ES2628277B2 - Planta de generación de hidrógeno para instalación a bordo de buques GNL - Google Patents
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Abstract
Planta de generación de hidrógeno para instalación a bordo de buques GNL, que permite la obtención de hidrógeno a partir del exceso de BOG generado a bordo mediante un proceso de reformado, aumentando el rendimiento global de la instalación. Para aumentar la eficiencia del módulo de obtención de hidrógeno también se realiza el aprovechamiento del calor residual generado en el buque.#El hidrógeno se puede almacenar bajo presión en tanques independientes en el interior de los propios tanques de carga del buque a temperatura criogénica. El hidrógeno se puede utilizar como combustible en el sistema de generación eléctrica o propulsión con la única emisión de vapor de agua por los escapes, pudiendo navegar por zonas ECA o con limitaciones de emisiones sin ningún problema.
Description
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DESCRIPCIÓN
Planta de generación de hidrógeno para instalación a bordo de buques GNL.
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención es el aprovechamiento del exceso de Boil Off Gas (BOG), generado a bordo de los buques que transportan Gas Natural Licuado (GNL), transformándolo en hidrógeno mediante un proceso de reformado, para su utilización como combustible, aumentando de esta manera el rendimiento global de la instalación y disminuyendo las emisiones contaminantes.
Campo técnico de la invención
La presente invención pertenece al campo técnico de la energía y propulsión, utilizando metano (CH4) para la obtención de hidrógeno mediante un proceso de reformado y su utilización como combustible limpio en buques GNL, tanto en el sistema de propulsión con motores como con turbinas.
Antecedentes de la invención
El comercio de Gas Natural (GN) está en constante crecimiento debido a la gran demanda a nivel internacional. Esta demanda es abastecida principalmente mediante transporte marítimo en buques GNL. En los sistemas convencionales, la carga es transportada en estado licuado en condiciones criogénicas a -163°C y a presión ligeramente superior a la atmosférica.
La carga de GNL es transportada en tanques criogénicos aislados del medio externo, pero inevitablemente la transferencia de calor existe, generándose la vaporización de la carga, conocida como BOG. El BOG a su salida de los tanques de carga es tratado, separando el metano de los demás componentes del GN. Una vez separado el metano, se eleva la presión en un compresor de dos etapas denominados Low Duty (LD), la cual se corresponde con la presión de admisión del sistema de propulsión. Después de la compresión, la temperatura del metano es estabilizada en un enfriador (Glicol/Agua).
A continuación se realiza una breve descripción del uso del BOG en función de las diferentes situaciones de operación del buque:
a) En situación de navegación, la más común, el BOG se utiliza como combustible en la planta de propulsión y el exceso es quemado en la Unidad de Combustión de Gas (UCG) o en la caldera, sin ningún aprovechamiento energético.
b) Cuando el buque está fondeado, el BOG generado seria consumido en la planta de generación eléctrica, teniendo en cuenta que la carga seria mínima y el exceso de BOG sería más elevado, con lo que la GCU o caldera quemaría mayor cantidad.
c) En las operaciones de carga el BOG generado es enviado a tierra, para evitar sobrepresiones en los tanques, debido a la peligrosidad de quemar BOG en la UCG. Así mismo en las operaciones de descarga, desde tierra se suministra BOG para evitar la generación de vacío en los tanques y mantener una presión adecuada en el interior. Por tanto, existe la necesidad de un método de gestión del BOG más eficiente y que permita un aumento del rendimiento global de la instalación, ya que es mermado por el BOG quemado en la UCG o caldera sin ningún aprovechamiento energético. Para ello se trataría el exceso de BOG en un sistema de generación de hidrógeno preferentemente
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mediante un proceso de reformado mientras que opcionalmente puede utilizar electrólisis, oxidación parcial, Kvaerner o reformado autotérmico, obteniendo un combustible con un poder calorífico superior y con la posibilidad de ser utilizado como combustible con la única emisión de vapor de agua.
En la actualidad las estrictas normativas anticontaminación reguladas por el convenio MARPOL en el anexo IV, restringen la utilización de combustible con elevados contenidos de azufre así como las emisiones contaminantes.
El hidrógeno generado se puede almacenar bajo presión en tanques independientes en el interior de los propios tanques de carga del buque, para conseguir una temperatura criogénica permitiendo de este modo, una mayor cantidad de almacenaje. De este modo se podría utilizar el hidrógeno en puerto donde las medidas anticontaminación son más estrictas e incluso, sustituyendo sistemas como el Cold-Ironing (Conexión eléctrica a tierra).
Se realiza una búsqueda de patentes relacionadas con el aprovechamiento del BOG en buques GNL para la generación de hidrógeno y su almacenamiento a bordo. Como resultado de esta búsqueda solo se han encontrado las patentes que se mencionan a continuación. Destacando que ninguna de ellas se trata la generación de hidrógeno a partir del BOG generado.
En la patente número US 20060174627 A1 se presenta una integración de un sistema de suministro de GN como combustible para motores y una planta de relicuación del BOG.
En la patente número US 20060174627 A1 se presenta una planta de procesamiento de GNL, donde se procede a la regasificación del GnL con la integración de un sistema para la generación de energía eléctrica. En la patente US 20060174627 A1 se presenta un recipiente de almacenamiento para líquidos criogénicos con un recipiente externo e interno y de esta manera realiza una mejor adaptación geométrica.
En el estado actual de la tecnología relacionada con la generación de hidrógeno a partir del BOG, mediante un proceso de reformado junto con su almacenamiento, no es conocida ninguna alternativa tecnológica similar de las características de este invento.
Breve descripción de la invención
La invención consiste en una planta de generación de hidrógeno mediante reformado en buques GNL a partir del exceso de BOG, almacenado bajo presión en tanques independientes en el interior de los propios tanques de carga del buque, para conseguir una temperatura criogénica permitiendo de este modo, una mayor cantidad de almacenaje.
Descripción de las figuras
En esta sección se describen a modo ilustrativo y no limitativo, los componentes que constituyen el sistema de generación y almacenaje de hidrógeno en buques LNG a partir del BOG generado en los tanques de carga, en donde se hace referencia a las figuras 1 y
2.
Figura 1. Sistema de gestión de gas.
Figura 2. Sistema de almacenamiento de hidrógeno.
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Los componentes referenciados en las figura 1 se identifican como sigue:
1. Tanques de carga de GNL.
2. Generador de BOG.
3. Separador de gases del BOG.
4. Intercambiador (BOG/hidrógeno).
5. Compresor Low-Duty (BOG).
6. Intercambiador de calor metano/Agua o glicol.
7. Módulo de obtención de hidrógeno mediante reformado.
8. Sistema de propulsión y generación eléctrica.
9. Unidad de combustión de gas.
10. Intercambiador de calor para recuperación de calores residuales del buque en el módulo de reformado.
11. Intercambiador de calor para enfriar el hidrógeno con agua o glicol.
12. Compresor de hidrógeno.
13. Intercambiador de calor para enfriar el hidrógeno con agua o glicol.
14. Tanques de hidrógeno.
Descripción detallada de la invención
La planta de generación de hidrógeno mediante reformado en buques GNL a partir del BOG y almacenado bajo presión en tanques independientes en el interior de los propios tanques de carga del buque, está constituida por los elementos mostrados en la figura 1 y 2.
El BOG generado en los buques GNL puede ser provocado por dos medios diferentes.
Mediante la transferencia de calor a través de las paredes de los tanques de carga (1) al GNL transportado, o por un generador de BOG que consiste en un intercambiador de calor con vapor de agua (2).
EL BOG es tratado en un separador de gases (3), donde de la mezcla de gases que componen el GN solo es utilizado el metano. El metano a la salida del separador (3), que se encuentra a una temperatura criogénica, se envía a un intercambiador de calor (4) donde se enfría el hidrógeno generado para reducir su temperatura de almacenamiento.
Tras realizar el intercambio de calor con el hidrógeno, el metano es comprimido desde la presión de los tanques a la presión de trabajo del sistema en un compresor Low-Duty (5).
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A continuación se estabiliza la temperatura del metano en un intercambiador glicol o agua (6) garantizando de esta manera las condiciones adecuadas para el sistema de, generación de hidrógeno (7), propulsión y de generación eléctrica (8) y UCG (9).
Una vez tratado el metano, este alimentaría a los siguientes sistemas:
- Módulo de obtención de hidrógeno mediante reformado (7).
- Sistema de propulsión y generación eléctrica (8).
- UCG (9).
El BOG producido en los tanques de carga (1) principalmente es utilizado en el sistema de propulsión y generación eléctrica (8). Pero cuando la generación de BOG es superior al consumido por el sistema de propulsión y generación de energía eléctrica (8), este exceso de bOg, se envía al módulo de obtención de hidrógeno preferentemente mediante un proceso de reformado mientras que opcionalmente puede utilizar electrolisis, oxidación parcial, Kvaerner o reformado autotérmico (7). Para aumentar la eficiencia del módulo de obtención de hidrógeno (7) se aprovecha el calor residual existente en el buque, para el calentamiento del agua o incluso la generación de vapor necesario para el proceso de reformado. Las fuentes de calor residual a bordo pueden ser los gases de escape, agua de refrigeración de camisas y sistemas auxiliares o cualquier otra fuente que lo permita. Este calor residual sería aprovechado en uno o varios intercambiadores de calor (10) en el módulo de reformado (7).
La UCG (9) es utilizada exclusivamente para situaciones de emergencia en las cuales el exceso de BOG generado a bordo no se pudiera gestionar en ninguno de los procesos explicados anteriormente.
Una vez generado el hidrógeno y a la salida del módulo de reformado (7). se enfría en un intercambiador de calor con glicol o agua (11), antes de ser comprimido en el compresor de hidrógeno (12) hasta la presión del almacenamiento. A la salida del compresor de hidrógeno (12), el hidrógeno es de nuevo enfriado en el intercambiador de calor (13) y a continuación se envía al intercambiador de calor con el BOG (4) para alcanzar la temperatura más próxima posible a la de los tanques de carga (1). Finalmente se almacena bajo presión en tanques independientes (14) en el interior de los propios tanques de carga del buque (1), para conseguir una temperatura criogénica permitiendo de este modo, una mayor cantidad de almacenaje.
El hidrógeno producido a partir del metano y almacenado a bordo tiene la utilidad de poder ser utilizado como combustible independiente o mezclando con GN.
Descripción de realizaciones preferentes de la invención
En coherencia con la descripción del invento, se resalta una realización preferente de la invención "Planta de generación de hidrógeno para instalación a bordo de buques GNL" mostrada en la figura 1 y 2.
Claims (19)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Planta de generación de hidrógeno para instalación a bordo de buques GNL, caracterizada por comprender:1. Tanques de carga de GNL.
- 2. Generador de BOG.
- 3. Separador de gases del BOG.
- 4. Intercambiador (BOG/hidrógeno).
- 5. Compresor Low-Duty (BOG).
- 6. Intercambiador de calor metano/Agua o glicol.
- 7. Módulo de obtención de hidrógeno mediante reformado.
- 8. Sistema de propulsión y generación eléctrica.
- 9. Unidad de combustión de gas.
- 10. Intercambiador de calor para recuperación de calores residuales del buque en el módulo de reformado.
- 11. Intercambiador de calor para enfriar el hidrógeno con agua o glicol.
- 12. Compresor de hidrógeno.
- 13. Intercambiador de calor para enfriar el hidrógeno con agua o glicol.
- 14. Tanques de hidrógeno.
- 2. Planta de generación de hidrógeno para instalación a bordo de buques GNL, según reivindicación 1a, caracterizada por la utilización del BOG generado a bordo para la obtención de hidrógeno.
- 3. Planta de generación de hidrógeno para instalación a bordo de buques GNL, según reivindicación 2a, caracterizada por la utilización preferentemente de un proceso de reformado mientras que opcionalmente puede utilizar electrolisis, oxidación parcial, Kvaerner o reformado autotérmico para la obtención de hidrógeno.
- 4. Planta de generación de hidrógeno para instalación a bordo de buques GNL, según reivindicación 3a, caracterizada por el aprovechamiento del calor residual generado a bordo para aumentar la eficiencia del proceso de generación de hidrógeno.
- 5. Planta de generación de hidrógeno para instalación a bordo de buques GNL, según reivindicación 4a, caracterizada por el almacenamiento del hidrógeno bajo presión en tanques independientes en el interior de los propios tanques de carga del buque a temperatura criogénica.
- 6. Planta de generación de hidrógeno para instalación a bordo de buques GNL, según reivindicación 5a, caracterizada por la posibilidad de consumir el hidrógeno generado como combustible.
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| ES2628277A1 ES2628277A1 (es) | 2017-08-02 |
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