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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit Wärmeübertragern und Flüssigkeitspumpen zur Verdampfung großer Massenströme verflüssigten Erdgases, das auch als LNG (Liquified Natural Gas) bezeichnet wird, und zum Zwecke des Transportes und der Zwischenlagerung verflüssigt wurde und bei Atmosphärendruck je nach Methananteil in flüssigem Zustand eine Temperatur von ca. –161°C aufweist.
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Das Erdgas wird nach der Verdampfung in Wärmeübertragern, die zumindest einen Teil der Vorrichtung darstellen, als überhitzter Dampf in eine Pipeline mit Netzdruck eingespeist.
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Das flüssige Erdgas (LNG) wird mittels Pumpen auf hohen Druck gebracht und danach durch Zufuhr von Wärme verdampft.
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Bekannt sind Anordnungen, bei denen ein Teil des flüssigen Erdgases (LNG) entnommen wird und dieser Teil in einem Gasboiler verbrannt wird, so dass ein Heizfluid aus Verbrennungsgasen vorhanden ist, dessen frei werdende Verbrennungswärme als Verdampfungs- und Überhitzungswärme genutzt wird, um das verbleibende mittels Pumpen auf hohem Druck gebrachte flüssige Erdgas zu verdampfen und zu überhitzen, um es danach mit hohem Druck in die Pipeline einzuspeisen.
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In einer modifizierten Ausführung dieser bekannten Ausführung ist ein zirkulierendes Zwischenwärmeträgerfluid vorhanden, das die Wärme von Wärmeübertragerflächen des Gasboilers zur Heizfluidseite transportiert.
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Nachteilig sind in beiden Ausführungen die CO2-Belastung der Umwelt durch Abgase und der kommerzielle Verlust von LNG, was den Ertrag des Erdgasgeschäftes schmälert.
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In anderen bekannten Anordnungen wird Umgebungswärme zur Verdampfung benutzt.
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Dabei benutzt eine Ausgestaltung einer solchen bekannten Anordnung die Wärme aus Oberflächenwasser, die diesem entzogen wird. Das Wasser wird direkt zur Heizfluidseite geführt, oder deren Wärme wird mittels eines zirkulierenden Zwischenwärmeträgerfluids zur Heizfluidseite gebracht. Dem Wasser wird die benötigte Verdampfungs- und Überhitzungswärme entzogen, wodurch es sich stark abkühlt.
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Das unter hohem Druck stehende flüssige Erdgas verdampft dabei und wird überhitzt.
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Nachteilig ist der Einfluss der extremen Wasserabkühlung auf die Umgebung des Standortes eines solchen Verdampfungsapparates, da auch Eisformationen in der Umgebung der Wärmeentnahme und es Wärmeaustausches nicht auszuschließen sind.
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Als Folge werden ökologische Lebensräume verändert oder gar zerstört.
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Weiterhin nachteilig ist, dass der Standort des Verdampfungsapparates im Allgemeinen in Hafennähe angesiedelt ist und sowohl Wasserentnahme als auch -rückgabe hafenfern durchgeführt werden müssen, was zusätzliche Betriebs- und Kapitalkosten verursacht.
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Eine andere bekannte Ausgestaltung benutzt Wärme aus der Umgebungsluft. Die Luft wird direkt zur Heizfluidseite geführt, oder deren Wärme wird mittels eines zirkulierenden Zwischenwärmeträgerfluids zur Heizfluidseite gebracht. Der Umgebungsluft wird die benötigte Verdampfungs- und Überhitzungswärme entzogen, wodurch sie sich stark abkühlt. In einer modifizierten Ausgestaltung dieser bekannten Ausführung ist für Standorte, an denen die Umgebungstemperatur jahreszeitlich bedingt nicht hoch genug ist, um die gewünschte Überhitzungstemperatur zu realisieren, ein Gasboiler als Nacherhitzer zusätzlich angeordnet, um das Erdgas auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Die Nachteile sind dabei denen der erstgenannten bekannten technischen Ausführung ähnlich, da Erdgas verbrannt werden muss, um die gewünschte Gastemperatur zu erreichen.
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Außerdem ist die spezifische Wärme der Luft klein, wodurch große Luftvolumen durch die Wärmeübertrager gefördert werden müssen, so dass relativ große Antriebsleistungen für Ventilatoren erforderlich werden.
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Die Energiebilanz der bekannten Ausführungen ist negativ, da Antriebsenergie zum Betrieb der beschriebenen Einrichtungen erforderlich ist und zusätzlich Erdgas verbrannt werden muss.
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Der Energieverbrauch für den Betrieb der Pumpen und Gebläse treibt die Betriebskosten in die Höhe. Der Eigenverbrauch an Gas reduziert die Ausbeute.
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Andere bekannte Anordnungen benutzen das kalte INC als Wärmesenke für einen Rankine-Kreisprozess, einen Kraftwerksprozess, wobei in die Wärmesenke Kondensationswärme aus diesem Kreisprozess geführt wird und das flüssige LNG verdampft. Als Wärmequelle zur Verdampfung des Kreislauffluids sind unterschiedlichste Lösungen bekannt.
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In Patent
US 6 945 049 ist eine Anordnung zur stufenweisen Erwärmung des LNG in Verbindung mit einem rechtsläufigen Kreisprozess bekannt gemacht, wobei Umgebungsluft als alleinige Wärmequelle ausgeschlossen wird. In der angeführten bekannten Anordnung wird das flüssige LNG nämlich bei einem Druck, der geringfügig über dem Atmosphäredruck liegt, vollständig verdampft. Die Wärme zur Verdampfung des LNG erfordert eine adäquate große Kondensationswärme und damit eine noch größere Verdampfungswärme für den Verdampfer des Rankine-Kreisprozesses. Das ist die Ursache für das Erfordernis, andere „Kälteverbraucher” anzuzapfen. Andere für den rechtsläufigen Kreisprozess sind Wärmen aus Rektifikationskolonnen, Öltanklagern und Wärme aus Tiefkühlanwendungen und klimatisierten Gebäudekomplexen.
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Da diese Kombination des Kraftwerksprozesses andere Wärmequellen zusätzlich zur Umgebungsluft benötigt, um vollständige LNG-Verdampfung zu erreichen, ist die Lage der Installation nicht mehr frei wählbar und in ihrer Funktionalität nicht mehr autark. Die Bereitstellung der Wärme aus anderen Prozessen ist nicht bedarfsgerecht und von Nachteil für den Kraftwerksprozess.
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Außerdem müsste das dampfförmige Erdgas im Falle höheren Druckes für eine Pipeline-Einspeisung wieder auf hohen Druck verdichtet werden. Das erfordert eine große Verdichtungsarbeit und macht den Ertrag des Kraftwerksprozesses nachteilig zu Nichte. Nur ein Teil der Verdampfungswärme wird aus der Umgebungsluft eingekoppelt.
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Nachteilig sind in Patent
US 6 945 049 die große Komplexität, die Nähe zu Kälteverbrauchern mit synchronem Anforderungsprofil der Kondensatorleistung der Turbinen, die Verwendung unterschiedlicher Arbeitsfluide in den Turbinenkreisläufen, die daraus resultierenden Sicherheitseinrichtungen und Sicherheitsvorschriften und letztlich die Abhängigkeit vom Tagesgang der Außentemperatur.
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In einer anderen bekannten Ausführung gemäß
US 3992891 wird die zur LNG-Verdampfung erforderliche Wärme durch die Abkühlung von Kreislauffluid eines Brayton-Prozesses, zum Beispiel Luft, geliefert, der mit Abwärme bei hohen Temperaturen (> 1000°C) befeuert wird. Zur Verbesserung des Prozesswirkungsgrades sind diverse innere Wärmeübertrager angeordnet. Die Wärmeabgabe an das LNG beim unteren Temperaturniveau des Brayton Prozesses mit gleitenden Temperaturen ohne Kondensation auf der Luftseite dient der LNG-Verdampfung bei 45 bar.
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Die vorgeschlagene Anordnung zur Auskopplung von Energie durch Nutzung des tiefen Temperaturniveaus zur LNG-Verdampfung ist nachteilig an vorhandene Infrastruktur gebunden. Beispielhaft wird Abwärme aus Atomkraftwerk vorgeschlagen. Damit wäre die LNG-Erwärmung nicht autark betreibbar.
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LNG-Terminals sind am Hafen oder in Hafennähe angeordnet, da LNG nach Schiffstransport in flüssiger Form in ein Pipeline-Netz in gasförmiger Form bei hohem Druck eingespeist werden soll.
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Die Erfindung hat das Ziel, die beschriebenen Nachteile durch ein eine neue Anordnung zu beseitigen und nutzbare hochwertige Elektro-Energie auszukoppeln, so dass sich eine positive Energie- und Betriebskostenbilanz ergibt.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung sind Einfachheit und damit günstigere Gestehungskosten, einfache Betriebs- und Sicherheitsanforderungen, Standortunabhängigkeit, autarker Betrieb ohne Wärmezufuhr zur Verdampfung und/oder Überhitzung des Kreislauffluids aus anderen Prozessen, für die Gleichzeitigkeit von Bedarfen für Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme und geeignete Infrastruktur unabdingbare Voraussetzung sind, sondern ausschließliche Verwendung von Wärme aus der Umgebungsluft, also aus der Atmosphäre.
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Die ausschließliche Nutzung von Wärme aus der Umgebungsluft zur LNG-Verdampfung ermöglicht ein autarkes Anlagenkonzept.
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Gemäß der Erfindung ist als ein Teilsystem mehrerer Aufheizungsstufen zur Erwärmung und Verdampfung des flüssigen Erdgases zumindest ein rechtsläufiger Kraftwerksprozess, auch als Dampfkraftprozess oder ORC-Prozess bezeichnet, angeordnet mit einem darin zirkulierenden Arbeitsfluid zwischen Umgebungstemperatur und der Temperatur des flüssigen und zu verdampfenden Erdgases. Der rechtsläufige Kraftwerksprozess weist zumindest die bekannten Elemente Wärmeübertrager für ein oberes Temperaturniveau, Entspannungseinrichtung, zum Beispiel Turbine, Wärmeübertrager für ein unteres Temperaturniveau und Druckerhöhungseinrichtung, beispielsweise Speisepumpe oder Verdichter, auf.
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Gemäß der Erfindung ist zumindest einer der genannten Wärmeübertrager für das obere Temperaturniveau so ausgebildet und so angeordnet, dass Umgebungswärme aufgenommen werden kann und zumindest einer der genannten Wärmeübertrager für das untere Temperaturniveau so ausgebildet und so angeordnet ist, dass Wärme aus dem Kreisprozess an das kalte Erdgas abgegeben werden kann, was sich in der Folge erwärmt.
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Vorteilhaft bildet der Wärmeübertrager für das untere Temperaturniveau die erste Erwärmungsstufe für das zu verdampfende Erdgas in einer Kette mehrerer Erwärmungsstufen.
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Der Druck des flüssigen LNG wird durch eine Pumpe vor dessen Erwärmung auf Netzdruck gebracht, das können 90 bar sein, so dass sich Wärmezufuhr zunächst durch Temperaturänderung ohne Verdampfung bemerkbar macht.
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Die Anordnung nach den Merkmalen der Erfindung nutzt die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungstemperatur und extrem tiefer Temperatur des flüssigen Erdgases zur Erzeugung von mechanischer Energie mit Hilfe des Kraftwerksprozesses. Die mechanische Energie kann vorteilhaft zur Stromerzeugung genutzt werden, und damit ins Netz eingespeist werden. Das niedrige Temperaturniveau des flüssigen Erdgases, auch als LNG bezeichnet, ist dabei die Wärmesenke gegenüber der Umgebungstemperatur.
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Durch den Wärmeübertrager, der durch die Wärme aus der Umgebung beaufschlagt wird, wird das unter höherem Druck stehende Arbeitsfluid auf eine höhere Temperatur gebracht, wodurch sich dessen Volumen vergrößert. In der Turbine wird das Arbeitsfluid vom Verdampferdruck auf einen tieferen Druck entspannt, wodurch mechanischen Energie entsteht. Der Wärmeübertrager stromabwärts hinter der Turbine, der zur Abkühlung des entspannten Arbeitsfluids durch das kalte flüssige Erdgas benutzt wird, reduziert das spezifische Volumen des Arbeitsfluids, so dass sich in der Folge der Druck absenkt. Mittel zur Druckerhöhung bringen das Arbeitsfluid wieder auf den Zulaufdruck zum Wärmeübertrager, der durch die Wärme aus der Umgebung beaufschlagt wird, und der stromaufwärts vor der Turbine angeordnet ist.
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Vorteilhaft werden Arbeitsfluide mit Zustandsänderung während Erwärmung und Abkühlung eingesetzt. Prozesse, die solche Fluide mit Phasenänderung im rechtsläufigen Kreisprozess verwenden, sind als Clausius-Rankine Prozes oder als ORC-Prozess bei Verwendung organischer Arbeitsfluide bekannt.
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Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
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Mit Rücksicht auf maximale Energieauskopplung ist der Kreisprozess mit Zustandsänderung besonders vorteilhaft.
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Wenn Arbeitsfluide mit Zustandsänderung verwendet werden, ist der Wärmeübertrager, der durch die Wärme aus der Umgebung beaufschlagt wird, ein Verdampfer, in welchem das Arbeitsfluid verdampft wird, und der Wärmeübertrager für das untere Temperaturniveau ist ein Kondensator. Das Arbeitsfluid wird in der Turbine vom Verdampferdruck auf den tieferen Kondensatordruck entspannt. Der Kondensator wird durch das kalte flüssige Erdgas gekühlt. Der Dampf wird dabei infolge Kondensation vollständig in Flüssigkeit umgewandelt. Eine Speisepumpe bringt das Arbeitsfluid wieder auf Verdampfungsdruck. Der Kreislauf ist geschlossen.
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Der Verdampfer wird mit Umgebungsluft beheizt. Der Kondensator wird mit flüssigem Erdgas gekühlt, das sich dabei selbst erwärmt. Der Temperaturanstieg ergibt sich aus der Wärmebilanz zwischen zur Verfügung stehender Enthitzungs- und Kondensationswärme des Kreisprozess und der erforderlichen Wärme zur Aufheizung des LNG.
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Als Resultat wird die Kondensationswärme zur Heizfluidseite des LNG-Wärmeübertragers an das LNG geliefert, und außerdem wird mechanische Arbeit ausgekoppelt.
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Die Wahl des Arbeitsfluids verdient besondere Beachtung. Fluide mit kleiner Verdampfungswärme und großer isentroper Entspannungsarbeit sind wirtschaftlicher verwendbar, als solche mit großer Verdampfungswärme und kleinerer isentroper Entspannungsarbeit. Das Druckverhältnis Verdampferdruck geteilt durch Kondensatordruck sollte nicht zu groß sein, damit die Expansionsmaschine auf ihrer Auslass-Seite nicht zu groß dimensioniert werden muss. Der Druck bei Kondensationstemperatur sollte größer sein, als der Atmosphärendruck, damit keine Luft in den geschlossenen Kreislauf eindringen kann und Leckagen immer nach außen führen. Die Lage des kritischen Punktes des Kältemittels in Bezug auf die Temperatur der Wärmequelle entscheidet über die mögliche Prozessführung auf der warmen Seite. Dabei bietet die überkritische Dampferzeugung in Bezug auf den thermischen Wirkungsgrad im Vergleich zur unterkritischen Dampferzeugung Vorteile. Die überkritische Dampferzeugung erlaubt die beste Auskühlung der Heizquelle beim Einsatz von Gegenstromwärmeübertragern bei kleinstmöglichem Massenstrom des Heizfluids. Vorteilhaft kann ein Kraftwerksprozess mit einem Minimum an Umgebungsluft an den Verdampfern betrieben werden und mit einem Minimum an Lüfterantriebsleistung.
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Als Arbeitsfluid werden vorteilhaft Fluide verwendet, deren kritische Temperatur größer als die Kondensationstemperatur ist. Die Wärmequelltemperatur der Umgebung liegt vorteilhaft oberhalb der kritischen Temperatur.
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Die Erfindung schlägt durch die Wahl des Arbeitsfluids einen überkritischen ORC-Prozess vor, so dass Temperatur und Druck auf der Verdampferseite, der Hochdruckseite des ORC-Prozesses, entkoppelt werden. Der Druck im Verdampfer wird nur durch die Speisepumpe bestimmt, während die Temperatur einzig von der Wärmequelle, gleich Umgebung, bestimmt wird. Der Druck wird damit konstant gehalten, auch wenn sich die Umgebungstemperatur zwischen –20°C und +20°C ändert. Im Gegensatz dazu ändert sich bei einem unterkritischen ORC-Prozess der Verdampferdruck mit der Wärmequelltemperatur. Die Förderhöhe der Speisepumpe würde sich damit ändern. Daher müsste nachteilig die Fördermenge entsprechend dimensioniert und geregelt werden, auch die Leistungsabgabe der Expansionsmaschine wäre außentemperaturabhängig.
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Vorteilhafte Arbeitsfluide für einen überkritischen ORC-Prozess sind beispielsweise Tetrafluormethan (CF4, auch als Kältemittel R14 bekannt) oder Methan (CH4, auch als Kältemittel R50 bekannt) oder Erdgas, jedoch ist die Erfindung nicht darauf begrenzt.
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Die vorgeschlagenen Arbeitsfluide führen zu einer größeren Leistungsdichte als bekannte technische Lösungen. Die Expansionsmaschine kann unabhängig von der Umgebungstemperatur zwischen 90 bar und 35 bar betrieben werden.
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Die einzelnen Komponenten des ORC-Prozesses gemäß der Erfindung können beim Einsatz der oben genannten Fluide vorteilhaft sehr kompakt ausgestaltet werden. Druckabfälle in der Wärmeübertragern und in Rohrleitungen haben weniger Einfluss auf die Effizienz des ORC-Prozesses.
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Die Energiebilanz der erfindungsgemäßen Anordnung ist positiv, da Antriebsenergie ausgekoppelt und in ein Netz eingespeist werden kann, ohne dass Erdgas verbrannt werden muss.
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Der Energiebedarf für den Betrieb der Nebenaggregate, wie zum Beispiel der Speisepumpe und Gebläse für die Wärmeübertrager wird kostenfrei abgedeckt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt eine positive Energie- und Betriebskostenbilanz.
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Die Erfindung wird an Beispielen näher erläutert.
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Bild 1 zeigt vereinfacht ein Schaltbild mit einigen Symbolen für den rechtsläufigen Dampfkraftprozess und Anordnung der Wärmeübertrager gemäß der Erfindung.
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Bild 2 zeigt ein Druck, Enthalpie-Diagramm mit den Zustandsänderungen des Arbeitsfluids für den rechtsläufigen Kreisprozess mit Prozesstemperaturen
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Die Anordnung gemäß der Erfindung nutzt die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungstemperatur und Temperatur des flüssigen Erdgases zur Erzeugung von mechanischer Energie mit Hilfe eines Kraftwerksprozesses, eines Dampfkraftprozesses.
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Der rechtsläufige Dampfkraftprozess 1, hat einen Verdampfer 4, der durch die Wärme aus der Umgebung beaufschlagt wird, wodurch das Arbeitsfluid verdampft wird, eine Turbine 7, in der das Arbeitsfluid vom Verdampferdruck auf Kondensatordruck entspannt wird. Die Kondensationswärme im Kondensator 9 zur Abkühlung und Kondensation des entspannten Arbeitsfluids wird an das kalte flüssige Erdgas auf der LNG-Seite abgeführt. Der Dampf wird in Flüssigkeit umwandelt, und die Speisepumpe 8 fördert das Arbeitsfluid mit Verdampfungsdruck zum Verdampfer 4, wo das Arbeitsfluid erneut verdampft.
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Der Verdampfer 4 wird mit Umgebungsluft beheizt. Der Kondensator 9 wird mit flüssigem Erdgas gekühlt, das sich dabei selbst erwärmt. Der Temperaturanstieg ergibt sich aus der Wärmebilanz zwischen zur Verfügung stehender Enthitzungs- und Kondensationswärme des Kreisprozess und der erforderlichen Wärme zur Aufheizung des LNG.
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Als Resultat wird die Kondensationswärme zur Heizfluidseite des LNG-Wärmeübertragers im Kondensator 9 an das LNG geliefert, und außerdem wird mechanische Arbeit an der Turbine 7 ausgekoppelt. Als Arbeitsfluid wird Erdgas verwendet, dessen kritische Temperatur größer als die Kondensationstemperatur ist. Die Wärmequelltemperatur der Umgebung liegt bei Erdgas oberhalb der kritischen Temperatur.
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In Bild 1 sind einige Daten einer möglichen Anwendung eingetragen. Diese Daten zeigen das große Potential zur Stromerzeugung.
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LNG wird bei hohem Druck, etwa 90 bar, dem späteren Einspeisedruck in das Netz, im Kondensator 9 auf etwa –95 bis –87°C erwärmt wird, ohne zu verdampfen. Die dafür erforderliche Wärmemenge hat in Relation zur gesamten Verdampfungswärme nur eine Größe von etwa 35%.
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Bild 2 zeigt das Druck, Enthalpie-Diagramm für Methan, dessen thermodynamische Eigenschaften Erdgas stark ähneln, da Erdgas aus mehr als 90% aus Methan besteht.
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Die Zustandsänderungen des Arbeitsfluids für den Dampfkraftkreislauf mit Prozesstemperaturen und Enthalpieänderungen für das zu erhitzende Erdgas (LNG) sind in diesem Diagramm eingezeichnet.
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Punkt 34 veranschaulicht die LNG-Enthalpie bei 90 bar und –161°C vor der Erwärmung. Die Erwärmung des LNG wird durch Enthitzungs- und Kondensationswärme je nach Außenlufttemperatur bis zum Punkt 35 oder 35a realisiert.
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Punkt 35 zeigt die LNG-Enthalpie bei 90 bar nach erstem Teilschritt bei einer Außentemperatur von –10°C während Punkt 35a die LNG-Enthalpie bei 90 bar und Außentemperatur von +30°C zeigt.
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Der Dampfkraftkreislauf ist für zwei Außentemperaturen dargestellt. Das Arbeitsfluid im Verdampfer wird bei einem Druck von 90 bar je nach Außentemperatur auf –20°C oder auf +20°C überhitzt.
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Die Druckerhöhung 49 des Kondensats (Erdgas in flüssiger Phase) von 35 bar auf etwa 90 bar übernimmt die Speisepumpe 8.
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Durch Wärmezufuhr aus der Umgebungsluft, die sich dabei abkühlt, folgt die Zustandsänderung der Fluiderwärmung 48 bei Lufttemperaturen von ca. –10°C auf –20°C oder die Zustandsänderung der Fluiderwärmung 48a bei Lufttemperaturen von ca. +30°C auf +20°C. Das Arbeitsfluid verdampft dabei.
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Aus der Entspannung des Dampfes in der Turbine resultiert mechanische Arbeit, die zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt wird.
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Es folgt die Zustandsänderung Enthitzung und Kondensation 46 bei Entspannung von –20°C oder die Zustandsänderung Enthitzung und Kondensation 46a bei Entspannung von +20°C.
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Die LNG-Erwärmung 31 wird durch die Enthitzungs- und Kondensationswärme 32 aufgebracht, wenn von –20°C entspannt wird, oder die LNG-Erwärmung 31a wird durch die Enthitzungs- und Kondensationswärme 32a aufgebracht, wenn von +20°C entspannt wird.
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Damit wird die LNG-Enthalpie angehoben und Punkt 35 bei Außentemperatur –10°C erreicht während bei Außentemperatur von +30°C der Punkt 35a erreicht wird.
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Die Energiebilanz der beispielhaften Anordnung ist positiv, da 2,8 MW Antriebsenergie ausgekoppelt und in ein Netz eingespeist werden können, ohne dass Erdgas verbrannt werden muss.
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Der Energiebedarf für den Betrieb der Nebenaggregate, wie zum Beispiel der Speisepumpe und Gebläse für die Wärmeübertrager wird kostenfrei abgedeckt..
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Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt eine positive Energie- und Betriebskostenbilanz und entlastet die Umwelt.
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Bild 2 veranschaulicht durch die Strecken 31, 31a im Druck-Enthalpiediagramm, dass für die Erwärmung des LNG von –161°C auf etwa –95°C bis –87°C nur ein Drittel der Wärme im Vergleich zu einer vollständigen Verdampfung erforderlich ist.
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Daher werden zum Betrieb des Prozesses gemäß der eingereichten Erfindung keine weiteren Wärmequellen zusätzlich zur Umgebungswärme benötigt. Das vereinfacht den Kraftwerksprozess.
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Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind eine positive Energiebilanz einer ersten Erwärmungsstufe für flüssiges Erdgas bei Netzdruck von –161°C bis zu etwa –90°C ohne Wärmequellen aus anderen Prozessen.
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Einfachheit, Standortunabhängigkeit und höhere Effizienz sowie kleinere Gestehungskosten, weniger Anlagenkomplexität sind Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Die Auswahl des Arbeitsfluids für einen transkritischen Betrieb erlaubt vorteilhaft den Betrieb der LNG-Erwärmungsstufe auch bei sich ändernden Temperaturen in der Atmosphäre, aus der die Umgebungswärme zur Verdampfung des Arbeitsfluids aufgenommen wird, bei konstantem Netzdruck.
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Die ausschließliche Nutzung von Wärme aus der Umgebungsluft zur LNG-Verdampfung führt zu einem autarken Anlagenkonzept.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- rechtsläufiger Dampfkraftprozess
- 4
- Verdampfer
- 7
- Turbine
- 8
- Speisepumpe
- 9
- Kondensator
- 13
- LNG-Rohrstrecke
- 31
- LNG-Erwärmung im ersten Teilschritt
- 31a
- LNG-Erwärmung im ersten Teilschritt
- 32
- Enthitzungs- und Kondensationswärme
- 32a
- Enthitzungs- und Kondensationswärme
- 33
- Expansionsarbeit
- 33a
- Expansionsarbeit
- 34
- LNG-Enthalpie bei 90 bar und –161°C
- 35
- LNG-Enthalpie bei 90 bar nach erstem Teilschritt (Außentemperatur –10°C)
- 35a
- LNG-Enthalpie bei 90 bar nach erstem Teilschritt (Außentemperatur +30°C)
- 44
- LNG-Enthalpie am Turbinenaustritt bei –20°C Dampfeintrittstemperatur
- 44a
- LNG-Enthalpie am Turbinenaustritt bei +20°C Dampfeintrittstemperatur
- 45
- Isotherme für –20°C
- 45a
- Isotherme für +20°C
- 46
- Zustandsänderung Enthitzung und Kondensation
- 46a
- Zustandsänderung Enthitzung und Kondensation
- 47
- Zustandsänderung Fluid-Entspannung (Expansionsarbeit)
- 47a
- Zustandsänderung Fluid-Entspannung (Expansionsarbeit)
- 48
- Zustandsänderung Fluid-Erwärmung
- 48a
- Zustandsänderung Fluid-Erwärmung
- 49
- Druckerhöhung mittels Speisepumpe 8
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6945049 [0018, 0021]
- US 3992891 [0022]
