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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Restentleerung und Entgasung
von mobilen Tanks, insbesondere der Ladetanks von Binnentankschiffen,
die für
den Transport von flüssigen
Kohlenwasserstoffgemischen mit einem Flammpunkt unter 21° eingesetzt
werden. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Einrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens.
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Gemäß dem Stand
der Technik sind unterschiedliche Verfahren zur Verdrängung der
Tankatmosphäre
bekannt, wobei die Verwertung und Rückgewinnung im Vordergrund
steht oder die Entsorgung von flüchtigen
Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre erfolgt auf der Grundlage
alter Emissionswerte, die diese Form der Entsorgung zum gegenwärtigen Zeitpunkt
durch verschärfte
Umweltschutzbestimmungen nicht mehr gestatten.
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In
DE 43 20 759 A1 und
DE 43 03 064 A1 wird
ein Verfahren zur Restentleerung und Entgasung von Flüssiggasbehältern beschrieben.
Danach erfolgt die Restentleerung und Entgasung von Flüssiggasbehältern dadurch,
dass die Flüssiggase
zunächst
verdampft, als Dampf aus dem Behälter
geleitet und/oder gedrückt
und/oder gesaugt werden und die Flüssiggase anschließend durch
Kondensieren wiedergewonnen werden.
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Bei
diesem Verfahren wird Inertgas verwendet und es arbeitet mit Drücken bis
zu 10 bar.
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Dieses
Verfahren ist für
Binnentankschiffe zum Transport von Mineralölprodukten, z.B. Ottokraftstoff,
aus folgendem Grund ungeeignet:
- 1. Da die flüssigen Restmengen
sich als dünne Filmschicht
an den Tankwandungen und als Lachen am Tankboden über eine
sehr große
Oberfläche
verteilt befinden, ist eine Erwärmung
dieser Restmengen mit Heizvorrichtungen wie z.B. Heizschlangen durch
Wärmeleitung
ohne aufwendige bauliche Änderungen
nicht möglich.
- 2. Der zulässige
Tankdruck für
Ottokraftstoff darf gemäß ADNR 0,1
bar nicht überschreiten.
Die Tanks sind baulich nicht für
Drücke
bis 10 bar ausgelegt.
- 3. Die Verwendung von Inertgas setzt zusätzliche Inertgaserzeugeranlagen
voraus und macht die anschließende
Verwertung oder Entsorgung der inerten Tankatmosphäre komplizierter
und zeitaufwendiger. Die Bereitstellung von Inertgas erfordert weitere
Energie, dadurch bedingt eine Steigerung der CO2-Emissionen
und erhöht
die Anlagenkosten.
- 4. Aufgrund der unterschiedlichen Sättigungskonzentrationen der
Bestandteile des Ottokraftstoffes müsste die Tankatmosphäre bis auf
ca. –80
bis –100°C abgekühlt werden,
um auch die niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffverbindungen (z.B. C4 Hx, C5 Hx) bis zum geforderten Reinheitsgrad auszukondensieren
und als flüssige
Phase abzuführen.
Dies setzt Kälteleistung
und entsprechende Anlagen voraus.
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In
DE 39 20 398 A1 wird
ein Verfahren zur Reduzierung der auf Tanklagern, Tankwagen-Füllstellen und Schiffen anfallenden
Kohlenwasserstoffemissionen und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens
beschrieben.
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Dieses
Verfahren bezieht sich auf Gas-, Dampf-, Luftgemische, die während der
Befüllung
eines Behälters
mit Mineralölprodukten
verdrängt
werden, ein Teil der Kohlenwasserstoffe durch Kondensation zurückgewonnen
werden und das restliche Gas-, Dampf-, Luftgemisch verbrannt wird.
Hierbei wird von der Verdrängung
der Tankatmosphäre
im Verhältnis
1:1 durch ein Fluid ausgegangen.
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Dieses
Verfahren ist für
Binnentankschiffe zum Transport von Mineralölprodukten, z.B. Ottokraftstoff,
aus folgendem Grund ungeeignet:
- 1. Die Befüllung der
Tanks würde
ggf. bauliche Änderungen
auf dem Binnentankschiff voraussetzen und lediglich die Dampfphase
entfernen. Die flüssigen
Ladungsrestmengen würden
nach der Entleerung aus den Tankwandungen verdunsten und die Tankatmosphäre wieder
aufkonzentrieren.
- 2. Als Fluid wäre
Wasser geeignet. Die Lagerung und Entsorgung des kontaminierten
Wassers in dieser Menge wäre
aber problematisch und teuer.
- 3. Der geforderte Reinheitsgrad wird durch dieses Verfahren
nicht erreicht.
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In
DE 39 03 938 A1 wird
ein Verfahren zur Entsorgung der Gasrauminhalte von großvolumigen Behältern mit
umweltbelasteten Inhaltsstoffen beschrieben. Dieses Verfahren geht
auch von einer Verdrängung
durch ein Fluid aus und ist ungeeignet zur Entgasung von Binnentankschiffen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Restentleerung und Entgasung
von ortsbeweglichen Behältnissen
(Binnentankschiffe) in besonders umwelffreundlicher, schneller und
sicherer Weise zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des Verfahrens nach Patentanspruch 1 gelöst. Patentanspruch
7 definiert den Schutzumfang der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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In
den Unteransprüchen
ist der Schutzumfang von vorteilhaften Ausführungen und Merkmalen zu dem
erfindungsgemäßen Verfahren
und der dazugehörigen
Einrichtung definiert.
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Die
Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
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Die
dazugehörigen
Zeichnungen zeigen in
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1 ein
Schema der schiffsseitigen Elemente der erfindungsgemäßen Einrichtung,
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2 das
Anschlussschema zu 1 mit den landseitigen Elementen
der erfindungsgemäßen Einrichtung,
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3 das
Schema der schiffsseitigen Elemente der erfindungsgemäßen Einrichtung
in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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4 das
Anschlussschema zu 3 mit den landseitigen Elementen
der erfindungsgemäßen Einrichtung
in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3.
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Im
Ausführungsbeispiel
1 wird die Restentleerung und Entgasung der Ladetanks eines Binnentankschiffes
dargestellt. Das Binnentankschiff verfügt über eine Vielzahl von Ladetanks 23,
die durch eine schiffsseitige Gassammel-/Gasabfuhreitung 21 zur Ableitung
der gasförmigen
Tankatmosphäre
aus den Ladetanks 23 und aus einer Lade-/Löschleitung 22 zum
Befüllen
der Ladetanks mit flüssigen
Kohlenwasserstoffgemischen, vorzugsweise mit Ottokraftstoffen, miteinander
verbunden sind.
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Dieses
schiffsseitige Rohrleitungssystem ist Bestandteil der erfindungsgemäßen Einrichtung,
die durch landseitige Elemente zum Transport, zur Zirkulation der
Tankatmosphäre
und zur Entsorgung der Tankatmosphäre ergänzt wird.
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Das
Verfahren der erfindungsgemäßen Einrichtung
läuft bei Öffnung und
Schließung
der entsprechenden, nachfolgend in Anordnung und Funktion näher beschriebenen
Ventile wie folgt ab:
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1. Phase: Verdrängung der
Tankatmosphäre
aus dem Tank
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Die
Gasabfuhr-/Gassammelleitung 21 und die Lade-/Löschleitung 22 der
Ladetanks 23 des Binnenschiffes sind durch flexible Rohrverbindungen 11 und 12,
insbesondere Schlauchleitungen, mit der landseitigen, nachfolgend
näher beschriebenen Schiffsentgasungsanlage
verbunden.
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Über die
Rohrleitung 18 und eine Flammendurchschlagsicherung 9 saugt
das Gebläse 1 atmosphärische Luft
an und drückt
diese über
die Leitung 2, die Flammendurchschlagsicherung 19,
die flexible Verbindung 11 und die Gassammel-/Gasabfuhrleitung 21 von
oben in den Ladetank 23.
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Im
Ladetank 23 werden die Kohlenwasserstoffdämpfe, welche
eine größere Dichte
als Luft aufweisen und somit schwerer sind, nach unten verdrängt und
vom Boden der Ladetanks 23 in die Lade-/Löschleitung 22 gedrückt.
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Die
sich als Gas-, Dampf-, Luftgemisch darstellende Tankatmosphäre wird über die
flexible Verbindung 12, die Flammendurchschlagsicherung 20, das
Gasmessgerät 8,
die Rohrleitung 4 und 17 der Verwertung 7,
insbesondere einem Brenner zur Erzeugung von Wärme zugeführt. Die Verbrennungswärme wird
zur Erhitzung von Reinigungswasser genutzt, dessen Einsatz später erwähnt wird.
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Je
nach Ausführung
der Anlage können
auch folgende Verwertungs- oder Entsorgungsmöglichkeiten genutzt werden:
- a. Rückgewinnung
der Kohlenwasserstoffe, z.B. in einer Dämpferückgewinnungsanlage (VRU) einschließlich etwaiger
Puffersysteme (Speicher),
- b. Verbrennung in Wärmekraftmaschinen
zur Erzeugung von Elektroenergie und/oder Wärme, z.B. in einem Blockheizkraftwerk
(BHKW) einschließlich
etwaiger Puffersysteme (Speicher),
- c. Entsorgung z.B. in einer Gasfackel
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Die
Tankatmosphäre
kann ebenfalls von der Rohrleitung 4 über die Rohrleitung 15, 16 und 32 der Brennkammer 29 mit
externer Energiezufuhr einer Thermischen Nachverbrennungsanlage 6 zugeführt werden.
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Es
besteht die Möglichkeit,
die vom Gebläse 1 geförderte Luft
von der Rohrleitung 2 über
die Rohrleitung 3 abzuzweigen, in einem Wärmetauscher 27 der
Thermischen Nachverbrennungsanlage 6 zu erwärmen, und über die
Rohrleitung 3.1 mit der kalten Luft in der Rohrleitung 2 zu
mischen, um so die gewünschte
Eintrittstemperatur in den Ladetank 23 zu regeln.
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Es
besteht die Möglichkeit,
die aus dem Ladetank 23 und der Rohrleitung 4 strömende Tankatmosphäre über die
Rohrleitung 5 abzuzweigen, in einem Wärmetauscher 28 der
Thermischen Nachverbrennungsanlage 6 vorzuwärmen und über die
Rohrleitung 5.1 und 32 der Brennkammer 29 der
Thermischen Nachverbrennungsanlage 6 zuzuführen.
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Es
besteht die Möglichkeit,
in einem Wärmetauscher 10 der
Thermischen Nachverbrennungsanlage 6 ein Wärmeträgermedium
zu erwärmen
und die Wärmeenergie
zu nutzen, bzw. überschüssige Wärme mit
geeigneten Vorrichtungen 30 auszukoppeln.
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Die
Verdrängung
der Kohlenwasserstoffdämpfe
im Ladetank 23 durch Luft erfolgt solange, bis die Untere
Explosionsgrenze (UEG) unterschritten ist und das Gasmessgerät (8)
weniger als 100% der UEG des Ladungsprodukts anzeigt.
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Während der
1. Phase arbeitet das System in einem Druckbereich, der unterhalb
des Ansprechdrucks der Sicherheitsventile liegt. Über ein
Sicherheitsventil und eine Bypassleitung 13 wird die Schiffsentgasungsanlage
vor Überdruck
geschützt.
Ebenso besteht die Möglichkeit,
den Druck im System durch geeignete Mittel (z.B. Druckschalter)
zu erfassen, und bei Grenzwertverletzungen des zulässigen Druckes
im System die Anlage abzuschalten.
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2. Phase: Aufkonzentrierung
der Systematmosphäre durch
Zirkulation und Entkonzentrierung des geschlossenen Systems
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Aus
dem Ladetank 23 saugt das Gebläse 1 über die
Rohrleitung 22, 12, 4 und 25 das
sich in dieser Phase als Systematmosphäre darstellende Gas-, Dampf-,
Luftgemisch an. Die Verbindung 18 zur Umgebungsatmosphäre ist geschlossen.
Somit bilden das Binnentankschiff und die Schiffsentgasungsanlage
ein geschlossenes System.
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Der
im Ladetank 23 entstehende Unterdruck wird über das
im Tankdom oder der Gasabfuhr-/Gassammelleitung 21 eingebaute
Unterdruckventil 24 ausgeglichen. Somit strömt atmosphärische Luft
in den Ladetank 23 und verdünnt dort die Systematmosphäre.
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Über die
Rohrleitung 2 und die flexible Rohrverbindung 11 fördert das
Gebläse 1 einen
Teil der Systematmosphäre
in den Ladetank 23 zurück.
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Die
Erwärmung
der Systematmosphäre
aus der Rohrleitung 2 wird über die Rohrleitung 3,
den Wärmetauscher 27 und
die Rohrleitung 3.1 realisiert. Die Regelung der Temperatur
erfolgt durch entsprechende Mischung der Teilströme des niederen mit dem höheren Temperaturniveau.
Die hohe Strömungsgeschwindigkeit
und die Temperaturerhöhung bewirken
die beschleunigte Verdunstung/Verdampfung der flüssigen Restmengen im Tank und
die Aufkonzentrierung der Systematmosphäre.
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Einen
Teil der Systematmosphäre
fördert das
Gebläse 1 über die
Rohrleitung 16, 31, den Wärmetauscher 28, die
Rohrleitung 5.1 und 32 zur Verbrennung in die
Brennkammer 29 der Thermischen Nachverbrennungsanlage 6.
Die Systematmosphäre kann
ebenfalls vom Gebläse 1 über die
Rohrleitung 16 und 32 direkt in die Brennkammer 29 der
Thermischen Nachverbrennungsanlage 6 gefördert werden. Die
Abzweigung eines Teilstroms aus dem Kreislauf und dessen Entsorgung
bewirkt die Entkonzentrierung der Systematmosphäre.
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Die
Zirkulation und Entkonzentrierung des Systems erfolgt solange, bis
der geforderte Reinheitsgrad der Systematmosphäre gemäß den gültigen Normen und in Beziehung
zur Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft) erreicht
ist und am Gasmessgerät 8 angezeigt
wird. Wie in der 1. Phase wird das System durch einen Bypass mit
Sicherheitsventil 13 vor Überdruck geschützt.
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Der
Gegenstand der Erfindung ist in der Hauptsache auf die zuvor beschriebenen
Phasen 1 und 2 bei der Restentleerung und Entgasung der Ladetanks
eines Binnentankschiffes ausgerichtet. Sollten weiterführende Reinigungs-
und Restentgasungsarbeiten der Ladetanks notwendig sein, können weitere
Phasen angeschlossen werden.
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3. Phase: Reinigung
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- 1. Absperren des Tanks und Öffnung zu Reinigungszwecken.
- 2. Reinigung des Tanks, z.B. mit Heißwasser
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Die
1. und 2. Phase der Entgasung findet zeitgleich im nächsten Ladetank
statt. Das Energiepotential des Folgetanks wird wieder für die Erwärmung des
Reinigungswassers genutzt.
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4. Phase: Restentgasung
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Überschreiten
die Konzentrationswerte der Systematmosphäre des gereinigten Ladetanks
noch die gesetzlich geforderten Grenzwerte, kann die Entkonzentrierung
des Systems folgendermaßen
ablaufen:
- 1. Über die Rohrleitung 18 saugt
das Gebläse 1 atmosphärische Luft
an und fördert
diese über
die Rohrleitung 2, 11 und 21 in den Ladetank 23.
- 2. Im Ladetank 23 wird die restliche Systematmosphäre ausgespült und über die
Rohrleitung 22, 12, 4 und 5 dem
Wärmetauscher 28 zugeführt. Von
dort wird die vorgewärmte
Systematmosphäre über die
Rohrleitung 5.1 und 32 dem Brennraum 29 der
Thermischen Nachverbrennungsanlage 6 zugeführt und
entsorgt.
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Ausführungsbeispiel
2 der Erfindung ist in 3 und 4 dargestellt
und zeigt eine Anlage zur Restentleerung und Entgasung von Binnenschiffen
(ortsbeweglichen Behältnissen).
Die Anlage arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie Ausführungsbeispiel
1, zusätzlich
geeignet zur Entfernung von Stoffen mit geringerer Dichte als Luft
(im Normzustand).
- 1. Über die Rohrleitung 18 saugt
das Gebläse 1 atmosphärische Luft
an und drückt
diese über
die Rohrleitung 16, 15, 4, 12 und 22 von
unten in den Ladetank 23. Die Tankatmosphäre wird
dort aus dem oberen Teil des Ladetanks 23 über die
Rohrleitung 21, 11, 2 und 26 der
Verwertung 7 zugeführt.
- 2. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, von der Rohrleitung 2 über die
Rohrleitung 14, den Wärmetauscher 28,
die Rohrleitung 5.1 und 32, die Systematmosphäre vorgewärmt dem
Brennraum 29 der Thermischen Nachverbrennungsanlage 6 zur
Entsorgung zuzuführen.
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Die
Ausführung
der Restentleerung und Entgasung der Ladetanks von Binnentankschiffen
entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren
und mit der dazugehörigen
Einrichtung ist mit einer Reihe von Vorteilen gegenüber dem
bekannten Stand der Technik verbunden.
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So
wird ein Teil der in der Tank- oder Systematmosphäre chemisch
gebundenen Energie für
die Erzeugung von Prozesswärme
und/oder die Erwärmung
von Reinigungswasser und/oder die Erwärmung eines Wärmeträgermediums
und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt und/oder entsorgt.
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Der
verbleibende Teil der in der Tank- oder Systematmosphäre chemisch
gebundenen Energie wird umweltschonend entsorgt und die dabei freiwerdende
Wärme für den Entgasungsprozess
genutzt.
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Die
dabei entstehenden Emissionen durch Verbrennungsgase entsprechen
den Vorgaben des Bundesimmissionsschutzgesetzes und sind niedriger als
die Emissionen, die zur Deckung des Energiebedarfs für den Betrieb
von Dämpferückgewinnungsanlagen
entstehen. Eine Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in
die natürliche
Umwelt über die
gesetzlich geregelten Grenzwerte hinaus ist während des gesamten Entgasungsprozesses
ausgeschlossen und trägt
somit zur Erfüllung
der gesetzlichen Anforderungen bei.
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Das
Vorhandensein explosibler Gemische im abgeschlossenen System (Schiffstanks,
Rohrleitungen, Entgasungsanlage) wird auf ein zeitliches Mindestmaß gegenüber der
derzeit praktizierten Entgasungsmethode (Mischprinzip) reduziert.
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Das
Restrisiko von auftretenden explosiblen Gemischen wird örtlich auf
die Entgasungsplätze
begrenzt, da das Binnentankschiff für diesen Zeitraum nicht am
Binnenverkehr teilnimmt und somit keine Gefahr für andere Verkehrsteilnehmer
besteht.
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Minimierung
des Gefahrenpotentials für
die Besatzung dadurch, dass das Verfahren in einem abgeschlossenen
System vorwiegend entweder oberhalb der Oberen Explosionsgrenze
(OEG) oder unterhalb der Unteren Explosionsgrenze (UEG) arbeitet und
explosible Schichten nur kurzzeitig und örtlich begrenzt auftreten.
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Das
Abluftvolumen und der Zeitbedarf werden durch das Verfahren erheblich
reduziert gegenüber
der herkömmlichen
Entgasungsmöglichkeit
nach dem Stand der Technik.
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Die
in den Ausführungsbeispielen
dargestellten Schritte und Merkmale sind als eine besonders vorteilhafte
Ausführung
der Erfindung zu verstehen. Für
den Fachmann auf dem technischen Gebiet, das dem Gegenstand der
Erfindung zuzurechnen ist, sollte es ohne eigene erfinderische Tätigkeit
ersichtlich sein, dass Änderungen,
Varianten und Verallgemeinerungen zum Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche gehören.