DE1192223B - Einrichtung zum Aufrechterhalten des Druckes in einem Tank zur Speicherung verfluessigter Gase - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F25j

Deutsche Kl.: 17 g - 5/02

Nummer: 1192223

Aktenzeichen: C 248681 a/17 g

Anmeldetag: 8. August 1961

Auslegetag: 6. Mai 1965

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufrechterhalten des Druckes in einem Tank zur Speicherung verflüssigter Gase mit einem Direkt-Kontakt-Kondensator, der an seinem oberen Ende über ein Dampfrohr und an seinem unteren Ende über eine Flüssigkeitsableitung mit dem Dampfraum des Tanks in Verbindung steht, wobei dem Kondensator verflüssigtes Gas aus dem Tank als Kühlmittel zuführbar ist und der Kondensator eine Ablaßleitung zur Entlüftung der nicht kondensierbaren Bestandteile aufweist.

In der Technik ist es bekannt, für die Speicherung von Flüssigkeiten, deren Dampfdruck bei normaler Umgebungstemperatur höher als eine Atmosphäre ist, einen gekühlten Tank zu verwenden. Dieser Tank ist im allgemeinen isoliert, und die Kühleinrichtung muß vorgesehen werden, um Wärme von zwei Arten abzuführen:

a) Wärme, die durch die Isolation aus der umgebenden Atmosphäre in den Tank eindringt und

b) Wärme, die als fühlbare Wärme durch die eintretende Flüssigkeit in den Tank eingeführt wird.

Wenn das gespeicherte flüssige Speichergut relativ rein und im wesentlichen frei von Bestandteilen ist, die einen niedrigeren Siedepunkt besitzen als die gespeicherte Flüssigkeit, kann die Kühlung durch Absaugung des dampfförmigen Stoffes aus dem Tank durch einen Kompressor bewirkt werden, der den Dampf in einen Kondensator mit einem solchen Druck fördert, daß er durch Kühlung mit Umgebungsluft oder verfügbarem Kühlwasser kondensiert und als kondensierte Flüssigkeit in den Speichertank zurückgeführt wird, aus dem dieser Dampf bei den Speicherbedingungen verdampft war. Die Kühlwirkung, die durch dieses bekannte Dampfkompressionsverfahren erzielt wird, hält die gespeicherte Flüssigkeit auf einer vorbestimmten Temperatur. Dieses Verfahren wird auch als Selbstkühlung oder als offenes Kühlsystem bezeichnet.

Wenn indessen die gespeicherte Flüssigkeit mehr als 0,5 bis 5¹⁰Zo oder noch mehr Bestandteile enthält, die einen niedrigeren Siedepunkt als die gespeicherte Flüssigkeit haben, so erscheinen diese Bestandteile als nicht kondensierbare Gase bei den im Kondensator herrschenden Temperatur- und Druckverhältnissen, wobei hierdurch der Druck im Kondensator steigt, bis das Kühlsystem unwirksam geworden ist. In solchen Fällen, insbesondere wenn das gespeicherte flüssige Speicherprodukt ein Gemisch von Einrichtung zum Aufrechterhalten des
Druckes in einem Tank zur Speicherung
verflüssigter Gase

Anmelder:

Chicago Bridge & Iron Company, Chicago, JIl.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Cohausz, Dipl.-Ing. W. Florack
und Dipl.-Ing. K.-H. Eissei, Patentanwälte,
Düsseldorf, Schumannstr. 97

Als Erfinder benannt:

James B. Mäher, James Mair, Chicago, JIl.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Dezember 1960
(78 075)

Komponenten ist, die verschiedene Siedetemperaturen aufweisen, ist es erforderlich, zu einem sogenannten geschlossenen Kühlsystem Zuflucht zu nehmen.

In dem geschlossenen Kühlsystem wird ein Teil der gespeicherten Flüssigkeit aus dem Tank entnommen, in einem Wärmeaustauscher abgekühlt und zurück in den Tank geführt. Hierzu ist eine Einrichtung bekanntgeworden, durch welche die in dem Speichertank vorhandenen Dämpfe dem oberen Teil einer Kontaktvorrichtung zugeführt werden, bei der im oberen Teil eine Kondensation stattfindet und eine Kontakteinrichtung vorgesehen ist, die einen Wärmeaustausch zwischen der aus dem Tank umlaufenden Speicherflüssigkeit und dem Dampf aus dem Tank gestattet, und bei der an dem unteren Teil eine Verbindung angeordnet ist, durch die der kondensierte Dampf und die Speicherflüssigkeit in den Tank zurückfließen und außerdem eine Entlüftung für unkondensierbare Bestandteile an-

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gebracht ist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß es 10 durch die Leitungen 15 und 16 mittels einer Umschwierig ist, in dem Tank mittels dieser Methode laufpumpe 17 entnommene Flüssigkeit L wird in den Dampfdruck zu steuern, weil: dem Wärmeaustauscher 14 unterkühlt und über die

a) sich m dem Speichertank Zonen von verschie- Leitung 18 in den Kondensator 20 gedrückt, aus dener Temperatur einstellen, ^{5 dem sie in den} Speichertank durch Schwerkraft zu-

rückfällt

b) die Kühl- und die Kondensationswirkung des _T ~." _o . . . -.. , . _T, . , . _T, , . „_Λ Dampfes an der Flüssigkeitsoberfläche in dem ^In ^f" ² *tein Direkt-Kontakt-Kondensator 20 Dampfraum langsam und verzögert stattfin- ^eigt fr an dem Oberteil des Tanks 10 auf emem det und Flanschstutzen 19 montiert ist. Wie m dieser Zeich-

_x „ ίο nung veranschaulicht, enthält der Kondensator 20

c) selbst wenn die gekühlte, zurückfließende Flüs- _eine Kammer 21, in der eine Reihe von Tellerschasigkeit in den Dampfraum angesprüht wird, _{len 2}2 und 23 und ein Verteilerteller 24 angeordnet nur eine geringe Kontaktzeit und eine be- sind. Die Teller 22 sind Ringscheiben, die eine mittgrenzte Kühlwirkung für die Dampfkonden- _lere öffnung 25 besitzen. Die Scheiben sind an der sation zur Verfugung stehen. _{15 Wand} ^r Kammer 21 befestigt. Die Tellerschalen

Gemäß der Erfindung wird daher die Einrichtung 23 besitzen einen kleineren Außendurchmesser als

zum Aufrechterhalten des Druckes in einem Tank der innere Durchmesser der Kammer 21 und sind

zur Speicherung verflüssigter Gase mit einem Direkt- am Dampf rohr 26 befestigt, das koaxial in der Kam-

Kontakt-Kondensator dahingehend verbessert, daß mer 21 mittels der Tragarme 27 festgehalten wird,

der oben auf dem Tank angeordnete Kondensator so die sich radial von den Tellerschalen 23 erstrecken

mit seinem unteren Ende unmittelbar in den Dampf- und an der Wand der Kammer 21 befestigt sind,

raum des Tanks mündet, das Dampfrohr durch Der Verteilerteller 24 dient dazu, den Eintritt der

diese Mündung unter Bildung eines freien Ring- umlaufenden Flüssigkeit L in das Dampfrohr 26 zu

raumes bis in den oberen Teil des Kondensators verhindern und die Flüssigkeit über das Innere der

hineinragt und die Leitung für das unterkühlte Flüs- 25 Kammer zu verteilen. Er ist an der gewölbten Decke

siggas in den Kopf des Kondensators geführt ist, 28 der Kammer 21 mittels Aufhänger 29 befestigt,

der im oberen Teil des Ringraumes zwischen dem Das Dampfrohr 26, das sich in den Dampfraum V

Dampfrohr und dem äußeren Mantel Tellerschalen des Tanks 10 erstreckt, ist mit seitlich angeordneten

aufweist. Dampfableitungsarmen 30 und 31 versehen, welche

Mit dieser. erfindungsgemäßen Einrichtung wird 30 die Dampfauffangwirkung der Dampfableitungseinein Gegenstromwärmeaustausch zwischen der ge- richtung verbessern. Eine Ablaßleitung 32 wird zur kühlten Speicherflüssigkeit und dem gasförmigen Entlüftung von nicht kondensierbaren Bestandteilen Speichergut erzielt, wobei die nicht kondensierbaren benutzt, die sich oben in dem Kondensator 20 anBestandteile unter geringsten Verlusten oben am sammeln und die durch eine Austrittseinrichtung, Kondensator abgeführt werden. 35 beispielsweise eine Abbrennfackel (nicht dargestellt),

Die bekannte Einrichtung benötigt nicht nur eine abgeführt werden.

zusätzliche Kühlung, sondern ist auch in der Kon- Beim Betrieb der Vorrichtung wird die unter-

struktion wesentlich aufwendiger und kostspieliger kühlte umlaufende Flüssigkeit L, die durch die Lei-

als die Kondensatoreinrichtung gemäß der Er- tung 15 aus dem Tank entnommen wird, nach

findung. 40 Durchlauf des Wärmeaustauschers 14 in den Kon-

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die densator 20 eingeführt, wo sie über den Verteiler-Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt teller 24 verteilt und kaskadenartig über die Reihe

F i g. 1 ein schematisches Diagramm des Kühl- von abwechselnd in der Kammer 21 angeordneten

systems, das gemäß der Erfindung benutzt wird, Tellerschalen 22 und 23 fällt, um ein Maximum an

F i g. 2 eine schematische Schnittansicht durch 45 Kontaktzeit und Oberfläche zwischen der Flüssigkeit einen Kondensator mit direkter Kontaktwirkung, und dem Dampf vorzusehen. Die T-förmige Dampfder zur Erzielung eines innigen Kontaktes zwischen ableitungseinrichtung leitet den durch die Wärmedem rücklaufenden gekühlten Speichergut und dem einstrahlung in den Tank erzeugten Dampf eindampfförmigen Bestandteil des Speicherinhalts be- schließlich der nicht kondensierbaren Bestandteile nutzt wird, und 5° aus dem Dampfraum in den Kondensator, um die

F i g. 3 einen vergrößerten Querschnitt entlang im Kondensator kondensierten Dämpfe zu ersetzen,

der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2, der zur Veranschau- Ein großer Teil der Beimengungen mit einem nied-

lichung der Befestigungsanordnung des Konden- rigeren Siedepunkt, die in dem Dampfraum vorhan-

satordampfrohres dient. den sind, werden im Kondensator kondensiert oder

In F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines 55 durch Mitnahme durch den Ringraum zwischen dem Ausführungsbeispiels für ein Kühlspeichersystem ge- Dampfrohr 26 und dem Flanschstutzen 19 zurück zeigt, das im wesentlichen aus einem bekannten in den Tank 10 geleitet. Die geringe Menge von isolierten Tank 10 mit einem flachen Boden be- nicht kondensierbaren Bestandteilen, die nicht zusteht, der zur Speicherung des Speichergutes be- rück in den Tank kommt, sammelt sich im Oberteil nutzt wird. Der Tank 10 ist nicht vollständig mit 60 des Kondensators 20 an, von wo sie von Zeit zu einer Flüssigkeit gefüllt, so daß hier ein Dampf- Zeit über die Leitung 32 entlüftet werden kann. Im raum V über der Flüssigkeit vorhanden ist. Um die Kondensator 20 werden die Tellerschalen 23 durch Kühlung des Speichergutes zu bewirken, ist ein das Dampfrohr 26 getragen, das außerdem in der Kühlsystem vorgesehen, das aus einer bekannten Hauptsache dazu dient, Dampf aus dem Dampfraum Kühlapparatur 11 besteht, die einen Flüssigkeits- 65 zum Oberteil des Kondensators zu leiten. Mit diewärmeaustauscher mittels einer Kühlflüssigkeit ser Anordnung ist nur ein einziger Stutzen 19 erforkühlt, die durch die Leitungen 12 und 13 in dem derlich, der als Dampf eintritt, Kondensataustritt und Wärmeaustauscher 14 zirkuliert. Die aus dem Tank Ventilationsgasaustritt funktioniert.

In dem Beispiel gemäß F i g. 1 ist ein isolierter doppelwandiger, zylindrischer Speichertank mit flachem Boden und etwa 8 cbm Inhalt vorgesehen, der zur Speicherung von verflüssigtem η-Butan dient, das 2¹⁰Zo Propan als nicht kondensierbare Bestandteile enthält und das bei — 1° C und einem Überdruck von 0,0035 kg/cm² gelagert werden soll. Der innere Speicherbehälter besitzt in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 2,44 m und ist 1,7 m hoch. Der Tank kann mit einer Isolierung aus Schaumglas von 120 mm Stärke versehen oder mit einem anderen Isolationsmaterial isoliert werden. Das Kühlsystem muß entsprechend den Wärmeverlusten durch die Isolation für eine Kälteleistung von etwa 30 000 kcal pro Stunde dimensioniert werden. In diesem Beispiel werden etwa 132 1 pro Minute oder etwa 4600 kg pro Stunde der n-Butan-Flüssigkeit durch eine Pumpe abgesaugt und in einem Wärmeaustauscher gekühlt. In dem Wärmeaustauscher wird die Temperatur der n-Butan-Flüssigkeit von —1 auf —12° C mittels einer bekannten mit einem indirekten Wärmeaustauscher arbeitenden Kühlvorrichtung abgekühlt. Die unterkühlte n-Butan-Flüssigkeit wird in einen Direkt-Kontakt-Kaskaden-Kondensator 20 der Art, wie er in F i g. 2 dargestellt ist, eingeführt, der auf dem Oberteil des Speichertanks montiert ist, und fällt von dort in den Tankraum zurück. Das umlaufende η-Butan kann 250 kg pro Stunde Butandampf in dem Kondensator kondensieren, wobei eine Gleichgewichtstemperatur von etwa -4⁰C erreicht wird. Das umlaufende η-Butan sowie die kondensierten Dämpfe fallen in den Tank zurück und kühlen zusätzlich das gespeicherte η-Butan bis zur Gleichgewichtstemperatur von —1° C, so daß die gewünschte Speichertemperatur durch die zurücklaufende Flüssigkeit dauernd aufrechterhalten wird.

Durch die Erfindung werden folgende technische Vorteile erzielt:

1. Die Steuerung des Druckes in dem Tank wird durch Behandlung des Speichergutes in der Dampfphase bewirkt, wobei eine schnelle und genaue Rückwirkung auf Signale von einer Steuereinrichtung sichergestellt ist, die zur Steuerung der umlaufenden Menge der gekühlten Speicherflüssigkeit dient;

2. an keiner Stelle in dem Umlauf des Speichergutes wird das Speichergut höheren Temperaturen als der Lagertemperatur ausgesetzt;

3. das Speichergut wird in dem Kühlkreislauf nicht verdampft, sondern kondensiert in dem Kühlkreislauf. Die einzige Verdampfung, die stattfindet, beruht auf der Wärmeeinstrahlung durch die Isolation, und dieser Dampf wird sofort durch das unterkühlte Speichergut wieder kondensiert;

4. der Dampf des Speichergutes wird bei der Speichertemperatur und dem Speicherdruck durch einen innigen Kontakt mit der unterkühlten Speichergutflüssigkeit kondensiert;

5. der Kondensator besitzt keine Rohre oder Wärmeübertragungsflächen, die verschmutzt werden könnten und einer Wartung bedürfen;

6. der Aufbau der konzentrischen Dampfeinführung in den Kondensator bewirkt, daß ein kontinuierlicher Strom von Dampf aus dem Speichertank zuströmt, der oben im Kondensator von Bestandteilen mit niedrigerem Siedepunkt gereinigt werden kann oder durch Mitnahme durch den Ringquerschnitt zurück in den Dampfraum gebracht wird;

7. die erfindungsgemäße Einrichtung ist einfach im Aufbau, erfordert keine Wartung und kann direkt auf den Speicherkessel montiert werden.

Während einige Tanks dazu dienen, das Speichergut bei Atmosphärendruck zu lagern, können andere Tanks auch bei Temperaturen benutzt werden, die Drücken entsprechen, die über oder unter dem Atmosphärendruck liegen. Da das ganze System geschlossen ist, ist es für jedes gekühlte Speichersystem und bei jedem Druck verwendbar.

Eine besondere Verwendung findet die Erfindung für gekühlte Speichertanks bei Temperaturen im Bereich von —1 bis +4⁰C für verflüssigte Stoffe, wie beispielsweise für C₁- bis ^-Kohlenwasserstoffe oder Äthylene, Butadiene, Iso-Butane und Chlorverbindungen, wie Äthylchlorid, Vynilchlorid, Äthylenoxyd oder Ammoniak, die mehr als etwa 0,5⁰Zo nicht kondensierbare Bestandteile enthalten. Es können auch andere Speichergüter oder andere Speicherverhältnisse benutzt werden. Die Erfindung kann in Speicheranlagen mit 37 000 bis 23 000 0001 pro Tank benutzt werden, in denen das verflüssigte Material gespeichert ist. Für die Ausführung der Tanks können bekannte Materialien benutzt werden. Die Kühlapparatur, die benutzt wird zur Kühlung der umlaufenden Flüssigkeit, muß eine genügende Kapazität besitzen, um die Flüssigkeit min-

destens auf etwa 2 bis 3° C unter die Speichertemperatur abzukühlen. Da das erfindungsgemäße Verfahren keine Kompressionsstufe für das Speichergut besitzt, können die nicht kondensierbaren Bestandteile den Betrieb der Kühleinrichtung nicht stören, wie es bei den bekannten Kühlsystemen der Fall ist.

Der Kondensator muß eine genügende Fläche besitzen, um im wesentlichen die gesamte Dampfmenge, die in die Kondensationskammer eingeführt wird, zu verflüssigen. Es können auch andere Einrichtungen mit einem Kaskadenflächenaustauscher benutzt werden, wie beispielsweise Fraktioniertürme.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Aufrechterhalten des Druckes in einem Tank zur Speicherung verflüssigter Gase mit einem Direkt-Kontakt-Kondensator, der an seinem oberen Ende über ein Dampfrohr und an seinem unteren Ende über eine Flüssigkeitsableitung mit dem Dampfraum des Tanks in Verbindung steht, wobei dem Kondensator verflüssigtes Gas aus dem Tank als Kühlmittel zuführbar ist und der Kondensator eine Ablaßleitung zur Entlüftung der nicht kondensierbaren Bestandteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der oben auf dem Tank (10) angeordnete Kondensator (20) mit seinem unteren Ende unmittelbar in den Dampfraum des Tanks (10) mündet, das Dampfrohr (26) durch diese Mündung unter Bildung eines freien Ringraumes bis in den oberen Teil des Kondensators (20) hineinragt und die Leitung (18) für das unterkühlte Flüssiggas in den Kopf

des Kondensators (20) geführt ist, der im oberen Teil des Ringraumes zwischen dem Dampfrohr (26) und dem äußeren Mantel Tellerschalen (22, 23) aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaßleitung (32) zur Ent-

lüftung im oberen Teil des Kondensators (20) angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 701196; USA.-Patentschriften Nr. 2 309 813, 2 938 360.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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