiene la capacidad de resistir la elevada presión a la cual llega, la corriente de entrada 11, proveniente de la planta de producción de hidrato. La corriente de salida 11, entra al contenedor de presión 40, por medio de la entrada 41 y en este ejemplo, es dirigida en forma descendente, mediante una porción moldeada adecuadamente 42 de la entrada. El gas presente en la mezcla de entrada 11, es separado de la mezcla impactando la mezcla contra una superficie adecuada 43, en este caso, parte de un inserto 44. El gas generado, sale del contenedor en la forma de una corriente de gas 13, por medio de la salida 45. La superficie 43, dirige el líquido y sólido restantes de la mezcla, dentro del tubo descendente 46, el cual está dimensionado (mediante métodos conocidos) para asegurar que las partículas de hidrato sean arrastradas en el flujo descendente. El inserto 44, está modelado para proporcionar un espacio o cámara 47 en la base del contenedor 40 con un límite superior 48, el cual está inclinado o en declive con relación a la horizontal cuando está en uso. Una toma 49, para una corriente de pasta líquida y sólida substancialmente libre de gas 14, está localizada en la parte superior de esta cámara 47 y la inclinación o declive del límite superior 48, está acomodado para dirigir el hidrato flotante en el líquido en la cámara 47, hacia la toma 49. Este diseño evita la acumulación de hidrato dentro del dispositivo y su bloqueo subsecuente. Durante la operación, el nivel de líquidos recolectados en o sobre el tubo descendente, es mantenido para facilitar que el hidrato sea arrastrado en el flujo descendente dentro de la cámara 47. se ha descubierto que el flujo de líquido dentro del tubo descendente 46, produce generalmente un vórtice, el cual generalmente arrastra el hidrato en el flujo descendente. El manteniendo del nivel de líquido en o sobre el tubo descendente cuando está en uso, produce un sello para evitar el paso de gas separado dentro de la cámara 47 ó fuera de la toma 49, de tal manera que se produce una corriente de pasta líquida y sólida substancialmente libre de gas 14. El mantenimiento del nivel de la superficie de pasta de líquido/hidrato en o sobre el tubo descendente, puede ser lograda utilizando un primer sensor de nivel 401, colocado en el nivel mínimo de líquido en el tubo descendente 46, un segundo sensor de nivel 402, colocado al nivel máximo de líquido en o sobre el tubo descendente 46, una válvula 403 conectada a la toma 49 y medios de control 404 que los conectan juntos por medio de las líneas de control 405. Cuando el nivel de líquido en el tubo descendente cae al nivel mínimo, el primer sensor de nivel 401 es activado y los medios de control 404 cierran la válvula 403, de tal manera que el nivel de líquido en el tubo descendente 46, se eleva debido a la adición continua de la corriente de la entrada 11, para asegurar que el hidrato continúa para ser atrapado en el flujo descendente de líquido en el tubo descendente 46. De manera inversa, cuando el sensor de nivel de líquido máximo 402 es activado, los medios de control 404 abren la válvula 403, de tal manera que, el agua e hidrato pueden ser llevados hacia afuera de la toma 49, para disminuir el nivel de líquido . La cámara 47, puede ser suministrada con una salida de agua 404 en su porción inferior para extraer agua de la cámara 47 y de esta manera incrementar la concentración de hidrato de la toma 49. Ubicando la salida de agua 404 en la porción inferior de la cámara 47, no es probable que el hidrato flotante en el agua dentro de la cámara, sea extraído a través de la salida de agua 404, especialmente, si se utiliza el sistema de control de líquido descrito en el párrafo anterior. Sin embargo, puede ser proporcionado un filtro 405 en la salida, para evitar que el hidrato pase por la salida de agua 404. Cualquiera de los dos dispositivos preferidos pueden desempeñar la función del dispositivo de separación 15. Uno es un dispositivo hidrocentrí fugo familiar para aquellos expertos en la técnica de separación sólido-líquido, pero utilizado normalmente para la separación de sólidos de los líquidos de densidad menor que los de la presente invención. Los estudios que llevó a cabo el solicitante, han identificado un dispositivo alternativo 15, adecuado para esta aplicación, el cual implica separación de sólidos a partir de un líquido de mayor densidad. Este dispositivo está ilustrado en la Figura 5. La corriente 14, entra en un contenedor 50, del dispositivo 15, por medio de una entrada 51, y es dirigido en forma ascendente mediante una porción adecuada 52, de la entrada. La corriente de líquido 16, es removida de la base del contenedor a través de la salida 53. El diámetro del contenedor 50 es de tal manera que, las partículas del hidrato no son conducidas hacia abajo por el flujo de líquido en la corriente 16 - en lugar de eso, el hidrato se recolecta para formar una masa flotante 54 en la parte superior del contenedor 50. La masa del hidrato 54, flota en el líquido contenido en el contenedor. La sección de la masa de hidrato 54, la cual flota sobre la superficie del líquido, llega a drenar el líquido por medio de gravedad. Un dispositivo de desecho 55, colocado en la parte superior del contenedor 50, desecha el hidrato de la parte superior de la masa flotante 54 a una salida 56, para formar la corriente 17. El dispositivo 30, el cual puede ser utilizado como una alternativa para la combinación de los dispositivos 12 y 15, está ilustrado en la figura 6. Éste, comprende medios de filtración, en este caso una criba perforada 60, montada dentro del contenedor de presión 61, para resistir la presión de la corriente de entrada 11 de la planta de producción de hidrato. La corriente 11, entra en el contenedor a través de la entrada 62 y es dirigida hacia abajo mediante un dispositivo de distribución adecuado 63, el cual puede ser una porción adecuadamente dirigida de la entrada 62. La corriente de entrada 11, es dirigida contra una superficie 60, con fuerza suficiente para generar gas. Una corriente de gas 13, es generada mediante el impacto de la salida de mezcla de hidrato/líquido/gas sobre el filtro 60 y la corriente de gas generada 13, sale de la parte superior del contenedor 61, a través de una salida de gas 64. El líquido e hidrato, los cuales se impactan contra el filtro 60, viajan hacia abajo de ésta, bajo la influencia de la gravedad en la dirección ilustrada. Durante este paso, el líquido pasa a través de las perforaciones en el filtro 60. La operación del dispositivo 30 a una presión elevada, como es generalmente requerida para mantener el hidrato en una condición estable, incrementa la cantidad de líquido, el cual pasa a través de las perforaciones en el filtro 60, proporcionando de esta manera, una mejor separación. La pasta concentrada (corriente 17) es conducida desde el contenedor a través de la salida 65. El líquido 66, que pasa a través del filtro 60, se acumula en la base del contenedor 61 y es conducido fuera del contenedor, en forma de corriente 16, a través de la salida 67. Las pruebas de laboratorio en condiciones de proceso, han descubierto que dicho dispositivo puede concentrar una corriente que contiene menos del 5% en volumen de hidrato a una que contiene más del 30% en volumen de hidrato . La segunda etapa más eficiente 5, del dispositivo de remoción de agua de dos etapas es en este ejemplo una centrífuga 71, proporcionada en un contenedor de presión 72. La centrífuga 71 comprende un anillo 73 de gasa o malla que actúa como una superficie de filtrado. La centrífuga está montada en un eje 74, soportada mediante el contenedor de presión 72 y está colocada de tal manera que puede girar sobre el eje en un rango adecuado. Si se desea, se puede proporcionar una disposición de placas y cuchillas (no mostradas) en el interior de la centrífuga para ayudar a la separación. Una corriente intermedia de la primera etapa 3, del sistema de remoción de agua de dos etapas 2, es suministrada a la centrífuga 73 por medio de la entrada 75. La rotación de la centrífuga, fuerza el agua a pasar a través de la superficie de filtrado para ser recolectada en el fondo del contenedor de presión 72, mientras que el hidrato se recolecta en el interior de la superficie de filtrado. Debajo de la centrífuga 71, está montado un conducto 76, para recibir el hidrato recolectado en el interior de la centrífuga 71 y pasarlo hacia afuera del contenedor de presión 72, por medio de la salida del hidrato 77. El agua recolectada en el fondo del contenedor de presión 72, es recolectada por medio de la salida de líquido 78. La centrífuga 73, de esta manera, produce un flujo continuo de hidrato. El trabajo de laboratorio con una centrífuga presurizada pequeña, ha mostrado que una centrífuga de tamaño grande puede producir un producto de hidrato el cual contiene menos del 2% en volumen de agua. El dispositivo 21, es un lecho fluidificado en el presente ejemplo. El solicitante ha descubierto que la fluidificación de partículas de hidrato y hielo es factible a bajas temperaturas y altas presiones. En los estudios de laboratorio, los lechos de partículas de hidrato y hielo pueden ser fluidificados llanamente a una temperatura de -10°C, y puede ser proporcionado a alta presión mantenida. Los experimentos fueron llevados a cabo a temperaturas de -10°C hasta -70°C y a presiones de 3.5 a 28 bars. Mediante la comparación de las proporciones de transferencia de calor del dispositivo 21, con aquellas vistas en los dispositivos de enfriamiento convencionales para corrientes substancialmente sólidas, hemos descubierto que este es el método más económico para enfriar adecuadamente el producto de hidrato a una temperatura adecuada para su transportación. La figura 8, muestra una disposición de dicho lecho. El lecho 80, está contenido dentro de un contenedor de presión 81, adecuado para las presiones y temperaturas necesarias para el proceso. El contenedor de presión 81, está modelado con el lecho 80, colocado para estar localizado en la porción inferior 82 del contenedor 81. La porción superior 83 del contenedor 81, está colocada para dirigir cualesquiera partículas fluidificadas que salen de la porción inferior 82, de regreso a la porción inferior. En el ejemplo ilustrado en la figura 8, esto se logra mediante el suministro de un reborde inclinado 84, alrededor de la periferia superior de la porción inferior 82, para dirigir cualesquiera partículas que salen de vuelta a la porción inferior del contenedor 81. Esta estructura, contiene el lecho 80 y evita el transporte de partículas sólidas más pequeñas, fuera de la parte superior del lecho 80 (alternativamente se pueden utilizar partes internas modeladas para proporcionar la geometría del lecho deseada en un contenedor de presión de la forma más convencional) . Los sólidos del separador 5, son agregados al lecho 80, por medio de la entrada 85, de tal manera que caen hacia abajo en el lecho. El gas fluidificante 22, es introducido a través de la entrada 86 y, por consiguiente, por medio de un sistema de distribución 87 a la mayor parte de la base del lecho. El gas fluidificante 22, es preferentemente un gas formador de hidrato, de tal manera que cualquier humedad que entre en el lecho fluidificado de la corriente 19, es convertida en un hidrato para mantener al hidrato virtualmente seco. El gas fluidificante 22, también puede proporcionar enfriamiento al hidrato en el lecho 80. Si se desea un medio de enfriamiento 23, tal como un refrigerante evaporador de una o más fuentes externas, puede ser pasado a través del lecho 80 desde el sistema de distribución 87 con el gas fluidificante. El gas fluidificante 22, sale del lecho 80 y deja el contenedor 81 por medio de la salida 88 después de pasar, opcionalmente, a través de un dispositivo centrífugo convencional 89, para remover partículas pequeñas de hielo e hidrato arrastradas. Como se ilustró en la figura 8, el medio de enfriamiento puede ser pasado a través del lecho fluidificado por los conductos 90, elaborados . de un material bueno para la conducción de calor, preferentemente metal, tal como acero. Pasando el medio de enfriamiento en los conductos a través del lecho, el líquido enfriador puede ser utilizado, el cual puede absorber mucho más calor que un enfriador gaseoso, produciendo un mejor efecto de enfriamiento. Conforme son agregados los sólidos adicionales al lecho 90, el nivel del lecho se eleva y los sólidos se desbordan fuera del lecho 90, por medio de la rampa de caída 91 y la salida 92, manteniendo el nivel del lecho 90, substancialmente constante. En algunas circunstancias, por ejemplo, una instalación grande, un lecho puede ser subdividido mediante una serie de desviadores orientados substancialmente en forma vertical 93, sólo uno de los cuales es mostrado en la figura 8, sobre el cual, fluirán los sólidos desde la (s) región (es) de entrada 93a de una primera temperatura, a las regiones de salida 93b de temperatura inferior. El dispositivo de despresurización 26, mostrado en forma de diagrama en la figura 3, puede ser cualquiera de un rango de tecnologías conocidas para reducir la presión de una corriente de sólido. El solicitante utiliza un sistema de tolva de seguridad, en donde los grupos de sólidos son introducidos en los contenedores presurizados, los contenedores entonces son aislados por medios de válvulas y entonces, los contenedores son despresurizados inicialmente enviando el gas de salida a contenedores previamente despresurizados para ahorrar los costos de recompresión. Pueden utilizarse cualesquiera medios de transportación o almacenaje de una masa sólida enfriada de hidrato, según sea conveniente. Los ejemplos pueden ser un contenedor, la bodega de un navio o un vagón de tren. Los medios de transporte o almacenamiento, preferentemente están aislados. Se ha descubierto a partir de estudios económicos, que el contenido de gas de cualquier hidrato, utilizado para transportación o almacenaje, debería ser preferentemente dentro del orden de 150 a 200 volúmenes de gas (para gas a presión y temperatura atmosférica) por volumen de hidrato. Si dicho contenido de gas del hidrato no es logrado, entonces se requerirá de barcos grandes o una cantidad grande de barcos pequeños o contenedores, para hacer uso de los hidratos de forma poco económica cuando se compara con otras alternativas conocidas para almacenamiento y transportación de gas . El solicitante ha descubierto sopresivamente, de conformidad con un aspecto adicional de la presente invención, se puede lograr el almacenamiento o transporte de hidrato permaneciendo al menos la mayor parte del hidrato en una condición estable por un período de por lo menos 24 horas, mediante la provisión del hidrato estable en una masa sin la necesidad del enfriamiento externo. La figura 9, muestra el perfil de la temperatura únicamente de dicha masa de hidrato en una bodega de navio con una temperatura de almacenamiento inicial de -50°C después de transcurridos 5 días. La temperatura ambiente en la parte superior de la bodega es de 20°C y la temperatura ambiente en la parte inferior de la bodega es de 15°C. Como se puede observar, sólo los bordes de la masa original del hidrato caen debajo de la temperatura estable de aproximadamente -37°C a presión atmosférica y son convertidos en agua (hielo) y gas natural. La inmensa mayoría, en este caso el 95% del hidrato, permanece como hidrato estable, siendo únicamente un 5% convertido a gas natural y agua en la forma de hielo.

A pesar de que el aislamiento de la masa de hidrato no es necesario, su uso es preferido en algunas circunstancias, debido a que incrementará el período de tiempo que el hidrato permanece estable. El aislamiento puede ser proporcionado en cualquier dispositivo de transporte o almacenamiento que está siendo utilizado, tal como la bodega de un navio, un contenedor o un vagón de tren. Debido a que sólo los bordes de la masa del hidrato se descomponen en hielo y gas dentro de un transporte normal o un período de almacenamiento de unos pocos días, conforme el tamaño de la masa de hidrato es incrementada, se aumenta la proporción de hidrato que permanece estable durante el mismo período de tiempo. Una masa de hidrato preferida para ser utilizada en la presente invención, tiene una dimensión mínima de 2m en cualquier dirección o una dimensión más preferida de por lo menos lOm en cualquier dirección. Sin embargo, esto, por supuesto, dependerá de la duración esperada de transportación o almacenamiento. El hidrato utilizado para el método anterior de almacenamiento y transporte es de preferencia, substancialmente puro para proporcionar un volumen comercialmente admisible de gas en un volumen adecuadamente pequeño de hidrato. El hidrato utilizado para el método mencionado anteriormente de almacenamiento y transporte, es de preferencia, substancialmente seco o una pasta concentrada para reducir la proporción de material que no acarrea gas, que será almacenado o transportado, haciendo el método de almacenamiento o transporte de la presente invención incluso más atractivo económicamente. Se pueden hacer -varias modificaciones a los ejemplos descritos anteriormente sin alejarse del alcance de la presente invención, como se define en las siguientes reivindicaciones. Por ejemplo, cualquier dispositivo de primera separación adecuado, puede ser utilizado en el dispositivo de dos etapas para remover el fluido de un hidrato, líquidos y opcionalmente, mezcla de gas.

Claims (1)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES : 1. Un aparato para remover fluido de una mezcla de dos fases de hidrato y líquido a una presión elevada, o una mezcla de tres fases, de hidrato, líquido y gas a una presión elevada, en donde el aparato comprende: un primer dispositivo de separación de para remover de manera eficiente un primer fluido, para recibir una mezcla de entrada de hidrato y líquido o hidrato, líquido y gas, y para producir una mezcla intermedia con una concentración mayor de hidrato que la mezcla de entrada; y un segundo dispositivo de separación que tiene una segunda eficiencia de remoción de fluido mayor que el del primer dispositivo de separación, comprendiendo el segundo dispositivo de separación una centrífuga proporcionada en un contenedor sellado a presión, para recibir la mezcla intermedia del primer dispositivo de separación a una presión elevada y para producir esencialmente la salida de hidrato sólido o pasta de hidrato concentrado. 2. Un aparato de conformidad con la reivindicación 1, en donde el primer dispositivo de separación comprende un contenedor para recibir una mezcla de entrada de hidrato y líquido, medios para remover un hidrato flotante en la parte superior de la mezcla y medios para remover el líquido desde una porción inferior del contenedor. 3. Un aparato de conformidad con la reivindicación 2, en donde los medios para remover el hidrato flotante en la parte superior del líquido, son una espátula colocada para dirigir el hidrato removido hacia una salida. 4. Un aparato de conformidad con la reivindicación 1, en donde el primer dispositivo de separación es una centrífuga hidráulica. 5. Un aparato de conformidad con la reivindicación 1, en donde el primer dispositivo de separación incluye: un contenedor con una entrada para recibir una mezcla de tres fases de hidrato, líquido y gas; el contenedor que tiene una superficie interna contra la cual la mezcla está colocada para ser dirigida de tal manera, que el impacto de la mezcla contra la superficie separa el gas de la mezcla; y el contenedor que tiene una cámara para 5 recolectar la mezcla restante, después de que ha sido dirigida contra la superficie interna, # teniendo la cámara una salida y medios para dirigir el hidrato flotante en el líquido en la cámara a la salida cuando está en uso. 10 6. Un aparato de conformidad con la reivindicación 5, en donde los medios para dirigir el sólido flotante en el líquido en la cámara hacia la salida, está en el límite superior de la cámara, por lo menos una parte de la cual es inclinada horizontalmente 15 cuando está en uso, con la salida localizada en una porción superior de la cámara definida debajo de la porción inclinada del límite superior. 7. Un aparato de conformidad con la reivindicación 5 ó la reivindicación 6, en donde la superficie 20 interna del contenedor contra la cual está colocada la mezcla para ser dirigida, es una superficie por encima de la cámara cuando está en uso y es proporcionado un tubo de descenso para dirigir la mezcla restante, después de que ha sido dirigida 25 contra la superficie hacia la cámara. 8. Un aparato de conformidad con la reivindicación 7, en donde la superficie interna del contenedor está modelada para dirigir la mezcla restante después de que ha sido dirigida contra la superficie interna, hacia el tubo de descenso por gravedad cuando está en uso . 9. Un aparato de conformidad con la reivindicación 1, en donde el primer dispositivo de separación comprende : Un contenedor para recibir una mezcla de gas, líquido e hidrato sólido de entrada; medios de filtración montados dentro del contenedor; y los medios para dirigir una mezcla de gas, líquido e hidrato de entrada contra los medios de filtración, de tal manera que el gas es emanado para ser recolectado o removido desde una porción superior del contenedor, el líquido pasa a través de los medios de filtración para ser recolectado o removido desde una porción inferior del contenedor, y el hidrato es recolectado por los medios de filtración. 10. Un aparato de conformidad con la reivindicación 9, en donde los medios de filtración, es un filtro perforado, colocado de tal manera que el hidrato es recolectado conforme viaja hacia abajo del filtro, para ser recolectado o removido del contenedor. 11. Un aparato de conformidad con la reivindicación 10, en donde el filtro es curvo y los medios para dirigir la mezcla contra el filtro están colocados para dirigir la mezcla hacia abajo contra el filtro, de tal manera que el hidrato recolectado por el filtro se resbala del filtro con un componente de su movimiento en un arco. 12. Un aparato de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, incluyendo un dispositivo de enfriamiento de hidrato para enfriar una salida de hidrato esencialmente seco o de pasta concentrada, producida por el segundo dispositivo de separación, en donde el dispositivo de enfriamiento de hidrato comprende: un contenedor para recibir esencialmente un hidrato sólido o pasta concentrada; un dispositivo de distribución de gas, colocado para ser abastecido con el gas fluidificante cuando está en uso, estando el dispositivo de distribución de gas colocado para ser colocado en el contenedor para pasar el gas fluidificante a través del hidrato esencialmente seco o la pasta de hidrato concentrada en el contenedor cuando está en uso para fluidificar el hidrato; y los medios para proporcionar el paso de un medio de enfriamiento a través del hidrato fluidificado en el contenedor cuando está en uso . 13. Un aparato de conformidad con la reivindicación 12, en donde los medios para proporcionar el paso del medio de enfriamiento a través del hidrato fluidificado en el contenedor, es el dispositivo de distribución de gas, el cual está colocado para suministrar el gas fluidificante enfriado. 14. Un aparato de conformidad con las reivindicaciones 12 ó 13, en donde los medios para proporcionar el paso de un medio de enfriamiento a través del hidrato fluidificado, es un medio para suministrar una corriente de fluido de enfriamiento, separado del gas fluidificante a través del hidrato fluidificado . 15. Un aparato de conformidad con cualesquiera de la reivindicaciones 12 a 14, en donde el dispositivo de distribución de gas está colocado para ser abastecido con un hidrato formador de un gas fluidificante. 16. Un aparato para producir un hidrato esencialmente sólido o una pasta de hidrato substancialmente concentrada como se describió anteriormente, con referencia a los dibujos que lo acompañan . 17. Un método de almacenamiento o transportación de 5 hidrato producido por medio de un aparato de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones • anteriores que comprende proporcionar el hidrato en una forma estable. 18. Un método de conformidad con la reivindicación 10 17, en donde el hidrato es esencialmente hidrato seco o hidrato de pasta concentrada. ^ 19. Un método de conformidad con la reivindicación 17 ó 18, en donde el hidrato es proporcionado en un contenedor aislado. 15 20. Un método de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 17 a 19, en donde el hidrato es proporcionado en un volumen de masa que tiene una dimensión mínima de 2 metros en cualquier dirección. 21. Un método de almacenamiento o transportación de 20 hidrato, substancialmente tal y como se describió anteriormente con referencia a los dibujos que lo acompañan . 22. Un dispositivo de separación de gas de una mezcla de 3 fases de hidrato, líquido y gas, en donde 25 el dispositivo comprende: un contenedor con una entrada para recibir una mezcla de 3 fases de hidrato, líquido y gas; teniendo el contenedor una superficie interna contra la cual la mezcla es colocada para ser dirigida de tal manera que el impacto de la mezcla contra la superficie separe el gas de la mezcla; y el contenedor que tiene una cámara para recolectar la mezcla restante después de que ha sido dirigida contra la superficie interna, teniendo la cámara una salida y medios para dirigir el hidrato flotante en el líquido en la cámara, hacia la salida cuando está en uso. 23. Un dispositivo de conformidad con la reivindicación 22, en donde los medios para dirigir el hidrato flotante en el líquido en la cámara hacia la salida, es un límite superior de la cámara por lo menos una parte de la cual es inclinada hacia la horizontal cuando está en uso con la salida localizada en una porción superior de la cámara definida debajo de la porción inclinada del límite superior . 24. Un dispositivo de conformidad con la reivindicación 22 ó 23, en donde un tubo de descenso es proporcionado para dirigir la mezcla restante, después de que ha sido dirigida contra la superficie de la cámara. 25. Un dispositivo de conformidad con la reivindicación 24, en donde el nivel de mezcla restante, después de que ha sido dirigido contra la superficie, es mantenido en o sobre el tubo de descenso . 26. Un dispositivo de conformidad con las reivindicaciones 24 ó 25, en donde la superficie interna del contenedor está modelada para dirigir la mezcla restante, después de que ha sido dirigida contra la superficie interna del tubo de descenso por gravedad, cuando está en uso. 27. Un dispositivo de conformidad con la reivindicación 26, en donde la superficie interna del contenedor presenta una superficie substancialmente cónica o frusto-cónica con los ejes cónicos o frusto-cónicos colocados de manera substancialmente vertical cuando están en uso y la parte más angosta del cono o frusto-cono colocada debajo de la parte más ancha. 28. Un dispositivo de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 22 a 27, en donde el contenedor tiene una salida para que salga del contenedor el gas separado de la mezcla. 29. Un dispositivo para separar una mezcla substancialmente de tres fases de hidrato, líquido y gas, en la forma en que se describió anteriormente con referencia a la figura 4 de los dibujos que la acompañan. 30. Un aparato para separar gas, líquido e hidrato el cual comprende: un contenedor para recibir una mezcla de gas, líquido e hidrato de entrada; medios de filtración montados dentro del contenedor; y medios para dirigir una mezcla de gas, líquido e hidrato de entrada contra los medios de filtración, de tal manera que el gas es emanado para ser recolectado o removido del contenedor, el líquido pasa a través de los medios de filtración para ser recolectado o removido del contenedor, y el hidrato es • recolectado por los medios del filtración. 31. Un aparato de conformidad con la reivindicación 30, en donde los medios de filtración son una criba perforada colocada, de tal manera que el hidrato recolectado por el filtro viaja hacia abajo del filtro para ser recolectado o removido del contenedor. 32. Un aparato de conformidad con la reivindicación 31, en donde el filtro es curvo y los medios para dirigir la mezcla contra el filtro están colocados para dirigir la mezcla hacia abajo contra el filtro, 5 de tal manera que el hidrato recolectado por el filtro resbala fuera del filtro con un componente de • su movimiento en un arco. 33. Un aparato de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 30 a 32, en donde el interior 10 del contenedor es mantenido a una presión elevada. 34. Un aparato para separar el gas, líquido e hidrato sólido substancialmente tal y como se describió anteriormente con referencia a la figura 6 de los dibujos que la acompañan. 15 35. Un aparato de enfriamiento de hidrato que comprende : un contenedor para recibir una pasta de hidrato esencialmente seca o concentrada; un dispositivo para la distribución del gas 20 colocado para ser abastecido con el gas fluidificante cuando está en uso, siendo colocado el dispositivo para la distribución del gas para ser acomodado en el contenedor para el paso del gas fluidificante, a través de una 25 pasta de hidrato esencialmente seca o concentrada en el contenedor, cuando está en uso para fluidificar el hidrato y; medios para proporcionar el paso de un medio de enfriamiento a través del hidrato 5 fluidificado en el contenedor cuando está en uso . • 36. Un aparato de conformidad con la reivindicación 35, en donde los medios para proporcionar el paso de un medio de enfriamiento a través del hidrato 10 fluidificado en el contenedor, es el dispositivo para la distribución del gas, el cual está colocado para suministrar el gas fluidificante enfriado. 37. Un aparato de conformidad con la reivindicación 35 ó reivindicación 36, en donde los medios para 15 proporcionar el paso de un medio de enfriamiento a través del hidrato fluidificado, es un medio para suministrar una corriente de fluido de enfriamiento, separada del gas fluidificante, a través del hidrato fluidificado . 20 38. Un aparato de conformidad con la reivindicación 37, en donde los medios para suministrar una corriente de fluido de enfriamiento, separada del gas fluidificante, que comprende uno o más conductos colocados para transportar el fluido de enfriamiento a través de los mismos para pasar a través del lecho fluidificante cuando está en uso. 39. Un aparato de conformidad con la reivindicación 38, en donde uno o más conductos están colocados para transportar una corriente substancialmente líquida de fluido de enfriamiento. 40. Un aparato de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 35 a 39, en donde el lecho fluidificado está provisto con uno o más desviadores, colocados de manera substancialmente vertical cuando está en uso, para dividir el lecho en un número de regiones y el hidrato es colocado para ser recibido en una primera región y derramarse en las regiones subsecuentes conforme es agregado más hidrato. 41. Un aparato de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 35 a 40, en donde el dispositivo para la distribución de gas está colocado para ser suministrado con el gas formador de hidrato. 42. Un aparato de enfriamiento de hidrato substancialmente tal y como se describió anteriormente con referencia a la figura 8 de los dibujos que la acompañan.