DE102006039616B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von Brenngas, insbesondere Erdgas - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung von Brenngas, insbesondere Erdgas, umfassend eine Teilungsvorrichtung (1) zur Teilung von verdichtetem, mittels einer Versorgungsleitung zugeführten Brenngas, insbesondere Erdgas, in einen ersten Gasteilstrom (A) und mindestens einen zweiten Gasteilstrom (B), mindestens eine Arbeitsmaschine (2), insbesondere eine Entspannungsturbine, zur Entspannung des ersten Gasteilstromes (A), mindestens einen Verdichter (3) zur Verdichtung des zweiten Gasteilstromes (B), wobei der Verdichter durch die mindestens eine Arbeitsmaschine (2) angetrieben wird, mindestens einen Wärmetauscher (5), der Wärme, die im zweiten Gasteilstrom (B) durch dessen Verdichtung entsteht, auf den ersten Gasteilstrom (A) vor dessen Entspannung in der mindestens einen Arbeitsmaschine (2) überträgt, mindestens eine Entspannungsvorrichtung (13) zur Entspannung und zumindest teilweisen Verflüssigung des verdichteten, durch Wärmeabfuhr gekühlten zweiten Gasteilstromes (B), und mindestens einen wärmeisolierten Behälter (14) zur Speicherung von mittels der Entspannungsvorrichtung verflüssigtem Brenngas (B<SUB>f</SUB>).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung von Brenngas, insbesondere Erdgas.
  • Der Erdgasbedarf privater und industrieller Verbraucher ist durch saisonale und tageszeitliche Schwankungen geprägt. Zum Ausgleich der Verbrauchsschwankungen werden Erdgasspeicher betrieben. Zur Abdeckung des Spitzenverbrauchs, insbesondere zur Abdeckung des hohen Erdgasbedarfs für Heizzwecke bei tiefen Wintertemperaturen werden in Gastransportnetzen kommunaler Gasversorger entsprechend hohe Kapazitäten bereitgestellt. Neben großen unterirdischen Erdgasspeichern sind Einrichtungen zum Abpuffern von Verbrauchsspitzen wie Röhrenspeicher und Druckkugelbehälter bekannt. Die Kapazitäten der zuletzt genannten Gasspeicher sind allerdings auf mehrere Stunden Einspeicher- bzw. Ausspeicherzeit begrenzt und deshalb nur zum Ausgleich von tageszeitlichen Verbrauchsschwankungen geeignet. Zudem sind die spezifischen Investitionskosten solcher Gasspeicher hoch. Die Belieferung mit Erdgas ist deshalb mit einem relativ hohen Transport- bzw. Leistungspreis belastet. Ferner haben herkömmliche Gasspeicher relative große Bauvolumina und somit einen hohen Platzbedarf.
  • Die DE 199 38 216 A1 offenbart ein Verfahren zur Verflüssigung eines Gases, bei dem das Gas verdichtet, gekühlt, dann in einer ersten Turbine entspannt und zumindest teilweise verflüssigt wird. Ein Teil der erzeugten Flüssigkeit wird gekühlt und dann in einer zweiten Turbine entspannt. Die zweite Turbine arbeitet dabei mit einer höheren Einlasstemperatur als die erste Turbine, während die erste Turbine mit einem Auslassdruck arbeitet, der von dem der zweiten Turbine abweicht. Zudem ist in der DE 199 38 216 A1 ein entsprechender Gasverflüssiger beschrieben, der einen Wärmetauscher, eine erste und eine zweite Turbine, eine erste Verdichtungseinrichtung, eine zweite Verdichtungseinrichtung und eine dritte Verdichtungseinrichtung aufweist. Der Verflüssiger umfasst ferner eine Leitung, um den Gasstrom der ersten Verdichtungseinrichtung zuzuführen, und eine Leitung, um den Gasstrom von der ersten Verdichtungseinrichtung zur zweiten Verdichtungseinrichtung zu führen. Des Weiteren sind Leitungen vorhanden, um den mittels der zweiten Verdichtungseinrichtung verdichteten Gasstrom in einen ersten und einen zweiten Anteil aufzuteilen, den ersten Anteil der dritten Verdichtungseinrichtung zuzuführen, und den ersten Anteil von der dritten Verdichtungseinrichtung zu dem Wärmetauscher zu führen. Weiter ist eine Leitung vorhanden, um einen Teil des ersten Anteils von dem Wärmetauscher zu der ersten Turbine zu führen, eine Leitung, um einen Teil des ersten Anteils von der ersten Turbine zu der zweiten Verdichtungseinrichtung zu führen, eine Leitung, um den Rest des ersten Anteils zumindest teilweise zu verflüssigen, eine Leitung, um zumindest einen Teil des zweiten Anteils von der zweiten Verdichtungseinrichtung zu dem Wärmetauscher zu führen, eine Leitung, um den besagten Teil des zweiten Anteils von dem Wärmetauscher zu der zweiten Turbine zu führen, und eine Leitung, um den zweiten Anteil von der zweiten Turbine zu der ersten Verdichtungseinrichtung zu führen.
  • Aus der DE 601 11 087 T2 ist ein Verfahren zum Verflüssigen von Industriegas bekannt, bei welchem Industriegas verdichtet und ein Teil des verdichteten Gases weiter verdichtet wird, um einen verdichteten ersten Industriegasteil und einen weiter verdichteten zweiten Industriegasteil zu erzeugen. Der erste Industriegasteil wird dabei gekühlt, anschließend turboexpandiert und sodann durch einen indirekten Wärmeaustausch mit horizontaler Gegenströmung mit dem weiter verdichteten zweiten Industriegasteil erwärmt, um den weiter verdichteten zweiten Industriegasteil zu kühlen. Der zweite Industriegasteil wird nach dieser Kühlung in einen ersten und einen zweiten Teil aufgeteilt. Der erste Teil wird turboexpandiert und sodann durch indirekten Wärmeaustausch mit dem zweiten Teil erwärmt, um Letzteren zu verflüssigen und als verflüssigtes Industriegasprodukt zu gewinnen. Die DE 601 11 087 T2 offenbart ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst einen Wärmetauscher, ein erstes und ein zweites Verdichtungssystem, eine Anordnung zum Überleiten von Industriegas zu dem ersten Verdichtungssystem und von dort zu einem horizontal ausgerichteten Durchlass des Wärmetauschers, und eine Anordnung zum Überleiten von Industriegas von dem ersten Verdichtungssystem zu dem zweiten Verdichtungssystem und von Letzterem zu einem horizontal ausgerichteten Durchlass des Wärmetauschers. Die Vorrichtung umfasst ferner einen ersten und einen zweiten Turboexpander, eine Anordnung zum Überleiten von Industriegas von einem horizontal ausgerichteten Durchlass des Wärmetauschers zu dem ersten Turboexpander und von diesem zu einem anderen horizontal ausgerichteten Durchlass des Wärmetauschers, und eine Anordnung zum Überleiten von Industriegas von dem Wärmetauscher zu dem zweiten Turboexpander und von diesem zu entweder einem vertikal ausgerichteten Durchlass oder zu einem horizontal ausgerichteten Durchlass des Wärmetauschers, und eine Anordnung zum Gewinnen von verflüssigten Industriegas von einem vertikal ausgerichteten Durchlass des Wärmetauschers.
  • Die DE 696 14 815 T2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stickstofferzeugung. Bei dem Verfahren wird verdichtete gereinigte Luft auf eine für ihre Rektifizierung geeignete Temperatur gekühlt und in eine Destillationssäule eingeleitet, um durch Rektifizierung ein stickstoffreiches Säulenkopfraummedium hoher Reinheit und sauerstoffreiche Flüssigkeit als Säulenbodenmedium zu erzeugen. Dabei kommt ein Kopfkondensator zum Einsatz, der mit der Destillationssäule verbunden ist. Mindestens ein Teil eines stickstoffreichen Stroms, der aus dem stickstoffreichen Säulenkopfraummedium besteht, wird kondensiert, und ein Teil des resultierenden Kondensats wird als Rückfluss in die Destillationssäule zurückgeleitet, sodass ein verbleibender Teil des resultierenden Kondensats als Produktstrom abgeführt werden kann. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Verdichter zum Verdichten eines Rezirkulationsstroms, eine Turboexpansionseinrichtung zum Expandieren eines Kühlmittelstroms unter Leistung von Arbeit zum Bilden eines Hauptkühlmittelstroms, und Mittel zum Kuppeln der Turboexpansionseinrichtung mit dem Verdichter, sodass die besagte Arbeit für die Verdichtung des Rezirkulationsstroms eingesetzt wird. Zudem umfasst die Vorrichtung einen Zusatzkühlmittelkreislauf zum Zirkulieren eines Zusatzkühlmittelstroms, der während der Zirkulation verdampft wird. Dieser Zusatzkühlmittelkreislauf umfasst den genannten Kopfkondensator, Hauptwärmeaustauschmittel, die so konfiguriert sind, dass sie einen indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Zusatzkühlmittelstrom und der verdichteten und gereinigten Luft bewirken, und einen Verflüssiger an einer Stelle zwischen den Hauptwärmeaustauschmitteln und dem Kopfkondensator zum Wiederverflüssigen des verdampften Zusatzkühlmittelstroms.
  • Die US 61 22 932 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für den gemeinsamen Betrieb eines Ofens, insbesondere eines Metallbehandlungsofens, und einer Luftdestillationsvorrichtung. Letztere umfasst mindestens eine Mitteldrucksäule und eine Mischsäule, die Sauerstoff an den Ofen liefert. Der Ofen und die Destillationsvorrichtung sind mit einem gemeinsamen Gebläse ausgestattet, wobei der Mischsäule Druckluft von einem Kompressor zugeführt wird, der mit einer Turbine gekoppelt ist, die unter Leistung von Arbeit ein Fluid aus der Destillationsvorrichtung entspannt. Die Kompressor-Turbinenanordnung ist dabei mit einer Hilfskraftquelle gekoppelt.
  • Schließlich sind aus der US 35 03 220 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verflüssigung von Kohlendioxyd enthaltendem Erdgas bekannt. Das Erdgas wird dabei in zwei Teile unterteilt. Ein erster Teil, aus dem Kohlendioxyd nicht entfernt wird, wird zur Kühlung des zweiten Teils entspannt. Der zweite Teil wird von Kohlendioxyd gereinigt und durch Wärmetausch gekühlt, wobei der Wärmetausch mit dem gekühlten ersten Teil des Erdgases und einem Teil des zweiten, entspannten Teils erfolgt. Das so verflüssigte Erdgas wird bei Umgebungstemperatur gespeichert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, die eine kostengünstigere Gasversorgung, insbesondere Erdgasversorgung ermöglichen. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine platzsparende Gasspeicherung ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Speicherung von Brenngas, insbesondere Erdgas (Methan) vor,
    bei dem verdichtetes, mittels einer Versorgungsleitung zugeführtes Brenngas, insbesondere Erdgas, mittels einer Teilungsvorrichtung in einen ersten Gasteilstrom und mindestens einen zweiten Gasteilstrom geteilt wird,
    bei dem der erste Gasteilstrom mittels einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Entspannungsturbine, entspannt wird, wobei der erste Gasteilstrom zuvor mittels mindestens eines Wärmetauschers soweit erwärmt wird, dass dieser Gasteilstrom nach der Entspannung in der Arbeitsmaschine eine Temperatur noch oberhalb von 5°C, vorzugsweise größer/gleich 8°C aufweist,
    bei dem der zweite Gasteilstrom mittels eines durch die Arbeitsmaschine angetriebenen Verdichters verdichtet wird, wobei wärme, die im zweiten Gasteilstrom durch dessen Verdichtung entsteht, abgeführt und zur Erwärmung des ersten Gasteilstromes in dem mindestens einen Wärmetauscher genutzt wird,
    bei dem der verdichtete, durch Wärmeabfuhr gekühlte zweite Gasteilstrom soweit entspannt wird, dass mehr als 50 % des zweiten Gasteilstromes in flüssigem Zustand anfallen, und
    bei dem das so verflüssigte Brenngas in mindestens einem wärmeisolierten Behälter gespeichert wird.
  • Nach der Entspannung in der Arbeitsmaschine wird der erste Gasteilstrom vorzugsweise in ein kommunales Versorgungsnetz eingeleitet.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst dementsprechend
    eine Teilungsvorrichtung zur Teilung von verdichtetem, mittels einer Versorgungsleitung zugeführten Brenngas, insbesondere Erdgas, in einen ersten Gasteilstrom und mindestens einen zweiten Gasteilstrom,
    mindestens eine Arbeitsmaschine, insbesondere eine Entspannungsturbine, zur Entspannung des ersten Gasteilstromes,
    mindestens einen Verdichter zur Verdichtung des zweiten Gasteilstromes, wobei der Verdichter durch die mindestens eine Arbeitsmaschine angetrieben wird,
    mindestens einen Wärmetauscher, der Wärme, die im zweiten Gasteilstrom durch dessen Verdichtung entsteht, auf den ersten Gasteilstrom vor dessen Entspannung in der mindestens einen Arbeitsmaschine überträgt,
    mindestens eine Entspannungsvorrichtung zur Entspannung und zumindest teilweisen Verflüssigung des verdichteten, durch Wärmeabfuhr gekühlten zweiten Gasteilstromes, und
    mindestens einen wärmeisolierten Behälter zur Speicherung von mittels der Entspannungsvorrichtung verflüssigtem Brenngas.
  • Anstelle des Begriffes „Wärmetauscher" kann im vorliegenden Kontext auch der Begriff „Wärmeübertrager" verwendet werden.
  • Ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung ist die Verwendung eines oder mehrerer Wärmetauscher, um die Wärme, die in dem einen Gasteilstrom bei dessen Verdichtung entsteht, für die Erwärmung des anderen, zu entspannenden Gasteilstromes zu nutzen, und der Antrieb des Verdichters durch die Arbeitsmaschine, mittels welcher besagter Gasteilstrom entspannt wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Teil der Druckenergie des verdichteten, über die Versorgungsleitung (Hochdruckleitung) zugeführten Brenngases für die weitere Verdichtung und Verflüssigung eines Gasteilstromes genutzt. Durch die erfindungsgemäße Kopplung des Verdichters mit der den anderen Gasteilstrom entspannenden Arbeitsmaschine (z.B. Entspannungsturbine) muss keine zusätzliche Antriebsenergie zugeführt werden, was wirtschaftlich von Vorteil ist.
  • Ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie keine zusätzliche Wärmeenergie erfordert, welche üblicherweise zur Erwärmung (Beheizung) von Erdgas bei dessen Entspannung aus einer Hochdruckversorgungsleitung auf Mittel- oder Niederdruck zum Zwecke der weiteren Verteilung erforderlich ist, um eine mögliche Vereisung der Entspannungsanlagen aufgrund des Joule-Thompson Effektes zu verhindern.
  • Durch die Verflüssigung des Brenngases (Erdgases) lässt sich eine platzsparende Gasspeicherung erzielen. Während zum Beispiel auf 20 bar verdichtetes Erdgas ca. 5 % des Volumens von Erdgas im Normzustand einnimmt, beansprucht verflüssigtes Erdgas (Methan), das auf –162 °C gekühlt ist, nur ca. 0,17 % des Volumens des Normgases.
  • Zur Weiterverwendung wird das bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verflüssigte Brenngas (Methan) erwärmt. Auch lassen sich mit der Erwärmung des Brenngases weitere Verfahren verbinden, für die die Ausnutzung eines besonders niedrigen Temperaturniveaus vorteilhaft ist; hierzu gehören beispielsweise die Zerlegung von Luft, die Herstellung von kristallinem CO2, sowie die direkte Anwendung von flüssigem Methan, beispielsweise zur Stromerzeugung durch Direkteinspritzung in Diesel-Blockheizkraftwerken oder die Vorkühlung der in Gasturbinen angesaugten Luft.
  • Ferner kann mittels eines Stirlingmotors das hohe Temperaturgefälle zwischen verflüssigtem Brenngas (Methan) und üblicher Umgebungstemperatur (Außentemperatur) genutzt werden, um Gasmengen zu verdampfen und weitere Energie zu gewinnen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Gasteilstrom, aus dem Flüssiggas erzeugt werden soll, in mehreren Stufen verdichtet und zwischen den Verdichtungsstufen gekühlt wird. Auf diese Weise lässt sich der Wirkungsgrad des Verdichtungsprozesses verbessern.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der verdichtete und gekühlte Gasteilstrom vor seiner zur Verflüssigung führenden Entspannung in einer weiteren Arbeitsmaschine, insbesondere einer weiteren Entspannungsturbine, teilentspannt wird. Die in dieser weiteren Arbeitsmaschine (Entspannungsturbine) erzeugte Leistung wird dabei vorzugsweise zum Antrieb des Verdichters, eines Generators und/oder einer weiteren Maschine genutzt.
  • In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil des verdichteten, gekühlten und zum Zwecke der Verflüssigung entspannten Gasteilstromes zur Kühlung von noch auf höherem Druckniveau befindlichen Gas desselben Gasteilstromes genutzt wird. Vorzugsweise wird dabei der zur Kühlung genutzte Teil des Gasteilstromes anschließend dem entspannten, ersten Gasteilstrom, d.h. dem nicht zu verflüssigenden Gasteilstrom zugegeben.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass Wärme, die in dem weiter verdichteten Gasteilstrom durch dessen Verdichtung entsteht, mittels mindestens eines Wärmetauschers genutzt wird, um den mittels der Arbeitsmaschine entspannten Gasteilstrom (also den nicht zu verflüssigenden Gasteilstrom) nach dessen Entspannung zu erwärmen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele umfassenden Zeichnung näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung (Anlage) zur Speicherung von Brenngas, vorzugsweise Methan (Erdgas).
  • Die Vorrichtung umfasst eine Teilungsvorrichtung 1 zur Teilung eines mittels einer Versorgungsleitung (Hochdruckleitung) zugeführten Gasstromes in einen ersten Gasteilstrom A und mindestens einen zweiten Gasteilstrom B. Das in der Hochdruckleitung zur Verfügung stehende Gas weist üblicherweise einen Druck im Bereich von 30 bis 100 bar, beispielsweise ca. 50 bar auf. Die Teilungsvorrichtung 1 besteht beispielsweise aus einem mit einem Stellventil versehenen Rohrleitungsabzweig.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner eine Arbeitsmaschine 2 zur Entspannung des ersten Gasteilstromes A und einen Verdichter 3 zur Verdichtung des zweiten Gasteilstromes B, wobei der Verdichter 3 durch die Arbeitsmaschine 2 angetrieben wird. Die Arbeitsmaschine 2 besteht vorzugsweise aus einer Entspannungsturbine, während der Verdichter 3 vorzugsweise als Verdichtungsturbine ausgeführt ist. Die Arbeitsmaschine 2 und der Verdichter 3 sind auf einer gemeinsamen Welle 4 angeordnet.
  • Genauso ist jedoch der Einsatz von Kolbenmotoren und Kolbenverdichtern möglich, insbesondere bei der Verwendung der Vorrichtung für geringere Gasströme.
  • Das Stellventil der Teilungsvorrichtung 1 wird in Abhängigkeit des in der Hochdruckleitung (Ferngasleitung) herrschenden Gasdruckes eingestellt. Der Gasstrom wird vorzugsweise so geteilt dass 50 bis 70 %, insbesondere ca. 60 % des Gases dem Verdichter 3 zugeführt werden. Das Mengenverhältnis von erstem Gasteilstrom A zu zweitem Gasteilstrom B beträgt beispielsweise ca. 40 % zu 60%.
  • Der Gasteilstrom A wird vor der vorzugsweise adiabatischen Entspannung in der Entspannungsturbine 2 mittels eines Wärmetauschers 5 soweit erwärmt, dass er nach der adiabatischen Entspannung eine Temperatur noch oberhalb von 8°C aufweist. Die bei der Entspannung freigesetzte Arbeit (Drehenergie) wird über die Welle 4 auf eine Verdichtungsturbine als Verdichter 3 übertragen. Zudem kann ein Teil der so freigesetzten Arbeit zum Antrieb eines Generators 7, genutzt werden, wobei fehlende Antriebsleistung gegebenenfalls durch einen Motor 6 erzeugt werden kann.
  • Der zweite Gasteilstrom B wird in der Verdichtungsturbine (Verdichter (3)) auf ca. 100 bar komprimiert, wobei sich das Gas sehr stark erwärmt. Die Temperatur des verdichteten Gasteilstromes B kann bis zu 1000°C betragen. Wärmeenergie, die durch die Verdichtung des zweiten Gasteilstromes B entsteht, wird über einen Wärmetauscher 8 abgeführt und dem Wärmetauscher 5 auf der Niederdruckseite über einen Wasserkreislauf 9 zugeführt. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Verdichtungsprozesses ist eine mehrstufige Verdichtung mit jeweiliger Zwischenkühlung vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Verdichter 3 zwei Verdichtungsstufen 3.1, 3.2 auf, wobei zwischen den Verdichtungsstufen 3.1, 3.2 der mit dem Wärmetauscher 5 über den Wasserkreislauf 9 verbundene Wärmetauscher 8 angeordnet ist.
  • Am Ende des Verdichters 3 ist ein weiterer Wärmetauscher 10 vorgesehen, mit dem das verdichtete Gas gekühlt wird. Der Wärmetauscher 10 ist über einen Wasserkreislauf 11 mit einem Wärmetauscher 12 verbunden, der hinter der Entspannungsturbine als Arbeitsmaschine 2 angeordnet ist und der Erwärmung des ersten Gasteilstromes A nach dessen Entspannung dient.
  • Der verdichtete und gekühlte zweite Gasteilstrom B wird einer Entspannungsvorrichtung 13 zugeführt und dort auf einen niedrigen Druck entspannt, wobei der größte Teil des Gases (Methans) verflüssigt wird. Das verflüssigte Gas Bf wird in einem oder mehreren wärmeisolierten Behältern 14 gespeichert. Das Speichervolumen dieser Behälter beträgt beispielsweise 600 bis 800 m3. Ein solches Speichervolumen reicht aus, um in einem Gasstadtwerk mittlerer Größe den Gasbedarf für einen strengen Wintertag bzw. den Spitzenbedarf mehrerer Tage abdecken zu können.
  • Die Entspannungsvorrichtung 13 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus mindestens einem Entspannungsventil gebildet. Ein Teil des zweiten Gasteilstromes B liegt nach der Durchströmung der Entspannungsvorrichtung 13 noch in gasförmigem Zustand vor und wird zur weiteren Abkühlung von noch auf höherem Druckniveau befindlichen Gas des zweiten Gasteilstromes B genutzt. Hierzu ist die Entspannungsvorrichtung 13 mit einer Kühlvorrichtung (Wärmetauschereinrichtung) 15 versehen, in der nicht verflüssigtes Gas des entspannten zweiten Gasteilstromes B im Gegenstrom zu dem noch auf höherem Druckniveau befindlichen Gas geführt wird. Anschließend wird dieser zur Kühlung genutzte Teil des entspannten zweiten Gasteilstromes B vorzugsweise dem entspannten ersten Gasteilstrom A zugegeben. Hierzu ist die Kühlvorrichtung 15 an einer Rohrleitung 16 angeschlossen, welche den entspannten ersten Gasteilstrom A leitet, so dass nicht verflüssigtes Gas des entspannten zweiten Gasteilstromes B dem entspannten ersten Gasteilstrom A zugeführt wird.
  • Dem Entspannungsventil als Enspannungsvorrichtung 13 ist vorzugsweis eine Entspannungsturbine als Arbeitsmaschine 17 vorgeschaltet, um dem verdichteten zweiten Gasstrom B weitere Enthalpie zu entziehen. Die weitere Entspannungsturbine kann – wie dargestellt – entweder auf der gleichen Welle 4 angeordnet sein, um ihre Energie in der Gesamtenergiebilanz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu integrieren, oder sie kann über eine andere Welle einen Generator antreiben.
  • Durch eine Trennung der Anlagenteile zur Herstellung von verflüssigtem Gas (Erdgas) einerseits und zur drucklosen Speicherung des verflüssigten Gases in einem wärmeisolierten Behälter 14 andererseits kann die erfindungsgemäße Vorrichtung (Anlage) hinsichtlich ihrer Bevorratungskapazität beliebig erweitert werden.
  • Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiel beschränkt. Vielmehr sind eine Vielzahl von Varianten möglich, die auch bei abweichender Gestaltung von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen.

Claims (23)

  1. Verfahren zur Speicherung von Brenngas, insbesondere Erdgas, bei dem verdichtetes, mittels einer Versorgungsleitung zugeführtes Brenngas mittels einer Teilungsvorrichtung in einen ersten Gasteilstrom (A) und mindestens einen zweiten Gasteilstrom (B) geteilt wird, bei dem der erste Gasteilstrom (A) mittels einer Arbeitsmaschine (2) entspannt wird, wobei der erste Gasteilstrom (A) zuvor mittels mindestens eines Wärmetauschers (5) soweit erwärmt wird, dass dieser Gasteilstrom (A) nach der Entspannung in der Arbeitsmaschine (2) eine Temperatur noch oberhalb von 5°C aufweist, bei dem der zweite Gasteilstrom (B) mittels eines durch die Arbeitsmaschine (2) angetriebenen Verdichters (3) verdichtet wird, wobei Wärme, die im zweiten Gasteilstrom (B) durch dessen Verdichtung entsteht, abgeführt und zur Erwärmung des ersten Gasteilstromes (A) in dem mindestens einen Wärmetauscher (5) genutzt wird, bei dem der verdichtete, durch Wärmeabfuhr gekühlte zweite Gasteilstrom (B) soweit entspannt wird, dass mehr als 50 % des zweiten Gasteilstromes (B) in flüssigem Zustand anfallen, und bei dem das so verflüssigte Brenngas (Bf) in mindestens einem wärmeisolierten Behälter (14) gespeichert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete, durch Wärmeabfuhr gekühlte zweite Gasteilstrom (B) mittels eines oder mehrerer Entspannungsturbinen und/oder Entspannungsventile entspannt wird, so dass mehr als 50 % des zweiten Gasteilstromes (B) in flüssigem Zustand anfallen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasteilstrom (B) in mehreren Stufen verdichtet und zwischen den Verdichtungsstufen (3.1, 3.2) gekühlt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete, durch Wärmeabfuhr gekühlte zweite Gasteilstrom (B) vor der Entspannung, bei der mehr als 50 % des zweiten Gasteilstromes in flüssigem Zustand anfallen, in einer weiteren Arbeitsmaschine teilentspannt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Teilentspannung des verdichteten, durch Wärmeabfuhr gekühlten zweiten Gasteilstromes (B) erzeugte Leistung der weiteren Arbeitsmaschine (17) zum Antrieb des Verdichters (3), eines Generators (7) und/oder einer Maschine genutzt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des verdichteten, durch Wärmeabfuhr gekühlten und dann entspannten zweiten Gasteilstromes (B) zur Kühlung von noch auf höherem Druckniveau befindlichen Brenngas des zweiten Gasteilstromes (B) genutzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Kühlung von noch auf höherem Druckniveau befindlichen Brenngas des zweiten Gasteilstromes (B) genutzte Teil des entspannten zweiten Gasteilstromes (B) dem entspannten ersten Gasteilstrom (A) zugegeben wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Warme, die im zweiten Gasteilstrom (B) durch dessen Verdichtung entsteht, mittels mindestens eines Wärmetauschers (10, 12) genutzt wird, um den mittels der Arbeitsmaschine (2) entspannten ersten Gasteilstrom (A) zu erwärmen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das verdichtete Brenngas mittels der Teilungsvorrichtung (1) so geteilt wird, dass 50 % bis 70 % des Brenngases als zweiter Gasteilstrom (B) dem Verdichter (3) zugeführt werden.
  10. Vorrichtung zur Speicherung von Brenngas, insbesondere Erdgas, umfassend eine Teilungsvorrichtung (1) zur Teilung von verdichtetem, mittels einer Versorgungsleitung zugeführten Brenngas insbesondere in einen ersten Gasteilstrom (A) und mindestens einen zweiten Gasteilstrom (B), mindestens eine Arbeitsmaschine (2) zur Entspannung des ersten Gasteilstromes (A), mindestens einen Verdichter (3) zur Verdichtung des zweiten Gasteilstromes (B), wobei der Verdichter (3) durch die mindestens eine Arbeitsmaschine (2) angetrieben wird, mindestens einen Wärmetauscher (5), der Wärme, die im zweiten Gasteilstrom (B) durch dessen Verdichtung entsteht, auf den ersten Gasteilstrom (A) vor dessen Entspannung in der mindestens einen Arbeitsmaschine (2) überträgt, mindestens eine Entspannungsvorrichtung (13) zur Entspannung und zumindest teilweisen Verflüssigung des verdichteten, durch Wärmeabfuhr gekühlten zweiten Gasteilstromes (B), und mindestens einen wärmeisolierten Behälter (14) zur Speicherung von mittels der mindestens einen Entspannungsvorrichtung (13) verflüssigtem Brenngas (Bf).
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Entspannungsvorrichtung (13) aus einem oder mehreren Entspannungsventilen gebildet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (3) mindestens zwei Verdichtungsstufen (3.1, 3.2) aufweist, wobei zwischen den Verdichtungsstufen (3.1, 3.2) mindestens ein der Kühlung des zweiten Gasteilstromes (B) dienender Wärmetauscher (8) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine (2) zur Entspannung des ersten Gasteilstromes (A) und der Verdichter (3) miteinander mechanisch gekoppelt sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine (2) zur Entspannung des ersten Gasteilstromes (A) und der Verdichter (3) durch eine gemeinsame Welle (4) miteinander mechanisch gekoppelt sind.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdichter (3) eine weitere Arbeitsmaschine (17) zur Teilentspannung des verdichteten, durch Wärmeabfuhr gekühlten zweiten Gasteilstromes (B) nachgeordnet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Arbeitsmaschine (17) den Verdichter (3), einen Generator (7) und/oder eine Maschine antreibt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Arbeitsmaschine (17), der Verdichter (3), der Generator (7) und/oder die Maschine miteinander mechanisch gekoppelt sind.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Arbeitsmaschine (17), der Verdichter (3), der Generator (7) und/oder die Maschine durch eine gemeinsame Welle (4) miteinander mechanisch gekoppelt sind.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch, gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdichter (3) und der weiteren Arbeitsmaschine (17) mindestens ein der Kühlung des zweiten Gasteilstromes (B) und/oder der Erwärmung des ersten Gasteilstromes (A) dienender Wärmetauscher (10) angeordnet ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Wärmetauscher (12) vorhanden ist, der Wärme, die durch die Verdichtung des zweiten Gasteilstromes (B) entsteht, auf den ersten Gasteilstrom (A) nach dessen Entspannung in der Arbeitsmaschine (2) überträgt.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsvorrichtung (13), mittels welcher der verdichtete, durch Wärmeabfuhr gekühlte zweite Gasteilstrom (B) teilweise verflüssigt wird, mit einer Kühlvorrichtung (15) versehen ist, in der nicht verflüssigtes Gas des entspannten zweiten Gasteilstromes (B) zur Kühlung von noch auf höherem Druckniveau befindlichen Brenngas des zweiten Gasteilstromes (B) genutzt wird.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (15) so ausgebildet ist, dass nicht verflüssigtes Brenngas des entspannten zweiten Gasteilstromes (B) im Gegenstrom zu noch auf höherem Druckniveau befindlichen Gas des zweiten Gasteilstromes (B) geführt wird.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (15) mit einer Rohrleitung (16), welche den entspannten ersten Gasteilstrom (A) leitet, verbunden ist, so dass nicht verflüssigtes Brenngas des entspannten zweiten Gasteilstromes (B) dem entspannten ersten Gasteilstrom (A) zugeführt wird.
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