DE212021000327U1

DE212021000327U1 - Flüssiggasspeicherbehälter für den intermodalen Transport

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Publication number: DE212021000327U1
Application number: DE212021000327.3U
Authority: DE
Original assignee: Rektor Lng d o o
Current assignee: Rektor Lng d o o
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2022-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: CA3141634A1; JP2024513265A; MX2021015731A; AU2021273640A1; CO2021018288A2; CN115552165A; CR20220002A; JOP20220065A1; AR124528A1; WO2022223999A1; PE20221895A1; IL288448A; ECSP21090524A; US20240027027A1; BR112022003880A2; DOP2021000247A; KR20230172631A; EP4097388A1

Abstract

Flüssiggasspeicher - und Auslieferbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Behälter (1) und der innere Behälter (2) sich nur über eine feste Verbindung (5) und ein Gleitlager (6) berühren und dass der Raum (3) zwischen dem äußeren Behälter (1) und dem inneren Behälter (2) mit einem Material gefüllt ist, das aus hohlen mikrosphärischen Partikeln aus Natriumborsilikat und synthetischem Silizium besteht; wobei die feste Verbindung (5) aus höchstens 3 mm dickem Metallblech in Form eines länglichen Kegels gefertigt ist, während das Gleitlager (6) aus zwei Rohren gefertigt ist, von denen das an der Außenseite der Kuppel des inneren Behälters (2) angeschweißte Rohr (7) in das an der Innenseite der Kuppel des äußeren Behälters angeschweißte Rohr (8) eintritt und wobei der gleitende Teil des Lagers (9) des inneren Behälters (2) auf einem nichtmetallischen Gleitmaterial ruht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus handelsüblichen Polycarbonatmaterialien besteht, jedoch nicht darauf beschränkt ist, und das an der Innenseite des Rohrs (8) des äußeren Behälters (1) befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssiggasbehälter mit einer deutlich höheren Haltezeit sowie auf ein Verfahren zum unter Vakuum setzen des Raums 3 zwischen dem äußeren Behälter 1 und dem inneren Behälter 2. Der Flüssiggasbehälter dient zur Speicherung von Flüssiggasen, insbesondere LNG. Die Lösung basiert auf dem innovativen Design eines Flüssiggasbehälters in Kombination mit einem Material, das als Isolator im Raum 3 zwischen dem äußeren Behälter 1 und dem inneren Behälter 2 verwendet wird. Nach der internationalen Patentklassifikation gehört die vorliegende Erfindung zur Untergruppe F17C3 / 08 - Behälter zur Aufnahme oder Speicherung von komprimierten, verflüssigten oder verfestigten Gasen mit drucklosen Behältern und unter Verwendung von Vakuum als thermischem Isolator und zur Untergruppe F16L59 / 08 - Thermische Isolierung im Allgemeinen, durch Verhinderung der Wärmeübertragung durch berührungslose Strahlung.
Die thermische Isolierung von Flüssiggasbehältern kann auch mit Multilayern (MLI) erfolgen, einem Material, das aus mehreren Schichten Aluminiumfolie und Glasfasern besteht. Üblicherweise wird nur der flache, röhrenförmige Teil des inneren Behälters isoliert, während der Teil der Kuppel aufgrund der besonderen Form der Kuppel unisoliert bleibt. Dadurch erhöht sich die „Wärmeundichtigkeit“ von Flüssiggasbehältern, die auf diese Weise konstruiert sind, was die Haltezeit des Flüssiggasbehälters verringert. Die erfindungsgemäße Lösung impliziert eine gleichmäßige Isolierung des inneren Behälters, einschließlich der gesamten Oberfläche der Kuppel.
Der Vakuumraum des Flüssiggasbehälters ist nur teilweise mit MLI gefüllt und dieses befindet sich an der Wand des inneren Behälters, und zwar aus dem Grund, dass das Netz des inneren Behälters in den äußeren Behälter gelangen kann. Bei diesem Verfahren nimmt das MLI mit seiner Dicke nur 10 % des gesamten Raums zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter ein, während der Rest des Raums zwischen dem äußeren und dem inneren Behälter leer bleibt. Dieses Verfahren zur Anbringung des MLI auf dem inneren Behälter ist heikel, zeitaufwendig und teuer.
Im Gegensatz dazu wird im vorliegenden Patent der gesamte Vakuumraumabstand zwischen dem inneren Behälter und dem äußeren Behälter vollständig gleichmäßig mit Mikrokugeln gefüllt, was das vergleichbare thermische Leistungsvermögen der Mikrokugeln im Vergleich zum MLI erhöht. Im Falle eines Vakuumverlustes im Raum zwischen dem äußeren und dem inneren Behälter ist das Leistungsvermögen der Mikrokugeln als Isoliermaterial im Vergleich zu MLI weit weniger negativ.
Das Dokument EP 0 012 038 offenbart einen Flüssiggasbehälter, der das Vakuum als thermischen Isolator nutzt, wobei Composite-Kugeln verwendet werden, die aus Kunststoffharz und Glas- oder Kunststoffkugeln mit einem Durchmesser von 80 bis 160 Mikrometern bestehen, wobei das Volumenverhältnis von Kunststoffharz zu Mikrokugeln größer als 1:1 ist und wobei die Composite-Kugeln einen Durchmesser von 0,125 bis 1,5 Zoll haben.
Das Dokument GB 705 217 offenbart einen Tieftemperaturbehälter, der zusätzlich zum Vakuum Perlit als Isolator verwendet.
Da jedoch Kugeln mit einer größeren aktiven Oberfläche Gas und Dampf aneinander binden, kommt es zu einem Druckanstieg durch die Freisetzung von Gas und Dampf sowie durch die in den als Isolatoren verwendeten Partikeln enthaltene Feuchtigkeit, was zu einer Verkürzung der Haltezeit führt. In dem Dokument EP 0 012 038 wird ein Kunststoffharz verwendet, um die Freisetzung von Feuchtigkeit zu verhindern oder zu verzögern.
Der Transport des verflüssigten Gases erfolgt in Behältern in Form einer kryogenen Flüssigkeit bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunkts. Jedes verflüssigte Gas, auch LNG, verdampft bei Temperaturen oberhalb des Siedepunkts und es kommt zu einem Boil-Off-Prozess (BOG). Er entsteht durch den Einfluss der Umgebungswärme auf das im Behälter gespeicherte Flüssiggas, d. h. durch dessen Wärmeundichtigkeit, und hängt direkt nur von der Qualität der Behälterisolierung ab. Die entstehenden Dämpfe müssen entlüftet werden, um einen Druckanstieg im Behälter und damit eine Beschädigung seiner mechanischen Struktur zu vermeiden. Eine solche Entlüftung hat direkte wirtschaftliche Auswirkungen auf die Erhaltung der Menge an Flüssiggas als eine wertvolle Ladung in dem Behälter, und es besteht die Tendenz, die Entlüftung überhaupt nicht vorzunehmen oder sie so weit wie möglich hinauszuzögern.
Das Dokument GB980 188 offenbart gefaltete Behälter zum Zweck der Vermeidung von Wärmeundichtigkeit.
Das Dokument US 5 702 655 offenbart die Einführung eines Pulverisolators zwischen einem inneren und einem äußeren Flüssiggasspeicherbehälter. Das Pulvermaterial wird mit Wasser eingebracht und dann mit Hilfe von Hochtemperaturgas, das in den inneren Behälter eingeleitet wird, getrocknet. Das Verfahren selbst ist kostspielig und zeitaufwendig und hat einen ungewissen Ausgang.
Daher besteht das objektive technische Problem, dessen Lösung in der vorliegenden Patentanmeldung offenbart wird, darin, die Wärmeundichigkeit zu minimieren und die Haltezeit im Vergleich zu den bekannten Lösungen zu maximieren. Mit der Lösung der vorliegenden Erfindung wird eine Haltezeit von 82 Tagen erreicht, was im Vergleich zu bestehenden Lösungen ein deutlich besseres Ergebnis darstellt. 3 zeigt, dass die Haltezeit für Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung signifikant länger ist als die von bekannten Lösungen unter den gleichen Messbedingungen - die gleichen Umgebungstemperaturbedingungen von 30 ° C und das Sicherheitsventil im Behälter auf einen maximalen Druck von 6,0 bar eingestellt. Die Haltezeit wurde für Tieftemperaturbehälter mit Multilayern, für Tieftemperaturbehälter mit Perlit, für Tieftemperaturbehälter mit Composite-Kugeln und Tieftemperaturbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen. Die Messung wird wie folgt durchgeführt, um die Zeit zu messen, die vom Füllen des Flüssiggasbehälters an vergeht, bis der Flüssiggasdruck unter Gleichgewichtsbedingungen das Niveau des niedrigsten Steuerventils oder Druckentlastungsventils unter Bedingungen erreicht, bei denen der Tank einer Umgebungstemperatur von 30 °C ausgesetzt und bis zu seiner maximal zulässigen Ladungsdichte mit diesem verflüssigten Gas beladen ist.
Die Lösung basiert auf der innovativen Konstruktion eines Behälters für das Speichern und die Verteilung von Flüssiggas in Kombination mit dem Material in der Form von hohlen mikrosphärischen Partikeln 4, das als Isolator verwendet und in den Raum 3 zwischen dem äußeren Behälter 1 und dem inneren Behälter 2 angeordnet ist. Der oben erwähnte Behälter ist so konstruiert, dass sich der äußere Behälter 1 und der innere Behälter 2 nur durch eine feste Verbindung 5 und ein Gleitlager 6, das aus zwei Rohren hergestellt ist, von denen das an der Außenseite der Kuppel 11 des inneren Behälters 2 angeschweißte Rohr 7 in das an der Innenseite der Kuppel 12 des äußeren Behälters 1 angeschweißte Rohr 8 eintritt, berühren. Daher enthält die erfindungsgemäße Lösung im Gegensatz zu den bekannten Lösungen keine zusätzlichen Stützen 13, durch die Wärme durch Fortleitung übertragen wird. Dies verringert die Rate des Änderungsausgleichs der Temperaturen zwischen den beiden Behältern und verlangsamt somit die Verdampfung (das Sieden) des Flüssiggases, was letztlich zu einer längeren Verweildauer des Flüssiggases im Behälter führt. Darüber hinaus ist es dank der oben beschriebenen Konstruktion und Verwendung mikrosphärischer Partikel möglich, den Raum 3 zwischen dem äußeren Behälter 1 und dem inneren Behälter 2 zu vergrößern, um die Isolierdicke oder die Isolierwirkung unter Vakuumbedingungen zu maximieren. Überraschenderweise erfüllt der erfindungsgemäße Flüssiggasbehälter und ohne zusätzliche Stützen alle der vorgeschriebenen Normen für den intermodalen Transport in Bezug auf Brandsicherheitsstandards und Kollisions- und Belastungsstandards.
Insbesondere erfüllt der erfindungsgemäße Flüssiggasbehälter die folgenden Normen:

• IMDG-UN TANK T75, International Maritime Organization, IMDG Code, Amendment 36/12, 2012 Edition
• RMF/DIVISION 411: F/BV/13/082-T75, French Maritime Regulation, Division 411
• RID/ADR: F/7219/BV/13, Regulation concerning the International transportation of Dangerous goods by Rail - Chapter 6.7, 2013 Edition, European Agreement for the International transportation of Dangerous goods by road-Chapter 6.7, 2013 edition.

Darüber hinaus ist der Flüssiggasbehälter durch die folgenden Zertifikate des Bureau Veritas, Paris, Frankreich abgedeckt:

• Report BVCT 1370282/V Revision 0,
• RID/ADR Prototype Agreement Certificate of Portable Tank, F/7219,
• Technical Data, Portable Tanks (6.7).

Darüber hinaus ist es dank der oben beschriebenen Konstruktion und Verwendung mikrosphärischer Partikel möglich, den Raum 3 zwischen dem äußeren Behälter 1 und dem inneren Behälter 2 zu vergrößern. Insbesondere wird der Abstand zwischen dem äußeren Behälter 1 und dem inneren Behälter 2 von 60-70 mm auf mehr als 150 mm vergrößert.
Ziel ist es, das optimale Verhältnis von Behälterabmessungen im Hinblick auf die Standards im intermodalen Verkehr und die maximale Ladungsmenge (Medien), die in diesem Fall transportiert werden kann, in Bezug auf die Gesamtgasverluste pro Transport in Einklang zu bringen.

1 zeigt einen Flüssiggasbehälter gemäß dem Stand der Technik;
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Flüssiggasbehälter;
3 zeigt die Ergebnisse eines Vergleichstests der Haltezeitdauer der erfindungsgemäßen Lösung im Verhältnis zu den Haltezeiten des Stands der Technik;
4 zeigt die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Haltezeitlösung in Bezug auf die Haltezeit von Natrium-Borosilikatglas und synthetischem Silizium.

Die Bezugszeigen haben die folgende Bedeutung:

1: Äußerer Behälter
2: Innerer Behälter
3: Raum zwischen dem äußeren und dem inneren Behälter
4: hohle mikrosphärische Partikel
5: feste Verbindung
6: Gleitlager
7: an der Außenseite der Kuppel des inneren Behälters angeschweißtes Rohr
8: an der Innenseite der Kuppel des äußeren Behälters angeschweißtes Rohr
9: Gleitteil des Gleitlagers des inneren Behälters
10: nichtmetallisches Gleitmaterial mit niedrigem Wärmeübertragungskoeffizienten
11: Kuppel des inneren Behälters
12: Kuppel des äußeren Behälters
13: Stützen
14: Einfüll-/Entlüftungsöffnung
15: Einfüll-/Entlüftungsöffnung
16: Vakuumventil
17: Barriere gegen Flüssigkeitsspritzer

Überraschenderweise werden in der vorliegenden Erfindung trotz der Lehren des Dokuments EP 0 012 038 hohle mikrosphärische Partikel 4 ohne Kunststoffharze verwendet, die die Abgabe von Feuchtigkeit verhindern, d. h. verzögern, und entgegen den Erwartungen bessere Ergebnisse in Bezug auf die Länge der Haltezeit und die Wärmeundichtigkeit erzielen, was in 3 deutlich gezeigt ist.
Die Haltezeit wurde auch für den Fall gemessen, dass nur Natriumborsilikat in Form von hohlen mikrosphärischen Partikeln 4 als thermischer Isolator im Raum 3 zwischen dem äußeren Behälter 1 und dem inneren Behälter 2 verwendet wird, und sie beträgt 30 Tage. Bei der Verwendung von synthetischem Silizium als Wärmeisolator ist die Haltezeit sogar noch kürzer. Die Ergebnisse der Haltezeit für Natriumborosilikat oder synthetisches Glas im Verhältnis zur Haltezeit gemäß der vorliegenden Erfindung sind in 4 dargestellt.
Der Flüssiggasspeicher- und Auslieferbehälter ist so konstruiert, dass sich der äußere Behälter 1 und der innere Behälter 2 nur über eine feste Verbindung 5 und ein Gleitlager 6 berühren, wobei der Raum 3 zwischen dem äußeren Behälter 1 und dem inneren Behälter 2 mit einem Material gefüllt ist, das aus hohlen mikrosphärischen Partikeln aus Natriumborsilikat und synthetischem Silizium besteht. Die feste Verbindung 5 besteht aus einem höchstens 3 mm dicken Metallblech in Form eines langgestreckten Kegels, während das Gleitlager 6 aus zwei Rohren besteht, von denen das an der Außenseite der Kuppel des inneren Behälters 2 angeschweißte Rohr 7 in das an der Innenkuppel des äußeren Behälters angeschweißte Rohr 8 eintritt. Der gleitende Teil des Lagers 9 des inneren Behälters 2 ruht auf einem nichtmetallischen Gleitmaterial, dessen Wärmeübertragungskoeffizient sehr gering ist, und ist an der Innenseite des Rohrs 8 des äußeren Behälters 1 befestigt. Das nichtmetallische Gleitmaterial wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus handelsüblichen Polycarbonatmaterialien besteht, ist aber nicht darauf beschränkt.
Andererseits haben die hohlen mikrosphärischen Partikel 4 aus Natriumborsilikat und synthetischem Silizium gemäß der Erfindung einen mittleren Partikeldurchmesser von weniger als 105 Mikrometern, einen maximalen Partikeldurchmesser von weniger als 190 Mikrometern und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,0489 W/mK oder weniger und eine Dichte von 0,08 g/cm³ oder weniger. Die hohlen mikrosphärischen Partikel 4 aus Natriumborsilikat und synthetischem Silizium haben eine Wärmeleitfähigkeit von 0,0489 W/mK oder weniger. Das Volumenverhältnis von Natriumborsilikat zu synthetischem Silizium ist gleich oder größer als 80:20 und beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 90:10.
Mit den oben genannten Lösungen kann der Abstand zwischen dem inneren Behälter 2 und dem äußeren Behälter 1 von 60-70 mm auf über 150 mm vergrößert werden. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Abstand auf 152 mm vergrößert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auf dem Außenmantel des äußeren Behälters eine Beschichtung mit geringer Wärmeleitfähigkeit aufgebracht, die eine thermische Barriere darstellt und somit die Übertragung der Umgebungstemperatur durch Konvektion auf den Flüssiggasbehälter reduziert.
Durch zwei Öffnungen 14 und 15 wird das mikrosphärische Isoliermaterial eingefüllt. Eine der Öffnungen dient der Befüllung, während die andere die Entlüftungsöffnung ist. Die Funktion der Öffnung wechselt mit jeder eingefüllten Menge von 1 m³ der Mikrokugeln, alles mit dem Ziel ihrer gleichmäßigeren Verteilung im Isolierraum. Wenn die Öffnung die Funktion einer Entlüftung hat, wird ein Filtersystem darauf montiert, sowohl um das Isoliermaterial zu bergen, das beim Entlüftungsvorgang austreten könnte, als auch um eine Verunreinigung der Umgebung durch Mikrokugeln zu verhindern, die durch den Entlüftungsraum austreten.
Der Transport der Mikrokugeln aus der Ausgangsverpackung, in der die Mikrokugeln geliefert werden, erfolgt mit einem Niederdruck- und Hochvolumeninjektor in Gegenwart von trockenem Stickstoffgas, um die Feuchtigkeitsaufnahme im Raum 3 zwischen den Behältern zu reduzieren. Der Injektor saugt die Mikrokugeln aus dem Lieferbehälter an und transportiert sie mittels Stickstoffgas unter Druck in den Raum zwischen den Behältern. Aufgrund der Flüssigkeitseigenschaften der Mikrokugeln und des Befüllprozesses füllen die isolierenden Mikrokugeln schließlich den ganzen freien Raum zwischen dem äußeren und dem inneren Behälter vollständig und in einer gleichmäßigen Dichte von 80 kg/m³ aus. Die Befüll- und Entlüftungsöffnungen werden nach dem Einfüllen der Mikrokugeln hermetisch verschlossen.
Der Prozess des Vakuumierens des Raums 3 erfolgt über ein Vakuumventil 16, das an der Schalung des äußeren Behälters angebracht ist. Das Vakuumieren erfolgt in drei bis vier Schritten, wobei die Dynamik des Vakuumierens in Bezug auf Kapazität und Geschwindigkeit streng kontrolliert wird, um die Bildung von Feuchtigkeit und damit von Raureif im Vakuumraum zu vermeiden. Insbesondere wird das Vakuumieren vom ersten bis zum letzten Schritt durchgeführt, indem im ersten Schritt eine Vakuumpumpe mit maximaler Kapazität verwendet wird und in den Schritten immer kleinere Pumpen verwendet werden, um im letzten Schritt (dritter oder vierter) die Pumpe mit der niedrigsten Kapazität zu verwenden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0012038 [0004, 0006, 0015]
GB 705217 [0005]
GB 980188 [0008]
US 5702655 [0008]

Claims

Flüssiggasspeicher - und Auslieferbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Behälter (1) und der innere Behälter (2) sich nur über eine feste Verbindung (5) und ein Gleitlager (6) berühren und dass der Raum (3) zwischen dem äußeren Behälter (1) und dem inneren Behälter (2) mit einem Material gefüllt ist, das aus hohlen mikrosphärischen Partikeln aus Natriumborsilikat und synthetischem Silizium besteht; wobei die feste Verbindung (5) aus höchstens 3 mm dickem Metallblech in Form eines länglichen Kegels gefertigt ist, während das Gleitlager (6) aus zwei Rohren gefertigt ist, von denen das an der Außenseite der Kuppel des inneren Behälters (2) angeschweißte Rohr (7) in das an der Innenseite der Kuppel des äußeren Behälters angeschweißte Rohr (8) eintritt und wobei der gleitende Teil des Lagers (9) des inneren Behälters (2) auf einem nichtmetallischen Gleitmaterial ruht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus handelsüblichen Polycarbonatmaterialien besteht, jedoch nicht darauf beschränkt ist, und das an der Innenseite des Rohrs (8) des äußeren Behälters (1) befestigt ist.
Flüssiggasspeicher- und Auslieferbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlen mikrosphärischen Partikel (4) aus Natriumborsilikat und synthetischem Silizium einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von weniger als 105 Mikrometer, einen maximalen Partikeldurchmesser von weniger als 190 Mikrometer und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,0489 (W/mK) sowie eine Dichte von 0,08 g/cm³ oder weniger aufweisen.
Flüssiggasspeicher- und Auslieferbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlen mikrosphärischen Partikel (4) aus Natriumborsilikat und synthetischem Silizium eine Wärmeleitfähigkeit von 0,0489 W/mK oder weniger aufweisen.
Flüssiggasspeicher- und Auslieferbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis von Natriumborsilikat zu synthetischem Silizium gleich oder größer als 80:20 und in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 90:10 ist.
Flüssiggasspeicher- und Auslieferbehälter nach allen vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem inneren Behälter (2) und dem äußeren Behälter (1) mindestens 150 mm beträgt.