DE4414392A1

DE4414392A1 - Verfahren und Anlage zur Rest-Entleerung und Entgasung von Kesselwagen und Tanks für den Transport bzw. die Lagerung von Flüssiggas und zur Wiedergewinnung des Flüssiggases

Info

Publication number: DE4414392A1
Application number: DE19944414392
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Lorenz
Original assignee: GFD INGENIEUR und BERATUNGSGES
Current assignee: GFD INGENIEUR und BERATUNGSGES
Priority date: 1993-02-27
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1995-11-02
Also published as: DE4306064A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur Rest-Entleerung und Entgasung von Flüssiggas-Behältern, insbesondere von Eisenbahn-Kesselwagen, Tanklastwagen und Flüssiggas-Lagertanks, wobei das aus den Behältern entfernte Restgas als erneut verwendbares Flüssiggas wiedergewonnen wird.

Nach dem Entleeren eines Flüssiggas-Behälters - unter Flüssiggasen sollen hier alle brennbaren oder nicht brennbaren Gase und Gasgemische, welche bei Umgebungstem peratur und einem Druck bis zu 20 bar in flüssiger Form in geschlossenen Behältern gelagert oder transportiert werden, verstanden werden - bleibt im allgemeinen ein Rest Flüssiggas im Tank zurück. Diese Restmenge hängt von der Größe des Behälters, von der Bauweise des Behälters und von dem Entleerungsverfahren ab. Die Restmenge ist jedoch im allgemeinen nicht unerheblich und kann z. B. bei Eisenbahn-Kesselwagen bis zu 800 kg in flüssiger Form und bis zu 1500 kg in gasförmiger Form betragen. Eine vollständige Entleerung und Entgasung eines Flüssiggas-Behälters wird z. B. dann erforderlich, wenn eine in regelmäßigen Zeitabständen nach der Druckbehälterver ordnung erforderliche Prüfung durchzuführen ist oder wenn der Flüssiggas-Behälter mit einem anderen Flüssiggas als bisher befüllt werden soll.

Nach dem Stand der Technik werden Flüssiggas-Behälter unter anderem durch Spülen mit einem Inertgas, Verdrängen mit einer Flüssigkeit, Waschen des Flüssiggases mit einer chemisch reagierenden Flüssigkeit, die Anwendung von Tauchpumpen, von Deep wellpumpen, eines Ausdampfverfahrens oder eines Druck-Vakuum-Verfahrens ent leert. Die Verfahren des Spülens mit einem Inertgas und des Verdrängens mit einer Flüssigkeit (z. B. Wasser) werden für brennbare Gase eingesetzt; das Flüssiggas wird in einer Fackel-Anlage oder in einer thermischen Abgas-Reinigungsanlage verbrannt. Auch das Verfahren des Waschens des Flüssiggases mit einer chemisch reagierenden Flüssigkeit schließt eine Wiedergewinnung des Flüssiggases aus. Tauchpumpen und Deepwellpumpen sind für die Rest-Entleerung von Flüssiggas-Behältern häufig nicht sonderlich geeignet, weil oft die flüssigen Restmengen in dem Behälter nicht eindeutig lokalisiert werden können oder die erforderliche Zulaufhöhe im allgemeinen nicht zur Verfügung steht. Die Anwendung des Ausdampfverfahrens, welches auf der Einleitung von warmem Gas in den Behälter basiert, erfordert wegen des schlechten Wärmeüber ganges zwischen der gasförmigen Phase und der flüssigen Phase außerordentlich lange Anwendungszeiten. Darüber hinaus sind die genannten drei Verfahren vom Prinzip her nicht geeignet, die gasförmige Phase des Flüssiggases aus dem Behälter restlos zu ent fernen.

Das Druck-Vakuum-Verfahren, welches mit zwei Auffangbehältern, die wechselweise evakuiert bzw. mit Gas beladen werden, arbeitet, ist außerordentlich kompliziert in der Handhabung, sicherheitstechnisch problematisch und erfordert einen großen apparativen Aufwand.

Der Stand der Technik ist im wesentlichen in der folgenden Literatur wiedergegeben:

1. Technische Regeln Flüssiggas TRF 1988, ZFGW Verlag, Frankfurt,
2. DVGW-Arbeitsblatt G 433: Technische Regeln für Bau, Ausrüstung, Aufstellung, Prüfung, Betrieb, Überwachung, In- und Außerbetriebnahme sowie für Instand setzung oberirdischer Hochdruck-Gasbehälter, ZFGW Verlag, Frankfurt,
3. LEGGEWlE, G.: Flüssiggase, R. Oldenbourg-Verlag, München, 1969,
4. 15th World Gas Conference, Lausanne 1982, Report of Commitee H, Liquefied Gases, Kapitel III, IGU/H-82,
5. Patentschrift EP 01 98 988 B1,
6. Auslegeschrift DT 21 65 388,
7. Auslegeschrift DT 21 52 774,
8. Offenlegungsschrift 21 09 525.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rest-Entleerung und Entgasung von Flüs siggas-Behältern in besonders umweltfreundlicher, schneller und sicherer Weise zu ermöglichen. Das heißt im einzelnen: Die Restgase sollen weder in verbrannter noch in unverbrannter Form in die Atmosphäre gelangen, sondern in flüssiger Form und für eine Wiederverwendung ausreichend sauber wiedergewonnen werden und explosible Gemische sollen während sämtlicher Phasen des Verfahrens nach Möglichkeit gar nicht oder nur in geringfügiger, ungefährlicher Menge entstehen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß die flüssige Phase des Flüssiggasgemisches in dem Flüssiggas-Behälter ver dampft wird,
daß das Flüssiggas aus dem Flüssiggas-Behälter in gasförmiger Form abgeleitet wird,
daß dieses Gas zunächst einem Kompressor und dann einem Flüssiggas-Kondensa tor zugeleitet wird und in diesem Flüssiggas-Kondensator kondensiert und
daß dieses Flüssiggas-Kondensat vom Flüssiggas-Kondensator in einen Flüssig gas-Kondensat-Behälter geleitet wird und dort vorübergehend gelagert wird.

Das Austreiben des Flüssiggasgemisches aus dem Flüssiggas-Behälter geschieht erfin dungsgemäß in mehreren Phasen:

1. Es wird eine bezüglich des flüssigen Flüssiggasgemisches in dem Flüssiggas- Behälter schwerere, inerte und unlösliche Flüssigkeit mit vergleichsweise nie drigem Dampfdruck - ggf. Wasser - aus einem Speicherbehälter in den Flüssiggas- Behälter gepumpt. Der Flüssiggas-Behälter wird teilweise mit der inerten Flüs sigkeit gefüllt; nämlich so, daß die Menge der inerten Flüssigkeit groß im Vergleich zur Menge des flüssigen Flüssiggases im Flüssiggas-Behälter ist.
Im thermodynamischen Gleichgewicht ist der Druck in dem Flüssiggasbehälter gleich dem Dampfdruck des Flüssiggasgemisches - d. h. im wesentlichen gleich dem Dampfdruck derjenigen Komponente des Flüssiggasgemisches mit dem relativ höchsten Dampfdruck - und entspricht somit der Temperatur des Flüssiggases.
Bei der Einleitung der inerten Flüssigkeit in den Flüssiggas-Behälter gleichen sich die Temperaturen des flüssigen Flüssiggases und der inerten Flüssigkeit wegen des sehr guten Wärmeüberganges sehr schnell aneinander an, und der Druck in dem Flüssiggas-Behälter entspricht somit im wesentlichen der Temperatur der iner ten Flüssigkeit. Wenn die Temperatur der inerten Flüssigkeit gleich der Umge bungstemperatur und damit gleich der Flüssiggastemperatur vor Beginn der Ent leerung ist, erfolgt bei Einleitung der inerten Flüssigkeit in den Flüssiggas- Behälter im wesentlichen keine Druckänderung.
2. Das Ventil in der Rohrleitung zum Kompressor wird geöffnet, der Kompressor wird eingeschaltet und gasförmiges Flüssiggas - im wesentlichen die Komponente des Flüssiggasgemisches mit dem relativ höchsten Dampfdruck - wird abgesaugt. Eine der abgesaugten Flüssiggasmenge entsprechende Menge Flüssiggas verdampft aus der flüssigen Phase des Flüssiggasgemisches im Flüssiggas-Behälter. Die erfor derliche Verdampfungswärme wird von der inerten Flüssigkeit zur Verfügung gestellt. Der Druck im Flüssiggas-Behälter bleibt bei diesem Vorgang im wesent lichen unverändert - und zwar weitgehend unabhängig von der Größe des Mengen stromes gasförmigen Flüssiggases, der von dem Kompressor aus dem Flüssiggas- Behälter abgesaugt wird.
Die Verdampfung der flüssigen Phase des Flüssiggases mit dem höchsten Dampf druck in dem Flüssiggasgemisch ist beendet, wenn der Druck in dem Flüssiggas- Behälter bei konstanter Kompressor-Leistung und einem ausreichenden Wärme angebot der inerten Flüssigkeit im Flüssiggas-Behälter zu sinken beginnt.
3. Der Druck in dem Flüssiggas-Behälter wird dann dadurch, daß über ein Druckre gelventil inerte Flüssigkeit in den Flüssiggas-Behälter eingespeist wird, im wesentlichen konstant gehalten. Die Entleerungsphase für die Komponente des Flüssiggasgemisches mit dem relativ höchsten Dampfdruck ist abgeschlossen, wenn der Flüssiggas-Behälter vollständig mit Flüssigkeit - nämlich inerte Flüs sigkeit und eventuell die flüssigen Phasen der Komponenten des Flüssiggasgemi sches mit niedrigeren Dampfdrücken gefüllt ist.
Das vom Kompressor aufzubringende Verdichtungsverhältnis ist während dieser Phase im wesentlichen konstant. Ein Verdichtungsverhältnis von 2 reicht aus, um das Flüssiggas in einem mit Wasser von Umgebungstemperatur gekühlten Wärme tauscher von wirtschaftlicher Größe kondensieren zu lassen.
4. Der Kompressor wird abgeschaltet, die Flüssiggasleitung zum Kompressor wird durch ein Ventil geschlossen und das flüssige Flüssiggas im Flüssiggas-Kondensat behälter wird mit einer Pumpe in einen Flüssiggas-Speicherbehälter gefördert. Der Druck im Flüssiggas-Kondensatbehälter ist nach der Leerung nur geringfügig höher als der Atmosphärendruck.
5. Durch Abpumpen von inerter Flüssigkeit aus dem Flüssiggas-Behälter wird der Druck im Flüssiggas-Behälter abgesenkt. Wenn der Druck trotz des Abpumpens nicht weiter absinkt, so beginnt die Verdampfung der Komponente des Flüssiggas gemisches mit dem nächst niedrigeren Dampfdruck. Das Abpumpen der inerten Flüssigkeit wird eingestellt.
6. Das Verfahren wird durch Wiederholung der Phasen 2 bis 5 solange fortgesetzt, bis in der Phase 5 trotz des Absenkens des Druckes im Flüssiggas-Behälter auf nahezu Atmosphärendruck kein durch das Verdampfen einer Komponente des Flüssiggas gemisches verursachter Druckhaltepunkt mehr auftritt. Der Druck im Flüssig gas-Behälter wird dann durch Einleiten von inerter Flüssigkeit nahezu auf die Höhe des letzten Druckhaltepunktes wieder angehoben und die Entgasung des Flüs siggas-Behälters wird mit den Phasen 3 und 4 abgeschlossen. Die inerte Flüssig keit wird aus dem Flüssiggas-Behälter zurück in den Speicherbehälter gepumpt und der Flüssiggas-Behälter wird belüftet.

Um die Sicherheit der Anlage noch zu verbessern, werden den sechs Hauptphasen des Verfahrens zwei Vorphasen vorgeschaltet:

1. Das gesamte Rohrsystem, der Flüssiggas-Kondensator und der Flüssiggas-Kon densat-Behälter werden mit Inertgas gespült, so daß kein Luftsauerstoff mehr in dem System vorhanden ist.
2. Das Inertgas in dem System wird durch gasförmiges Flüssiggas aus dem Flüssiggas- Behälter verdrängt, ohne daß es dabei zu einer Vermischung von Inertgas und Flüs siggas kommt und ohne daß dabei nennenswerte Mengen Flüssiggas in die Atmo sphäre entlassen werden. Die Durchströmung des Flüssiggas-Kondensat-Behäl ters mit Flüssiggas hat zu diesem Zweck langsam und, abhängig davon, ob das Flüs siggas schwerer oder leichter als das Inertgas ist, von unten nach oben bzw. von oben nach unten zu erfolgen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die in Flüssiggas-Behältern enthaltenen gasförmigen und flüssigen Restmen gen an Flüssiggasen in reiner, wiederverwendbarer Form wiedergewonnen wer den, ohne daß es zu der Bildung von explosiblen Gemischen in nennenswerter Menge oder zu sonstigen technischen Risiken während der Durchführung des Verfahrens kommt und ohne daß Flüssiggase in nennenswerter Menge in die Atmosphäre ent weichen,
daß das Verfahren einen vergleichsweise geringen Zeitaufwand erfordert,
daß das Verfahren für alle Flüssiggase, welche üblicherweise bei Umgebungstem peratur und Überdruck bis zu 20 bar gelagert oder transportiert werden, geeignet ist, sofern kostengünstige, inerte Flüssigkeiten für die Verdampfung und Verdrän gung des jeweiligen Flüssiggases existieren,
daß Kondensation und Verdampfung der Flüssiggase durch Kühlung bzw. Wärmezu fuhr mit Hilfe von Flüssigkeiten erfolgt, welche ungefähr Umgebungstemperatur haben,
daß das erforderliche Druckverhältnis des Kompressors für alle Flüssiggase etwa gleich und relativ niedrig ist und daß der Energieverbrauch der Anlage daher gering ist,
daß die inerte Flüssigkeit für den Flüssiggas-Behälter und das Kühlwasser für den Wärmetauscher bei dem Verfahren nicht verbraucht werden, so daß die Versor gung des Prozesses mit diesen Flüssigkeiten aus ausreichend großen Speicherbe hältern erfolgen kann, in welche diese Flüssigkeiten nach der Entgasung des Flüssiggas- Behälters zurückgeführt werden,
daß das Verfahren bei Anwendung geeigneter Ventile, Regler, sonstiger Rohrarma turen, Meßinstrumente und einer Prozeßrechner-Steuerung (SPS) zur automa tischen Durchführung geeignet ist und daß so das Risiko, welches durch menschli che Fehlbedienung der Anlage erzeugt werden kann, auf ein Minimum reduziert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 1 dargestellt und wird im fol genden näher beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Anlage zur Rest-Entleerung und Entgasung von Kesselwagen. Der Kesselwagen (1) ist über eine Rohrverbindung, welche sowohl an das Boden- als auch an das Deckenventil angeschlossen ist, mit einem Kompressor (2), einem Flüssiggas-Kondensator (3) und einem Flüssiggas-Kondensat-Behälter (4) sowie einer Stickstoffflaschenbatterie (5) verbunden. Flüssiggas-Kondensator und Flüssiggas-Kondensat-Behälter sind so angeordnet, daß das Flüssiggas-Kondensat mit natürlichem Gefälle vom Flüssiggas-Kondensator in den Flüssiggas-Kondensat-Behäl ter fließt. An der Unterseite des Flüssiggas-Kondensat-Behälters ist eine Rohrleitung und eine Pumpe (6) für die Entleerung des Flüssiggases aus diesem Behälter in einen anderen Speicherbehälter und eine Spülleitung, welche in eine Ausblaseleitung mün det, vorgesehen. Es ist angedeutet, daß der Kompressor (2), der Flüssiggas-Kondensa tor (3), der Flüssiggas-Kondensat-Behälter (4), die Pumpe (6), die Stickstoff-Fla schenbatterie (5) sowie ein hier nicht eingezeichneter Bedienungsstand mit Schaltta fel zu einer kompakten Anlage in einen stabilen Rahmen (7) eingebaut sind.

Claims

1. Verfahren zur Entfernung und Rückgewinnung der flüssigen und gasförmigen Restmengen von homogenen Flüssiggasen oder Flüssiggasgemischen aus Flüssig gas-Behältern (1) mit Hilfe einer Anlage, bestehend aus einem Kompressor (2), einem Wärmetauscher als Flüssiggas-Kondensator (3), einem Flüssiggas-Kon densatbehälter (4), einer Inertgasflaschenbatterie (5), einer Pumpe (6) und einer Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Anlage, dadurch gekenn zeichnet,
daß die Wärme zur Verdampfung der flüssigen Phase des Flüssiggasgemisches einer in den Flüssiggas-Behälter eingeleiteten bezüglich des Flüssiggases schwe reren, unlöslichen und inerten Flüssigkeit von relativ niedrigem Dampfdruck, deren Temperatur vorzugsweise ungefähr gleich der Umgebungstemperatur ist, entnommen wird,
daß inerte Flüssigkeit dann über ein Druckregelventil (8) in den Flüssiggas- Behälter nachströmt, wenn die flüssige Phase einer Komponente des Flüssiggas gemisches verdampft ist und der Druck im Flüssiggas-Behälter geringfügig absinkt,
daß dann der Druck im Flüssiggas-Behälter und damit der Druck vor dem Kom pressor während der Verdampfung der flüssigen Phase und der Absaugung der gas förmigen Phase einer Komponente des Flüssiggasgemisches bis zur vollständigen Füllung des Flüssiggas-Behälters mit Flüssigkeit im wesentlichen konstant bleibt,
daß die Verdampfung und Absaugung der Komponenten des Flüssiggasgemisches mit niedrigen Dampfdrücken - sofern vorhanden - nach dem Abpumpen von iner ter Flüssigkeit aus dem Flüssiggas-Behälter und entsprechender Druckabsen kung im Flüssiggas-Behälter auf entsprechende Weise erfolgt und daß jeweils nach Absenkung des Druckes im Flüssiggas-Kondensatbehälter durch Abpumpen der bereits kondensierten Komponente des Flüssiggasgemisches mit höherem Dampfdruck die Komponente des Flüssiggasgemisches mit dem nächst niedrigeren Dampfdruck - sofern vorhanden - von dem Kompressor aus dem Flüssiggas-Behälter abgesaugt und ungefähr mit dem gleichen Druckverhältnis wie die Flüssiggaskomponente mit dem höheren Dampfdruck verdichtet wird und in dem Flüssiggaskondensator bei unverändertem Kühlwasserstrom kondensiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß zur Verbesserung der Sicherheit des Verfahrens vor Durchführung des Ver fahrens nach Anspruch 1
das gesamte Rohrsystem, der Flüssiggas-Kondensator und der Flüssiggas-Kon densat-Behälter so mit Inertgas gespült werden, daß nahezu kein Luftsauerstoff mehr in dem System vorhanden ist, und
das Inertgas in dem System durch gasförmiges Flüssiggas aus dem Flüssiggas- Behälter so verdrängt wird, daß es dabei nur zu einer unwesentlichen Vermi schung von Inertgas und Flüssiggas kommt.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekenn zeichnet,
daß die Entleerungsleitung (9) des Flüssiggas-Behälters in den horizontalen und ansteigenden Teilen aus einer großen Anzahl paralleler Kapillarkanäle besteht, welche eine Förderung des Flüssiggas-Kondensates mit Hilfe einer Pumpe oder eines Inertgases auch dann noch einwandfrei gewährleisten, wenn der Flüssig keitsspiegel, gefolgt von dem nachströmenden gasförmigen Flüssiggas, in diese Teile der Entleerungsleitung gelangt ist.