DE2260516A1

DE2260516A1 - Verfahren zur kompensation der kaelteverluste beim speichern von verfluessigten tiefsiedenden gasgemischen

Info

Publication number: DE2260516A1
Application number: DE2260516A
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl Ing Etzbach; Karlheinz Dr Mueller
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1972-12-11
Filing date: 1972-12-11
Publication date: 1974-06-12
Also published as: US3918265A

Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

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II.I2.I972

Verfahren zur Kompensation der Kälteverluste beim Speichern von verflüssigten tiefsiedenden Gasgemischen - -

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der durch äußeren Wärmeeinfall hervorgerufenen Kälteverluste beim Spei«* ehern von verflüssigten, tiefsiedenden Gasgemischen, Vorzugs-' weise von Gemischen mit weit auseinanderliegenden Siedepunkten der Einzelkomponenten. ■ '

Zur Kompensation der VerdampfungsVerluste beim Transport von verflüssigten Gasen ist bereits ein Verfahren zur , Rückkondensat ion von Gasen, die aus einer Vielzahl von ver-< flüssigte Gase enthaltenden Speicherbehältern verdampfen, be·* kannt geworden (OT-AS 1 O86 255). Gemäß diesem Verfahren wird

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das verdampfte Gas aus Jedem der Speioherhälter jeweils in einem geschlossenen Kreislauf durch ein Flüssigkeitsbad geführt, dessen Temperatur unter dem Siedepunkt, jedoch Über dem Erstarrungspunkt der verflüssigten Gase liegt, hierdurch erneut verflüssigt und Jeweils in dem gleichen Tank zurückgeführt.

Zur Kompensation der Kälteverluste gespeicherter flüssiger Gasgemische 1st dieses bekannte Verfahren jedoch mit einem erheblichen Energieauwand verbunden, der sich daraus ergibt, daß im Gleichgewicht die Dampfphase über dem Flüssigkeitsbad innerhalb der Speicherbehälter viel stärker mit tiefsiedenden Komponenten angereichert ist, als die Flüssigkeit selbst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energiesparendes und konstruktiv einfaches Verfahren zur Kompensation der Kälteverluste beim Speichern von tiefsiedenden verflüssigten Oasgemischen in mindestens einem Speicherbehälter zu entwickeln.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß aus dem Speicherbehälter verflüssigtes Gasgemisch abgezogen, im Wärmeaustausch ■it einem Hilfskälteträger unterkühlt und daraufhin in den Speicherbehälter zurückgeführt wird.

Der wesentlichste Erfindungsgedanke liegt also darin, zur Kompensation der Kälteverluste nicht die entstehende, rela- - tlv stark mit tiefsiedenden Komponenten angereicherte Dampfphase, j deren RUckverflUssigung energetisch ungünstig ist, permanent zu

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kondensieren« sondern das gespeicherte flüssige Gasgemisch permanent auf eine Temperatur zu kühlen« bei der überhaupt -keine Verdampfung des gespeicherten Gasgemisches stattfindet.

Dies wird durch die permanente Unterkühlung eines Teiles des gespeicherten flüssigen Gasgemisches auf einfache Weise erreicht, wobei der Energieaufwand zur Unterkühlung einer bestimmten Menge flüssigen Gasgemisches geringer ist, als zur Rüokkondensation der durch Kälteverluste entstandenen Dampfphase des Gasgemisches, die viel stärker mit tiefersiedenden Komponenten angereichert ist als die Flüssigkeit selbst und deren Siedepunkt daher wesentlich niedriger liegt,als der Siedepunkt der im. Gleichgewicht mit der Dampfphase stehenden Flüssigkeit. Zur Unterkühlung des in der flüssigen Phase vorliegenden Gemisches ist also eine erheblich kleinere Temperaturdifferenz zu Uberbrüokeh, als zur Rückkondensation des in der Dampfphase vorliegenden Gemisches.

Besonders vorteilhaft eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Kompensation der Kälteverluste von gespeicherten flüssigen Gemischen, bei denen die Siedepunkte der Einzelkomponenten weit ausanderllegen, da bei diesen die Temperaturdifferenz zwischen Siedepunkt der Flüssigkeit, und Siedepunkt der im Gleichgewicht zu der Flüssigkeit stehenden Dampfphase besonders groß ist. So liegt z.B. der Siedepunkt eines unter einem Druck von oa. 1 ata gespeicherten flüssigen Erdgases, das

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sich aus oa. 99 Mol-# Methan und 1 Mol-# Stickstoff zusammensetzt, bei etwa 107 K. Die In Gleichgewicht zu dom flüssigen Erdgas stehende Dampfphase besteht aus oa. 80 Mol-# Methan und ca. 20 Mol-# Stickstoff alt einem Siedepunkt, der bei ca. 86 K liegt.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß die AbkUhlkurve des flüssigen Gasgemisches viel besser an die Anwärmkurve des HlIfskälteträgers angepaßt werden kann, als dies bei den entsprechenden Kurven des Dampfgemisches und des Hilfskälteträgers der Fall ist. Der zur Kompensation der Kälteverluste erforderliche Wärmeaustausch kann also gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei kleineren Temperaturdlfferenzen durchgeführt werden, was energetisch besonders günstig ist.

Für den Fall, daß ein verflüssigtes stickstoffhaltiges Erdgas gespeichert wird, eignet sich besondere vorteilhaft als HiIfskälteträger Stickstoff, der z.B. in einen geschlossenen Kältekreis nach Georges Claude oder in jedem anderen bekannten Kältekreis gekühlt werden kann.

Für den Fall, daß das flüssige Gasgemisch in mehreren Speicherbehältern gespeichert wird, z.B. in einem Tankschiff mit einer Vielzahl von Einzelbehältern, besteht eine konstruktiv besonders einfache Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, die Dampfräume der einzelnen Behälter miteinander zu verbinden und nur aus einem Behälter flüssiges Gasgemisch abzuziehen,

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im Wärmeaustausch mit dem Hilfskälteträger zu unterkühlen und das unterkühlte Gasgemisch auf die einzelnen Speicherbehälter zu verteilen, derart, daß die in die Speicherbehälter zurückgeführten Mengen an unterkühltem Gasgemisch gerade ausreichen, um die diesen zugrundeliegenden Kälteverluste zu kompensieren. Das hierbei verdampfende Gasgemisch wird über die Verbindungsleitungen, die die Dampfräume der Speicherbehälter miteinander verbinden, in den Speicherbehälter,* aus dem das flüssige Gasgemisch abgezogen wird, zurückgeführt und dort erneut kondensiert, in dem es die hierzu erforderliche Kälte dem unterkühlten Gasgemisch, das in einer größeren: Menge in diesen Speicherbehälter zurückgeführt wird, entzieht.Die Vorteile dieser Verfahrensvariante liegen darin, daß nur ein einziger Wärmeaustauscher zur Unterkühlung des flüssigen Gasgemisches und nur eine einzige Pumpe zu dessen Förderung aus dem Speicherbehälter zu dem Wärmeaustauscher und von diesem zu den einzelnen Speicherbehältern be· nötigt wird. Eine bei voller Beladung mögliche Anreicherung der tiefersiedenden Komponente in der PlUssigphase des.Speioherbehälters, in dem sich die Pumpe befindet, ist in der Hehrzahl der Fälle nicht störend.

Darltber hinaus ergibt sich der große Vorteil, daß nach dem Entleeren der Speicherbehälter zur Vermeidung einer Erwärmung durch'äußeren Wärmeeinfall nicht wie bisher üblich in Jedem Speicherböi älter, sondern nur in dem eilen, aus dem das

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flüssige Gasgemisch zur Unterkühlung abgezogen wird, eine gewisse FlUssigkeitsmenge zurückgehalten zu werden braucht, während alle anderen Behälter vollständig geleert v/erden können. Dies ist besonders für ein Tankschiff von Bedeutung, da nunmehr auf der Rückfahrt des Schiffes vom Verbraucher, dem das flüssige Gasgemisch abgegeben wird, zum Erzeuger, wo das Schiff erneut beladen wird, eine geringere Menge flüssiges Gasgemisch in den Speicherbehältern zurückbehalten werden kann, so daß Insgesamt der Nutzraum des Schiffes besser ausgenutzt wird.

tyach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorteilhaft, den Wärmeaustausch des flüssigen Gasgemisches mit dem Hilfskälteträger in wechselbaren Wärmeaustauschern durchzuführen, so daß durch bei diesem Wärmeaustausch gegebenenfalls ausfrierende Feststoffe, bei der Speicherung von flüssigem Erdgas können dies gefrorene höhersiedende Kohlenwasserstoffe oder festes COp sein, eine Verstopfung des entsprechenden Wärmeaustauscherquerschnitts durch rechtzeitiges Umschalten auf einen anderen Querschnitt vermieden werden kann.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Zeichnung schematisch dargestellten AusfUhrungsbe1spiel zu entnehmen.

Die Zeichnung zeigt den Nutzraum eines Tankschiffes für verflüssigtes stickstoffhaltiges Erdgas, der aus einem ersten 1 und einem zweiten 2 Speicherbehälter besteht. Das Tank-

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schiff befindet sich auf der Fahrt vorn Erzeuser zum Verbraucher, d.h. beide Behälter sind fast vollständig mit flüssigem Erdgas gefüllt. Innerhalb des ersten Speicherbehälters 1 ist eine Pumpe 3 angeordnet, die flüssiges Erdgas aus diesem Speicherbehälter 1 durch das bei dieser Schaltung geöffnete Ventil 4a und dem Querschnitt 5& des Wärmeaustauschers 6a fördert. Im Wärmeaustauscher 6a wird das flüssige Erdgas im Wärmeaustausch mit tiefkaltem Stickstoff, der den Wärmeaustauscher 6a im Querschnitt 7a durchströmt und der innerhalb eines hier nicht dargestellten geschlossenen Kältekreises nach Georges Claude gekühlt wurde, unterkühlt und über die Ventile.10 und 11 in die Speicherbehälter 2 und 1 zurückgeführt. Das Ventil 10 ist so eingestellt, daß die durch dieses Ventil strömende unterkühlte Erdgasmenge gerade ausreicht, um die durch die von außen einfallende Wärmemenge Q₂ hervorgerufenen Kalteverluste zu -kompensieren. Demgegenüber ermöglicht es die Einstellung des Ventils 11 eine etwas größere Menge an unterkühltem Erdgas in den Speicherbehälter 1 zu fördern, so daß die Möglichkeit besteht, einerseits die Kälteverluste Q. zu kompensieren und andererseits die über die Leitung 12 vom zweiten 2 in den ersten 1 Speicherbehälter strömende, durch die Kompensation der Kälteverluste Q₂ verdampfte Erdgasmenge erneut zu kondensieren.

Zur Entfernung möglicher, durch ausfrierendes CO oder ausfrierende höhersiedende Kohlenwasserstoffe hervorgerufener Verstopfungen mittels warmer Spülung ist ein zweiten Wärmeaus«

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tauscher 6b mit einem entsprechenden Ventil 4b und entsprechenden Querschnitten 5b und fb vorgesehen, auf den während der Spülung des ersten Wärmeaustauschers umgeschaltet werden kann. Den Wärmeaustauschern 6a und 6b nachgeschaltete Filter Ij5a und IJb verhindern das Vordringen von aus den Querschnitten 5 oder 5h mitgerissenen Peststoffen in die Speicherbehälter.

FUr den Fall« daß sich das Tankschiff nicht, wie hier dargestellt auf der Fahrt vom Erzeuger zum Verbraucher, sondern auf der Rückfahrt vom Verbraucher zum Erzeuger befindet, genügt es zur Deckung der Kälteverluste, lediglich im ersten Speicherbehälter 1 eine kleine Menge an flüssigem Erdgas zurückzulassen, während der zweite Speicherbehälter 2 vollständig geleert werden kann. Die durch das Ventil 10 in den zweiten Speicherbehälter geförderte, unterkühlte Erdgasmenge ist so dosiert, dafl sie unter vollständiger Verdampfung die Kälteverluste Q₂ gerade ausgleicht. Nach ihrer Verdampfung strömt diese Menge dann In den ersten Speicherbehälter 1 zurück und wird dort durch Wärmeaustausch mit unterkühlten» Erdgas zurUokkondensiert.

3 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen

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bad ommw*

Claims

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(H 717) -9 - H7E/62

Xä/bd" 11.12.1972

Patentansprüche

J Verfahren zur Kompensation der durch äußeren Wärmeeinfall hervorgerufenen Kälteverluste beim Speichern von verflüssigten, tiefsiedenden Gasgemischen, vorzugsweise von Gemischen mit weit auseinanderliegenden Siedepunkten der Einzelkomponenten,in mindestens einem Speicherbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Speicherbehälter verflüssigtes Oasgemisch abgezogen, im Wärmeaustausch mit einem HiIfskälteträger unterkühlt und daraufhin in den Speicherbehälter zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit mehreren Speicherbehältern, dadurch gekennzeichnet, daß nur aus einem der Speicherbehälter, deren Dampfräume miteinander verbunden sind, verflüssigtes Gasgemisch abgezogen, im Wärmeaustausch mit dem HiIfskälteträger unterkühlt und in die einzelnen Speicherbehälter zurückgeführt wird und daß in den Speicherbehälter, aus dem das verflüssigte Gasgemisch abgezogen wird, ein größerer Teil unterkühltes Gasgemisch zurückgeführt wird, als In Jeden übrigen Speicherbehälter.

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3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn· zeichnet« daß der Wärmeaustausch zwischen verflüssigtem Gasgemisch und dem HiIfskälteträger in wechselbaren Wärmeaustauschern durchgeführt wird.

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