4* MÉTODO PARA CARGAR GAS NATURAL LICUADO Y PRESURIZADO (GNLP) EN CONTENEDORES DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Este invento se refiere a la manipulación de gas
5 natural licuado presurizado y, más particularmente, a un método para cargar gas natural licuado presurizado dentro de contenedores que son llenados con vapor con alto contenido de metano. A causa de sus cualidades de quema limpia y
10 conveniencia, el gas natural ha sido ampliamente usado en años recientes. Muchas fuentes de gas natural están ubicadas en áreas alejadas, a grandes distancias de cualquier punto de comercialización para el gas. Algunas veces se dispone de un gasoducto para transportar el gas natural producido hacia un
15 punto de comercialización. Cuando no es factible el transporte por gasoducto, el gas natural producido es a menudo procesado en forma de gas natural licuado (el cual es llamado "GNL") para transportarlo al mercado. Recientemente se ha propuesto transportar el gas
20 natural a temperaturas sobre los -112°C (-170°F) ; y a presiones suficientes para que el líquido este a, o bajo de, su temperatura de punto de burbujeo. Para la mayoría de las composiciones de gas natural, la presión del gas natural a temperaturas de sobre -112°C será entre aproximadamente
25 1,380 kPa (200 psia) y alrededor de 4,480 kPa (650 psia).
Este gas natural liquido presurizado es referido como GNLP para distinguirlo del GNL, el cual es transportado casi a presión atmosférica y a una temperatura de aproximadamente -162°C(-260°F) 5 En la solicitud de patente estadounidense copendiente No. 09/464987 de J. R. Rigby, se describe un procedimiento para descargas GNLP desde contenedores en un barco, mediante la presurización del GNLP con gas, dejando los tanques vaciados del GNLP pero llenos de gas con alto
10 contenido de metano. Al final del método de descarga del - GNLP, todos los contenedores menos el último contenedor o grupo de contenedores están a baja presión, preferentemente entre alrededor de 690 kPa (100 psia) y 1,380 kPa (200 psia), mientras que el último contenedor está muy ligeramente sobre
15 la presión del punto de burbujeo original de GNLP. Teniendo el vapor a baja presión en los contenedores para el viaje de regreso, reduce substancialmente la masa de metano dejada en los contenedores, comparada con el gas a alta presión contenido alli. Dependiendo de la presión, temperatura y
20 composición del GNLP, el dejar vapor a alta presión en todos los contenedores podria constituir desde alrededor de 10 a 20 por ciento de la masa de la carga en los contenedores antes de la remoción del GNLP. Durante la carga del GNLP, el vapor con alto
25 contenido de metano en los contenedores es desplazado por el
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líquido que ingresa. Es conveniente licuar por lo menos parte del vapor con alto contenido de metano desplazado desde los contenedores durante la descarga del GNLP. La licuefacción del vapor es preferentemente integrada con el procedimiento 5 de licuefacción usado para elaborar el GNLP que esta siendo cargado dentro de los contenedores. Durante la carga de una multiplicidad de contenedores llenos de gas, la velocidad de flujo del vapor que sale de los contenedores puede variar substancialmente entre el inicio y el final del método de
10 carga. Para mantener la estabilidad operativa de la planta de licuefacción, es conveniente que la velocidad de flujo de retorno del vapor esté a un porcentaje relativamente constante de la velocidad de alimentación de la planta. Subsiste la necesidad de un método para cargar GNLP que
15 proporcione este tipo de velocidad de flujo de retorno del vapor. Se describe un método para cargas GNLP dentro de una pluralidad de contenedores llenos con vapor presurizado.
'fj? Los contenedores o grupos de contenedores son cargados en
20 sucesión y el GNLP introducido en un contenedor descarga vapor desde el mismo. Una fracción del vapor descargado desde por lo menos uno de los contenedores es pasada dentro de tanques de almacenamiento auxiliares que comprenden un primer tanque y un segundo tanque.. El vapor es separado desde por lo
25 menos uno de los tanques y pasado a un medio de utilización
del vapor, preferentemente una planta de licuefacción para licuar el vapor o a un motor o turbina que utilizan el vapor como combustible. El flujo de GNLP hacia y desde el primer y segundo tanques es regulado para asegurar que la velocidad de 5 flujo total de vapor hacia los medios de utilización del vapor permanece a una velocidad de flujo generalmente constante. En una ejecución preferente de este invento, dos tanques de almacenamiento auxiliares, un primer tanque y un
10 segundo tanque, se usan para regular la velocidad de flujo
• del vapor presurizado descargado desde una pluralidad de contenedores que están llenados con GNLP en sucesión. El GNLP es introducido en un primer contenedor o grupo de contenedores y el vapor es descargado desde estos. Una primer
15 fracción del vapor descargado es pasada a un apropiado medio de utilización del gas, tal como una planta de licuefacción de vapor o un motor o turbina que utilizan el vapor como combustible y una segunda fracción es pasada a otro
• * \ contenedor para ser llenado con GNLP. El vapor descargado
20 desde el último contenedor que está siendo llenado con GNLP es pasado a uno de los tanques auxiliares y el vapor proveniente de los tanques de almacenamiento auxiliares es entonces pasado a cualquier medio apropiado de utilización del vapor. El flujo del fluido (vapor y GNLP) hacia y desde
25 los tanques de almacenamiento es regulado para normalizar la
velocidad de flujo de vapor hacia los medios de utilización del vapor. Al comienzo del método de carga del GNLP, el primer tanque esta lleno de vapor a una presión relativamente alta y el segundo tanque contiene gas natural licuado 5 presurizado. Durante el llenado del primer contenedor o primer grupo de contenedores, el GNLP es desviado desde el r * segundo tanque y pasado al primer contenedor o primer grupo de contenedores y simultáneamente el vapor es desviado desde el primer tanque, presurizado y una primera fracción del
10 vapor presurizada es pasada al segundo tanque y una segunda fracción del vapor presurizado es calentada y retornada al primer tanque. Cuando el segundo tanque es vaciado del GNLP, el segundo tanque contiene vapor a una presión relativamente alta y el primer tanque contiene vapor a una presión
*** 15 relativamente alta. El vapor proveniente del segundo tanque es luego desviado, presurizado y una fracción del vapor presurizado es pasado a un medio de utilización del vapor y una segunda fracción del vapor presurizado es calentada y retornada al segundo tanque. Al final de la etapa
20 antecedente, el primer y segundo tanques contienen ambos vapor a una presión relativamente baja. Durante el llenado con GNLP del último contenedor o último grupo de contenedores, el vapor descargado del último contenedor o grupo es pasado a un compresor para presurización y una
25 primera fracción del vapor presurizado es pasada al medio de
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utilización del vapor y una segunda fracción del vapor presurizado es calentada y pasada al segundo tanque. Cuando el último contenedor es llenado con GNLP, el primer tanque contiene vapor a una presión relativamente baja y el segundo 5 tanque contiene vapor a una presión relativamente alta. El segundo tanque está entonces listo para ser rellenado con GNLP. El GNLP es entonces introducido en el segundo tanque y el vapor es descargado desde el mismo. El vapor descargado es dividido en una primera fracción y una segunda fracción. La
10 primera fracción de vapor es calentada y pasada al primer tanque y la segunda fracción es pasada al medio de utilización del gas. Al final de esta etapa, el primer tanque contiene vapor a una presión relativamente alta y el segundo tanque contiene GNLP. Los tanques de almacenamiento están
15 ahora listos para cargar el PLNH en otra serie de contenedores. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS El presente invento y sus ventajas serán mejor comprendidos haciendo referencia a la siguiente descripción
20 detallada y a los dibujos adjuntos. Las Figuras ÍA y IB muestran un barco apropiado para transportar GNLP en vista lateral y piano horizontal, ambas vistas en cortes parciales, ilustrando una multiplicidad de contenedores que van a ser llenados con GNLP
25 de acuerdo con el método de este invento.
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La Figura 2 es un diagrama esquemático de circulación para cargar el GNLP dentro de un primer contenedor o grupo de contenedores en una serie, tales como
• los contenedores en un barco, como se muestra en las Figuras
5 ÍA y IB. La Figura 3 es un diagrama esquemático de circulación, similar al de la Figura 2, para cargar el GNLP en otro contenedor en la serie de contenedores. La Figura 4 es un diagrama esquemático de 10 circulación, similar al de la Figura 2, para cargar GNLP
F dentro del último contenedor de la serie de contenedores. Las Figuras 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F y 5G ilustran los tanques de almacenamiento auxiliares en diferentes etapas de carga del GNLP en una serie de contenedores de acuerdo con 15 el método de este invento. Los dibujos ilustran una ejecución específica para practicar el método de este invento. Los dibujos no están destinados a excluir del ámbito del invento otras ejecuciones que son el resultado de modificaciones normales y esperadas 20 de la ejecución especifica. Varios subsistemas requeridos tales como bombas, válvulas, mezcladoras de la corriente de flujo, sistemas de control y sensores del nivel del fluido han sido omitidos de los dibujos con el propósito de la simplicidad y claridad de presentación. 25 Este invento proporciona un método para cargar gas
natural licuado presurizado (referido aqui como "GHLP" ) dentro de una serie de contenedores, tales como contenedores en un barco o barcaza de almacenamiento, en donde por lo ^eff menos algunos de los contenedores son llenados con vapor 5 presurizado con alto contenido de metano. El término "contenedor" se usa en esta descripción para indicar cualquier receptáculo presurizable tal como un frasco, botella, cilindro, tanque o similar, que sea apropiado para transportar GNLP. La tubería entre los contenedores puede ser
10 dispuesta de modo que los contenedores puedan ser cargados con GNLP, un contenedor a la vez en sucesión, o cargados en grupos y cualquier contenedor en una serie o un grupo puede ser cargado o llenado en cualquier secuencia. En esta descripción las referencias a cargar en serie los
15 contenedores, también deben comprenderse como incluyendo la opción de cargar grupos de contenedores en sucesión. La secuencia óptima para llenar contenedores o grupos de contenedores en un portador flotante debe tomar en cuenta el equilibrio y estabilidad del portador, que se pueden
20 determinar por los expertos en la técnica. Los tanques de almacenamiento auxiliares descritos aquí, comprenden uno o más contenedores de almacenamiento que pueden tener los mismos tamaños o tamaños diferentes que los contenedores sobre el barco u otro medio de transporte o almacenamiento. 25 En esta descripción, se asume que todos los
contenedores al inicio del método de carga del GNLP están llenos con vapor residual con alto contenido de metano proveniente de una operación de descarga del GNLP. Durante el fr llenado con GNLP de un contenedor dado, una fracción del 5 vapor desplazada desde el contenedor dado para el GNLP, se usa para presurizar vapor en otro contenedor que va a ser llenado con GNLP, excepto cuando se rellena el último contenedor en la serie. Cuando se llena el último contenedor con GNLP, el vapor proveniente del último contenedor no puede
10 ser introducido dentro de otro contenedor, desde que los otros contenedores en el barco están ya llenos con GNLP. Es conveniente utilizar el vapor removido desde el barco, preferentemente en la misma planta de licuefacción usada para manufacturar el GNLP. 15 Es además conveniente que la velocidad de flujo del vapor de retorno a la planta de licuefacción esté a un porcentaje relativamente constante de la velocidad de ingreso de la planta. Esto es conveniente para conservar las
^RP especificaciones de la constante del GNLP y para mantener las
20 operaciones en la planta a o cerca de las condiciones estables. Sin un almacenamiento auxiliar la planta podría ser una corriente de fuga de entre 10 y 25% de su velocidad de flujo de la corriente de entrada cuando el último contenedor es llenado. Las implicaciones de esta corriente de fuga
25 requieren la disminución de la velocidad de flujo de la
corriente de entrada hacia la planta o volver a diseñar la planta para manipular esta corriente de fuga de una duración relativamente corta (alrededor de 10% del tiempo). La corriente de fuga de la corriente de vapor de retorno con alto contenido de metano podría también cambiar la composición y propiedades del GNLP. Se ha descubierto un novedoso sistema de carga del GNLP que utiliza tanques de almacenamiento auxiliares para mantener una velocidad de flujo relativamente constante del vapor de retorno con alto contenido de metano hacia una planta de licuefacción u otro medio de utilización del vapor apropiado. El invento será descrito con referencia a los dibujos, en donde los conductos de flujo, contenedores, tanques, compresores y otros equipos con números similares* tienen las mismas funciones en el proceso. Los expertos en la técnica pueden ver, sin embargo, que los conductos de flujo desde un recipiente a otro pueden variar de tamaño y capacidad para manipular diferentes velocidad de flujo y d t ras. En una ejecución preferente de este invento, el GNLP es cargado en contenedores al borde de un barco, ilustrados, en general, en las Figuras ÍA y IB. La Figura ÍA muestra una vista lateral de un barco apropiado teniendo una multiplicidad de contenedores verticalmente alargados o botellas para transportar el GNLP. La Figura IB muestra una
proyección horizontal del mismo barco con una sección de la cubierta separada para mostrar los contenedores, los cuales aparecen como círculos redondos. Se comprende, sin embargo, que la práctica de este invento no está limitada a un diseño particular del contenedor que se va a descargar. Tampoco la práctica de este invento está limitada a contenedores en barcos, barcazas u otros vehículos de transporte por agua. Cualquier contenedor apropiado para almacenar el GNLP puede ser usado en el método de carga del GNLP de este invento, ya sea en un barco o en equipo en tierra. Mientras que las Figuras ÍA y IB muestran una pluralidad de contenedores verticalmente alargados sobre un barco, los contenedores pueden ser también horizontales y los contenedores podrían tener otra forma apropiada, tal como esférica. Los contenedores están conectados a un sistema de tuberías para la carga selectiva, ventilación y descarga de fluidos del contenedor. La tubería usada para cargar los contenedores y para pasar el vapor desde un contenedor a otro, podria ser modificada de la ilustrada esquemáticamente en los dibujos de acuerdo con las enseñanzas de este invento, dependiendo de la colocación de los contenedores y regulaciones aplicables de las entidades reguladoras. En esta descripción del invento, toda la carga del GNLP y manipulación del vapor se hace a través de la parte superior de los contenedores. Aunque no se ilustra en las Figuras, la
í^É^Éh¡M iMittlM carga y descarga de líquido podría ser manipulada con conexiones en el fondo. Los contenedores alargados ilustrados en las Figuras ÍA y IB se muestran montados dentro de la bodega del 5 barco. Los contenedores pueden estar contenidos en una refrigeradora. que tenga un aislamiento apropiado para conservar el GNLP a temperaturas criogénicas. Alternativamente, cada contenedor puede ser aislado individualmente. Cada contenedor tendrá tipicamente desde
10 aproximadamente 15 a 60 metros de altura y fluctuará desde
^^1F alrededor de 3 a 10 metros de diámetro exterior; sin embargo, el tamaño del contenedor no es un factor limitativo de este invento. Los contenedores pueden ser fabricados de cualquier material apropiado capaz de soportar la exposición y tensión
15 a temperaturas criogénicas a las presiones requeridas para conservar el GNLP a o bajo su temperatura del punto de burbujeo. El término "punto de burbujeo" según se emplea en esta descripción, significa la temperatura y presión a la
20 cual el líquido comienza a convertirse en gas. Por ejemplo, si un cierto volumen de GNLP es mantenido a presión constante, pero su temperatura es aumentada, la temperatura a la cual se comienzan a formar burbujas de gas en el GNLP es el punto de burbujeo. Similarmente, si un cierto volumen de
25 GNLP es mantenido a una temperatura constante, pero la fe*'" 13
presión es reducida, *$£& presión a la cual el gas comienza a formarse, define la presión del punto de burbujeo a dicha temperatura. Al punto de burbujeo, el gas licuado es líquido saturado. Para la mayoria de las composiciones de gas 5 natural, la presión del punto de burbujeo del gas natural a temperaturas sobre -112°C estará entre alrededor de 1,380 kPa (200 psia) y alrededor de 4,480 kPa (650 psia). El término gas natural según se emplea en esta descripción, significa un material de alimentación gaseoso
10 apropiado para manufacturar el GNLP. El gas natural podría comprender gas obtenido de un pozo de petróleo crudo (gas asociado) o de un pozo de gas (gas no asociado) . La composición de gas natural puede variar significativamente. Según se emplea aqui, una corriente de gas natural contiene
15 metano (Ci) como su componente principal. El gas natural también contendrá típicamente etano (C2) . Hidrocarburos superiores (C3+) y cantidades menores de contaminantes, tales como agua, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, impurezas, sulfuro de hierro, cera y petróleo
20 crudo. Las solubilidades de estos contaminantes varían con la temperatura, presión y composición. Si la corriente de gas natural contiene hidrocarburos pesados que podrian congelarse durante la licuefacción o si los hidrocarburos pesados no son deseados en el GNLP a causa de las especificaciones de la
25 composición o su valor como líquidos gaseosos naturales
(LGNs), los hidrocarburos pesados son típicamente eliminados mediante un procedimiento de fraccionamiento antes de la licuefacción del gas natural. A las presiones y temperaturas
• operativas, cantidades de nitrógeno moderadas en el gas 5 natural pueden ser toleradas, ya que el nitrógeno puede permanecer en la fase liquida con el GNLP. Desde que la temperatura del punto e burbujeo del GNLP a una presión dada disminuye con el incremento del contenido de nitrógeno, será normalmente conveniente manufacturar el GNLP con una
10 concentración de nitrógeno relativamente baja. • La temperatura mínima del GNLP que se va a cargar de acuerdo con el método de este invento, estará sobre alrededor de -112°C (-170°F) . La temperatura máxima del GNLP que se va a cargar, dependerá principalmente de la
15 composición del GNLP. El gas natural, que es predominantemente metano, no puede ser licuado a temperatura ambiental aumentando simplemente la presión, como es el caso con hidrocarburos más pesados usados para propósitos energéticos. La temperatura crítica del metano es de 20 82.5°C (-116.5°F) . Esto significa que el metano puede solamente ser licuado bajo de dicha temperatura, sin que importe la presión aplicada. Desde que el gas natural es una mezcla de hidrocarburos, se licúa dentro de un limite de temperaturas. La temperatura crítica del gas natural esta
25 típicamente entre alrededor de -85°C (-121°F) y -62°C (-80°F) .
a temperatura teórica máxima del GNLP cargado en los contenedores, pero la temperatura de almacenamiento estará preferentemente varios grados debajo de la temperatura crítica y a una presión inferior a la presión crítica. Una ejecución preferente del invento será descrita ahora con referencia a las Figuras 2 a 5, las cuales ilustran los diagramas esquemáticos de circulación de tres etapas de llenado de una multiplicidad de contenedores en sucesión con el GNLP. Los contenedores que se van a llenar con GNLP, de acuerdo con el método de este invento, pueden estar ubicados en tierra o en vehículos flotantes, tales como el barco mostrado en las Figuras ÍA y IB. Las Figuras 2, 3 y 4 ilustran un ejemplo de comunicación fluida entre una planta de licuefacción 20, tanques de almacenamiento auxiliares 10 y 11 y contenedores 1, 2, 3 y 4 que van a ser llenados con GNLP de acuerdo con el método de este invento. La Figura 2 ilustra la carga del GNLP dentro del contenedor 1 y la presurización del contenedor 2 para la carga del GNLP. La Figura 3 ilustra la carga del contenedor 3 con GNLP y presurización del contenedor 4 para la carga del GNLP y la Figura 4 ilustra la carga del contenedor 4 y la manipulación del vapor desplazado desde el contenedor 4. Con referencia a la Figura 2, la planta de licuefacción 20 recibe gas natural por medio del conducto 21
y licúa por lo menos una porción del gas, para producir una corriente del producto de GNLP 22. La planta de licuefacción 20 producirá también, típicamente, combustible y constituyentes de hidrocarburo mas pesado del gas natural, 5 los cuales son llamados líquidos gaseosos naturales (LGN) . Los LGN pueden incluir etano, propano, butano, pentano, isopentano, e hidrocarburos superiores, algunos de los cuales podrían ser usados como refrigerantes de recarga para uno o más sistemas de refrigeración de ciclo cerrado usados en la
10 planta de licuefacción 20. Ejemplos de sistemas de
# licuefacción apropiados para producir el GNLP se describen en las patentes estadounidenses 6,023,942; 6,016,665; 5,950,453 y 5,956,971. Los contenedores para ser llenados con GNLP de acuerdo con este invento, se ilustran con los números de
15 referencia 1, 2, 3 y 4. Mientras que el método de carga de este invento será descrito aqui usando cuatro contenedores, este invento no está limitado a un número de contenedores particular. Un barco destinado a transportar el GNLP podría
^•Pr tener varios cientos de cilindros presurizables para ser
20 cargados con GNLP. Los contenedores pueden ser cargados, uno a la vez, o los contenedores pueden ser cargados en grupos de varios contenedores. Los tanques auxiliares 10 y 11 se usan en la práctica de este invento para regular la velocidad de flujo
25 de vapor de la planta de licuefacción 20 durante la carga de los contenedores 1, 2, 3 y 4. Los tanques 10 y 11 pueden ser receptáculos presurizables apropiados para almacenar GNLP y vapor con alto contenido de metano a las temperaturas y
^^ presiones del GNLP. La capacidad volumétrica óptima de los 5 tanques 10 y 11 dependerá de la cantidad GNLP que se va a cargar dentro de los contenedores, la capacidad volumétrica del último contenedor o grupo de contenedores que están siendo llenados y del tiempo deseado de carga del GNLP para los contenedores. Los tanques 10 y 11 preferentemente tienen
10 una capacidad volumétrica aproximadamente igual a la
^mw* capacidad volumétrica del contenedor más grande que va a ser cargado con GNLP y, más preferentemente, una capacidad volumétrica ligeramente mayor que la del contenedor más grande. Teniendo el beneficio de las enseñanzas en esta
15 descripción, el experto en la técnica podria optimizar el tamaño de los tanques 10 y 11. Los tanques 10 y 11 están colocados preferentemente dentro de una refrigeradora aislada para reducir la termotransferencia desde la cercanía de los tanques hacia el contenido de los tanques; sin embargo, los
20 tanques pueden ser también aislados individualmente. Los tanques están preferentemente ubicados cerca del litoral en una barcaza, aunque pueden estar ubicados en la costa. Aunque dos tanques de almacenamiento auxiliares se ilustran en los dibujos, los tanques de almacenamiento 10 y 11 pueden
25 comprender cada una multiplicidad de contenedores apilados \A, " • -'"-rjy 18
juntos. Los contenedores 1, 2, 3 y 4, así como los tanques 10 y 11 están provistos, preferentemente, con válvulas para ß liberar la presión, sensores de presión y temperatura, 5 indicadores del nivel del fluido, sistemas de alarma para la presión y apropiado aislamiento para operación criogénica. Estos sistemas están omitidos en los dibujos, ya que los expertos en la técnica son familiares con la construcción y operación de dichos sistemas, que no son esenciales para 10 comprender la practica de este invento. En esta descripción de la modalidad preferida, se asume que el barco de GNLP llega a una terminal de carga con los contenedores llenos de vapor residual resultante de una operación de descarga del GNLP. Se asume además, que el 15 contenedor 1 era el último contenedor vaciado del GNLP en la operación de descarga y contiene vapor a aproximadamente la misma presión que, y preferentemente una presión ligeramente mas alta que, la presión del GNLP que va a ser cargado en el Jr contenedor 1. Se asume además que la presión de vapor en los 20 otros contenedores (contenedores 2, 3 y 4 en la Figura 2) es substancialmente inferior que la presión de vapor en el contenedor 1. Sin embargo, este invento no está limitado a las condiciones de presión del vapor que se asumen en esta descripción. La presión . de vapor podría, por ejemplo, 25 fluctuar desde la presión ambiental hasta una presión
ligeramente sobre la presión del punto de burbujeo del GNLP. Como se describe en la solicitud de patente estadounidense co-pendiente 09/464987 de J. T. Rigby, cuando se descarga el GNLP de los contenedores en una terminal de importación, es conveniente dejar el último contenedor a la presión del GNLP de salida para facilitar la futura carga del GNLP en la terminal de exportación. Los otros contenedores tienen preferentemente vapor a una presión relativamente baja para reducir la masa de carga con alto contenido de metano que está siendo retornada con el barco. Después de la operación de descarga del GNLP, los contenedores son preferentemente conservados a una temperatura relativamente constante para el viaje de retorno, preferentemente a substancialmente la misma temperatura que la temperatura del punto de ebullición del GNLP producido. La fluctuación significativa en la temperatura de los contenedores podría ocasionar tensiones térmicas indeseables en los materiales del contenedor y podrían originarse dificultades debidas a la expansión y contracción de los contenedores, sistemas de tuberías y sistemas de soporte del contenedor. El vapor en los contenedores puede ser mantenido a una temperatura relativamente constante durante el viaje de retorno del barco mediante cualquier sistema apropiado. Por ejemplo, un sistema de relicuefacción podria proporcionar servicios de refrigeración para enfriar el vapor residual en
20
los contenedores durante el viaje de retorno, extrayendo vapor desde los contenedores, volviendo a licuarlo y pulverizándolo nuevamente en los contenedores. Este método podría también ser empleado para mantener el sistema colector 5 a la temperatura operativa, reduciendo así el tiempo de preparación para la carga en la terminal de exportación. Si el primer contenedor que va a ser llenado con GNLP (contenedor 1 en la Figura 2) contiene vapor a una temperatura significativamente superior que la temperatura
10 del GNLP que va a ser cargado, la temperatura del vapor puede ser reducida por medio de cualquier sistema apropiado, antes de que comience la descarga del GNLP o en el procedimiento de carga. Cuanto mayores son las diferencias de temperatura entre un vapor a temperatura superior en un contenedor y la
15 temperatura del GNLP, mayor cantidad de vapor desprendido indeseable se producirá, cuando el GNLP ingrese en el contenedor. Los procedimientos apropiados para reducir la temperatura interna del contenedor son familiares para los expertos en la técnica. ^p 20 Si el contenedor es llenado con vapor a una presión significativamente inferior que la presión del punto de burbujeo del GNLP cuando el liquido ingresa al fondo del contenedor 1, para evitar la posibilidad de la vaporización instantánea del GNLP durante la operación de carga, la
25 presión en el contenedor 1 puede ser aumentada mediante
cualquier sistema apropiado. Por ejemplo, el vapor proveniente del tanque de almacenamiento 10 podría ser introducido en el contenedor 1 hasta que la presión de vapor allí sea substancialmente igual a la presión del punto de burbujeo del GNLP y, preferentemente, ligeramente mayor que la presión del punto de burbujeo. Con referencia a la Figura 2, una vez que la presión de vapor y la temperatura del vapor en el contenedor 1 estén cerca de la presión y temperatura del GNLP que va a ser cargado allí, el GNLP es pasado a través del conducto 22 y a través del tubo de alimentación 23, que introduce el GNLP al fondo del contenedor 1. Entonces, la presión es mantenida esencialmente constante en el fondo del contenedor a la presión del punto de burbujeo del GNLP plus la alimentación estática del GNLP en el contenedor 1 cuando está lleno de líquido. De este modo, la presión en la parte superior del tubo que llena el contenedor esta a por lo menos la presión del punto de burbujeo del GNLP y no se forma vapor en los conductos de flujo durante la carga. Cuando el GNLP entra al contenedor 1, el vapor contenido allí es venteado de modo regular a través de la parte superior del contenedor 1 dentro del conducto 24. La presión del vapor puede ser regulada mediante cualquier dispositivo regulador del flujo de fluido apropiado (no ilustrado en los dibujos) para conservar la presión del GNLP en el fondo del contenedor 1, esencialmente
Una fracción del vapor desplazada del contenedor 1 es preferentemente pasada a la planta de licuefacción 20
• mediante el conducto 26 (u opcionalmente el vapor se puede 5 usar, todo o en parte, como combustible para energizar turbinas o motores, no ilustrados en los dibujos) y otra fracción del vapor proveniente del contenedor 1 es pasada por los conductos 25 y 28 al contenedor 2. La Figura 2 ilustra la fracción de vapor cuando
10 está siendo pasada a la planta de licuefacción 20 después de ' que el vapor en el conducto 24 halla sido presurizado adicionalmente por el compresor 31. El compresor 31 puede estar ubicado en el barco o en una terminal o puede ser un compresor usado en la planta de licuefacción 20. Aunque no se
15 ilustra en la Figura 2, la corriente de vapor en el conducto 26 podría opcionalmente ser desviada desde el conducto 24 antes de que el compresor 31 presurice adicionalmente el vapor. Enviar la corriente de vapor a la planta 20, sin ser f primero presurizado por el compresor 31, puede ser
20 conveniente, por ejemplo, si dicha presurización puede ser usada en la planta 20 sin presurización adicional. Aunque no se ilustra en los dibujos, la corriente de vapor en el conducto 26 puede opcionalmente ser pasada a un sistema de licuefacción que sea independiente de la planta de
25 licuefacción 20, para licuar la corriente de vapor y el
líquido resultante podria entonces ser bombeado a una presión más alta y mezclado con la producción de GNLP desde la planta de licuefacción 20. • Antes de que el vapor en la línea 25 ingrese al 5 contenedor 2, por lo menos parte del vapor es calentado, si fuera necesario, con el fin de mantener la temperatura del vapor en el contenedor 2 sobre la temperatura mínima proyectada del material del contenedor. Desde el compresor 31, la fracción de vapor en el conducto 25 es pasada al
10 termointercambiador 32, en donde la corriente de vapor es
• calentada mediante termopermutación indirecta con cualquier medio de termotransferencia. Ejemplos no limitativos de fuentes de calor pueden incluir los gases de exhaustación de motores de barco y fuentes ambientales, tales como aire, agua
15 salada y agua potable. Desde el termointercambiador 32, el vapor calentado es introducido en el contenedor 2 por medio del conducto 28. Aunque no se ilustra en la Figura 2, un dispositivo de regulación apropiado, preferentemente ubicado en el conducto 25, regula la velocidad de flujo de vapor
^^ 20 dentro del contenedor 2. La velocidad de flujo y presión de la corriente de vapor pasada dentro del contenedor 2, SF controla preferentemente para tener completo el relleno del contenedor 1 a esencialmente el mismo tiempo que el contenedor 2, apropiadamente presurizado para el inmediato
25 llenado del GNLP.
l contenedor 1, la presión de vapor en el conducto 24 es lo suficientemente alta como para aumentar la presión de vapor en el contenedor 2 sin usar el compresor 31. En la primera etapa de llenado del contenedor 1, el compresor no se necesita y la fracción de vapor que se va a pasar al contenedor 2 podría opcionalmente evitar el compresor 31 y podría ser enviado directamente al termointercambiador 32. En la última etapa de llenado de GNLP en el contenedor 1, la
10 presión del vapor en el conducto 24 gradualmente disminuye,
#*'' hasta casi el final de la operación de llenado del GNLP, la presión del vapor podría no ser suficiente para presionar el contenedor 2 a la presión deseada sin una presurización adicional por el compresor 31. 15 En la primera etapa de presurización, el vapor en el contenedor 2, para conservar la temperatura del vapor en el contenedor 2 sobre los limites previstos del material, el vapor de entrada podria no ser calentado para compensar el descenso de temperatura causado por la reducción de la
20 presión isentálfica pasando desde la condición de presión relativamente alta en el contenedor 1 a la condición de presión relativamente baja en el contenedor 2. Durante la última etapa de llenado del GNLP en el contenedor 1, la presión del vapor en el contenedor 2 se aproxima a la presión
25 relativamente alta del vapor en el contenedor 1, así el descenso de temperatura es mínimo. Entonces, en la última etapa de llenado del GNLP en el contenedor 1, el vapor presurizado por el compresor 31 podria opcionalmente evitar el termointercambiador 32 y ser enviado directamente al contenedor 2. La descripción antecedente de una corriente de flujo de vapor opcional que evite el compresor 31 en la primera etapa de llenado del GNLP en el contenedor 1 y una corriente de flujo opcional que evite el termointercambiador 31 en la última etapa de relleno de GNLP en el contenedor 1,
10 no se ilustra en los dibujos. mw - La fuente del GNLP para relleno del GNLP del contenedor 1 es obtenida, en parte, desde un tanque auxiliar 11. Al comienzo de la operación de carga del GNLP, el GNLP proveniente del tanque auxiliar 11 es desviado desde el
15 tanque 11 a través del conducto 39, bombeado a una mayor presión por la bomba 41 y combinado con la instalación de GNLP en el conducto 22. La corriente de GNLP combinada es entonces pasada en el contenedor 1. La velocidad de flujo de GNLP desde el tanque 11 es regulada mediante dispositivos de 20 control apropiados, no ilustrados en el dibujo, para asegurarse de que el tanque 11 está esencialmente vaciado del GNLP antes de que el contenedor 4 sea llenado con GNLP y, preferentemente el tanque 11 es vaciado del GNLP antes de que aproximadamente la mitad de los contenedores sean cargados
25 con GNLP.
Con referencia nuevamente a la Figura 2, durante el vaciado del GNLP desde el tanque 11, el vapor previamente almacenado en el tanque de almacenamiento 10 es transferido al tanque 12 para llenar el vacio dejado al salir el GNLP. Para minimizar la evaporación instantánea del GNLP, la presión del vapor sobre el GNLP en el tanque 11 es mantenida por lo menos a la misma presión que la presión del punto de burbujeo del GNLP en el tanque y, preferentemente, a una presión ligeramente sobre la presión del punto de burbujeo del GNLP. El vapor es separado desde el tanque 10 a través del conducto 35 y pasado a través de un compresor 30 para presurizar el vapor a la presión relativamente alta en el tanque 11. El vapor presurizado sale del compresor 30 y es separado en dos corrientes 36 y 37. La corriente 36 es pasada al tanque 11 y la corriente 37 es pasada a través de un termointercambiador 38 para calentar la corriente de vapor comprimido 37 antes de que pase nuevamente al tanque 10 a través del conducto 34. Cualquier medio de termotransferencia apropiado puede ser usado en el termointercambiador 38 para intercambio calorífico indirecto con el vapor comprimido en el conducto 37. Ejemplos no limitativos de fuentes caloríficas apropiadas pueden incluir los gases de exhaustación provenientes de motores de barcos y fuentes ambientales, tales como aire, agua salda y agua potable. El termointercambiador 38 se ilustra como un termointercambiador
separado del termointercambiador 32, aunque un termointercambiador podría ser usado para calentar separadamente el vapor en los conductos 25 y 37. Desde el
^P^ termointercambiador 38, el vapor calentado es introducido al 5 tanque 10 a una velocidad que mantiene la temperatura del vapor en el tanque 10 sobre la temperatura prevista del tanque, cuando se disminuye la presión del tanque 10. Mientras que la velocidad de flujo del gas a través del conducto 36 es relativamente constante, la velocidad de flujo
10 del vapor calentado por reciclo en el conducto 37 es
# variable, dependiendo de las necesidades caloríficas para conservar el tanque 10 sobre la temperatura mínima prevista. Durante el procedimiento de carga, la planta mantiene un flujo de ingreso de gas a través del conducto 21 y produce
15 combustible o LGN a través del conducto 27. Los contenedores 3 y 4 permanecen esencialmente inactivos en la Figura 2, con la excepción de la evaporación. La Figura 3 ilustra un diagrama esquemático de circulación de los conductos de flujo para cargar GNLP dentro
20 del contenedor 3 de acuerdo con una ejecución preferente de este invento. En el diagrama esquemático de la Figura 3, se asume que los contenedores 1 y 2 han sido llenados con GNLP. Cuando el GNLP es introducido en el fondo del contenedor 3 a través del conducto 23', el vapor sobre el GNLP en el
25 contenedor 3 es impelido a través del conducto 24'. El vapor
en el conducto 24' es comprimido por el compresor 31 y una fracción es pasada por el conducto 25 al termointercambiador 32 y es luego pasada al contenedor 4 a través del conducto 28'. Una fracción del vapor que sale del contenedor 3 es pasada a la planta 20 por el conducto 26 y, como se explica antes con respecto a la salida de vapor del contenedor 1, el vapor que se envía a la planta puede ser desviado ya sea antes o después del compresor 31. Todos los contenedores son llenados con GNLP en sucesión, usando la misma carga de GNLP, venteo de vapor y etapas de presurización del vapor descritas aquí, hasta que el último contenedor sea llenado con GNLP. Las descripciones detalladas de los conductos de flujo y operación del tanque 11 están contenidas en la descripción de la Figura 5D. La Figura 4 ilustra el equipo principal usado en el método de este invento para cargar el GNLP dentro del contenedor 4, el último contenedor en la serie de contenedores cargado en esta descripción. El GNLP es pasado desde la planta de licuefacción 20 por medio del conducto 22 al fondo del contenedor 4 por medio del tubo 23''. El vapor es venteado desde el contenedor 4 a una velocidad controlada para proporcionar un cojín de vapor presurizado sobre el GNLP cuando el líquido ingresa al fondo del contenedor 4. El vapor proveniente del contenedor 4 es pasado por el conducto 24'' al compresor 31. Desde el compresor 31 el vapor es dividido
en dos corrientes. Una primera corriente pasa a través del conducto 26 hacia la planta de licuefacción 20 y una segunda corriente pasa a través del conducto 26 hacia la planta de
^ ? licuefacción 20 y una segunda corriente pasa a través del 5 conducto 25, a través del termointercambiador 32, para calentar la segunda corriente y es luego pasada dentro del tanque 11 por medio del conducto 34''. El vapor es calentado para mantener una temperatura de vapor en el tanque 11 sobre la temperatura predeterminada prevista para el material. El
10 vapor es introducido dentro del contenedor 11 hasta que la
F presión de vapor allí sea esencialmente la misma que la presión del punto de burbujeo del GNLP plus el contenido líquido de un contenedor completo. Las Figuras 5A a 5G muestran en forma esquemática
15 la condición de los tanques de almacenamiento auxiliares 10 y 11 durante las diferentes etapas de carga del GNLP dentro de una multiplicidad de contenedores, de acuerdo con la practica de este invento. En estos dibujos, el símbolo "LP" significa presión relativamente baja, por ejemplo 100 psia y el símbolo
20 "HP" significa presión relativamente alta, por ejemplo la presión del punto de burbujeo del GNLP. El símbolo "LP-»HP"
(usado en las Figuras 5F y 5G) significa que el tanque 11 de la Figura 5F y el tanque 10 de la Figura 5G están soportando un aumento en presión durante la etapa mostrada en la Figura
25 aplicable y, similarmente, el símbolo "HP-LP" (usado en las
Figuras 5B y 5D) significa que el tanque 10 de la Figura 5B y el tanque 11 de la Figura 5D están soportando una disminución de presión. La Figura 5A ilustra la condición de los tanques 10 y 11 cuando un barco llega primero para el llenado con GNLP, antes de que haya tenido lugar cualquier carga del GNLP. El tanque 10 es llenado con vapor a alta presión con alto contenido de metano, preferentemente una presión substancialmente igual a la presión del punto de burbujeo del GNLP y el tanque 11 es llenado con GNLP a substancialmente la misma presión y condiciones de temperatura cuando el GNLP va a ser cargado en los contenedores del barco. La Figura 5B ilustra la condición de los tanques 10 y 11 durante la carga del contenedor 1 durante la etapa de carga ilustrada en la Figura 2. El vapor en el tanque 10 está siendo desviado y comprimido, una porción es pasada al tanque 11 para desplazar el GNLP desde el tanque y otra porción es calentada y retornada al tanque 10. Cuando el tanque 11 es vaciado del GNIP, la presión en el tanque 10 disminuye desde la presión del punto de burbujeo del GNLP hasta una presión relativamente baja. La Figura 5C ilustra las condiciones de los tanques 10 y 11 en la etapa en donde el tanque 11 ha sido vaciado del GNLP. El tanque 10 esta lleno de vapor a baja presión y el tanque 11 está lleno de vapor a alta presión.
La Figura 5D ilustra la remoción de vapor desde el tanque 11 y pasando por lo menos algo del vapor separado por el conducto 40 a una planta de licuefacción y, opcionalmente, usando una fracción de este vapor como combustible. La Figura 5D ilustra la condición de los tanques 10 y 11 durante la carga de GNLP del contenedor 3, como se ilustra en la Figura 3. El vapor extraído desde el tanque 11 a través del conducto 35' es comprimido por el compresor 30, dividido en dos corrientes, una siendo la corriente 37 que es calentada por el termointercambiador 38 y retornada al tanque 11 por medio del conducto 34' para asegurarse que la temperatura del vapor en el tanque 11 no cae por debajo de la temperatura mínima prevista para el tanque, la otra corriente 40 regresando a la planta. Durante esta etapa, se reduce la presión de vapor en el tanque 11. La Figura 5E ilustra las condiciones de los tanques 10 y 11 después de haber sido completada la etapa de retiro del vapor de la Figura 5D - ambos tanques 10 y 11 están llenos de vapor a baja presión. La Figura 5F ilustra la condición de los tanques 10 y 11 correspondiente a la etapa del método de relleno ilustrada en la Figura 4. En esta etapa, el contenedor 4 está siendo llenado con GNLP y vapor a alta presión desde el contenedor 4 está siendo pasado al compresor 31, en donde el vapor es presurizado adicionalmente. Una fracción del vapor
presurizado es calentada y pasada al contenedor 11 por el conducto 34'' para aumentar allí la presión de vapor. Una segunda fracción del vapor presurizado es pasada por el
F conducto 26 a la planta de licuefacción 20. Durante esta 5 etapa, la presión de vapor en el tanque 11 es gradualmente aumentada y la temperatura del vapor en el tanque 11 es mantenida relativamente constante a aproximadamente la temperatura original del punto de burbujeo del GNLP. La Figura 5G ilustra la etapa de relleno del GNLP
10 en el tanque 11 después de que el barco ha sido llenado con flp GNLP para preparar los tanques 10 y 11 para cargar otro barco con GNLP. Esta etapa ocurre después de que el contenedor 4 ha sido llenado con GNLP. La fuente de GNLP para rellenar el tanque 11 es preferentemente la planta de licuefacción 20. El
15 GNLP es introducido dentro del fondo del tanque 11 mediante el conducto 39''' y el vapor a alta presión sobre el GNLP es venteado fuera del tanque 11 a través del conducto 35''' de modo regular, para mantener la presión del GNLP en el fondo del tanque 11 relativamente constante. El llenado del tanque
20 11 es similar a la carga del contenedor 1, como se describe antes. El vapor desplazado del tanque 11 es pasado mediante el conducto 35''' al compresor 31 para presurizar el vapor y recuperar las perdidas de presión asociadas con las perdidas por fricción en el equipo que manipula el fluido en el
25 transporte del vapor desde el tanque 11 al tanque 10 y para
proporcionar la presión necesaria para presurizar el vapor introducido en el tanque 10 por el conducto 25 a través del termointercambiador 32 y a través del conducto 34''' a wt substancialmente la presión del punto de burbujeo del GNLP plus la cantidad de líquido de un contenedor lleno de GNLP. Una porción del vapor presurizado es pasada por el conducto 26 a la planta de licuefacción 20. Opcionalmente, la fracción de vapor que es pasada a la planta puede ser desviada desde un conducto de flujo de vapor corriente arriba del compresor
10 31. Al final de esta etapa, el tanque 11 es llenado con GNLP y el tanque 10 es llenado con vapor a alta presión, la condición de los tanques se representa en la Figura 5A. Ejemplo Una balance hipotético de masa y energía se efectuó
15 para ilustrar la ejecución ilustrada en las Figuras 2-4 y los resultados se exponen en las Tablas 1-4. Los datos presentados en las Tablas se ofrecen para proporcionar una mejor comprensión de la presión y temperatura de las corrientes de flujo ilustradas en las
^R * 20 Figuras 2-4, aunque el invento no será interpretado como limitado innecesariamente a estos datos. La Tabla 1 proporciona datos de composición para la carga del contenedor en varias condiciones. Las composiciones son nominales y varían como una función de tiempo en el método de carga. Cada
25 uno de los contenedores se asume que tengan una capacidad de
Játéfe 34
«•?f | sm3 y que tengan una diferencia de elevación de 46 metros desde la parte superior del contenedor hasta su fondo. Se debe notar que los regímenes de carga del GNLP podrían afectar estas composiciones. La Tabla 2 proporciona datos 5 para los conductos de flujo asociados con la Figura 3 y la Tabla 4 proporciona datos para los conductos de flujo asociados con la Figura 4. Las temperaturas, presiones y composiciones no deben ser consideradas como limitaciones del invento, ya que este puede tener muchas variaciones en las
10 composiciones de carga y velocidades de flujo en vista de las presentes enseñanzas. En este ejemplo, los contenedores llenos de líquido fueron llenados al 98% por volumen de líquido (GNLP) con 2% de espacio de vapor y la carga en los barcos fue dividida en diez bloques de contenedores de igual
15 tamaño con cada bloque consistiendo de 24 contenedores; la capacidad volumétrica de cada bloque era de aproximadamente 20,000 m3 y la capacidad volumétrica total de los dos tanques de almacenamiento de igual tamaño era también de aproximadamente 20,000 m3. 20 En este ejemplo, la velocidad de flujo de retorno del vapor total combinado hacia la planta de licuefacción, u otros medios de utilización del vapor apropiados, a través de los conductos 26 y 40, fue mantenida constante como un porcentaje de la corriente de alimentación de entrada a la
25 planta 20 (corriente 21) . Se consideraron diversos factores
al determinar la velocidad constante del flujo de retorno del vapor, incluyendo la cantidad de vapor remanente en los contenedores antes de cargar el barco; condiciones ambientales y la temperatura de los contenedores y los tanques de almacenamiento auxiliares antes de comenzar el llenado del GNLP. Estimando estas condiciones, los expertos en la técnica, teniendo el beneficio de las enseñanzas de este invento, pueden usar los tanques de almacenamiento 10 y 11 como un sistema regulador para obtener una velocidad
10 relativamente constante del flujo de vapor de retorno a la planta de licuefacción 20. Tabla 1 - Porcentaje molecular de los componentes en varias condiciones del contenedor
Componente Contenedor o Composición Composición del tanque lleno del vapor a vapor a baja de GNLP alta presión baja prea ógr —
Temperatura °C(°F) -95(-139) -95(-139) -95(-139) Presión en el fondo 2999(435) 2999(435) 876(127;
de un recipiente durante el llenado del GNLP (kPa) (psi)
Tabla 2 Corriente Porcentaje de Porcentaje de Vapor/ °C °F kPa psta GNLP dentro del GNLP en el líquido Contenedor 1 tanque 11
^Condiciones del GNLP en el extremo inferior del conducto de flujo 23.
$ .... 37
Tabla 3
Comente Porcentaje de GNLP Porcentaje de Vapor/ °C °F kPa psia cargado cn el GNLP cargado « lí«q•u«id''o« recipiente 2 en el tanque 11
*Condiciones del GNLP en el extremo inferior de la linea de flujo 23' . Tabla 4
Comente Porcentaje de GNLP Porcentaje de GNLP Vapor/ kPa psia cargado cn el cargado en el liquido recipiente 4 tanque 11
*Condiciones del GNLP en el extremo inferior de la línea de flujo 23' ' . Los expertos en la técnica, particularmente aquellos que tienen el beneficio de las enseñanzas de esta patente, pueden reconocer que se pueden efectuar muchas modificaciones y variantes en los procedimientos específicos descritos. Por ejemplo, se puede emplear una variedad de temperaturas y presiones de acuerdo con el invento, dependiendo del diseño general del sistema y de la composición del GNLP. Las condiciones del viaje de regreso y las operaciones de relicuefacción influenciaran de gran manera la temperatura y presión en los contenedores. Una variación adicional en la masa dejada en el barco podría ocurrir si el vapor en los contenedores fuera proporcionado por el combustible del barco. También, las conexiones de tuberías entre los contenedores de GNLP pueden ser suplementadas o reconfiguradas, dependiendo de los requerimientos totales del diseño, para obtener los requerimientos óptimos de intercambio calorífico. Como se ha explicado, las ejecuciones específicamente descritas y los ejemplos no deben ser usados para limitar el ámbito del invento, el cual está determinado por las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.