ES2436717A2 - Planta térmica de dos ciclos rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado - Google Patents
Planta térmica de dos ciclos rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado Download PDFInfo
- Publication number
- ES2436717A2 ES2436717A2 ES201200700A ES201200700A ES2436717A2 ES 2436717 A2 ES2436717 A2 ES 2436717A2 ES 201200700 A ES201200700 A ES 201200700A ES 201200700 A ES201200700 A ES 201200700A ES 2436717 A2 ES2436717 A2 ES 2436717A2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- rankine
- natural gas
- cycle
- liquefied natural
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
- F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
- F17C9/04—Recovery of thermal energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Planta térmica de dos ciclos Rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado, permite el aprovechamiento del frio residual del proceso de regasificación del gas natural licuado para incrementar la eficiencia térmica del proceso de conversión de energía térmica a eléctrica vía energía mecánica mediante asociación de dos ciclos Rankine regenerativos en serie, en donde los gases de la combustión ceden primeramente calor a un ciclo Rankine de alta temperatura y seguidamente ceden calor al ciclo Rankine de baja temperatura. El ciclo Rankine de alta temperatura opera con dióxido carbono, mientras que el ciclo Rankine de baja temperatura opera con xenón. La condensación del fluido de trabajo de ambos ciclos es realizada por el refrigerante constituido por el gas natural licuado al ser regasificado para su distribución y usos energéticos. El calor rechazado por el sistema de combustión después de haber cedido todo el calor posible a los dos ciclos Rankine es aprovechado para calentar el aire de combustión.
Description
PLANTA TÉRMICA DE DOS CICLOS RANKINE EN SERIE PARA INSTALACIONES DE REGASIFICACIÓN DE GAS NATURAL LICUADO
El objetivo de la presente invención es la utilización del frío residual del proceso de regasificación del gas natural licuado para incrementar la eficiencia térmica del proceso de conversión de energía térmica a eléctrica vía energía mecánica mediante asociación novedosa de dos ciclos Rankine regenerativos en serie, a la vez que se eliminan los métodos tradicionales de regasificación obteniendo una regasificación más eficiente.
La presente invención pertenece al campo técnico de la conversión de energía térmica procedente de combustibles fósiles, en energía eléctrica mediante ciclos termodinámicos del tipo Rankine con regeneración en instalaciones de regasificación de gas natural licuado
Las plantas regasificadoras son las encargadas de recibir el gas natural licuado que transportan los barcos, almacenarlo todavía como liquido y distribuirlo en la red ya como gas. Tanto en los barcos como las plantas regasificadoras, la temperatura de almacenamiento ronda los -160° e y con 1 bar de presión. Para situar el gas en las condiciones de distribución de los gaseoductos, se debe realizar un proceso de vaporización en el que se hace una aportación energética al gas. Los dispositivos o sistemas de vaporización del gas natural licuado utilizados suelen ser mediante intercambiadores de calor, donde el gas circula por el interior de los tubos y el agua de mar por el exterior, o mediante vaporizadores denominados de combustión sumergida, donde el fluido caliente es un baño de agua calentada por los productos de la combustión de gas en un quemador especial sumergido en el propio baño. Estos procesos de vaporización tienen un coste energético de no retorno, bien en combustible, si se hace mediante la combustión sumergida, bien en bombeo de agua de mar, pero, además, se desaprovecha el frío residual del proceso de regasificación. Una planta de regasificación es eficaz en términos de capacidad para vaporizar el gas natural licuado en el modo que pueda garantizar el suministro a los usuarios finales. Sin embargo existe la necesidad de un método eficiente para aprovechar el calor sensible y latente del gas natural licuado como fuente fría como medio condensante para generar energía. En el documento de patente US 6367258 se integra un ciclo combinado Brayton Rankine con la vaporización del gas natural licuado o de petróleo como fuente fría para generar energía eléctrica. Así mismo en la patente US 6336316 trata la integración de los ciclos de generación de potencia y la regasificación de gas natural. En EP 1888883 B1 los sistemas de regasificación se basan en la generación de energía. En la patente US 20030005698 A1 el frio residual se utiliza para enfriar la admisión de la turbina de gas de un ciclo combinado, aumentando así el rendimiento del ciclo de potencia. En lo referente a la conversión de energía térmica a eléctrica vla energía mecánica proporcionada por turbinas operando con ciclos de Rankine, utilizando combustibles fósiles, podemos resumir que encontramos dos estructuras de planta: -Ciclos de Rankine regenerativos operando con un fluido de trabajo como el agua o
un fluido orgánico, -Ciclos combinados en los que el ciclo de alta temperatura es un ciclo de Brayton y
el de baja temperatura es de Rankine En el estado actual de la tecnología relacionada con la conversión de energía tanto de alta como de baja temperatura que operan mediante el ciclo Rankine convencional, no es conocida ninguna alternativa tecnológica similar a la de las características de este invento. No son conocidas las plantas térmicas que utilizan dos ciclos de Rankine en serie integradas con el proceso de regasificación del gas natural licuado, donde el ciclo de alta temperatura opera con dióxido de carbono condensado a bajas temperaturas mediante el frío residual del proceso de regasificación y el ciclo de baja temperatura opera con xenón con condensación cuasi-crítica también mediante la energía disponible en el frío residual del proceso de regasificación.
La presente invención se refiere a una planta térmica de dos ciclos Rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado, que comprende:
Un ciclo de Rankine regenerativo de alta temperatura operando con dióxido de carbono como fluido de trabajo, formado por:
- •
- Un condensador de dióxido de carbono mediante refrigerante gas natural licuado
- •
- Turbinas de alta y baja presión
- •
- Un regenerador
- •
- Haz tubular vaporizador-sobrecalentador
- •
- Haz tubular recalentador
- •
- Una bomba de alimentación
Un ciclo de Rankine regenerativo de baja temperatura operando con fluido de trabajo xenón, formado por:
- •
- Un condensador de xenón mediante refrigerante gas natural licuado
- •
- Turbinas de alta y baja presión
- •
- Un regenerador
- •
- Haz tubular vaporizador-sobrecalentador
- •
- Haz tubular recalentador
• Una bomba de alimentación Un sistema de combustión para aporte de energía térmica formado por:
- •
- Calentador de aire
- •
- Conducto de alimentación de aire al calentador de aire
- •
- Salida de gases de combustión a baja temperatura
- •
- Cámara de combustión
- •
- Conducto de alimentación de combustible a la cámara de combustión
- •
- Conductos de alimentación de aire a la cámara de combustión
- •
- Conducto de aire a la cámara de combustión
- •
- Compresor de alimentación de aire de combustión
En donde los gases de la combustión ceden primeramente calor al ciclo Rankine regenerativo de alta temperatura operando con dióxido de carbono y seguidamente ceden calor al ciclo Rankine regenerativo de baja temperatura operando con xenón. El calor rechazado por el sistema de combustión después de haber cedido todo el calor posible a los dos ciclos Rankine dispuestos en serie es aprovechado para calentar el aire de combustión.
La condensación del fluido de trabajo de ambos ciclos Rankine en serie es realizada por el refrigerante constituido por el gas natural licuado al ser regasificado para su distribución y usos energéticos en plantas de regasificación, aprovechando de esta manera la energía fría disponible en el gas natural licuado en el proceso de regasificación para aumentar el rendimiento de la conversión de energía térmica, procedente de combustibles fósiles, en energía eléctrica mediante la planta objeto de la presente invención.
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención,
se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integral de la misma, un
conjunto de figuras en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo
siguiente:
Figura 1. Sistema de combustión de la planta térmica de ciclos Rankine en serie.
Figura 2. Ciclos Rankine regenerativos dióxido de carbono-xenón en serie con
condensador enfriado mediante gas natural.
La planta térmica objeto de la presente invención está constituida por los siguientes componentes según se muestra en la Figura 1 y 2, que representan respectivamente un sistema de combustión de la planta térmica de ciclos Rankine en serie y los ciclos Rankine regenerativos dióxido de carbono-xenón en serie con condensador enfriado mediante gas natural:
Calentador de aire de combustión (1)
Salida de gases de combustión (2)
Conducto de alimentación de aire al calentador de aire (3)
Cámara de combustión (4)
Conducto de alimentación de combustible a la cámara de combustión (5)
Conductos de alimentación de aire a la cámara de combustión (6)
Conducto de aire a la cámara de combustión (7)
Compresor de alimentación de aire de combustión (8)
Haz tubular vaporizador-sobrecalentador del ciclo Rankine de alta temperatura
(10) Haz tubular recalentador del ciclo Rankine de alta temperatura (11)
Turbina de alta presión del ciclo Rankine de alta temperatura (12)
Turbina de baja presión del ciclo Rankine de alta temperatura (13)
Condensador del ciclo Rankine de alta temperatura (14)
Bomba de alimentación del ciclo Rankine de alta temperatura (15)
Regenerador del ciclo Rankine de alta temperatura (16)
Generador eléctrico del ciclo Rankine de alta temperatura (17)
Haz tubular vaporizador-sobrecalentador del ciclo Rankine de baja temperatura
(18).
Haz tubular recalentador del ciclo Rankine de baja temperatura (19)
Turbina de alta presión del ciclo Rankine de baja temperatura (20)
Turbina de baja presión del ciclo Rankine de baja temperatura (21)
Condensador del ciclo Rankine de baja temperatura (22)
Bomba de alimentación del ciclo Rankine de baja temperatura (23)
Regenerador del ciclo Rankine de baja temperatura (24)
Generador eléctrico del ciclo Rankine de baja temperatura (25)
Entrada de gas natural licuado al condensador del ciclo Rankine de alta
temperatura (26).
Salida de gas natural regasificado del condensador del ciclo Rankine de baja
temperatura (27)
Ciclo Rankine de alta temperatura (a)
Ciclo Rankine de baja temperatura (b)
El ciclo Rankine en serie de alta temperatura (a) opera con dióxido de carbono el cual es condensado a temperaturas subambientales (-50°C y 6.8 bar) en el condensador de dióxido de carbono (14) mientras que el ciclo Rankine en serie de baja temperatura (b) opera con xenón, con unas condiciones de condensación de 1QoC y 51 bar. Para la condensación en las condiciones citadas, el condensador de dióxido de carbono (14) y el condensador xenón (22) se disponen en serie respecto al flujo del gas natural licuado a regasificar para su distribución y usos energéticos. Los gases de la combustión a alta temperatura en la cámara de combustión (4) ceden calor al haz vaporizador-sobrecalentador del ciclo de alta temperatura (10), seguidamente al circular hacia la atmósfera ceden calor al haz recalentador de ciclo de alta temperatura (11). Posteriormente, en su desplazamiento ceden calor al haz vaporizador-sobrecalentador (18) y al haz recalentador (19) del ciclo de baja temperatura. Finalmente ceden calor al aire de combustión procedente de la atmósfera por medio de un calentador de aire (1). El aire aspirado de la atmósfera es impulsado por el compresor (8) que lo fuerza a atravesar el calentador de aire (1) para ser transferido a la cámara de combustión por el exterior de la envolvente de la cámara de combustión (7) de manera que realice la función de aislante térmico de la cámara de combustión y captador de la máxima cantidad posible de energía térmica evadida de la cámara de combustión para evitar que sea perdida por transferencia de calor al exterior. Tanto el ciclo de alta temperatura (a) como el de baja temperatura (b), el fluido de trabajo transforma su energía térmica en mecánica mediante turbinas de alta presión (12), (20) Y baja presión (13), (21) respetivamente. La energía mecánica desarrollada se transforma en eléctrica en generadores (17) y (25). El dióxido de carbono y el xenón antes de ser condensados en sus respectivos condensadores (14) (22) ceden energía a sus correspondientes flujos de alimentación en los regeneradores (16) (24) dispuestos después de las bombas de alimentación
(15) (23).
El incremento de eficiencia térmica de la planta objeto de invención es debido a tres
causas:
- 1)
- Al aprovechamiento del calor de los gases de combustión al ser capturado en
- su mayor parte por los haces tubulares de los ciclos de Rankine en serie.
- 2)
- Al aprovechamiento del calor residual de los gases de combustión el cual es
- transferido
- al aire de alimentación de combustión, devolviendo el calor
- residual al ciclo.
- 3)
- A las condiciones de condensación del CO2 (-50°C y 6.8 bar) en el ciclo
- Rankine de alta temperatura en base al enfriamiento conseguido mediante la
- regasificación del gas natural a bajas temperaturas y a la condensación
- cuasi-crítica del ciclo Rankine de baja temperatura, en el que se realiza la
- condensación del xenón a la
- presión de 51 bar y temperatura 10°C, valores
- ligeramente inferiores a la presión y temperatura crítica. La condensación
- cuasi-crítica del xenón
- en estas condiciones proporciona alto rendimiento
- térmico,
- lo que conlleva el mínimo intercambio de energía o la mínima
- cesión de energía al fluido refrigerante porque la variación de entropía y en
- consecuencia la variación de energía para cambiar del estado de vapor al
- estado de líquido en el punto cuasi-crítico es mínima.
En coherencia con la descripción del invento se resalta una realización preferente de la invención "planta térmica de dos ciclos Rankine en serie para instalaciones de regaslficación de gas natural licuado" mostrada en la figura 2 y constituida por: El ciclo de alta temperatura constituido por dos turbinas que consisten en turbinas de alta (12) y baja presión (13) operando con dióxido de carbono, donde la turbina de baja es de contrapresión para favorecer la condensación del dióxido de carbono a su temperatura y presión (-50°C y 6.8 bar) en el condensador (14). El ciclo de baja temperatura operando con xenón como fluido de trabajo. Tanto en el caso de la disposición de una turbina como en el caso de dos turbinas de alta presión
- (20)
- y baja presión (21) el xenón es condensado a la temperatura de 1Q°C y 51 bar, en el condensador (22). La condensación en las citadas condiciones de los ciclos Rankine en serie se realiza mediante el aprovechamiento de la energía de enfriamiento criogénica disponible en el proceso de regasificación del gas natural licuado para su distribución. El flujo de gas natural licuado a regasificar fluye primeramente por el condensador de dióxido de carbono (14) y seguidamente por el condensador de xenón (22), de tal marera que se realiza el intercambio térmico necesario para garantizar las condiciones de condensación del dióxido de carbono y xenón a la vez que se realiza la regasificación y acondicionamiento del gas natural para su suministro y consumo energético. Tanto el ciclo de alta temperatura como el de baja temperatura, el fluido de trabajo transforma su energía térmica en mecánica mediante turbinas de alta presión (12),
- (20)
- Y baja presión (13), (21) respectivamente. La energía mecánica desarrollada se transforma en eléctrica en generadores (17) y (25). Antes de ser condensados en sus respectivos condensadores (14) (22), el dióxido de carbono y el xenón ceden energía a sus correspondientes flujos de alimentación en los regeneradores (16) (24) dispuestos después de las bombas de alimentación (15) (23).
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1a. Planta térmica de dos ciclos Rankine en serie para instalaciones de regasificación 5de gas natural licuado, caracterizada por comprender: -dos ciclos de Rankine en serie con respecto a los gases de la combustión -el ciclo Rankine de alta temperatura opera con dióxido de carbono -el ciclo Rankine de baja temperatura opera con xenón.10 2a. Planta según la reivindicación 1, caracterizada porque los gases de combustión evacuados ceden el calor residual al aire de combustión mediante un intercambiador de calor (1).3a. Planta según la reivindicación 1, caracterizada porque el fluido de trabajo del ciclo 15 Rankine de alta temperatura es el dióxido de carbono y el fluido de trabajo del ciclo Rankine de baja temperatura es el xenón.4a. Planta según la reivindicación 1, caracterizada porque la condensación del dióxido de carbono y del xenón se realiza mediante el flujo de gas natural licuado en el 20 proceso de regasificación.FIGURA 1a b.............................( ...........................~ ......................[ ................................... .FIGURA 2
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201200700A ES2436717B1 (es) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | Planta térmica de dos ciclos rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201200700A ES2436717B1 (es) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | Planta térmica de dos ciclos rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2436717A2 true ES2436717A2 (es) | 2014-01-03 |
| ES2436717R1 ES2436717R1 (es) | 2014-01-16 |
| ES2436717B1 ES2436717B1 (es) | 2014-11-14 |
Family
ID=49767431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201200700A Active ES2436717B1 (es) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | Planta térmica de dos ciclos rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2436717B1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2580879A1 (es) * | 2015-02-26 | 2016-08-29 | Universidade Da Coruña | Planta termoeléctrica alimentada con calor ambiental y enfriada mediante regasificación de gas natural licuado |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0009387A1 (en) * | 1978-09-18 | 1980-04-02 | Fluor Corporation | Process for obtaining energy during the regasification of liquefied gases |
| US4444015A (en) * | 1981-01-27 | 1984-04-24 | Chiyoda Chemical Engineering & Construction Co., Ltd. | Method for recovering power according to a cascaded Rankine cycle by gasifying liquefied natural gas and utilizing the cold potential |
| US4995234A (en) * | 1989-10-02 | 1991-02-26 | Chicago Bridge & Iron Technical Services Company | Power generation from LNG |
| CN1052053C (zh) * | 1993-12-10 | 2000-05-03 | 卡伯特公司 | 一种改进的以液化天然气为燃料的联合循环发电设备 |
| CA2589536C (en) * | 2004-12-20 | 2011-01-25 | Fluor Technologies Corporation | Configurations and methods for lng fueled power plants |
| WO2010048100A2 (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-29 | Burkhart Technologies, Llc | Ultra-high-efficiency engines and corresponding thermodynamic system |
| JP4920051B2 (ja) * | 2009-02-25 | 2012-04-18 | 株式会社日立製作所 | 酸素燃焼ボイラプラント及び酸素燃焼ボイラプラントの運転方法 |
-
2012
- 2012-06-29 ES ES201200700A patent/ES2436717B1/es active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2580879A1 (es) * | 2015-02-26 | 2016-08-29 | Universidade Da Coruña | Planta termoeléctrica alimentada con calor ambiental y enfriada mediante regasificación de gas natural licuado |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2436717B1 (es) | 2014-11-14 |
| ES2436717R1 (es) | 2014-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2837381T3 (es) | Generación de vapor de procesos mediante una bomba de calor de alta temperatura | |
| ES2332134T3 (es) | Procedimiento y dispositivo para la ejecucion de un ciclo termodinamico. | |
| ES2849436T3 (es) | Motor térmico con descompresión de ciclo de Rankine orgánico mejorado | |
| ES3023282T3 (en) | System and method for recovery of waste heat from dual heat sources | |
| ES2251144T3 (es) | Recuperacion de calor de desperdicio en un convertidor de energia organico que utiliza un ciclo de liquido intermedio. | |
| ES2719811T3 (es) | Proceso y dispositivo para almacenamiento y recuperación de energía | |
| ES2557448T3 (es) | Dispositivo y método de generación de electricidad | |
| ES2528932T3 (es) | Dispositivo de producción de electricidad con varias bombas de calor en serie | |
| KR101320593B1 (ko) | 히트펌프를 사용하는 열병합 발전시스템 | |
| WO2010082206A1 (en) | Solar combined cycle power systems | |
| BRPI1003490B1 (pt) | sistema de ciclo rankine e método | |
| US20140345276A1 (en) | Organic rankine cycle for concentrated solar power system with saturated liquid storage and method | |
| US20140060050A1 (en) | Organic rankine cycle for concentrated solar power system | |
| ES2909501T3 (es) | Método y aparato para generar frío de proceso y vapor de proceso | |
| ES2595552B1 (es) | Planta solar de potencia de alta eficiencia y su procedimiento de funcionamiento | |
| WO2013087949A1 (es) | Sistema híbrido de generación eléctrica a partir de energía solar y biomasa | |
| UA95425C2 (uk) | Спосіб та установка для отримання енергії та регазифікації зрідженого природного газу | |
| JP2014508899A5 (es) | ||
| WO2014102407A1 (es) | Planta híbrida de ciclo combinado solar-gas y método de funcionamiento | |
| KR101315918B1 (ko) | 저온 폐열 및 흡수식 냉동기를 이용한 ｏｒｃ 열병합 시스템 | |
| ES2970574T3 (es) | Ciclo de potencia de recondensación para la regasificación de fluidos | |
| ES2436717A2 (es) | Planta térmica de dos ciclos rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado | |
| ES2916602T3 (es) | Central eléctrica con regasificación de gas natural | |
| ES2608344B1 (es) | Planta térmica con regasificación de GNL y captura de CO2 | |
| Zhang et al. | Experimental investigation on heat recovery from condensation of thermal power plant exhaust steam by a CO2 vapor compression cycle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2436717 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20141114 |