DE102006061251B4

DE102006061251B4 - Gasversorgungsanlage für einen Antrieb

Info

Publication number: DE102006061251B4
Application number: DE102006061251A
Authority: DE
Inventors: Rainer Sakowsky; Stefano Urbano
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2026-12-23
Also published as: FI20070977A0; DE102006061251A1; JP5350625B2; FI123625B; CN101265859B; JP2008157457A; KR101471196B1; CN101265859A; FI20070977A; KR20080059078A

Abstract

Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren, mit einem ersten Gasleitungssystem, über welches in einem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas aufgrund 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-Gas 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 einen Temperiereinrichtung (22), um ein methanarmes, flüssiges Erdgaskonzentrat (21) aus im wesentlichen bezüglich des Methans schwereren, höher siedenden 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...

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 ist bereits bekannt, das im Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas auf Grund einer Erwärmung verdampfende Erdgas, also das Natural-Boil-Off-Gas, einem Gasverbraucher, insbesondere einem Antrieb eines Gastankschiffes zuzuführen, um so das Natural-Boil-Off-Gas zum Antreiben des Gastankschiffes zu verwenden. Weiterhin ist es aus diesem Stand der Technik bereits bekannt, dass dann, wenn die Menge des Natural-Boil-Off-Gases nicht aus reichend ist, flüssiges Erdgas aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas entnehmbar und einer Verdampfungseinrichtung zuführbar ist.
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.
Die WO 2006/077094 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Füllen von verdichteten, beziehungsweise verflüssigtem Gases in Druckbehältern mit an schließendem Verdampfen. Es ist hieraus weiterhin bekannt, dass die Mischung aus dem Natural-Boil-Gas und dem Forced-Boil-Gas nur dann in einem als Verbrennungsmotor, wie z. B. einem Dieselgas- oder Ottogas-Motor ausgebildeten Antrieb verbrannt werden kann, wenn dieselbe eine gewisse Klopffestigkeit, also eine gewisse Methanzahl aufweist.
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 bis 7 in größerem Detail beschrieben, wobei 1 bis 7 jeweils unterschiedliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage zeigen.
So zeigt 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage eines Antriebs von Verbrennungmotoren, wobei der Antrieb gemäß 1 von zwei Motoren 10 bereitgestellt wird. Die Gasversorgungsanlage 1 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 Erdgas 11 bereitgehaltenen, flüssigen sowie tiefkalten Erdgases 12 auf Grund einer Erwärmung des flüssigen Erdgases 12 im Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11, wobei das Natural-Boil-Off-Gas über eine Gasleitung 13 des ersten Gasleitungssystems aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 abgeführt wird. Über in die Gasleitung 13 geschaltete Kompressoren 14 ist das Natural-Boil-Off-Gas den Verbrennungsmotoren 10 zuführbar, wobei stromabwärts der Kompressoren 14 angeordnete Rückschlagventile 15 ein Rückströmen des verdichteten Natural-Boil-Off-Gases in den Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 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 Erdgas 12 aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnehmbar und einer Verdampfungseinrichtung 16 der Gasversorgungsanlage zuführbar. In der Verdampfungseinrichtung 16 ist dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommenes, flüssiges Erdgas teilweise verdampfbar und als sogenanntes Forced-Boil-Off-Gas über einen Mischpunkt 17 mit dem Natural-Boil-Off-Gas mischbar. Ein weiteres Rückschlagventil 15 verhindert ein Rückströmen in Richtung auf die Verdampfungseinrichtung 16.
Stromabwärts des Mischers 17 liegt demnach eine Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und Forced-Boil-Off-Gas vor, die in einem Wärmetauscher 18 auf vorzugsweise Raumtemperatur temperierbar und anschließend einer Gasregelstrecke 19 bzw. den Motoren 10 zuführbar ist. Überschüssige Mischung aus Natural-Boil-Off-Gas und Forced-Boil-Off-Gas wird in einer vorzugsweise als Oxidiser ausgebildeten Sicherheitseinrichtung 20 verbrannt.
Im Ausführungsbeispiel der 1 wird in der Verdampfungseinrichtung 16 eine definierte Menge an methanarmem, flüssigem Erdgaskonzentrat 21 bereitgehalten, wobei das flüssige Erdgaskonzentrat 21 im Wesentlichen aus schwereren, höhersiedenden Bestandteilen des Erdgases besteht, vorwiegenden aus den Kohlenwasserstoffen Ethan, Propan und Butan. Mit Hilfe einer Temperiereinrichtung 22 wird dieses methanarme, flüssige Erdgaskonzentrat 21 auf einer definierten Temperatur gehalten, wobei das die definierte Temperatur aufweisende, flüssige Erdgaskonzentrat 21 in der Verdampfungseinrichtung 16 mit dem aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommenen, flüssigen und tiefkalten Erdgas 12 definiert in Kontakt gebracht wird. Dabei verdampft aus dem flüssigen Erdgas nahezu ausschließlich Methan, welches dann als Forced-Boil-Off-Gas aus der Verdampfungseinrichtung 16 abgeführt und im Mischpunkt 17 mit dem Natural-Boil-Off-Gas gemischt wird.
Im Ausführungsbeispiel der 1 verfügt die Verdampfungseinrichtung 16 über einen Sammelabschnitt 23 für das methanarme, flüssige Erdgaskonzentrat 21, wobei die Temperiereinrichtung 22 im Sammelabschnitt 23 positioniert ist und das Erdgaskonzentrat 21 in der Verdampfungseinrichtung 16 auf der definierten Temperatur hält. Das mit diesem Erdgaskonzentrat 21 in Kontakt zu bringende, flüssige Erdgas 12 wird mit Hilfe einer Pumpe 24 aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommen und über eine Rohrleitung 25 des zweiten Gasleitungssystems der Verdampfungseinrichtung 16 zugeführt. Ein Rückschlagventil 26 verhindert dabei ein Rückströmen des aus dem Gasbehälter 11 entnommenen, flüssigen Erdgases 12 in den Gasbehälter 11.
Die Temperiereinrichtung 22 hält das methanarme, flüssige Erdgaskonzentrat 21 auf einer in etwa konstanten Temperatur, wobei diese Temperatur zumindest abhängig ist von der Zusammensetzung der Erdgaskonzentrates und dem Verdampfungsdruck des im flüssigen Erdgas 12 enthaltenen Methans bei der gewünschten Betriebstemperatur innerhalb der Verdampfungseinrichtung 16.
Im Ausführungsbeispiel der 1 wird das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommene, tiefkalte und flüssige Erdgas 12 mit Hilfe von Injektionsdüsen 27a mit dem temperierten, im Sammelabschnitt 23 der Verdampfungseinrichtung 16 bereitgehaltenen Erdgaskonzentrat 21 direkt in Kontakt gebracht, nämlich mit hohem Impuls in das Erdgaskonzentrat 21 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 Sammelbehälter 23 der Verdampfungseinrichtung 16 gesammelt und vergrößern so die Menge des in der Verdampfungseinrichtung 16 bereitgehaltenen, methanarmen Erdgaskonzentrats 21. Mit Hilfe einer Niveauregelungseinrichtung 28 ist die Menge des in der Verdampfungseinrichtung 16 bereitgehaltenen Erdgaskonzentrats 21 überwachbar, wobei dann, wenn zu viel Erdgaskonzentrat in der Verdampfungseinrichtung 16 vorhanden ist, dasselbe über eine Rückführleitung 29 des zweiten Gasleitungssystems aus der Verdampfungseinrichtung 16 abgeführt und in Richtung auf den Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 gefördert wird. Vor Einleitung des so abgeführten Erdgaskonzentrats in den Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 wird dasselbe in einem Wärmetauscher 30, durch den ebenfalls das über die Rohrleitung 25 aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommene, flüssige Erdgas geleitet wird, abgekühlt. Gemäß 1 öffnet die Niveauregulierungseinrichtung 28 abhängig von der Menge des Erdgaskonzentrats 21 im Sammelabschnitt 23 der Verdampfungseinrichtung 16 ein Ventil 31, welches stromabwärts des Wärmetauschers 30 in die Rückführleitung 29 integriert ist.
Über einen Drucksensor 32 ist der Druck des Forced-Boil-Off-Gases messbar, wobei abhängig von diesem Druck ein in die Rohrleitung 25 integriertes Ventil 33 geöffnet sowie geschlossen werden kann. Bei einem fallenden Druck am Drucksensor 32 öffnet des Ventil 33 stärker und führt mehr flüssiges Erdgas in Richtung auf die Verdampfungseinrichtung 16. Steigt hingegen der Druck am Drucksensor 32, so wird das Ventil 33 stärker geschlossen.
Im Ausführungsbeispiel der 1 greift stromabwärts des Ventils 33 an der Gasleitung 25 ein Druckausgleichsbehälter 34 an, mit Hilfe dessen Druckschwankungen kompensiert werden können. Dann, wenn das Ventil 33 weniger flüssiges Erdgas durchlässt, als die Pumpe 24 fördert, wird flüssiges Erdgas über ein Ventil 35 in den Druckausgleichsbehälter 34 gefördert. Über einen Drucksensor 36 wird der Druck im Druckausgleichsbehälter 34 und über einen Füllstandsensor 37 wird der Füllstand des Druckausgleichsbehälters 34 überwacht, wobei dann, wenn der Druck und/oder der Füllstand des Druckausgleichsbehälters 34 Grenzwerte überschreiten, die Pumpe 34 abgeschaltet wird. Werden hingegen Grenzwerte unterschritten, so kann eine abgeschaltete Pumpe 24 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 Druckausgleichsbehälter 34 über Ventile 38, 39 eingestellt werden kann. Das Ventil 38 dient dabei dem Zuführen von Inertgas aus einem Inertgassystem in den Druckausgleichsbehälter 34. Das Ventil 39 dient hingegen dem Abführen von Inertgas aus dem Druckausgleichsbehälter 34.
Stromabwärts des Wärmetauschers 18 ist ein Methanzahlsensor 40 angeordnet, wobei mit Hilfe des Methanzahlsensors 40 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 Regeleinrichtung 41.
Die Regeleinrichtung 41 steuert abhängig vom gemessenen Istwert und einem vorgegebenen Sollwert für die Methanzahl ein der Temperiereinrichtung 22 zugeordnetes Ventil 42 und damit die Temperiereinrichtung 22 derart an, dass die Temperatur des im Sammelabschnitt 23 der Verdampfungseinrichtung 16 bereitgehaltenen Erdgaskonzentrats 21 angepasst wird. Die Temperatur des im Sammelbehälter 23 bereitgehaltenen Erdgaskonzentrats wird dabei mit Hilfe eines Temperatursensors 43 überwacht, wobei der Temperatursensor 43 einen entsprechenden Istwert an die Regeleinrichtung 41 übermittelt.
Gemäß 1 ist in die Verdampfungseinrichtung 16 ein Tropfenabscheider 44 integriert. Mit Hilfe des Tropfenabscheiders 44 sind aus dem in der Verdampfungseinrichtung 16 verdampften Methan und damit aus dem Forced-Boil-Off-Gas Tropfen aus schwereren, höhersiedenden Kohlenwasserstoffen entfernbar, wobei gemäß 1 der Tropfenabscheider 44 unterhalb eines Austritts der Verdampfungseinrichtung 16 angeordnet ist. Weiterhin ist gemäß 1 in die Verdampfungsein richtung 16 ein Entschäumer 45 integriert, um aus dem in der Verdampfungseinrichtung 16 verdampften Methan Schaumblasen zu entfernen.
2 bis 7 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 der 2 bis 7 vom Ausführungsbeispiel der 1 bzw. untereinander unterscheiden.
So unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel der 7 vom Ausführungsbeispiel der 1 lediglich durch die Anbindung des Druckausgleichsbehälters 34 an die Rohrleitung 25 des zweiten Gasleitungssystems.
So ist im Ausführungsbeispiel der 1 der Druckausgleichsbehälter 34 über ein einziges Ventil 35 an die Gasleitung 25 angekoppelt. Im Ausführungsbeispiel der 7 hingegen sind zwischen die Gasleitung 25 und den Druckausgleichsbehälter 34 zwei Ventile 46 geschaltet, woraus folgt, dass im Ausführungsbeispiel der 7 der Druckausgleichsbehälter 34 permanent von dem in der Verdampfungseinrichtung 16 zu verdampfenden, flüssigen Erdgas 12 durchströmt ist. Im Ausführungsbeispiel der 7 ist demnach aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommenes, flüssiges Erdgas 12 ausschließlich über den Druckausgleichsbehälter 34 der Verdampfungseinrichtung 16 zuführbar. Im Ausführungsbeispiel der 1 hingegen kann aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommenes Erdgas 12 unter Umgehung des Druckausgleichsbehälters 34 der Verdampfungseinrichtung 16 zugeführt werden.
In 7 kann über ein weiteres Ventil 47 ein Beipass zwischen dem Druckausgleichsbehälter 34 und der Gasleitung 29 bereitgestellt werden, um flüssiges Erdgas unter Umgehung der Verdampfungseinrichtung 16 ausgehend vom Druckaus gleichsbehälter 34 zurück in den Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 zu führen.
Den Ausführungsbeispielen der 1 und 7 ist gemeinsam, dass das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommene, flüssige sowie tiefkalte Erdgas 12 durch die Injektionsdüsen 27a von unten mit hohem Impuls in das im Sammelabschnitt 23 der Verdampfungseinrichtung 16 bereitgehaltene, methanarme sowie temperierte Erdgaskonzentrat 21 eingeleitet wird.
2 zeigt hingegen ein Ausführungsbeispiel einer Gasversorgungsanlage, bei welcher das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommene, flüssige sowie tiefkalte Erdgas 12 mit Hilfe der Sprühdüsen 27b von oben auf das Erdgaskonzentrat 21 gespritzt wird. Hinsichtlich aller übrigen Details stimmt das Ausführungsbeispiel der 2 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 überein.
3 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 2, wobei im Ausführungsbeispiel der 3 in die Verdampfungseinrichtung 16 der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage mindestens ein Füllkörper 48 integriert ist. Im Ausführungsbeispiel der 3 wird im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1, 2 und 7 das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommene, flüssige Erdgas 12 über die Sprühdüsen 27b nicht direkt auf das Erdgaskonzentrat 21 gesprüht, sondern vielmehr zuerst auf den oder jeden Füllkörper 48, wobei das so auf den oder jeden Füllkörper 48 gesprühte, flüssige Erdgas auf Oberflächen des oder jedes Füllkörpers 48 Flüssigkeitsfilme ausbildet, nach unten tropft und so indirekt mit dem im Sammelabschnitt 23 der Verdampfungseinrichtung 16 bereitgehaltenen, temperierten Erdgaskonzentrat 21 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 Füllkörper 48 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 der 4 sowohl das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommene, flüssige sowie tiefkalte Erdgas 12 über Sprühdüsen 27b als auch das im Sammelabschnitt 23 temperierte, methanarme Erdgaskonzentrat 21 über Sprühdüsen 49 auf den oder jeden, in der Verdampfungseinrichtung 16 positionierten Füllkörper 48 gesprüht wird. Hierzu ist das im Sammelabschnitt 23 der Verdampfungseinrichtung bereitgehaltene sowie temperierte Erdgaskonzentrat 21 mit Hilfe einer Pumpe 50 aus dem Sammelabschnitt 23 der Verdampfungseinrichtung 16 entnehmbar und im Sinne eines Kreislaufs bzw. Umlaufs in Richtung auf die Sprühdüsen 49 förderbar. In eine zu den Sprühdüsen 49 führende Umlaufleitung 51 ist gemäß 4 ein Ventil 52 integriert, welches von der Regeleinrichtung 41 angesteuert wird. An der Umlaufleitung 51 greift weiterhin ein Temperatursensor 53 an, um die Temperatur des temperierten Erdgaskonzentrats unmittelbar vor den Sprühdüsen 49 zu erfassen.
Im Ausführungsbeispiel der 4 wird demnach einerseits das teilweise zu verdampfende, flüssige Erdgas 12 und andererseits das methanarme, temperierte Erdgaskonzentrat 21 über Sprühdüsen von oben auf den oder jeden Füllkörper 48 gesprüht. Hierbei findet eine Wärmeübertragung zwischen den sich auf Oberflächen des oder jeden Füllkörpers 48 ausbildenden Flüssigkeitsfilmen statt, so dass das verdampfende Methan nach oben abströmt, während das Erdgaskonzentrat 21 sowie die nicht verdampfenden Bestandteile des Erdgases 12 nach unten tropfen und sich in der Verdampfungseinrichtung 16 unterhalb des oder jedes Füllkörpers 48 im Sammelabschnitt 23 sammeln.
Alternativ dazu können im Ausführungsbeispiel der 4 die Oberflächen des oder jeden Füllkörpers 48 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 Füllkörpers 48 das tiefkalte, flüssige Erdgas mit dem temperierten Erdgaskonzentrat mischt. Die Mischung erfolgt in diesem Fall erst im Bereich der Oberfläche des im Sammelabschnitt 23 bereitgehaltenen Konzentrats.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage zeigt 5, wobei das Ausführungsbeispiel der 5 im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 4 entspricht. Im Ausführungsbeispiel der 5 ist jedoch im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die Temperiereinrichtung 22 nicht derart ausgebildet, dass dieselbe das methanarme Erdgaskonzentrat im Sammelabschnitt 23 der Verdampfungseinrichtung 16 temperiert, vielmehr temperiert im Ausführungsbeispiel der 5 die Temperiereinrichtung 22 das methanarme Erdgaskonzentrat 21 außerhalb des Sammelbehälters 23 und damit außerhalb der Verdampfungseinrichtung 16. Hierzu ist in die Umlaufleitung 51 die Temperiereinrichtung 22, die in 5 als Wärmetauscher ausgebildet ist, integriert.
Damit das Erdgaskonzentrat 21 bei Erwärmung nicht innerhalb des Wärmetauschers 22 verdampft, kann über die Pumpe 50 und das Ventil 52 ein höherer Druck in der Umlaufleitung 51 eingestellt werden, als in der Verdampfungseinrichtung 16 herrscht. Das erwärmte und druckbeaufschlagte Erdgaskonzentrat 21 wird sich in diesem Fall bei Eintritt in die Verdampfungseinrichtung 16 entspannen und dabei zusätzliches Methan freisetzen. Dadurch wird die Wirksamkeit der Gasversorgungsanlage deutlich gesteigert.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasversorgungsanlage zeigt 6. Im Ausführungsbeispiel der 6 wird in Übereinstimmung zum Ausführungsbeispiel der 1 und 7 das aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommene, tief kalte Erdgas 12 über die Sprühdüsen 27 von unten auf das im Sammelabschnitt 23 der Verdampfungseinrichtung 16 bereitgehal tene, temperierte sowie methanarme Erdgaskonzentrat 21 gesprüht. Auf den oder jeden Füllkörper 48 wird ausschließlich das temperierte, methanarme Erdgaskonzentrat 21 über die Sprühdüsen 49 aufgetragen. Das im Sammelabschnitt 23 über die Temperiereinrichtung 22 temperierte, methanarme Erdgaskonzentrat wird vor dem Aufsprühen desselben auf den oder jeden Füllkörper 48 durch einen Wärmetauscher 54 geführt, um dasselbe vor dem Auftragen auf den oder jeden Füllkörper 48 abzukühlen.
Wie bereits mehrfach ausgeführt, wird der Verdampfungseinrichtung 16 aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommenes, tiefkaltes Erdgas 12 zugeführt, wobei dieses Erdgas und das temperierte Erdgaskonzentrat 21 definiert in Kontakt gebracht werden. Die Temperatur des tiefkalten Erdgases 12 liegt nach dem Wärmetauscher 30 bei in etwa –144°C, die Temperatur des temperierten Erdgaskonzentrats 21 liegt bei in etwa –80°C. Bei entsprechender Zusammensetzung des Erdgaskonzentrates ist dabei gewährleistet, dass der Druck in der Verdampfungseinrichtung 16 in etwa 6,5 bar (absolut) nicht übersteigt. Ein Frostschutz des Heizmittels der Temperiereinrichtung 22 bis in etwa –80°C ist zum Betreiben der Verdampfungseinrichtung 16 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 bis 6 der Druckausgleichsbehälter 34 in Übereinstimmung zum Ausführungsbeispiel der 7 an die Gasleitung 25 derart angebunden sein, dass derselbe permanent von dem aus dem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas 11 entnommenen Erdgas 12 durchströmt ist.
Es ist ebenfalls denkbar, 5 und 6 so zu kombinieren, dass ausschließlich außenliegende Wärmetauscher eingesetzt werden. Durch Wärmeabgabe des umlaufenden Erdgaskonzentrates 21 an das zugeführte flüssige Erdgas 12 wird die Temperatur in der Verdampfungseinrichtung 16 angehoben und gleichzeitig die Temperaturdifferenz am außenliegenden Wärmetauscher 22 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

Claims

Gasversorgungsanlage für einen Antrieb durch Verbrennungsmotoren, mit einem ersten Gasleitungssystem, über welches in einem Gasbehälter mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas aufgrund 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-Gas 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 einen Temperiereinrichtung (22), um ein methanarmes, flüssiges Erdgaskonzentrat (21) aus im wesentlichen bezüglich des Methans schwereren, höher siedenden 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, wobei 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), und durch einen Methanzahlsensor (40), der stromabwärts eines der Mischung des Natural-Boil-Off-Gases und des Forces-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 Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verdampfungseinrichtung (16) nicht verdampfende Bestandteile des flüssigen Erdgases dem Erdgaskonzentrat zuführbar sind.
Gasversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 2, 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 3, 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 4, 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 4 oder 5, 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 6, 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 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungseinrichtung (16) mindestens einen Füllkörper (48) aufweist.
Gasversorgungsanlage nach Anspruch 8, 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 8, 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 10, 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 11, 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 12, 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 13, 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 14, 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 15, 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-Gases 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-Gases 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 mittels einer Temperiereinrichtung (22) auf einer definierten Temperatur gehalten wird, wobei das die definierte Temperatur aufweisende, flüssige Erdgaskonzentrat und aus dem Gasbehälter (11) mit tiefkalt verflüssigtem Erdgas entnommen ist, flüssiges Erdgas in der Verdampfungseinrichtung (16) derart direkt oder indirekt in Kontakt gebracht werden, dass in der Verdampfungseinrichtung (16) nahezu ausschließlich Methan aus dem flüssigen Erdgas verdampft, wobei die vorgegebene gehaltene Temperatur des methanarmen, flüssigen Erdgaskonzentrats zumindest abhängig ist von der Zusammensetzung des Gasgemischs und dem Verdampfungsdruck des im flüssigen Erdgas enthaltenen Methans bei der gewünschten Betriebstemperatur der Verdampfungseinrichtung (16) und mittels eines Methanzahlsensors (40) stromabwärts eines der Mischung des Natural-Boil-Off-Gases und des Forced-Boil-Off-Gases dienenden Mischpunktes (17) die Methanzahl der Mischung gemessen wird, der entsprechende Istwert einer Regelungseinrichtung (41) übermittelt wird, die hiervon abhängig die Temperiereinrichtung (22) regelt, um die Temperatur des methanarmen, flüssigen Erdgaskonzentrats anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16.