DE1960515C - Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen eines Gases - Google Patents

Description

I 960 515

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Die Erfindung betrilTt ein Verfahren zum Ver- Dieses Verfahren bietet folgende Vorteile: Durch flüssigen eines unter erhöhtem Anfungsdruck stehen- die arbeitsleistende Entspannung des Gases wird zu-

den Gases durch Wärmeaustausch mit einem dabei sätzliche Energie erzeugt, die sich je nachdem, ob

verdampfenden tiefersiedeiuleii verflüssigten Hilfsgas, ein größerer oder geringerer apparativer Aufwand

das vor dem Wärmeaustausch auf einen höheren 5 lohnend erscheint, in mehr oder minder hohem Maß

Druck gepumpt, nach seiner Verdampfung arbeits- in weitere Verflüssigungsleistung umsetze.; läßt. Dies

leistend entspannt und anschließend erneut in bedeutet zunächst, daß das Gas unter niedrigem

Wärmeaustausch mit dem Gas gebracht wird. Druck angeliefert werden kann, daß also auch bei

Es ist ein Verfahren dieser Art bekannt (deutsche verhältnismäßig niedrigem Pipclineenddruck keine

Auslegeschrift 1 126 43;S), bei dem zu verflüssigendes io zusätzliche Verdichtung nötig ist. Vor allem aber ist

Methan auf einen überkritischen Druck von etwa diejenige Menge flüssigen Hilfsgases, die bei ge-

70 a;a verdichtet, abgekühlt und auf 1 ata entspannt gebener Menge zu erzeugender Flüssigkeit benötigt

wird. Die Abkühlung erfolgt mit Hilfe von flüssigem wird, um das Verfahren unabhängig von einer

Stickstoff, der, nachdem er auf einen überkritischen äußeren Energiequelle durchzuführen, geringer als

Druck von ¹JO ata gefordert worden ist, im Wärme- 15 bei dem bekannten Verfahren. So reichi die bei der

austausch mit 'tem Methan auf Umgebungstempera- arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des

tür angewärmt, arbeitsleistend auf Atmosphären- Gases sowie des Hilfsgases gewonnene Energie aus,

druck entspannt und nochmals in Wärmeaustausch um bei vollständiger Unabhängigkeit von einer

mit dem Methan gebracht wird. Mit der bei der äußeren Energiequelle den Rest, dessen Menge min-

arbeitsleistenden Entspannung gewonnenen Energie ao destens das 0,55fache des ersten Teils beträgt, zu

wird die Flüssigstickstoffpumpe betrieben. Der Stick- verflüssigen.

stoff besitzt nach der arbeitsleistenden Entspannung Da die arbeitsleistende Entspannung des ersten

eine Temperatur, die höher ist als die des flüssigen Teils des Gases gleichzeitig dessen Vorkühlung be-

StickstolTs beim Austritt aus der Pumpe. Um 1 kg wirkt, können die zur weiteren Abkühlung dieser

Methan zu verflüssigen, benötigt man unter den ge- 25 Gasmenge nötigen Wärmeaustauscher wegen der

schilderten Bedingungen 1.5 kg flüssigen Sti;kstoff. nunmehr geringeren abzuführenden Wärmemenge

Soll diese Stic!., toffmenge jnterschritten werden, so klein gehalten werden. Aus dem gleichen Grund

muß eine zusätzliche Kühlanlage zur Verfügung brauchen sie auch nur für niedrige Drücke ausgelegt

stehen. Die hierfür erfonierlicne Energie kann nur zu werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung hat

zum Teil durch arbeitsleistend Entspannung des 30 also eine Verminderung des baulichen Aufwands für

Stickstoffs gedeckt werden, d. h. das Verfahren ist die Wärmeaustauscher zur Folge. Da ferner der

von einer äußeren Energiequelle abhängig. Wärmeaustausch zumindest auf der Seite des Gases

Hinzu kommt, daß das zu verflüssigende Gas, stets bei unterkritischem Druck stattfindet, bildet sich

wenn die Stickstoffkälte wirtschaftlich genutzt wer- nach dem Unterschreiten der Tautemperatur Kon-

den soll, mit etwa 70 ata zur Verfügung stehen muß. 35 densat; dadurch sind d\c Waimeübergangsverhält-

Der Finddruck der Pipelines liegt jedoch meistens nisse gut. Außerdem wird das Hilfsgas nicht auf

tiefer. /. B. bei 40 ata. In diesen Fallen ist das be- Umgebungstemperatur, sondern nur auf eine Tem-

kannte Verfahren nur dann mit Vorteil durchführbar, peratur angewärmt, die unter der nach der arbeits-

wenn das Methan mit Hiiu einer äußeren Energie- leistenden Entspannung des Gases erreichten Tem-

quelle verdichtet werden kann. 40 peratur liegt. Daher Kann das Hilfsgas nach seiner

Vor allem aber muß der größte Teil der Kälte arbeitslcistenden Entspannung nochmals zur Dek-

durch Wärmeaustausch auf das Methan übertragen kung von Spitzenkälte herangezogen werden,

werden, wobei dieser Wärmeaustausch hauptsächlich Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der

zwischen Gasströmen stattfindet, die unter über- Erfindung wird der zweite Teil des Gases mit bei der

kritischem Druck stehen. Die Wärmeaustauscher 45 arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des

müssen also wegen der großen zu übertragenden Gases und des Hilfsgases gewonnener Energie auf

Wärmemengen entsprechend große Oberflächen be- überkritischen Druck verdichtet, abgekühlt, auf

sitzen und außerdem für hohe Drücke ausgelegt sein. unterkiitischen, aber erhöhten Druck entspannt.

Die Aufgabe der f'rfindung besteht darin, die weiter abgekühlt and verflüssigt und anschließend

Nachteile der bekannten Arbeitsweise zu über- 5" auf Lagerdruck entspannt. Mit Hilfe der arbeits-

wirulen und ein Verfahren /u schaffen, das bei ver- leistenden Entspannung des ersten Teils des Gases

minderten) Bedarf an flüssigem Stickstoff nicht an ist es auf diese Weise möglich, einen zweiten Toil

das Vorhandensein einer äußeren Energiequelle ge- dieses Gases zu verflüssigen, dessen Menge etwa

bumlei) ist und in kleineren und einfacheren Wärme- 55"'n des ersten Teils betraut. Dabei ergibt sich in

austauschen! durchgeführt werden kann. 55 Abhängigkeit von den Wirkungsgraden der ein-

Diese Aufgabe wird erfindiingsgcmäß dadurch ge- gesetzten Maschinen ein mehr oder weniger großer

löst, daß ein erster Teil des Gases arh:itsieistcnd auf Energieüberschuß, welcher z.B. mit Hilfe von Gene-

Lagerdruck entspannt und dann durch Wärme- ratoren in elektrische Energie umeewandclt werden

austausch mit dem llilfsüasstrom. desen Gewicht kann. Dieses Vorfahren zeichnet sich schließlich auch

sich zu dem des ersten Teils des Gases verhält wie 60 dadurch aus, daß zu seiner Durchführung außer

etwa 2:1. abgekühlt und verflüssigt wird und daß der relativ leichten Anlageteilen wie Niederdruckwärme-'

verbleibende zv/cite Teil des Gases unter Verbrauch austauscher und Expansionsturbinen nur ein Kom-

von mindestens einem Teil der bei der arbeits- pressor für die kleinere Teilmenge und em Hoch-

Iristenden Entspannung des ersten Teils des Gases druckwürmeaustauscher für deren Vorkühlunt» nötig

im:l des Hilfsgases gewonnenen Energie und durch 65 sind Die Anlage läßt sich daher bequem auf einem

Wärmeaustausch mi! dem entspannten Hilfsgas ab- Schiff montieren.

gekühlt und verflüssigt und anschließend auf Laijer- Weitere Ausgestaltungen der Erfindung befassen

fi.nfk cm nannt wird sich mit der Nutzung den bei dem vorstehend ge-

schilderten Verfahren auftretenden Überschusses an Energie aus der aibeitsleisienden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgas.es. Hin für diesen Zweck besonders gut geeignetes Verfahren besteht darin, daß der zweite Teil des Gases vor seiner Verdichtung auf den überkritischen Druck um eine dem zusätzlich auszunutzenden Energiebelrag entsprechende Menge des ersten Teils des Gases vergrößert wird und daß diese zusätzliche Gasmenge anschließend auf -eine an sich bekannte Art verflüssigt wird. Bei gegebener Gesamtmenge an Gas wird also der Anteil des Gases, der arbeitsleisund entspannt und anschließend durcli Wärmeaustausch mit dem flüssigen Hilfsgas verflüssigt werden soll, vermindert. Damit vermindert sich aber bei gleichbleibender Verflüssigungsleistung auch der Bedarf on flüssigem Hilfsgas.

Die Verflüssigung der zusätzlichen Gasmenge geschieht nach dem in der deutschen \uslegeschrift t 626 325 beschriebenen Verfahren. Danach ·· ird die zusätzliche, auf den überkritischen Druck verdichtete Menge des Gases unter oder in die Nähe der kritischen Temperatur abgekühlt un: dann arbeitsleistend im oder ms Flüssigkeitsgebiet entspannt, worauf der verflüssigte Anteil vom gasförmig gebliebenen getrennt und anschließend, vorzugsweise nach weiterer Abkühlung, in einem Drosselventil auf Lagerdiuck entspannt wird. Die Vorkühlung ri:r zusätzlichen Gasmenge erfolgt durch arbcitsleistende Entspannung eines Teils dieser Gasmenge und'oder durch Wärmeaustausch mit den bei den einzelnen Entspannungsvorgängen gasförmig gebliebenen Anteilen. Leiztere können, wenn keine andere Verwendungsmöglichkeit vorgezogen wird, ebenfalls mit überschüssiger Energie aus der arbeitsleistendi ι Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases verdichtet und erneut der Verflüssigung zugeführt werden.

Eine andere Maßnahme, die ebenfalls gut geeignet ist, einen Überschuß an Energie aus der arbeitsleistendcn Entspannung in Verflüssigungsleistung umzusetzen, besteht in Weiterbildung des Erfindungsgedankens darin, diese Energie zur Verdichtung des ersten Teils des Ga-ics vor dessen arbei'sleistcndcr Entspannung auszunutzen. Dadurch kann die Enthalpie des in die I urbine eintretenden Gases erniedrigt und das Enthalpicpcf jllc in der Turbine erhöht werden, so daß die Enthalpie des entspannten Gases kleiner wird. Damit ist auch die im nachfolgenden Niederdruckwärmeaustauscher abzuführende Restwarme kleiner.

Anstatt den zweiten Teil des Gases direkt mit bei der arbeitsleistendcn Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases gewonnener Energie zu verdichten, kann diese Energie auch dem Kompressor eines Kältemittelkreislaufs, ζ. B. eines sogenannten »mixed refrigerant«-Kreislaufs nach Klecmcnko (Comptes-rendus du Congres du Froid de Copcnhague 1959) zugeführt werden. Bei dieser Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der zweite Teil des Gases außer durch den Wärmeaustausch mit dem arbeitsleistend entspannten Hilfsgas mit Hilfe eines Kältemittclkreislaufs abgekühlt und verflüssigt, dessen Kompressor mit bei der arbeitsleistendcn Entspannung des Hilfsgases und des ersten Teils des Gases g« wnnncncr Energie betrieben wird.

Eine vorteilhafte AusführunRsfii'n« 'Ie- Erfindung besteht ferner darin, daü das Hilfsgas arbeitsleisieiul ins Naßdampfgebiet entspannt und die dabei gebildete Flüssigkeit auf den Druck des flüssigen, dein Wärmeaustausch zuzuführenden llillsyases gclörduri und mit diesem vereinigt wird. Diese Maßnahme hai eine weitere Verminderung des Bedarls an flüssigem Hilfsgas zur Folge.

Dlt kalteinbau ties arheitsleisluul rni-paniilcn Hilfsgases läßt sich besonders gut aiisiuil/en, wenn

ίο dieses in Weiterbildung des Erüiuhingsgedankens zunächst durch Wärmeaustausch mit dem ersten Teil des Gases auf eine inner der bei der ailieitsleisteiulen Entspannung dieses ersten Teils erreichten Temperatur liegende Zwischeniemperatur angewärmt und erst dann mit dem zweiten Teil des Gases in Wärmeaustausch gebracht wird. Die ZwisL-hentcmpeiaiur liegt dabei wenig unter dem Siedepunkt des uiises bei Lagerdruck.
Unter Lagerdruck ist der Diuck des Zwischenlagers zu verstehen, in dem die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung gewonnene Flüssigkeit gesammelt wird. Von hier aus wird das verflüssigte Gas in die Transportbehälter, z. B. Schillstanks, gepumpt. Der Druck des Zwischenlagers und der Ί ransportbehälter liegt gewöhnlich bei 1 ata, er kann diesen Wert aber auch erheblich übersteigen. Der Druck, auf den das flüssige Hilfsgas vor dem Wärmeaustausch gepumpt wird, muß so auf diesen Lagerdruck abgestimmt werden, daß der Kälteinhalt des Hilfsgases an den arbeitsleistend auf den Lagerdruck er.i.pannten ersten Teil des Gases übertragen werden kann. Für Methan als Gas, Stickstoff als Hilfsgas und einen Lagerdruck von 1 ata liegt der Druck, auf den. der flüssige Stickstof! vor dem Wärmeaustausch giii'rdert werden muß. bei 14 ata. I-.t der L;merdrucl höher, so muß auch das flüssige I lilfsga>. auf einen entsprechend erhöhten Druck gepumpt v\ c !«Jen.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des Vcrfahreiis gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung für einen ersten Teil des Gases zu einer Turbine und eine Leitung für einen /weiten Teil dieses Gases zu einem Kompressor geführ! ist daß der Austritt der Turbine mit dem warmen Lnde eines für Gas unter Lagerdruck ausgelegten Querschnitts eines Wärmeaustauschers verbunden ist. dessen kaltes Ende an ein Zwischenlager für verflüssigtes Gas angeschlossen ist. daß ein weiterer Querschnitt dieses Wärmeaustauschers über das kalte Ende an eine Pumpe für flüssiges Hilfsgas und über das warme linde an die Eintrittssi-ite einer zweiten Turbine angeschlossen ist. deren Austrittsseile mit den Kältcmittclc]ucrschnittcn zweier weiterer hintereinanderge'chalteter Wärmeaustauscher ve;blinden ist. !int! daß tier Komp^rcsM>vausiritt über die /weiten Querschnitte der Wärmeaustauscher sowie über ein zwischen den letzteren angeordnetes Expansionsventil und ein diesen nachgeschüttetes weiteres Expansionsventil mit dem Zwischenlager \crbunden ist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in erster Linie fiir die Verflüssigung von Erdgas oder Methan mittels Stickstoff als Hilfsgas benimmt. Auf die glcirhc Weise kann auch Sauerstoff verflüssigt werden. Will man Stickstoff mit Hilfe dieses Verfahrens verflüssigen, so ist als Hilfsgas ein tiefer als dieser siedendes Gas, /.. B. Wasserstoff, /u wählen. Schließlich können auch Kohlenwasserstoffe wie Äthylen,

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Propan oiler Hutaii mit dem tiefersiedenden Methan Gewichtsverhältnis von 1 : 1,4. Der Dedarf an flüssi-

als Hilfsgas verflüssigt werden. gern Stickstoff vermindert sich also um 6,7°/». Da

Das Verführen gemäß der Hrfinuiing wird nun- die stündlich zu verflüssigende Gasmenge beim

mehr an Hand von "fünf sehemalischen Darstellungen Schilfstransport von Erdgas äußerst hoch ist, be-

beispielsweise erläutert, (iemäß Fi g. 1 wird durch 5 deutet dies eine wesentliche Verbesserung. Außer-

ieiiiuiL' 1 von CO., und II..S befreites und gelrock- dem kann die hierfür nötige Anlage auf einem Schiff

nek-s Erdgas mit einer Temperatur von 3D ■ C und montiert werden, ist also nicht ortsgebunden,

einem Druck von 40 ala herangeführt. Etwa zwei Bei dem Verfahren nach Fig. 1 bleibt, wie

Drittel der ankommenden Ciasmenge, je Nm^:) also erwähnt, ein Energiebetrag von etwa 0,022 kwh pro

0.642 Nm¹ oder 0.4W) kg. gelangen über leitung 2 io Nm¹ verflüssigten Methans im Verfahren ungenutzt,

in die Turbine .1. in welcher das Erdgas auf I,I ata Diese Energie läßt sich mit Hilfe des Verfahrens

entspannt und dabei auf etwa 15I K abgekühlt wird. nach Fig. 2 vollständig ausschöpfen:

Mit dieser Temperatur tritt es in den War ncaustau- CO₂-, H₂S- und H₂O-freies Erdgas wird mit einem

scher 4 ein. wird dort abgekühlt und verflüssigt und Druck von' 40 ata und Umgebungstemperatur über

mit einer Temperatur von 111 K dem Zwischen- 15 Leitung 1 dem Kompressor 11 zugeführt. Der erste

lager 5 zugeführt. Die hierfür erforderliche Kälte Teil des zu verflüssigenden Erdgases, 0,695 Nm³.

wird von flüssigem Stickstoff geliefert, der einem bezogen auf 0.8 Nm¹ bzw. I kg flüssigen Stickstoffs,

Schilfstank mit 1 ata und 77 K entnommen wird. wird dort auf etwa 81 ata verdichtet, dann über

Um 0.642 Nm^:l oder 0.460 kg Erdgas zu verflüssigen. Leitung la der Turbine 3 zugeführt und, wie in

benötigt man 0,8 NnV¹ oder 1,0 kg Stickstoff. Er wird »o F i g. 1 beschrieben, abgekühlt und verflüssigt. Die

durch die Pumpe 6 auf 14 ata gefördert, einen Verdampfung des flüssigen Stickstoffs geschieht

Druck, bei dem er durch Wärmetausch mit dem ebenfalls in der gleichen Weise wie in Fig. 1; die

drucklosen Methan noch verdampft werden kann. arbeitsleistende Entspannung wird jedoch in der

Da sich der Stickstoff hier im unterkritischen Zu- Turbine 7« so geführt, daß am Turbinenaustritt

stand befindet, also Flüssigkeitsverdampfung vorliegt. 95 10° η des Stickstoffs als Flüssigkeit vorliegen. Diese

sind auch auf der Kältemittelscite des Wärmeaus- wird im Abscheider 15 vom gasförmig gebliebenen

tauschers gute Wärmeübergangsverhältnisse gegeben. Anteil getrennt und über die Pumpe 16 dem dem

Im Wärmeaustauscher 4 wird der Stickstoff verdampft Wärmeaustauscher 4 zuströmenden flüssigen Stick-

und auf ctwp 138 K angewärmt und dann in der stoff zugespeist. Durch diese Maßnahmen können

Turlrne 7 auf 1.6 ata entspannt. Dabei kühlt sich der 30 bei gleichem Stickstoffbedarf etwa 5,3 °/o mehr

Stickstoff auf etwa 81 K ab. Mit dieser Temperatur Methan verflüssigt werden als beim Verfahren gemäß

wird er nochmals dem kalten Ende des Wärme- Fig. 1.

austauschers 4 zugeführt, dort auf etwa 108^r K, eine Der zweite Teil des zu verflüssigenden Gases,

Temperatur also, die wenige Grade unter dem Siede- 0.358 Nm³. wird im Kompressor 11 auf 200 ata ver-

punkt des Methans bei Atmosphärendruck liegt, 35 dichtet und anschließend in der im Zusammenhang

angewärmt, auf dem Niveau dieser Zwischentempe- mit F i g. 1 beschriebenen Weise weiterbehandelt,

ratur aus dem Wärmeaustauscher 4 abgezogen und Aus dem Verhältnis der Teilmengen des Erdgases,

in den Wärmeaustauschern 8 und 9 auf Umgebungs- 0,695 Nm³ zu 0,358 Nm³, ergibt sich eine Vergröße-

temperatur angewärmt, um in die Atmosphäre ent- rung der Flüssigerdgasproduktion auf 1,053 Nm³

lassen zu werden. 40 bzw. 0,755 kg, bezogen auf 0,8 Nm³ bzw. 1,0 kg ein-

Etwa ein Drittel des zu verflüssigenden Erdgases, gesetzten flüssigen Stickstoffs.

je Nm³ der ankommenden Gasmenge also 0.358 Nm³ In F i g. 3 wird ein Verfahren beschrieben, mit oder 0.256 kg, werden über Leitung 10 dem Korn- dessen Hilfe sich die bei der arbeitsleistenden Entpressorll zugeführt und mit Hilfe der durch die spannung des Stickstoffs und des ersten Teils des arbeitsleistende Entspannung des Erdgases und des 45 Erdgases gewonnene Energie eb nfalls voll ausStickstoffs gewonnenen Energie auf 200 ata ver- schöpfen läßt.

dichtet. Das Hochdruckerdgas wird im Wärme- Die Menge des ersten, durch Leitung 2 der Turaustauscher 9 auf etwa 164"¹K abgekühlt, dann im bine 3 zugefülirten Erdgasteilstromes beträgt wiederVentil 12 auf einen unterkritischen Druck von etwa um 0.642Nm³, der durch Leitung 10 einer Verflüssi-20 ata entspannt und im Wärmeaustauscher 8 auf 50 gungsanlage zugeführte zweite Teilstrom beträgi die Siedetemperatur des Methans bei Atmosphären- jedoch 0.464 Nm³, bezogen auf 0,8 Nm³ eingesetzter druck, das sind etwa 111° K. abgekühlt und ver- flüssigen Stickstoffs.

flüssigt. Das den Wärmeaustauscher 8 verlassende Die Abkühlung des ersten Teilstroms durcr

flüssige Erdgas wird im Ventil 13 auf etwa 1 ata ent- Wärmeaustausch mit dem Stickstoff geschieht in dei

spannt und mit diesem Druck dem Zwischenlagers 55 im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise

zueeführt. Von dort wird es zusammen mit der im Der zweite Teilstrom wird über Leitung 10 untei

Wärmeaustauscher 4 verflüssigten größeren Erdgas- Pipelinedruck einer Verflüssigungsanlage 17 züge

menge über eine Pumpe 14 in das Tankschiff ge- führt und dort mit Hilfe eines bekannten Kältemittel

fördert. kreislaufs verflüssigt, dessen Verdichter 18 mit den

Diejenige von den Turbinen 3 und 7 gelieferte 60 erwähnten Überschuß an Energie betrieben wird

Energiemenge, die vom Kompressor 11 nicht ver- Auch die Kälte des arbeitsleistend entspannten Stick

braucht werden kann, dient zum Betrieb der Pum- Stoffs wird in der Verflüssigungsanlage 17 ausgenutzt

pen 6 und 14 und der Kühlwasserpumpen der nicht Das Verfahren nach Fig. 3 bietet somit gegen

gezeichneten Kompressorkühler. Das Verfahren ist über dem Verfahren nach F i g. 1 den Vorteil, dal

von einer äußeren Energiequelle unabhängig und 6₅ be: gleichem Stickstoffbedarf um etwa 10,6⁰/o men k:inn noch 0.022 kwh/Nm³ verflüssigten Methans ab- flüssiges Methan erzeugt werden kann. Diese Flüssig

geben. Dabei wird für die Verflüssigung von 0.716 kg keitsausbeule ist auch größer als bei dem Verfahre!

Erdgas nur 1.0 kg Stickstoff benötigt; das ist ein nach Fig. 2. Das Verfahren nach Fig. 3 benötig

(ο

jedoch einen zusätzlichen Kältekreislauf, beispielsweise mit einem Kohlenwasserstoffgemisch als Kältemedium.

In Fig. 4 ist das /-T-Diagramm des Hochdruckwätweaustauschers 9 und des Mitteldruckwärme- s austauschen 8, in F i g. 5 das /-T-Diagramm des Wärmeaustauschers 4 gemäß dem Verfahren nach Fig. 1 dargestellt. Hieraus können die Wärmeumsätze und die Temperaturdifferenzen zwischen dem abzukühlenden Methan und dem anzuwärmenden Stickstoff abgelesen werden. In Fig. 4 kennzeichnet die Springstelle der AbkUhlungskurve für das Methan bei 164° K die Drosselentspannung von ata auf 20 ata.

Fig. 5 zeigt die Abkühlung des in der Turbine 3 entspannten Methans und dessen Verflüssigung bei 112° K sowie die Anwärmung des nach der Pumpe 6 mit einer Temperatur von 77° K unterkühlt vorliegenden flüssigen Stickstoffs auf 109° K, die Verdampfung bei dieser Temperatur und die weitere Anwär- ao mung auf 138° K. Bei einem realen Erdgas, welches Stickstoff und schwerere Kohlenwasserstoffe enthält, wird die Abkühlkurve des Methans in Abhängigkeit von der Zusammensetzung qualitativ etwa den durch Strichelung angedeuteten Verlauf haben. Sowohl »5 F i g. 4 als auch F i g. 5 zeigen, daß bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die auftretenden Temperaturdifferenzen und damit die Energieverluste klein gehalten werden können.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verflüssigen eines unter erhöhtem Anfangsdruck stehenden Gases durch Wärmeaustausch mit einem dabei verdampfenden tiefersiedenden verflüssigten Hilfsgas, das vor dem Wärmeaustausch auf einen höheren Druck gepumpt, nach seiner Verdampfung arbeitsleistend entspannt und anschließend erneut in Wärmeaustausch mit dem Gas gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil des Gases arbeitsleistend auf Lagerdruck entspannt und dann durch Wärmeaustausch mit dem Hilfsgasstrom, dessen Gewicht sich zu dem des ersten Teils des Gases verhält wie etwa 2:1, abgekühlt und verflüssigt wird und daß der verbleibende zweite Teil des Gases unter Verbrauch von mindestens einem Teil der bei der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases gewonnenen Energie und durch Wärmeaustausch mit dem entspannten Hilfsgas abgekühlt und verflüssigt und anschließend auf Lagerdruck entspannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil des Gases mit bei der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases gewonnener Energie auf überkritischen Druck verdichtet, abgekühlt, auf unterkritischen, aber erhöhten Druck entspannt, weiter abgekühlt und verflüssigt und anschließend auf Lagerdruck entspannt wird (Fig. 1).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil des Gases vor seiner Verdichtung auf den überkritischen Druck um eine dem zusätzlich auszunutzenden Energiebetrag entsprechende Menge des ersten Teils des Gases vergrößert wird und daß diese zusätzliche Gasmenge unter oder in die Nähe der kritischen Temperatur abgekühlt und dann nrbcitsleistend im oder «ins Flüssigkeilsgebiet entspannt wird, worauf der verflüssigte Anteil vom gasförmig gebliebenen getrennt und anschließend, vorzugsweise nach weiterer Abkühlung, in einem Drosselventil auf Lagerdruck entspannt wird.

4. Verfahren imcIi einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der bei der arheitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases gewonnenen Energie zur Verdichtung dieses ersten Teils vor dessen arbeitslcistetuler Entspannung ausgenutzt wird (Fig. 2).

5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil des Gases außer durch den Wärmeaustausch mit ilem arbeitsleistend entspannten Hilfsgas mit Hilfe eines Kältemittelkreislaufs abgekühlt und verflüssigt wird, dessen Kompressor mit bei der arbeitsleistenden Entspannung des Hilfsgases und des ersten Teils des Gases gewonnener Energie betrieben wird (F i g. 3).

ft. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsgas arbeitsleistend ins Naßdampfgehict entspannt und die dabei gebildete Flüssigkeit auf den Druck des flüssigen, dem Wärmeaustausch zuzuführenden Hilfsgases gefördert und mit diesem vereinigt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der arbeitsleistend entspannte Hilfsgasstrom zunächst durch Wärmeaustausch mit dem ersten Teil des Gases auf eine unter der bei der arbeitsleistenden Entspannung dieses ersten Teils erreichten Temperatur angewärmt und erst dann mit dem zweiten Teil des Gases in Wärmeaustausch gebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischentemperatur wenig unter dem Siedepunkt des Gases bei Lagerdruck liegt.

9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (1) für einen ersten Teil des Gases zu einer Turbine (3) und eine Leitung (10) für einen zweiten Teil dieses Gases zu einem Kompressor (11) geführt ist, daß der Austritt der Turbine mit dem warmen Ende eines für Gas unter Lagerdruck ausgelegten Querschnitts eines Wärmeaustauschers (4) verbunden ist, dessen kaltes Ende an ein Zwischenlager (5) für verflüssigtes Gas angeschlossen ist daß ein weiterer Querschnitt dieses Wärmeaustauschers (4) über das kalte Ende an eine Pumpt

(6) für flüssiges Hilfsgas und über das wärmt Ende an die F.intrittsseite einer zweiten Turbin«

(7) angeschlossen ist, deren Austrittsseite mi den Kältemittelquerschnittcn zweier weitere hintereinandergeschalteter Wärmeaustauscher (8 9) verbunden ist, und daß der Kompressoraustrit über die zweiten Querschnitte der Wärmeaus tauscher (8; 9) sowie iiher ein zwischen dei letzteren angeordnete·. Expansionsventil (12) um ein diesen nachgeschüttetes weiteres Expansions ventil (13) mit dem Z-.- ischenluger (5) verbundei ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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