DE3836060A1 - Method for vaporising liquid natural gas - Google Patents

Method for vaporising liquid natural gas

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Abstract

In a method for evaporating liquid natural gas with the recovery of energy and having separate fluid circuits, natural gas which has been heated to ambient temperature is itself used for a first fluid circuit, the said natural gas undergoes a drop in pressure at the same time supplying energy, condenses into natural gas which is to be heated up and is fed back to the stream of liquid natural gas. In a second fluid circuit operated with multi-stage pressure reduction, fluids are used which can be stored as liquids at pressures up to 20 bar at ambient temperature. These are preferably propane or ammonia which require no extraneous cooling to be stored as pressurised liquids.

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.The invention relates to a method for evaporating liquefied natural gas under energy production by the liquid natural gas in heat exchange with each other separate circulated fluids, which relaxed, condensed and working again be evaporated, warmed to ambient temperature is, the fluid of a first cycle natural gas is which of the warmed up to ambient temperature Natural gas branched off, work relieved, in Heat exchange with liquid natural gas condenses and that liquid natural gas is added again, and the fluid of a second cycle, multi-stage work is relaxed.

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.The necessary for the vaporization of liquid natural gas Heat is generally from a heat transfer medium like air, Sea or river water supplied. Will now be additional via auxiliary circuits with expansion turbines LNG refrigeration used to generate electrical energy this reduces the water required by the heat transfer medium  Energy by the same amount. This will reduce itself the amount of water required or the operating costs for the water supply. The more auxiliary circuits, however installed, the higher the Investment costs for heat exchange surfaces and machines. The economic optimum is therefore two (three) auxiliary circuits.

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.A process with two circulated Working fluids as heat exchangers is in DE-OS 26 33 713. There becomes a liquid Natural gas flow in several heat exchange stages initially warmed and then evaporated. A first fluid circuit forms part of the vaporized natural gas itself Part of the vaporized natural gas is from the natural gas stream branched, work-relaxed, against liquid natural gas to be heated condenses on liquid Compressed natural gas pressure and the liquid natural gas stream mixed again.

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.The fluid of the second circuit in the known Process used ethane. This is a against River water, sea water or air evaporated ethane stream relaxed working. The relaxed stream will shared, with a first part further work-related relaxation, subsequent Condensation in counterflow to natural gas, again Warming and, combined with the second part of the Ethanstromes, a re-evaporation is supplied. The second part of the ethane flow is against natural gas to be heated condenses and the first Ethane stream mixed again. Due to the two relaxation of the heat exchange medium and  Maintaining the workforce The relaxation process is followed by both ethane flows their condensation in the heat exchange with the one to be heated Natural gas, pumped to a common pressure.

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.The energy yield of this process is good, but it is using ethane as a circulating fluid Energy expenditure, as for its storage, too under pressure, external cooling is necessary.

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.The object of the present invention was therefore based on a method of the type mentioned above train that lower investment costs effort and / or better energy recovery are guaranteed.

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.This object is achieved in that a fluid is used for the second circuit, which at a pressure of up to 20 bar Ambient temperature can be stored in liquid form.

Als für das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft hat sich als Fluid des zweiten Kreislaufs Propan erwiesen.As special for the method according to the invention Has been advantageous as a fluid of the second circuit Proven.

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. According to the invention, a fluid is thus proposed for its storage under pressure does not require external cooling is. For example, storage under one Pressure of 20 bar at ambient temperature without any problems possible, with the disadvantage of an energy-intensive There is no cooling.  

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann als Fluid des zweiten Kreislaufs Ammoniak verwendet werden. Auch hier ist eine Lagerung unter Druck bei Umgebungstemperatur möglich.In a further embodiment of the invention can be used as a fluid of the second cycle ammonia can be used. Also here is a storage under pressure Ambient temperature possible.

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.The multi-stage expansion of the fluid of the second Circulation is preferably carried out by the fluid of the second circuit is split into partial streams relaxed to different pressures, then in different stages in heat exchange with to be heated and brought to evaporating natural gas and again be brought together.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei weiterhin anhand der Fig. 1 und 2 beispielhaft beschrieben.The method according to the invention is also described by way of example with reference to FIGS. 1 and 2.

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. Fig. 1 is the basic representation of the method according to the invention. A liquid natural gas stream 1 is first heated in a heat exchanger E 1 against condensing natural gas from line 2 b . In the heat exchangers E 2 A and E 2 B , the natural gas flow is further heated against the heat exchange medium, for example propane, which is conducted in the circuit of the lines 3 a , 3 b and 3 c . The final heating of the natural gas flow is carried out in heat exchanger E 3 A in countercurrent to sea water to be cooled from line 4 . From the gaseous natural gas stream 1, a portion is drawn off via a branch line 2 a, work expanded in expander X 1 is condensed in heat exchange to anzuwärmendem natural gas and mixed to increase the pressure by pump P 1 on the pressure of the liquid natural gas stream therefrom again. The residual flow of the vaporized natural gas is drawn off in line 6 . The fluid of the second circuit draws its energy for work performance and natural gas heating from the sea water provided in line 4 . After passing heat exchanger E 3 B , the fluid in line 3 a has completely evaporated and is split into two partial flows. Part of the vaporized fluid is expanded in a work-performing manner in expansion turbine X 2 B and is conducted in line 3 b to a heat exchanger E 2 B , where it condenses against natural gas and fluid of line 3 a to be heated. The fluid is compressed in pump P 2 B and brought together with liquid, compressed fluid from line 3 d , reheated and evaporated in heat exchanger E 2 B. The other part of the fluid is fed via line 3 c to the expansion machine X 2 A for work-related relaxation. In line 3 d , expanded fluid is then passed to heat exchanger E 2 A , where it is condensed against liquid natural gas to be heated in line 1 and liquid fluid compressed by means of pump P 2 A. After compression of the partial flows of the fluid to a common pressure by pumps P 2 A and P 2 B , the flows are brought together again. The second fluid circuit is thus closed. The sea water used for energy generation and natural gas evaporation is brought in via line 4 , through the parallel connected heat exchangers E 3 A (in thermal contact with the natural gas stream to be heated) and E 3 B (in thermal contact with the fluid to be evaporated from the second circuit) and after heat removal via line 5 subtracted.

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:A comparison of the known method from DE-OS 26 33 713, using ethane as a heat exchange medium, with the method described using the example of FIG. 1, wherein propane is used as the heat exchange medium according to the invention, yielded a better energy yield for the latter method. The calculations for both methods were made on the assumption of the same conditions:

  • - gleiche Erdgaszusammensetzung- same natural gas composition
  • - gleichwertige Maschinen- equivalent machines
  • - Eingangsdruck des flüssigen Erdgasstroms 82.4 bar- Inlet pressure of the liquid natural gas stream 82.4 bar
  • - Abgabedruck 80 bar- Dispensing pressure 80 bar
  • - Durchsatz an Erdgas 130 t/h- Natural gas throughput 130 t / h
  • - Eintrittstemperatur des flüssigen Erdgasstroms 125 K.- Entry temperature of the liquid natural gas flow 125 K.

Unter obigen Voraussetzungen betrug der Gewinn des bekannten Verfahrens 3880 kW während mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 4181 kW Gewinn erzielt wurden.Under the above conditions, the profit was known method 3880 kW while with the Process according to the invention achieved 4181 kW profit were.

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.While maintaining the number of expansion turbines State of the art for this realization of the inventive method an increase in Energy yield, in addition, there is no elaborate Storage of the circulating medium.

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. FIG. 2 shows an embodiment of the method according to the invention from FIG. 1, in which the natural gas stream warmed to ambient temperature is expanded in a two-stage process. The warmed natural gas stream is expanded in the expansion turbine X 3 for the first time in a work-performing manner and, for renewed heating against sea water, passes through line 4 through the heat exchanger E 3 C before a part for further expansion in X 1 (analogous to FIG. 1) is removed via line 2 a , while the other part of the natural gas is withdrawn via line 7 .

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.In a variant of the method, not shown the warmed natural gas stream is divided into two. A Partial flow forms the first fluid circuit during the other partial stream again before its withdrawal work is relaxed.

Claims (3)

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.1. A method for vaporizing liquid natural gas with energy generation by heating the liquid natural gas to ambient temperature in heat exchange with fluids which are conducted in separate circuits, which are relaxed, condensed and again evaporated to perform work, the fluid of a first circuit being natural gas, which of the natural gas warmed to ambient temperature is branched off, relaxed in a work-related manner, condensed in the heat exchange with liquid natural gas and admixed with the liquid natural gas, and the fluid of a second circuit is expanded in a multi-stage work-performing manner, characterized in that a fluid is used for the second circuit, which under a liquid up to 20 bar at ambient temperature. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid des zweiten Kreislaufs Propan verwendet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that that as the fluid of the second cycle propane is used.   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid des zweiten Kreislaufs Ammoniak verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that as the fluid of the second cycle ammonia is used.
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