BRPI0712896A2 - processo para a vaporização de gás natural liquefeito e seu armazenamento, e, instalação para a vaporização de gás natural liquefeito - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA A VAPORIZAçãO DE GáS NATURAL LIQUEFEITO E SEU ARMAZENAMENTO, E, INSTALAçãO PARA A VAPORIZAçãO DE GáS NATURAL LIQUEFEITO. é descrito um processo e instalação para a vaporização de gás natural liquefeito (GNL) que consiste em obter energia elétrica durante a operação de vaporização por meio de troca térmica por meio de transformação de uma fonte de energia para obter energia elétrica.

Description

"PROCESSO PARA A VAPORIZAÇÃO DE GÁS NATURAL LIQÜEFEITO E SEU ARMAZENAMENTO, E, INSTALAÇÃO PARA A VAPORIZAÇÃO DE GÁS NATURAL LIQÜEFEITO"
A presente invenção diz respeito a um processo e instalação para a vaporização de gás natural liqüefeito (GNL) e seu armazenamento.
Como é de conhecimento, em terminais GNL, gás no estado líquido descarregado de navios-tanque de metano é reconvertido para o estado gasoso. GNL é envidado do petroleiro para tanques de armazenamento em terra, conectados nas unidades de ré-gaseificação normalmente através de "bombas primárias" com uma baixa cabeça de descarga, imersa no GNL dentro dos mesmos tanques, seguido por "bombas secundárias", para a compressão do líquido na pressão final exigida pelos usuários. As operações de manutenção do primeiro são particularmente complexas, e grandes esforços estão sendo feitos para minimizar sua incidência, produzindo-se bombas com uma alta confiabilidade de adotando-se sistemas de controle efetivos. A fim de reduzir os custos do sistema, uma bomba foi recentemente desenvolvida com uma alta capacidade e coluna de pressão, que combinaria as funções das duas etapas. O núcleo dos terminais consiste em vaporizar: na prática, esses são trocadores de calor nos quais GNL absorve energia térmica e passa para o estado gasoso. Eles são em geral classificados com base na fonte de energia, que pode ser o ambiente (água ou ar), um vetor de energia tal como energia elétrica ou um combustível, ou um fluido de processo proveniente de vários tipos de instalações externas. Existem basicamente dois tipos de vaporizadores usados em terminais atualmente em operação, o tipo "água do mar" (ou vaporizadores com troca externa, ORV) e o tipo "chama imersa" (denominado SMV ou SCV), que podem ser classificados, respectivamente, na primeira e segunda das três categorias supramencionadas. Uma série de sistemas auxiliares está presente nos terminais, que fornece os serviços necessários para o funcionamento da instalação sob condições seguras e econômicas.
Entretanto, os vaporizadores atuais têm diversos inconvenientes, mencionados a seguir.
Em primeiro lugar, existe a necessidade de produzir novos terminais vaporizadores em países que têm um rápido aumento no consumo de gás natural, contra um desestrangulamento de importação de tubulações de gás menos rápido.
Em segundo lugar, os presentes sistemas não permitem que energia eficiente seja procurada junto com a exploração da energia contida no gás natural liqüefeito, que é conhecido em países anglo-saxônicos como Utilização Fria de GNL e Geração de Energia Criogênica. Além disso, existe o fato de que o armazenamento em um tanque pulmão implica em custos de construção, manutenção e gerenciamento significativamente altos.
Também um outro fato é que os presentes terminais vaporizadores têm inúmeros problemas relacionados ao impacto ambiental e à aceitação por parte das comunidades que, no passado, estavam entre os principais obstáculos, junto com o problema de segurança, para a produção de novos vaporizadores.
O objetivo da presente invenção é eliminar os inconvenientes citados da tecnologia conhecida.
Dentro deste cenário, um objetivo importante da invenção é prover um processo e instalação para a vaporização de gás natural liqüefeito (GNL) e seu armazenamento, que permita a vaporização de GNL proveniente de países de compra situados distantes de centros povoados.
Um objetivo adicional da invenção é prover um processo e instalação para a vaporização de gás natural liqüefeito (GNL) e seu armazenamento, que permite que energia elétrica seja produzida com altos valores q, contextualmente com a vaporização. Processos são conhecidos para a vaporização de gás natural liqüefeito e seu armazenamento durante cuja energia elétrica é produzida por meio de troca térmica realizada por um gás de liberação de calor, que condensa, em um ciclo fechado (US-3068659 e US-2937504).
Também um outro objetivo da invenção diz respeito a um processo e instalação para a vaporização de gás natural liqüefeito (GNL) e seu armazenamento, que permita que o gás natural regaseificado seja injetado em um reservatório fora da costa exaurido.
Um objetivo adicional da invenção é prover um processo e instalação para a vaporização de gás natural liqüefeito (GNL) e seu armazenamento que permita que o gás natural injetado seja usado para levá-lo para o sistema de suprimento por meio de infra-estruturas existentes.
Essas soluções demonstram ser particularmente interessante por vários motivos. Em primeiro lugar, a necessidade de estudar terminais de vaporização está se tornando cada vez mais crucial em países nos quais a quantidade de consumo de gás natural está aumentando rapidamente contra um desestrangulamento menos rápido de importação de tubulações de gás.
Em segundo lugar, a busca de eficiência de energia vem junto com a exploração de energia contida no gás natural liqüefeito, que é conhecida nos países anglo-saxônicos como Utilização de LNG Frio e Geração de Energia Criogênica. Com isto, existe o fato adicional de que o armazenamento em um tanque pulmão poderia ser feito na forma de gás natural em um dos muitos reservatórios já ou praticamente exauridos. Finalmente, a última vantagem, que poderia se mostrar efetiva, baseia-se no fato de que a realização de reinjeção fora da costa evita inúmeros problemas relacionados ao Impacto Ambiental e aceitação por parte de países que no passado estavam entre os principais obstáculos para a produção de vaporizadores.
Esta atribuição junto com esses e outros objetivos são alcançados em um processo e instalação para a vaporização de gás natural liqüefeito (GNL), caracterizado em que energia elétrica é obtida durante a dita operação de vaporização por meio de troca térmica. Um objetivo da presente invenção também diz respeito a uma instalação de vaporização de gás natural liqüefeito (GNL), caracterizada em que compreende dispositivos de transformação de uma fonte de energia para obter energia elétrica durante a dita operação de vaporização por meio de troca térmica.
O processo preferivelmente compreende as seguintes etapas:
- bombear o GNL a uma temperatura substancialmente
constante;
- vaporizar, a uma pressão substancialmente constante, o GNL bombeado por meio de troca térmica com um gás de liberação de calor permanente em um ciclo fechado;
- enviar a maior parte do GNL regaseificado para armazenamento em um reservatório;
- queimar e expandir a parte restante do GNL vaporizado não enviado para armazenamento em uma turbina a gás, obtendo gases de descarga;
- submeter o gás permanente, depois da liberação de calor de compressão, a troca térmica subseqüente em um ciclo fechado com os gases de descarga de liberação de calor e finalmente a expansão em uma turbina,
a energia elétrica sendo produzida tanto pela turbina na qual a parte regaseificada restante do GNL não enviada para armazenamento é queimada quanto expandida pela turbina na qual o gás permanente comprimido aquecido é expandido.
O reservatório no qual a maior parte do GNL regaseificado é injetada tem que ser exaurido, ou exaurido pelo menos parcialmente.
O bombeamento do GNL é realizado a uma temperatura substancialmente constante, preferivelmente variando de -155 a -165 °C, mais preferivelmente de -160 a -163 0C, levando a pressão do dito GNL de cerca de 1 bar para um valor preferivelmente variando de 120 a 180 bars, mais preferivelmente de 120 a 150 bars.
A vaporização do GNL bombeado ocorre a uma pressão substancialmente constante, preferivelmente variando de 120 a 180 bars, mais preferivelmente de 120 a 150 bars, levando a temperatura para um valor preferivelmente variando de 10 a 25 °C.
A parte restante do GNL vaporizado não enviada para armazenamento no reservatório preferivelmente varia de 3 a 8 % de todo o vapor do GNL vaporizado.
A dita parte restante de GNL vaporizado não armazenado é queimada e expandida em uma turbina até uma pressão de 1 bar. O gás permanente é preferivelmente selecionado de hélio e nitrogênio.
Quando o gás permanente selecionado é nitrogênio, a troca térmica com o GNL comprimido pode ocorrer a uma pressão substancialmente constante, preferivelmente variando de 2 a 5 bars, levando a temperatura de um valor preferivelmente variando de 75 a 100 0C para um valor preferivelmente variando de -150 a -130 °C, e a troca térmica com os gases de descarga pode ocorrer a uma pressão substancialmente constante, preferivelmente na faixa dd 50 a 60 bars, levando a temperatura de um valor preferivelmente na faixa dd 20 a 40 0C para um valor preferivelmente variando de 400 a 450 °C.
O CO2 contido nos gases de descarga que deixam a troca térmica pode ser opcionalmente seqüestrado; uma das possíveis maneiras consiste em injetá-lo em um reservatório, possivelmente o mesmo reservatório a um nível diferente.
Uma alternativa para a vaporização de GNL diretamente removido dos navios-tanque de metano pode ser o armazenamento temporário em tanques adequados, a fim de reduzir os tempos de permanência nos terminais de navios-tanque de metano.
Os geradores atuais acoplados nas turbinas, disponibilizando o GNL de resfriamento, podem também ser produzidos com a tecnologia de supercondutores e podem portanto gerar grandes capacidades com pequenos pesos.
As turbinas usadas como meios para a reintrodução de gás vaporizado podem vantajosamente ser controladas e suportadas por meio de uma plataforma marítima suplementar.
O processo de acordo com a invenção permite uma flexibilidade considerável, já que usa turbina a gás ou ciclos de expansão de gás sem ciclos de vapor, que, ao contrário, são extremamente rígidos.
O processo pode, de fato, funcionar com energia suprida ou vazões de GNL vaporizado variando de 0 a 100 %, já que o ciclo fechado de gás permanente pode ser feito com vazões variadas.
Características e vantagens adicionais da invenção ficarão mais evidentes a partir da descrição de uma modalidade preferida, mas não limitante, de um processo e instalação para a vaporização de gás natural liqüefeito (GNL) e seu armazenamento, de acordo com a invenção, ilustrados com propósitos indicativos e não limitantes nos desenhos anexos, em que:
a figura 1 mostra um fluxograma da instalação de gaseificação.
O GNL liqüefeito (1) é primeiramente bombeado de um petroleiro de metano (M) (T = -162 °C; P=I bar) por meio de uma unidade de bombeamento (P) a uma pressão de 130 bars, mantendo a temperatura substancialmente constante, e o GNL bombeado (2) é então vaporizado no trocador (S) por meio de troca de calor com um gás permanente em um ciclo fechado pelo aquecimento até uma temperatura de 15 0C e mantendo a pressão substancialmente constante, exceto pelas quedas de pressão.
A maior parte (4) do GNL vaporizado (3) (95 % em volume) é levada para armazenamento em um reservatório (G), ao passo que a parte restante (5) (5 %) é queimada e expandida em uma turbina a gás (TI).
Os gases de descarga (6) que deixam a turbina (Tl) a uma pressão de 1 bar e uma temperatura de 464 0C são submetidos a troca térmica no trocador (S2) por meio de troca térmica com o gás permanente em um ciclo flechado para o qual eles transferem calor.
O CO2 contido nos gases de descarga (7) que deixam o trocador (S2) pode ser opcionalmente seqüestrado. O ciclo fechado do gás permanente compreende a troca térmica do gás (10) com o GNL comprimido com o trocador (Sl) realizado a uma pressão substancialmente constante, uma compressão do gás resfriado (11) que deixa o trocador (Sl) por meio do compressor (C) com um aumento de temperatura, troca térmica com os gases de descarga por meio do trocador (S2) a uma pressão substancialmente constante e finalmente uma expansão do gás aquecido (13) que deixa o trocador (S2) por meio da turbina (T2) com uma redução na temperatura. A figura 2 mostra um diagrama de blocos das várias fases do processo de acordo com a invenção.
O GNL passa dos pontos de descarga do navio para a plataforma de vaporização, onde ele é submetido ao processo descrito no ponto subseqüente 2. O produto vaporizado, a uma pressão de 130 bars, é reinjetado no reservatório. Se exigido pela rede de distribuição, ele é produzido e enviado para terra por meio de tubulações submarinas até a instalação de tratamento fora da costa. Se a demanda absorver todo o produto da vaporização, o gás pode ser levado diretamente para a rede de distribuição, saltando a desidratação na instalação fora da costa.
O processo e instalação para a vaporização de gás natural liqüefeito (GNL) e seu armazenamento assim concebidos podem passar por inúmeras modificações e variações, todas incluídas no escopo do conceito inventivo; além disso, todos os detalhes podem ser substituídos por elementos tecnicamente equivalentes.

Claims (20)

1. Processo para a vaporização de gás natural liqüefeito (GNL) e seu armazenamento, caracterizado pelo fato de que compreende a produção de energia elétrica durante a dita operação de vaporização por meio de troca térmica, em que dita troca térmica é realizada por meio de um gás permanente de liberação de calor em um ciclo fechado e que pelo menos uma primeira parte de dito GNL é injetado para armazenamento em um reservatório de gás natural pré-existente.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito reservatório de gás natural pré-existente tem que ser exaurido pelo menos parcialmente.
3. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito gás permanente absorve calor dos gases de descarga de pelo menos uma primeira turbina a gás que queima uma segunda parte do GNL vaporizado não enviado para armazenamento.
4. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que GNL é vaporizado a uma pressão substancialmente constante e bombeado por meio de uma troca térmica com o dito gás permanente de liberação de calor em um ciclo fechado.
5. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, no dito ciclo fechado, o dito gás permanente, depois da liberação de calor, é submetido a uma troca térmica subseqüente com os ditos gases de descarga de liberação de calor da dita turbina e, finalmente, para expansão em pelo menos uma segunda turbina.
6. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita energia elétrica é produzida tanto pela dita primeira turbina na qual a parte vaporizada restante de GNL não enviada para armazenamento é queimada e expandida, quanto também pela dita segunda turbina na qual o dito gás permanente comprimido aquecido é expandido.
7. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito bombeamento de GNL é feito a uma temperatura substancialmente constante variando de -155 a -165 °C, levando a pressão do dito GNL de cerca de 1 bar para um valor variando de .120 a 180 bars.
8. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita temperatura substancialmente constante varia de -160 0C a -163 0C e a pressão é levada para um valor variando de 120 a 150 bars.
9. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita vaporização de GNL ocorre a uma pressão substancialmente constante variando de 120 a 180 bars, levando a temperatura para um valor variando de 10 a 25 °C.
10. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita primeira parte de GNL vaporizado não enviada para armazenamento em um reservatório varia de 3 a .8 % de toda a corrente de GNL vaporizado.
11. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita segunda parte de GNL vaporizado não armazenado é queimada e expandida em uma turbina até uma pressão de cerca de 1 bar.
12. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito gás permanente é preferivelmente selecionado de hélio e nitrogênio.
13. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, quando o dito gás permanente é nitrogênio, a troca térmica com GNL comprimido ocorre a uma pressão substancialmente constante variando de 2 a 5 bars, levando a temperatura de um valor variando de 75 a 100 0C para um valor variando de-150a-130°Ce a troca térmica com os gases de descarga ocorre a uma pressão substancialmente constante variando de 50 a 60 bars, levando a temperatura de um valor variando de 20 a 40 0C para um valor variando de 400 a 450 °C.
14. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita energia elétrica obtida das ditas primeira e segunda turbinas é produzida em geradores de corrente acoplados nas próprias turbinas realizada com tecnologia de supercondutores.
15. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito GNL é transportado por meio de navios-tanque de metano e, antes de ser submetido ao dito bombeamento e subseqüente vaporização, é submetido a armazenamento temporário em tanques adequados.
16. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o CO2 contido nos ditos gases de descarga é seqüestrado.
17. Processo, de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito CO2 seqüestrado é injetado no dito reservatório.
18. Instalação para a vaporização de gás natural liqüefeito (GNL), caracterizada pelo fato de que compreende dispositivos de transformação de uma fonte de energia para obter energia elétrica durante a dita operação de vaporização por meio de troca térmica, (SI e S2) onde dispositivo de transformação compreende pelo menos uma primeira turbina (Tl) em que uma parte vaporizada remanescente de GNL não enviada para armazenamento é queimada e expandida e pelo menos uma segunda turbina (T2) em que um gás permanente comprimido aquecido é expandido.
19. Instalação, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que a dita energia elétrica obtida das ditas primeira e segunda turbinas é produzida em geradores de corrente acoplados nas próprias turbinas realizada com tecnologia de supercondutores.
20. Instalação, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que compreende uma plataforma marítima suplementar para suportar pelo menos as ditas turbinas e dispositivo de reintrodução do dito gás vaporizado em um reservatório natural pelo menos parcialmente exaurido.
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