PT2057381E - Processo de compressão cíclica sem pistão da fase gasosa de gases liquefeitos a muito baixa temperatura - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

PROCESSO DE COMPRESSÃO CÍCLICA SEM PISTÃO DA FASE GASOSA DE GASES LIQUEFEITOS A MUITO BAIXA TEMPERATURA A invenção refere-se a um método de compressão sem pistão da fase gasosa de gases criogénicos liquefeitos. Este processo é conhecido, por exemplo, do documento US-A-2035396.

Para o transporte de gases, estes são frequentemente liquefeitos, uma vez que o volume de gases líquidos é uma fracção do volume de gás, sem haver necessidade de trabalhar com altas pressões. Os reservatórios de pressão são de construção dispendiosa e só limitadamente são adequados para o transporte rodoviário.

Para a liquefacção dos gases é preciso uma quantidade de energia considerável, e a energia para o sobreaquecimento e a vaporização tem de ser retirada do produto. Neste caso, forma-se um gradiente de temperatura entre o produto liquefeito e o ambiente. Os gases criogénicos são armazenados nos chamados tanques criogénicos. Os tanques criogénicos, que podem ser fixos, são utilizados como armazenagem temporária para usar os gases no estado gasoso. Os gases são retirados destes tanques criogénicos e transferidos para o estado líquido, usando-se geralmente para este fim bombas de alta pressão de grande desempenho. 0 líquido é introduzido sob pressão em vaporizadores por meio destas bombas de alta pressão, utilizando-se o calor ambiente ou energia exterior para a vaporização no vaporizador. Noutros processos os gases líquidos são vaporizados imediatamente e só subsequentemente comprimidos à pressão desejada por meio de compressores de gás. Se os cilindros de gás forem cheios a uma pressão de, 1 por exemplo, 200 bar ou 300 bar utilizando tal equipamento, ter-se-á de utilizar, na maioria dos casos, cerca de 40 KWh de energia para 1000 Nm3/h para a compressão. Se for o gás já vaporizado, e não o liquido, a ser comprimido subsequentemente, a mesma quantidade exige uma energia de cerca de 400 KWh. A invenção tem agora por objecto reduzir substancialmente a energia a usar nestes processos conhecidos de vaporização e enchimento sob pressão e tem o objecto de dispensar o uso de bombas e compressores, que, para além de proporcionar uma melhoria do balanço de energia, conduz a despesas de manutenção menores.

Para atingir este objectivo, o processo de acordo com a invenção do tipo inicialmente definido consiste no essencial em colocar um gás criogénico liquefeito num depósito doseador e introduzir uma quantidade doseada num vaporizador, após o que a quantidade vaporizada de gás é retirada ou introduzida numa rede de condutas, sendo depois o depósito doseador mais uma vez carregado com gás líquido, utilizando-se a pressão existente no vaporizador que se acabou de usar para expulsar o gás líquido do depósito doseador fazendo-o entrar noutro vaporizador, sendo os diferentes vaporizadores ciclicamente alimentados pelo depósito doseador e a pressão no depósito doseador e, se necessário, no vaporizador que vai ser cheio, é reduzida antes de uma quantidade doseada de gás liquefeito ser novamente introduzida. Uma vez que os gases criogénicos liquefeitos são introduzidos num depósito doseador, pode usar-se a pressão de vapor de cerca de 5 bar que geralmente existe inicialmente num tanque criogénico ou a pressão geodésica, sem a ajuda de bombas, para transportar o gás criogénico liquefeito para o depósito doseador. Dado que a quantidade é doseada subsequentemente, o que, segundo um 2 desenvolvimento preferido do processo de acordo com a invenção, pode ter lugar de uma maneira simples, por exemplo pesando a quantidade doseada contida no depósito doseador, garante-se que uma quantidade especifica e, se o volume for conhecido, uma determinada pressão atribuída ao calor fornecido, pode ser libertada subsequentemente durante a vaporização. Uma vez que a quantidade de gás vaporizada é agora carregada imediatamente à pressão produzida durante a vaporização ou introduzida numa rede de condutas contra resistências dinâmicas das condutas, estabelece-se uma igualização de pressão entre o vaporizador e o consumidor ou os cilindros ou tanques que vão ser cheios, pelo que fica evidentemente uma pressão residual no vaporizador logo que são fechadas as correspondentes válvulas de enchimento. Para que subsequentemente possa continuar a trabalhar ciclicamente, o depósito doseador tem de ser carregado novamente com uma quantidade doseada de gás líquido, em que a pressão de vapor originalmente existente no tanque criogénico ou a pressão geodésica é suficiente enquanto a pressão no depósito doseador permanece abaixo destas pressões exigidas em cada caso para o enchimento durante este período de tempo.

Contudo, após a alimentação repetida do depósito doseador, estabelece-se uma igualização de pressão no que respeita ao vaporizador, e, no arranque do sistema, depois de alimentar de novo o depósito doseador, a pressão de vapor residual no vaporizador que acaba de ser utilizado é suficiente para expulsar a quantidade doseada de gás liquefeito introduzindo-a noutro vaporizador que se encontra à pressão atmosférica ou a uma pressão mais baixa do que o vaporizador que acabou de ser usado. Assim, outro vaporizador é alimentado com a pressão residual do vaporizador que acaba de ser usado em cada caso e a pressão do vapor é de novo aumentada durante a vaporização aí realizada, que está subsequentemente prevista 3 para encher o tanque ou os cilindros ou alimentar a rede de condutas.

Para evitar que o depósito doseador e o vaporizador atinjam conjuntamente o mesmo nível de pressão devido à igualização de pressão cíclica, tem de se efectuar uma redução selectiva da pressão em cada caso, em que o processo de acordo com a invenção é que, após a alimentação cíclica de cada um dos vaporizadores diferentes um do outro e o uso da pressão residual em um dos dois vaporizadores, a pressão no depósito doseador e, se necessário, no respectivo vaporizador que vai ser carregado, é reduzida antes de introduzir de novo uma quantidade doseada do gás liquefeito. Deste modo, a diferença de pressão exigida no sistema pode sempre ser mantida em cada caso sem a ajuda de bombas, o que torna possível alimentar alternadamente ou ciclicamente vaporizadores separados, a partir de um tanque criogénico com uma determinada pressão de vapor. A redução de pressão exigida pode ser obtida em princípio de vários modos. Segundo um melhoramento preferido do processo de acordo com a invenção, o procedimento aqui é que a redução da pressão é efectuada a partir do depósito doseador ou do vaporizador, através de um estrangulador, para o espaço gasoso do tanque, um consumidor ou a atmosfera. 0 termo estrangulador designa aqui qualquer dispositivo que sirva para reduzir a pressão. As válvulas clássicas redutoras da pressão só são aqui adequadas até certo ponto em resultado das condições como as que surgem quando lidamos com gases liquefeitos e durante a sua respectiva expansão, em que a redução da pressão podia naturalmente ter lugar através da transferência para outro consumidor e/ou contra a atmosfera, se, como no segundo caso, as perdas de gás forem aceitáveis. Numa forma de realização particularmente vantajosa, procede- 4 se de modo a que a redução de pressão se realize num condensador como o estrangulador. Usa-se neste caso um condensador para obter uma redução substancial de volume, dado que o gás líquido é de novo retirado do espaço gasoso e, desta maneira, a pressão é drasticamente reduzida. Por conseguinte, um tal condensador satisfaz os critérios do estrangulador necessário de acordo com a invenção para subsequentemente poder fazer retornar o gás e o líquido para o tanque criogénico que tem uma pressão de vapor substancialmente inferior.

Num modo de realização particularmente simples é possível proceder de modo a que a condensação e a redução da pressão no estrangulador seja realizada por pulverização do gás líquido e subsequente condensação mista. É possível condensar completamente ou parcialmente o gás insuflado por condensação mista no tanque criogénico. Nesse processo, o gás pode ser comprimido a partir de baixo através do líquido ou ser condensado insuflando líquido no gás.

Como se referiu inicialmente, é de importância essencial para uma operação segura e em particular para o enchimento dos cilindros ou do tanque de gás que se carregue uma quantidade doseada de gás. Como já foi referido, é preferível proceder determinando a quantidade doseada no depósito doseador através do peso, em que a quantidade de gás comprimido carregado é vantajosamente medida em cada caso para monitorização, em particular é pesada.

Para, no princípio do processo de enchimento, atingir rapidamente, no global, condições de pressão reprodutíveis e uma operação sem dificuldades, tem de ser estabelecido à partida um estado inicial correspondentemente definido, para o que, de acordo com a invenção, é vantajoso proceder pondo a 5 trabalhar a frio os reservatórios, o condensador e as condutas antes de começar a primeira vaporização. A invenção é explicada em pormenor a seguir com referência a um exemplo de modo de realização mostrado esquematicamente no desenho.

No desenho, A designa um tanque criogénico. Um depósito doseador é designado por B, onde está incorporado um condensador designado por C como um estrangulador na conduta de retorno ao tanque criogénico. Um primeiro vaporizador é designado por D. Um Segundo vaporizador E existe paralelamente a este primeiro vaporizador D, em que um consumidor designado esquematicamente por F, tal como, por exemplo, um cilindro é alternadamente carregado a partir do vaporizador respectivamente activo.

Uma balança para a quantidade carregada no depósito doseador B está indicada esquematicamente por G. Também existe uma balança, indicada por H, para medir a quantidade carregada no cilindro F.

As válvulas inseridas nas condutas desenhadas são designadas continuamente por 1 até 19 e são ligadas da seguinte maneira nos diversos passos do processo:

Para operar o condensador a frio, o produto encontra-se presente no tanque criogénico A na forma líquida, estando os

restantes dispositivos, e em particular o depósito doseador B e os vaporizadores D e E à pressão atmosférica nesta fase inicial. No tanque criogénico A existe uma ligeira sobrepressão de, geralmente, cerca de 5 bar. Após a abertura das válvulas 1 e 2, o produto líquido corre, sob a acção da pressão no tanque criogénico, para o condensador C até a fase gasosa estar em equilíbrio com as fases líquidas. A abertura 6 das válvulas 10 e 11 produz a descarga do gás inicialmente localizado no condensador para a atmosfera ou para o espaço gasoso do tanque criogénico A.

Durante a operação a frio subsequente do depósito doseador, as válvulas 1, 3 e 8 são abertas. Neste caso, o produto líquido corre do tanque criogénico para o depósito doseador, em que as válvulas são fechadas quando se atinge o peso pré-definido, determinado por meio da balança G. O depósito doseador é descarregado para o tanque criogénico A devido à válvula 8 na posição aberta.

Abrindo subsequentemente as válvulas 4 e 6, mantendo a válvula 8 aberta, o produto líquido corre do depósito doseador B para o primeiro vaporizador D. Ocorre de novo uma igualização da pressão através da válvula 8 relativamente ao tanque criogénico A, em que, imediatamente a seguir à descarga do depósito doseador, a válvula 6 e a válvula 4 são fechadas para separar este do vaporizador D.

Durante a subsequente vaporização no vaporizador D, o produto vaporiza completamente, e, a seguir à vaporização completa, as válvulas 14 e 19 são abertas para transferir o produto agora gasoso para o cilindro F. Nesta ocasião, pode efectuar-se uma monitorização através do peso, por meio da balança H indicada esquematicamente.

Após o encerramento das válvulas, existe no vaporizador D a última pressão de vapor formada por vaporização.

As válvulas 1, 3 e 8 são então novamente abertas, após o que o gás criogénico liquefeito flui de novo do tanque criogénico A para o depósito doseador B e, como foi descrito, efectua-se de novo um doseamento, tendo em conta os valores medidos da balança G. 7

Após fechar as válvulas acabadas de abrir e a seguir abrir as válvulas 4, 5, 6, 14 e 17, a quantidade doseada de gás criogénico liquefeito é expelida do depósito doseador à pressão existente no vaporizador D para o vaporizador seguinte, após o que as válvulas são de novo fechadas. 0 gás criogénico liquefeito vaporiza-se no evaporador E, depois do que, a seguir a vaporização completa, as válvulas 15 e 19 são abertas e um reservatório ou o cilindro F podem ser de novo carregados. Após monitorização por meio da balança H, as válvulas são de novo fechadas, de tal modo que os evaporadores e o depósito doseador estão a uma pressão correspondentemente maior do que no inicio do processo. Logo que esta pressão e, em particular, a pressão no depósito doseador excede a pressão no tanque criogénico, já não é possivel efectuar com facilidade outro carregamento do depósito doseador com a ajuda da pressão geodésica. Portanto, deve ser realizada aqui uma redução da pressão estrangulada, considerando-se que o depósito doseador, após o último esvaziamento descrito, se encontra à pressão do evaporador D. As válvulas 7, 9 e 12 são subsequentemente abertas, após o que o produto gasoso é arrefecido o mais possivel pelo produto liquido no permutador de calor do condensador, de tal modo que a pressão é correspondentemente reduzida e atinge-se a linha de vapor por estrangulamento na válvula 9. A seguir a uma igualização de pressão anterior, o depósito doseador pode ser carregado de novo à pressão geodésica. Contudo, para permitir que, subsequentemente, a quantidade doseada de gás criogénico liquefeito seja transferida do depósito doseador para o evaporador D, este evaporador que vai ser carregado tem evidentemente que ser de novo posto a um nível de pressão inferior ao nível de pressão ainda existente que é fornecida a partir do outro evaporador para o esvaziamento do depósito doseador. Por outras palavras, isto significa que o próximo evaporador a ser carregado, neste caso o evaporador D, tem de ser sujeito a uma correspondente igualização de pressão e, do mesmo modo que o depósito doseador B, posto de uma maneira adequada à pressão existente no espaço gasoso do tanque criogénico ou a uma pressão inferior. Isto é conseguido abrindo as válvulas 14 e 17 e, de acordo com o volume, abrindo a válvula 8 acompanhada da expansão imediata de retorno para o espaço gasoso do tanque criogénico A ou da abertura da válvula 7 e retorno através do condensador.

Após, subsequentemente, alimentar o depósito doseador, da maneira já descrita, através da abertura das válvulas 4 e 6, bem como da 16, a pressão remanescente no evaporador E pode ser usada para a expulsão da quantidade doseada de gás liquefeito para o evaporador D, onde tem lugar o passo seguinte do processo conforme o descrito anteriormente.

Durante o respectivo estrangulamento ou durante a redução de pressão no condensador, o líquido subarrefecido é feito passar da parte superior do condensador para a zona de permutação de calor do condensador abrindo a válvula 13. Abrindo as válvulas 11 e 12, obtém-se a igualização da pressão entre o condensador C e o tanque criogénico A, onde a seguir, abrindo as válvulas 1 e 2, o processo regressa ao estado inicial, que permite novos ciclos. 24-05-2010 9

Claims (7)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a compressão cíclica sem pistão de gases criogénicos liquefeitos, caracterizado pelo facto de os gases criogénicos liquefeitos serem colocados num depósito doseador (B) e uma quantidade doseada ser conduzida para um evaporador (D) , após o que a quantidade de gás vaporizada é retirada ou introduzida numa rede de condutas (F) , após o que o depósito doseador (B) é de novo carregado de gás líquido e a pressão no evaporador (D,E) utilizado por último é usada para a expulsão do gás líquido do depósito doseador (B) para um outro evaporador (E), em que um evaporador (D,E) diferente de cada vez é ciclicamente alimentado pelo depósito doseador (B) , e a pressão no depósito doseador (B) e, se necessário, no evaporador (D,E) a alimentar, é reduzida antes da introdução de uma nova quantidade doseada do gás liquefeito.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a redução da pressão do depósito doseador (B) e do evaporador (D,E) ser realizada através um estrangulador (10,11) para o espaço gasoso do reservatório (A), um consumidor (F) ou a atmosfera.
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo facto de a redução da pressão ser efectuada num condensador (C) enquanto estrangulador.
4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo facto de o condensador (C) e a redução da pressão serem efectuados por pulverização de gás liquefeito e condensação mista subsequente, sendo igualmente possível uma condensação mista fazendo passar o gás através da fase líquida do reservatório (A). 1
5. 5. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de a quantidade doseada no depósito doseador (B) ser determinada de preferência por pesagem (G).
6. 6. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de a quantidade de gás comprimido retirado ser medido em cada caso, em particular pesado.
7. 7. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo facto de os depósitos (Α,Β), o condensador (C) e as condutas serem utilizados a frio antes da primeira evaporação. 24-05-2010 2