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Verfahren zur Speicherung von Naturgas für den Transport
Die Erfindung betrifft die Speicherung und den Transport von natürlichen gasförmigen Kohlenwasserstoffen (Natur- oder Erdgas) und hat speziell ein Verfahren zum Gegenstand, mit dessen Hilfe das Naturgas in einer dichten, aus einem einzigen fluiden Medium bestehenden Phase erhalten wird, in welcher es bei minimalen Kosten für Kompression und Kühlung sowie den Behälterraum, bezogen auf die Gewichtseinheit des Gases, für den Transport, besonders per Schiff, geeignet ist
Grosse Mengen von Kohlenwasserstoffgasen treten in Ölfeldern auf, von denen jedoch viele von den Stellen, in welchen ein Bedarf für solche Gase besteht, weit abgelegen oder nur über den Wasserweg zu erreichen sind, so dass bis jetzt noch keine wirtschaftliche Ausnutzung dieser Rohstoffquellen möglich war.
Bestimmte schwerere Gase, die reich an Propan und bzw. oder Butan sind, wurden gelegentlich schon in flüssiger Form ("Flüssiggase") gewonnen und transportiert ; die leichteren Naturgase jedoch, die in der Hauptsache aus Methan bestehen, werden viel häufiger an der Bohrung abgefackelt oder abgeblasen. Das Ziel der Erfindung ist ein neues und besseres Verfahren zur Speicherung und zum Transport dieser leichteren Kohlenwasserstoffgase, die reich an Methan sind, wodurch diese Gase in allen Teilen der Welt als Energiequellen zur Verfügung stehen. Das neue Verfahren ist speziell darauf gerichtet, Schiffe für den Transport grosser Gasmengen heranzuziehen.
Für die Speicherung und die Verschiffung von leichten, methanreichen Kohlenwasserstoffgasen sind bisher schon verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, doch hat keines davon völlig befriedigt Eine übliche Art des Vorgehens war z. B., das Gas durch Anwendung sehr tiefer Temperaturen (-1620C), bei welchen sich reines Methan bei Atmosphärendruck kondensiert, zu verflüssigen. Obwohl bei dieser Art der Verflüssigung von methanreichem Naturgas eine ungefähr sechshundertfache Verdichtung erzielt wird, stehen doch die Kosten für die Abkühlung handelsüblicher Gasmengen einer weitergehenden Anwendung dieses Verfahrens entgegen.
Erfindungsgemäss ist ein Verfahren zur Speicherung von Naturgas für den Transport, das mindestens 50 Mol-% Methan und mindestens 75 Mol-% Methan + Äthan und als Rest schwerere Kohlenwasserstoffe neben bis 20 Mol-% inerter Bestandteile enthält, und welches einen Heizwert etwa zwischen 7 500 keal/Nm3 und 16870 kcal/Nm3 aufweist, bei welchem dieses Gas durch Kompression und Kühlung in einen bestimmten Speicherungszustandgebrachtwird und in diesem Zustand gespeichertund thermisch isoliert wird, so dass keine Entspannung und praktisch keine Wärmeaufnahme erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherungszustand, bei dem das Gas in einem einphasigen fluiden Zustand hoher Dichte gehalten wird, ohne dass sich innerhalb des fluiden Mediums eine Grenzfläche ausbildet, durch die folgende Temperatur- und Druckbedingungen erreicht werden :
A) Die Speicherungstemperatur liegt zwischen 00C und der kritischen Temperatur des Methans, d. s.-82, 2 C, jedoch mindestens 11 C unter der Umgebungstemperatur.
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worin P den Siede- bzw. Taupunktsdruck bei Speicherungstemperatur,
PC den Druck im kritischen Kondensationsdruckpunkt (C),
TC die Temperatur im kritischen Kondensationsdruckpunkt (C),
PD den Druck im kritischen Kondensationstemperaturpunkt (D),
TD die Temperatur im kritischen Kondensationstemperaturpunkt (D), ts die Speicherungstemperatur in at bedeuten.
Das Ergebnis davon ist, dass das Gas in einer dichten, aus einem einzigen fluiden Medium bestehenden Phase verbleibt, ohne dass sich irgendwelche zu Verlusten führenden Abscheidungen einer andem Phase bilden, die für den Transport bei minimalem Druck, geringer Kühlung und unter Einsparung von Kosten für den Behälter - bezogen auf die Gewichtseinheit des Gases - besonders geeignet ist.
Als"Naturgas"im Sinne der Erfindung sind anzusehen : Die sogenannten Erdölgase, d. h. die mit dem Erdöl ausgetretenen und aus dem Rohöl abgeschiedenen Gase sowie die Raffineriegase und die Gase verwandter Industrien, nicht aber die Propan-Butan-Mischungen, die als sogenanntes Flüssiggas üblicherweise in flüssigem Zustand gehandelt werden, und künstlich hergestellte Lösungen von reinem Methan in einem schwereren Trägermedium, wie etwa Äthan.
Für die praktische Anwendung der Erfindung sind somit verschiedene Naturgase geeignet. Ein Sahara-Gas z. B. mit einer kritischen Temperatur von-47, 20C und einem kritischen Druck von 80, 4ata und mit einem Heizwert von 11250 kcal/Nm3 hat die folgende Zusammensetzung, ausgedrückt in Molprozente :
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<tb>
<tb> Methan <SEP> 83, <SEP> 92 <SEP>
<tb> Äthan <SEP> 7, <SEP> 83 <SEP>
<tb> Propan <SEP> 3, <SEP> 17 <SEP>
<tb> Isobutan <SEP> 0, <SEP> 87 <SEP>
<tb> n-Butan <SEP> 1, <SEP> 08 <SEP>
<tb> Isopentan <SEP> 0, <SEP> 55 <SEP>
<tb> n-Pentan <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP>
<tb> Hexan <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP>
<tb> Fremdgase <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb>
Anderseits hat ein typisches venezolanisches Gas mit einer kritischen Temperatur von ungefähr - 11, 80C, einem kritischen Druck von 84,4 ata und einem Heizwert von 14380 kcal/Nm3 die folgende, in Molprozenten ausgedrückte Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> Methan <SEP> 61, <SEP> 37 <SEP>
<tb> Äthan <SEP> 16, <SEP> 84 <SEP>
<tb> Propan <SEP> 11, <SEP> 68 <SEP>
<tb> Isobutan <SEP> 1, <SEP> 53 <SEP>
<tb> n-Butan <SEP> 4, <SEP> 29 <SEP>
<tb> Isopentan <SEP> 0, <SEP> 84 <SEP>
<tb> n-Pentan <SEP> 1, <SEP> 39 <SEP>
<tb> Hexan <SEP> 0, <SEP> 61 <SEP>
<tb> Fremdgase <SEP> 1, <SEP> 45 <SEP>
<tb>
Wird das Naturgas unter den oben genannten Arbeitsbedingungen in einen Behälter eingebracht, so kann seine Dichte mit überraschend geringem Aufwand an Kompression und Abkühlung in hohem Masse gesteigert werden. Damit ist es aber möglich, das Gas besonders mit Schiffen zu transportieren, wobei weit weniger Kosten entstehen als bei den üblichen Verfahren, bei welchen das Gas unter Atmosphärendruck verflüssigt wird.
Die hier vorgesehene Kompression und Abkühlung ist für die Verschiffung reicher Kohlenwasserstoffgase mit verhältnismässig hohen kritischen Temperaturen (z. B.-45, 60C bei einem Heizwert von 11250 kcal/Nm3 bis-17, 8 C bei einem Heizwert von 14060 kcal/Nm3) besonders günstig, während es nicht wirtschaftlich ist, mit den bekannten Verflüssigungsverfahren grössere Mengen an Propan, Butan oder Pentan neben dem Methan mitzuführen, da diese Bestandteile eigentlich unnötig unterkühlt werden.
Da alle Erdölgase und viele reine Erdgase reich an diesen schwereren Kohlenwasserstoffen sind, ist das vorliegende Verfahren von grosser wirtschaftlicher Bedeutung, denn es führt infolge der höheren
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Speichertemperaturen und der niedrigeren Speicherdrucke beim Transport der wertvollen schwereren Komponenten zur Auftrennung nach dem Transport per Schiff zu beachtlichen Kosteneinsparungen.
Auch ärmere Gase (mit Heizwerten zwischen ungefähr 7 500 und ungefähr 11 250 kcal/NmS) können mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens günstig verschifft werden, sofern der Transport nicht zu weit ist (weniger als etwa 3200km), da die niederen fixenKosten für die Kühlung, die von der Länge des Transportweges nicht abhängig sind, die höheren Kosten für die Behälter auf dem Schiff, die durch die höheren Drücke und die niedrigeren absoluten Dichten verursacht sind, bei weitem ausgleichen.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich an Hand der Zeichnung besser verstehen. Diese gibt ein Druck-Temperatur-Diagramm für ein typisches Naturgas wieder und umfasst den Ausschnitt der hier zur Diskussion stehenden Speicherbedingungen.
In diesem Diagramm sind absolute Zahlenwerte nicht angegeben, doch ist die Form der verschiedenenKurven bezeichnend für ein typischesNaturgas der oben beschriebenen Art Die Kurve --ABCDE-schliesst den Zustandsbereich ein, in welchem das Gas in Form von zwei Phasen, also teilweise flüssig und teilweise gasförmig, vorliegt. Der Punkt --A-- bezeichnet die Verflüssigungstemperatur des Gases bei Atmosphärendruck; diese liegt etwa bei-161, 1 C. Punkt-B-ist der wahre kritische Punkt des Gases, bei welchem die verschiedenen Linien für gleiche Konzentrationen in der flüssigen und in der
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da sie die definierten Gleichgewichtszustände bezeichnet, bei welchen die Dampfphase zu erscheinen beginnt, z. B. im Verlauf einer isothermen Expension des Gases.
Der Kurvenzug vom kritischen Punkt --B-- zum Punkt-E-- wird üblicherweise als Taukurve bezeichnet, da beim Erreichen dieser Linie, z. B. beim isobaren Abkühlen des Gases, Flüssigkeit zu kondensieren beginnt. Kritische Merkmale für die typischen Naturgase, die für das vorliegende Verfahren in Betracht kommen, sind Drücke zwischen ungefähr 47, 5 ata und ungefähr 140, 6 ata und Temperaturen zwischen ungefähr-87, 20C und ungefähr +79, 40C.
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pressibles fluides Medium beschrieben werden, ohne Rücksicht auf Druck und Temperatur, da sein physikalischer Zustand lediglich von der Dichte dieses Mediums abhängig ist Wenn z.
B. das Gas vom Punkt - X-zum Punkt-Y-komprimiert und dann zum Punkt-Z-abgekühlt wird, so ändert sich dabei seine Dichte allmählich, ohne dass eine deutliche Änderung in der Art der Phase eintritt. Nur wenn Änderungen der Gastemperatur und des Gasdruckes vorgenommen werden, die durch das Zweiphasengebiet führen, z. B. direkt vom Zustand-X-zum Zustand-Z--, kann eindeutig die Bildung einer flüssigen neben einer Dampfphase festgestellt werden.
Deshalb wird hier ein Naturgas, dessen Zustand einem Punkt ausserhalb des Zweiphasengebiets entspricht, stets als ein fluides Medium bezeichnet, worunter ein kompressibles einphasiges fluides Medium zu verstehen ist
Das neue Verfahren kann sehr allgemein durch die Angabe beschrieben werden, dass das Gas durch Kompression und Kühlung auf Speicherbedingungen gebracht wird, die durch die gestrichelten Linien, welche die Punkte-l bis 13-- im Diagramm miteinander verbinden, umschrieben sind. So wird das
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pression und Kühlung in den Speicherzustand gebracht wird. Eine gewisse Kühlung ist deswegen bei allen Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens erforderlich, wenn sie auch nur durch eine Expansion des Gases beim Einfüllen in die Behälter herbeigeführt wird.
Das Diagramm gibt mit der gestrichelten Verbindungslinie 13 - 1, welche der kritischen Temperatur des Methans entspricht (-82, 2 C), auch die minimale Speichertemperatur an. Das Gas sollte bei diesem neuen Verfahren zur Speicherung für den Schiffstransport keinesfalls unter ungefähr -82, 2oC abgekühlt werden, da sonst die Kosten für die Kühlung rasch ansteigen, der Gewinn an Verdichtung zurückgeht und die Kosten für die Metallbehälter, die eine hohe Kerbzähigkeit aufweisen müssen, bei Temperaturen unter diesem Bereich erheblich grösser werden.
Der gemäss der Erfindung minimale Speicherdruck ist im Diagramm durch die gestrichelte Linie
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zwischen den Punkten --1 und 7-- dargestellt. Er liegt keinesfalls unter einem Wert, der den Siedepunkts- bzw. Taupunkts-Druck des Gases um 3, 5 at übersteigt, sofern die Temperatur unter der kritischen Kondensationstemperatur D liegt, oder der, wenn die Arbeitstemperatur über der kritischen Kondensationstemperatur liegt, ungefähr um 3, 5 at den der kritischen Kondensationstemperatur entsprechenden Druck übersteigt Die letztere Bedingung ergibt nur dann eine wesentlich tiefer liegende untere Druckgrenze, wenn sich der Zweiphasenbereich-ABCDE--mit seinem Punkt für die kritische Kondensationstemperatur nicht über die Linie --7 - 9-- für die maximale Temperatur hinaus erstreckt,
was je nach der Zusammensetzung des Gases gelegentlich der Fall sein kann. Es ist darauf hinzuweisen, dass den Punkt --6-- im Diagramm nicht, wie es den Anschein haben könnte, auf der Grenzkurve fürden Zweiphasenbereich liegt ; es ist vielmehr der Punkt, dessen Temperatur der kritischen Kondensationstemperatur-D-entspricht, dessen Druck aber 3,5 at höher liegt als der des Punktes --D--. Infolgedessen liegt der Punkt.... 6-- stets ausserhalb des Zweiphasengebiets.
Dieser Parameter des minimalen Druckes stellt sicher, dass das Gas stets im einphasigen Zustand eines kompressiblen fluiden Mediums gespeichert und transport wird, dass also solche Zustandsbedingungen vermieden werden, welche einem Punkt im Zweiphasengebiet entsprechen, wobei dann eine Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Dampf erscheinen würde. Flüssige Abscheidungen oder eine Dampfblase über der Flüssigkeit mit den damit verbundenen Nachteilen können daher nicht auftreten ; es besteht auch gar keine Notwendigkeit hiefür (wie dies bei andern Verfahren der Fall ist), da ein Temperaturanstieg durch einen erträglichen Druckanstieg im einphasigen hochkompressiblen fluiden Medium ausgeglichen wird.
Ausser dem Problem des Verspritzens hat die Arbeitsweise mit flüssigen Anteilen im Zweiphasengebiet eine wesentliche Verringerung der Gasd ich te n zur Folge, welche eine volle Ausnutzung des teuren Behälterraum nicht zulässt
Der maximale Speicherdruck beim erfindungsgemässen Verfahren ist im Diagramm durch die gestrichelte Verbindungslinie zwischen den Punkten-9 und 13-dargestellt. Bei Speichertemperaturen, die unter der Temperatur des kritischen Kondensationsdruck-Punktes (Punkt --C--) liegen, gilt als obere Grenze ein Druck von 35 at über der Siede- bzw. Tau-Kurve.
Bei Temperaturen über derjenigen des kritischen Kondensationsdruck-Punktes liegt der Grenzwert bei einem Druck, der den kritischen Kondensationsdruck des Gases um 35 at übersteigt Diese obere Druckgrenze sollte nicht überschritten werden, da sonst der Aufwand für die Kompression und die Kühlung sowie für die Behälter des Gases zu unwirtschaftlich wird. Ausserdem führen verhältnismässig geringe Überschreitungen der Temperatur über die Linie.. -9 - 13- bei konstant gehaltenem Volumen zu aussergewöhnlich hohen Druckanstiegen, was unterhalb der Linie des Maximaldruckes nicht der Fall ist und was von gefährlicher Auswirkung sein kann, wenn das gespeicherte Gas noch eine gewisse Wärmemenge aufnimmt
Speicherzustände in den genannten weiten Grenzen können beim Transport von Naturgas per Schiff angewendet werden.
Wenn das Gas einmal in einen solchen Zustand gebracht ist, so kann es in viele Druckbehälter aus Metall abgefüllt werden, die in den Laderäumen grosser und schneller Schiffe dicht gestapelt untergebracht sind. Diese Behälter sind jeweils in sich gegen die gewählte Arbeitstemperatur und den Arbeitsdruck beständig. Die Laderäume sollten vollständig isoliert sein, damit das Gas und seine Behälter beim Transport praktisch auf der Temperatur beim Einfüllen gehalten werden und damit sich auch die leeren Behälter bei der Rückfahrt nicht wesentlich über diese Temperatur erwärmen können.
Das Gas wird ständig sowohl beim Füllen als auch beim Entleeren der Behälter in dem einphasigen Zustand eines kompressiblen fluiden Mediums gehalten, wie er für die Arbeitsbedingungen typisch ist, damit eine gleichmässige Zusammensetzung gesichert und unerwünschte Temperatureffekte so klein wie möglich gehalten werden. Da das Gas für einen derartigen Transport am besten mit verhältnismässig konstanter Geschwindigkeit hergestellt und mit ähnlich gleichmässiger Geschwindigkeit an den Verbraucher abgegeben wird, trifft man die Einteilung derart, dass stets ein Schiff zur Befüllung und eines am Bestimmungsort zum Entleeren zur Verfügung stehen, während die übrigen Schiffe der Transportflotte auf dem Weg zwischen den Bestimmungshäfen sind. Somit werden mindestens vier Schiffe benötigt.
Auf diese Weise können die Kosten und der Aufwand für die zusätzliche Füllung und Leerung von Lagerbehältern vermieden werden, die sonst an beiden Häfen notwendig sind. Eine solche Lagerhaltung ist natürlich nicht ausgeschlossen, wenn sie durch andere Bedingungen und besondere Umstände, wie Abgabe an verschiedene Verbraucher, begünstigt wird. In manchen Fällen kann es von Vorteil sein, wenn ein ärmeres Naturgas vor dem Transport einen Zusatz von Propan erhält, damit die Mischung eine höhere kritische Temperatur erhält, so dass der bei der gewählten Speichertemperatur erforderliche Druck herabgesetzt wird. Das Propan kann nach dem Entleeren abgetrennt und zur Wiederverwendung mitdem Schiff an den Ursprungshafen zurückgebracht werden.
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Diese Form des Verfahrens zum Schiffstransport von Naturgas hat gegenüber der üblichen Beförderung durch Kühlung oder Kompression im verflüssigten Zustand (LPG and LNG techniques) einen weiteren VorteiL Wegen der verhältnismässig hohen Temperaturen, die beim vorliegenden Verfahren eingehalten werden können, ist die Gefahr, dass sich das Gas während des Transports infolge einer schadhaften Isolierung erwärmt, wesentlich herabgesetzt, und ausserdem ist eine erheblich weniger umfangreiche Isolierung erforderlich, die sowohl als solche wie auch wegen ihrer Raumbeanspruchung und ihres Gewichtes Kosten verursacht Die geringe eindringende Wärmemenge kann dadurch voll ausgeglichen werden,
dass ein entsprechender Teil der Ladung als Kraftstoff für das Schiff verwendet wird oder - so- fern Heizöl preisgünstiger ist- dass zu Beginn um einige Grade weiter abgekühlt wird. Jedenfalls besteht aber keine Notwendigkeit dafür, dass das Gas auf dem Schiff durch Kühleinrichtungen abgekühlt wird oder dass zum Ausgleich des Überdrucks Gas abgelassen wird.
Innerhalb der weit gefassten maximalen und minimalen Temperatur- und Druck-Bedingungen, die oben angegeben worden sind, werden bei der praktischen Anwendung des Verfahrens aus wirtschaftlichen Erwägungen die tiefsten Temperaturen bevorzugt, die bei Verwendung von Behältern aus niedrig legiertem Stahl anwendbar sind. Infolgedessen lässt sich angeben, dass die bevorzugten Speichertemperaturen im Bereich zwischen -45 und -620C liegen ; die letztere Temperatur liegt genügend weit (ungefähr 19, 4 C) über der Temperaturgrenze, unterhalb welcher solche Materialien, wie Nickelstahl mit 1 bis 2% Ni, der abgeschreckt und getempert wurde, damit er eine Zerreissfestigkeit von ungefähr 8440 kg/cm2 erreicht, keine Duktilität mehr aufweisen.
Diese Materialien sind in der Dicke auf ungefähr 19 mm begrenzt ; mit einem Sicherheitsfaktor von UTS/3,2 wird demgemäss der Speicherdruck in Gasbehältern mit einem äusseren Durchmesser von ungefähr 1330 mm, wie er derzeit als Grenze für Femleitungsrohre typisch ist, auf ungefähr 94,2 ata begrenzt Für sehr arme Gase ergibt sich bei Behältern mit einem Durchmesser von ungefähr 762 mm ein maximaler Speicherdruck von ungefähr 132 ata.
Die optimalen Speicherbedingungen innerhalb dieser praktischen Grenzen hängen von der Zusammensetzung der zu verfrachtenden Gasmischungen ab ; die bevorzugten Speicherdrucke reichen von einem Minimalwert von ungefähr 42 ata für ein Gas mit einem Heizwert von ungefähr 16400 kcal/Nm3 bis zu einem Höchstwert von 77,3 ata für ein Gas mit einem Heizwert von ungefähr 11250 kcal/Nm3 oder von 126,5 ata für ein Gas mit einem Heizwert von ungefähr 8440 kcal/Nm3, wobei jeweils nur geringe Anteile an Fremdgasen vorliegen.
Die minimale Temperatur von -620C in die- sem bevorzugten Bereich liegt so weit unterhalb der kritischen Temperatur sehr reicher Gase, dass die Flüssigkeit verhältnismässig wenig kompressibel und eine Arbeitsweise weit über dem Druck des Verdampfungspunktes nicht wirtschaftlich ist Ein sehr armes Gas kann anderseits dagegen bei-62 C noch über der kritischen Temperatur sein ; in einem solchen Fall kann es angezeigt sein, bei einem Druck zu arbeiten, der nahe dem Punkt der maximalen Kompressibilität liegt (wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird).
In den dazwischenliegenden Fällen, also bei Gasen, deren kritische Temperatur nicht weit über -620C liegt, besteht eine so hohe Kompressibilität, dass durch Anwendung eines Druckes, der um einiges über dem Siedepunktsdruck liegt, die Kosten wesentlich vermindert werden können.
Nachdem nun die weit gefassten Speicherbedingungen, mit welchen sich das vorliegende Verfahren beschäftigt, und dabei auch ein verhältnismässig enger Bereich der Speichertemperatur beschrieben sind, soll nun die Aufmerksamkeit auf die grundsätzlichen Unterteilungen der Speicherbedingungen, je nach dem, ob die Speichertemperatur über oder unter der kritischen Temperatur des Gases liegt, gelenkt werden. Bei einer Ausführungsform des neuen Verfahrens wird das Gas durch Kühlung und Kompression in einen Speicherzustand gebracht, bei welchem die maximale Speichertemperatur die kritische Temperatur des Gases und die minimale Speichertemperatur ungefähr -680C ist.
Innerhalb dieser Temperaturgrenzen kann der Speicherdruck entsprechend der Zusammensetzung der Gasmischungen variieren, wobei er jedoch stets mindestens 3, 5 at und höchstens 35 at über dem Siedepunktsdruck des Gases bei der Speichertemperatur liegt
In dem Druck-Temperatur-Diagramm sind diese Grenzen eingezeichnet Die maximale Speichertemperatur ist durch die gestrichelte Verbindungslinie der Punkte-3 und 11-- und die minimale Speichertemperatur durch die gestrichelte Verbindungslinie der Punkte-2 und 12-dargestellt Dem maximalen Speicherdruck entspricht die gestrichelte Verbindungslinie der Punkte --11 und 12-- und dem minimalen Speicherdruck die gestrichelte Verbindungslinie der Punkte-2 und 3--.
Wird in dieser Weise die Speichertemperatur auf den Bereich unter der kritischen Temperatur des Gases beschränkt, so wird vorzugsweise eine 350 bis 400fache Steigerung der Dichte des Gases, bezogen auf die Dichte des Gases bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur, erzielt. So hat z. B. ein reiches
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Gas mit einem Heizwert von ungefähr 14400 kcal/Nm3 und einer relativen Dichte (gegen Luft) von 0, 9 bei ungefähr -59, 40C einen Siedepunktsdmck von ungefähr 46 ata ;
wird dieses bei der angegebenen Temperatur auf einen Druck von ungefähr 53 ata gebracht, so ergibt sich eine Dichte von ungefähr 432, 5 g/l, was etwa dem 388fachen der normalen Dichte und auch ungefähr der Dichte entspricht, auf welche normales armes Naturgas durch Verflüssigung bei Atmosphärendruck allein durch Abkühlung gebrachtwerden kann. Anderseits erfordert ein armes Gas mit einem Heizwert von ungefähr 10 120 kcal/Nm3 und einer relativen Dichte von ungefähr 0, 67 einen Speicherdruck von ungefähr 95 ata bei ungefähr -59, 40C, wodurch eine Steigerung der Dichte auf ungefähr 288, 3 g/l-d. h. etwa auf das 350fache-er- zielt wird.
Bei einer andern Ausführungsform des neuen Verfahrens ist die minimale Speichertemperatur die kritische Temperatur des Gases und die obere Speichertemperatur ungefähr 1l0C unter der Temperatur der Umgebung, aber nicht über OOC. Diese obere und untere Temperaturgrenze sind im Diagramm durch die gestrichelten Verbindungslinien zwischen den Punkten-7, 8 und 9 bzw. 3 und 11-dargestellt.
Der Speicherdruck kann bei Einhaltung dieser Temperaturgrenzen wieder entsprechend der Zusammensetzung der jeweiligen Gasmischung variieren ; er soll jedoch keinesfalls mehr als 35 at über dem Taupunktsdruck des Gases bei der Speichertemperatur, die niedriger ist als die Temperatur des kritischen Kondensationsdruck-Punktes (Punkt --C--) oder 35 at über dem kritischen Kondensationsdruck des Gases liegen, wenn die Speichertemperatur die dem kritischen Kondensationsdruck-Punkt des Gases entsprechende Temperatur übersteigt Im Diagramm bezeichnet die gestrichelte Verbindungslinie der Punkte --10 und 11-- den maximalen Speicherdruck, wie er sich ergibt, wenn die Speichertemperatur unter derjenigen liegt, die dem kritischen Kondensationsdruck-Punkt entspricht, während die gestrichelte Verbindungslinie zwi-
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liegt ungefähr 3,
5 at über dem Taupunktsdruck des Gases bei der jeweiligen Speichertemperatur, sofern diese tiefer ist als die kritische Kondensationstemperatur des Gases bzw. ungefähr 3, 5 at über dem Druck, welcher dem kritischen Kondensationstemperatur-Punkt (Punkt --D--) des Gases entspricht, sofern die Speichertemperatur höher ist als die kritische Kondensationstemperatur. Der minimale Speicherdruck, der für Speichertemperaturen gilt, die tiefer liegen als die kritische Kondensationstemperatur (Punkt --D--), ist im Diagramm durch die gestrichelte VerbindungsliniezwischendenPunkten-Sund 6-- dargestellt, während die gestrichelte Verbindungslinie zwischen den Punkten --6 und 7-den mi- nimalen Druck bezeichnet, der für Speichertemperaturen gilt, die höher sind als die kritische Kondensationstemperatur.
Wie schon oben erwähnt, ist der durch die gestrichelte Verbindungslinie zwischen den Punkten--6 und 7-bezeichnete Minimaldruck gegenstandslos, wenn die kritische Kondensationstemperatur bzw. Punkt-D-des Gases über die obere Temperaturgrenze hinausreicht, welche durch die gestrichelte Linie zwischen den Punkten-7, 8 und 9-bezeichnet ist
Für den Fall, dass die Speichertemperatur über dem kritischen Punkt --B-- des Gases liegt, gibt es noch einen andern Parameter, welcher einen besonders vorteilhaften Zustandsbereich bestimmt Der Speicherdruck wird vorzugsweise so gewählt,
dass bei der isothermen Kompression bei der Speichertemperatur der relative Dicbteanstieg des Gases gleich dem relativen Druckanstieg des Gases ist und bei welchen die Kompressibilität des Gases ihre höchsten Werte erreicht Wenn diese Drücke für verschiedene Temperaturen aufgetragen werden, so ergibt sich eine Kurve, wie sie in ihrem typischen Verlauf durch die gestrichelte Linie zwischen den Punkten-4 und 8-in das Diagramm eingezeichnet ist. Die Kompressibilität des Gases erreicht infolgedessen entlang dieser optimalen Drucklinie stets ihren Höchstwert, und ihr"Z"-Faktor ist für eine bestimmte Temperatur jeweils minimal.
Unter Berücksichtigung dieses Umstandes ist es von Vorteil, wenn der Speicherdruck bei Temperaturen über der kritischen Temperatur des Gases etwa im Bereich dieser Linie der maximalen Kompressibilität liegt, wobei noch der Behältergrösse und der Zerreissfestigkeit bei dem angenommenen Sicherheitsfaktor Rechnung zu tragen ist.
Wird in dieser Weise verfahren, wobei die Speichertemperatur über der kritischen Temperatur, jedoch nicht unter ungefähr -45, 60C liegt, so wird die Dichte der Mischung unter Ausschluss der Fremdgase auf das 300 bis 350fache der bei Atmosphärendruck und der Temperatur der Umgebung gemessenen Dichte gesteigert
Zum besseren Verständnis der Erfindung folgt nun eine Beschreibung des Verfahrens im Zusammenhang mit seiner Anwendung für den Transport des oben erwähnten venezolanischen Gases mit einem Heizwert von ungefähr 14375 keal/Nm3 per Schiff. Dieses Gas wird von der Bohrung zusammen mit dem mitgerissenen Rohöl durch eine Rohrleitung zu Separatoren geführt Dort wird dieses Gas in einem mit drei Druckstufen arbeitenden Verfahren vom Rohöl abgetrennt und unter Anwendung eines Molekular-
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siebes getrocknet.
Die Temperatur bei der Entwässerung liegt ungefähr bei 49 C. Nach der Entwässerung wird das Gas in Kreiselverdichtem auf einen Druck von ungefähr 124 at komprimiert Im Anschluss an diese Kompression wird das Gas auf ungefähr 400C abgekühlt, wobei das Gas vollständig im Zustand eines einphasigen fluiden Mediums bleibt
Da das erfindungsgemässe Verfahren sich vornehmlich auf denSchiffstransport von Naturgas bezieht, ist es erforderlich, das Gas von der Verdichtungs- und Entwässerungs-Station mittels einer Rohrleitung einer Verladestelle für den Schiffstransport zuzuleiten. Je nach den topographischen Verhältnissen, die dort vorliegen, wo das erfindungsgemässe Verfahren praktisch angewandt wird, kann diese Rohrleitung über Land oder Wasser oder beides geführt werden.
Das Gas wird beim Erreichen der Verladestelle auf ungefähr 105, 5 ata entspannt und auf eine Temperatur von ungefähr 27 C gekühlt, wonach es immer noch als einphasiges fluides Medium vorliegt Anschliessend wird das Gas gekühlt und entspannt, um die Speicherbedingungen zu erreichen, für welche ein Druck von ungefähr 66,8 ata und eine Temperatur von ungefähr -450e vorgesehen sind.
Als Kühlmittel eignet sich Propylen, welches unter Atmosphären- druck bei ungefähr -47, 80e verdampft In dieser Dampfform wird das Propylen auf ungefähr 18, 14 ata komprimiert und bei ungefähr 40, 6 C zur Flüssigkeit kondensiert
Schiffe, die zum Gastransport gemäss der Erfindung benutzt werden, können in ihren Laderäumen mit einer grossen Zahl von röhrenförmigen Behältern ausgestattet sein, die an beiden Enden verschlossen sind. Ein derartiger Behälter kann etwa einen äusseren Durchmesser von ungefähr 1, 065 mm, eine Wandstärke von ungefähr 13, 5 mm und eine Länge von ungefähr 15, 25 m aufweisen. Nachdem die Expansion und die Kühlung an der Verladestelle zu Ende geführt sind, wird das Gas in diese Behälter geleitet, die in den wärmeisolierten Laderäumen des Schiffes untergebracht sind.
Die Gasfracht in den gefülltenBehältern befindet sich unter einem Druck von ungefähr 66, 8 ata und bei einer Temperatur von ungefähr -45oe ; selbst bei Überfahrten, die mehrere Tage dauern, steigt die Temperatur nur ungefähr um 1, 1 C an, obwohl ausser der Wärmeisolierung nichts zur Kühlhaltung des Gases unternommen wird.
Die geringe Wärmeausdehnung, die dabei eintritt, kann dadurch ausgeglichen werden, dass ein entsprechender Teil der Gasfracht als Kraftstoff für die Dieselmaschinen des Schiffes verwendet wird. Wenn das Schiff den Bestimmungshafen erreicht, so dürfte das Gas etwa eine Temperatur von ungefähr-44, 4 C aufweisen und noch unter einem Druck von ungefähr 61, 5 ata stehen. Ein Schiff kann z.
B. rund 17 t dieses Gases mit einem Heizwert von 14375 kcal/Nm3 in der angegebenen Weise transportieren ; nach dem Entladen im Bestimmungshafen verbleiben rund 0, 45 t des Gases in den Behältern unter einem Druck von ungefähr 10 ata und bei einer Temperatur von ungefahr -50C Erhält das Gas bei der Rückfahrt durch die unvollkommene Isolierung die gleiche Wärmemenge zugeführt und wird wieder das Gas mit als Kraftstoff benutzt, so kommt das Schiff im Ausgangshafen noch mit einer Ladung von rund 0, 16 t des Gases in den Behältern an, in welchen es bei einer Temperatur von ungefähr -42, 80e unter einem Druck von ungefähr 3, 6 ata steht
Naturgas, das gemäss der Erfindung transportiert wurde, kann am Bestimmungsort aufgetrennt werden in Methan, das kontinuierlich in eine Femgasleitung abgegeben werden kann,
und schwerere Bestandteile, wie Äthan, Flüssiggase und natürliches Gasolin, welche in getrennten Leitungen den Betrieben zur Weiterverarbeitung zugeführt werden können. Die höheren Kohlenwasserstoffe können auch in exothermer Reaktion mit Wasserdampf über Katalysatoren, die Nickel enthalten, hauptsächlich zu Methan konvertiert werden, um auf diese Weise die in das Leitungssystem abgegebene Gasmenge zu vergrössern. In praktisch allen Fällen sind die Nettokosten für den Verbraucher von Naturgas und seinen Komponenten, die gemäss der Erfindung gespeichert und über grosse Strecken hinweg transportiert worden sind, erheblich geringer als die, die sich bei den andern bislang bekannten Verfahren zum Transport von Gas auf dem Wasserwege ergeben.
In der vorliegenden Beschreibung ist die Erfindung zwar als Verfahren zur Speicherung von Naturgas für den Transport erläutert worden ; sie kann selbstverständlich aber auch zur örtlichen Speicherung von Naturgas angewandt werden.
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