MX2012008986A - Metodo de transporte, mezcla de transporte y sistema de transporte para el transporte presurizado de dioxido de carbono y uso de una mezcla de transporte. - Google Patents

Abstract

La presente invención propone un método para el transporte de dióxido de carbono de un medio de alimentación (1) a un medio de remoción (4) en una tubería de presión (3), este método incluye la producción de una mezcla de transporte (2) que contiene hasta 80 % en mol de dióxido de carbono y un gas inerte, en particular nitrógeno, en el medio de alimentación (1), la alimentación presurizada de la mezcla de transporte (2) en la tubería de presión (3), y el transporte presurizado de la mezcla de transporte (2) en la tubería de presi6n (3) al medio de remoción (4).

Description

METODO DE TRANSPORTE, MEZCLA DE TRANSPORTE Y SISTEMA DE TRANSPORTE PARA EL TRANSPORTE PRESURIZADO DE DIOXIDO DE CARBONO Y USO DE UNA MEZCLA DE TRANSPORTE Campo de la Invención La presente invención se refiere a un método de transporte para el transporte presurizado de dióxido de carbono, una mezcla de transporte correspondiente, el uso de una mezcla de transporte, y un sistema de transporte correspondiente.

Antecedentes de la Invención El transporte de dióxido de carbono bajo presión, por ejemplo en tuberías de presión apropiadas, se está volviendo cada vez más importante, ínter alia debido a nuevas tecnologías.

Como es conocido por el solicitante, por ejemplo a partir de DE 10 2009 038 444 Al y DE 10 2009 038 445 Al, las cuales describen el tópico en detalle, el dióxido de carbono se usa para la recuperación mejorada de petróleo (EOR, por sus siglas en inglés) dentro del alcance de la extracción de petróleo crudo terciario. En este caso, diferentes fluidos se inyectan bajo presión y se usan tuberías adecuadas en o alrededor del depósito relevante para extraer incluso fracciones de petróleo crudo las cuales son densas, viscosas y/o están retenidas en capas de piedra o tierra debido a un Ref . :232924 efecto capilar. El dióxido de carbono gaseoso se mezcla con el petróleo crudo para ser extraído y reducir la viscosidad del mismo. Por consiguiente, se facilita el transporte.

Un campo similar de aplicación de dióxido de carbono se encuentra en la extracción de metano, tal como metano de yacimiento de carbón (CBM, por sus siglas en inglés) , es decir, metano unido por adsorción en depósitos de carbón vírgenes que tienen un contenido de metano de más de 90%. En este caso el dióxido de carbono es usado dentro del alcance la recuperación de CBM mejorada, en donde también es inyectado en depósitos correspondientes. Por consiguiente, el dióxido de carbono también se puede usar para la extracción mejorada de esquistos bituminosos de petróleo.

El término "captura y almacenamiento de carbono" (CCS, por sus siglas en inglés) incluye tecnologías las cuales están propuestas para contribuir a reducir la cantidad de dióxido de carbono relevante en invernadero presente en la atmósfera. La acumulación de dióxido de carbono en grandes cantidades durante procesos de combustión en estaciones de energía alimentadas con combustibles fósiles y separados por consiguiente tiene que ser transportada tan eficientemente como de forma segura cuando sea posible a depósitos de almacenamiento adecuados, por ejemplo acuíferos salinos o depósitos de petróleo crudo en desuso. El dióxido de carbono también se puede convertir en biomasa, por ejemplo biocombustibles, y microalgas .

Desde hace tiempo se conocen opciones adicionales para el uso de dióxido de carbono, por ejemplo, para procesos químicos diferentes para la producción de combustibles, metanol , urea y similares.

El dióxido de carbono normalmente es transportado en tuberías de presión por arriba de su punto crítico (T, P) , es decir, en la fase 'densa' . En la fase densa el dióxido de carbono se comporta como un fluido compresible y tiene una densidad de aproximadamente 900 kg/m3. Para alcanzar la fase densa, la presión debe estar por encima de aproximadamente 70 bares (g) . Una pérdida inevitable de presión en una tubería de presión tiene que ser compensada por uri compresor correspondiente en el punto de alimentación.

Como se explica, por ejemplo, en el artículo "Dynamic Simulation of a carbón dioxide pipeline for analysis of normal operation and failure modes" por S. Liljemark et al., Energy procedía 4 (2011) 3040-3047, el transporte de dióxido de carbono en esta forma posee una serie de riesgos.

Los principales riesgos radican en la formación de una fase gaseosa en el oleoducto debido a pérdidas de presión y/o una elevación en la temperatura. Por consiguiente, la cavitación y/o presión surgida puede ocurrir y podría conducir a ruido y vibraciones. Esto conduce a incrementar el desgaste y, en casos extremos, a falla. La formación de una fase gaseosa puede ocurrir en particular bajo condiciones de cambio, tales como durante el llenado de una tubería de presión, un cambio en la carga y/o una puesta en marcha o detención de un sistema correspondiente y/o de un compresor. El daño podría afectar solamente el oleoducto por sí mismo, pero también podría extenderse a las válvulas, dispositivos de medición de velocidad de flujo y otros dispositivos.

Por consiguiente, existe una necesidad por un transporte de dióxido de carbono más seguro, más confiable y más económico, en particular en tuberías de presión.

Breve Descripción de la Invención En esta base, la presente invención propone un método de transporte para el transporte presurizado de dióxido de carbono, una mezcla de transporte correspondiente, el uso de tal mezcla de transporte, y un sistema de transporte correspondiente que tiene las características de las reivindicaciones independientes. Las modalidades preferidas son tratadas en las reivindicaciones dependientes y en la descripción posterior.

Ventajas de la Invención De acuerdo con la invención se propone un método para el transporte de dióxido de carbono de un medio de alimentación a un medio de remoción en una tubería de presión, este método incluye la producción de una mezcla de transporte que contiene menos de 80 % en mol de dióxido de carbono y un gas inerte, en particular nitrógeno, en el medio de alimentación. La mezcla de transporte producida en consecuencia se alimenta entonces bajo presión en la tubería de presión y se transporta en la tubería de presión, bajo presión, a los medios de remoción.

Debido a la adición, propuesta de acuerdo con la invención, de un gas inerte antes del transporte presurizado del dióxido de carbono y la reducción asociada en el contenido de dióxido de carbono a menos de 80% en mol, se reduce la temperatura crítica significativamente comparada con el dióxido de carbono puro. Por consiguiente, la probabilidad de que la mezcla formará una fase gaseosa con una falla en la presión y/o una elevación en la temperatura se reduce significativamente. Las desventajas mencionadas anteriormente tal como posible daño a oleoductos, válvulas, dispositivos de medición de velocidad del flujo y otros dispositivos se reducen así igualmente de manera significativa. En general, la conflabilidad y disponibilidad de un oleoducto correspondiente se incrementan considerablemente.

El punto crítico de dióxido de carbono puro se encuentra aproximadamente a 31°C y 74 bares. Aún si solamente 10% en mol de nitrógeno se mezcla, la temperatura crítica se reduce a aproximadamente 24 °C y la presión crítica se eleva a 88 bares. Una mezcla de transporte que contiene 80% en mol de dióxido de carbono y 20 % en mol de nitrógeno tiene una temperatura crítica de sólo aproximadamente 15 °C y una presión crítica de 105 bares. Tales límites operacionales se pueden observar de manera mucho más confiable.

Las mezclas dé transporte ventajosas comprenden, por ejemplo, menos de 80 % en mol, menos de 75 % en mol, menos de 70 % en mol, menos de 65 % en mol, menos de 60 % en mol, menos de 55 % en mol, menos de 50 % en mol, menos de 45 % en mol, o menos de 40 % en mol de dióxido de carbono. Los contenidos ventajosos también pueden encontrarse dentro de los intervalos específicos, los contenidos mencionados antes posiblemente representan límites superiores y los límites inferiores de intervalos correspondientes que posiblemente se encuentran, por ejemplo, a 20 % en mol, 25 % en mol, 30 % en mol, 35 % en mol, 40 % en mol, 45 % en mol, 50 % en mol, 55 % en mol, 60 % en mol, 65 % en mol, 70 % en mol, o 75 % en mol respectivamente. Los contenidos correspondientes se adaptan a condiciones de transporte presentes y/o esperadas en cada caso, como se describe con mayor detalle posteriormente.

Las mezclas ventajosas están formadas de dióxido de carbono y nitrógeno. El nitrógeno se puede producir en una manera particularmente económica y, puesto que se puede producir a partir del aire ambiental, siempre está disponible en grandes cantidades. En el caso de recuperación de petróleo mejorada, el dióxido de carbono resulta en un rendimiento de petróleo mejorado. Los contenidos de una mezcla correspondiente, por consiguiente, se pueden ajustar (también) en la base de sus propiedades deseadas y bajo consideración de aspectos costosos. Una mezcla de transporte ventajosamente contiene menos de 80 % en mol de dióxido de carbono y hasta 5 % en mol de impurezas tolerables, en particular metano y argón, con el resto que está formado de nitrógeno. El nitrógeno impuro puede ser usado igualmente. Es conocidos que las impurezas en mezclas de dióxido de carbono de componentes múltiples varía ampliamente cómo una función de las fuentes respectivas. Generalmente, las fracciones de dióxido de carbono obtenidas de separadores de estaciones de energía tienen, por ejemplo, contenidos residuales de dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno y oxígeno. Similarmente al agua fría, esta se reducirá a un mínimo. Otros gases, por ejemplo óxido de nitrógeno, metano, argón e hidrógeno pueden ser tolerados en cierta medida.

El contenido de dióxido de carbono (máximo) x es calculado de manera ventajosa, en % en mol, en una mezcla de transporte ventajosa como sigue x = 58 · exp (0.018) ' t) ± 5 % en mol en donde t es una temperatura de trabajo o de ambiente en °C. La ecuación define el contenido máximo de dióxido de carbono en la base de la temperatura del punto de condensación de la mezcla y tomando en cuenta un rango de seguridad correspondiente. Obteniendo los contenidos de dióxido de carbono correspondientes, el transporte más seguro se puede asegurar bajo la consideración de la temperatura ambiente, sin sacrificar una reducción excesiva del contenido de dióxido de carbono. Por consiguiente, la adaptación a las condiciones de transporte presentes y/o esperadas es posible en cada caso.

La siguiente tabla muestra las concentraciones máximas de dióxido de carbono a temperatura ambiente de -20°C a +20°C, que estuvieron basadas en la ecuación dada anteriormente .

Temperatura Concentración ambiente -20°C 40. .5 ± 5 % en mol -15°C 44. .3 ± 5 en mol -10°C 48. .4 ± 5 % en mol -5°C 53. .0 ± 5 % en mol 0°C 58 , .0 + 5 % en mol 5°C 63 , .5 ± 5 % en mol 10°C 69 , .4 ± 5 en mol 15°C 76 , .0 ± 5 % en mol 20°C 83 , .1 ± 5 en mol Como se puede observar claramente, una concentración de 80% en mol o menos permite de manera suficiente el transporte seguro a una temperatura de 15 a 20°C. Tales temperaturas prevalecen en todos los sitios de uso de plantas correspondientes, al menos temporalmente y en regiones desérticas, por ejemplo en la noche. A temperaturas inferiores, por ejemplo en el ártico o en agua del mar (en plantas "marinas"), en consecuencia los valores inferiores deben ser observados. La concentración máxima es independiente de la presión, es decir, la presión en la tubería de presión correspondiente se puede seleccionar libremente.

Si los mayores contenidos de dióxido de carbono, que están presentes en una mezcla de transporte correspondiente, son requeridos en un medio de remoción, un método también puede incluir de manera ventajosa la remoción de componentes de la mezcla de transporte después del transporte presurizado. Los medios adecuados se proporcionan ventajosamente para este propósito. En particular, a este respecto se pueden usar separadores de membrana (con cantidades inferiores de dióxido de carbono para ser procesadas) o ciclos auto-refrigerados. En este último caso, una mezcla correspondiente o algo de la mezcla se enfría en un intercambiador de calor hasta que es licuado en parte. Un vapor que contiene nitrógeno se separa en un separador, alimenta al intercambiador de calor en el contraflujo y se calienta, mientras que el fluido rico en dióxido de carbono se estrangula ligeramente (auto-ref igeración) y guiados igualmente a través del intercambiador de calor. El flujo de nitrógeno más caliente se puede despresurizar en una o más turbinas hasta que alcanza la presión atmosférica. El flujo frío en la salida de la turbina (s) antes mencionada se puede guiar igualmente a través de intercambiador de calor, y la energía generada en la turbina se usa para comprimir adicionalmente el flujo que contiene dióxido de carbono.

Con respecto a la mezcla de transporte de acuerdo con la invención, el uso de la mezcla de transporte de acuerdo con la invención y el sistema de transporte proporcionado al respecto, se hace referencia expresamente a las características y ventajas descritas anteriormente.

La invención se ilustra de manera esquemática en las figuras en la base de una modalidad y se describirán posteriormente con referencia a las figuras.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 muestra un método de transporte para el transporte presurizado de dióxido de carbono de acuerdo con la técnica previa; La Figura 2 muestra un método de transporte para el transporte presurizado de dióxido de carbono de acuerdo con una modalidad particularmente preferida de la invención.

En las figuras, los elementos que corresponden entre sí se indican por los mismos números de referencia. Por razones de claridad, las descripciones de los elementos no se repetirán .

Descripción Detallada de la Invención La Figura 1 muestra una ilustración esquemática de un método de transporte para el transporte presurizado de dióxido de carbono de acuerdo con la técnica previa, indicado como un todo por 100.

De acuerdo con la técnica previa el dióxido de carbono 102 se proporciona en un medio de alimentación 101, por ejemplo un separador de dióxido de carbono, de una estación de energía alimentada con combustibles fósiles. El dióxido de carbono 102 contiene · contenidos residuales específicos de impurezas, las cuales no se pueden separar completamente por los medios de alimentación 101. Por ejemplo, el dióxido de carbono 102 puede contener contenidos residuales de 5 % en mol o menos de las impurezas mencionadas anteriormente, tal como sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, etc.

El dióxido de carbono 102 ya está presurizado por una presión de transporte o pasa a través de un compresor correspondiente antes de que sea alimentado a una tubería de presión 3. Vía la tubería de presión 3, el dióxido de carbono se alimenta bajo presión a un medio de remoción 4, el cual por ejemplo se forma como parte de un medio, descrito anteriormente, para la recuperación de petróleo crudo y/o gas natural, un medio para extraer biomasa, un sistema para comprimir dióxido de carbono, o un reactor de síntesis .

En otras palabras, de acuerdo con la técnica previa el dióxido de carbono 102 es transportado en la tubería de presión 3 en forma en gran parte pura (independiente de impurezas correspondientes) , más específicamente en el estado 'denso' , descrito previamente, por encima del punto crítico.

La Figura 2 muestra un método de transporte para el transporte presurizado de dióxido de carbono de acuerdo con una modalidad particularmente preferida de la invención, representada como un todo por 200.

Un medio de alimentación 1 también se usa dentro del alcance del método ventajoso 200. En contraste con el medio de alimentación 101 de la Figura 1, sin embargo, el dióxido de carbono (en gran parte) puro 12 no se proporciona a través del medio de alimentación 1, pero en lugar de una mezcla de transporte de dióxido de carbono 2. Como se explica, la mezcla de transporte de dióxido de carbono 2 ventajosamente contienen hasta 80 % en mol de dióxido de carbono y una fracción más pequeña de impurezas tolerables, en particular metano y argón, con el resto que está formado por nitrógeno.

Como se describió anteriormente con referencia a la Figura 1, la mezcla de transporte de dióxido de carbono 2 es o será presurizada y transportada a un medio de remoción 4 vía una tubería de presión 3.

Otros dispositivos pueden estar arreglados (de manera opcional) corriente arriba del medio de remoción 4.

Estos dispositivos se proporcionan si un contenido de dióxido de carbono superior que aquel contenido en la mezcla de transporte 2 es necesario en el medio de remoción 4. Para este propósito se proporciona un dispositivo de separación 5 el cual separa componentes 6 (no deseados) de la mezcla de transporte 2. La mezcla de transporte 7 en consecuencia purificada se alimenta al medio de remoción 4.

LISTA DE REFERENCIAS NUMÉRICAS 1 medios de alimentación 2 mezcla de transporte 3 tubería de presión 4 medios de remoción 5 medios de separación 6 componentes de la mezcla de transporte 7 mezcla de transporte purificada 100, 200 método de transporte 101 medios de alimentación 102 dióxido de carbono Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (11)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un método para el transporte de dióxido de carbono de un medio de alimentación a un medio de remoción en una tubería de presión, caracterizado porque incluye la producción de una mezcla de transporte que contiene menos de 80 % en mol de dióxido de /carbono y un gas inerte, en particular nitrógeno, en el medio de alimentación, la alimentación presurizada de la mezcla de transporte en la tubería de presión, y el transporte presurizado de la mezcla de transporte en la tubería de presión al medio de remoción.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una mezcla de transporte es producida la cual contiene menos de 80 % en mol de dióxido de carbono y hasta 5 % en mol de impurezas tolerables, en particular metano y argón, el resto está formado de nitrógeno.

3. El método de conformidad con cualquiera de la reivindicación 1 o reivindicación 2, caracterizado porque se produce una mezcla de transporte que tiene un contenido de dióxido de carbono x, en % en mol, dependiente de una temperatura t en °C, en donde x = 58 · exp (0.018 ¦ t) ± 5 % en mol.

4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye la remoción de componentes de la mezcla de transporte después del transporte presurizado.

5. Una mezcla de transporte para el transporte de dióxido de carbono de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque contiene menos de 80 % en mol de dióxido de carbono y un gas inerte, en particular nitrógeno.

6. La mezcla de transporte de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque contiene menos de 80 % en mol de dióxido de carbono y hasta 5 % en mol de impurezas tolerables, en particular metano y argón, el resto está formado de nitrógeno.

7. La mezcla de transporte de conformidad con cualquiera de la reivindicación 5 o reivindicación 6, caracterizada porque tiene un contenido de dióxido de carbono x, en % en mol, dependiente de una temperatura t en °C, en donde x = 58 · exp (0.018 · t) ± 5 % en mol.

8. Uso de una mezcla de transporte de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a .

9. Un sistema de transporte para el transporte de dióxido de carbono, caracterizado porque comprende un medio de alimentación, un medio de remoción y una tubería de presión, en donde el medio de alimentación se ajusta para producir una mezcla de transporte de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, y alimentar, bajo presión, la mezcla de transporte en la tubería de presión.

10. El sistema de transporte de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende al menos un dispositivo previsto corriente arriba del medio de alimentación para la remoción de componentes de la mezcla de transporte .

11. El sistema de transporte de conformidad con cualquiera de la reivindicación 9 o reivindicación 10, caracterizado porque el medio de alimentación se forma como parte de un separador de dióxido de carbono de una estación de energía alimentada con combustibles fósiles y/o en donde el medio de remoción se forma como parte de un dispositivo para recuperación de carbón y/o gas y/o para la compresión de dióxido de carbono y/o para la extracción de biomasa y/o como parte de un reactor de síntesis.