DE3836060A1

DE3836060A1 - Verfahren zum verdampfen von fluessigem erdgas

Info

Publication number: DE3836060A1
Application number: DE3836060A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Ing Schmidt
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1988-10-22
Publication date: 1989-06-29

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen von flüssigem Erdgas unter Energiegewinnung, indem das flüssige Erdgas im Wärmetausch mit in voneinander getrennten Kreisläufen geführten Fluiden, welche arbeitsleistend entspannt, kondensiert und wieder verdampft werden, auf Umgebungstemperatur angewärmt wird, wobei das Fluid eines ersten Kreislaufs Erdgas ist, welches von dem auf Umgebungstemperatur angewärmten Erdgas abgezweigt, arbeitsleistend entspannt, im Wärmetausch mit flüssigem Erdgas kondensiert und dem flüssigen Erdgas wieder zugemischt wird, und das Fluid eines zweiten Kreislaufs mehrstufig arbeitsleistend entspannt wird.

Die zur Verdampfung von flüssigem Erdgas notwendige Wärme wird generell von einem Wärmeträger wie Luft, Meer- oder Flußwasser geliefert. Wird nun zusätzlich über Hilfskreisläufe mit Expansionsturbinen die LNG-Kälte genutzt, um elektrische Energie zu erzeugen, so erniedrigt sich die vom Wärmeträger Wasser benötigte Energie um den gleichen Betrag. Damit reduzieren sich die benötigte Wassermenge bzw. die Betriebskosten für die Wasserversorgung. Je mehr Hilfskreisläufe aber installiert werden, um so höher werden die lnvestitionskosten für Wärmetauschflächen und Maschinen. Das wirtschaftliche Optimum liegt deshalb bei zwei (drei) Hilfskreisläufen.

Ein Verfahren, welches mit zwei im Kreislauf geführten Fluiden als Wärmetauschmittel arbeitet, ist in der DE-OS 26 33 713 beschrieben. Dort wird ein flüssiger Erdgasstrom in mehreren Wärmetauschstufen zunächst erwärmt und dann verdampft. Einen ersten Fluidkreislauf bildet ein Teil des verdampften Erdgases selbst. Ein Teil des verdampften Erdgases wird vom Erdgasstrom abgezweigt, arbeitsleistend entspannt, gegen anzuwärmendes flüssiges Erdgas kondensiert, auf Flüssig- Erdgas-Druck komprimiert und dem flüssigen Erdgasstrom wieder zugemischt.

Als Fluid des zweiten Kreislaufs wird bei dem bekannten Verfahren Ethan verwendet. Dabei wird ein gegen Flußwasser, Meerwasser oder Luft verdampfter Ethanstrom arbeitsleistend entspannt. Der entspannte Strom wird geteilt, wobei ein erster Teil weiterer arbeitsleistender Entspannung, anschließender Kondensation im Gegenstrom zum Erdgas, erneuter Erwärmung und, vereinigt mit dem zweiten Teil des Ethanstromes, einer Wiederverdampfung zugeführt wird. Der zweite Teil des Ethanstromes wird gegen anzuwärmendes Erdgas kondensiert und dem ersten Ethanstrom wieder zugemischt. Bedingt durch die zweimalige Entspannung des Wärmetauschmittels sowie zur Aufrechterhaltung des arbeitsleistenden Entspannungsprozesses werden beide Ethanströme, nach ihrer Kondensation im Wärmetausch mit anzuwärmendem Erdgas, auf einen gemeinsamen Druck gepumpt.

Die Energieausbeute dieses Verfahrens ist gut, doch ist die Verwendung von Ethan als Kreislauffluid mit Energieaufwand behaftet, da für dessen Lagerung, auch unter Druck, Fremdkälte notwendig ist.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ein geringerer Investitionskosten aufwand und/oder eine bessere Energierückgewinnung gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für den zweiten Kreislauf ein Fluid verwendet wird, welches unter einem Druck bis 20 bar bei Umgebungstemperatur flüssig lagerbar ist.

Als für das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft hat sich als Fluid des zweiten Kreislaufs Propan erwiesen.

Erfindungsgemäß wird damit ein Fluid vorgeschlagen, für dessen Lagerung unter Druck keine Fremdkälte notwendig ist. So ist beispielsweise eine Lagerung unter einem Druck von 20 bar bei Umgebungstemperatur problemlos möglich, womit der Nachteil einer energieaufwendigen Kühlung entfällt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann als Fluid des zweiten Kreislaufs Ammoniak verwendet werden. Auch hier ist eine Lagerung unter Druck bei Umgebungstemperatur möglich.

Die mehrstufige Entspannung des Fluids des zweiten Kreislaufs erfolgt bevorzugt, indem das Fluid des zweiten Kreislaufs in Teilströme aufgespalten wird, die jeweils auf unterschiedliche Drücke entspannt, danach in verschiedenen Stufen in Wärmetausch mit anzuwärmendem und zu verdampfendem Erdgas gebracht und erneut zusammengeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei weiterhin anhand der Fig. 1 und 2 beispielhaft beschrieben.

Fig. 1 ist die prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein flüssiger Erdgasstrom 1 wird zunächst in einem Wärmetauscher E 1 gegen kondensierendes Erdgas aus Leitung 2 b angewärmt. In den Wärmetauschern E 2 A und E 2 B folgt eine weitere Erwärmung des Erdgasstromes gegen das im Kreislauf der Leitungen 3 a, 3 b und 3 c geführte Wärmetauschmittel, beispielsweise Propan. Die endgültige Anwärmung des Erdgasstromes wird in Wärmetauscher E 3 A im Gegenstrom zu abzukühlendem Meerwasser aus Leitung 4 vorgenommen. Aus dem gasförmigen Erdgasstrom 1 wird ein Teil über eine Stichleitung 2 a abgezogen, in Expansionsmaschine X 1 arbeitsleistend entspannt, im Wärmetausch zu anzuwärmendem Erdgas kondensiert und nach Erhöhung des Druckes mittels Pumpe P 1 auf den Druck des flüssigen Erdgasstroms diesem wieder zugemischt. Der Reststrom des verdampften Erdgases wird in Leitung 6 abgezogen. Das Fluid des zweiten Kreislaufs bezieht seine Energie zur Arbeitsleistung und Erdgaserwärmung aus dem in Leitung 4 bereitgestellten Meerwasser. Nach Passieren von Wärmetauscher E 3 B ist das Fluid in Leitung 3 a vollständig verdampft und wird in zwei Teilströme aufgespalten. Ein Teil des verdampften Fluids wird in Expansionsturbine X 2 B arbeitsleistend entspannt und in Leitung 3 b zu einem Wärmetauscher E 2 B geführt, wo es gegen anzuwärmendes Erdgas und Fluid der Leitung 3 a kondensiert. Das Fluid wird in Pumpe P 2 B komprimiert und mit flüssigem, komprimiertem Fluid der Leitung 3 d zusammengeführt, in Wärmetauscher E 2 B erneut angewärmt und verdampft. Der andere Teil des Fluids wird über Leitung 3 c der Expansionsmaschine X 2 A zur arbeitsleistenden Entspannung zugeführt. In Leitung 3 d wird danach entspanntes Fluid zu Wärmetauscher E 2 A geleitet, wo es gegen anzuwärmendes flüssiges Erdgas der Leitung 1 sowie mittels Pumpe P 2 A komprimiertes, flüssiges Fluid kondensiert wird. Nach Kompression der Teilströme des Fluids auf einen gemeinsamen Druck durch die Pumpen P 2 A und P 2 B werden die Ströme wieder zusammengeführt. Damit ist der zweite Fluidkreislauf geschlossen. Das zur Energiegewinnung und Erdgasverdampfung herangezogene Meerwasser wird über Leitung 4 herangeführt, durch die parallel geschalteten Wärmetauscher E 3 A (im Wärmekontakt zum anzuwärmenden Erdgasstrom) und E 3 B (im Wärmekontakt zum zu verdampfenden Fluid des zweiten Kreislaufs) geleitet und nach dem Wärmeentzug über Leitung 5 abgezogen.

Ein Vergleich des bekannten Verfahrens aus der DE-OS 26 33 713, unter Verwendung von Ethan als Wärmetauschmittel, mit dem am Beispiel der Fig. 1 beschriebenen Verfahren, wobei erfindungsgemäß Propan als Wärmetauschmittel verwendet wird, erbrachte für letzteres Verfahren eine bessere Energieausbeute. Die Berechnungen für beide Verfahren erfolgten unter der Annahme gleicher Voraussetzungen:

- gleiche Erdgaszusammensetzung
- gleichwertige Maschinen
- Eingangsdruck des flüssigen Erdgasstroms 82.4 bar
- Abgabedruck 80 bar
- Durchsatz an Erdgas 130 t/h
- Eintrittstemperatur des flüssigen Erdgasstroms 125 K.

Unter obigen Voraussetzungen betrug der Gewinn des bekannten Verfahrens 3880 kW während mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 4181 kW Gewinn erzielt wurden.

Unter Beibehaltung der Zahl der Expansionsturbinen des Standes der Technik ergibt für diese Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Steigerung der Energieausbeute, zusätzlich entfällt die aufwendige Lagerung des Kreislaufmediums.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Fig. 1, bei welcher der auf Umgebungstemperatur angewärmte Erdgasstrom zweistufig arbeitsleistend entspannt wird. Der angewärmte Erdgasstrom wird in Expansionsturbine X 3 erstmalig arbeitsleistend entspannt und durchläuft zur erneuten Anwärmung gegen Meerwasser der Leitung 4 den Wärmetauscher E 3 C, bevor ein Teil zu weiterer Entspannung in X 1 (analog zu Fig. 1) über Leitung 2 a abgenommen wird, während der andere Teil des Erdgases über Leitung 7 abgezogen wird.

Bei einer nicht dargestellten Variante des Verfahrens wird der angewärmte Erdgasstrom zweigeteilt. Ein Teilstrom bildet den ersten Fluidkreislauf, während der andere Teilstrom vor seinem Abzug nochmals arbeitsleistend entspannt wird.

Claims

1. Verfahren zum Verdampfen von flüssigem Erdgas unter Energiegewinnung indem das flüssige Erdgas im Wärmetausch mit in voneinander getrennten Kreisläufen geführten Fluiden, welche arbeitsleistend entspannt, kondensiert und wieder verdampft werden, auf Umgebungstemperatur angewärmt wird, wobei das Fluid eines ersten Kreislaufs Erdgas ist, welches von dem auf Umgebungstemperatur angewärmten Erdgas abgezweigt, arbeitsleitend entspannt, im Wärmetausch mit flüssigem Erdgas kondensiert und dem flüssigen Erdgas wieder zugemischt wird, und das Fluid eines zweiten Kreislaufs mehrstufig arbeitsleistend entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den zweiten Kreislauf ein Fluid verwendet wird, welches unter einem Druck bis 20 bar bei Umgebungstemperatur flüssig lagerbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid des zweiten Kreislaufs Propan verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid des zweiten Kreislaufs Ammoniak verwendet wird.