DE19620653C1 - Verfahren und Vorrichtung zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen, wobei das erste tiefsiedende verflüssigte Gas ein Kohlenwasserstoff-reiches Gas, insbesondere Erdgas, und das zweite tiefsiedende verflüssigte Gas eine kryogene Flüssigkeit, insbesondere Argon, ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen.
Unter dem Begriff "kryogene Flüssigkeiten" sind insbesondere verflüssigter Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Argon oder Sauerstoff zu verstehen.
Diese kryogenen Flüssigkeiten werden in der Regel in Speicherbehältern zwischengelagert. Eine drucklose Lagerung im gasförmigen Zustand macht keinen Sinn, da in diesem Falle die Dichten wesentlich geringer sind, wodurch vergleichsweise große Tank- bzw. Speicherbehältervolumina notwendig werden. Bei der Abgabe der kryogenen Flüssigkeiten an ein entsprechendes Leitungsnetz oder bei der Abgabe in Flaschen - in diesem Fall ist zusätzlich eine Hochdruckpumpe vorzusehen - werden die kryogenen Flüssigkeiten zunächst verdampft und angewärmt. Diese Verdampfung und Erwärmung erfolgt bisher oftmals im Wärmetausch mit der Umgebungsluft. Die bei der Verdampfung der kryogenen Flüssigkeiten frei werdende Energie wird dabei nicht genutzt.
Aus der DE 195 11 383 A1 ist ein Verfahren sowie eine Anlage zur Versorgung von Abnehmern mit Erdgas und kryogenen Flüssigkeiten bekannt. Hierbei wird die bei der Abgabe von kryogenen Flüssigkeiten in gasförmiger Form beim Übergang vom flüssigen zum gasförmigen Aggregatzustand frei werdende Verdampfungskälte direkt einem zu verflüssigenden Erdgasstrom zugeführt. Dadurch wird erreicht, daß zum einen die bei der Verdampfung der kryogenen Flüssigkeiten frei werdende Energie genutzt werden und zum anderen die bisher notwendige Bereitstellung der für die Verflüssigung des Erdgases benötigten Energie entfallen kann.
Ein Verflüssigungsverfahren für Erdgas ist z. B. aus der US 4 901 533 bekannt. Hierbei wird ein vorgereinigter Erdgasstrom vor einer Weiterbehandlung, wie z. B. Zerlegung, etc., im Gegensatz zu im Kreislauf geführten Kältemitteln verflüssigt. Die Bereitstellung der für die Verflüssigung des Erdgases benötigten Energie erforderte jedoch einen vergleichsweise hohen energetischen Aufwand.
Die Speicherung von unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen bzw. kryogenen Flüssigkeiten erfolgt bisher in räumlich voneinander getrennten Speicherbehältern, wobei diese, um unnötige Flüssigkeitsverluste zu vermeiden aufwendig isoliert sein müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen anzugeben, das bzw. die eine weniger kostenintensive Speicherung von wenigstens zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen ermöglicht und zum anderen die Verflüssigung und Verdampfung dieser Medien in energetischer Hinsicht verbessert.
Dies wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß das erste tiefsiedende verflüssigte Gas das zweite tiefsiedende verflüssigte Gas, getrennt durch wenigstens eine Zwischenwandung, im wesentlichen zur Gänze umgibt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einem Druckspeicherbehälter besteht, der einen ersten Speicherraum, in dem das erste tiefsiedende verflüssigte Gas gespeichert wird, und innerhalb dieses ersten Speicherraums einen zweiten Speicherraum, in dem das zweite tiefsiedende verflüssigte Gas gespeichert wird, aufweist.
Die Speicherung der unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen bzw. kryogene Flüssigkeiten erfolgt im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrensweisen bzw. Vorrichtungen nunmehr nicht mehr in räumlich voneinander getrennten Druckspeicherbehältern sondern in einem einzigen Druckspeicherbehälter, wobei die unterschiedlichen Medien durch wenigstens eine Zwischenwandung voneinander getrennt sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellen Gegenstände von Unteransprüchen dar.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung und dessen bzw. deren weitere zweckmäßige Ausgestaltungen seien anhand der Figur, in der das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft anhand einer Abfüllstation für gasförmiges oder flüssiges Argon und gasförmiges oder flüssiges Erdgas dargestellt sind, näher erläutert.
Der der Aufnahme des verflüssigten Argons und des verflüssigten Erdgases dienende Druckspeicherbehälter S weist zwei Speicherräume S1 und S2 auf. Hierbei dient der Speicherraum S1 der Speicherung des verflüssigten Erdgases und der Speicherraum S2 der Speicherung des verflüssigten Argons. Die Speicherräume S1 und S2 sind von einer Isolierung bzw. Isolationsschicht I umgeben.
Das zu verflüssigende Erdgas wird über Leitung 1 durch einen Wärmetauscher E geführt, in diesem gegen den anzuwärmenden und zu verdampfenden Argonstrom in der Leitung 3, auf den im folgenden noch näher eingegangen wird, abgekühlt und verflüssigt und in den Speicherraum S1 geleitet. Die für die Verflüssigung des Erdgases bereitstehende Kälteleistung ist hierbei abhängig von der aus dem Speicherraum S2 entnommenen Menge an Argon, da dieses als "Spender" für die Kälteleistung dient.
Verflüssigtes Argon, das z. B. mittels eines Lkws antransportiert oder in einer kryogenen Luftzerlegungsanlage vor Ort gewonnen wird, wird über Leitung 2 in den Speicherraum S2 geführt.
In der Praxis ist vor der Verflüssigung des Erdgasstromes eine Abtrennung unerwünschter Komponenten, insbesondere von Kohlendioxid, Wasser und Schwefel­ haltigen Komponenten, aus dem zu verflüssigenden Erdgasstrom vorzusehen, da diese Komponenten ansonsten bei der Verflüssigung ausfrieren und zu Verlegungen in Leitungen und Ventilen führen können. Diese Abtrennung unerwünschter Komponenten kann im Prinzip auf verschiedene Art und Weise, wie z. B. rektifikatorisch, permeativ, adsorptiv oder mittels Kombination dieser Verfahrensweisen, erfolgen.
Im Falle einer adsorptiven Abtrennung der unerwünschten Komponenten werden in der Praxiß mehrere, parallel angeordnete Adsorber, die sich abwechselnd in der Adsorptions- und Regenerierphase befinden, verwendet. Um eine möglichst vollständige Regenerierung des in der Adsorptionsphase mit den unerwünschten Komponenten beladenen Adsorptionsmittel zu erreichen, empfiehlt es sich, das Adsorptionsmittel durch Überleiten eines geeigneten Gas(gemisch)stromes zu regenerieren.
Erfindungsgemäß wirkt der Speicherraum S2 für das verflüssigte Argon als Kondensator für das abzukühlende sowie zu verflüssigende und im Speicherraum S1 zu speichernde Erdgas. Umgekehrt wirkt der Speicherraum S1 für das verflüssigte Erdgas als Druckaufbau-Verdampfer für das anzuwärmende und zu verdampfende Argon im Speicherraum S2. Die nunmehr benötigte Kondensations- bzw. Verdampfungsleistung, sowohl auf der "Argonseite" (Verdampfung) als auch auf der "Methanseite" (Kondensation), ist abhängig von den jeweiligen Flüssigkeitsständen und Drücken innerhalb der Speicherräume S1 und S2.
Über Leitung 3 wird aus dem Speicherraum S2 flüssiges Argon abgezogen und entweder über Leitung 6 in flüssiger Form abgegeben oder nach Durchgang durch den Wärmetauscher E, in dem der Argonstrom gegen den abzukühlenden und zu verflüssigenden Erdgasstrom in Leitung 1 verdampft wird, über Leitung 4 und den Argon-Entnahme-Regelventil c in gasförmiger Form abgegeben.
Der für die Entnahme von verflüssigtem Argon aus dem Speicherraum S2 erforderliche Druck wird primär über den Druckaufbauregler a in der Erdgaszuführ-Leitung 1 durch Zugabe von Erdgas zur Kondensation erzeugt. Über das Temperatur-Regelventil b wird der über Leitung 4 abströmende Argonstrom bei sinkender Austrittstemperatur des Wärmetauschers E gedrosselt. In diesem Falle vergrößert sich die über den Anwärmer V3 und Leitung 5 strömende Argonmenge. Zu einer Verringerung der Austrittstemperatur am warmen Ende des Wärmetauschers E kommt es, wenn sich der Erdgasdurchsatz in Leitung 1, z. B. dann, wenn der Speicherraum S1 bereits gefüllt ist, verringert.
Das verflüssigte Erdgas wird aus dem Speicherraum S1 über Leitung 12 abgezogen und kann ebenfalls in flüssiger Form über Leitung 13 oder in gasförmiger Form über Leitung 14 abgegeben werden. Um das verflüssigte Erdgas in gasförmiger Form abzugeben, wird das verflüssigte Erdgas in der Leitung 12 zunächst entweder durch den Wärmetauscher E geführt und in ihm gegen abzukühlende bzw. zu verflüssigende Verfahrensströme angewärmt - Ventil e ist in diesem Falle geschlossen - und anschließend im Verdampfer V5 verdampft oder das verflüssigte Erdgas wird bei geöffnetem Ventil e direkt dem Verdampfer V5 zugeführt und in ihm verdampft. Die Abgabe von flüssigem bzw. gasförmigen Erdgas über die Leitungen 13 bzw. 14 erfolgt hierbei unter Normal- bzw. Niederdruck. Im Gegensatz dazu wird über Leitung 7 verflüssigtes Erdgas aus dem Speicherraum S1 abgezogen, mittels der Pumpe P1 auf den gewünschten Abgabedruck gepumpt und anschließend, nach erfolgter Verdampfung im Verdampfer V4, in gasförmiger Form unter Hochdruck über Leitung 8 abgegeben.
Um einen gegebenenfalls notwendigen Druckaufbau innerhalb des Speicherraumes S1 des verflüssigten Erdgases zu erreichen, wird verflüssigtes Erdgas über Leitung 7 aus dem Speicherraum S1 abgezogen, im Verdampfer V2 angewärmt und verdampft und anschließend über die Leitungen 9,11 und 1 wieder in den Gasraum des Speicherraumes S1 geführt. Die Leitung 10 dient lediglich in Notfällen als Ablaßleitung für den Speicherraum S1. Der Druckaufbau im Speicherraum S2 des verflüssigten Argons erfolgt analog dadurch, daß verflüssigtes Argon über Leitung 15 abgezogen, im Verdampfer VI angewärmt und verdampft und anschließend über Leitung 17, das Argon-Druckaufbau-Regelventil d und Leitung 2 wieder dem Gasraum des Speicherraumes S2 zugeführt wird.
Ist beabsichtigt, gasförmiges Argon unter hohem Druck abzugeben, so wird über Leitung 15 verflüssigtes Argon aus dem Speicherraum S2 abgezogen, mittels der Pumpe P2 auf den gewünschten Abgabedruck gepumpt und anschließend über die Leitungen 16 und 3 dem Wärmetauscher E zugeführt. In diesem wird das bis dahin flüssige Argon angewärmt und verdampft, so daß es über die Leitung 4 oder 5 in gasförmiger Form unter Hochdruck abgegeben werden kann.
Eine Kombination der beiden Medien Argon und Erdgas hat den Vorteil, daß das verflüssigte Argon bei geringem Überdruck bereits eine Siedetemperatur, die über der Schmelztemperatur von Methan liegt, aufweist. Bei einer Kombination Erdgas/Inertgas, wie z. B. Argon, entsteht auch im Falle eines Lecks zwischen den beiden Speicherräumen S1 und S2, wegen des höheren Drucks im Speicherraum S2 des verflüssigten Argons, keine gefährlich Situation.
Aufgrund der Tatsache, daß bei der Erfindung nurmehr lediglich ein Druckspeicherbehälter für die Speicherung von zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen benötigt wird, verringert sich die für die Speicherung dieser unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gase benötigte Druckspeicherbehälter- Aufstellungsfläche. Werden bisher für die Speicherung zweier unterschiedlicher Medien zwei Druckspeicherbehälter und damit verbunden auch zwei Isolationsschichten benötigt, so genügt nunmehr eine, lediglich den äußeren der beiden Speicherräume des Druckspeicherbehälters umgebende Isolationsschicht.

Claims (6)

1. Verfahren zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen, wobei das erste tiefsiedende verflüssigte Gas ein Kohlenwasserstoff-reiches Gas, insbesondere Erdgas, und das zweite tiefsiedende verflüssigte Gas eine kryogene Flüssigkeit, insbesondere Argon, ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste tiefsiedende verflüssigte Gas das zweite tiefsiedende verflüssigte Gas, getrennt durch wenigstens eine Zwischenwandung, im wesentlichen zur Gänze umgibt.
2. Verfahren zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen tiefsiedenden verflüssigten Gasen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Verdampfung eines der tiefsiedenden verflüssigten Gase frei werdenden Kälte zur Verflüssigung des anderen tiefsiedenden Gases verwendet wird.
3. Verfahren zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen tiefsiedenden verflüssigten Gasen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefsiedenden Gase vor ihrer Verflüssigung von störenden Komponenten, insbesondere von Kohlendioxid, Wasser und Schwefel­ haltigen Komponenten befreit werden.
4. Verfahren zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der störenden Komponenten aus den tiefsiedenden Gasen rektifikatorisch, permeativ, adsorptiv oder mittels Kombination dieser Verfahrensweisen erfolgt.
5. Vorrichtung zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen, wobei das erste tiefsiedende verflüssigte Gas ein Kohlenwasserstoff-reiches Gas, insbesondere Erdgas, und das zweite tiefsiedende verflüssigte Gas eine kryogene Flüssigkeit, insbesondere Argon, ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen, tiefsiedenden verflüssigten Gasen aus einem Druckspeicherbehälter (S) besteht, der einen ersten Speicherraum (S1), in dem das erste tiefsiedende verflüssigte Gas gespeichert wird, und innerhalb dieses ersten Speicherraums (S1) einen zweiten Speicherraum (S2), in dem das zweite tiefsiedende verflüssigte Gas gespeichert wird, aufweist.
6. Vorrichtung zum getrennten Speichern von wenigstens zwei unterschiedlichen tiefsiedenden verflüssigten Gasen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (1) des ersten Speicherraums (S1) und die Entnahmeleitung (3) des zweiten Speicherraums (S2) durch wenigstens einen gemeinsamen Wärmetauscher (E) führen.
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