DE2218307A1

DE2218307A1 - Verfahren zum kontinuierlichen Verdampfen und Überhitzen eines verflüssigten kryogenen Mediums

Info

Publication number: DE2218307A1
Application number: DE19722218307
Authority: DE
Inventors: Edwin M. El Reno OkIa. Arenson (V.St.A.)
Original assignee: Black, Sivalls & Bryson Inc., Kansas City, Mo. (V.St.A.)
Priority date: 1971-04-15
Filing date: 1972-04-15
Publication date: 1972-10-26
Also published as: IT951448B; CA948547A; DE2218307C3; FR2133683A1; FR2133683B1; GB1334977A; US3720057A; JPS5137629B1; DE2218307B2

Description

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KESSLERPLATZ | *-

BLACK, SIVALLS it BKYSüN, Inc., Kansas City, Missouri 64126, USA

Verfahren zum kontinuierlichen Verdampfen und Überhitzen eines verflüssigten kryogenen Mediums

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen eines strömenden verflüssigten kryogenen Mediums, bei dem der Hediumstrom in indirektem Wärmeaustausch mit den Abgasen einer Gasturbine geführt und verdampft wird und das verdampfte strömende Medium durch Wärmetauscherrohre in indirektem Wärmeaustausch mit der dem Gasturbineneinlaß zugeführten Luft strömt und diese dabei kühlt. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verdampfung von verflüssigtem Erdgas.

Es ist bekanntlich wirtschaftlich vorteilhaft, kryogene Medien, z.B. Erdgas, in flüssigem Zustand zu speichern und zu transportieren. Im allgemeinen werden derartige Medien unterkühlt und verflüssigt am Ort ihrer Herstellung und in flüssigem Zustand an den Ort der Verwendung befördert. Die verflüssigten Medien -werden dann wieder verdampft und auf bestimmte gewünschte Temperaturwerte am Anwendungsort überhitzt. Der Begriff "kryogenes Medium"

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bezeichnet im vorliegenden Fall solche Medien, die bei Temperaturen unterhalb etwa -IuU⁰C und bei Drücken hin« bis zu 70 ata in flüssigem Zustand vorliegen.

In den letzten Jahren hat der Bedarf an verflüssigtem Erdgas ale Brennstoffquelle an Orten, in denen Erdgas nicht zur Verfügung steht, mehr und mehr zugenommen. Es sind an solchen Orten zahlreiche Verfahren zum Verdampfen und überhitzen des flüssigen Erdgases entwickelt und eingesetzt worden. Diese machen jedoch die Anwendung von aufwendigen Heizanlagen erforderlich und verursachen relativ hohe Betriebskosten. Ein derartiges System verwendet z.B. Gasturbinenabgase zur Erhitzung der kryogenen Flüssigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Verfahren zum Verdampfen kryogener Medien wirtschaftlich zu verbessern. Diese Aufgabe wird, aufbauend auf dem eingangs erläuterten Verfahren, dadurch gelöst, daß das strömende verflüssigte kryogene Medium im Wärmeaustausch mit fließendem Wasser von Umgebungstemperatur geführt und dadurch erhitzt und verdampft wird, daß anschließend der Mediumstrom in zwei Teilströme aufgespalten wird, von denen der eine im Wärmeaustausch mit der dem Gasturbineneinlaß zugeführten Luft strömt und der andere durch Wärmeaustausch mit den Turbinenabgaeen auf eine bestimmte Temperatur überhitzt wird, und daß beide Teilatröme zu einem auf den erwünschten Wert überhitzten Dampfstrom wieder vereinigt werden.

Bas erfindungsgemäße Verfahren sieht also vor, daß der Strom des flüssigen kryogenen Mediums im Wärmeaustausch mit einem Waeserstrom von Umgebungstemperatur geführt wird,

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um dae Medium zu erhitzen und zu verdampfen. Anschließend wird der Mediumstrom in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen ein Teiletrom im Wärmeaustausch mit der der Gasturbine zuströmenden Frischluft geführt wird, während der andere Teilstrom von den Turbinenabgasen erhitzt wird. Auf diese Weise wird der zweite Teilstrom auf einen gegebenen Temperaturwert überhitzt. Anschließend werden beide Teiletröme wieder vereinigt, so daß dadurch ein Medium-Dampfstrom, auf den erwünschten Wert überhitzt, erzeugt wird.

Unter dem Ausdruck "Wasser von Umgebungstemperatur" ist solches Wasser zu verstehen, das in Form großer Flüssigkeitskörper, z.B. Meere, Seen und Flüsse, vorliegt und dessen Temperaturniveau annähernd der Atmosphärentemperatur entspricht.

Hit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, einen Strom verflüssigten kryogenen Mediums mit einer relativ einfachen und billigen Anlage kontinuierlich zu verdampfen und zu überhitzen, wobei die Betriebskosten im Vergleich zu den bisher eingesetzten Anlagen niedrig sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen.

Eb zeigt:

Fig. 1 schematisch ein Blockdiagraam einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

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Pig. 2 in größerem Maßstab eine Wärmetauecheranordnung der Anlage gemäß Fig. 1, und

Pig. 3 und 4 den Pig. 1 und 2 entsprechende Darstellungen einer zweiten Aueführungsform einer Anlage.

Gemäß der Darstellung in Pig. 1 wird ein Strom einee verflüssigten kryogenen Mediums aus einem Speichertank 12 durch eine Pumpe 14 über eine Leitung 16 in einen Wärmetauscher eingepumpt, der auß einer Anzahl offener Wassergestell-Wärmetauschern bestehen kann. Eine Leitung 20, deren eines Ende unterhalb des Spiegele einer Wasserquelle für Wasser mit Umgebungstemperatur liegt, ißt an eine Waseerpumpe 22 angeschlossen, die über eine Leitung 24 mit dem Waseereinlaß des Wärmetauschers 18 verbunden ist. Las durchströmende Wasser kehrt zur Wasserquelle durch eine Leitung 26 zurück.

Weiterhin iet eine Gasturbine 28 vorgesehen, die in großem Umfang heiße Abgase erzeugt, welche über eine Leitung 30 zu einen Wärmetauscher-32 geführt werden. Der erhitzte und verdampfte Strom des kryogenen Mediums, der aus dem Wärmetauscher 18 über eine Leitung 34 austritt, wird durch entsprechende Steuervorrichtungen 39 (Pig. 2) in zwei Teilßtröme aufgespalten. Der erste Teiletrom durchläuft eine Leitung 37, der zweite Teilstrom eine Leitung 35. Aus der Leitung 37 fließt der erste Teilbtrom durch Heizrohre, die in dem Wärmetauscher 32 angeordnet sind, so daß er durch die den Turbinenabgasen entnommene Wärme auf ein bestimmtes Temperaturniveau überhitzt wird. Das aus dem Wärmetauscher 32 austretende erhitzte kryogene Medium wird dann über eine Leitung 36 einer Anzahl von Rohren zugeführt, die in einem Wärmetauscher 38 angeordnet sind. Brennluft, die über eine

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Leitung 40 durch den Wärmetauecher 38 aus der Atmosphäre angesaugt und dann über eine Leitung 42 in die Gasturbine 28 eingeleitet wird, wird beim Umströmen dee Wärmetauschers 38 gekühlt, so daß dadurch die Ausgangeleistung der !Turbine 28 erhöht wird.

Der zweite Teilßtrom des verdampften kryogenen Mediums gelangt über die Leitung 35 zu Heizrohren, die innerhalb eines Wärmetauschers 46 angeordnet sind, der über eine Leitung an die den Wärmetauscher 32 verlassenden Abgase angeschlossen ist. Die Abgase werden dann über eine Führung 50 in die Atmosphäre entlassen. Der zweite Teilstrom des verdampften kryogenen Mediums verläßt den Wärmetauscher 46, nachdem er auf ein vorbeetimmtes Temperaturniveau überhitzt worden ist, durch eine Leitung 52, wonach er mit dem ersten Teilst rom, der aus dem Wärmetauscher 38 über eine Leitung 44 austritt, wieder vereinigt wird. Der resultierende Gesamtstrom gelangt dann aus der Anlage zu einer Verbraucher- oder Verteilerstelle durch die Leitung 52 und weist dabei den erwünschten Überhitzungswert auf. Ein Teil des verdampften und überhitzten kryogenen Mediums wird über eine Leitung 54 der Gasturbine 28,zugeleitet, in der es als Brennstoff verbrannt wird.

Die Pumpe für das verflüsaigte kryogene Medium sowie die Waseerpumpe 22 werden vorteilhafterweise durch die Ausgangsleistung der Gasturbine 28 angetrieben. Dies erfolgt entweder durch unmittelbare Verbindung der Abtriebswelle der Gasturbine 28 oder über einen Elektrogenerator 56, der elektrische Energie zur Betätigung der Pumpen erzeugt.

Wie eich im Einzelnen aus Pig. 2 ergibt, sind die steuer-

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vorrichtungen 39 in den Leitungen 35 und 37 angeordnet, eo daß eioh ein bestimmter Durchaatz an verdampftem kryogenen Medium in die Leitung 35 einleiten läßt, während der Rest die Leitung 37 durchströmt. Wenn der erste Teiletrom des verdampften kryogenen Mediums die Heizrohre 60 des Wärmetauschers 32 durchströmt, wird er durch die Turbinenabgase auf ein vorbeetimmtes Temperaturniveau erhitzt und tritt dann über eine Leitung 61 aus. Die Temperatur des den Wärmetauscher 32 verlassenden Mediums wird dadurch gesteuert, daß ein Teil des eintretenden Stromes über eine Bypass-Leitung umgeleitet wird, in der ein Steuerventil 64 liegt. Dieses wird durch eine Temperaturüberwachungeeinrichtung 65 betätigt, die die Mediumtemperatur in der Leitung 61 feststellt. Der vereinigte Strom wird dann über eine Leitung 66 einem ersten Rohrbündel 68 zugeführt, dae in dem Wärmetauscher angeordnet 1st. Die Temperatur des in das Rohrbündel 68 eintretenden erhitzten kryogenen Mediums wird auf einen Wert eingesteuert, so daß sich lediglich eine dünne Eisschicht an den Außenflächen der Rohre bildet, die den Zustrom von Brennluft zur Turbine über diese Rohre nicht behindert oder die effektive Wärmeaustauschfläche der Rohre verringert. Wenn beispielsweise verdampftes kryogenes Medium mit einer Temperatur von -18°C das Rohrbündel 68 durchströmt, so führt das zu einer anfänglichen Außenwandtemperatur unter 0 C. Als Ergebnis davon kondensiert in der über die Außenseite der Rohre etreichenden Luft enthaltener Wasserdampf und gefriert an den Außenflächen der Rohre. Die Eisschicht baut eich weiter auf und dementsprechend wird der Wärmeübergang von der Außenseite zur Innenseite der Rohre proportional verringert. Die Eisbildung erreicht Jedoch einen Gleichgewichtszustand, sobald die Eisschicht eine Diok· aufweist, daß das Eis an ihrer Außenseite eine Temperatur

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von O⁰C besitzt. Die weitere Eisbildung hört dann auf» Wenn man also das das Rohrbündel 68 durchströmende verdampfte kryogene Medium auf einer in der Nähe von 0⁰C liegenden Temperatur, z.B. auf -18⁰C, hält, dann bildet sich lediglich eine dünne Eisschicht, die den Zustrom von Luft über die Rohre nicht behindert oder die effektive Wärmeaustauschfläche merklich verringert. Würde man einen herkömmlichen Wärmetauscher anwenden und die Temperatur des durch die Rohre strömenden Mediums bei -18 C oder- höher halten, so würde zwangsläufig der Wärmeaustauscher sehr groß werden. Pur eine Luft-Einlaßtemperatur von 29⁰G und einer Reduktion dieser Temperatur auf den erwünschten il@rt von -1 C bis 5 C wäre bei Verwendung eines kryogenen Meäiime mit einer Temperatur von -18⁰C eine sehr große und teuere Wärmeaustausch-Anlage erforderlich.

In der dargestellten Konstruktion wird dieser Nachteil jedoch durch Verwendung von zwei oder mehreren Kohrbündeln vermieden, so daß die Luft stufenweise gekühlt wird. las von der Luft erhitzte Medium gelangt nach dem Durchlauf durch das erste Rohrbündel 68 in eine Sammelleitung 69, die das Rohrbündel 68 mit einem zweiten Rohrbündel 70 verbindet. Bevor es in das zweite Rohrbündel 70 eintritt, wird das Medium mit weiterem verflüssigtem kryogenen Medium vermischt, das in die Sammelleitung 69 über eine Leitung 72 eintritt, die an die Leitung 16 (Fig. 1) angeschlossen ist. Die Menge an einströmendem eingestrahltem kryogenen Medium wird durch ein Steuerventil 73 gesteuert, das von einer Temperaturüberwachungseinrichtung 75 in der Sammelleitung, stromabwärtB von der Verbindungsstelle mit der Leitung 72, betätigt wird. Das verflüssigte kryogene Medium wird ver-

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dampft, wenn ββ eich mit dem dampfförmigen kryogenen Medium vermischt, wobei der resultierende Gesamtstrom eine Temperatur von -18⁰C aufweist. Der vereinigte Gesamtetrom dee dampfförmigen Medium· gelangt in das Rohrbündel 70 und nimmt dort weitere Wärme von der in die Turbine eintretenden Brennluft auf»

Eine ähnliche Sammelleitung 71 fördert Medium zu einem dritten Rohrbündel 74, da* mit flüssigem kryogenen Medium aus der Leitung 72, durch das Ventil 77 und die Temperaturüber-WBohungseinrichtung 78 gesteuert, vermischt worden ist. Auf diese Weise wird die den Wärmetauscher 38 durchströmende Luft in aufeinanderfolgenden «Stufen gekühlt, so daß sich nur eine minmale Kismenge an der Außenseite der Rohre bildet, wobei die Temperatur auf einem in der Nähe von U⁰C liegenden Hiveau gehalten wird. Folglich kann eine relativ klein· Wärmeaustauschanlage eingesetzt werden.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Wärmeaustauscher 16 mit Wasser von Umgebungstemperatur dazu herangezogen, den Strom des kryogenen Mediums zu erhitzen und zu verdampfen, der anschließend dann noch durch Wärmeaustausch mit den Turbinenabgasen überhitzt wird. Ba ein großer Teil der Geaaatwärmezufuhr, die zur Verdampfung und überhitzung eines verflüssigten kryogenen Mediums benötigt wird, zur überhitzung des Medlumetromes auf einen angestrebten Temperaturwert dient, sind die Wärmebelastung des Wasser-Wärmetauschers, das erforderliche Wasservolumen und der Temperaturabfall im Wasser im Vergleich zu den bisher vorgeschlagenen Verfahren klein. Weiterhin kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Volumen des gebrauchten Wassers so gesteuert werden, daß man einen minimalen Temperatur-

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abfall, z.B. in der. Größenordnung von 1⁰C, erhält. Von größerer Bedeutung ist noch, daß im Bahnen dee erfindungsgemäßen Verfahren« die Anwendung einer Gasturbine eine Doppelfunktion erfüllt, da sie sowohl die Energie zum Antrieb der zahlreichen benötigten Pumpen sowie die Wärmeenergie zur Überhitzung des kryogenen Mediums liefert. Das führt zu einer beträchtlichen Verringerung der Betriebskosten.

Eine weitere Anlage ist in den Pig. 3 und 4 gezeigt. Ein Strom eines verflüssigten kryogenen Mediums wird aus einem Speichertank 92 oder einer sonstigen Vorratsquelle mittels einer Pumpe 94 in eine Leitung 96 eingepumpt, in der er in einen ersten und einen zweiten leilstrom durch nicht dargestellte Steuervorrichtungen aufgespalten wird. Der erste Teilstrom des verflüssigten kryogenen Mediums gelangt über eine Leitung 98 in einen Flüssig-Wärmetauscher 102, in welchem er erhitzt und durch Wasser von Umgebungstemperatur verdampft wird. Das Wasser wird durch eine oder mehrer· Pumpen 106 Über Leitungen 104, 108 eingepumpt und verläßt den Wärmetauscher über eine Leitung 110.

Wie auch bei der vorher erläuterten Anlage ist eine Gasturbine 112 vorgesehen, deren große Mengen an heißen Abgasen über eine Rohrleitung 114 au einem Wärmetauscher 116 geführt werden, bevor sie über eine Auelaßleitung 124 in die Atmosphäre freigegeben werden.

Das Medium, das den Wärmetauscher 1ü2 verläßt, gelangt über eine Leitung 118 zu einem Paar von Leitungen 120, 122, durch die es durch eine steuervorrichtung 142 (Pig. 4) in einen größeren und einen kleineren Teilstrom unterteilt wird. Der größere Teilstrom gelangt in die Leitung 120; der klel-

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nere Teilstrom durchströmt die Leitung 122. Der größere Teilet rom wird anschließend in dem Wärmetauscher 116 auf eine vorbeatimmt« Temperatur überhitzt.

Über eine Luftführung 128 und einen Wärmetauscher 126 wird Brennluft in die Turbine 112 eingesaugt, die in dem Wärmetauscher 126 duroh den kleineren Teiletrom des kryogenen Mediums aus der Leitung 122 gekühlt wird. Die gekühlte Brennluft tritt über eine Führung 130 in die Gasturbine 112 ein. Hach dem Austreten aus de« Wärmetauscher 126 ge» langt der kleinere Teilstrom in eine Leitung 132, bevor er mit dem überhitzten größeren Teilatrom, der über eine Leitung 134 den Wärmetauscher 116 verläßt, vermischt wird. Der vereinigte Gesamtstrom fließt dann durch eine Leitung 136 in eine Kontaktvorrichtung 138.

Der zweite Teiletrom des verflüssigten kryogenen Mediums wird direkt über eine Leitung 100 der Kontaktvorrichtung 138 zugeführt und dort mit dem verdampften und überhitzten kryogenen Medium vermischt und vereinigt, das über die Leitung 136 zu dieser Kontaktvorrichtung 138 gelangt. Von dem dampfförmigen kryogenen Medium wird an das noch flüssige kryogene Medium innerhalb der Kontaktvorrichtung 138 Wärme übertragen, so daß das noch flüssige kryogene Medium ebenfalls verdampft und erhitzt wird. Die Temperatur des daraus resultierenden Gesamtstromes, der die Kontaktvorrichtung 138 über eine Auelaßleitung UO verläßt, liegt auf einem Wert unterhalb der Temperatur in der Leitung 136. Duroh Steuerung der Durchsatcmengen des ersten und zweiten Teilstromes mittels der Steuervorrichtung 142 läßt sioh jedoch die Temperatur des überhitzten kryogenen Mediums so ein-

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regeln» daß nach der Vereinigung mit dem noch flüssigen kryogenen Medium in der Kontaktvorrichtung 138 ein Geuamtstrom mit dem gewünschten ÜberhitzungBniveau erhalten wird.

Wie im Einzelnen aus Fig. 4 hervorgeht, gelangt der kleinere Teilström des verdampften kryogenen Mediums über die Leitung 122 zu einem ersten Heierohrbtindel 144« daß in dem Wärmetauscher 126 für die Brennluft angeordnet ist. Wie in der zuvor erläuterten Konstruktion let das Rohrbündel 144 mit einem zweiten Rohrbündel 146 über eine Sammelleitung 148 verbunden und auch das zweite Rohrbündel 146 steht wieder mit einem dritten Rohrbündel 150 über eine Sammelleitung 152 in Verbindung. Beetimmte Mengen an flüssigem kryogenen Medium werden in die Sammelleitungen 148 und 152 mittels Leitungen 154 und 156 eingestrahlt, die an eine Leitung 158 angeschlossen sind. Diese Leitung 153 steht mit der Leitung 96 (Pig. 3) in Verbindung*

Die Temperaturüberwachungeeinrichtungen 160 und 162 arbeiten in gleicher Weise wie vorstehend erläutert, um die Temperatur des dampfförmigen kryogenen Mediums, welches die Rohrbündel 144» 146 und 150 durchströmt, so zu steuern, daß di« den Wärmetauscher 126 passierende Brennluft gekühlt wird und dabei nur minimale Eismengen auf den Heizrohren sich bilden· Der erste Teiletrom des dampfförmigen kryogenen Mediums verläßt den Wärmetauscher 126 über eine Leitung 132, wie schon im vorstehenden Zusammenhang erläutert.

Eine an die Leitung 136 angeschlossene Leitung 166 führt einen TsIl des vereinigten verdampften und überhitzten kryogenen Mediumstromes als Brennstoff zur Turbine 112, deren Ausgangsleistung zum Antrieb eines Elektrogenerators

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verwendet wird, der die Energie für die Pumpen 94 und 1ü6 liefert.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere deehalb vorteilhaft, weil es ein Maximum an Flexibilität im Betrieb gewährleistet. Beim Betrieb der Anlage bleiben Volumen und Temperatur der Abgase, die von der Turbine 112 erzeugt v/erden, konstant und folglich 3teigt die Temperatur des den Wärmetauscher 116 verlassenden Mediumstromes bei einer Verringerung der Durchsatzmenge an verdampftem kryogenen !.led ium durch die Anlage. Auf diese V/eise bleibt die Wärmemenge in dem verdampften und überhitzten kryogenen Medium, das in die Kontaktvorrichtung 136 über die Leitung 136 einströmt, relativ konstant, selbst wenn das Stromvolumen abnimmt. Als Ergebnis davon kann die Menge an flüssigem kryogenen Medium, das in die Kontaktvorrichtung 138 über die Leitung 100 injiziert wird, angehoben werden. Das bedeutet, daß trotz eines möglichen Absinkens des Temperaturniveaus des Wassers im Winter und der daraus resultierenden Notwendigkeit, den ersten Teilstrom an verflüssigtem kryogenen Medium, das die Anlage durchläuft, zu verringern, um das Temperaturgefälle in dem Wasser auf einem Minimum zu halten, der zweite Teilßtrom des verflüssigten kryogenen Mediums erhöht werden kann, so daß Volumen und Temperatur des resultierenden Gesamtstromes aus der Kontaktvorrichtung 138 weitgehend die gleichen Vierte behalten, die vor Abfall der Wassertemperatur vorlagen. Durch die vorliegende Erfindung werden daher Temperature enkungen des Wassers automatisch kompensiert und das Gesamtvolumen des vom flüssigen in den dampfförmigen und überhitzten Zuetand überführten kryogenen Mediums verbleibt relativ konstant.

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Beispiel 1

Ein Strom verflüssigten Erdgases (LIiG) mit einer Durchsatz-Eienge von 780 000 kg je Stunde wird durch die Anlage gemäß den Fig. 1 und 2 verdampft und überhitzt. Der Erdgasstrom hat eine Temperatur von -162°C, der Ausgangodruck der Pumpe 14 "beträgt 70,3 atü. Ein Wasserstrom mit einer Temperatur von 21⁰C und einer Durchsatzmenge von 2 160 000 litern je Minute wird durch die Pumpe 22 durch den Wärmetauscher 18 gepumpt. Eine Geeamtleißtung von 13 820 kV/ ist erforderlich, um den Waseerstrom umzuwälzen; 4 460 kV/ werden als Pumpleistung für das Erdgas benötigt. Bei einem Temperaturgefälle von 1,1⁰C im Wasser werden 121 500 000 kcal/h aus dem Wasser in den flüssigen Erdgasstrom übertragen, der den Wärmetauscher 18 durchströmt. Dadurch wird das flüssige Erdgas verdampft und auf eine Temperatur von -45»5°C erhitzt. Der dampfförmige Erdgasstrom mit einer Temperatur von ~45»5°C wird über die Leitung 34 den Leitungen 35 und 37 zugeführt. Ein erster Teilstrom des dampfförmigen Erdgases (133 500 kg/h) gelangt über die Leitung 37 zum Wärmetauscher 32. Ein Abgasstrom mit einer Durchsatzmenge von 354 000 kg/h mit einer Temperatur von 510 C gelangt von der Gasturbine 28 über die Leitung 30 zum Wärmetauscher 32. Bei der Durchströmung dee Wärmetauschers 32 werden an den dampfförmigen Erdgasstrom 2 276 000 kcal/h von den Turbinenabgasen übertragen, durch die der Erdgasstrom auf eine Temperatur von -23,3°C erhitzt wird. Der erhitzte Erdgasstrom wird dann über die Leitung 36 dem Wärmetauscher 38 zugeführt. Brennluft mit einer Temperatur von 26,6 C (zu 5ü$ mit Wasser gesättigt) und einem Durchsatz von 418 OuO kg/h strömt über die Leitung 40 durch den Wärmetauscher 38 und die Leitung 42 in die Gasturbine Beim Passieren des Wärmetauschers 38 werden von der Luft an

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den ilrdgasstrom 5 062 000 kcal/h Y/ärne übertragen, wodurch die Luft auf eine Temperatur von 4,4 C abgekühlt wird. 16 120 kg/h an verflüssigtem Erdgas werden mit dem Erdgae-Btrom bei dessen Durchlauf durch den Wärmetauscher 38 vereinigt, so daß ein Gesaratstrom an Erdgas von 147 000 kg/h den Y/ärmetauscher 38 mit einer Temperatur von -2O⁰C verläßt.

Der zweite Teilstrom des verdampften Erdgases aus dem Wasser-Wärmetauscher 18 (646 500 kg/h) gelangt über die Leitung zum Wärmetauscher 46. Die Turbinenabgase werden aus dem Wärmetauscher 32 über die Leitung 48 zum Wärmetauscher 46 geleitet, Aus diesen Abgasen werden an zusätzlicher Wärice 31 200 000 kcal/h an den Erdgasstrom übertragen, der den Wärmetauscher 46 durchströmt, so daß der Erdgasstrom auf eine Temperatur von 14,9 C überhitzt wird. Die verbrauchten Turbinenabgase gelangen mit einer Temperatur von angenähert 15ö°C über die Auslaßleitung 50 in die Atmosphäre.

Der erste Teilstrom des Erdgases mit einer Temperatur von -2O⁰C wird mit dem zweiten Erdgasteilütron von einer Temperatur von 14,9°C vereinigt, woraus eich ein Geaamtstrom von 26,1 Millionen mVTag mix einer Temperatur von 15,5°C ergibt. Sin Anteil von 5 450 kg/h des überhitzten Erdgasstromes wird über die Leitung 54 zur Gasturbine 28 geleitet und dort als Brennstoff verbrannt. Die Gasturbine 28 entwickelt eine Ausgangsleistung von 18 750 kV,', die zum /axtrieb dee Generators 56 verwendet wird. Dieser Erzeugt 18 500 kV/ elektrische Leistung, nie zum Antrieb der illektromotore der Pumpen 14 und 22 ausreicht.

Ee zeigt sich somit, daß das erfindun^sgenaße Verfahren in einer Anlage auegeführt werden kann, in der V/asBer mit Umge

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bungetemperatur verwendet wird, wobei ein minimaler Temperaturabfall darin auftritt. Außerdem wird die zum Antrieb der verschiedenen Pumpen benötigte Energie in der Anlage innerhalb des Systems selbst erzeugt.

Beispiel 2

Ein Strom an flüssigem Erdgas mit einer Durchsatzmenge von 780 000 kg/h wird in der Anlage gemäß den Fig. 3 und verdampft und überhitzt. Der flüssige Erdgaestrom besitzt eine Temperatur von -162 C; der Förderdruck der Pumpe 94 beträgt 70,3 atü. Eine Gesamtleistung von 4 460 kW wird zur Förderung des flüssigen Erdgases benötigt.

Ein erster Teilstrom von 680 000 kg/h des flüssigen Eragases wird über die Leitung 98 zu dem Wärmetauscher 102 mit Wasser von Umgebungstemperatur geleitet. Durch diesen Wärmetauscher wird Wasser mit einem Durchsatz von 2 160 000 Litern je Minute mit einer Temperatur von 21°C durch die Pumpe 106 umgewälzt. Eine Gesamtleistung von 13 820 kV/ wird als Pumpleistung für das v/asser benötigt. Bei einem Tempera tür gefalle von 1,1⁰C im Wasser werden 121 500 000 kcal/h von dem Waeser an das den Wärmetauscher 102 durchströmende flüssige Erdgas übertragen, was zur Verdampfung und Erhitzung des flüssigen Erdgases auf eine Temperatur von -18°C führt. Das verdampfte Erdgas mit einer Temperatur von -18 C wird über die Leitung 118 aen Zweigleitungen 120 und 122 zugeführt. Der kleinere Teilstrom des verdampften Erdgases (133 500 kg/h) wird über die Leitung 122 dem Wärmetauscher 126 zugeführt. Über die Leitung 128 strömt Brennluft mit einer Temperatur von 26,6°C (zu 50#> mit Wasser gesättigt)

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und mit einem Durchsatz von 418 ÜOO kg/h durch den WärmetauBCher 126 und durch die Führung 130 in die Gasturbine 112 ein. Beim Durchströmen des Wärmetauschers 126 werden von der Brennluft an den Erdgasetrom 3 062 000 kcal/h Wärme übertragen, wodurch die Luft auf eine Temperatur von 4,4⁰C abgekühlt wird. 16 120 kg/h an flüeaigem Erdgas werden mit dem Gasstrom beim Durchströmen des Wännetausohere 126 vereinigt, so daß ein Geeamtstrom von 147 000 kg/h an Erdgae den Wärmetauscher 126 mit einer Temperatur von -14,4°C verläßt.

Der größere Teilstrom dee verdampften Erdgases aus dem Wasser« Wärmetauscher 102 (546 500 kg/h) gelangt über die Leitung zu dem Wärmetauscher 116. Ein Abgasetrom aus der Turbine mit einer Temperatur von 510⁰C und einem Durchsatz von 354 000 kg/h wird von der Gasturbine 112 über die Leitung 114 dem Wärmetauscher 116 zugeleitet. Beim Durchströmen des Wärmetausohers 116 werden dem größeren Teilstrom des verdampften Erdgases von den Turbinenabgasen 33 450 000 kcal/h Wärme übertragen, wodurch dieser Teiletrom auf eine Temperatur von 75,5°C überhitzt wird. Die verbrauchten Turbinenabgase gelangen mit einer Temperatur von etwa 15O⁰C über die Auslaßleitung 124 in die Atmosphäre.

Der kleinere Teilstrom des Erdgases mit einer Temperatur von -14,4°C wird mit dem größeren Teilstrom dee Erdgases mit einer Temperatur von 75,5°C vereinigt, woraus ein Gesamt-Erdgaestrom von 23 Millionen m /Tag mit einer Temperatur von 57ι2⁰C resultiert. Ein Anteil von 5 450 kg/h des Gesamtstromee wird über die Leitung 166 der Gasturbine 112 zugeführt und darin als Brennstoff verbrannt. Der verblei-

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bend· Gesamtstrom ait einer Temperatur von 57» 2⁰C wird Über die Leitung 136 den Kontaktgefäß 138 zugeführt«

Der aweite Teiletrom des flüssigen Erdgase» (ING) nit einer Temperatur von -162⁰C wird in die Kontaktvorrichtung 138 über die Leitung 100 eingestrahlt. Der flüssige Srdgasstrom wird verdampft und durch Wärmeaustausch mit de» 57»2⁰C warmen Erdgasstrom in der Kontaktvorrichtung 138 erhitzt. Ee ergibt sioh ein Gesamt-Erdgasatrom von 26»1 Millionen mVTa mit einer Temperatur von 15»5°C

Die Gasturbine 112 entwickelt eine Ausgangsleistung von angenähert 18 750 kW, die zum Antrieb der Pumpen 94 und 106 verwendet wird.

Für den Fall, daß das Umgebungswasser, das in der Anlage gemäß den Pig. 3 und 4 verwendet wird, von der Temperatur von 21⁰C auf eine Temperatur von 1O⁰C abfällt und das Temperaturgefälle im Wasser bei 1,1⁰C beibehalten werden soll, muß der erste Teiletrom des flüssigen Erdgases (LHG), der über die Leitung 98 dem Wärmetauscher 102 zugeführt wird» um angenähert 13# reduziert werden« Der zweite Teiletrom des flüssigen Erdgases (LHG), der in die Kontaktvorrichtung 138 eingestrahlt wird, kann jedoch um einen faktor von 5% angehoben werden, da der Wärmeinhalt des in die Kontaktvorrichtung 138 über die Leitung 136 einströmenden überhitzten Erdgases relativ konstant bleibt. Daraus resultiert ein Gesamt-AbstroH von verdampftem und überhitztes Erdgas aus der Anlage von nur 8# weniger gegenüber dem Abstrom zu Zeiten, wo die Wassertemperatur 21⁰C beträgt. Ee zeigt sich also, daß bei geringes

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Umgebungswaseer, d.h. von 2,5 bis 5,5°C, der Abetro« an Terdaapften und überhitztem Erdgas aus der Anlage relativ konstant gehalten werden kann.

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Claims

Patentansprüche

f1,)Verfahren zum Verdampfen eines etrömenden verflüssigten \-s kryogenen liediume, bei dem der Mediumstrom in indirektem Wärmeaustausch mit den Abgaeen einer Gasturbine geführt und verdampft wird und das verdampfte strömende Medium durch Wärmetauscherrohre in indirektem Wärmeaustausch mit der dem Gasturbineneinlaß zugeführten Luft strömt und diese dabei kühlt, dadurch gekennzeichnet» daß das strömende verflüssigte kryogene Medium (16, 96) im Wärmeaustausch mit fließendem Wasser (24, 108) von Umgebungstemperatur geführt und dadurch erhitzt und verdampft wird, daß anschließend der Mediumstrom (16, 96) in zwei Teilströme aufgespalten wird, von denen der eine (56, 122) im Wärmeaustausch mit der den Gasturbineneinlaß zugeführten Luft (40, 128) sti'ömt und der andere (35» 120) durch Wärmeaustausch mit den furbinenabgasen auf eine bestimmte Temperatur überhitzt wird, und daß beide Teilströme zu einem auf den erwünschten Wert überhitzten Dampfetrom (52, 136) wieder vereinigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (96) an verflüssigtem kryogenen Medium in einen ersten Anteil (98) und einen zweiten Anteil (100) unterteilt wird und der erste Anteil (98) der Teil ist, der im Wärmeaustausch mit dem fließendem Wasser von Umgebungstemperatur geführt wird, und daß der zweite Anteil mit de« vereinigten ersten und zweiten Teilströmen (136) wieder zusammengeführt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilstrom (36, 122) kleiner ist ale der zweite Teilstrom (35, 120).
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bie

3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilstrom durch die Turbinenabgase (bei 32, 11b) auf eine vorbestimmte Temperatur nur einige Grad unter Null ⁰C überhitzt wird, anschließend durch ein erstes Wärmetauscherbündel (68, 144) zum Zwecke der Kühlung der einströmenden Brennluft der Gasturbine und gleichzeitigen Erhitzung des Teiletromes geleitet wird, und daß dann der erste Teilstrom mit flüssigem kryogenen Medium (b6, 122) vereinigt wird, so daß der vereinigte Gesamtistrom annähernd die vorbeßtimmte Temperatur annimmt und anschließend durch weitere Wärmetauscherbündel (70, 146) zum Zwecke der Kühlung der Brennluft geführt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Gasturbine erzeugte Aubgangsleistung ale Pumpleistung mindestens während eines Teils des Verfahrens verwendet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Gasturbine erzeugte Ausgangsleistung zur Pumpförderung des Wassers mit Umgebungstemperatur verwendet wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß daa verflüssigte kryogen«

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Medium verflüssigtes Erdgas ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil dee im Verfahren überhitzten Erdgases als Brennstoff für die Gasturbine verbrannt wird.

9> Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß da» Wasser mit Umgebungstemperatur Seewaseer ist.

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