DE2135117C2

DE2135117C2 - Vorrichtung zur Auflösung einer flüchtigen Fraktion in einem verflüssigten Gas

Info

Publication number: DE2135117C2
Application number: DE2135117A
Authority: DE
Inventors: Pierre Paris Cappiello
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1970-07-15
Filing date: 1971-07-14
Publication date: 1985-10-03
Also published as: US3830073A; FR2097598A5; AU476782B2; DE2135117A1; AU3120771A; GB1354722A; JPS5540289B1; ES393250A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auflösen einer flüchtigen Fraktion in einem verflüssigten Gas.

In der deutschen Offenlegungsschrift 19 33 080 ist ein Verfahren zur Herstellung eines methanreichen Gases, das mit einer flüchtigen Gasfraktion versetzt ist, aus verflüssigtem Naturgas beschrieben. Eine Stufe dieses Verfahrens besteht in der Vermischung der flüchtigen Fraktion in Gasform unter deren Kondensierung mit dem verflüssigtem Naturgas unter einem gegebenen Druck. Man kann auch die flüchtige Fraktion in Zweiphasenform oder als Flüssigkeit vermischen.

Bei diesem Zusatz in Gasform ist es im besonderen notwendig. Gas und Flüssigkeit gut zu verteilen, so daß die Austauschfläche vergrößert und die thermische und massenmäßige Übertragung begünstigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Auflösen einer flüchtigen Fraktion in einem verflüssigten Gas zu schaffen, mit welcher Gas und Flüssigkeit gut verteilt werden können, so daß die als Kontaktfläche wirkende Austauschfläche zwischen Gas und Flüssigkeit in anpassungsfähiger Arbeitsweise je nach den Durchsatzmengen vergrößert bzw. verkleinert werden kann und die thermische und massenmäßige Übertragung begünstigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine senkrechte Säule aufweist, deren unteres Ende mit einem Tank verbunden ist, wobei in der Säule im Abstand von ihrer Wand ein Behälter vorgesehen ist, der im unteren Teil Löcher aufweist, und wobei am oberen Ende der Säule zwei Rohre angebracht sind, von denen das eine Rohr nach außen mit einer Zuleitung, nach innen mit dem Behälter verbunden ist und das andere Rohr in offener Verbindung mit der Säule steht und eine Zuleitung besitzt, und wobei der Tank eine Entleerungseinrichtung aufweist Durch die Löcher am Boden des Behälters innerhalb der Säule können bei erhöhtem Durchsatz der flüchtigen Fraktion in Gasform Flüssigkeitsfäden gebildet werden, wodurch die Kontaktfläche vergrößert wird. Umgekehrt wird die Kontaktfiäche zwischen verflüssigtem Gas und Rüchtiger Fraktion in Gasform durch Ansteigen des Flüssigkeitspegels und Bedecken dieser Löcher im Boden des Behälters verkleinert, wenn die Menge des eingeführten Gases bzw. dessen Druck abnimmt

Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung, wenn der Querschnitt des Behälters in seinem unteren Teil in senkrechter, absteigender Richtung abnimmt. Dadurch ist eine weitere Möglichkeit der Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Kontaktfläche zwischen verflüssigtem Gas und flüchtiger Fraktion in Gasform gegeben.

Der Erfindung ist vorteilhaft dadurch weiter ausgestaltet daß der Tank zur Horizontalen schwach geneigt ist. Auch hierdurch kann die Anpassungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert werden. Bei größeren Mengen anstehenden Gases wird nämlich zusätzliches Gas in den Tank eingeführt Dies wird dann ebenfalls in der Flüssigkeit aufgelöst, insbesondere dann, wenn der Druck erfindungsgemäß eine Einspritzeinrichtung aufweist. Durch diese zusätzlichen Einrichtungen wird praktisch eine weitere Vergrößerung der Kontaktfläche vorgesehen.
Auch die weitere Ausgestaltung der Erfindung, wonach in der Säule unter dem Behälter eine Zuleitung vorgesehen ist, vergrößert die Kontaktfläche und damit die Möglichkeit zum Auflösen der flüchtigen Fraktion in dem verflüssigten Gas.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet eine sehr anpassungsfähige Arbeitsweise. Einerseits ist es möglich, dem verflüssigten Gas die flüchtige Fraktion unabhängig von ihrem physikalischen Zustand, also ob gasförmig oder zweiphasig zuzumischen. Wenn andererseits die flüchtige Fraktion in Gasform zugemischt wird, paßt sich die Kontaktoberfläche zwischen Gas und Flüssigkeit, die für die Massen- und Wärmeübertragung notwendig ist, von selbst dem Verhältnis der Gasströmungsmenge zur Flüssigkeitsströmungsmenge an, die in der Vorrichtung fließt. Wenn somit der gasförmige Durchsatz ansteigt, so vergrößert sich bei einem gegebenen Flüssigkeitsdurchsatz die Kontaktfläche.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt der Vorrichtung nach Linie B-B der F i g. 2. Hierin sind schematisch die Leitungen und Ventile dargestellt, die die Beschickung und Entleerung der Vorrichtung zulassen.

Fig.2 zeigt im Schnitt nach Linie A-A der Fig. 1 dieselbe Vorrichtung. Strömungsmittelzutritt und Austritt wird hier ebenfalls schematisch dargestellt.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 weist im wesentlichen zwei Teile auf, nämlich eine senkrechte Säule 1 und einen Tank 2. Die Säule 1 ist im wesentlichen zylindrisch, der Tank 2 ist ebenfalls im wesentlichen zylindrisch und schwach gegen die Horizontale geneigt. Die Säule 1 und der Tank 2 stehen mit ihrer Durchdringungsfläche in offener Verbindung und bilden einen dichten Aufbau. Die Säule 1 ist an ihrem oberen Teil durch einen Kugeldom 3 geschlossen. In diesem Oberteil befindet sich im Inneren und im Abstand von der Wand der Säule 1 eine Kugel oder ein sonstiger Behälter 4 in konzentrischer Anordnung zu dem Dom 3. Dieser Behälter 4 (Kugel) ist

in seinem unteren Teil mit Löchern 5 versehen, um mehrere Flüssigkeitsstrahlen zu bilden. Diese Löcher 5 sind in der Wand des kugelförmigen Behälters 4 auf einer Kugelschale verteilt Zwei konzentrische Zylinderrohre

6 und 7 sind in der Symmetrieachse an der Spitze der Säule 1 angebracht

Die Leitung 6 gestattet die Speisung des Auffangrohres und der Säule 1 mit verflüssigtem Gas und stellt die Verbindung mit dem Inneren der Kugel 4 her. Das Rohr

7 gestattet die Einführung der flüchtigen Fraktion in Gasform in die Säule 1 und steht mit dem Inneren der Säule 1 in offener Verbindung. Eine horizontale Ringscheibe 8 schließt das Rohr 7 ab, während ein radialer Rohranschluß bzw. eine Zuleitung 9 die Verbindung mit dem Inneren des Roiirs 7 herstellt. Ein radiales Rohr 10 mit offenem Ende 11 durchdringt die Säule 1 unterhalb der Kugel 4. Ein mit einem Ventil 13 ausgerüstetes Rohr 12 ist mit dem Inneren der Säule 1 in ihrem oberen Teil verbunden und gestattet die periodische Abziehung unlöslicher und nicht kondensierbarer Gase Der Tank 2 besitzt im Inneren in seinem mittleren Teil Einspritzeinrichtungen für die flüchtige Fraktion in Gasform, bestehend aus zwei Querwänden !4 und 15, die nahe beeinander liegen und an die Wand des Tanks 2 angeschlossen sind. Diese Trennwände 14 und 15 halten eine rechtwinklige Lochplatte 16 und bilden einen Kasten 17, der mit dem Inneren des Tanks 2 durch Löcher der Platte 16 in Verbindung steht. Die Lochplatte 16 liegt im wesentlichen horizontal und befindet sich in der Nähe der Symmetrieachse des Tanks 2.

Zwei äußere Zylinderleitungen 18 und 19, die zu beiden Seiten des Tanks 2 angeordnet sind, stehen mit dem Inneren des Kastens 17 unter der Lochplatte 16 in offener Verbindung. Die Leitungen 18 und 19 haben dieselbe Symmetrieachse. Diese verläuft senkrecht zur Symmetrieachse des Tanks 2 und liegt in der Lochplatte 16. Die Leitungen 18 und 19 sind an ihrem Ende durch die Zylinderscheiben 20 bzw. 21 verschlossen. Zwei radiale und senkrechte Rohre 22 und 23 sind mit den Leitungen 18 und 19 in offener Verbindung. Eine Leitung 51 ist am unteren Teil des Tanks 2 angesetzt.

Die Kugel 4 wird mit verflüssigtem Gas durch die Zuleitung 24 gespeist, die mit dem Rohr 6 verbunden ist und durch das Ventil 25 gesteuert wird. Die Säule wird mit flüchtiger Fraktion in Gasform durch die Leitung 26 gespeist, die an das Rohr 9 angeschlossen ist und durch das Ventil 27 gesteuert wird. Der Tank 2 wird mit flüchtiger Fraktion in Gasform durch die Leitungen 28 und 29 gespeist, die an die Rohre 22 bzw. 23 angeschlossen sind. Die Säule 1 wird mit flüchtiger Fraktion in flüssiger Form durch die an das Rohr 10 angeschlossene und durch das Ventil 50 gesteuerte Leitung 30 gespeist. Aus dem Tank 2 wird verflüssigtes Gas abgewandelter Zusammensetzung durch die an Rohr 51 angeschlossene und durch Ventil 53 gesteuerte Leitung 52 abgezogen. Die Leitungen 28 und 29 sind mit einer Leitung 31 verbunden, die durch ein Ventil 32 gesteuert wird. Die Leitungen 31 und 26 sind mit einer Leitung 33 verbunden. Die Leitungen 30 und 33 sind mit einer Zutrittsleitung für die flüchtige Fraktion in Gasform, Zweiphasenform oder als Flüssigkeit verbunden.

Meßfühler 35 für den physikalischen Zustand der durch die Leitung 34 fließenden flüchtigen Fraktion sind in dieser Leitung 34 auf der Aufstromseite zur Verbindungsstelle der Leitungen 30 und 33 angeordnet. Die von den Fühlern 35 abgegebene Information wird an einen Regelkasten 36 übertragen, der das Ventil 50 und die Ventile 27 und 32 betätigen kann.

Um die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 zu beschreiben, sei der Zusatz von Stickstoff in ein verflüssigtes Naturgas angenommen- Um die Anpassungsfähigkeit der Wirkungsweise der Vorrichtung zu erläutern, werden nacheinander ein konstanter Massendurchsatz an verflüssigtem Naturgas, der Fall einer Auflösung eines wachsenden Massendurchsatzes an Stickstoffgas und der Fall einer Auslösung eines konstanten Massendurchsatzes an Stickfoff von abnehmender Temperatur angenommen.

Im ersten Fall tritt eine konstante Menge verflüssigtes Naturgas in die Kugel 4 aus Leitung 24 bei geöffnetem Ventil 25 ein. Die Ventile 50 und 32 sind geschlossen, während das Ventil 27 offen ist. Infolgedessen wird Stickstoffgas durch Leitung 9 in die Säule 1 eingeführt Wenn man sehr wenig Stickstoff einführt, stellt sich das Flüssigkeitsniveau beispielsweise auf P\ zwischen der Wand der Säule 1 und der Kugel 4 auf eine Höhe der oberen Hälfte der Kugel 4 ein, und die so erhaltene relativ kleine Kontaktfläche entspricht den kleinen Masse- und Wärmeübertragungen, die für die Auflösung des gasförmigen Stickstoffes notwendig sind. Da der Behälter 4 in seinem unteren Teil einen in senkrechter Richtung abwärts abnehmenden Querschnitt besitzt, sinkt das Flüssigkeitsniveau, und die Kontaktfläche vergrößert sich zwischen den Niveaus Pi und Pi, wenn man den Gasdurchsatz vergrößert. Es erfolgt also eine Anpassung an wachsenden Durchsatz an Stickstoffgas. Vom Niveau P₃ an legt dann die Kontaktfläche die Löeher 5 der Kugel 4 frei, und das verflüssigte Naturgas verteilt sich darauf als Dusche oder in zahlreichen Flüssigkeitsfäden. Von Pz an sinkt das Flüssigkeitsniveau in der Säule 1 nach Maßgabe steigenden Stickstoffdurchsatzes, beispielsweise bis auf P₄. Zwischen P₃ und Pa kommt zu der Kontaktfläche der horizontalen Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche die relativ große Kontaktfläche entsprechend den aus der Kugel 4 austretenden Flüssigkeitsfäden hinzu. Diese zweite, durch die Fäden gebildete Oberfläche vergrößert sich ebenfalls, wenn der Stick Stoffdurchsatz ansteigt. Von einem Gasdurchsatz an, der der Einstellung des Flüssigkeitsniveaus auf P* entspricht, wird das Ventil 32 geöffnet und zusätzliche Durchsatzmengen an Stickstoffgas in den Kasten 17 eingespritzt und über die Lochplatte 16 in den Flüssigkeitsstrom verteilt, der im Tank 2 enthalten ist. Für kleine zusätzliche Durchsatzmengen, die durch den Kasten 17 eingeführt werden, löst sich der Stickstoff vollständig in dem Flüssigkeitsstrom des Tanks 2. Wenn man den zusätzlichen Zusatz vergrößert, sättigt sich der Flüssigkeits-Strom des Tanks 2 an Stickstoff, und der nicht aufgelöste Gasanteil steigt von Tank 2 in die Säule 1 auf. Das Flüssigkeitsniveau stellt sich dann zwischen Pt und Ps ein, und der vom Tank 2 stammende Reststickstoff wird beim Auftreffen auf die aus der Kugel 4 austretenden Flüssigkeitsfäden aufgelöst.

Wie aus Vorstehendem hervorgeht, ist es also möglich, die für die Auflösung des Stickstoffes im verflüssigtem Naturgas erforderliche Kontaktfläche dem Durchsatz an Stickstoffgas anzupassen.

Bei dem zweiten vorgesehenen Fall wird eine konstante Durchsatzmasse an Stickstoffgas, deren Temperatur abnimmt, durch Leitung 9 eingeführt, während die Ventile 32 und 50 geschlossen sind und das Ventil 27 offen ist. Das Flüssigkeitsniveau stellt sich beispielswei-

b5 se auf Pa ein, und das verflüssigte Naturgas wird in die Säule 1 mil zahlreichen Flüssigkeitsfäden eingeführt. Wenn der Stickstoff Zweiphasenzustand annimmt, ist die zu kondensierende Strömungsmasse kleiner, und das

Flüssigkeitsniveau steigt in der Säule 1 an. Wenn dann der Stickstoff flüssig ist, ist die Säule 1 vollständig gefüllt. Wenn man die Einführung von flüssigem Stickstoff in das verflüssigte Gas durch Leitung 9 fortsetzt, besteht die Gefahr der Bildung fester Ablagerungen in der Ku- 5 gel 4, welche die Löcher 5 verschließen können. Sobald der Stickstoff flüssigen Zustand annimmt, ruft der Fühler 35 auch vermittels des Kastens 36 die Schließung des Ventils 27 und Öffnung des Ventils 50 hervor. Der Stickstoff wird dann durch das Rohr 10 unterhalb der Kugel 4 10 in das die Säule I ausfüllende verflüssigte Naturgas eingespritzt.

Die beiden vorstehend angenommenen Funktionsfälle sind nur Beispiele für den möglichen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es können aber auch an- 15 dere Funktionsweisen ermöglicht werden. Der Stickstoff kann beispielsweise in Zweiphasenform zur Verfügung stehen, und in diesem Fall zerlegt man ihn in einem Abscheider aufstromseitig von der Säule 1 und schickt die Gasphase durch das Rohr 9 und/oder den Kasten 17, 20 die flüssige Phase dagegen durch das Rohr 10.

Um beispielsweise ein mit 9,5 Vol.-% Stickstoff und mit 2 Vol.-°/o Naturgas (aus den verdampften Anteilen von verflüssigtem Naturgas in einem Vorratsbehälter) versetztes Naturgas zu bilden, benutzt man die Vorrichtung gemäß der Erfindung zwecks Zusatz dieser Gase in das Naturgas in flüssigem Zustand. In diesem Fall arbeitet die Vorrichtung unter 5,5 ata, und das verflüssigte Naturgas tritt in das Rohr 6 mit — 158°Cein. Das Stickstoffgas und die verdampften Fraktionen des Naturgases werden vereinigt und durch das Rohr 9 und die Rohre 22 und 23 bei 142°C eingeführt. Von den 9,5% Stickstoff gehen 7,5% durch die Leitung 9 und 2% durch den Kasten 17. Wenn das verflüssigte Naturgas diese flüchtigen Fraktionen aufgelöst und kondensiert hat, wird es durch Rohr 51 mit —149°C abgezogen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Auflösen einer flüchtigen Fraktion in einem verflüssigten Gas, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine senkrechte Säule (1) aufweist, deren unteres Ende mit einem Tank (2) verbunden ist, wobei in der Säule (1) im Abstand von ihrer Wand ein Behälter (4) vorgesehen ist, der im unteren Teil Löcher (5) aufweist, und wobei am oberen Ende der Säule (1) zwei Rohre (6) und (7) angebracht sind, von denen das eine Rohr (6) nach außen mit einer Zuleitung (24), nach innen mit dem Behälter (4) verbunden ist und das andere Rohr (7) in offener Verbindung mit der Säule (1) steht und eine Zuleitung (9) besitzt, und wobei der Tank (2) eine Entleerungseinrichtung (51 —33) aufweist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Behälters (4) in seinem unteren Teil in senkrechter, absteigender Richtung abnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (2) zur Horizontalen schwach geneigt ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (2) eine Einspritzeinrichtung (14—17) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Säule (1) unter dem Behälter (4) ein Rohr (10) mit dem offenen Ende (11) vorgesehen ist.