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Verfahren und System zur Verarbeitung aufeinanderfolgender Pipelineanlieferungen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur Verarbeitung und Lagerung von ver- flüssigten, im Normalzustand gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder von Mischungen derselben. Sie be- trifft insbesondere ein Lagersystem, welches mit Einrichtungen zur Handhabung und Verarbeitung von aus
Rohrleitungsfördereinrichtungen abgegebenen Anlieferungen verflüssigter, im Normalzustand gasförmiger
Kohlenwasserstoffe ausgestattet ist.
Während der Beförderung verflüssigter, im Normalzustand gasförmiger Erdölprodukte, gewöhnlich als
LPG bezeichnet, durch eine Rohrleitung unterliegt die Anfangs-und Endmenge einerTransporteinheit oder Förderung in einem verhältnismässig grossen Ausmass einer Grenzflächenmischung mit der angrenzenden Förderung, beispielsweise eines Benzins. Der Effekt dieser Vermischung ist derart gross, dass bis zu 640000 1 einer z. B. 4000000 l Förderung von einer Qualität sein können, die unter der für LPG festgelegten Mini- malgüte liegt.
Das Ausschussprodukt oder die "Spülmischung", wie sie in Fachkreisen genannt wird. kann bis zu 50 % aus LP-Gas und 50% aus Standard-Benzin zusammengesetzt sein. Öfters werden bei einigen Rohrleitungs-Verfahren verschiedene Hilfsmittel verwendet, um diesen Mischeffekt auf ein Minimum zu bringen, die sogenannten Trennkörper, die in der Berührungsfläche zwischen den verschiedenen Produktförderungen eingeführt werden. Solche Hilfsmittel waren indessen für die Verminderung der Bildung der "Spülmischungen"nicht sehr wirksam und die mit ihrer Verwendung verbundenen Probleme machten sie für die meisten Verfahren nicht anwendbar.
Weitere Probleme in der Handhabung von Rohrleitungsförderungen von LPG entstehen durch die Vorsorge für Lagerungseinrichtungen, die grosse Anlieferungen des Produktes bei schnellen Füllgeschwindigkeiten verarbeiten können. In einer solchen Lagerungseinrichtung, welche nicht Gegenstand der Erfindung ist, aber in Verbindung damit verwendet werden kann, wird das Produkt aufgenommen und zunächst bei den Beförderungsbedingungen, nämlich bei erhöhter Temperatur und überatmosphärischem Druck, gelagert. Danach wird das Produkt bei langsamer Geschwindigkeit den endgültigen Lagerkesseln zugeführt.
Im Verlaufe der Überführung wird das Produkt gekühlt, damit es in flüssigem Zustand bei ungefähr atmosphärischem Druck und subatmosphärischen Temperaturen gelagert werden kann.
. Da eine Reihe von Vorschriften besteht, welche die Handhabung, Lagerung und Qualität von LPG lenken, muss das nicht normgemässe Produkt aus dem zur Abgabe an den Endverbraucher bestimmten LPG entfernt werden, um diesen Vorschriften zu genügen.
Abfallbeseitigungssysteme zur Abtrennung der"Spülmischung"sind unerwünscht wegen der Verschwendung eines marktfähigen Produktes. Übliche Fraktionierungssysteme sind teuer im Betrieb infolge der Kosten der die notwendige Wärmemenge zur Durchführung der Destillationsprozesse liefernden Einrichtungen.
Erfindungsgemäss kann die Fraktionierung der"Spülmischungen"und die Wiedergewinnung marktfähiger Komponenten der Mischung ökonomisch unter Anwendung einer fraktionierten Destillation bewerkstelligt werden, wobei die gesamten Heiz- und Kühlungserfordernisse des Verfahrens von dem Kühlsystem erfüllt werden, welches im angeschlossenen Lagersystem für die verflüssigten, im Normalzustand gasför-
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migen Produkte verwendet wird.
In der Zeichnung ist eine schematische Darstellung des Strömungsverlaufes einer Ausführungsform der
Erfindung gezeigt. Es ist darin ein Verarbeitungsschema unter Anwendung der Erfindung ausgeführt. In der graphischen Darstellung sind Ventile, Umleitungen, Pumpen u. a. Einrichtungen, die lediglich eine hilfs- weise Funktion ausüben, aus Gründen der Einfachheit nicht gezeigt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird das Produkt der Lagervorrichtung über die Leitung 11 von einem Zufluss, wie einer Rohrleitung (nicht gezeigt), zugeführt. Die Anfangs- und Schlussenden der För- derung, welche die"Spülmischung"enthalten, werden der Lagerung zugeführt, indem das Ventil 12 ge- öffnet und das Ventil 13 geschlossen wird und indem die Mischung über die Leitung 14 in die Spüllage- rung 15 einfliesst. Eine geeignete automatische Probeentnahmevorrichtung ist vorgesehen, die in Zu- sammenarbeit mit einer automatischen Ventilanordnung den Strom des Produktes kontrolliert, wodurch das Fliessen eines normgemässen Produktes angezeigt und der Zufluss in der Leitung 11 über die Leitung 16 zum primären Drucklagerkessel 17 durch Schliessen des Ventils 12 und Öffnen des Ventils 13 abgelenkt werden kann.
Im Kessel 17 wird das Produkt zunächst bei den Förderungsbedingungen von erhöhter Temperatur und überatmosphärischem Druck, z. B. im Falle von Propan 240C und 9 atü, gelagert. Die zur Aufrechter- haltung dieser Bedingungen notwendige Kühlleistung wird mittels eines Dampfkompressionskühlsystems erhalten, indem das entströmende gasförmige Produkt über die Leitung 18 entfernt und in einem Kom- pressor 19 verdichtet wird. Der verdichtete Dampf wird in einem wassergekühlten Kondensor 20 konden- siert und verflüssigt. Das flüssige Produkt wird von irgendwelchen nicht kondensierbaren Stoffen im Rei- niger 21 gesäubert und dem Kessel 17 rückgeleitet, worin es expansionsverdampft wird, um die notwen- dige Kühlung zu erzeugen.
Wenn gewünscht wird, das bestimmungsgerechte Produkt vom Kessel 17 in den gekühlten Lagerkes- sel 25 überzuführen, ohne das nachfolgende beschriebene Fraktionier-Destillationssystem in Betrieb zu nehmen, wird das Produkt durch die Leitung 22 dem gekühlten Lagerkessel 25 zugeführt, worin das Pro- dukt auf einen niedrigeren Druck expansionsverdampft und hiedurch die Temperatur des Produktes wesentlich vermindert wird. Um das Produkt im gekühlten Lagerkessel 25 bei im wesentlichen konstanter Temperatur zu halten, wird die Leitung 26 dazu verwendet, um das gasförmig ausströmende Produkt zu entfernen und dem Kompressor 27 zuzuführen. Der erdichtete Dampf wird durch einen geeigneten wassergekühlten Kondensator 28 geleitet, worin er verflüssigt wird.
Das flüssige Produkt wird über die Leitung 29 zu dem gekühlten Lagerkessel 25, worin es expansionsverdampft wird, rückgeleitet.
Gewöhnlich wird das Fraktionier-Destillationssystem in Zusammenhang mit der Überleitung des Produktes vom Druckkessel 17 zum Kühlkessel 25 betrieben. In diesem System wird die"Spulmischung"vom "Spüllagertank"15 durch die Leitung 30 in den Strömungsheizer 31 aufgenommen. Von da wird das erhitzte Produkt durch die Leitung 32 dem Fraktionierer 33 zugeführt. Die Überkopf- (Obendampf) -Fraktion, welche den LPG-Anteil des Spülmaterials darstellt, wird vom Fraktionierer 33 durch die Leitung 34 aufgenommen und in den Kondensator 35 geleitet, in dem sie kondensiert. Das flüssige Produkt wird über die Leitung 36 in den Sammler 37 geleitet und ein Teil davon dem Fraktionierer 33 als Rückfluss zugeführt.
Der Restteil des Überkopf- (Obendampf) -Produktes wird vom Sammler 37 entnommen und über die Leitung 38 dem gekühlten Kessel 25 zur Lagerung zugeleitet.
Die Bodenfraktion, d. h. der Verunreinigungsanteil des Spülmaterials wird über die Leitung 40 entnommen und dem Bodenlagertank 41 zugeführt, welchem er über die Leitung 42 zur weiteren Verarbeitung oder Verwendung durch den Verbraucher entnommen. werden kann. Um die erforderliche Wärme zur Fortführung der Verdampfung im Fraktionierer 33 zu liefern, wird ein üblicher Aufkocher verwendet. Ein Zweigstromprodukt wird vom Fraktionierer 33 über die Leitung 43 in den Aufkocher 44 abgeleitet. Das wiedererhitzte Produkt wird dann gemäss den üblichen Techniken dem Fraktionierer 33 über die Leitung 45 rückgeleitet.
Erfindungsgemäss erzeugt das zur Kühlung des Kessels 25 verwendete Kühlsystem eine Wärmemenge, die gleich ist der latenten Wärme des Produktes plus der Kompressionswärme und diese Gesamtwärme ist ausreichend, die zur Speisung des Strömungserhitzers 31, des Aufkochers 44 und wenn erforderlich des Produkterhitzers 46 nötige Wärme abzugeben. Wenn das Ventil 47 geschlossen ist, wird der komprimierte heisse Dampf über die Leitung 48 dem Strömungserhitzer 31 und über die Leitung 49 dem Aufkocher 44 zugeleitet. Der durch diese Wärmeaustauscher fliessende Dampf wird kondensiert und die resultierende Flüssigkeit über die Leitungen 50 bzw. 51 dem gekühlten Kessel 25 zugeleitet.
Wenn das Produkt durch die Leitung 52 entladen wird. wird es im Produkterhitzer 46 durch den heissen Dampf, welcher vom Kompressor 27 durch die Leitung 53 geleitet wird und über die Leitung 54 zum gekühlten Kessel 25 zurück-
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kehrt, aufgeheizt.
Als zusätzliches Wärmeleitungsmerkmal der Erfindung wird der Kondensator 35 mit flüssigem Kühl- mittel aus gekühltem Produkt vom Kessel 25 versorgt, welches durch die Leitung 55 fliesst und über die
Leitung 56 zum gekühlten Kessel 25 zurückkehrt. Da das verwendete Kühlmittel das gelagerte Produkt ist, kann der Fraktionierer für einen wesentlich geringeren (50 je) Druck bemessen und betrieben werden als die herkömmliche Type, welche Wasser als Heiz- und Kühlmedium verwendet.
In einer bestimmten Ausführungsform eines Lagerungs- und Spülmischung-Verarbeitungssystems der
Erfindung wird eine Lagerungsanlage mit einer Kapazität von z. B. ungefähr 9600000 l Propan verwendet.
Zusätzlich sind insgesamt ungefähr 380000 l Lagerraum für das Spülmaterial und Benzin erforderlich. Das
Produkt wird der Anlage über eine Rohrleitung zugeführt. Eine Menge von 4000000 l wird in 72 Stunden- intervallen aufgenommen. Die 4000000 I kommen von der Rohrleitung bei einer Geschwindigkeit von
500000 l/h. Von der gesamten einlangenden 4000000 l Förderung können bis zu 640000 l nicht vorschrift- entsprechend sein. Diese"Spülmischung"ist beispielsweise zusammengesetzt aus 50% Hausbrandbenzin und 50% Propan. Demgemäss verarbeitet das Spülmaterialverarbeitungssystem ungefähr 640000 I dieser
Spülmischung in einem Zeitraum von drei Tagen.
Die Auslieferungsgeschwindigkeit der Anlage kann bis über 55000 l/h oder 4000000 I in drei Tagen betragen.
In diesem System wird eine 4,8 Millionen-l-Kugel zur Lagerung von Propan bei + 240C verwendet ; eine 4,8 Millionen-I-Kugel zur Lagerung von Propan bei +0, 50C ; zehn 114000-1-Spülpropan-und Ben- zinlagertanks zur Verwendung in der Spülmaterialverarbeitung ; und ein Niederdruckfraktionierer für die
Spülmaterialtrennung in reguläres Benzin und normgemässes Propan.
Zwei Kühlsysteme werden verwendet, nämlich eine Kühlanlage von 170 t Kapazität und eine Kühl- anlage von 20 t Kapazität. Die erstere besitzt zwei 65 t Kompressoren und zwei 20 t Kompressoren (einen als Reserve) ; ebenso wie einen Niedersatzseparator, einen Ölabscheider für jeden Kompressor, Kondensatoren, ein Auffanggefäss und Strömungsventileinrichtung und einen Reiniger.
Die zweite Einrichtung besitzt zwei 10 t Kompressoren (einen als Reserve), einen Mitreissabscheider, Ölabscheider, Kondensatoren, ein Auffanggefäss, eine Strömungsventileinrichtung und einen Reiniger.
Zusatzkessel für das Fraktioniersystem umfassen einen Strömungserhitzer, Aufkocher, Kondensator, Sammler und drei Pumpen.
Bei Betrieb dieses Systems wird das Produkt von den Rohrleitungen entweder direkt in die 240C Kugel oder in die Füllmaterialtanks bei einer Geschwindigkeit von 500000 l/h aufgenommen. Liegt das Propan innerhalb der Norm werte, geht es in die Kugel, wenn nicht, fliesst der gesamte Strom in die Spülmaterialtanks, solange, bis nur mehr nicht verunreinigtes Produkt durchkommt.
Die maximale Temperatur des einlangenden Leitungsstromes ist ungefähr 240C. Die 240C Kugel ist für ungefähr 9 atü bemessen, um den Rückdruck, der in der Kugel als Folge der schnellen Füllung und Verdichtung des Dampfes oberhalb der Flüssigkeit entsteht, aufzunehmen.
Zwei 10 t Kühleinheiten sind für die 24 C Kugel vorgesehen. Diese Einheiten halten die Kugel und den Inhalt auf 24 C, so dass die aus der Umgebung in die Kugel dringende Wärme die Temperatur oder den Druck nicht erhöht.
Propan kann von der 240C Kugel entweder geeigneten Abgabestationen zugeführt oder zur Dauerlagerung in die +0, 5 C Kugel über die Leitung 22 überführt werden. Die Kühlanlage von 170 t Kapazität dient für die +0, 50C Kugel. Ungefähr 14 t dieser Kapazität sind erforderlich, um die Kugel und ihren Inhalt an heissesten Sommertagen auf +0, 50C zu halten. Der Rest der 170 t ist verfügbar, um das Produkt von 24 C auf 0, 50C abzukühlen und von der 240C Kugel in die 0, 50C Kugel überzuführen.
Unter der Voraussetzung eines Dauerbetriebes des Fraktionierers (ungefähr 640000 l der Spülmischung in drei Tagen), kann der grösste Teil der Kühlanlage ununterbrochen in Betrieb sein. Der Fraktionierer erzeugt 1837 kg/h (4560 l/h) normgemässes Propan und 3000 kg/h (4880 l/h) reguläres Benzin. Ungefähr 8400 l/h von 240C Propan können von der 240C Kugel in die +0, 5 C Kugel übergeführt werden ; und ein Strom
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den.
Das Produkt kann zu den Abgabestationen entweder von der 24 C oder von der +0, 50C Kugel herausgeführt werden. Indessen soll das +0, 50C-Produkt auf ungefähr 100C erwärmt werden, bevor es zur Abgabe an die Verbraucher verladen wird.
Der Fraktionierzyklus ist wie folgt : Die Spülmischungszufuhr wird vor Eintreten in den Fraktionierer auf 380C erwärmt. Die hiezu erforderliche Wärme wird durch Kondensieren komprimierten Propandampfes vom Kühlkompressorausgang erhalten. Vom Strömungserhitzer geht dieses kondensierte Propan zurück
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zur +0, 50C Kugel. Der Dampf'von der Mischung und vom Rückfluss wird von der Spitze des Fraktionierers abgezogen und in einem Kondensator zu Flüssigkeit gekühlt. Flüssiges Propan bei +0, 50C wird von der +0, 50C Kugel durch den Kondensator gepumpt, worin es auf 180C erwärmt wird und von da zurück zur +0, 50C Kugel gepumpt.
Ein Teil des normgemässen kondensierten Dampfes vom Fraktionierer dient als Rückfluss und der Rest wird entweder in die 113550 1-Propantanks oder zurück zur 240C Kugel gepumpt.
Die für den Aufkocher erforderliche Wärme wird durch Kondensieren komprimierten Propandampfes vom Kühlungskompressor erhalten. Das kondensierte Propan kehrt zur +0, 50C Kugel zurück. Die Boden- flüssigkeiten oder regulären Benzine werden vom Fraktionierer in die Benzinlagertanks gepumpt. In ge- eigneten Intervallen wird das angesammelte Benzin einem Benzinabnehmer abgegeben.
Zusätzlich zur Wärmezufuhr für den Strömungserhitzer und Aufkocher wird etwas von der Kühlkom- pressorentladung in einem Produkterhitzer kondensiert, um +0, 50C Propan aus der +0, 50C Kugel zu erwärmen, bevor es den Abgabestationen bei 100C zugeführt wird.
Der Wärme- und Kühlzyklus ist wie folgt : Der Fraktionierkondensator erfordert die Entfernung von 461062 kcal/h. Diese Wärmemenge wird von kaltem Propan aus der Kugel aufgenommen und zurück zur Kugel geführt. Die gleiche Menge an Wärme wird dann von der Kugei durch Entfernen des Dampfes aus der Kugel und Komprimieren des Dampfes abgeführt, wobei die Kompressionswärme plus latente Wärme durch Kondensieren des komprimierten Dampfes und Zurückführen der Flüssigkeit zur Kugel abgeführt wird ; derAufkocher erfordert 445638 kcal/h an Wärme und derStrömungserhitzer erfordert 111193kcaljh.
Diese Wärme wird erhalten durch Kondensieren der Kompressorentladung vor Rückleitung zur +0, 50C Kugel.
Die Kühlung, die erforderlich ist um den komprimierten Dampf, der von der 190 t Kühlanlage erzeugt wird, zu kondensieren, ist grösser als 190 t (190 t plus Kompressionswärme). Diese Kühlung ist ausreichend, um die gesamte Wärme für den Strömungserhitzer und Aufkocher zu liefern, der Rest erwärmt einen Strom von 30000 l/h in einem Produkterhitzer, der zwischen der +0, 50C Kugel und den Abgabestationen angebracht ist, von +0, 50C auf 100C.
Es ist klar, dass die Art der zur Isolierung der verschiedenen Lagerkessel verwendeten Isolation im erfindungsgemässen Lagersystem einen direkten Effekt auf die Kühlleistung haben wird, die erforderlich ist, den Tank auf den gewünschten Arbeitsbedingungen zu halten.
Das erfindungsgemässe Lagerungssystem ist geeignet zur Verwendung bei der Lagerung einer Vielzahl vonverflüssigten im Normalzustand gasförmigen Produkten, wie Propan, Propylen, Butan, LPG-Mischun- gen u. ähnl. Änderungen der Lagerungseinrichtung werden für jedes System erforderlich sein, indessen werden solche Abänderungen dem Fachmann, an den sich die Erfindung wendet, klar sein. Es ist selbstverständlich, dass automatische Regelungen, Signallampe und Warnvorrichtungen vorgesehen werden müssen, um die Sicherheit des Lagerungssystems zu ermöglichen.
Die Kühleinrichtung sollte, wenn möglich, durch Verfielfältigen der Maschinen in mehrfachen für maximale Bedingungen bemessenen Einheiten angeordnet sein, um auswechselbaren Betrieb zu ermöglichen und es kann die Instandhaltung erleichtert werden, wenn eine der Einheiten stillgelegt wird. Auch sollte eine Kompressorreservekapazität und elektrische Notstromaggregate zur Überbrückung eines Ausfalles der normalen Stromzufuhr vorgesehen sein.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die spezifischen obigen Beispiele beschrieben wurde, ist es klar, dass Variationen und Abänderungen möglich sind, ohne von der Erfindung abzuweichen. Demgemäss dient die vorstehende detaillierte Beschreibung nur zum Verständnis der Erfindung und so sollen keine unnotwendigen Begrenzungen herausgelesen werden, besonders was auch die Angaben von Zahlen und Werten betrifft, welche nur einer bereits in der praktischen Ausführung stehenden Anlage entsprechen.
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