DE1501751A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Lagerung oder zum Transport eines Gases in Form einer Mischung von verfluessigtem und verfestigtem Gas - Google Patents

Description

SHELL INTERNATIONALE EESEARCH MAATSCHAPPIJ N.V. Den Haag, Niederlande

betreffend

Verfahren und Vorrichtung zur Lagerung oder zum Transport eines Gases in Form einer Misohung von verflüssigtem und

verfestigtem Gas.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf einen Behälter zur Lagerung oder zum Transport von Gas, wie beispielsweise Methan oder Erdgas in Form einer Mischung von verflüssigtem und verfestigtem Gas»

Es ist bekannt, Erdgas vom Gewinnungeort zum Verbrauchsort mittels Tanker zu transportieren, die wärmeisoliert· Behälter oder Tanks aufweisen, in denen sich das Brdgas unter Normaldruck und bei einer Temperatur von -16O⁰C befindet. Si« Wärmeisolation der Behälter muß sehr gut sein, damit so wenig wie möglich Umgebungswärme eindringt und verflüssigtes Gas durch Ausdampfung verloren geht*

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BAD ORIGINAL

Es ist aber auch bekannt, Methan oder Erdgas in wärmeisolierten Behältern zu transportieren oder zu lagern, in denen es zum Teil in verfestigtem Zustand und zum Teil in verflüssigtem Zustand, also.als Feststoff-FlüBsigkeitsmischung vorliegt. Da das spezifische Volumen von Erdgas oder Methan in verfestigtem Zustand kleiner als in verflüssigtem Zustand ist, läßt sich eine größere Menge je Volumeneinheit des Behälters lagern oder transportieren als wenn sich dieses in verflüssigtem Zustand befindet.

Infolge Eindringens von Umgebungswärme durch die Wände des wärmeisolierten Behälters wird das verfestigte Gas geschmolzen. Es muß jedoch verhindert werden, daß mehr als nur eine kleine Menge des verfestigten Glases solange es sich im Behälter befindet, schmilzt, da das Schmelzen eine beträchtliche Volumen« zunähme mit sich bringt«Befindet sich also in einem normalen, wärmeisolierten Behälter tine Mischung von verfestigtem und verflüssigtem Gas, dann darf dieser wegen der eattretenden Wärmedehnung des Inhalts aufgrund der τοπ auflen auf diesen übergehenden Wärmemenge nur zum Teil gefüllt «erden« Mit anderen Worten, dies letztgenannte Verfahren zum lagern und Transportieren von Gas erlaubt lineparungen a» für die Lagerung erforderlichen Volumen nur dann, wenn die fände des Behälters mit einer so dicken Wärmeisolation höchster Qualität versehen sind, daß die eindringende Usgebungewäraeaenge relativ klein ist, um «en Behälter «eit füllen tu können. Diee hat jedooh 4en lachtfU, iefl die für

■ ■ i die Isolation erforderlichen Kosten ftulerprdentlioh hoch sind

und die Anwendung dietes tagerverfahrene aus Kortingrttnden im allgemeinen nicht möglicH itt.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lagern oder Transportieren von Gas in Form einer Mischung aus verflüssigtem und verfestigtem Gas zu schaffen, das die erwähnten Nachteile nicht aufweist und statt dessen den Vorteil hat, daß man einen sehr hohen Füllungsgrad des Behälters anwenden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Mischung in einem Innenbehälter gelagert wird, der eine direkte Verbindung für das Gas mit einem wärmeisolierten, den Innenbehälter umgebenden Außenbehälter aufweist und daß die im Außenbehälter entstehenden Dämpfe aus dem Dampfraum des Außenbehälters abgezogen werden»

Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung weist einen Innenbehälter und einen diesen umgebenden wärmeisolierten Außenbehälter auf, der eine Verbindung mit dem Innen- und Aufienbehälter für das übertreten eines Teiles des Innenbehälters und einen Dampfauslaß nach außen für den im Außenbehälter entstehenden Dampf besitzt.

Die Erfindung ist anhand einer Zeichnung an einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Der Boden und der Deckel 2 des inneren Behälters 1 sind vorzugsweise wärmeisoliert ausgeführt. Der Innenbehälter weist vorteilhafterweise ein^n Dosi 5 auf, durch den er beispielsweise über ein Ventil 9 '^refi⁽li⁺ vnl e.^i.eer⁴· werden kann. Der Innen-

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behälter 1 ist durch einen Außenbehälter 3 aus Boden, Deckel und Seitenwänden 10 umschlossene Der Behälterraum des Außenbehälters 3 wird folglich durch die Wände 10 und 2 gebildet» Die Wände 10 sind gut wärmeisoliert, so daß die eindringende Umgebungswärmemenge in den Außenbehälter 3 so weit wie möglich reduziert ist· Zwischen dem Innenbehälter 1 und dem Aujßenbehälter 3 sind eine oder mehrere Verbindungen 6 für den Innenbehälterinhalt vorgesehen· Der Außenbehälter 3 weist noch einen Dampfauslaß 7 aus seinem Dampfraum 8 auf.

Das lager- oder Transportverfahren gestaltet sich folgendermaßen: nimmt man an,daß Methan in den Innenbehälter 1 als Feststoff-Flüssigkeitsmischung mit einer Temperatur von -184 C eingefüllt ist, dann tritt aufgrund der Verbindungen 6 ein Teil des verflüssigten Methans und gegebenenfalls auch des verfestigten Methans in den Außenbehälter 3 über, so daß auch letzterer mit einer Feststoff-Flüssigkeitsmischung, beispielsweise bis zum Niveau 4, gefüllt ist. Man kann gegebenenfalls die Verbindungen 6 mit nicht dargestellten Sieben oder dergleichen versehen, so daß nur Flüssigkeit aus dem Innenbehälter in den Außenbehälter übertreten kann und das verfestigte Gas im Innenbehälter zurückgehalten wird»

Die Mischung aus verflüssigtem und verfestigtem Methan füllt den Innenbehälter 1 fast ganz aus, beispielsweise bis zum Niveau 11. Durch die Wand 10 dringt Umgebungswärme in den Außenbehälter 3 ein; diese Wärmemenge hängt von den Wärmeisolationseigenschaften und von der Temperaturdifferenz zwischen

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' Innen- und Außenseite der Wand 10 ab. Befindet sich eine Mischung von verflüssigtem und verfestigtem Methan im äußeren Behälter, dann wird das verfestigte Methan im Außenbehälter 'durch die eindringende Wärme geschmolzen. Nachdem alles verfestigte. Gas geschmolzen ist oder nur noch flüssiges Methan vorhanden ist, steigt die Temperatur aufgrund der eindringenden Wärme im Außenbehälter 3 bis zum Siedepunkt des Methans an. Bei weiterer Wärmezufuhr wird das verflüssigte Methan im Außenbehälter verdampft. Da der entstehende Dampf durch den Dampfauslaß 7 abgezogen wird, steigt die Temperatur im Außenbehälter nicht über den Siedepunkt des Methans (-161,5⁰C) an. Das im Außenbehälter aufgrund der eindringenden Wärme verdampfende flüssige Methan wird entweder durch eine Mischung von verfestigtem und verflüssigtem Methan über die Verbindungen oder, wenn diese mit Sieben oder dergleichen versehen sind, nur durch flüssiges Methan aus dem Innenbehälter 1 her ersetzt. Auf diese Weise wird also das im Außenbehälter 3 verdampfende flüssige Methan ständig ersetzt. Daraus ergibt sich, daß die Temperaturdifferenz an der Wand 2 des Innenbehälters 1, das ist die Differenz zwischen der Temperatur im Außenbehälter 3 und im Innenbehälter 1, relativ klein ist, und gerade der Differenz zwischen der Siedetemperatur und der Schmelztemperatur des Methans, also 22,5⁰C, entspricht. Während die aus dem Außenbehälter 3 zum Innenbehälter 1 eindringende Wärmemenge proportional dieser kleinen Temperaturdifferenz ist, gelangt Wärme nur durch die Wände 2 nach innen, die deshalb vorzugsweise gut wärmeisoliert ist. Die in den Innenbehälter

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eindringende Wärmemenge ist erheblich kleiner als die von außen durch die Wände 10 in den Außenbehälter 3 eindringende· Wä-rmemenge, da die Temperaturdifferenz an den Wänden 10 etwa 18O⁰C beträgt.

Es muß vermieden werden, daß der im Dampfraum 8 entstehende Dampf des flüssigen Gases mit dem Inhalt des inneren Behälters 1 in Berührung kommt, da sonst wegen der einsetzenden Kondensation des Dampfes verfestigtes Gas im Innenbehälter 1 schmelzen würde. Aus diesem Grunde sollen die Verbindungen 6 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 4 im Außenbehälter 3 liegen.

Bei der erfindungsgemäßen Lagerung kann der Innenbehälter 1 praktisch ganz mit einer Mischung aus verfestigtem und verflüssigtem Gas oder dergleichen gefüllt werden, wenn die Wärmeisolation der Wände 2 und 10 so gewählt ist, daß die Volumenzunähme des Inhalte des Innenbehälters 1 aufgrund Schmelzens verfestigten Gases wenigstens gerade der Volumenabnahme des Inhalts im. Auüenbehälter 3 aufgrund Verdampfung des verflüssigten Gases gleich 1st. In diesem Falle besteht keine Gefahr, daß der Innenbehälter 1 oder der Auflenbehälter aufgrund der eintretenden Wärmemenge überläuft. Die eindringende Wärmemenge, die Verdampfungswärmemeage, dlt Differenz des spezifischen Volumens des Feststoffs und der Flüssigkeit und die Temperaturdifferenzen an den Wänden spielen eine Rolle hierbei« Mit Hilfe dieser an sich bekannten GröJeu ist es für

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jeden Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres möglich, die erforderliche Wärmeisolation der Wände 2 und 10 zu berechnen· Solange Peststoff im Innenbehälter 1 vorliegt, solange kann aufgrund der e indringenden Wärme keinerlei Dampf im Innenbehälter 1 entwickelt werden. Der Innenbehälter 1 kann dann oben ganz verschlossen sein, ohne daß ein Dampfpuffervolumen vorgesehen wäre. Die Erfindung gestattet es also, den Innenbehälter 1 in weit stärkerem Maße zu füllen als die bekannten, hierfür vorgesehenen Behälter. Natürlich ist es günstig, den Anteil verfestigten Gases oder Stoffes in der Mischung so hoch wie möglich zu wählen»

Ist die oder jede Verbindung 6 so ausgeführt, daß sie zur Flüssigkeit durchläßt, dann ist sichergestellt, daß die größtmögliche Feststoffmenge im Innenbehälter 1 verbleibt, weil dann die an der Außenbehälterwand liegende Temperaturdifferenz am kleinsten ist.

Würde die Feststoff-Flüssigkeitsmischung in einem bekannten Behälter mit nur einer einzigen Wand, die die gleichen Wärmeisolationseigenschaften wie die Wand 10 des erfindungsgemäßen*¹ Behälters aufweisen könnte, gelagert werden, dann würde aufgrund des unvermeidlicherweise auftretenden größeren Wärmetransports zum Lagerbehälter eine größere Feststoffmenge schmelzen als im erfindungsgemäßen Lagerbehälter, Im Fall von Methan würde bei den bekannten Behältern etwa achtmal so viel Feststoff schmelzen wie bei der Lagerung gemäß der Erfindung,

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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt aich an Bord eines Schiffes oder eines anderen Transportfahrzeuges beispielsweise für Methan anwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann natürlich auch zur lagerung von Methan auf dem Festland herangezogen werden·

Obwohl die Erfindung nur im Zusammenhang mit Methan erläutert worden ist, versteht sich, daß sie auch für die lagerung oder für den Transport anderer Gase, wie beispielsweise Erdgas, Propan, Ammoniak, Sauerstoff oder Stickstoff geeignet ist.

Patentansprüche

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Claims (2)

1. Patentansprüche .

   Verfahren zum Lagern oder Transportieren von (Jas in Form einer Mischung aus verflüssigtem und verfestigtem Gas, dadurch gekennzeichnet , daß die mischung in einem Innenbehälter gelagert wird, dereine direkte Verbindung mit einem wärmeisolierten, den Innenbehälter umgebenden Außenbehälter aufweist, und daß die im Außenbehälter entstehenden Dämpfe aus dem Dampfraum des Außenbehälters abgezogen werden*
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem wenigstens zum Teil wärmeisolierte Wände aufweisenden Innenbehälter gelagert wird»

   3ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch

   gekennzeic-hnet , daß durch die Verbindung zwischen den Behältern nur verflüssigtes Gas in den Außenbehälter durchgelassen wird»

   4-O Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch

   gekennze ichnet, daß die wärmeisolierenden Eigenschaften der Wände des Innenbehälters und/oder des Außenbehälter' so gewählt sind, daß die Volumenzunahme des Inhalts des Innen-

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   υ i/o ι

   behälters aufgrund Schmelzens verfestigten Gases wenigstens gleich der Abnahme des Flüssigkeitsvolumens im Außenbehälter ist aufgrund Verdampf ens verflüssigten Gases.

   5β Behälter zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Innenbehälter (1) und einen diesen umschließenden Außenbehälter (2, 10), der eine Verbindung (6) mit dem Innenbehälter und einen Dampfauslaß (7) nach außen aufweist«

   6» Behälter nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Innenbehälter (1) wenigstens teilwärmeisolierte Wände (2) aufweist,

   7· Behälter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, g e kennzeichnet durch eine in der Verbindung zwischen den Behältern (1, 2, 10) vorgesehene, Feststoffe zurückhaltende Einrichtung.

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