DE1922779A1

DE1922779A1 - Evaporating natural gas - by combining evaporator with condensation turbine of power station

Info

Publication number: DE1922779A1
Application number: DE19691922779
Authority: DE
Inventors: Linde Dr-Ing Dipl-Phys Gerhard
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1968-05-10
Filing date: 1969-05-05
Publication date: 1970-06-25
Also published as: AT289731B

Abstract

Low-boiling liquids such as natural gas are evaporated by heat-exchange with a condensable refrigerating medium (e.g. C3H8) which has a critical temp. >0 degree C, the pressure of the condensed refrigerating medium being increased to a value corresponding with its vapour pressure at 0 degree C. The refrigerating medium is evaporated at high pressure in heat-exchange with the exhaust stream of a condensation turbine in a power station, and subsequently condensed again at low pressure in heat-exchange with the evaporating low-boiling liquid.

Description

Verfahren und Einrichtung zum Verdampfen von tiefsiedenden Flüssigkeiten, insbesondere Erdgas Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verdampfen von tiefsiedenden Flüssigkeiten, insbesondere Erdgas, wobei die Verdampfung der tiefsiedenden FlUssigkeit im Wärmeaustausch mit einem kondensierenden, eine kritische Temperatur von Uber 0 0C aufweisenden Fremdkältemittel erfolgt und das kondensierte Fremdkältemittel auf einen Druck gefördert wird, der seinem Dampfdruck im Bereich von O 0c entspricht. Process and device for the evaporation of low-boiling liquids, in particular natural gas The invention relates to a method and a device for Evaporation of low-boiling liquids, especially natural gas, with evaporation the low-boiling liquid exchanging heat with a condensing liquid critical temperature of over 0 0C having foreign refrigerant takes place and that condensed foreign refrigerant is conveyed to a pressure that corresponds to its vapor pressure in the range of O 0c.

Nach einem bekannten Verfahren dieser Art wird flüssiges Erdgas im Wärmeaustausch mit bei niedrigem Druck kondensierendem Kältemittel verdampft und das Kältemittel anschließend verdichtet, im Wärmeaustausch mit Seewasser verdampft und nach einer gewissen Überhitzung mit Fremdwärme in einer Turbine arbeitsleistend entspannt, um darauf im Wärmeaustausch mit verdampfendem Erdgas erneut kondensiert zu werden. Hierbei ist Jedoch, verglichen mit den verhEltnismäßig hohen Investitionen, nur ein bescheidener Energiegewinn zu erzielen. According to a known method of this type, liquid natural gas is in the Heat exchange with refrigerant condensing at low pressure evaporates and then the refrigerant compressed, in heat exchange with Sea water evaporates and after a certain overheating with external heat in a Turbine relaxed while performing work in order to exchange heat with evaporating Natural gas to be condensed again. However, this is relative to the high investment to achieve only a modest energy gain.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verdampfen von blorsledendon Flüssigkeiten, insbesondere Erdgas, zu entwickeln, mit dem die in der tief. The invention is based on the object of a method for evaporation of blorsledendon fluids, particularly natural gas, to develop with which the in the deep.

siedenden Flüssigkeit gespeicherte Kälte mit einem hohen Wirkungsgrad ohne großen apparativen Aufwand in wirtschaftlicher Weise in Energie rQckverwandelt werden Icann.boiling liquid stored cold with a high efficiency is converted back into energy in an economical manner without great expenditure on equipment become icann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kältemittel bei hohe. Druck im Wärmeaustausch mit kondensierendem Abdampf einer Kondensationsturbine eines Kraftwerkes verdampft wird, um anschließend bei niedrigem Druck gegen verdampfende, tiefsiedende Flüssigkeit erneut kondensiert zu werden. According to the invention, this object is achieved in that the refrigerant at high. Pressure in heat exchange with condensing exhaust steam from a condensing turbine of a power plant is evaporated, in order to then at low pressure against evaporating, low-boiling liquid to be condensed again.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die in der tiefsiedenden Flüssigkeit gespeicherte Kälte mit einem hohen Wirlwngssrad in Energie umgesetzt werden. Intolge der erfindungsgemäßen Koppelung der Verdampfungsstation mit der Kondensationsturbine eines Kraftwerkes sind zu seiner Durchführung wesentlich einfachere und billigere Einrichtungen erforderlich als im Falle des bekannten Verfahrens. With the method according to the invention, in the low-boiling Liquid stored cold converted into energy with a high degree of swirl will. In consequence of the inventive coupling of the evaporation station with the Condensation turbines of a power plant are much simpler to carry out and cheaper facilities required than in the case of the known Procedure.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Srfindungsgedankens wird du auf einen seinem Dampfdruck im Bereich von 0 °C entsprechenden Druck gefbrderto, kondeninerte Kältemittel auf einen Druck gefördert, der seinem Dampfdruck im Bereich von 25 °C entspricht, unter diesem Druck im Wärmeaustausch mit dem kondensierenden Abdampf der Kondensationsturbine verdampft und vor seiner arbeitsleistenden Entspannung mittels Fremdwärme oder gegebenenfalls vorhandener billiger Abwärine weiter erhitzt. According to an advantageous embodiment of the concept of the invention du to a pressure corresponding to its vapor pressure in the range of 0 ° C, Condensed refrigerant is pumped to a pressure that is in the range of its vapor pressure of 25 ° C, under this pressure in heat exchange with the condensing The exhaust steam of the condensation turbine is evaporated and before its work-performing expansion further heated by means of external heat or possibly available cheap waste heat.

Falls keine Fremdwärme zur Verfügung steht, ist es vorteilhaft, das auf einen seinem Dampfdruck im Bereich von 0 °C entsprechenden Druck geforderte Kältemittel ohne weitere Druckerhöhung im Wärmeauatausch mit dem kondensierenden Abdampf der Kondensationsturbine zu ver -dampfen und anschließend in einer Drosseleinrichtung zu entspannen. Dadurch kann die Kondensationstemperatur des Turbinenabdampfes gesenkt und somit das in der Sondensationsturbine zu verarbeitende Druckgefälle erhöht werden. If no external heat is available, it is advantageous to required a pressure corresponding to its vapor pressure in the range of 0 ° C Refrigerant without further pressure increase in heat exchange with the condensing To evaporate the exhaust steam of the condensation turbine and then in a throttle device to relax. This can lower the condensation temperature of the turbine exhaust steam and thus the pressure gradient to be processed in the probe turbine can be increased.

Die Entspannung des Kältemittels erfolgt zweckmäßigerweise auf einen Druck, unter dem bei seiner Kondensation der überwiegende Anteil der zur Verdampfung bzw. The expansion of the refrigerant is expediently carried out on one Pressure under which during its condensation the predominant part is necessary for evaporation respectively.

Anwärmung der tiefsiedenden Flüssigkeit erforderlichen Wärmemenge aufgebracht wird.Heating of the low-boiling liquid required amount of heat is applied.

GemKB einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird das kalte, kondensierte Kältemittel vor dem Wärmeaustausch mit kondensierendem Turbinenabdampf durch kondensierendes Kältemittel vorzugsweise bis auf etwa 0°C angewärmt. GemKB is an advantageous development of the inventive concept the cold, condensed refrigerant before the heat exchange with condensing turbine exhaust steam preferably warmed up to about 0 ° C by condensing refrigerant.

Als Kältemittel kommen n ror allem am Verrahrenort vorhandene geeignete Gase, beispielsweise C3H8 in Betracht. Suitable refrigerants are mainly used at the location where they are stored Gases, for example C3H8.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Wärmeaustauscher zur Verdampfung bzw. Anwärmung tiefsiedender Flüssigkeiten, insbesondere Erdgas, im Wärmeaustausch mit kondensierendem Kältemittel, dessen Kältemittel-Austrittsleitung über eine Pumpe in eine Mitteldruckflasche mündet und einem weiteren Wärmeaustauscher, in dem das von der Mitteldruckflasche, kommende, mittels einer weiteren Pumpe auf einen höheren Druck geförderte flüssige Kältemittel gegen kondensierenden Abdampf einer Kondensationsturbine verdampft und dessen Kältemittel-Austrittsleitung durch einen Überhitzer getuhrt und an den Oaeintritt einer Entspannungsturbine angeschlossen ist, deren Entspannungsleitung in dem mit der tiefsiedenden Flüssigkeit beschickten Wärmeaustauscher mündet. Dabei steht die Kältemittel-Austrittsleitung des für die Verdampfung des Kältemittels vorgesehenen Wärmeaustauschers über eine ein Drosselventil aufweisende Leitung mit der Mitteldruckflasche in Verbindung. A device according to the invention for carrying out the method consists of a heat exchanger for evaporation or heating of low-boiling Liquids, especially natural gas, in heat exchange with condensing refrigerants, the refrigerant outlet line of which flows into a medium pressure bottle via a pump and another heat exchanger, in which the coming from the medium pressure bottle, Liquid refrigerant conveyed to a higher pressure by means of another pump evaporates against condensing exhaust steam from a condensation turbine and its refrigerant outlet line driven by a superheater and connected to the inlet of an expansion turbine is whose expansion line is charged with the low-boiling liquid Heat exchanger opens. The refrigerant outlet line stands for the Evaporation of the refrigerant provided by a heat exchanger via a throttle valve having line with the medium pressure bottle in connection.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist anstelle des Überhitzers und der Entspannungsturbine eine Drosseleinrichtung vorgesehen. In a modified embodiment of the device according to the invention is a throttle device instead of the superheater and the expansion turbine intended.

Weitere Einzelheiten der Erfindung kennen den in des Zeichnungen schematisch dargestellten Ausfllhrungabeispielen entnommen werden. Es zeigen: Figur 1 ein Verfahrensschema einer erfindungsgemäßen Anlage zur Verdampfung fllissigen Erdgases und Figur 2 ein Verfahrensschema einer weiteren erfindungsgemäßen Anlage zur Verdampfung flüssigen Erdgases. Further details of the invention know in the drawings schematically shown examples can be taken. They show: figure 1 shows a process diagram of a system according to the invention for evaporating liquids Natural gas and FIG. 2 a process diagram of a further plant according to the invention for the evaporation of liquid natural gas.

In Figur 1 wird das zu verdampfende, flüssige Erdgas in einer Menge von 42 500 Nm³/h von einer Pumpe 1 auf einen Druck von 30 bis 60 ata gefördert und bei einer Temperatur von ca. -160 0C duroh eine Leitung 2 einem Gegenstromwärmeaustauscher 3 zugeführt. Im Wärmeaustauscher 3 erfolgt die Verdampfung des flüssigen Erdgases im Wärmeaustausch mit bei einem Druck von 1,1 ata kondensierendem, in einer Xenge von 25 000 Nm³/h zugeführtem C3H8. Das C3H8-Kondensat verläßt den Wärmeaustauscher 3 durch eine Leitung 4 mit einer Temperatur von ca. -40 0C und strömt einer Pumpe 5 zu, die es vor dem Eintritt in eine Mitteldruckflasche 6 aur einen Druck von etwa 7 ata fördert. In Figure 1, the liquid natural gas to be evaporated is in an amount from 42 500 Nm³ / h by a pump 1 to a pressure of 30 to 60 ata and promoted at a temperature of about -160 0C duroh a line 2 a countercurrent heat exchanger 3 supplied. The liquid natural gas is evaporated in the heat exchanger 3 in heat exchange with condensing at a pressure of 1.1 ata, in a Xenge of 25,000 Nm³ / h fed C3H8. The C3H8 condensate leaves the heat exchanger 3 through a line 4 with a temperature of about -40 0C and flows through a pump 5 to, which it before entering a medium pressure bottle 6 aur a pressure of about 7 ata promotes.

In der Mitteldruckflasche 6 wird das C3H8-Kondensat mit Hilfe von durch eine Leitung 8 herangeführtem und in einem Drosselventil 7 auf den in der Mitteldruckflasche 6 herrschenden Druck entspanntem, gasförmigen C3H8 auf eine Temperatur von etwa 0°C angewärmt. The C3H8 condensate is removed from the medium pressure bottle 6 with the aid of brought in by a line 8 and in a throttle valve 7 to the pressure prevailing in the medium pressure bottle 6, expanded, gaseous C3H8 warmed to a temperature of around 0 ° C.

Aus der Mitteldruckflasche 6 strömt das angewärmte C3H8-Kondensat über eine Leitung 10 in einen Gegenstromwärmeaustauscher 11, nachdem es zuvor mitte einer Pumpe 9 auf einen Druck von 10 ata gefordert wurde. 1. Wärmeaustauscher l1, der stündlich über eine Leitung 12 mit 10 t bei einer Temperatur von etwa 35 oC kondensierendem Abdampf einer londensationsturbine eines Kraftwerkes beschickt wird, erfolgt die Verdampfung des C3H8-Kondensats. Der C3H8-Dampf verläßt den Wärmeaustauscher- 11 mit einer Temperatur von etwa 25 0C über eine Leitung 13, von der die zur Mitteldruckflasche 6 rUhrende Leitung 8 abzweigt. Durch die Leitung 13 wird der C3H8-Dampf einem fremdbeheizten Wärmeaustauscher 14 zugeführt, darin auf eine Temperatur von etwa 65°C überhitzt und anschließend in einer einen Generator 16 antreibenden Turbine 15 arbeitsleistend auf einen Druck von etwa 1,1 ata entspannt, um darauf erneut gegen verdampfendes Erdgas im Wärmeaustauscher 3 kondensiert zu werden. Bei der arbeitsleistenden Entspannung wird eine Energiemenge von etwa 1000 kW erzeugt. The warmed C3H8 condensate flows out of the medium pressure bottle 6 via a line 10 into a countercurrent heat exchanger 11 after it was previously centered a pump 9 was required to a pressure of 10 ata. 1. heat exchanger l1, hourly via a line 12 with 10 t at a temperature of about 35 oC condensing exhaust steam from a condensation turbine of a power plant is charged, the C3H8 condensate is evaporated. The C3H8 vapor leaves the heat exchanger 11 with a temperature of about 25 0C via a line 13, from which the medium pressure bottle 6 stirring line 8 branches off. The C3H8 steam is supplied to an externally heated one through line 13 Heat exchanger 14 supplied, superheated therein to a temperature of about 65 ° C and then doing work in a turbine 15 driving a generator 16 relaxed to a pressure of about 1.1 ata, in order to then again against evaporation Natural gas to be condensed in the heat exchanger 3. In the work-performing relaxation an amount of energy of about 1000 kW is generated.

In Figur 2 wird das zu verdampfende flüssige Erdgas von einer Pumpe 21 auf einen Druck von 30 bis 60 ata gefördert und bei einer Temperatur von ca. -160 Oc durch eine Leitung 22 einem Gegenstromwärmeaustauscher 23 zugeführt, in dem es in Wärmeaustausch mit bei einem Druck von ca. 1 ata kondensierendem C3H8 verdampft wird. Das C3H8-Kondensat verläßt den Wärmeaustauscher 23 durch eine Leitung 24, strömt einer Pumpe 25 zu, die es auf einen Druck von etwa 5 ata fördert und wird anschließend in eine Mitteldruckflasche 26 eingespeist. In Figure 2, the liquid natural gas to be evaporated is fed by a pump 21 to a pressure of 30 to 60 ata and at a temperature of approx. -160 Oc through a line 22 a counterflow heat exchanger 23 supplied, in which it is in heat exchange with condensing at a pressure of approx. 1 ata C3H8 is vaporized. The C3H8 condensate leaves the heat exchanger 23 through a Line 24 flows to a pump 25, which promotes it to a pressure of about 5 ata and is then fed into a medium pressure bottle 26.

In der Mitteldruckflasche 26 erfolgt die Anwärmung des C3H8-Kondensats litteis gasförmigem C3H8, das Uber eine ein Drosselventil 27 aufweisende Leitung 28 herangeführt wird. The C3H8 condensate is heated in the medium pressure bottle 26 litteis gaseous C3H8, which via a line having a throttle valve 27 28 is introduced.

Das in der Mitteldruckflasche 26 angewärmte C3H8-Kondensat wird sodann über eine Förderpumpe 29 und eine Leitung 30 itt einem Druck von etwa 5,6 ata einem Gegenstromwärmeaustauscher 31 zugeführt, in dem es im Wärmeaustausch mit bei einer Temperatur von etwa 15 0C kondensierendem, Uber eine Leitung 32 herangeführtem Dampf einer Kondensationsturbins eines Kraftwerkes s verdampft und angewärmt wird. Du g förmige C3H8 gelangt von dem Wärmeaustauscher 31 über eine Leitung 33, von der die Leitung 28 abzweigt, zu einer Drosseleinrichtung 34 und wird nach erfolgter Entspannung in der Drosseleinrichtung 34 erneut dem Gegenstromwärmeaustauscher 23 zugeführt, um darin gegen vordampfendes Erdgas abermals kondensiert zu werden. The C3H8 condensate heated in the medium pressure bottle 26 is then Via a feed pump 29 and a line 30 itt a pressure of about 5.6 ata one Countercurrent heat exchanger 31 supplied in which it is in heat exchange with at a Temperature of about 15 ° C. condensing steam brought in via line 32 a condensation turbine of a power plant s is evaporated and heated. You G-shaped C3H8 passes from the heat exchanger 31 via a line 33 from which the line 28 branches off to a throttle device 34 and is after Relaxation in the throttle device 34 again in the counterflow heat exchanger 23 supplied in order to be condensed there again against pre-evaporating natural gas.

12 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung12 claims 1 sheet of drawing

Claims

Claims 1. A method for evaporating low-boiling liquids, in particular natural gas, with the evaporation of the low-boiling liquids in heat exchange with a condensing, having a critical temperature of over O 0C Pre-refrigerant takes place and the condensed external refrigerant is promoted to one pressure which corresponds to its vapor pressure in the range of 0 0C, characterized in that, that the refrigerant at high pressure in heat exchange itt the exhaust vapor of a condensation turbine of a power plant is then evaporated at low pressure against evaporating, low-boiling liquid to be condensed again.

2. The method according to claim 1, characterized in that you use refrigerant is conveyed to a pressure which corresponds to its vapor pressure in the range of 25 ° C and is evaporated under this pressure against the exhaust steam of the condensation turbine.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that the evaporated refrigerant is overheated and relaxed while performing work.

4. The method according to claim 3, characterized in that for overheating waste heat from the refrigerant is used.

5. The method according to claim 1, characterized by throttle relaxation of the evaporated refrigerant.

6. Process according to claims 1 to 4 or 1 and 5, characterized in that that the refrigerant is expanded to a pressure below which the predominant Share of the coldness of the low-boiling liquid on the condensing refrigerant can be transferred.

7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized characterized in that the liquid refrigerant before evaporation by means of gaseous Refrigerant is heated.

8. The method according to claim 7, characterized in that the heating of the liquid refrigerant takes place down to about 0 ° C.

9. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized characterized in that the refrigerant used is C3H8.

10. Device for performing the method according to the claims 1 to 9, characterized by a heat exchanger (3.23) for evaporation or Heating of low-boiling liquids, especially natural gas, in heat exchange with condensing refrigerant, the refrigerant outlet line (4,24) via a Pump (5.25) opens into a medium pressure bottle (6.26) and another heat exchanger (11,31), in which the medium pressure bottle (6,26) is named, by means of another Pump (9.29) to a higher pressure pumped liquid refrigerant against condensing Evaporation of a condensation turbine and its refrigerant outlet line (13) passed through a superheater (14) and to the gas inlet of an expansion turbine (15) is connected, the expansion line in the with the low-boiling liquid charged heat exchanger (3) opens.

II. Device naoh claim 10, characterized in that instead of the superheater (14) and the expansion turbine (15) a throttle device (34) is provided.

12. Device according to claim 10 or 11, characterized in that that the refrigerant outlet line (13,33) for the evaporation of the refrigerant provided heat exchanger (11,31) via one having a throttle valve (7,27) Line (8.28) is in communication with the medium pressure bottle (6.26).

L e r s e i t e