DE10010193A1

DE10010193A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit Flüssiggas

Info

Publication number: DE10010193A1
Application number: DE2000110193
Authority: DE
Inventors: Claudio Marengo; Mauro Menegoli
Original assignee: Messer Italia SpA; Geogas SRL
Current assignee: Messer Italia SpA
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-09-20
Also published as: EP1269070B1; EP1269070A1; AU2001272090A1; WO2001065168A1; DE50113295D1

Abstract

Bei bekannten Verfahren zum Befüllen von Behältern mit Flüssiggas aus Vorratstanks sind sowohl die flüssigen Phase als auch die Gasphasen des Flüssiggases miteinander strömungsverbunden. Dadurch besteht die Gefahr der Kreuzkontamination, d. h. die Kontamination der Gasphase des zu befüllenden Behälters kann zur Kontamination des Vorratstanks führen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird das Flüssiggas in einer Flüssiggaszuleitung mittels einer mehrstufigen Fördereinrichtung aus dem Vorratstank, etwa dem Tankauflieger eines Tankfahrzeugs, in den Behälter überführt. Die Gasphase des zu befüllenden Behälters mündet im Bereich zwischen zwei Pumpenstufen der Fördereinrichtung in die Flüssiggaszuleitung aus dem Vorratstank. Dadurch wird Gas im Volumen des aus dem Vorratstank zugeführten Flüssiggases dem Behälter entnommen, verflüssigt und in flüssiger Form, zusammen mit Flüssiggas aus dem Vorratstank, wieder in den Behälter eingespeist. DOLLAR A Erfindungsgemäß erfolgt eine selbsttätige Druckregulierung im Behälter. Die Gasphasen von Behälter und Vorratstank stehen nicht in Strömungsverbindung, wodurch eine Kreuzkontamination ausgeschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit Flüssiggas.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Üblicherweise erfolgt die Betankung des Behälters in der Weise, dass das Flüssiggas in flüssiger Form aus einem Vorratstank in den Behälter gepumpt wird. Um einen Druckausgleich zwischen Vorratstank und Behälter herbeizuführen, sind zugleich die Gasphasen des Flüssiggases im Behälter und im Vorratstank über eine separate Gasleitung miteinander strömungsverbunden. Auf diese Weise gelangt eine Gasmenge, die dem Volumen des dem Behälter zugeführten Flüssiggases entspricht, in den Vorratstank.

Nachteilig bei diesem vorbekannten Befüllungsverfahren ist, dass im Falle einer Kontaminierung des zu befüllenden Tanks auch die Gasphase des Vorratstanks kontaminiert wird. Werden weitere Behälter aus diesem Vorratstank befüllt, kann es zur Kontaminierung auch dieser Behälter kommen. Außerdem besteht während einer darauf folgenden Neubetankung des Vorratstanks auch die Gefahr der Kontaminierung des Haupttanks der Produktionsstätte des Flüssiggases.

Eine derartige sogenannte Kreuzkontamination kann mit Betankungssystemen vermieden werden, die nur eine Verbindungsleitung zwischen Vorratstank und dem zu befüllenden Behälter aufweisen. Es findet dabei also kein Druckausgleich zwischen den Gasphasen von Vorratstank und Behälter mehr statt. Um einen zu starken Druckaufbau im Behälter zu vermeiden, ist es erforderlich, entweder den zu befüllenden Behälter von oben zu beladen, um eine hinreichende Wiederverflüssigung des Flüssiggases zu erreichen, oder aber die im Behälter befindliche Gasphase in die Umgebung entweichen zu lassen.

Beide Möglichkeiten sind nur mit einem erheblichen apparativem Aufwand zu realisieren. Beim Ablassen der Gasphase in die Umgebung kann es zudem zu erheblichen Geräuschemissionen und zu lokalen Luftverschmutzungen kommen. Zudem ist der starke Gasverlust von bis zu 5% der Gesamtmenge wirtschaftlich kaum zu vertreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Möglichkeit zum Befüllen von Behältern mit Flüssiggas anzugeben, bei der die Kontamination des Vorratstanks verhindert wird und die zugleich kostengünstig im Einsatz ist.

Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist also eine an einen Vorratstank einerseits und an den zu befüllenden Behälter andererseits anschließbare Zuleitung für flüssiges Flüssiggas auf, die mit einer Fördereinrichtung versehen ist. Die Fördereinrichtung umfasst eine mehrstufige Pumpe oder mehrere in Reihe geschaltete Pumpen, die den zur Förderung des Flüssiggases erforderlichen Druck in mehreren aufeinanderfolgenden Druckstufen aufbauen. Zugleich ist der zu befüllende Behälter mit einer Gasableitung zum Abführen von gasförmigem Flüssiggas versehen, die an einem Strömungsanschluss mit der Zuleitung für flüssiges Flüssiggas verbunden ist. Eine erste Pumpenstufe der Fördereinrichtung zwischen Vorratstank und dem Strömungsanschluss der Gasableitung verhindert das Einströmen von Gas aus dem Behälter in den Vorratstank. Eine zweite Pumpenstufe der Fördereinrichtung, strömungs technisch zwischen dem Strömungsanschluss der Gasableitung und dem Behälter angeordnet, bewirkt zumindest teilweise die Wiederverflüssigung des zugeführten gasförmigen Flüssiggases.

Erfindungsgemäß ist die Gasphase des Behälters also nicht mit der Gasphase des Vorratstanks strömungsverbunden. Eine Kontamination der Gasphase des Vorratstanks durch die Gasphase des Behälters kann nicht stattfinden. Eine Kontrollanalyse, die bei Vorrichtungen nach dem Stande der Technik routinemäßig vor einer Befüllung des Vorratstanks durchgeführt werden musste, ist somit entbehrlich. Der Druckausgleich im Behälter erfolgt durch eine zumindest teilweise Wiederverflüssigung der aus dem Behälter strömenden Gasphase.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, zwischen dem Vorratstank und dem Strömungsanschluss und/oder zwischen dem Strömungsanschluss und dem Behälter mehrere Pumpstufen vorzusehen. Hierdurch kann die Leistung der Fördereinrichtung erhöht werden.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem zu befüllenden Behälter und/oder beim Vorratstank um eine mobile Tankeinheit, etwa einen Straßentankwagen, dem Tankauflieger eines Straßenfahrzeugs oder einen Eisenbahnkesselwagen, die häufig zur Belieferung mehrerer Kunden eingesetzt werden. Hierbei erübrigt sich eine Überprüfung auf eine etwaige Kontamination, die ansonsten nach jedem Tankvorgang notwendig wäre. Hierdurch lässt sich auch der Einsatz von Fahrzeugen rechtfertigen, die nicht ausschließlich dem Transport von Nahrungsmitteln oder pharmazeutischen Produkten vorbehalten sind.

Bevorzugt kommt als Flüssiggas in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Kohlendioxid zum Einsatz.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Fördereinrichtung als mobile Einheit ausgebildet, die problemlos auch an bestehende Vorratstanks oder Behälter anschließbar ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmaien des Patentanspruchs 6.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird beim Befüllen des Behälters mit flüssigen Flüssiggas aus einem Vorratstank eine Menge an gasförmigem Flüssiggas, die in ihrem Volumen im wesentlichen dem Volumen des aus dem Vorratstank zugeführten flüssigen Flüssiggases entspricht, aus dem Behälter entnommen und verflüssigt. Das verflüssigte Gas wird dem Behälter wieder zugeführt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es somit, den Druckanstieg im Behälter zu begrenzen. Gleichzeitig wird eine Kontamination der Umgebungsluft mit Gas aus dem Behälter vermieden. Eventuell im Behälter vorhandene Verschmutzungen werden dem Behälter wieder zugeführt und gelangen nicht in den Vorratstank.

Zweckmäßigerweise wird der zum Tranport des flüssigen Flüssiggases aus dem Vorratstank in den Behälter aufgebaute Druck zugleich dazu eingesetzt, um das aus dem Behälter entnommene gasförmige Flüssiggas wieder zu verflüssigen.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Druck zum Fördern des Flüssiggases aus dem Vorratstank in den Behälter in mehrerem Druckstufen erhöht und das aus dem Behälter entnommene gasförmige Flüssiggas zwischen zwei der Druckstufen zugeführt. Auf diese Weise wird sowohl das Einströmen von gasförmigem Flüssiggas aus dem Behälter in den Vorratstank einfach und wirkungsvoll unterbunden als auch eine effektive Verflüssigung des dem Behälter entnommenen Gases erzielt.

Anhand der Zeichnung soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt in einem Strömungsschaltbild eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beladen und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entladen eines Flüssiggas-Tankwagens.

In dem als Auflieger eines Straßentankwagens ausgebildeten Tankwagen 10 liegt das Flüssiggas, etwa Kohlendioxid, stets sowohl in einer flüssigen Phase 12 als auch in einer gasförmigen Phase 13 vor. Der Tankwagen 10 wird aus einem ortsfesten Vorratstank 15, etwa dem Vorratstank einer Produktionsstätte oder eines regionalen Tanklagers, befüllt, in dem das Flüssiggas ebenfalls in einer flüssigen Phase 16 und eine gasförmige Phase 17 vorliegt.

Der Vorratstank 15 weist eine Ausleitung 20 auf, mittels der Flüssiggas in flüssiger Form aus dem Vorratstank entnehmbar ist. An die Ausleitung 20 ist eine Fördereinrichtung 21 angeschlossen, die eine erste Pumpenstufe 22 und eine zweite Pumpenstufe 23 aufweist, mittels derer der Förderdruck der Fördereinrichtung sukzessive auf einen vorherbestimmten Förderdruck erhöht werden kann. Zwischen der ersten Pumpenstufe 22 und der zweiten Pumpenstufe 23 ist ein Gaszuleitungsanschluss 27 angeordnet, der in der unten näher beschriebenen Weise zum Zuführen von gasförmigem Flüssiggas aus dem Tankwagen 10 dient. Im Ausführungsbeispiel sind nur zwei Pumpen stufen 22, 23 gezeigt. Es ist jedoch auch möglich, je nach der Anforderung an die Förderleistung der Fördereinrichtung 21, weitere Pumpenstufen an der Zuleitung 20 vorzusehen, und zwar sowohl - in Strömungsrichtung gesehen - vor als auch hinter dem Gaszuleitungsanschluss 27. Die Fördereinrichtung 21 ist lösbar mit der Ausleitung 20 verbunden und kann beispielsweise auch in entsprechender Weise an eine Ausleitung 28 des Tankwagens 10 angeschlossen werden.

In Strömungsrichtung an dem der Ausleitung 20 abgewandten Ende der Fördereinrichtung ist eine flexible Schlauchleitung 29 anschließbar, die zur Herstellung einer Strömungsverbindung mit dem Straßentankwagen 10 dient. Eine zweite Schlauchleitung 30, die mit dem Gaszuleitungsanschluss 27 verbindbar ist, ermöglicht eine Strömungsverbindung mit der Gasphase 13 des im Tankwagen 10 befindlichen Flüssiggases.

Der Vorratstank 15 kann in üblicher Weise über eine Tankzuleitung 31 befüllt werden, wobei der dabei entstehende Gasüberdruck über eine Gasableitung 32 ausgeglichen werden kann.

Die Füllarmaturen des Tankwagens 10 bestehen in einer Flüssiggaszuleitung 35 zum Zuführen von flüssigem Flüssiggas, die in eine Anschlussleitung 37 mündet, einer Ableitung 28 zum Entnehmen von flüssigem Flüssiggas und einer Gasableitung 36.

An der Ausleitung 28 ist eine Fördereinrichtung 38 vorgesehen, die in gleicher Weise wie die Fördereinrichtung 21 mehrere Pumpenstufen 39, 40 umfasst. Auch hier ist zwischen der ersten Pumpenstufe 39 und der zweiten Pumpen stufe 40 ein Gaszuleitungsanschluss 41 angeordnet. Strömungsabgewandt vom Tankwagen 10 münden sowohl die Fördereinrichtung 39 als auch die Flüssiggaszuleitung 35 in die Anschlussleitung 37. Durch Ventile 42, 43 können die Strömungswege durch die Flüssiggaszuleitung 34 und die Fördereinrichtung 38 je nach Bedarf geöffnet oder geschlossen werden. Beim Befüllen des Tankwagens 10 wird die Flüssiggaszuleitung 35 am Ventil 42 geöffnet und das Flüssiggas strömt in den Tankwagen 10 ein. Die Flüssiggaszuleitung 35 ist derart in das Innere des Tankwagens 10 hineingeführt, dass sie innerhalb der Gasphase 13 des im Tankwagen 10 vorliegenden Flüssiggases ausmündet. Beim Entladen des Tankwagens 10 wird das Ventil 42 geschlossen und das Ventil 43 der Ausleitung 28 geöffnet. Flüssiggas aus dem Tankwagen 10 kann nun mittels der Fördereinrichtung 38 abgepumpt werden.

Am dem Tankwagen 10 strömungstechnisch gesehen entgegengesetzten Ende der Anschlussleitung 37 ist diese mit einem Anschlusskopf 44 versehen, die zum Anschließen beispielsweise der flexiblen Schlauchleitung 29 dient. Die flexible Schlauchleitung 29 kann einerseits zum Befüllen des Tankwagens 10 mit der Fördereinrichtung 21 am Vorratstank 15 angeschlossen werden, andererseits zum Befüllen eines Behälters 45 an diesem angeschlossen werden, wie unten näher beschrieben wird.

Die Gasableitung 36 des Tankwagens 10 ist gleichfalls an ihrem dem Tankwagen 10 strömungstechnisch abgewandten Ende mit einem Anschlusskopf 46 ausgestatten, an dem die flexible Schlauchleitung 30 zwecks Herstellung einer Strömungsverbindung mit dem Gaszuleitungsanschluss 27 lösbar angeschlossen werden kann. Diese Strömungsverbindung dient in der unten näher beschriebenen Weise zum Wiederverflüssigung von aus dem Tankwagen 10 entnommenen Gas.

Beim Befüllen des Tankwagens 10 aus dem Vorratstank 15 wird Flüssiggas mittels der Fördereinrichtung 21 durch die Schlauchleitung 29 und die Anschlussleitung 37 in den Tankwagen 10 eingefüllt. Zugleich wird Gas aus der Gasphase 13 des im Tankwagen 10 befindlichen Flüssiggases über die Gasableitung 36 aus dem Tankwagen abgeleitet. Das abgeleitete Gas gelangt über die Schlauchleitung 30 in den Gaszuleitungsanschluss 27 und von dort zur Pumpenstufe 23 der Fördereinrichtung 21. Durch die Druckänderung in der Pumpenstufe 23 wird das dem Tankwagen 10 entnommene Gas verflüssigt und in flüssiger Form, zusammen mit dem aus dem Vorratstank 15 entnommenen Flüssiggas, dem Tankwagen 10 zugeführt. Nach Abschluss des Befüllvorgangs wird das Ventil 42 geschlossen.

Während des Befüllvorgangs stellt sich nach einer gewissen Zeitdauer, typischerweise nach einigen Minuten, selbsttätig ein im wesentlichen konstanter Druck sowohl im Tankwagen 10 als auch an den Pumpenstufen 22, 23 ein. Eine gesonderte Druckregelung im Tankwagen 10 ist nicht erforderlich.

In prinzipiell gleicher Weise erfolgt die Befüllung eines Behälters 45 aus dem Tankwagen 10, wie dies in der Abbildung mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Hierzu wird die flexible Schlauchleitung 29 an eine Flüssiggaszuleitung 48 des Behälters 45 angeschlossen. Gleichzeitig wird der Gaszuleitungsanschluss 41 mittels der flexiblen Schlauchleitung 30 mit einer Gasableitung 49 des Behälters 45 verbunden und so eine Strömungsverbindung der Gasphase des im Behälter 45 befindlichen Flüssiggases mit dem Gaszuleitungsanschluss 41 hergestellt. Die Gasableitung 36 des Tankwagens 10 ist gesperrt.

Mittels der Pumpstufen 39, 40 der Fördereinrichtung 38 wird Flüssiggas in den Behälter 45 gepumpt. Das eingepumpte Flüssiggas verdrängt das im Behälter 45 vorliegende Gas, das über die Schlauchleitung 30 dem Gaszuleitungs anschluss 41 zugeführt und in der Pumpstufe 40 verflüssigt wird. Das auf diese Weise verflüssigte Gas wird in flüssiger Form zusammen mit dem aus dem Tankwagen 10 entnommenen Flüssiggas wieder dem Behälter 45 zugeführt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich die Restgasmenge im Behälter 45 wesentlich verringern. Beispielsweise kann das Volumen dieses Restgases auf eine dem Druck von 9 bis 10 bar entsprechende Menge beschränkt werden. Gegenüber konventionellen Befülleinrichtungen ist auf dieses Weise eine um wenigstens 1,5% pro Fahrt höhere Transportmenge an Flüssiggas zu erzielen. Zugleich kann die Restgasmenge im Tankwagen, die nach Belieferung der Kunden in einer Produktionsstätte komprimiert, gereinigt und verflüssigt werden muss, deutlich reduziert werden, wodurch sich eine deutliche Energieeinsparung ergibt. Zudem ist es nicht mehr erforderlich, das Restgas im Tankwagen 10 vor der Beladung eines Behälters 45 einer Kontrollanalyse zu unterziehen.

Da auch nach dem Befüllen eines ersten Behälters die hohe Qualität des Flüssiggases gewährleistet ist, kann auch der Einsatz von nicht speziell dem ausschließlichen Transport von Nahrungsmitteln und medizinischen Gütern vorbehaltenen Tankfahrzeugen gerechtfertigt werden.

Bezugszeichenliste

10

Tankwagen

11

-

12

flüssige Phase

13

Gasphase

14

-

15

Vorratstank

16

flüssige Phase

17

Gasphase

18

-

19

-

20

Ausleitung

21

Fördereinrichtung

22

erste Pumpstufe

23

zweite Pumpstufe

24

-

25

-

26

-

27

Gaszuleitungsanschluss

28

Ausleitung Tankwagen

29

flexible Schlauchleitung

30

flexible Schlauchleitung

31

Tankzuleitung Vorratstank

32

Gasableitung Vorratstank

33

-

34

-

35

Flüssiggaszuleitung Tankwagen

36

Gasableitung Tankwagen

37

Anschlussleitung Tankwagen

38

Fördereinrichtung

39

erste Pumpstufe

40

zweite Pumpstufe

41

Gaszuleitungsanschluss

42

Ventil

43

Ventil

44

Anschlusskopf

45

Behälter

46

Anschlusskopf

47

-

48

Flüssiggaszuleitung Behälter

49

Gasableitung Behälter

Claims

1. Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters (10, 45) mit Flüssiggas, mit einer an einen Vorratstank (15, 10) einerseits und an den Behälter (10, 45) andererseits anschließbaren, mit einer Fördereinrichtung (21, 38) versehenen Zuleitung für Flüssiggas und mit einer an den Behälter (10, 45) anschließbaren Gasableitung (36, 49) zum Abführen von Gas aus dem Behälter, dadurch gekennzeichnet,
dass die Fördereinrichtung (21, 38) eine mehrstufige Pumpe umfasst und
dass die Gasableitung (36, 49) an einem zwischen zwei Pumpenstufen (22, 23; 39, 40) angeordneten Strömungsanschluss (27, 41) mit der Zuleitung für Flüssiggas strömungsverbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Vorratstank (10, 15) und dem Strömungsanschluss (27, 41) und/oder zwischen der Strömungsanschluss (27, 41) und dem Behälter (15, 45) jeweils mehrere Pumpstufen (22, 23; 39, 40) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorratstank (10, 15) und/oder als Behälter (15, 45) eine mobile Tankeinheit, etwa ein Straßentankwagen, ein Tankauflieger oder ein Eisenbahnkesselwagen vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssiggas Kohlendioxid eingesetzt wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (21, 38) als mobile Einheit ausgebildet ist.

6. Verfahren zum Befüllen eines Behälters (10, 45) mit Flüssiggas, bei dem flüssiges Flüssiggas aus einem Vorratstank (10, 15) dem Behälter (15, 45) zugeführt wird und gasförmiges Flüssiggas mit einem Volumen, das im wesentlichen dem Volumen des zugeführten flüssigen Flüssiggases entspricht, entnommen, zumindest teilweise verflüssigt und das so verflüssigte Flüssiggas dem Behälter (10, 45) wieder zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Transport des flüssigen Flüssiggases aus dem Vorratstank (10, 15) in den Behälter (10, 45) ein Förderdruck aufgebaut wird, der zugleich zum Verflüssigen des dem Behälter (10, 45) entnommenen gasförmige Flüssiggases eingesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderdruck in mehreren Druckstufen erhöht wird und dass zwischen zwei Druckstufen das dem Behälter (10, 45) entnommene Flüssiggas zugeführt wird.