DE102004063841A1

DE102004063841A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kombinierten Gasentspannung und Klimakälteerzeugung

Info

Publication number: DE102004063841A1
Application number: DE200410063841
Authority: DE
Inventors: Rutger Dr.-Ing. Kretschmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: DE102004063841B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten Erdgasentspannung und Klimakälteerzeugung, wobei
a) das Erdgas in einer Entspannnungsstrecke von einem hohen Druck auf einen niedrigeren Druck entspannt wird und dass
b) das infolge der Enspannung abgekühlte Erdgas nachfolgend Wärme von einem Kälteträger indirekt aufnimmt und dass
c) der Kälteträger zum Bedarfsort der Klimakälte transportiert und dort entladen wird, wobei
d) intermittierend der Entspannungsstrecke Wärme zur Enteisung bzw. Dehydratisierung zugeführt wird, um die funktionsbeeinträchtigende Bildung von Wassereis bzw. Methanhydrat zu verhindern,
und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Exergienutzung bei der Entspannung von Gasen bei hohen Drücken und insbesondere ein Verfahren zur gekoppelten Gasentspannung und Klimakälteerzeugung.

Aus Platz- und ökonomischen Gründen lagern viele brennbare Gase unter hohen Drücken. Dies trifft insbesondere auch auf den rohrleitungsgebundenen Transport von Gasen zu. Häufig ist das Druckniveau für die Nutzung und Weiterverarbeitung der Gase sehr viel geringer als der Lager- oder Förderdruck. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, dass die Gase von hohem Druck auf einen niedrigeren Druck entspannt werden.

Erdgas wird beispielsweise in unterirdischen Lagerstätten bei sehr hohem Druck gespeichert und muss bei der Ausspeicherung auf ein niedrigeres Druckniveau entspannt werden. Auch bei der Übergabe von Gas aus der Ferngas- in die Regional- bzw. Endverteilerstufe ist eine Reduzierung des Druckniveaus erforderlich.

Ebenso wird der Leitungsdruck von Kompressorstationen auf bis zu 80 bar konstant gehalten, und für industrielle erdgasgefeuerte kombinierte Gas-/Dampfturbinenanlagen muss das Erdgas auf das vorhandene Druckniveau in der Gasturbinenbrennkammer reduziert werden. Dieses Niveau liegt prozessbedingt bei ca. 2 bar.

Gleichfalls werden in der chemischen Industrie Gase bei hohen Drücken gelagert, wobei die Verarbeitung auf einem niedrigeren Druckniveau erfolgt und somit eine Druckreduzierung vom Lagerzustand zum Verarbeitungszustand erforderlich ist. Als Beispiel dafür sei das mitteldeutsche Wasserstoffnetz in Leuna genannt.

Regionale und kommunale Gasversorgungsunternehmen betreiben Übernahme- und Regelanlagen (ÜRA), in denen das Erdgas der Ferngasstufe einerseits auf den erforderlichen Druck angepasst wird und andererseits die Messung des übergebenen Gases erfolgt. Die Druckanpassung des Gases von der Ferngasstufe von ca. 50 bis 40 bar auf den Verteilerdruck von ca. 16 bis 3 bar erfolgt üblicherweise durch die Drosselung des Gases. Auf Grund des negativen Joule-Thomson-Effektes kühlt sich das Gas um etwa 0,4 K je bar Druckabsenkung ab. Um eine Schädigung der nachgelagerten Anlagen zu vermeiden, wird das Gas vorgewärmt, damit es bei Eintritt in das nachgelagerte Gasnetz eine Mindesttemperatur von etwa 5 bis 10 °C hat.

Bei genügend hohem Druckgefälle, von beispielsweise mehr als 5, ist es technisch und wirtschaftlich möglich, die Gasentspannung mit Hilfe von Gasentspannungsmaschinen wie Kolben- und Turboexpandern durchzuführen. Bei Gasentspannungmaschinen wird die im Gas gespeicherte Druckenergie als mechanische Energie zurückgewonnen. Gegenüber der reinen Drosselentspannung ist die Nutzung von Gasentspannungmaschinen mit geringeren inneren Reibungsverlusten behaftet. Daher ist es erforderlich, auch das in den Gasentspannungmaschinen zu expandierende Gas vorzuwärmen. Die Menge der Vorwärmenergie ist dabei ungefähr 5 bis 7 mal größer als bei der Drosselentspannung, wenn ein gegebenes Temperaturniveau nach der Expansion erreicht werden soll.

Die Abkühlung des Gases bei der Expansion bringt diverse technische Probleme mit sich, da beispielsweise Ableitungen vereisen können oder sich abhängig von Druck und Temperatur bei Anwesenheit von Wasser Gashydrat bildet, welches zu einer Verstopfung der Anlagenteile führen kann. Um diesem technischen Nachteil auszuweichen und die Abkühlung zu kompensieren, wird das Gas vor oder auch nach der Entspannung erwärmt.

Im Stand der Technik sind vielfältige Verfahren zur Vorwärmung des Gases beschrieben. Üblicherweise erfolgt die Erwärmung vor der Entspannung oder Drosselung, also bei hohem Druck des Gases.

Prinzipiell erfolgt die Vorwärmung durch Gasvorwärmanlagen oder Gasheater. Die verschiedenen Systeme lassen sich nach der Art der Wärmeerzeugung, der Art der Wärmeüberträger und der verwendeten Wärmeträgersysteme gliedern. Sie unterscheiden sich lediglich in der Ausführungsform bzw. in der Art ihrer räumlichen Anordnung.

Aus der DE 196 33 674 C2 ist dagegen eine In-Line-Gasvorwärmung bekannt, wobei die Vorrichtung zur Erwärmung von unter hohem Druck stehendem brennbarem Gas vor der Entspannung dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Erwärmung des Gases eine Heizvorrichtung direkt in einem das Gas enthaltenden Behältnis vorgesehen ist.

Eine Alternative besteht in der Druckreduzierung verbunden mit einer vorherigen elektrischen Aufheizung des Erdgases, wodurch die geforderten Vordrücke der Verbraucher ohne Vereisung der Rohrleitungsarmaturen erreicht werden. Durch ein entsprechend hohes Aufheizen des Erdgases vor der Entspannung kann somit die Vereisungsgefahr minimiert werden, und es wird auch eine höhere elektrische Leistung bei der Expansion im Falle des Einsatzes von Gasentspannungsturbinen erreicht. Nachteilig bei dieser Art der Vorwärmung ist die Nutzung von hochwertiger Elektroenergie zur Vorwärmung des Gases.

Aus der US 4,693,072 ist eine kombinierte Gas-Dampf-Kraftanlage bekannt, die mit unter hohem Eingangsdruck stehendem Erdgas betrieben wird. In dieser Anlage wird das Erdgas durch Entnahmedampf oder Abdampf einer Dampfturbine erwärmt. Damit wird der Wirkungsgrad des kombinierten Gas-/Dampfturbinenprozesses reduziert. Bei einer Teillastfahrweise der Dampfturbine sinken jedoch an der Entnahmestelle die Dampfdrücke, wodurch das Erdgas geringer aufgewärmt wird und die Gefahr einer Vereisung hinter der Entspannungsturbine entsteht.

Nach der DE 101 55 508 C2 wird ein modifiziertes Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Wärmeauskopplung über einen Teilstrom des in den Heizflächen der Abhitzekessel erhitzten Wasser-Dampf-Kreislaufes als Zwischenmedium für die Erwärmung des Hochdruck-Gases dient. Dazu dient das Speisewasser des Hochdruck-Kreislaufes oder der in dem Niederdruckteil eines Zweidruck-Dampferzeugungssystems erzeugte Niederdruckdampf.

Den bekannten Verfahren zur Vorwärmung von Gasen haftet der gemeinsame Nachteil an, dass die Energie zur Vorwärmung als zusätzlicher Aufwand für die Bereitstellung von Primärenergie bei einem gewünschten Arbeitsdruckniveau entsteht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Energieeffizienz bei der Entspannung des Gases von einem hohen Druck auf einen niedrigeren Druck zu verbessern und eine dafür geeignete Anlagenkonzeption zur Verfügung zu stellen. Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, bisher ungenutzte Energiepotenziale sinnvoll zu nutzen, Kosten zu senken sowie die Erzeugung von Kälte und deren Verwendung zeitlich und örtlich zu entkoppeln.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Entspannung von Erdgas bei höherem Druck gelöst, wobei das Gas von einem hohen Druck auf einen niedrigeren Druck entspannt wird und dass das infolge des Joule-Thomson-Effektes abgekühlte Gas in einem Wärmeübertrager Wärme von einem Kälteträger indirekt aufnimmt und diesem Wärme entzieht und dass der Kälteträger anschließend zum Bedarfsort von Klimakälte transportiert wird. Der Entspannungsstrecke wird zur Verhinderung von funktionsbeeinträchtigender Bildung von Wassereis bzw. Methanhydrat intermittierend Wärme zugeführt.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein entspanntes Gas auch mit einer Temperatur die Entspannungsstrecke verlassen kann, die deutlich unterhalb von 10 °C liegt.

Ausschlaggebend ist die Verhinderung von Wasserkondensation im Inneren der Gasleitungen und -anlagen bzw. an der Außenoberfläche der Anlage. Die Gastemperatur nach der Entspannung kann so bis zu –10 °C betragen, jedoch ist dann zu verhindern, dass eine Kondensation des Wassers aus der Umgebungsluft bzw. aus dem Erdreich an den Außenwandungen der Rohre erfolgt, was sonst zu Korrosionsschäden führen kann.

Die Konzeption der Erfindung besteht darin, die Entspannung von Gasen, welche beispielsweise im Falle von Erdgas in hohen Quantitäten erfolgen muss, mit der Kälteerzeugung für die Klimatisierung zu kombinieren. Außerdem ist zu verhindern, dass sich gegebenenfalls bildendes Wassereis bzw. Gashydrat zu einer Funktionsstörung der Gasexpansionsanlage führt. Da die Anwesenheit von Wasser im Erdgas nie vollständig auszuschließen ist, müssen entsprechende Vorkehrungen gegen die übermäßige Bildung von Wassereis und Methanhydrat getroffen werden, was mittels geeigneter Sensortechnik umgesetzt wird.

Die Klimakälteerzeugung erlebte in ihrer Vergangenheit einen merklichen Aufschwung, wobei die zur Herstellung der Klimakälteanlagen verwendeten Maschinen hohe Investitions- und Energiekosten verursachen. Zudem müssen die Kälteerzeugungsmaschinen dem stark schwankenden Lastgang der Klimakältenachfrage folgen. Die Bereitstellung von Kühlwasser zur Rückkühlung der Kältemaschinen im innerstädtischen Bereich ist gleichfalls zum Teil problematisch. Zum einen können Restriktionen aus dem Bebauungsplan die Aufstellung von Nass- bzw. Trockenkühlwerken behindern. Zum anderen erweist sich die Gewinnung von Grundwasser zur Kühlung und dessen nachfolgende Ableitung als sehr kostenintensiv.

Aus diesem Grund werden Kälteerzeugungsanlagen oft mit Kältespeichern gekoppelt, die einerseits die installierte Leistung der Kälteanlagen mindern sollen, andererseits aber auch zu einem gleichmäßigen Betrieb der Kältemaschinen beitragen sollen.

Der Vorteil der konzeptionsgemäßen Kombination von notwendiger Erdgasentspannung und erwünschter Klimakälteerzeugung besteht darin, dass die Exergie der Abkühlung des Gases von hohem auf niedrigeren Druck ohne eine weitere Umwandlung zur Klimakälteerzeugung eingesetzt wird. Ganz besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der zentral gekühlte Kälteträger für die Klimakälteerzeugung anschließend zu dezentralen Bedarfsorten transportiert wird.

Die Wärmeenergie, die nach der Drosselentspannung bzw. Gasentspannung in einer Turbine dem Erdgas zugeführt wird, soll aber erfindungsgemäß nicht mehr bzw. nicht mehr vollständig durch hochwertige, eigens zu diesem Zweck eingesetzte Primärenergie bereitgestellt werden. Vielmehr soll durch bewusste Ausnutzung des Abkühlungseffektes Kälteenergie auf einem Temperaturniveau unterhalb von 0 °C bereitgestellt werden.

Die Wärmezufuhr für das Gas erfolgt nach einer Ausgestaltung der Erfindung, indem als Kälteträger Wasser von ca. 20 °C bis 14 °C auf 6 °C abgekühlt wird oder dass ein Solekreislauf einen Binäreiserzeuger soweit abkühlt, dass ein pumpfähiges Wasser-Eis-Gemisch (Binäreis) entsteht, wobei die Block-Eisbildung durch Beigabe spezieller Chemikalien verhindert wird. Die Herstellung des Binäreises erfolgt vorzugweise mit Hilfe von Schaber-Wärmeübertragern, die über einen Sole-Zwischenkreislauf mit der Kältequelle, der Expansionsstrecke, verknüpft sind.

Das erzeugte Binäreis hat die Eigenschaft, eine um den Faktor 2,5 bis 3 höhere Speicherkapazität als flüssiges Wasser zu besitzen und gleichzeitig ein pumpfähiges Gemisch zu sein. Diese Eigenschaften machen Binäreis zu einem mit herkömmlichen Systemen (Container, Tanklastfahrzeug) transportfähigen Gemisch.

Ein weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Gas vor der Entspannung erwärmt wird. Damit wird eine gezielte Verhinderung von Wassereis- und Methanhydratbildung ermöglicht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Gas nach einer Wärmeaufnahme vom Kälteträger in Verfahrensschritt b) zusätzlich auf die erforderliche Gastemperatur erwärmt.

Die Entspannung des Gases kann prinzipiell sowohl durch eine Drosselentspannung als auch durch eine Gasexpansion erfolgen.

Wird die Gasentspannung mittels Gasentspannungsmaschine (Turbine bzw. Motor) durchgeführt, so kann nach einer Vorzugsausgestaltung der Erfindung eine Kältemaschine direkt mit der Entspannungsmaschine gekoppelt werden, um zusätzlich zur Gasentspannung Kälte aus einer Kompressionskälteanlage zu gewinnen.

Besonders bevorzugt erfolgt eine Erwärmung und/oder eine Nacherwärmung des Gases nach der Wärmeaufnahme in Verfahrensschritt b) durch die Abwärme der Kälteanlage. Die Abwärme der Kälteanlage ist alternativ auch zur Vorwärmung des Erdgases vor dem Entspannungsprozess einsetzbar.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Gasexpansion mittels eines Expanders erfolgt, der sowohl mit einem Generator als auch mit einem Verdichter einer Kälteanlage derart gekoppelt ist, dass wahlweise Strom bzw. Kälte erzeugt wird. Eine solche Anlage wird auch als Tandem-Maschine bezeichnet, bei der an einem Abtriebsstrang des Expanders ein Generator und an dem anderen Abtriebsstrang ein Kältemittelverdichter angeordnet ist. Durch eine elektromechanische Kupplung kann wahlweise Strom bzw. Kälte erzeugt werden.

Die funktionsbeeinträchtigende Vereisung bzw. Anlagerung von Methanhydraten in der Gasexpansionsstrecke wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass unzulässig hohe Schichtdicken der genannten Stoffe detektiert und durch eine nachfolgende Wärmezufuhr abgebaut werden. Die Detektion der funktionsbeeinträchtigenden Anlagerungen erfolgt einerseits durch Vergleich der sich im Betrieb einstellenden Strömungsgeräusche mit einem Referenzzustand bei Drosselentspannern und andererseits über ein Schwingungsüberwachungssystem bei Gasexpansionsmaschinen.

Gleichfalls vorteilhaft ist die Kombination beider Systeme möglich.

Als Kälteträger wird in Verfahrensschritt c) bevorzugt ein Binäreisgemisch eingesetzt. Alternativ dazu können auch andere Phase-Changing Materials (kurz PCM) eingesetzt werden.

Für den Einsatz in der Klimatechnik werden bevorzugt Paraffine eingesetzt, die je nach Anwendungsfall durch die Kettenlänge auf eine gewünschte Phase-Changing-Temperatur eingestellt werden.

Als Vorteile der Erfindung sind insbesondere zu nennen, dass das Verfahren einerseits ermöglicht, Energie für die Gasvorwärmung und Kälteerzeugung einzusparen und dass andererseits Investitionen für die Klimakälteerzeugung und Kältespeicherung stark verringert werden. Durch die Einsparung von Energie für die Erwärmung des Gases zur Kompensation der Abkühlung bei der Entspannung und der Einsparung der energetischen und apparativen Aufwendungen zur Bereitstellung von Klimakälte werden die globalen Ressourcen entlastet, was zu einer Verminderung von CO₂-Emmissionen führt. Durch den Transport des Kälteträgers zum Ort der Kälteverwendung wird der Energieaufwand gespart, der alternativ für die Bereitstellung der Kälte vor Ort nötig gewesen wäre, abzüglich der energetischen Aufwendungen zum Transport des Kälteträgers. Zudem führt die Verwendung von Kälteträgern, die ein hohes Kältespeichervermögen besitzen, wie PCM bzw. Binäreis, in der Klimakälteanlage zu einer gleichmäßigeren Belastung der Kältemaschinen, was wiederum Verschleiß- und Energiekosten minimierend wirkt.

Zudem kann durch den Einsatz eines Kälteträgers mit einem hohen Kältespeichervermögen auf die Installation von Spitzenlast-Kälteerzeugungsanlagen verzichtet werden, was wiederum Investitionskosten erspart.

Wegen der Ausnutzung des Phasenüberganges können das Anlagenvolumen und die Speicher- bzw. Pufferbehälter mit einem Faktor von ca. 2,5 bis 3 deutlich kleiner ausgeführt werden als beispielsweise herkömmliche Kaltwasserspeicher. Durch die Physik des Phasenwechsels sind zudem sehr hohe Ausspeicherleistungen realisierbar. Insgesamt resultiert daraus eine Ersparnis an Investitionsaufwendungen für die Klimakälteanlage und den Speicher.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung. Es zeigt:
1: Vorrichtung zur kombinierten Gasexpansion und Klimakälteerzeugung.
Als Druckniveau wird bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Erdgas von 50 bis 40 bar auf 16 bis 3 bar entspannt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auch eine Entspannung von 280 bar, dem Lagerdruck des Erdgases, auf einen Transportdruck von 50 bis 80 bar erfindungsgemäß realisierbar. Als Hochdruckgas wird im Folgenden Erdgas vor der Entspannung auf den jeweils niedrigeren Druck und als Niederdruckgas wird Erdgas nach der Entspannung bezeichnet.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch skizziert. Insbesondere sind eine Gasentspannungsmaschine 1 zur Entspannung von Erdgas und ein Wärmeübertrager, der Nachwärmer 3, als zentrale Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Der Nachwärmer 3 ist in einen Solekreislauf eingebunden, welcher eine Solepumpe 10 und einen Binäreiserzeuger 4 enthält. Der dargestellte Nachwärmer 3 erfüllt funktionsgemäß die Aufgabe, dem durch die Entspannung abgekühlten Erdgas Wärme zuzuführen, wobei die vom Solekreislauf im Nachwärmer 3 abgegebene Wärme im Binäreiserzeuger 4 zur Bildung von Binäreis aufgenommen wurde.
An der Gasentspannungsmaschine 1 ist erfindungsgemäß ein Vibrationssensor 5 vorgesehen, welcher Veränderungen des Betriebsverhaltens der Gasentspannungsmaschine 1 durch sich eventuell anlagerndes Wassereis oder auch die Bildung von Methanhydrat detektiert. Nicht explizit dargestellt ist, dass eine Regeleinrichtung mit dem Vibrationssensor 5 gekoppelt ist, welche im Falle einer sich anbahnenden funktionsbeeinträchtigenden Störung der Gasexpansionsmaschine 1 durch das sich bildende Wassereis bzw. Methanhydrat eine Heizung 14 intermittierend und geregelt in Betrieb nimmt, wodurch der Anlagerung von Wassereis oder Methanhydrat entgegengewirkt wird.
Für den Fall einer zu starken Funktionsbeeinträchtigung ist ein Bypass für das Erdgas vorgesehen, welcher ein Expansionsorgan 6, beispielsweise ein Drosselorgan 6, enthält. Die Gasexpansionsmaschine 1 ist mechanisch gekoppelt mit einem Generator 13 und/oder einem Kältemittelverdichter 11, wodurch die mechanische Energie, welche bei der Gasexpansion in der Gasentspannungsmaschine 1 frei wird, zur Erzeugung von elektrischem Strom und/oder zum Antrieb des Kältemittelverdichters nutzbar wird.
In der erfindungsgemäßen Realisierung ist eine gekoppelte Lösung von Stromerzeugung und Kältemittelverdichterantrieb dargestellt, wobei der Kältemittelverdichter 11 einen Kältemittelkreislauf antreibt, dessen Kondensator 12 in den Hochdruckstrang 7 der Gaszufuhr eingebunden ist, und somit zu einer Vorwärmung des zu entspannenden Erdgases dient. Der Kältemittelkreislauf wird komplettiert durch ein Entspannungsorgan 15 und einen Verdampfer 16, wobei Letzterer bevorzugt in den Solekreislauf zur Binäreiserzeugung integriert ist.
Nach der dargestellten Ausgestaltung der Erfindung ist zusätzlich ein Vorwärmer 2 im Hochdruckstrang 7 der dargestellten Anlage integriert, der eine Vorwärmung des Erdgases zur gezielten Unterbindung von Wassereis- und Methanhydratbildung ermöglicht.
Alternativ und nicht dargestellt ist die Ausgestaltung, einen zusätzlichen Nachwärmer vor dem Niederdruckausgang 8 zu implementieren, um eine gleichmäßige und stabile Temperatur des Niederdruckgases zu gewährleisten.
In einer weiteren, nicht dargestellten alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird der Kondensator 12 des Kältemittelkreislaufes zur Nachwärmung im Niederdruckstrang des Erdgases vor dem Niederdruckausgang 8 platziert.
Der Binäreiserzeuger 4 wird bevorzugt als Schaberwärmeübertrager ausgeführt, an dessen Ausgang, dem Binäreisabzug 9, der Kälteträger entnommen wird.
Der Kälteträger wird anschließend mittels Flüssigkeits-Kühlcontainer bzw. Kühlflüssigkeits-Tanklastfahrzeug an den Ort der Verwendung gebracht und kann, da dieser erfindungsgemäß pumpfähig ist, ohne besonderen Aufwand am Ort der Verwendung umgepumpt werden. Ebenso ist die Anwendung des Kälteträgers in zentralen und dezentralen Kälteanlagen möglich, da der Kälteträger gleichfalls in Rohrleitungen transportiert werden kann.
Alternativ zu der dargestellten Ausgestaltung der Erfindung ist die direkte Einbindung eines Kühlwasserkreislaufes zur Klimatisierung anstelle des Solekreislaufes möglich. Die traditionelle Kaltwassererzeugung von 12 °C auf 6 °C zur Klimatisierung in herkömmlichen Klimaanlagen lässt sich bevorzugt dadurch erreichen, dass über eine Regelung mittels des Vorwärmers 2 die entsprechende, die Grädigkeit des Nachwärmers 3 berücksichtigende, Temperatur an diesem einstellt, wobei die Klimakälte direkt am Nachwärmer 3 abgreifbar ist.

1: Gasentspannungsmaschine
2: Vorwärmer
3: Nachwärmer
4: Binäreiserzeuger
5: Vibrationssensor
6: Expansionsorgan
7: Hochdruckstrang
8: Niederdruckausgang
9: Binäreisabzug
10: Solepumpe
11: Kältemittelverdichter
12: Kondensator
13: Generator
14: Heizung
15: Entspannungsorgan
16: Verdampfer

Claims

Verfahren zur kombinierten Erdgasentspannung und Klimakälteerzeugung, wobei a) das Erdgas in einer Entspannungsstrecke von einem hohen Druck auf einen niedrigeren Druck entspannt wird und dass b) das infolge der Entspannung abgekühlte Erdgas nachfolgend Wärme von einem Kälteträger indirekt aufnimmt und dass c) der Kälteträger zum Bedarfsort der Klimakälte transportiert und dort entladen wird, wobei d) intermittierend der Entspannungsstrecke Wärme zur Enteisung bzw. Dehydratisierung zugeführt wird, um die funktionsbeeinträchtigende Bildung von Wassereis bzw. Methanhydrat zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdgas vor der Enspannung in Verfahrensschritt a) erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdgas nach der Wärmeaufnahme in Verfahrensschritt b) zusätzlich erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannung in Verfahrensschritt a) durch eine Drosselentspannung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannung in Verfahrensschritt a) durch eine Gasexpansion erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Energie der Gasexpansion Kältemittel in einer Kälteanlage verdichtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Erdgases durch die Abwärme einer Kälteanlage erfolgt.
Vorrichtung zur kombinierten Erdgasentspannung und Klimakälteerzeugung, umfassend eine Gasentspannungsmaschine (1) und einen nachfolgend angeordneten Nachwärmer (3), wobei der Nachwärmer (3) in einen Solekreislauf mit Solepumpe (10) und Binäreiserzeuger (4) eingebunden ist und dass ein Vibrationssensor (5) mit einer Regeleinrichtung und einer Heizung (14) derart an der Gasentspannungsmaschine (1) vorgesehen sind, dass die Vereisung der Gasentspannungsmaschine (1) mittels des Vibrationssensors (5) detektierbar und über die geregelte Heizung (15) abbaubar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentspannungsmaschine (1) einen Generator (13) und/oder einen Kältemittelverdichter (11) antreibbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (14) als Elektroheizung und über den Generator (13) betreibbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kälteanlage mit Kältemittelverdichter (11), Kondensator (12), Entspannungsorgan (15) und Verdampfer (16) vorgesehen sind, wobei der Verdampfer (16) als Binäreiserzeuger (4) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (12) der Kälteanlage das Hochdruckgas erwärmbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (12) der Kälteanlage das Niederdruckgas erwärmbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorwärmer (2) das Hochdruckgas erwärmbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nachwärmer (3) das Niederdruckgas erwärmbar angeordnet ist.