Aproveitamento da energia disponível na re-gaseificação de Gás Natural Liquefeito pelo acoplamento de ciclos de potência combinados

Abstract

Este trabalho avalia as possibilidades do aproveitamento da troca de calor envolvida no processo de re-gaseificação do Gás Natural Liquefeito (GNL). Uma planta operando com ciclos acoplados (CHP) Brayton-Rankine é acoplada com outra de re-gaseificação de GNL, visando utilizar o calor envolvido nesse processo como fonte fria. Este acoplamento é realizado em dois pontos, sendo o primeiro no condensador do sub-ciclo Rankine e o segundo em um trocador de calor na admissão de ar do compressor do sub-ciclo Brayton. Para fins de comparação, a mesma CHP é simulada trocando calor contra um ambiente de referência a 101,3 kPa e 25 ºC. Uma análise energética e exergética dos sistemas é realizada assumindo-se que a quantidade de gás natural que alimenta a câmara de combustão do sub-ciclo Brayton é a mesma para ambos os casos. Para o ciclo acoplado com re-gaseificação do GNL a geração de potência é de 22,7 MW, a eficiência é de 45,5% e a vazão mássica de gás natural re-gaseificado é de 6,2 kg/s. Isto representa um ganho de 2,98 MW na geração de potência e de 15% na eficiência do ciclo quando comparado com o ciclo de referência. A eficiência exergética obtida com a proposta é 49,3%, sendo esta 9% maior que a do ciclo de referência.

This work evaluates the possibilities of taking advantage of the heat transferred in the re-gasification process of Liquid Natural Gas (LNG). It is proposed the coupling of a Brayton-Rankine Combined Heat and Power Plant (CHP) to a LNG re-gasification plant in order to use the heat involved in this process as cold source for the CHP plant. This coupling is done in two points: the first is in the condenser of the Rankine sub-cycle and the second is in a heat exchanger before the compressor air inlet of Brayton sub-cycle. For comparison, the same CHP is simulated exchanging heat with a reference environment at 101.3 kPa and 25 ºC. An energetic and exergetic analysis of the systems is performed assuming that the amount of natural gas fed to the Brayton sub-cycle combustion chamber is equal for both cases. The CHP coupled to the re-gasification plant net power generation is 22.7 MW, the efficiency is 45.5% and the NG re-gased mass flow rate is 6.2 kg/s. It represents a gain of 2.98 MW in the power generation and 15% in the cycle efficiency, when compared to the reference cycle. The exergetic efficiency with this proposal is 49.3%, which is 9% higher than the reference cycle.