DE102013222858A1

DE102013222858A1 - Tank zur Lagerung von flüssigem Ammoniak

Info

Publication number: DE102013222858A1
Application number: DE201310222858
Authority: DE
Inventors: Friedrich Pötz; Richard Albert
Original assignee: TGE Gas Engineering GmbH
Current assignee: TGE Gas Engineering GmbH
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-05-13
Also published as: RU2016120457A; WO2015067451A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tank für die Lagerung von Flüssiggas und zwar insbesondere für die Lagerung von flüssigem Ammoniak. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tank für Flüssiggas bereitzustellen, der für die Lagerung von Ammoniak in flüssiger Form geeignet ist. Zur Lösung weist der Tank, in dem insbesondere Ammoniak in flüssiger Form gelagert werden kann, einen Innentank auf, der aus Stahl besteht. Es gibt einen Außentank mit einer Wand – nachfolgend auch Außenwand genannt –, die aus Beton besteht. Die Außenwand besteht ferner ganz oder teilweise aus Leichtbeton, der den Tank hinreichend thermisch zu isolieren vermag. Eine darüber hinaus gehende thermische Isolierung für die Außenwand oder Innenwand, also für die Wand des Innentanks, ist vorteilhaft nicht vorhanden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tank für die überirdische Lagerung von Flüssiggas und zwar insbesondere für die Lagerung von flüssigem Ammoniak. Ein Tank im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst einen Boden und eine daran angrenzende Außenwand. Hierdurch wird ein Behälter für die Lagerung einer Flüssigkeit bereitgestellt. Darüber hinaus umfasst ein solcher Tank einen Dachaufbau, durch den der Behälter verschlossen wird.
Flüssiggas wird üblicherweise in thermisch isolierten Stahltanks gelagert. Regelmäßig wird Kunststoff zur thermischen Isolierung verwendet. Die thermische Isolierung befindet sich meistens außen auf der Außenwand des Tanks.
Aus der Druckschrift JP 56167996 A geht ein unterirdisch vorgesehener Tank hervor, der eine Außenwand und eine Innenwand umfasst. Die Außenwand des Tanks ist von der Innenwand durch einen Spalt getrennt. Der Spalt ist durch Wärme isolierendes Material gefüllt. Als Wärme isolierendes Material wird Leichtbeton vorgeschlagen. Leichtbeton ist Beton mit einer Dichte von nicht mehr als 2000 kg/m³. Die Anforderungen an einen solchen Tank unterscheiden sich von den Anforderungen an einen Tank, der gemäß vorliegender Erfindung für eine überirdische Lagerung vorgesehen ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tank für Flüssiggas bereitzustellen, der für die überirdische Lagerung von Ammoniak in flüssiger Form geeignet ist.
Zur Lösung der Aufgabe umfasst ein Tank die Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach Anspruch 1 weist der Tank, in dem insbesondere Ammoniak in flüssiger Form überirdisch gelagert werden kann, einen Innentank auf, der aus Stahl besteht. Es gibt einen Außentank mit einer Wand – nachfolgend auch Außenwand genannt –, die aus Beton besteht. Die Außenwand besteht ganz oder teilweise aus Leichtbeton, der den Tank hinreichend thermisch zu isolieren vermag. Eine darüber hinaus gehende thermische Isolierung für die Außenwand oder Innenwand, also für die Wand des Innentanks, ist vorteilhaft nicht vorhanden und zwar insbesondere nicht auf der Außenseite der Außenwand.
Ammoniak wird bei relativ warmen Temperaturen von –35 Grad flüssig gelagert. Ammoniak vermag Kunststoffe anzugreifen und ist toxisch. Sowohl Stahl als auch Beton sind Materialien, die durch Ammoniak nicht beschädigt werden könnten. Diese Materialien sind ferner den Temperaturen gewachsen, die für die Lagerung von Ammoniak zu berücksichtigen sind. Der Tank ist insgesamt äußerst störsicher, da der Leichtbeton nicht nur für eine hinreichende thermische Isolierung Sorge trägt, sondern darüber hinaus durch die aus Beton bestehende Außenwand eine mechanisch sehr stabile Schutzhülle für den Fall vorhanden ist, dass der Innentank beschädigt wird. Insbesondere kann so eine äußere Schutzhülle bereitgestellt werden, die mechanisch wesentlich stabiler ist als ein üblicher Stahltank. Insgesamt ist aus den genannten Gründen dieser Tank für die Lagerung von Ammoniak besonders gut geeignet.
Die äußere Leichtbetonwand ist grundsätzlich sehr viel dicker als die gegenüberliegende Wand des Innentanks, also die Innenwand. Eine verhältnismäßig dicke Leichtbetonwand ist bereits deshalb erforderlich, um eine hinreichende thermische Isolierung bereitzustellen. Betonwände müssen allerdings im Anschluss an ihre Herstellung abkühlen, bevor ein solcher Tank zur Lagerung von Flüssiggas verwendet werden kann. Wird eine thermische Isolierung außen auf den Betonmantel aufgebracht oder wird ein Abkühlen durch eine Außenwand verzögert, so kann der Beton nicht hinreichend schnell abkühlen. Da im Fall der vorliegenden Erfindung die Außenwand aus Beton besteht und keine thermische Isolierung auf ihrer Außenseite aufweist, gibt es vorteilhaft keine Wärmeisolierung, die ein hinreichend schnelles Abkühlen des Betons verhindert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht nicht nur die Außenwand des Außentanks aus Beton, sondern darüber hinaus auch der Boden des Außentanks und zwar vorzugsweise zumindest teilweise aus Leichtbeton. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen der Boden des Außentanks und/oder die Außenwand des Außentanks vollständig aus Leichtbeton. Es hat sich herausgestellt, dass einerseits so eine hinreichende thermische Isolierung und andererseits eine hohe mechanisch Stabilität bereitgestellt werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Wände des Stahltanks 10 bis 40 mm, vorzugsweise bis 20 mm dick. Diese Wandstärke genügt, um einen Innentank bereitzustellen, der sämtlichen Anforderungen für eine Lagerung von Ammoniak in flüssiger Form grundsätzlich gewachsen ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich zwischen dem Boden des Außentanks und dem Boden des Innentanks eine Schicht aus Magerbeton, also ein Kies-Zementgemisch mit einem hohen Kiesanteil, um eventuelle Unebenheiten auszugleichen und so eine besonders geeignete Auflage für den Innentank zu schaffen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der aus Stahl bestehende Innentank aus mehreren Stahlblechen zusammengeschweißt, um diesen vorteilhaft mit geringem technischen Aufwand herstellen zu können.
In einer Ausführungsform der Erfindung gibt es vorteilhaft zwischen der Außenwand des Außentanks und der Innenwand des Innentanks einen Spalt. Hierdurch wird es einfacher möglich, einen Innentank vorzusehen, der aus mehreren Stahlblechen zusammengeschweißt ist. Der Spalt kann weitergehend genutzt werden, so zum Beispiel mit zum Beispiel losem thermischen Isoliermaterial gefüllt werden.
Die aus Beton bestehende Außenwand weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine gasdichte Innenbeschichtung auf. Vorteilhaft wird auf diese Weise weiter verbessert sichergestellt, dass Ammoniak aus dem Tank auch nicht in gasförmiger Form entweichen kann.
Die gasdichte Innenbeschichtung besteht vorzugsweise aus Metall. Die Innenbeschichtung ist dann vorteilhaft resistent gegenüber Ammoniak. Als gasdichte Innenbeschichtung ist vorzugsweise ein 1 bis 40 mm, vorzugsweise bis 10 mm dickes Stahlblech vorgesehen, welches in einer vorteilhaften Ausgestaltung mit Bolzen im Beton der Außenwand verankert ist.
Die Außenwand des Außentanks besteht vorzugsweise vollständig aus Leichtbeton und ist insbesondere dann vorzugsweise wenigstens 90 cm, vorzugsweise wenigstens 110 cm dick. Es steht bei dieser Ausführungsform eine hinreichend dicke Außenwand zur Verfügung, die hinreichend thermisch zu isolieren vermag. Grundsätzlich ist die Außenwand dann nicht dicker als 150 cm, um den Materialbedarf und Bauraumbedarf nicht übermäßig ansteigen zu lassen.
In einer Ausführungsform ist die aus Beton bestehende Außenwand zweilagig. Eine äußere Lage besteht grundsätzlich aus Normalbeton mit einer Dichte von mehr als 2000 kg/m³ und dann die andere daran angrenzende innere Lage aus thermisch isolierendem Leichtbeton. Da die innere Lage thermisch isoliert, behindert diese nicht übermäßig ein Abkühlen der äußeren Lage nach ihrer Fertigstellung.
Vorzugsweise ist die äußere, aus Normalbeton bestehende Lage wenigstens 50 cm, vorzugsweise wenigstens 65 cm dick. Die innere Lage aus Leichtbeton ist vorzugsweise wenigstens 30 cm, besonders bevorzugt wenigstens 40 cm dick. Hierdurch ist der Außentank den Anforderungen für die Lagerung von Ammoniak in flüssiger Form besonders gut gewachsen. Grundsätzlich ist die Außenwand dann nicht dicker als 130 cm, um den Materialbedarf und Bauraumbedarf nicht übermäßig ansteigen zu lassen.
Der aus Beton bestehende Außentank bildet selbst dann einen hinreichenden, zumindest zeitweisen Schutz, wenn nicht nur der Innentank beschädigt wird, sondern auch eine Innenbeschichtung der Außenwand des Außentanks. Als Innenbeschichtung für den Beton kann daher auch eine gasdichte Polymerbeschichtung eingesetzt werden.
Das Dach des Tanks weist in einer Ausführungsform eine Konstruktion aus Stahl wie Baustahl auf, die als Unterkonstruktion vorgesehen wird, um einen Dachbereich durch Gießen von Beton herstellen zu können. Auf dieser Konstruktion aus Baustahl befindet sich daher vorzugsweise ein zum Beispiel 1 bis 10 mm dickes Stahlblech, auf welches Beton gegossen werden kann. Oberhalb des Stahlblechs befindet sich dann nach seiner Fertigstellung insbesondere Stahlbeton mit einer Dicke von beispielsweise 30 bis 60 cm, so zum Beispiel von 40 cm. Von der Konstruktion aus Baustahl aus gesehen ist vorzugsweise eine Decke abgehängt, so dass ein Raum zwischen abgehängter Decke und der Konstruktion aus Baustahl vorhanden ist. Dieser Raum ist vorzugsweise ganz oder teilweise mit thermisch isolierendem Material ausgefüllt.
Wird Leichtbeton lediglich teilweise zur Herstellung einer Außenwand eingesetzt und dient also nicht oder zumindest nicht allein zur Bereitstellung der Festigkeit, so kann ein sehr leichter Leichtbeton eingesetzt werden, beispielsweise LC12/13 mit einer Dichte von lediglich 600 kg/m³ und einer dann relativ niedrigen Wärmeleitfähigkeit von zum Beispiel lediglich 0,19 W/mK. Soll der Leichtbeton auch für die mechanische Stabilität sorgen und besteht daher die Außenwand vollständig aus Leichtbeton, so wird beispielsweise Leichtbeton LC40/44, also ein Leichtbeton mit einer höheren Dichte, eingesetzt.
Die Erfindung ist zwar vor allem für die Lagerung von flüssigem Ammoniak besonders gut geeignet. Es können aber auch mit Vorteil andere Flüssiggase gelagert werden und zwar insbesondere flüssiges Propan, flüssiges Propylen oder flüssiges Butan.
Die Erfindung wird anhand von 1 bis 5 nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
1: Schnitt durch einen Tank mit einer Außenwand, die vollständig aus Leichtbeton besteht;
2: vergrößerter Ausschnitt beim Dach des Tanks der 1;
3: vergrößerter Ausschnitt beim Boden des Tanks gemäß 1;
4: vergrößerter Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels beim Dach;
5: vergrößerter Ausschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels beim Boden.
Die 1 zeigt im Schnitt einen Tank, der einen Innentank und einen Außentank aufweist. Der Innentank umfasst eine aus Stahl bestehende Wand 1 und einen aus Stahl bestehenden Boden 2. Der Außentank umfasst eine aus vorgespanntem Leichtbeton (zum Beispiel LC40/44) bestehende Wand 3, die zum Beispiel 110 cm dick ist. Ein zum Beispiel fünf mm dickes Stahlblech 4 bildet eine gasdichte Innenbeschichtung für die Außenwand 3, die mit Kopfbolzen 12 – wie in den Detailansichten in den 2 und 3 gezeigt – im Leichtbeton verankert ist. Zwischen der Innenwand 1 und der Außenwand 3 verbleibt ein Spalt 5. Die Innenwand besteht aus zusammengeschweißten Stahlblechen.
Der Außentank umfasst darüber hinaus einen aus Beton bestehenden Boden 6, der auf einer Gründung, insbesondere auf einer Pfahlgründung 7, angeordnet ist. Insbesondere besteht der Boden 6 aus Leichtbeton wie LC40/44 mit einer Dichte von 1400 kg/Kubikmeter.
Das Dach des Tanks umfasst eine Stahlkonstruktion 8, auf der sich ein zum Beispiel 5 mm dickes Stahlblech 9 befindet. Oberhalb des Stahlblechs 9 gibt es eine aus Stahlbeton bestehende Schicht 10, die im Zenit beispielsweise 40 cm dick ist. Das Dach umfasst darüber hinaus eine abgehängte zum Beispiel 10 cm dicke Decke 11 aus zum Beispiel Schaumglas. Weitere Details des Aufbaus beim Dach sind der 2 zu entnehmen. Die 3 zeigt eine Detailansicht beim Boden.
Vorzugsweise ist auch der aus Beton gebildete Boden mit zum Beispiel 5 mm dickem Stahlblech gasdicht ausgekleidet, wie die 3 verdeutlicht. Oberhalb dieser Stahlauskleidung gibt es vorzugsweise eine Ausgleichsschicht aus Magerbeton mit einer Dicke von zum Beispiel 5 bis 10 cm. Auf dieser Schicht aus Magerbeton befindet sich der aus Stahl bestehende Boden des Innentanks, wie die Detailansicht der 3 verdeutlicht.
Die 4 und 5 zeigen Detailansichten einer zweiten Ausführungsform und verdeutlichen die Abweichungen von dem Tank gemäß den 1 bis 3. Abweichend von der Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 besteht die Außenwand aus zwei Lagen und zwar einer inneren Lage 13 aus Leichtbeton und einer äußeren Lage 15 aus Spannbeton. Der Spannbeton ist vertikal und/oder in Umfangsrichtung vorgespannt. Für die äußere Lage wird zum Beispiel Beton C40/50 eingesetzt. Die äußere Lage ist zum Beispiel 60 bis 70 cm, insbesondere 65 cm dick. Als Leichtbeton wird beispielsweise LC12/13 mit einer Dichte von ca. 600 kg/m³ eingesetzt. Die aus Leichtbeton bestehende, wärmeisolierende Lage 13 ist beispielsweise 40 bis 50 cm dick, also zum Beispiel 45 cm. Der Boden des Außentanks besteht vorzugsweise ebenfalls aus zwei Lagen und zwar einer Wärme isolierenden Lage 14 aus Leichtbeton und einer darunter befindlichen Lage 16 aus Normalbeton, welches das mechanisch besonders stabile Fundament bildet.
Beim Dach können in beiden Ausführungsformen Neoprenstreifen zwischen abgehängter Decke und Außenwand vorgesehen sein, die Unterbrechungen aufweisen, um definiert lüften zu können.
Vorteilhaft überlappt die Auskleidung 4 im Dachbereich wie dargestellt mit dem Blech 9 des Dachaufbaus und kann mit dem Blech stoffschlüssig, so zum Beispiel durch Schweißen, gasdicht verbunden sein. Dies trägt weiter verbessert dazu bei, dass Ammoniak nicht unplanmäßig entweichen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 56167996 A [0003]

Claims

Tank insbesondere für die überirdische Lagerung von flüssigem Ammoniak mit einem Innentank, der aus Stahl besteht, und einem Außentank, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (3, 13, 15) des Außentanks aus Beton besteht und Leichtbeton als thermische Isolierung umfasst.
Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6, 14, 16) des Außentanks aus Beton besteht.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (1) des Innentanks wenigstens 10 mm und/oder maximal 50 mm dick ist.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Stahl bestehende Innentank aus mehreren Stahlblechen zusammengeschweißt ist.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wand (1) des Innentanks und der Wand (3, 13, 15) des Außentanks ein Spalt (5) vorhanden ist.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonwand (3, 13, 15) des Außentanks eine gasdichte Innenbeschichtung (4) aufweist.
Tank nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbeschichtung (4) aus Metall besteht.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (3, 13, 15) des Außentanks wenigstens 90 cm, vorzugsweise wenigstens 110 cm, dick ist und vorzugsweise vollständig aus Leichtbeton besteht.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Außentanks aus einer inneren und einer äußeren Lage (13, 15) gebildet ist, wobei die innere Lage (13) aus Leichtbeton besteht und die äußere Lage (15) aus Normalbeton.
Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Leichtbetons nicht mehr als 1500 kg/m³, vorzugsweise nicht mehr als 1000 kg/m³, beträgt.