ES2762201T3 - Dispositivo de procesamiento de gas de evaporación y tanque de gas licuado - Google Patents

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Abstract

Aparato (1) de procesamiento de gas de evaporación que relicúa un gas (22) de evaporación generado dentro de un tanque (2) de gas licuado que almacena un gas (21) licuado y devuelve el gas relicuado a un interior del tanque (2) de gas licuado, comprendiendo el aparato de procesamiento de gas de evaporación: una línea (3) de descarga de gas de evaporación, que incluye una tubería (31) de descarga de gas de evaporación que puede insertarse en una región superior del interior del tanque (2) de gas licuado, y estando la línea (3) de descarga de gas de evaporación configurada para descargar el gas (22) de evaporación acumulado en la región superior del interior del tanque (2) de gas licuado, cuando está montado, desde el tanque (2) de gas licuado hasta el exterior a través de la tubería (31) de descarga de gas de evaporación; y una línea (4) de relicuefacción de gas de evaporación, que incluye una tubería (41) de retorno de gas de evaporación, que se bifurca a partir de la línea de descarga de gas de evaporación y puede insertarse en el interior del tanque (2) de gas licuado y puede sumergirse en el gas (21) licuado cuando el tanque (2) de gas licuado almacena el gas (21) licuado, caracterizado porque la línea (3) de descarga de gas de evaporación incluye un compresor (32) configurado para descargar el gas (22) de evaporación o para aumentar la presión del gas (22) de evaporación, la línea (4) de relicuefacción de gas de evaporación incluye además una trampa (42) de vapor de tipo flotador configurada para condensar y atrapar el gas (22) de evaporación transferido desde la tubería (41) de retorno de gas de evaporación, almacenar temporalmente el gas (22) de evaporación como líquido, y, cuando el líquido almacenado alcanza una determinada cantidad, abrir para liberar el líquido al interior del gas (21) licuado, incluyendo la trampa (42) de vapor de tipo flotador un cuerpo (42a), una válvula (42b) de apertura-cierre de tipo flotador que puede hundirse y flotar verticalmente dentro del cuerpo (42a), un orificio (42c) de descarga de líquido a través del cual se descarga el gas licuado, y una abertura (42d) de descarga desde la cual se libera el líquido descargado al exterior, la línea (4) de relicuefacción de gas de evaporación mantiene una presión necesaria para la relicuefacción del gas (22) de evaporación mediante la trampa (42) de vapor de tipo flotador, y una porción de la tubería (41) de retorno de gas de evaporación que se sumerge en el gas (21) licuado cuando el tanque (2) de gas licuado almacena el gas (21) licuado tiene una longitud suficiente para poder liberar una cantidad de calor necesaria para la relicuefacción del gas (22) de evaporación.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de procesamiento de gas de evaporación y tanque de gas licuado
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato de procesamiento de gas de evaporación y a tanques de gas licuado, y más particularmente, a un aparato de procesamiento de gas de evaporación para relicuar un gas de evaporación y devolver el gas relicuado a un tanque de gas licuado, y a un tanque de gas licuado equipado con el aparato de procesamiento de gas de evaporación.
Técnica anterior
Generalmente, gases licuados tales como gas natural licuado (GNL) y gas licuado del petróleo (GLP) se encierran y almacenan en tanques de gas licuado instalados en instalaciones o equipos, por ejemplo, en tanques de combustible de gas licuado en vehículos cisterna, bases de importación, bases de acumulación y embarcaciones marinas. Un tanque de gas licuado de este tipo, aunque esté dotado de aislamiento del calor, está sujeto a calor que penetra en el interior del tanque desde el exterior en una medida no despreciable, y el gas licuado se evapora debido a la penetración de calor. Si el gas evaporativo (denominado a continuación en el presente documento “gas de evaporación”) no se retira del tanque de gas licuado al exterior, la presión de vapor de gas en el tanque de gas licuado aumenta, y el gas licuado dentro del tanque de gas licuado alcanza un equilibrio de vapor-líquido a una presión de vapor saturado que depende de la temperatura en superficie del gas licuado. Además, el gas licuado calentado se acumula en la región de superficie del líquido en el tanque de gas licuado debido a la convección que acompaña al aumento de temperatura, formando una fase de líquido (fase superior a alta temperatura) de temperatura superior al gas licuado en su conjunto. El equilibrio de vapor-líquido se mantiene entre la fase superior a alta temperatura y la fase de vapor de gas.
Específicamente, el calor que ha penetrado en el interior del tanque de gas licuado se transfiere a la fase superior a alta temperatura debido a la convección del gas licuado y aumenta la temperatura de la fase superior a alta temperatura. Por consiguiente, la temperatura de la fase superior a alta temperatura aumenta en un tiempo relativamente corto, con el resultado de que la presión de la fase de vapor de gas que se equilibra con la temperatura de la fase superior a alta temperatura también aumenta. Dado que la fase superior a alta temperatura tiene un grosor más delgado (una cantidad menor) que una fase inferior a baja temperatura que representa la mayor parte del gas licuado, la presión de la fase de vapor de gas aumenta hasta una presión predeterminada (valor de límite superior) del tanque de gas licuado en un tiempo relativamente corto.
Por tanto, en tanques de gas licuado convencionales para almacenar un gas licuado a presión habitual, por ejemplo, el gas de evaporación se transfiere a un aparato de procesamiento de gas externo mediante un compresor o similar, con el fin de mantener la presión interna del tanque de gas licuado a, o por debajo de, la presión predeterminada. Un aparato de procesamiento de gas de este tipo incluye, por ejemplo, un aparato relicuefacción para enfriar el gas de evaporación mediante un medio a baja temperatura, tal como gas nitrógeno, para licuar el gas de evaporación y devolver el gas licuado al tanque de gas licuado, un aparato de consumo de gas para quemar el gas de evaporación mediante una caldera, motor alimentado por gas o similar para usar el gas de evaporación como fuente de energía, un aparato de eliminación por incineración de gas para la eliminación del gas de evaporación mediante incineración, y un aparato de desecho para liberar el gas de evaporación a la atmósfera, tal como un aparato de combustión de gas y un aparato de ventilación de gas.
En el método de procesamiento de gas de evaporación dado a conocer en el documento de patente 1, una tubería de retorno de BOG (gas de evaporación) se bifurca a partir de una porción intermedia de una tubería de eliminación de BOG para eliminar el BOG generado dentro de un tanque de gas licuado a baja temperatura y se sumerge en el líquido en el tanque de gas licuado a baja temperatura de tal manera que el extremo distal de la tubería de retorno de BOG desemboca cerca del fondo del tanque. Una red para formar burbujas de BOG de pequeño diámetro está unida a una salida inferior formada en el extremo distal de la tubería de retorno de BOG de modo que el BOG que se introduce en la tubería de eliminación de BOG puede inyectarse como burbujas de BOG pequeñas a partir de la tubería de retorno de BOG al interior del gas licuado a baja temperatura a través de la red. Con este método de procesamiento, se relicúa el gas de evaporación.
En el método de procesamiento de gas de evaporación dado a conocer en el documento de patente 2, el BOG (gas de evaporación) generado en un tanque de gas licuado de una embarcación que transporta gas licuado se reforma y se suministra como combustible a una celda de combustible de modo que puede generarse electricidad por la celda de combustible. En este método de procesamiento, el gas de evaporación se usa como fuente de energía.
Lista de referencias
Bibliografía de patentes
Documento de patente 1: publicación de patente japonesa sin examinar n.° 2000-46295
Documento de patente 2: publicación de patente japonesa sin examinar n.° 2004-51049
Sumario de la invención
Problema técnico
Sin embargo, la relicuefacción del gas de evaporación está asociada con un problema de que el coste de la instalación y el coste de funcionamiento son enormes, el uso del gas de evaporación como fuente de energía está asociado con un problema de que el coste de la instalación es enorme, y la incineración o el desecho del gas de evaporación está asociado con un problema de desperdicio.
En el aparato de relicuefacción dado a conocer en el documento de patente 1, el gas de evaporación se inyecta directamente en forma de burbujas en el interior del tanque de gas licuado, dando lugar a un problema de que las burbujas del gas de evaporación suben rápidamente en el gas licuado todavía en forma de burbujas, alcanzan la superficie de líquido y vuelven a la fase de vapor de gas.
Por otro lado, el método de procesamiento dado a conocer en el documento de patente 2 requiere instalaciones de celda de combustible equipadas con una celda de combustible, un reformador y similares, y por tanto el coste de la instalación es enorme. Además, cuando el gas de evaporación se usa como fuente de energía, la cantidad de generación del gas de evaporación supera algunas veces la cantidad de consumo de energía, y, en tal situación, surge un problema de que el gas de evaporación eventualmente tiene que incinerarse o rechazarse.
El documento US 2008/0209917 A1 describe un tanque de almacenamiento para medios criogénicos que incluye una tubería de condensación.
El documento JP 62194099 A describe una tubería de transferencia de calor para relicuar gas de evaporación mediante una reserva de calor.
La presente invención se creó en vista de los problemas anteriores, y un objetivo de la misma es proporcionar un aparato de procesamiento de gas de evaporación y un tanque de gas licuado mediante los cuales pueden reducirse el coste de la instalación y el coste de funcionamiento necesarios para el procesamiento de un gas de evaporación y también pueden restringirse la incineración o el rechazo del gas de evaporación.
Solución al problema
La presente invención proporciona un método de procesamiento de gas de evaporación que relicúa un gas de evaporación generado dentro de un tanque de gas licuado que almacena un gas licuado y devuelve el gas relicuado a un interior del tanque de gas licuado. El aparato de procesamiento de gas de evaporación según la reivindicación 1 incluye una línea de descarga de gas de evaporación configurada para descargar el gas de evaporación desde el tanque de gas licuado hasta el exterior, y una línea de relicuefacción de gas de evaporación configurada para sumergir al menos parte de la línea de descarga de gas de evaporación en el gas licuado dentro del tanque de gas licuado, en el que la línea de relicuefacción de gas de evaporación mantiene una presión necesaria para la relicuefacción del gas de evaporación y tiene una longitud suficiente para poder liberar una cantidad de calor necesaria para la relicuefacción del gas de evaporación.
Además, la presente invención proporciona un tanque de gas licuado que incluye un depósito aislante del calor que almacena un gas licuado, en el que el tanque de gas licuado está equipado con un aparato de procesamiento de gas de evaporación que relicúa un gas de evaporación generado dentro del tanque de gas licuado y devuelve el gas relicuado a un interior del tanque de gas licuado, el aparato de procesamiento de gas de evaporación incluye una línea de descarga de gas de evaporación configurada para descargar el gas de evaporación desde el tanque de gas licuado hasta el exterior, y una línea de relicuefacción de gas de evaporación configurada para sumergir al menos parte de la línea de descarga de gas de evaporación en el gas licuado dentro del tanque de gas licuado, la línea de relicuefacción de gas de evaporación mantiene una presión necesaria para la relicuefacción del gas de evaporación y tiene una longitud suficiente para poder liberar una cantidad de calor necesaria para la relicuefacción del gas de evaporación.
En el aparato de procesamiento de gas de evaporación y el tanque de gas licuado anteriores, la línea de relicuefacción de gas de evaporación incluye un dispositivo de mantenimiento de presión configurado para condensar y atrapar el gas de evaporación y liberar el gas de evaporación en forma de líquido en el interior del gas licuado.
La línea de relicuefacción de gas de evaporación puede estar configurada para relicuar todo el gas de evaporación que va a liberarse al interior del gas licuado, o puede estar configurada para relicuar parte del gas de evaporación que va a liberarse al interior del gas licuado.
El aparato de procesamiento de gas de evaporación puede incluir además una línea de guiado hacia fuera configurada para guiar la línea de relicuefacción de gas de evaporación al exterior del tanque de gas licuado, un dispositivo de mantenimiento de presión unido a un extremo distal de la línea de guiado hacia fuera y configurado para condensar y atrapar el gas de evaporación y liberar el gas de evaporación en forma de líquido, y una línea de retorno configurada para devolver el líquido liberado a partir del dispositivo de mantenimiento de presión al interior del gas licuado dentro del tanque de gas licuado.
Además, el aparato de procesamiento de gas de evaporación puede incluir además un tanque de recepción de líquido insertado entre el dispositivo de mantenimiento de presión y la línea de retorno para contener temporalmente el líquido liberado a partir del dispositivo de mantenimiento de presión.
Además, la línea de descarga de gas de evaporación puede incluir un compresor configurado para descargar el gas de evaporación o para aumentar la presión del gas de evaporación.
Efectos ventajosos de la invención
En el aparato de procesamiento de gas de evaporación y el tanque de gas licuado anteriores según la presente invención, la línea de relicuefacción de gas de evaporación mantiene una presión predeterminada y tiene una longitud predeterminada, con el fin de permitir que tenga lugar la transferencia de calor entre el gas de evaporación en la línea de relicuefacción de gas de evaporación y el gas licuado almacenado en el tanque de gas licuado. Por consiguiente, el gas de evaporación puede relicuarse dentro de la línea de relicuefacción de gas de evaporación, y tras haberse relicuado, el gas de evaporación puede liberarse al interior del tanque de gas licuado. Por tanto, no se necesita ningún aparato de relicuefacción especial, haciendo posible reducir el coste de la instalación y el coste de funcionamiento necesarios para el procesamiento del gas de evaporación.
Además, el gas de evaporación en fase de vapor de gas puede descargarse de modo que la presión interna del tanque de gas licuado puede no alcanzar una presión predeterminada, y el gas de evaporación descargado puede relicuarse y devolverse al tanque de gas licuado. Por tanto, pueden restringirse la incineración o el rechazo del gas de evaporación.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1A ilustra esquemáticamente una configuración global de un aparato de procesamiento de gas de evaporación según una primera realización de la presente invención.
La figura 1B ilustra una configuración esquemática de una trampa de vapor del aparato de procesamiento de gas de evaporación según la primera realización de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama de presión-entalpía que ilustra el funcionamiento del aparato de procesamiento de gas de evaporación.
La figura 3A ilustra una primera modificación del aparato de procesamiento de gas de evaporación mostrado en la figura 1.
La figura 3B ilustra una segunda modificación del aparato de procesamiento de gas de evaporación mostrado en la figura 1.
La figura 4A ilustra una cuarta modificación del aparato de procesamiento de gas de evaporación mostrado en la figura 1.
La figura 4B ilustra una quinta modificación del aparato de procesamiento de gas de evaporación mostrado en la figura 1.
La figura 4C ilustra una sexta modificación del aparato de procesamiento de gas de evaporación mostrado en la figura 1. La figura 5A ilustra esquemáticamente una configuración global de un aparato de procesamiento de gas de evaporación según una segunda realización de la presente invención.
La figura 5B ilustra una realización del aparato de procesamiento de gas de evaporación según la segunda realización de la presente invención.
Descripción de realizaciones
A continuación, partes de la descripción y los dibujos que hacen referencia a realizaciones que no están cubiertas por las reivindicaciones no se presentan como realizaciones de la invención, sino como modificaciones útiles para entender la invención. La figura 1 ilustra un aparato de procesamiento de gas de evaporación según una primera realización de la presente invención, en la que la figura 1A ilustra esquemáticamente una configuración global del aparato, y la figura 1B ilustra una configuración esquemática de una trampa de vapor. La figura 2 es un diagrama de presión-entalpía que ilustra el funcionamiento del aparato de procesamiento de gas de evaporación.
El aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación según la primera realización de la presente invención está configurado para relicuar un gas 22 de evaporación generado dentro de un tanque 2 de gas licuado que almacena un gas 21 licuado y devolver el gas relicuado al interior del tanque 2 de gas licuado e incluye, tal como se ilustra en la figura 1A, una línea 3 de descarga de gas de evaporación configurada para descargar el gas 22 de evaporación desde el tanque 2 de gas licuado hasta el exterior, y una línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación configurada para sumergir al menos parte de la línea 3 de descarga de gas de evaporación en el gas 21 licuado dentro del tanque 2 de gas licuado, en el que la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación incluye un dispositivo 42 de mantenimiento de presión configurado para mantener una presión necesaria para la relicuefacción del gas 22 de evaporación y tiene una longitud L suficiente para poder liberar una cantidad de calor necesaria para la relicuefacción del gas 22 de evaporación.
El tanque 2 de gas licuado ilustrado en la figura 1A tiene un depósito 2a aislante del calor que almacena el gas 21 licuado, y una bóveda 2b de tanque dispuesta encima del depósito 2a aislante del calor. La construcción del tanque 2 de gas licuado no se limita a la ilustrada y puede modificarse según se necesite para coincidir con ubicaciones de instalación o propósitos de uso, tal como tanques de combustible de gas licuado en vehículos cisterna, bases de importación, bases de acumulación o embarcaciones marinas.
El depósito 2a aislante del calor está constituido, por ejemplo, por una capa interior compuesta por un material excelente en cuanto a la tenacidad a baja temperatura, una capa aislante del calor (o una capa de mantenimiento a baja temperatura) que puede suprimir la penetración de calor desde el exterior, y una capa exterior que soporta la capa aislante del calor. Además, la forma del depósito 2a aislante del calor puede ser rectangular tal como se ilustra, o esférica o cilíndrica. La bóveda 2b de tanque está dispuesta en una parte de techo del depósito 2a aislante del calor y tiene una abertura de inserción para tuberías o similares para introducir y retirar el gas licuado, así como un paso para trabajo de mantenimiento y similares.
La línea 3 de descarga de gas de evaporación incluye una tubería 31 de descarga de gas de evaporación insertada en una región superior del interior del tanque 2 de gas licuado, un compresor 32 para descargar el gas 22 de evaporación o para aumentar la presión del gas 22 de evaporación, y una válvula 33 selectora de canal de flujo para cambiar el canal de flujo del gas 22 de evaporación. En la figura, solo se ilustra parte de la tubería 31 de descarga de gas de evaporación y además la tubería que constituye la línea 3 de descarga de gas de evaporación se ilustra de manera simplificada.
La tubería 31 de descarga de gas de evaporación se inserta a través de la bóveda 2b de tanque del tanque 2 de gas licuado y desemboca en el interior del tanque 2 de gas licuado. La tubería 31 de descarga de gas de evaporación está dispuesta en una posición tal como para poder aspirar el gas 22 de evaporación que se acumula en la región superior del interior del tanque 2 de gas licuado.
El compresor 32 aspira el gas 22 de evaporación que se acumula en el interior del tanque 2 de gas licuado y descarga el gas de evaporación al exterior del tanque 2 a través de la línea 3 de descarga de gas de evaporación. El compresor 32 puede estar configurado para empezar a funcionar automáticamente cuando la presión en el tanque 2 de gas licuado alcanza un umbral predeterminado, o puede hacerse funcionar manualmente en un momento deseado.
La línea 3 de descarga de gas de evaporación se bifurca, por ejemplo, a la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación y a una línea 5 de consumo de gas de evaporación. La válvula 33 selectora de canal de flujo está dispuesta en el punto de bifurcación de la línea 3 de descarga de gas de evaporación. No se necesita que la válvula 33 selectora de canal de flujo que va a usarse sea una válvula de tres vías y en vez de eso pueden ser válvulas de cierre insertadas respectivamente en la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación y la línea 5 de consumo de gas de evaporación. La línea 5 de consumo de gas de evaporación se usa cuando el gas 22 de evaporación se usa como fuente de energía o para otros fines.
La línea 5 de consumo de gas de evaporación se bifurca en una primera línea 51 de consumo y una segunda línea 52 de consumo. Una válvula 53 selectora de canal de flujo está dispuesta en el punto de bifurcación de la línea 5 de consumo de gas de evaporación. No se necesita que la válvula 53 selectora de canal de flujo que va a usarse sea una válvula de tres vías y en vez de eso pueden ser válvulas de cierre insertadas respectivamente en las líneas 51 y 52 de consumo primera y segunda. La primera línea 51 de consumo está conectada, por ejemplo, a un motor 54, y la segunda línea 52 de consumo está conectada, por ejemplo, a una caldera 55, de modo que el gas 22 de evaporación se usa como combustible. Cuando la cantidad del gas 22 de evaporación generado es mayor que la cantidad de consumo de energía, el gas 22 de evaporación se guía a la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación y se relicúa.
La configuración de la línea 5 de consumo de gas de evaporación no está limitada a la ilustrada, y cuando el aparato de consumo de gas (el motor 54, la caldera 55 o similar) usado es uno solo, no se necesita que la línea 5 de consumo de gas de evaporación se bifurque en las líneas 51 y 52 de consumo primera y segunda. Por otro lado, cuando se usan tres o más aparatos de consumo de gas (el motor 54, la caldera 55, etc.), la línea 5 de consumo de gas de evaporación puede estar configurada para divergir en tantas líneas de consumo de bifurcación como aparatos de consumo de gas se usen. Además, el aparato de consumo de gas que va a usarse puede ser una combinación adecuada de tipos idénticos o diferentes de aparatos de consumo de gas individuales o múltiples (motor, caldera, etc.) y, si es necesario, puede incluir un aparato de eliminación por incineración de gas o un aparato de desecho para liberar el gas de evaporación a la atmósfera.
La línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación incluye una tubería 41 de retorno de gas de evaporación insertada a través del tanque 2 de gas licuado al interior del gas 21 licuado, y un dispositivo 42 de mantenimiento de presión para condensar y atrapar el gas 22 de evaporación y liberar el gas 22 de evaporación en forma de líquido al interior del gas 21 licuado. En la figura, solo se ilustra parte de la tubería 41 de retorno de gas de evaporación y además la tubería que constituye la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación se ilustra de una manera simplificada.
La tubería 41 de retorno de gas de evaporación se bifurca a partir de la línea 3 de descarga de gas de evaporación, se inserta a través de la bóveda 2b de tanque del tanque 2 de gas licuado en el interior del tanque 2 de gas licuado y se sumerge en el gas 21 licuado. La tubería 41 de retorno de gas de evaporación tiene una porción 41a vertical que se extiende casi verticalmente y está parcialmente sumergida en el gas 21 licuado, y una porción 41b horizontal doblada para extenderse en una dirección casi horizontal. La porción 41a vertical está sumergida en el gas 21 licuado hasta una profundidad M, y la porción 41b horizontal tiene una longitud N. La profundidad M se establece de modo que el extremo inferior de la porción 41a vertical puede estar ubicado cerca del fondo del tanque 2 de gas licuado alejado de la superficie de líquido del gas 21 licuado, con el fin de mantener una alta eficacia de intercambio de calor a lo largo de un tiempo prolongado. Además, esa porción de la tubería 41 de retorno de gas de evaporación que se sumerge en el gas 21 licuado tiene una longitud L (es decir, la suma de la profundidad M hasta la que se sumerge la porción 41a vertical y la longitud N de la porción 41b horizontal), y la longitud L se establece para poder liberar una cantidad de calor necesaria para relicuar el gas 22 de evaporación.
La tubería 41 de retorno de gas de evaporación puede disponerse de tal manera que el gas de evaporación se introduce en el tanque 2 de gas licuado desde una ubicación distinta de la bóveda 2b de tanque (por ejemplo, la pared lateral o pared de fondo del tanque 2 de gas licuado). Además, cuando el tanque 2 de gas licuado no está dotado de la bóveda 2b de tanque, la tubería 41 de retorno de gas de evaporación puede estar configurada de modo que el gas de evaporación puede guiarse al interior del tanque 2 de gas licuado desde la parte de techo, la pared lateral o la pared de fondo del tanque 2 de gas licuado.
Ahora se describirá el funcionamiento del aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación con referencia a la figura 2. En el diagrama de presión-entalpía de la figura 2, el eje horizontal indica la entalpía (kJ/kg) y el eje vertical indica la presión (kPa). Además, en la figura, una curva en el centro representa una curva 100 de equilibrio vapor-líquido, curvas que se extienden desde la parte superior izquierda hasta la parte inferior derecha a través de la curva 100 de equilibrio vapor-líquido representan curvas 101 isotérmicas, y curvas que se extienden hacia la parte superior derecha representan curvas 102 isoentrópicas. Para las curvas 101 isotérmicas y las curvas 102 isoentrópicas, en la figura solo se muestran las necesarias para la explicación. Un área dentro de la curva 100 de equilibrio vapor-líquido indica una fase mixta de vapor-líquido, un área en el lado izquierdo de la curva 100 de equilibrio vapor-líquido indica una fase de líquido, y un área en el lado derecho de la curva 100 de equilibrio vapor-líquido indica una fase de vapor.
Aunque el tanque 2 de gas licuado esté dotado de aislamiento del calor, el calor penetra al interior del tanque desde el exterior en una cantidad no despreciable, y el gas 21 licuado se evapora debido al calor que penetra, generando el gas 22 de evaporación. A medida que se genera el gas 22 de evaporación, la presión de vapor de gas en el tanque 2 de gas licuado aumenta, y el gas 21 licuado en el tanque 2 de gas licuado alcanza un equilibrio de vapor-líquido a una presión de vapor saturado que depende de la temperatura en superficie del gas licuado. Además, el gas 21 licuado calentado por el calor que penetra se acumula en la región de superficie del líquido en el tanque 2 de gas licuado debido a la convección que acompaña al aumento de temperatura, formando una fase de líquido a alta temperatura (fase 21a superior a alta temperatura) de temperatura superior al gas 21 licuado en su conjunto, tal como se muestra en la figura 1A. Una fase de líquido (fase 21b inferior a baja temperatura) de cantidad mayor y de temperatura inferior a la fase 21a superior a alta temperatura se forma bajo la fase 21a superior a alta temperatura.
Se supone que en el tanque 2 de gas licuado, el gas 21 licuado y el gas 22 de evaporación están en un estado A de equilibrio de vapor-líquido. Dado que el calor que penetra en el tanque 2 de gas licuado se concentra sustancialmente en la fase 21a superior a alta temperatura, el líquido (gas 21 licuado) en la fase 21a superior a alta temperatura absorbe una cantidad Ah1 del calor que penetra, tras lo cual tiene lugar una transición a un estado B y el líquido vuelve al gas 22 de evaporación con el fin de mantener un estado de equilibrio de vapor-líquido.
Cuando el aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación se pone en funcionamiento, la presión del gas 22 de evaporación se aumenta mediante el compresor 32, de modo que se desplaza el estado del gas 22 de evaporación, por ejemplo, a un estado C. En el diagrama, el estado del gas de evaporación cambia casi a lo largo de las curvas 102 isoentrópicas. Sin embargo, en la práctica, no se alcanza la compresión adiabática perfecta debido a la transferencia de calor desde las tuberías y similares, y el estado del gas de evaporación no siempre cambia a lo largo de las curvas 102 isoentrópicas. Como resultado del aumento de presión que acompaña a la transición al estado C, el gas 22 de evaporación absorbe una cantidad Ah2 de calor. Una curva 101c isotérmica que pasa a través del estado C indica una temperatura superior a la indicada por una curva 101a isotérmica que pasa cerca del estado A. Cuando el gas 21 licuado es gas metano licuado, por ejemplo, la curva 101a isotérmica representa aproximadamente -160°C, y la curva 101c isotérmica representa aproximadamente -120°C. La temperatura en el estado C puede calcularse con precisión basándose en las propiedades del gas natural, la presión, propiedades y similares del gas 22 de evaporación.
Ahora se considera el caso en el que el gas 22 de evaporación en el estado C se introduce en el gas 21 licuado en el tanque 2 de gas licuado a través de la tubería 41 de retorno de gas de evaporación de la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación. El gas 22 de evaporación pasa a través de la porción 41a vertical de la tubería 41 de retorno de gas de evaporación hasta la profundidad M, después alcanza un estado D o un estado superenfriado en la misma línea recta al tiempo que se transfiere a través de la porción 41b horizontal, y se libera al interior del gas 21 licuado en el tanque 2 de gas licuado. En este caso, el gas 22 de evaporación transferido hasta la profundidad M libera una cantidad Ah3 de calor al gas 21 licuado a baja temperatura en la fase 21b inferior a baja temperatura, se condensa y se licúa. El gas 21 licuado en la fase 21b inferior a baja temperatura aún no está en el estado del gas 21 licuado en la fase 21a superior a alta temperatura que está en un estado de equilibrio a una presión superior, y tiene la temperatura de la curva 101a isotérmica inferior a la temperatura en el estado A.
La presión en la tubería 41 de retorno de gas de evaporación se establece a una presión Pd a la que el gas 22 de evaporación y la fase 21b inferior a baja temperatura tienen una diferencia de temperatura tal que el gas 22 de evaporación puede liberar la cantidad Ah3 de calor necesaria para la licuefacción del gas 22 de evaporación. Es decir, la presión Pd en la tubería 41 de retorno de gas de evaporación se establece de modo que puede transferirse la cantidad de calor necesaria en un tiempo requerido para la licuefacción a la fase 21b inferior a baja temperatura a partir del gas 22 de evaporación en transición desde el estado C hasta el estado D en la curva 100 de equilibrio vapor-líquido, y el dispositivo 42 de mantenimiento de presión está unido al extremo terminal de la tubería 41 de retorno de gas de evaporación con el fin de mantener la presión Pd. La longitud L anteriormente mencionada de la tubería 41 de retorno de gas de evaporación se establece a una longitud tal que el gas 22 de evaporación, desde el cual se transfiere calor a lo largo del tiempo dependiendo de la presión Pd, libera la cantidad Ah3 de calor necesaria para que todo el gas 22 de evaporación se desplace al estado D, y en la que la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación es para relicuar todo el gas 22 de evaporación y liberar el gas relicuado de evaporación al interior del gas 21 licuado, la longitud L se establece a una longitud necesaria para licuar completamente el gas 22 de evaporación.
Un Pa es casi igual a 1 atmósfera (aproximadamente 101 kPa) y cuando el tanque 2 de gas licuado almacena el gas 21 licuado a presión habitual, la presión Pd puede ser, por ejemplo, de 2 a 4 atmósferas (de aproximadamente 202 kPa a aproximadamente 404 kPa) como máximo.
Posteriormente, el gas 22 de evaporación relicuado se libera al interior del gas 21 licuado y, a medida que se mezcla con el gas 21 licuado en la fase 21b inferior a baja temperatura, el gas 22 de evaporación relicuado libera una cantidad de calor equivalente a Ah4 y se uniformiza con el gas 21 licuado en la fase 21b inferior a baja temperatura. Es posible que el gas 22 de evaporación relicuado, que se libera al interior del gas 21 licuado mientras está en el estado D o un estado superenfriado, puede evaporarse debido a la expansión adiabática, pero el gas 22 de evaporación evaporado libera la cantidad Ah4 de calor y finalmente se licúa antes de alcanzar la fase 21a superior a alta temperatura.
En el procedimiento anteriormente mencionado de relicuar el gas 22 de evaporación, la temperatura del gas 21 licuado en el tanque 2 de gas licuado aumenta ligeramente porque el gas 21 licuado absorbe calor en la cantidad de Ah3 más Ah4. Sin embargo, dado que el gas 21 licuado en la fase 21b inferior a baja temperatura está en una cantidad significativamente grande y además dado que tarda mucho tiempo en aumentar la temperatura del gas 21 licuado en su conjunto, el aumento de temperatura que acompaña a la relicuefacción del gas 22 de evaporación se dispersa a través del gas 21 licuado y no ejerce ninguna influencia práctica.
El gas 22 de evaporación puede liberarse al interior del gas 21 licuado mientras está en una fase mixta de vapor-líquido en el centro de la transición desde el estado C hasta el estado D, mostrados en la figura 2. Esto significa que el gas 22 de evaporación puede liberarse al interior del gas 21 licuado con parte del gas 22 de evaporación relicuado mediante la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación. La relicuefacción parcial del gas 22 de evaporación es eficaz, por ejemplo, en casos en los que la presión de transferencia a la que se transfiere el gas 22 de evaporación a través de la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación es baja o en los que no se necesita relicuar completamente el gas 22 de evaporación.
En el procedimiento de relicuefacción anteriormente mencionado para el gas 22 de evaporación, el gas 22 de evaporación en el tanque 2 de gas licuado, cuya presión interna se ha aumentado mediante el calor que penetra, se relicúa y se devuelve a la fase 21 b inferior a baja temperatura, de modo que el calor que penetra almacenado en la fase 21a superior a alta temperatura se dispersa a la fase 21b inferior a baja temperatura para almacenarse en la misma. Es decir, el aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación actúa igual que un acumulador de presión. Por tanto, equipando el tanque 2 de gas licuado con el aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación, es posible prolongar el periodo de tiempo a lo largo del cual la presión interna del tanque permanece por debajo de la presión predeterminada de límite superior, aunque el tanque 2 de gas licuado sea un tanque de almacenamiento atmosférico.
Además, el aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación anteriormente mencionado solo tiene que estar dotado de la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación y no requiere un aparato de relicuefacción especial, haciendo por tanto posible reducir el coste de la instalación y el coste de funcionamiento asociados con el procesamiento del gas 22 de evaporación. Además, el gas 22 de evaporación en fase de vapor de gas puede descargarse de modo que la presión en el tanque 2 de gas licuado puede no alcanzar la presión predeterminada, y el gas 22 de evaporación descargado puede relicuarse y devolverse al tanque 2 de gas licuado, mediante lo cual pueden restringirse la incineración o el rechazo del gas 22 de evaporación.
Para el dispositivo 42 de mantenimiento de presión, se usa una trampa de vapor mostrada en la figura 1A, por ejemplo. La figura 1B ilustra una trampa de vapor de tipo flotador (dispositivo 42 de mantenimiento de presión). La trampa de vapor incluye, por ejemplo, un cuerpo 42a, una válvula 42b de apertura-cierre de tipo flotador que puede hundirse y flotar verticalmente dentro del cuerpo 42a, un orificio 42c de descarga de líquido a través del cual se descarga el gas licuado, y una abertura 42d de descarga a partir de la cual se libera el líquido descargado al exterior.
El gas 22 de evaporación y el gas 22 de evaporación relicuado transferidos desde la tubería 41 de retorno de gas de evaporación se almacenan temporalmente en el cuerpo 42a, y, cuando el líquido almacenado en el cuerpo 42a alcanza una determinada cantidad, la válvula 42b de apertura-cierre de tipo flotador sube y abre el orificio 42c de descarga de líquido, permitiendo que se descargue líquido al interior de la abertura 42d de descarga. A medida que disminuye el líquido en el cuerpo 42a, la válvula 42b de apertura-cierre de tipo flotador desciende y cierra el orificio 42c de descarga de líquido.
Dotando la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación de la trampa de vapor (dispositivo 42 de mantenimiento de presión), es posible mantener fácilmente la presión interna de la tubería 41 de retorno de gas de evaporación a la presión Pd y también liberar el gas 22 de evaporación en un estado completamente licuado al interior del tanque 2 de gas licuado. El dispositivo 42 de mantenimiento de presión que va a usarse no está limitado al ilustrado y puede sustituirse por cualquier dispositivo deseado en la medida en que pueda mantener la presión interna de la tubería 41 de retorno de gas de evaporación a la presión Pd, tal como una trampa de vapor con una estructura diferente, un dispositivo sencillo que usa la diferencia de presión a través del dispositivo, tal como un orificio, o una válvula de regulación de la presión.
Ahora se describirán modificaciones del aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación de la primera realización. La figura 3 ilustra modificaciones del aparato de procesamiento de gas de evaporación mostrado en la figura 1, en la que la figura 3A ilustra una primera modificación y la figura 3B ilustra una segunda modificación. La figura 4 también ilustra modificaciones del aparato de procesamiento de gas de evaporación mostrado en la figura 1, en la que la figura 4A ilustra una cuarta modificación, la figura 4B ilustra una quinta modificación y la figura 4C ilustra una sexta modificación. Se usan signos de referencia idénticos para designar partes componentes o elementos idénticos a los del aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación de la primera realización, y se omite la explicación de tales partes componentes o elementos. Además, en las figuras individuales, se omite la ilustración de la tubería 31 de descarga de gas de evaporación y la tubería 41 de retorno de gas de evaporación.
La primera modificación ilustrada en la figura 3A difiere de la primera realización en que se prescinde del dispositivo 42 de mantenimiento de presión. Puede prescindirse del dispositivo 42 de mantenimiento de presión tal como una trampa de vapor en casos en los que el gas 21 licuado almacenado en el tanque 2 de gas licuado tiene una altura, o profundidad, suficiente de modo que el gas 22 de evaporación puede condensarse mediante la presión estática del gas 21 licuado atribuible a la gravedad, o en los que la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación tiene una longitud L suficiente como para licuar el gas 22 de evaporación.
En la segunda modificación ilustrada en la figura 3B, la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación de la primera modificación está configurada para extenderse directamente al interior del gas 21 licuado almacenado en el tanque 2 de gas licuado. Cuando el tanque 2 de gas licuado tiene una altura suficiente, la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación puede estar configurada de tal manera que se cumple la relación de profundidad M = longitud L.
En la cuarta modificación ilustrada en la figura 4A, la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación está configurada de tal manera que la porción de la misma sumergida en el gas 21 licuado serpentea. La línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación (específicamente, la tubería 41 de retorno de gas de evaporación) con una forma de este tipo puede mejorar la eficacia de intercambio de calor en la relicuefacción del gas 22 de evaporación.
En la quinta modificación ilustrada en la figura 4B, la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación está configurada de tal manera que la porción de la misma sumergida en el gas 21 licuado está enrollada. La línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación (específicamente, la tubería 41 de retorno de gas de evaporación) con una forma de este tipo puede mejorar la eficacia de intercambio de calor en la relicuefacción del gas 22 de evaporación.
En la sexta modificación ilustrada en la figura 4C, la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación está configurada de tal manera que la porción horizontal (específicamente, la porción 41b horizontal de la tubería 41 de retorno de gas de evaporación) serpentea. También con tal configuración, es posible mejorar la eficacia de intercambio de calor en la relicuefacción del gas 22 de evaporación. La porción horizontal de la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación puede estar enrollada como en la quinta modificación, aunque no se muestra.
En las modificaciones cuarta a sexta explicadas anteriormente, puede proporcionarse adicionalmente el dispositivo 42 de mantenimiento de presión tal como una trampa de vapor o puede prescindirse del compresor 32. Además, en las modificaciones primera a sexta anteriormente mencionadas, no se ilustra la línea 5 de consumo de gas de evaporación en las figuras respectivas. La línea 5 de consumo de gas de evaporación puede proporcionarse adicionalmente como en la primera realización, o puede prescindirse de la misma si no es necesaria.
Ahora se describirá un aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación según una segunda realización de la presente invención. La figura 5 ilustra el aparato de procesamiento de gas de evaporación según la segunda realización de la presente invención, en la que la figura 5A ilustra esquemáticamente una configuración global del aparato, y la figura 5B ilustra una realización del aparato. Se usan signos de referencia idénticos para designar partes componentes o elementos idénticos a los del aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación de la primera realización, y se omite la explicación de tales partes componentes o elementos. Además, en las figuras individuales, se omite la ilustración de la tubería 31 de descarga de gas de evaporación y la tubería 41 de retorno de gas de evaporación.
El aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación de la segunda realización ilustrado en la figura 5A incluye adicionalmente una línea 6 de guiado hacia fuera configurada para guiar la línea 4 de relicuefacción de gas de evaporación hasta el exterior del tanque 2 de gas licuado, un dispositivo 7 de mantenimiento de presión unido al extremo distal de la línea 6 de guiado hacia fuera y configurado para condensar y atrapar el gas 22 de evaporación y liberar el gas 22 de evaporación en forma de líquido, y una línea 8 de retorno configurada para devolver el líquido liberado a partir del dispositivo 7 de mantenimiento de presión al interior del gas 21 licuado dentro del tanque 2 de gas licuado. Según la segunda realización, no se necesita que el dispositivo 7 de mantenimiento de presión esté colocado en una región a baja temperatura a aproximadamente -160°C (en el caso en el que el gas 21 licuado es GNL) y puede colocarse en una región de presión casi habitual. Por tanto, es posible usar, como dispositivo 7 de mantenimiento de presión, una trampa de vapor comercialmente disponible o incluso más sencilla, un orificio, una válvula de regulación de la presión o similar. Evidentemente, el dispositivo 7 de mantenimiento de presión usado puede tener una construcción idéntica a la de la trampa de vapor mostrada en la figura 1B. Además, según la segunda realización, puede realizarse trabajo de mantenimiento en el dispositivo 7 de mantenimiento de presión con el gas 21 licuado almacenado en el tanque 2 de gas licuado.
La realización del aparato ilustrado en la figura 5B incluye adicionalmente un tanque 9 de recepción de líquido insertado entre el dispositivo 7 de mantenimiento de presión y la línea 8 de retorno para contener temporalmente el líquido liberado a partir del dispositivo 7 de mantenimiento de presión. El tanque 9 de recepción de líquido está conectado con una línea 91 de comunicación que conecta el interior del tanque 2 de gas licuado y el interior del tanque 9 de recepción de líquido entre sí. La línea 91 de comunicación formada de esta manera sirve para igualar la presión de vapor de gas en el tanque 9 de recepción de líquido con aquella en el tanque 2 de gas licuado, de modo que el líquido en el tanque 9 de recepción de líquido puede devolverse fácilmente al gas 21 licuado en el tanque 2 de gas licuado. Cuando se necesita, puede insertarse una válvula de regulación de la presión o similar en la línea 8 de retorno o la línea 91 de comunicación o ambas.
En la descripción anterior de las realizaciones según la presente invención, se usan los términos “fase 21a superior a alta temperatura” y “fase 21b inferior a baja temperatura” con la suposición de que el gas 22 de evaporación no se libera al exterior, o que aunque se haya liberado el gas 22 de evaporación al exterior, la presión de vapor de gas en el tanque 2 de gas licuado todavía es superior a la presión de la región profunda del tanque 2 de gas licuado. Cuando la presión de vapor de gas en el tanque 2 de gas licuado se ha vuelto igual o inferior a la presión de vapor saturado del gas 21 licuado en la región profunda del tanque 2 de gas licuado haciendo funcionar el aparato 1 de procesamiento de gas de evaporación según una cualquiera de las realizaciones anteriores, la fase 21a superior a alta temperatura y la fase 21b inferior a baja temperatura pueden volverse indistinguibles una de otra (por ejemplo, la temperatura del estado A mostrado en la figura 2 se vuelve igual o inferior a la curva 101a isotérmica), y no se pretende que la presente invención excluya tal situación. Es decir, los términos “fase 21a superior a alta temperatura” y “fase 21b inferior a baja temperatura” designan una fase superior a alta temperatura y una fase inferior a baja temperatura, respectivamente, que se forman con la suposición de que el gas 22 de evaporación no se libera al exterior, y significan fases que están ubicadas por encima y por debajo, respectivamente, del gas 21 licuado independientemente de su temperatura. La fase superior a alta temperatura puede expresarse como fase superior de calor recogido o fase superior de calor acumulado, y la fase inferior a baja temperatura puede expresarse como fase inferior de gas licuado.
El aparato y el tanque de gas licuado según la presente solicitud pueden adaptarse a instalaciones y equipos en los que se almacenan gases licuados tales como gas natural licuado (GNL) y gas licuado del petróleo (GLP) en tanques de combustible de gas licuado tal como en vehículos cisterna, bases de importación, bases de acumulación o embarcaciones marinas, aplicando la presente invención a tanques de gas licuado distintos del tanque de almacenamiento atmosférico, o combinando de manera apropiada las realizaciones y modificaciones anteriormente mencionadas para su uso.
Lista de signos de referencia
1: aparato de procesamiento de gas de evaporación
2: tanque de gas licuado
3: línea de descarga de gas de evaporación
4: línea de relicuefacción de gas de evaporación
5: línea de consumo de gas de evaporación
6: línea de guiado hacia fuera
7, 42: dispositivo de mantenimiento de presión
8: línea de retorno
: tanque de recepción de líquido 1: gas licuado
2: gas de evaporación
2: compresor

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Aparato (1) de procesamiento de gas de evaporación que relicúa un gas (22) de evaporación generado dentro de un tanque (2) de gas licuado que almacena un gas (21) licuado y devuelve el gas relicuado a un interior del tanque (2) de gas licuado, comprendiendo el aparato de procesamiento de gas de evaporación:
una línea (3) de descarga de gas de evaporación, que incluye una tubería (31) de descarga de gas de evaporación que puede insertarse en una región superior del interior del tanque (2) de gas licuado, y estando la línea (3) de descarga de gas de evaporación configurada para descargar el gas (22) de evaporación acumulado en la región superior del interior del tanque (2) de gas licuado, cuando está montado, desde el tanque (2) de gas licuado hasta el exterior a través de la tubería (31) de descarga de gas de evaporación; y
una línea (4) de relicuefacción de gas de evaporación, que incluye una tubería (41) de retorno de gas de evaporación, que se bifurca a partir de la línea de descarga de gas de evaporación y puede insertarse en el interior del tanque (2) de gas licuado y puede sumergirse en el gas (21) licuado cuando el tanque (2) de gas licuado almacena el gas (21) licuado, caracterizado porque
la línea (3) de descarga de gas de evaporación incluye un compresor (32) configurado para descargar el gas (22) de evaporación o para aumentar la presión del gas (22) de evaporación,
la línea (4) de relicuefacción de gas de evaporación incluye además una trampa (42) de vapor de tipo flotador configurada para condensar y atrapar el gas (22) de evaporación transferido desde la tubería (41) de retorno de gas de evaporación, almacenar temporalmente el gas (22) de evaporación como líquido, y, cuando el líquido almacenado alcanza una determinada cantidad, abrir para liberar el líquido al interior del gas (21) licuado, incluyendo la trampa (42) de vapor de tipo flotador un cuerpo (42a), una válvula (42b) de apertura-cierre de tipo flotador que puede hundirse y flotar verticalmente dentro del cuerpo (42a), un orificio (42c) de descarga de líquido a través del cual se descarga el gas licuado, y una abertura (42d) de descarga desde la cual se libera el líquido descargado al exterior,
la línea (4) de relicuefacción de gas de evaporación mantiene una presión necesaria para la relicuefacción del gas (22) de evaporación mediante la trampa (42) de vapor de tipo flotador, y
una porción de la tubería (41) de retorno de gas de evaporación que se sumerge en el gas (21) licuado cuando el tanque (2) de gas licuado almacena el gas (21) licuado tiene una longitud suficiente para poder liberar una cantidad de calor necesaria para la relicuefacción del gas (22) de evaporación.
2. Aparato de procesamiento de gas de evaporación según la reivindicación 1, que comprende además: una línea (6) de guiado hacia fuera configurada para guiar la línea (4) de relicuefacción de gas de evaporación al exterior del tanque (2) de gas licuado, cuando está montado; la trampa (42) de vapor de tipo flotador unida a un extremo distal de la línea (6) de guiado hacia fuera; y una línea (8) de retorno configurada para devolver el líquido liberado a partir de la trampa (42) de vapor de tipo flotador al interior del gas (21) licuado dentro del tanque (2) de gas licuado, cuando está montado.
3. Aparato de procesamiento de gas de evaporación según la reivindicación 2, que comprende además un tanque (9) de recepción de líquido insertado entre la trampa (42) de vapor de tipo flotador y la línea (8) de retorno para contener temporalmente el líquido liberado a partir de la trampa (42) de vapor de tipo flotador.
4. Tanque de gas licuado que comprende un depósito aislante del calor que almacena un gas licuado, en el que el tanque (2) de gas licuado está equipado con el aparato de procesamiento de gas de evaporación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.
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