GNL

[Archangel]

Sto cominciando a seguire una tesi di laurea nella quale si studierà l'utilizzo del freddo liberato dal gas naturale liquefatto (GNL).
Il metano liquido arriva in Italia in serbatoi isolati, a temperature intorno a -160 gradi e deve venire scaldato per trasformarlo in metano gassoso a temperatura ambiente e pressioni dell'ordine dei 60-70 bar.
Per realizzare questo gli si deve fornire una grande quantità di calore, principalmente per due vie: con acqua di mare (che non è proprio gratuita perchè richiede la movimentazione di grosse portate di acqua) o bruciando circa il 2% del gas stesso. In sostanza tutto il freddo contenuto nel GNL viene disperso nell'ambiente.

La disponibilità di una sorgente fredda a temperatura variabile fra -160 e +20 gradi permetterebbe anche di costruire un ciclo termodinamico per produrre energia elettrica. Nel caso più semplice si potrebbe usare in una centrale a vapore per abbassare la temperatura e pressione di condensazione del vapore e aumentare il rendimento dell'impianto. Cicli più raffinati avrebbero rendimenti molto maggiori (e già li stiamo studiando).

Per quanto ne so la totalità degli impianti di rigassificazione che usano il freddo del GNL si limitano a produrre energia elettrica, ma mi chiedo se quel freddo non si potrebbe usare per altri scopi: liquefazione dei gas, frazionamenti a bassa temperaura, surgelazione...
Avete qualche notizia in merito o suggerimenti ?

Produrre ghiaccio secco?
Poi sarebbe piu' facile trattare la CO2 per confinarla o quant'altro.
Liquefazione di H2? E' uno dei punti dolenti della catena dell'idrogeno.

[Archangel]

Bè, quella della liquefazione dell'idrogeno sarà una buona idea, quando l'uso dell'idrogeno si sarà abbastanza diffuso.
Ma l'idrogeno è un gas quasi incoercibile, ha un punto di ebollizione di -253°C. Per liquefarlo bisogna usare delle turbine di espansione, perchè ancora a -150° (temperatura minima raggiungibile raffreddando col GNL) l'effetto Joule-Thomson è trascurabile. Insomma il freddo del GNL servirebbe a ben poco.

Invece si potrebbe liquefare dell'azoto e ancora più facilmente produrre del ghiaccio secco.
Anzi grazie dell'idea. Di ghiaccio secco c'è parecchio mercato.

Lo so che per l'idrogeno non c'e' ancora mercato, anche perche' costa troppo liquefarlo.

Si potrebbe usare il freddo del GNL per far funzionare un motore stirling o una cella di peltier (anche se la vedo dura, ma se e' a livello di studio...).

Scusa una domanda, ma nei sistemi attuali come si sfrutta la rigasificazione per ottenere energia elettrica? Lo si scalda e lo si manda in una turbina?

[Archangel]

No, di solito si usa il GNL come sorgente fredda separata in un ciclo termodinamico del tipo Rankine svolto da un altro fluido in pressione, che viene riscaldato ad alta temperatura, poi si espande in turbina e poi raffreddato e condensato col freddo del GNL, che contemporaneamente si gassifica.
Negli attuali impianti si arriva a 240 kWh per t. di GNL rigassificato, cioè circa 20 MW per un impianto da 1 miliardo di Nm3/anno, che non è molto ma in base ai primi calcoli credo che si possa ottenere di più giocando sulla composizione del fluido.

Quando lavoravo all'ENI avevo anche brevettato un processo in cui era lo stesso gas naturale a svolgere il ciclo. Era parecchio complicato, tanto che non ricordo neppure bene com'era, e non mi risulta che nessuno abbia seguito questa strada.
La mia stessa società aveva anche un processo in cui era l'azoto a svolgere il ciclo (l'azoto non condensava ma veniva ricompresso). Sembrava buono ma è stato abbandonato per un piccolo imprevisto: dei piccoli trafilamenti del gas naturale nell'azoto attraverso le tenute degli scambiatori di calore. Questi trafilamenti nella parte calda del ciclo si combinavano con le tracce di ossigeno presenti nell'azoto producendo CO2 e H2O che poi congelavano nella parte fredda tappando progressivamente l'impianto. E non c'era rimedio.

Urka!
Comunque allora lo si potrebbe usare come sorgente fredda in uno stirling! Sai che rendimenti!

Edited by Nove^3 - 30/1/2006, 10:59

[Archangel]

Quanto ai rendimenti io prendo sempre come riferimento il buon vecchio Carnot.

Appunto!
Tmax molto alta e Tmin bassissima!
(1100-110)/1100=0.9!

[Archangel]

Bè in pratica non si va oltre ai 1000 gradi K (il fluido che svolge il ciclo di potenza deve venire riscaldato in un normale forno) e la Tmin è sui 120-130 gradi K.
Comunque anche così il rendimento di Carnot è (1-T1/T2)=1-(120-130)/1000=87-88 %, che in pratica diventa 60-70% per il fatto che il GNL assorbe calore a temperatura variabile e per le normali perdite del macchinario.

Piu' che giusto. Avevo messo giu' i numeri in fretta e semplici.
Pero' non avevo sbagliato di molto 0,9 è molto prossimo a 0,87.
Naturalmente il tutto e' teorico. Purtroppo.
Comunque, da quel che ne so, si possono raggiungere Tmax anche attorno ai 800/900°C. Anche se a quel punto con una Tmin bassa le differenze di rendimento sono dell'ordine di qualche punto percentuale, mentre si potrebbero avere delle complicazioni per quel che riguarda i materiali.