DE2912321C2 - Vorrichtung zum Verdampfen verflüssigten Erdgases - Google Patents

Vorrichtung zum Verdampfen verflüssigten Erdgases

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Description

dieser Beschreibung sind sämtlich als Manometerdruck ausgedrückt
Der untere Teil des Wärmetauschers, wo der flüssige Kältemittelanteil vorliegt, ist mit Leitungen für als Heizquelle dienendes Meerwasser oder warmes Abwasser versehen. Der untere Flüssigkältemitf elteil wird mit dem durch die Leitungen strömenden Wasser indirekt erhitzt, und das verdampfte Kältemittel strömt in den oberen DampfteiL Andererseits wird der obere Dampfkältemittelteil zum Erhitzen verflüssigten Erdgases durch Wärmeaustausch verwendet, woraufhin der Dampf kondensiert Das kondensierte Kältemittel kehrt in den unteren Flüssigkeitsteil zurück. In dieser V/eise durchläuft das Kältemittel wiederholt Verdampfung und Kondensation.
Da der untere Flüssigkältemittelteil im Wärmetauscher eine sehr niedrige Temperatur hat, ergibt sich die Möglichkeit, daß, wenn Wärmeaustausch zwischen dem Meerwasser oder dem warmen Abwasser und dem Kältemittel vorgenommen wird, das Warmer in den Leitungen erstarrt, doch läßt sich dieses Problem leicht durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers durch die Leitungen überwinden. Jedoch ist die Strömungsgeschwindigkeit vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt her begrenzt, so daß vermieden werden sollte, die Temperatur des Käl»f mittels auf ein übermäßig niedriges Niveau zu senken. Üblicherweise ist die Temperatur des Kältemittels nicht niedriger als etwa - 100C (bei etwa 2,5 bar) für Propan und nicht niedriger als etwa -15° C (bei etwa 0,9 bar) für CCl2F2, wenn das Wasser vor Eintritt in den Wärmeaustauscher eine Temperatur von etwa 60C und eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 2 m/s aufweist Die Erhitzung des Kältemittels mit dem Wasser auf eine nicht über dem Gefrierpunkt des Wassers liegende Temperatur macht es möglich, eine geringere Wärmeübergangsfläche zu verwenden, als das Erhitzen des Kältemittels mit dem Wasser auf eine nicht unter dem Gefrierpunkt des Wassers liegende Temperatur erfordert
Der obere, den Kältemitteldampf aufnehmende Teil des Wärmetauschers ist mit Leitungen für das verflüssigte Erdgas versehen. Das durch die Leitungen strömende verflüssigte Erdgas wird mit dem Kältemitteldampf erhitzt und während seines Durchstroms verdampft. Das verflüssigte Erdgas wird in die Leitungen üblicherweise bei erhöhtem Druck eingelassen, der allgemein etwa 5 bis etwa 100 bar beträgt obwohl er in weitem Ausmaß variabel ist
Da auf diesen Wärmetauscher ein weiterer, als Nacherhitzer dienender Wärmetauscher folgt lassen so sich die Zwecke der Erfindung insoweit voll erreichen, als das verflüssigte Erdgas durch den Zwischenmedium-Wärmetauscher fast verdampft wird, obwohl das erhaltene verdampfte Gas eine niedrige Temperatur aufweist Beispielsweise hat wenn das verflüssigte Erdgas dem Wärmetauscher mit einem Druck von etwa 10 bis etwa 70 bar zugeführt wird, das aus dem Wärmetauscher austretende verdampfte Erdgas eine Temperatur von etwa -30 bis etwa -50° C. Dementsprechend läßt sich der Betrieb mit einer geringeren Wärmeübergangsfläche zwischen dem verflüssigten Erdgas und dem Kältemittel durchführen, als wenn ein Wärmetauscher das verflüssigte Erdgas verdampft und das verdampfte Gas gleichzeitig auf eine Temperatur von etwa 0 bis etwa 30° C erhitzt.
Somit können die Wärmeübergangsfläche zwischen dem Heizquellenwasser und dem Kältemittel sowie die Wärmeübergangsfläche zwischen dem Kältemittel und dem verflüssigten Erdgas mit dem Ergebnis verringert werden, daß der Zwischenmedium-Wäroietauscher kompakt gemacht werden kann.
Erfindungsgemäß ist ein Vielrohr-Wärmetauscher in Reihe mit dem oben beschriebenen Wärmetauscher angeordnet Das verdampfte Erdgas, das eine niedrige Temperatur (etwa -30 bis etwa —5O°C) aufweist und aus dem Zwischenmedium-Wärmetauscher austritt wird in den Vielrohr-Wärmetauscher eingeführt in dem das Gas in Kontakt mit Heizquellenwasser gebracht und dadurch auf eine der Temperatur des Wassers nahe Temperatur erhitzt wird.
Das als Heizqueile bei der Erfindung brauchbare Meerwasser oder warme Abwasser hat eine Umgebungstemperatur von z. B. etwa 0 bis etwa 300C. Das Wasser wird in die Wärmetauscher mit einer ausreichendhohen Geschwindigkeit von z. B. etwa 1,5 m/s bis etwa 3,0 m/s eingeführt, um ein Erstarren zu vermeiden. Der Zwischenmedium-Wärmetauscher und der Vielrohr-Wärmetauscher sind bezüglich der Zufuhr des Heizquellenwassers parallel angeordnet
Der Vielrohr-Wärmetauscher weist einen Wasserzufuhrkreis für Gegenstrom und für Gleichstrom des Wassers zum verdampften Erdgas auf, wobei einer der Kreise selektiv betrieben werden kann, indem die für die Kreise vorgesehenen Ventile entsprechend der Temperatur des Heizquellenwassers umgeschaltet werden. Beispielsweise wird der Gegenstromkreis eingesetzt, wenn das Wasser eine relativ hohe Temperatur aufweist während der Gleichstromkreis verwendet wird, wenn das Wasser eine äußerst niedrige Temperatur hat
Der Wärmeaustausch zwischen dem verdampften Erdgas und dem Heizquellenwasser im Vielrohr-Wärmetauscher kann vom Gesichtspunkt des Wärmewirkungsgrades her vorteilhafter durch Gegenstromkontakt als durch Gleichstromkontakt erfolgen.
Das verdampfte Erdgas hat beim Eintritt in den Wärmetauscher eine niedrige Temperatur von beispielsweise etwa —30 bis etwa — 500C. Daher besteht die Möglichkeit daß das Heizquellenwässer beim Wärmeaustausch mit dem verdampften Erdgas auf der Innenoberfläche des Wärmeübergangsrohres Eis bildet Dies geschieht leichter beim Gegenstromkontakt als beim Gleichstromkontakt
Wenn das· Heizquellenwasser eine hohe Temperatur aufweist und nur eine verringerte Wahrscheinlichkeit der Eisbildung mit sich bringt, werden daher die Ventile zum Betrieb des Gegenstromkreises eingestellt um einen wirksamen Wärmeaustausch zwischen dem Wasser und dem verdampften Erdgas zu bewirken, während dann, wenn das Heizquellenwasser eine niedrige Temperatur aufweist und leichter zur Eisbildung neigt, der Gleichstromkreis verwendet wird, um Störungen durch Eisbildung zu vermeiden, obwohl dabei der Wärmewirkungsgrad etwas geopfert wird.
Wenn der Wärmetauscher je nach den Temperaturbedingungen des Heizquellenwassers in der vorstehend beschriebenen Weise im Gleichstrom oder im Gegenstrom betrieben wird, können das Heizquellenwasser und das verdampfte Erdgas dem Wärmeaustausch ohne Auftreten von Eisbildungsstörungen, die das Wärn>eübergangsrohr verstopfen könnten, unterworfen werden.
Wie bereits beschrieben, können der Wärmeaustausch zwischen dem Meerwasser oder dem warmen Abwasser und dem Kältemittel und der Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem verflüssigten
Erdgas über eine verringerte Fläche im Zwischenmedium-Wärmetauscher gemäß der Erfindung erfolgen, so daß der Wärmetauscher sehr kompakt konstruiert werden kann. Außerdem ist ein Vielrohr-Wärmeaustauscher, der billig erhältlich ist, in Reihenschaltung mit diesem Wärmetauscher verwendbar. Infolgedessen kann der gesamte Verdampfer zu weit verringerten Kosten gebaut werden. Der Verdampfer ist weiter billig zu betreiben, da Meerwasser oder warmes Abwasser als Heizquelle verwendet wird.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigt die einzige Figur eine Ansicht, die schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung darstellt
Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das einen Zwischenmedium-Wärmetauscher iO und einen Vielrohr-Wärmetauscher 11 umfaßt, die bezüglich der Zufuhr des Heizquellenwassers parallel geschaltet sind. Der Vielrohr-Wärmetauscher 11 enthält einen Gegenstromkreis und einen Gleichstromkreis.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird Heizquellenwasser durch eine Leitung 12 dem Zwischenmedium-Wärmetauscher 10 zugeführt, in dem das Wasser ein Flüssigphasen-Kältemittel in einem unteren Teil 10a erhitzt und die Verdampfung eines Teils des Kältemittels verursacht Das Wasser wird danach durch eine Leitung 13 abgezogen.
Das Heizquellenwasser wird dem Vielrohr-Wärmetauscher 11 durch einen Gegenstromkreis, der Leitungen 12, 14,15, 16, 17 und 18 umfaßt, oder durch einen Gleichstromkreis zugeführt, der Leitungen 12,14,19,16, 15, 20 und 18 umfaßt Das Umschalten zwischen dem Gegenstromkreis und dem Gleichstromkreis wird durch Betätigen von Ventilen 21, 22, 23 und 24 an den erwähnten Leitungen durchgeführt Die Ventile 21 und 22 werden geöffnet und die Ventile 23 und 24 geschlossen, wenn der Gegenstromkreis betrieben werden solL Um den Gleichstromkreis einzusetzen, werden die Ventile 23 und 24 geöffnet und die Ventile 21 und 22 geschlossen.
Verflüssigtes Erdgas wird dein Zwischenmedium-Wärmetauscher 10 durch eine Leitung 25 zugeführt Tabelle
Beim Strömen durch das Dampf phasen-Kältemittel im oberen Teil 10ft des Wärmetauschers 10 wird das flüssige Gas dem Wärmeaustausch mit dem Kältemittel unterworfen und verdampft bei Aufnahme von Wärme. Das verdampfte Gas wird durch eine Leitung 26 in den Vielrohr-Wärmetauscher 11 eingeführt Andererseits gibt ein Teil des Kältemitteldampfs Wärme beim Wärmeaustausch ab und kondensiert, so daß dieser Teil in die flüssige Phase im unteren Teil 10a zurückkehrt
to Das verdampfte Erdgas, das durch die Leitung 26 in den Wärmetauscher H geleitet wird, wird dem Wärmeaustausch mit dem Heizquellenwasser in Gegenstrom- oder Gleichstrombeziehung unterworfen und dadurch erhitzt Das Gas wird mittels einer Leitung 27 erfaßt und
t5 gesammelt.
Wenn das Heizquellenwasser eine relativ hohe Temperatur von z. B. etwa 5 bis etwa 300C aufweist, wird das Wasser dem Vielrohr-Wärmetauscher 11 durch den Gegenstromkreis zugeführt, wodurch das verdampfte Erdgas dem Wärmeaustausch mit dem Wasser im Gegenstrom dazu mit hohem Wärmewirkungsgrad unterworfen wird.
Wenn das Heizquellenwasser eine relativ niedrige Temperatur von beispielsweise etwa 0 bis etwa 5° C aufweist, wird das Wasser dem Vielrohr-Wärmetauscher 11 durch den Gleichstromkreis zugeführt, wodurch ein Wärmeaustausch des verdampften Erdgases mit dem Wasser im Gleichstrom bewirkt und so das Gas erhitzt wird. Der so im Gleichstrom erreichte Wärmeaustausch führt, da thermisch von nicht zu hohem Wirkungsgrad, zu einer entsprechend geringeren Abnahme der Temperatur des Heizquellenwassers, so daß die Wahrscheinlichkeit beseitigt wird, daß die Wärmeübergangsrohre durch Eisbildung verstopft werden. Die Vorrichtung kann daher mit Sicherheit auch bei Verwendung von Heizquellenwasser relativ niedriger Temperatur betrieben werden.
Beispiele 1 bis 4
Verflüssigtes Erdgas (LNG) wird mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verdampft wie sie schematisch in der Figur dargestellt ist Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt
LNG-Strömungsdurchsatz (t/h) LNG-Druck (bar)
Temp, des LNG am Einlaß des Austauscher 10 (0C) Temp, des LNG am Auslaß des Austauschers 10 (°C) Temp, des LNG am Auslaß des Austauschers 11 (°Q Seewasserströmungsdurchsatz des Austauschers 10 (t/h) Seewasserströmungsdurchsatz des Austauschers 11 (t/h) Seewassertemp. am Einlaß der Austauscher 10 und 11 (0C) Seewassertemp. am Auslaß des Austauschers 10 (0C) Seewassertemp. am Auslaß des Austauschers 11 (0C) Seewasserverlust des Austauschers 10 (m) Seewasserverlust des Austauscher 11 (m) Zwischenheizmedium Temperatur des Mediums (0Q
Gegenstrom 4 Gleichstrom 6
Beispiel 80 80
3 33 5 33
80 -150 80 -150
33 -37 33 -39
-150 4 -150 1
-39 2.000 -45 2.000
3 800 -1 800
2.000 7 2.000 6
800 1 800 0
6 4 5 3
0 2,83 0 2,98
3 3,10 1 3,17
2,98 Propan 3,84 Propan
3,57 -10 3,56 -12
Propan Propan
-12 -19
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. ρ . enthalten Verdampfer dieses Typs ein AJuminiumlegie-
    ratentansprucn: rungs-Wärmeübertragungsrohr besonderer Gestaltung.
    Vorrichtung zum Verdampfen verflüssigten Erd- Dies macht die Verdampfer wirtschaftlich weiter gases und zum Oberhitzen des verdampften nachteilig.
    Erdgases auf eine Verbrauchstemperatur durch 5 Statt der Verdampfung verflüssigten Erdgases durch Meerwasser oder warmes Abwasser als Heizquelle, direkte Erhitzung mit heißem Wasser oder Dampf mit einem Zwischenmedium-Wärmetauscher (10), in verwenden Verdampfer des Zwischenfluidtyps Propan, dem das Zwischenmedium durch die Wärmeabgabe fluorierte Kohlenwasserstoffe oder dergleichen Kältedes zugeführten Wassers (12) vom flüssigen (tOa) in mittel mit einem niedrigen Gefrierpunkt in der Weise, den dampfförmigen Zustand (Wb) übergeht und 10 daß das Kältemittel zunächst mit heißem Wasser oder anschließend infolge Wärmeabgabe an das dabei Dampf erhitzt wird, um die Verdampfung und verdampfende flüssige Erdgas (25) kondensiert, und Kondensation des Kältemittels für die Verdampfung mit einem sich in Strömungsrichtung des verdampf- verflüssigten Erdgases auszunutzen. Verdampfer dieser ten Erdgases anschließenden Vielrohr-Wärmetau- Art sind weniger aufwendig zu errichten als die des scher (11) zur Überhitzung des verdampften 15 Offengerüsttyps, erfordern jedoch bei einem bekannten Erdgases (26) durch das wärmeabgebende Wasser Typ Heizorgane, wie z. B. einen Brenner, zur Herstel-(14), das dem Vielrohr-Wärmetauscher (11) in lung heißen Wassers oder Dampfes und sind daher absperrbaren Leitungen (15, 16) zugeführt wird, wegen des Brennstoffverbrauchs kostspielig zu betreidadurch gekennzeichnet, daß durch Um- ben.
    .schaltventile (21,22,23,24) in den Leitungen (15,19, 20 Verdampfer des Tauchverbrennungstyps weisen ein 14, 20) am Vielrohr-Wärmetauscher (11) die in Wasser eingetauchtes Rohr auf, das mit einem von Strömungsrichtung des Wassers in diesem Wärme- einem Brenner darin eingeblasenen Verbrennungsgas tauscher (11) entweder gleich oder entgegen der erhitzt wird, um mit dem Wasser das durch das Rohr Strömungsrichtung des verdampften Erdgases (26) strömende verflüssigte Erdgas zu erhitzen. Wie der eingestellt wird. 25 Zwischenfluidtyp bringen Verdampfer des dritten Typs
    Bremistoffkosten mit sich und sind teuer zu betreiben.
    Schließlich ist eine Vorrichtung der eingangs
    genannten Art bekannt (FR-OS 23 57 814), die obligato-
    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ver- risch den Zwischenmedium-Wärmetauscher, einen Vieldampfen verflüssigten Erdgases und zum Überhitzen 30 rohr-Gleichstromwärmetauscher und einen Vielrohrdes verdampften Erdgases auf eine Verbrauchstempera- Gegenstromwärmetauscher aufweist, wobei das als tür durch Meerwasser oder warmes Abwasser als Heizquelle verwendete Meerwasser diesen drei Wär-Heizquelle, mit einem Zwischenmedium-Wärmetau- metauschern unabhängig zugeführt wird. Eine solche scher, in dem das Zwischenmedium durch die Wärmeab- Vorrichtung ist apparativ ziemlich aufwendig, gäbe des zugeführten Wassers vom flüssigen in den 35 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dampfförmigen Zustand übergeht und anschließend Vorrichtung der eingangs genannten Art, d. h. ausgeinfolge Wärmeabgabe an das dabei verdampfende hend von der FR-OS 2357 814, so auszubilden, daß sie flüssige Erdgas kondensiert, und mit einem sich in bei einem möglichst geringen apparativen Aufwand für Strömungsrichtung des verdampften Erdgases anschlie- einen großen Temperaturbereich des zur Verfugung ßenden Vielrohr-Wärmetauscher zur Überhitzung des 40 stehenden Meerwassers oder Abwassers anpaßbar ist verdampften Erdgases durch das wärmeabgebende Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, Wasser, das dem Vielrohr-Wärmetauscher in absperr- daß durch Umschaltventile in den Leitungen am baren Leitungen zugeführt wird. Vielrohr- Wärmetauscher die Strömungsrichtung des
    Unter »Verbrauchstemperatur« wird beispielsweise Wassers in diesem Wärmetauscher entweder gleich eine Temperatur von etwa 0° bis etwa 300C verstanden. 45 oder entgegen der Strömungsrichtung des verdampften
    Wie bekannt ist, hat verflüssigtes Erdgas eine niedrige Erdgases eingestellt wird.
    Temperatur von etwa -160eG Demgemäß gefriert Durch den Fortfall eines dritten Wärmetauschers
    heißes Wasser oder Dampf im Fall seiner Verwendung ergibt sich ein erheblich geringerer apparativer zur Erhitzung des verflüssigten Gases zwecks Verdamp- Aufwand als nach der FR-OS 23 57 814, und gleichzeitig Fung und gibt so Anlaß für die Störung durch so wird durch die Umschaltventile zum Einstellen des Verstopfung des Verdampfers. Verschiedene Verbesse- Gleich- oder Gegenstroms des Wassers zum verdampfrungen wurden daher vorgenommen. Die gegenwärtig ten Erdgas im Vielrohr-Wärmetauscher eine Anpassung verwendeten Verdampfer sind hauptsächlich vom für einen großen Temperaturbereich des zur Verfügung Offengerüsttyp, Zwischenfluidtyp und Tauchverbren- stehenden Wassers derart gewährleistet, daß die nungstyp. 55 gewünschte Verbrauchstemperatur des verdampften
    Offengerüsttyp-Verdampfer verwenden Seewasser Erdgases erhältlich ist
    als eine Heizquelle für den Gegenstrom-Wärmeaus- Beispiele brauchbarer Kältemittel sind solche bereits tausch mit verflüssigtem Erdgas. Verdampfer dieses bekannten, unter denen man vorzugsweise unaufwendi-Typs sind frei von Verstopfungen durch Eisbildung, ge Kältemittel mit möglichst niedrigem Schmelzpunkt leicht zu betreiben und zu warten und werden daher in 60 verwendet Besondere Beispiele sind Propan (Schmelzweitem Umfang eingesetzt Jedoch bringen sie unver- punkt: -189,9"C, Siedepunkt: -42,10C), fluorierte imeidlich eine Vereisung auf der Oberfläche des unteren Kohlenwasserstoffe, wie z.B. CCI2F2 (Schmelzpunkt: Teils des Wärmeübergangsrohres mit sich, wodurch ein -1573° C, Siedepunkt: -293° C) usw, und Ammoniak erhöhter Widerstand für Wärmeübergang entsteht, so (Schmelzpunkt: -77,7°C,Siedepunkt: -3330C). daß der Verdampfer mit einer größeren Wärmeüber- 65 Das Kältemittel innerhalb des Wärmetauschers wird gangsfläche und einem höheren Rauminhalt ausgelegt üblicherweise bei Überdruck verwendet, der, obwohl werden muß, was zu höheren Anlagekosten führt Um mit den Betriebsbedingungen variabel, allgemein im einen verbesserten Wärmewirkungsgrad zu sichern, Bereich von etwa 0 bis etwa 5 bar liegt Die Drücke in
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