DE102006061251A1 - Gasversorgungsanlage für einen Antrieb - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Gasversorgungsanlage für einen Antrieb von Fahrzeugen oder stationären Anlagen durch Verbrennungsmotoren, mit einem ersten Gasleitungssystem, über welches in einem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (11) auf Grund einer Erwärmung im Behälter (11) verdampfendes Erdgas als Natural-Boil-Off-Gas in Richtung auf den Antrieb (10) förderbar ist, und mit einem zweiten Gasleitungssystem, über welches dann, wenn die Menge des Natural-Boil-Off-Gases für den Antrieb nicht ausreichend ist, flüssiges Erdgas (12) aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (11) entnehmbar, einer Verdampfungseinrichtung (16) zuführbar und nach teilweiser Verdampfung als Forced-Boil-Off-Gas mit dem Natural-Boil-Off-Gas mischbar ist, um die Mischung aus dem Natural-Boil-Off-Gas und dem Forced-Boil-Off-Gas in Richtung auf den Antrieb (10) zu fördern. Erfindungsgemäß umfasst die Gasversorgungsanlage eine Temperiereinrichtung (22), um ein methanarmes, flüssiges Erdgaskonzentrat (21) aus im Wesentlichen schwereren, höhersiedenden Kohlenwasserstoffen auf einer definierten Temperatur zu halten, wobei das die definierte Temperatur aufweisende, flüssige Erdgaskonzentrat (21) und aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (11) entnommenes, flüssiges Erdgas (12) in der Verdampfungseinrichtung (16) derart direkt oder indirekt in Kontakt bringbar sind, dass in der Verdampfungseinrichtung (16) nahezu ausschließlich Methan aus dem flüssigen Erdgas verdampft.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen einer in Verbrennungsmotoren verbrennbaren Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und Forced-Boil-Off-Gas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19.
- In Gastankschiffen oder anderen Fahrzeugen mit Erdgas als Treibstoff wird Erdgas in verflüssigtem Zustand transportiert, wobei die Temperatur des tiefkalten, verflüssigten Erdgases bei in etwa –162°C und der Druck desselben bei in etwa Atmosphärendruck liegt. Gasbehälter, die der Aufnahme des zu transportierenden, tiefkalt verflüssigten Erdgases dienen, sind aufwendig wärmegedämmt. Dennoch lässt sich eine gewisse Erwärmung des mitgeführten Erdgases nicht vermeiden, weshalb im Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas auf Grund einer Erwärmung im Behälter Erdgas als sogenanntes Natural-Boil-Off-Gas verdampft. Um einer infolge dieser unvermeidlichen Verdampfung im Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas entstehenden Druckerhöhung entgegenzuwirken, wird das Natural-Boil-Off-Gas aus dem Gasbehälter entnommen. Das selbe Prinzip gilt auch für stationäre, gasbetriebene Antriebsanlagen mit Gasbehältern für tiefkalt verflüssigtes Erdgas.
- Aus der
WO 2005/058692 A1 - Das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas entnommene Erdgas verdampft in der Verdampfungseinrichtung teilweise und ist nach Verdampfung als sogenanntes Forced-Boil-Off-Gas mit dem Natural-Boil-Off-Gas mischbar. Diese Mischung aus dem Natural-Boil-Off-Gas und dem Forced-Boil-Off-Gas ist dann dem Gasverbraucher, insbesondere dem Antrieb durch Verbrennungsmotoren, zuführbar. Nicht-verdampfende höhersiedende Bestandteile des Erdgases werden in bisher bekannten Anlagen ungenutzt in den Gasbehälter zurückgeführt.
- Die Zusammensetzung der Mischung aus dem Natural-Boil-Off-Gas und dem Forced-Boil-Off-Gas ist von verschiedenen Bedingungen abhängig und unterliegt daher Änderungen. Die Mischung aus dem Natural-Boil-Off-Gas und dem Forced-Boil-Off-Gas kann jedoch nur dann in einem als Verbrennungsmotor, wie z. Bsp. ein Diesel-Gas- oder Otto-Gasmotor ausgebildeten Antrieb verbrannt werden, wenn dieselbe eine gewisse Klopffestigkeit aufweist. Als Maßstab für die Klopffestigkeit dieser Mischung kann eine sogenannte Methanzahl der Mischung herangezogen werden, wobei diese Methanzahl in etwa das Mengenverhältnis von Methan zu anderen Komponenten der Mischung aus dem Natural-Boil-Off-Gas und dem Forced-Boil-Off-Gas beschreibt. Die Methanzahl einer beliebigen Gasmischung kann mittels verschiedener, handelsüblicher Geräte festgestellt werden.
- Mit den bislang bekannten Gasversorgungsanlagen für den Antrieb durch Verbrennungsmotoren ist es nicht möglich, eine im Hinblick auf die Klopffestigkeit optimale Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und Forced-Boil-Off-Gas bereitzustellen. Es besteht daher ein Bedarf an einer Gasversorgungsanlage für einen Antrieb von Verbrennungsmotoren, mit Hilfe derer eine solche Mischung mit optimierter Klopffestigkeit bereitgestellt werden kann.
- Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige Gasversorgungsanlage für einen Antrieb von Verbrennungsmotoren sowie ein neuartiges Verfahren zum Bereitstellen einer in einem Verbrennungsmotor verbrennbaren Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und Forced-Boil-Off-Gas zu schaffen.
- Dieses Problem wird durch eine Gasversorgungsanlage nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst die Gasversorgungsanlage eine Temperiereinrichtung, um ein methanarmes, flüssiges Erdgaskonzentrat aus im Wesentlichen schwereren, höhersiedenden Kohlenwasserstoffen auf einer definierten Temperatur zu halten, wobei das die definierte Temperatur aufweisende, flüssige Erdgaskonzentrat und aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas entnommenes, flüssiges Erdgas in der Verdampfungseinrichtung derart direkt oder indirekt in Kontakt bringbar sind, dass in der Verdampfungseinrichtung nahezu ausschließlich Methan aus dem flüssigen Erdgas verdampft.
- Mit Hilfe der Temperiereinrichtung der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage wird ein methanarmes, flüssiges Erdgaskonzentrat aus im Wesentlichen höhersiedenden Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Ethan, Propan und Butan, auf einer definierten Temperatur gehalten. In der Verdampfungseinrichtung wird dieses, die definierte Temperatur aufweisende, flüssige Erdgaskonzentrat mit dem aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas entnommenen, flüssigen sowie tiefkalten Erdgas direkt oder indirekt in Kontakt gebracht. Hierbei wird nahezu ausschließlich Methan aus dem flüssigen Erdgas verdampft, so dass das auf diese Art und Weise bereitgestellte Forced-Boil-Off-Gas nahezu ausschließlich Methan und so gut wie keine schwereren, höhersiedenden Kohlenwasserstoffe enthält. Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, ein Erdgaskonzentrat aus im Wesentlichen schwereren, höhersiedenden Kohlenwasserstoffen bereitzuhalten und gezielt zur teilweisen Verdampfung des aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas entnommenen, flüssigen Erdgases zu verwenden. Die Verdampfung des im flüssigen Erdgas enthaltenen Methans erfolgt dabei nahezu blasenfrei sowie tropfenfrei. Nach Mischung des so bereitgestellten Forced-Boil-Off- Gases mit dem Natural-Boil-Off-Gas liegt eine im Hinblick auf die Klopffestigkeit optimierte Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und Forced-Boil-Off-Gas vor.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen einer in einem Antrieb durch Verbrennungsmotoren verbrennbaren Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und Forced-Boil-Off-Gas ist in Anspruch 19 definiert.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 : eine erfindungsgemäße Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 : eine erfindungsgemäße Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
3 : eine erfindungsgemäße Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
4 : eine erfindungsgemäße Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
5 : eine erfindungsgemäße Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
6 : eine erfindungsgemäße Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
7 : eine erfindungsgemäße Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren nach einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Gasversorgungsanlage für einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antrieb, wobei tiefkalt verflüssigtes Erdgas als Treibstoff in einem Behälter vorliegt.
- Die erfindungsgemäße Gasversorgungsanlage wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
1 bis7 in größerem Detail beschrieben, wobei1 bis7 jeweils unterschiedliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage zeigen. - So zeigt
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage eines Antriebs von Verbrennungmotoren, wobei der Antrieb gemäß1 von zwei Motoren10 bereitgestellt wird. Die Gasversorgungsanlage1 verfügt über zwei Gasleitungssysteme. - Über ein erstes Gasleitungssystem kann sogenanntes Natural-Boil-Off-Gas in Richtung auf die Motoren
10 gefördert werden. Das Natural-Boil-Off-Gas entsteht durch Verdampfung eines in einem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 bereitgehaltenen, flüssigen sowie tiefkalten Erdgases12 auf Grund einer Erwärmung des flüssigen Erdgases12 im Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 , wobei das Natural-Boil-Off-Gas über eine Gasleitung13 des ersten Gasleitungssystems aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 abgeführt wird. Über in die Gasleitung13 geschaltete Kompressoren14 ist das Natural-Boil-Off-Gas den Verbrennungsmotoren10 zuführbar, wobei stromabwärts der Kompressoren14 angeordnete Rückschlagventile15 ein Rückströmen des verdichteten Natural-Boil-Off-Gases in den Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 verhindern. - Dann, wenn die Menge des Natural-Boil-Off-Gases für den von den Verbrennungsmotoren
10 bereitgestellten Antrieb des Flüssiggastankschiffes nicht ausreichend ist, ist mit Hilfe eines zweiten Gasleitungssystems flüssiges, tiefkaltes Erdgas12 aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnehmbar und einer Verdampfungseinrichtung16 der Gasversorgungsanlage zuführbar. In der Verdampfungseinrichtung16 ist dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommenes, flüssiges Erdgas teilweise verdampfbar und als sogenanntes Forced-Boil-Off-Gas über einen Mischpunkt17 mit dem Natural-Boil-Off-Gas mischbar. Ein weiteres Rückschlagventil15 verhindert ein Rückströmen in Richtung auf die Verdampfungseinrichtung16 . - Stromabwärts des Mischers
17 liegt demnach eine Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und Forced-Boil-Off-Gas vor, die in einem Wärmetauscher18 auf vorzugsweise Raumtemperatur temperierbar und anschließend einer Gasregelstrecke19 bzw. den Motoren10 zuführbar ist. Überschüssige Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und Forced-Boil-Off-Gas wird in einer vorzugsweise als Oxidiser ausgebildeten Sicherheitseinrichtung20 verbrannt. - Im Ausführungsbeispiel der
1 wird in der Verdampfungseinrichtung16 eine definierte Menge an methanarmem, flüssigem Erdgaskonzentrat21 bereitgehalten, wobei das flüssige Erdgaskonzentrat21 im Wesentlichen aus schwereren, höhersiedenden Bestandteilen des Erdgases besteht, vorwiegend aus den Kohlenwasserstoffen Ethan, Propan und Butan. Mit Hilfe einer Temperiereinrichtung22 wird dieses methanarme, flüssige Erdgaskonzentrat21 auf einer definierten Temperatur gehalten, wobei das die definierte Temperatur aufweisende, flüssige Erdgaskonzentrat21 in der Verdampfungseinrichtung16 mit dem aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommenen, flüssigen und tiefkalten Erdgas12 definiert in Kontakt gebracht wird. Dabei verdampft aus dem flüssigen Erdgas nahezu ausschließlich Methan, welches dann als Forced-Boil-Off-Gas aus der Verdampfungseinrichtung16 abgeführt und im Mischpunkt17 mit dem Natural-Boil-Off-Gas gemischt wird. - Im Ausführungsbeispiel der
1 verfügt die Verdampfungseinrichtung16 über einen Sammelabschnitt23 für das methanarme, flüssige Erdgaskonzentrat21 , wobei die Temperiereinrichtung22 im Sammelabschnitt23 positioniert ist und das Erdgaskonzentrat21 in der Verdampfungseinrichtung16 auf der definierten Temperatur hält. Das mit diesem Erdgaskonzentrat21 in Kontakt zu bringende, flüssige Erdgas12 wird mit Hilfe einer Pumpe24 aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommen und über eine Rohrleitung25 des zweiten Gasleitungssystems der Verdampfungseinrichtung16 zugeführt. Ein Rückschlagventil26 verhindert dabei ein Rückströmen des aus dem Gasbehälter11 entnommenen, flüssigen Erdgases12 in den Gasbehälter11 . - Die Temperiereinrichtung
22 hält das methanarme, flüssige Erdgaskonzentrat21 auf einer in etwa konstanten Temperatur, wobei diese Temperatur zumindest abhängig ist von der Zusammensetzung der Erdgaskonzentrates und dem Verdampfungsdruck des im flüssigen Erdgas12 enthaltenen Methans bei der gewünschten Betriebstemperatur innerhalb der Verdampfungseinrichtung16 . - Im Ausführungsbeispiel der
1 wird das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommene, tiefkalte und flüssige Erdgas12 mit Hilfe von Injektionsdüsen27a mit dem temperierten, im Sammelabschnitt23 der Verdampfungseinrichtung16 bereitgehaltenen Erdgaskonzentrat21 direkt in Kontakt gebracht, nämlich mit hohem Impuls in das Erdgaskonzentrat21 eingeleitet. Dabei verdampft nahezu ausschließlich Methan aus dem flüssigen Erdgas. Das Verdampfen des Methans aus dem Erdgas soll so blasenfrei und tropfenfrei erfolgen, dass keine schwereren, höhersiedenden Kohlenwasserstoffe in das Forced-Boil-Off-Gas gelangen. - Die in der Verdampfungseinrichtung
16 nicht-verdampfenden Bestandteile des flüssigen Erdgases werden im Sammelbehälter23 der Verdampfungseinrichtung16 gesammelt und vergrößern so die Menge des in der Verdampfungseinrichtung16 bereitgehaltenen, methanarmen Erdgaskonzentrats21 . Mit Hilfe einer Niveauregelungseinrichtung28 ist die Menge des in der Verdampfungseinrichtung16 bereitgehaltenen Erdgaskonzentrats21 überwachbar, wobei dann, wenn zu viel Erdgaskonzentrat in der Verdampfungseinrichtung16 vorhanden ist, dasselbe über eine Rückführleitung29 des zweiten Gasleitungssystems aus der Verdampfungseinrichtung16 abgeführt und in Richtung auf den Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 gefördert wird. Vor Einleitung des so abgeführten Erdgaskonzentrats in den Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 wird dasselbe in einem Wärmetauscher30 , durch den ebenfalls das über die Rohrleitung25 aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommene, flüssige Erdgas geleitet wird, abgekühlt. Gemäß1 öffnet die Niveauregulierungseinrichtung28 abhängig von der Menge des Erdgaskonzentrats21 im Sammelabschnitt23 der Verdampfungseinrichtung16 ein Ventil31 , welches stromabwärts des Wärmetauschers30 in die Rückführleitung29 integriert ist. - Über einen Drucksensor
32 ist der Druck des Forced-Boil-Off-Gases messbar, wobei abhängig von diesem Druck ein in die Rohrleitung25 integriertes Ventil33 geöffnet sowie geschlossen werden kann. Bei einem fallenden Druck am Drucksensor32 öffnet des Ventil33 stärker und führt mehr flüssiges Erdgas in Richtung auf die Verdampfungseinrichtung16 . Steigt hingegen der Druck am Drucksensor32 , so wird das Ventil33 stärker geschlossen. - Im Ausführungsbeispiel der
1 greift stromabwärts des Ventils33 an der Gasleitung25 ein Druckausgleichsbehälter34 an, mit Hilfe dessen Druckschwankungen kompensiert werden können. Dann, wenn das Ventil33 weniger flüssiges Erdgas durchlässt, als die Pumpe24 fördert, wird flüssiges Erdgas über ein Ventil35 in den Druckausgleichsbehälter34 gefördert. Über einen Drucksensor36 wird der Druck im Druckausgleichsbehälter34 und über einen Füllstandsensor37 wird der Füllstand des Druckausgleichsbehälters34 überwacht, wobei dann, wenn der Druck und/oder der Füllstand des Druckausgleichsbehälters34 Grenzwerte überschreiten, die Pumpe34 abgeschaltet wird. Werden hingegen Grenzwerte unterschritten, so kann eine abgeschaltete Pumpe24 eingeschaltet werden. - Der Druckausgleichsbehälter
34 ist neben dem flüssigen Erdgas und einer geringen Menge verdampften Erdgases weiterhin vorzugsweise mit einem Inertgas, z. B. mit Stickstoff, befüllt, wobei die Menge des Inertgases im Druckausgleichsbehälter34 über Ventile38 ,39 eingestellt werden kann. Das Ventil38 dient dabei dem Zuführen von Inertgas aus einem Inertgassystem in den Druckausgleichsbehälter34 . Das Ventil39 dient hingegen dem Abführen von Inertgas aus dem Druckausgleichsbehälter34 . - Stromabwärts des Wärmetauschers
18 ist ein Methanzahlsensor40 angeordnet, wobei mit Hilfe des Methanzahlsensors40 die Methanzahl der Mischung aus dem Natural-Boil-Off-Gas und dem Forced-Boil-Off-Gas gemessen werden kann. Der Methanzahlsensor übermittelt einen entsprechenden Istwert der Methanzahl an eine Regeleinrichtung41 . - Die Regeleinrichtung
41 steuert abhängig vom gemessenen Istwert und einem vorgegebenen Sollwert für die Methanzahl ein der Temperiereinrichtung22 zugeordnetes Ventil42 und damit die Temperiereinrichtung22 derart an, dass die Temperatur des im Sammelabschnitt23 der Verdampfungseinrichtung16 bereit gehaltenen Erdgaskonzentrats21 angepasst wird. Die Temperatur des im Sammelbehälter23 bereitgehaltenen Erdgaskonzentrats wird dabei mit Hilfe eines Temperatursensors43 überwacht, wobei der Temperatursensor43 einen entsprechenden Istwert an die Regeleinrichtung41 übermittelt. - Gemäß
1 ist in die Verdampfungseinrichtung16 ein Tropfenabscheider44 integriert. Mit Hilfe des Tropfenabscheiders44 sind aus dem in der Verdampfungseinrichtung16 verdampften Methan und damit aus dem Forced-Boil-Off-Gas Tropfen aus schwereren, höhersiedenden Kohlenwasserstoffen entfernbar, wobei gemäß1 der Tropfenabscheider44 unterhalb eines Austritts der Verdampfungseinrichtung16 angeordnet ist. Weiterhin ist gemäß1 in die Verdampfungsein richtung16 ein Entschäumer45 integriert, um aus dem in der Verdampfungseinrichtung16 verdampften Methan Schaumblasen zu entfernen. -
2 bis7 zeigen weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren, wobei zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden und nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich die Ausführungsbeispiele der2 bis7 vom Ausführungsbeispiel der1 bzw. untereinander unterscheiden. - So unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel der
7 vom Ausführungsbeispiel der1 lediglich durch die Anbindung des Druckausgleichsbehälters34 an die Rohrleitung25 des zweiten Gasleitungssystems. - So ist im Ausführungsbeispiel der
1 der Druckausgleichsbehälter34 über ein einziges Ventil35 an die Gasleitung25 angekoppelt. Im Ausführungsbeispiel der7 hingegen sind zwischen die Gasleitung25 und den Druckausgleichsbehälter34 zwei Ventile46 geschaltet, woraus folgt, dass im Ausführungsbeispiel der7 der Druckausgleichsbehälter34 permanent von dem in der Verdampfungseinrichtung16 zu verdampfenden, flüssigen Erdgas12 durchströmt ist. Im Ausführungsbeispiel der7 ist demnach aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommenes, flüssiges Erdgas12 ausschließlich über den Druckausgleichsbehälter34 der Verdampfungseinrichtung16 zuführbar. Im Ausführungsbeispiel der1 hingegen kann aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommenes Erdgas12 unter Umgehung des Druckausgleichsbehälters34 der Verdampfungseinrichtung16 zugeführt werden. - In
7 kann über ein weiteres Ventil47 ein Beipass zwischen dem Druckausgleichsbehälter34 und der Gasleitung29 bereitgestellt werden, um flüssiges Erdgas unter Umgehung der Verdampfungseinrichtung16 ausgehend vom Druckaus gleichsbehälter34 zurück in den Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 zu führen. - Den Ausführungsbeispielen der
1 und7 ist gemeinsam, dass das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommene, flüssige sowie tiefkalte Erdgas12 durch die Injektionsdüsen27a von unten mit hohem Impuls in das im Sammelabschnitt23 der Verdampfungseinrichtung16 bereitgehaltene, methanarme sowie temperierte Erdgaskonzentrat21 eingeleitet wird. -
2 zeigt hingegen ein Ausführungsbeispiel einer Gasversorgungsanlage, bei welcher das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommene, flüssige sowie tiefkalte Erdgas12 mit Hilfe der Sprühdüsen27b von oben auf das Erdgaskonzentrat21 gespritzt wird. Hinsichtlich aller übrigen Details stimmt das Ausführungsbeispiel der2 mit dem Ausführungsbeispiel der1 überein. -
3 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der2 , wobei im Ausführungsbeispiel der3 in die Verdampfungseinrichtung16 der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage mindestens ein Füllkörper48 integriert ist. Im Ausführungsbeispiel der3 wird im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der1 ,2 und7 das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommene, flüssige Erdgas12 über die Sprühdüsen27b nicht direkt auf das Erdgaskonzentrat21 gesprüht, sondern vielmehr zuerst auf den oder jeden Füllkörper48 , wobei das so auf den oder jeden Füllkörper48 gesprühte, flüssige Erdgas auf Oberflächen des oder jedes Füllkörpers48 Flüssigkeitsfilme ausbildet, nach unten tropft und so indirekt mit dem im Sammelabschnitt23 der Verdampfungseinrichtung16 bereitgehaltenen, temperierten Erdgaskonzentrat21 in Kontakt gebracht wird. Beim Auftreffen der Tropfen aus flüssigem Erdgas auf die Oberfläche des Erdgaskonzentrats verdampft Methan, wobei das von unten aufsteigende Methan die sich auf dem oder jedem Füllkörper48 ausgebildeten Flüssigkeitsfilme pas siert, und wobei hierbei im gasförmigen Methanstrom mitgeführte Konzentrattröpfchen an diesen Flüssigkeitsfilmen abscheiden. - Eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage zeigt
4 , wobei im Ausführungsbeispiel der4 sowohl das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommene, flüssige sowie tiefkalte Erdgas12 über Sprühdüsen27b als auch das im Sammelabschnitt23 temperierte, methanarme Erdgaskonzentrat21 über Sprühdüsen49 auf den oder jeden, in der Verdampfungseinrichtung16 positionierten Füllkörper48 gesprüht wird. Hierzu ist das im Sammelabschnitt23 der Verdampfungseinrichtung bereitgehaltene sowie temperierte Erdgaskonzentrat21 mit Hilfe einer Pumpe50 aus dem Sammelabschnitt23 der Verdampfungseinrichtung16 entnehmbar und im Sinne eines Kreislaufs bzw. Umlaufs in Richtung auf die Sprühdüsen49 förderbar. In eine zu den Sprühdüsen49 führende Umlaufleitung51 ist gemäß4 ein Ventil52 integriert, welches von der Regeleinrichtung41 angesteuert wird. An der Umlaufleitung51 greift weiterhin ein Temperatursensor53 an, um die Temperatur des temperierten Erdgaskonzentrats unmittelbar vor den Sprühdüsen49 zu erfassen. - Im Ausführungsbeispiel der
4 wird demnach einerseits das teilweise zu verdampfende, flüssige Erdgas12 und andererseits das methanarme, temperierte Erdgaskonzentrat21 über Sprühdüsen von oben auf den oder jeden Füllkörper48 gesprüht. Hierbei findet eine Wärmeübertragung zwischen den sich auf Oberflächen des oder jeden Füllkörpers48 ausbildenden Flüssigkeitsfilmen statt, so dass das verdampfende Methan nach oben abströmt, während das Erdgaskonzentrat21 sowie die nicht verdampfenden Bestandteile des Erdgases12 nach unten tropfen und sich in der Verdampfungseinrichtung16 unterhalb des oder jedes Füllkörpers48 im Sammelabschnitt23 sammeln. - Alternativ dazu können im Ausführungsbeispiel der
4 die Oberflächen des oder jeden Füllkörpers48 in voneinander getrennten Bereichen mit dem teilweise zu verdampfenden, flüssigen Erdgas und dem temperierten Erdgaskonzentrat be sprüht werden, wobei in dem oder jedem Füllkörper eine Wärmeübertragung zwischen den unterschiedlich warmen Bereichen stattfindet, ohne dass sich im Bereich des oder jeden Füllkörpers48 das tiefkalte, flüssige Erdgas mit dem temperierten Erdgaskonzentrat mischt. Die Mischung erfolgt in diesem Fall erst im Bereich der Oberfläche des im Sammelabschnitt23 bereitgehaltenen Konzentrats. - Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage zeigt
5 , wobei das Ausführungsbeispiel der5 im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der4 entspricht. Im Ausführungsbeispiel der5 ist jedoch im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die Temperiereinrichtung22 nicht derart ausgebildet, dass dieselbe das methanarme Erdgaskonzentrat im Sammelabschnitt23 der Verdampfungseinrichtung16 temperiert, vielmehr temperiert im Ausführungsbeispiel der5 die Temperiereinrichtung22 das methanarme Erdgaskonzentrat21 außerhalb des Sammelbehälters23 und damit außerhalb der Verdampfungseinrichtung16 . Hierzu ist in die Umlaufleitung51 die Temperiereinrichtung22 , die in5 als Wärmetauscher ausgebildet ist, integriert. - Damit das Erdgaskonzentrat
21 bei Erwärmung nicht innerhalb des Wärmetauschers22 verdampft, kann über die Pumpe50 und das Ventil52 ein höherer Druck in der Umlaufleitung51 eingestellt werden, als in der Verdampfungseinrichtung16 herrscht. Das erwärmte und druckbeaufschlagte Erdgaskonzentrat21 wird sich in diesem Fall bei Eintritt in die Verdampfungseinrichtung16 entspannen und dabei zusätzliches Methan freisetzen. Dadurch wird die Wirksamkeit der Gasversorgungsanlage deutlich gesteigert. - Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage zeigt
6 . Im Ausführungsbeispiel der6 wird in Übereinstimmung zum Ausführungsbeispiel der1 und7 das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommene, tief kalte Erdgas12 über die Sprühdüsen27 von unten auf das im Sammelabschnitt23 der Verdampfungseinrichtung16 bereitgehal tene, temperierte sowie methanarme Erdgaskonzentrat21 gesprüht. Auf den oder jeden Füllkörper48 wird ausschließlich das temperierte, methanarme Erdgaskonzentrat21 über die Sprühdüsen49 aufgetragen. Das im Sammelabschnitt23 über die Temperiereinrichtung22 temperierte, methanarme Erdgaskonzentrat wird vor dem Aufsprühen desselben auf den oder jeden Füllkörper48 durch einen Wärmetauscher54 geführt, um dasselbe vor dem Auftragen auf den oder jeden Füllkörper48 abzukühlen. - Wie bereits mehrfach ausgeführt, wird der Verdampfungseinrichtung
16 aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommenes, tiefkaltes Erdgas12 zugeführt, wobei dieses Erdgas und das temperierte Erdgaskonzentrat21 definiert in Kontakt gebracht werden. Die Temperatur des tiefkalten Erdgases12 liegt nach dem Wärmetauscher30 bei in etwa –144°C, die Temperatur des temperierten Erdgaskonzentrats21 liegt bei in etwa –80°C. Bei entsprechender Zusammensetzung des Erdgaskonzentrates ist dabei gewährleistet, dass der Druck in der Verdampfungseinrichtung16 in etwa 6,5 bar (absolut) nicht übersteigt. Ein Frostschutz des Heizmittels der Temperiereinrichtung22 bis in etwa –80°C ist zum Betreiben der Verdampfungseinrichtung16 ausreichend. - Es sind auch Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage denkbar, in welchen die Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen teilweise oder vollständig kombiniert werden. So kann auch bei den Ausführungsbeispielen der
2 bis6 der Druckausgleichsbehälter34 in Übereinstimmung zum Ausführungsbeispiel der7 an die Gasleitung25 derart angebunden sein, dass derselbe permanent von dem aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas11 entnommenen Erdgas12 durchströmt ist. - Es ist ebenfalls denkbar,
5 und6 so zu kombinieren, dass ausschließlich außenliegende Wärmetauscher eingesetzt werden. Durch Wärmeabgabe des umlaufenden Erdgaskonzentrates21 an das zugeführte flüssige Erdgas12 wird die Temperatur in der Verdampfungseinrichtung16 angehoben und gleichzeitig die Temperaturdifferenz am außenliegenden Wärmetauscher22 vergrößert. Beides erhöht die Leistungsfähigkeit der Gasversorgungsanlage. -
- 10
- Verbrennungsmotor
- 11
- Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas
- 12
- flüssiges Erdgas
- 13
- Gasleitung
- 14
- Kompressor
- 15
- Rückschlagventil
- 16
- Verdampfungseinrichtung
- 17
- Mischpunkt
- 18
- Wärmetauscher
- 19
- Gasregelstrecke
- 20
- Sicherheitseinrichtung
- 21
- Erdgaskonzentrat
- 22
- Temperiereinrichtung
- 23
- Sammelabschnitt
- 24
- Pumpe
- 25
- Rohrleitung für tiefkaltes, flüssiges Erdgas
- 26
- Rückschlagventil
- 27a
- Injektionsdüse
- 27b
- Sprühdüse
- 28
- Niveauregelungseinrichtung
- 29
- Rückführleitung
- 30
- Wärmetauscher
- 31
- Ventil
- 32
- Drucksensor
- 33
- Ventil
- 34
- Druckausgleichsbehälter
- 35
- Ventil
- 36
- Drucksensor
- 37
- Füllstandssensor
- 38
- Ventil
- 39
- Ventil
- 40
- Methanzahlsensor
- 41
- Regeleinrichtung
- 42
- Ventil
- 43
- Temperatursensor
- 44
- Tropenabscheider
- 45
- Entschäumer
- 46
- Ventil
- 47
- Ventil
- 48
- Füllkörper
- 49
- Sprühdüse
- 50
- Pumpe
- 51
- Rohrleitung für Erdgaskonzentrat
- 52
- Ventil
- 53
- Temperatursensor
- 54
- Wärmetauscher
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2005/058692 A1 [0003]
Claims (20)
- Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren, mit einem ersten Gasleitungssystem, über welches in einem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas auf Grund einer Erwärmung im Behälter verdampfendes Erdgas als Natural-Boil-Off-Gas in Richtung auf den Antrieb förderbar ist, und mit einem zweiten Gasleitungssystem, über welches dann, wenn die Menge des Natural-Boil-Off-Gases für den Antrieb nicht ausreichend ist, flüssiges Erdgas aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas entnehmbar, einer Verdampfungseinrichtung zuführbar und nach teilweiser Verdampfung als Forced-Boil-Off-Gas mit dem Natural-Boil-Off-Gas mischbar ist, um die Mischung aus dem Natural-Boil-Off-Gas und dem Forced-Boil-Off-Gas in Richtung auf den Antrieb zu fördern, gekennzeichnet durch eine Temperiereinrichtung (
22 ), um ein methanarmes, flüssiges Erdgaskonzentrat (21 ) aus im wesentlichen bezüglich des Methans schwereren, höhersiedenden Kohlenwasserstoffen auf einer definierten Temperatur zu halten, wobei das die definierte Temperatur aufweisende, flüssige Erdgaskonzentrat (21 ) und aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (11 ) entnommenes, flüssiges Erdgas (12 ) in der Verdampfungseinrichtung (16 ) derart direkt oder indirekt in Kontakt bringbar sind, dass in der Verdampfungseinrichtung (16 ) nahezu ausschließlich Methan aus dem flüssigen Erdgas verdampft. - Gasversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (
22 ) das methanarme, flüssige Erdgaskonzentrat auf einer vorgegebenen Temperatur hält, wobei diese Temperatur zumindest abhängig ist von der Zusammensetzung des Gasgemisches und dem Verdampfungsdruck des im flüssigen Erdgas enthaltenen Methans bei der gewünschten Betriebstemperatur der Verdampfungseinrichtung (16 ). - Gasversorgungsanlage nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verdampfungseinrichtung (
16 ) nicht verdampfende Bestandteile des flüssigen Erdgases dem Erdgaskonzentrat zuführbar sind. - Gasversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungseinrichtung (
16 ) einen Tropfenabscheider (44 ) umfasst, um aus dem in der Verdampfungseinrichtung (16 ) verdampften Methan und damit aus dem Forced-Boil-Off-Gas Tropfen aus schweren, höhersiedenden Kohlenwasserstoffen zu entfernen, wobei der Tropfenabscheider (44 ) unterhalb eines Austritts der Verdampfungseinrichtung (16 ) angeordnet ist. - Gasversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungseinrichtung (
16 ) einen Sammelabschnitt (23 ) für methanarmes, flüssiges Erdgaskonzentrat aufweist, wobei das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (11 ) entnommene, flüssige Erdgas direkt mit dem im Sammelabschnitt (23 ) gesammelten Erdgaskonzentrat in Kontakt bringbar ist. - Gasversorgungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungseinrichtung (
16 ) Injektionsdüsen (27a ) umfasst, um das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (11 ) entnommene, flüssige Erdgas mit hohem Impuls in das im Sammelabschnitt (23 ) gesammelte, die definierte Temperatur aufweisende Erdgaskonzentrat einzuleiten. - Gasversorgungsanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (
11 ) entnommene, flüssige Erdgas über die Sprühdüsen (27b ) von oben und/oder von unten auf das im Sammelabschnitt (23 ) der Verdampfungseinrichtung (16 ) gesammelte Erdgaskonzentrat spritzbar ist. - Gasversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sammelabschnitt (
23 ) der Verdampfungseinrichtung eine Niveauregelungseinrichtung (28 ) zugeordnet ist, um die Menge des Erdgaskonzentrats im Sammelabschnitt (23 ) in etwa konstant zu halten, wobei dann, wenn im Sammelabschnitt zu viel Erdgaskonzentrat ist, die Niveauregelungseinrichtung überschüssiges Erdgaskonzentrat nach Kühlung desselben in den Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (11 ) rückführt. - Gasversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungseinrichtung (
16 ) mindestens einen Füllkörper (48 ) aufweist. - Gasversorgungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (
11 ) entnommene Erdgas über Sprühdüsen (27b ) auf den oder jeden Füllkörper (48 ) spritzbar ist, wobei das aufgespritzte Erdgas auf Oberflächen des oder jedes Füllkörpers Flüssigkeitsfilme ausbildet und von dort aus mit Erdgaskonzentrat indirekt in Kontakt bringbar ist. - Gasversorgungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (
11 ) entnommene, flüssige Erdgas und das Erdgaskonzentrat über unterschiedliche Sprühdüsen (27 ,49 ) auf den oder jeden Füllkörper (48 ) spritzbar sind. - Gasversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungseinrichtung (
16 ) einen Entschäumer (45 ) umfasst, um aus dem in der Verdampfungseinrichtung (16 ) verdampften Methan und damit dem Forced-Boil-Off-Gas Schaumblasen zu entfernen. - Gasversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung, um insbesondere abhängig von der Menge des dem Antrieb (
10 ) zuführbaren Natural-Boil-Off-Gas die Menge des aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas zu entnehmenden und in der Verdampfungseinrichtung teilweise zu verdampfenden, flüssigen Erdgases einzustellen. - Gasversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Methanzahlsensor (
40 ), der stromabwärts eines der Mischung des Natural-Boil-Off-Gases und des Forced-Boil-Off-Gases dienenden Mischpunktes (17 ) die Methanzahl der Mischung misst und den entsprechenden Istwert einer Regelungseinrichtung (41 ) übermittelt, die hiervon abhängig die Temperiereinrichtung (22 ) regelt, um die Temperatur des methanarmen, flüssigen Erdgaskonzentrats anzupassen. - Gasversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Erdgas aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (
11 ) über eine Pumpe (24 ) entnehmbar und der Verdampfungseinrichtung (16 ) zuführbar ist, wobei ein in der Verdampfungseinrichtung (26 ) herrschender Druck über die Pumpe (24 ) einstellbar ist. - Gasversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch einen zwischen den Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas (
11 ) und die Verdampfungseinrichtung (16 ) geschalteten Druckausgleichsbehälter (34 ), um Druckschwankungen auszugleichen. - Gasversorgungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts eines der Mischung des Natural-Boil-Off-Gases und des Forced-Boil-Off-Gases dienenden Mischpunktes (
17 ) ein Wärmetauscher (18 ) zur Temperierung der dem Antrieb (10 ) zuzuführenden Mischung angeordnet ist, und dass insbesondere stromabwärts des Wärmetauschers ein Methanzahlsensor die Methanzahl der Mischung misst. - Gasversorgungsanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wärmetauscher (
18 ) und den Antrieb (10 ) eine insbesondere als Oxidiser ausgebildete Sicherheitseinrichtung (20 ) geschaltet ist, um überschüssige Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und des Forced-Boil-Off-Gas abzuführen, insbesondere zu verbrennen. - Verfahren zum Bereitstellen einer in Verbrennungsmotoren verbrennbaren Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und Forced-Boil-Off-Gas, wobei in einem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas auf Grund einer Erwärmung im Behälter verdampfendes Erdgas als Natural-Boil-Off-Gas in Richtung auf den Antrieb gefördert wird, und wobei dann, wenn die Menge des Natural-Boil-Off-Gases für den Antrieb nicht ausreichend ist, flüssiges Erdgas aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas entnommen, einer Verdampfungseinrichtung zugeführt und nach teilweiser Verdampfung als Forced-Boil-Off-Gas mit dem Natural-Boil-Off-Gas gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein methanarmes, flüssiges Erdgaskonzentrat aus im wesentlichen bezüglich des Methans schwereren, höhersiedenden Kohlenwasserstoffen auf einer de finierten Temperatur gehalten wird, wobei das die definierte Temperatur aufweisende, flüssige Erdgaskonzentrat und aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas entnommenes, flüssiges Erdgas in der Verdampfungseinrichtung derart direkt oder indirekt in Kontakt gebracht werden, dass in der Verdampfungseinrichtung nahezu ausschließlich Methan aus dem flüssigen Erdgas verdampft.
- Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18.
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