DE2139586B1 - Verfahren und Anlage zum Verflüssigen und Wiederverdampfen von Erdgas oder Methan - Google Patents

Verfahren und Anlage zum Verflüssigen und Wiederverdampfen von Erdgas oder Methan

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen und Wiederverdampfen von Erdgas oder Methan bei deren Lagerung, bei dem die beim Abkühlen und Verflüssigen des Erdgases oder Methans frei werdende Wärme gespeichert und beim Verdampfen und An-
wärmen des Erdgases wieder zur Verfügung gestellt und zur Wärmespeicherung ein Hilfskälteträger dient, der in jeder Phase des Verfahrens in flüssigem Zustand vorliegt. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens.
Es ist bekannt, mit Hilfe von Stickstoff als Hilfskälteträger sommerliche Erdgasüberschüsse lokal zu speichern und im Winter durch Rückverdampfen den Verbrauchern zuzuführen (deutsche Auslegeschrift 1053 011). Da eine Speicherung von gasförmigem Stickstoff in dem zwischen der Verflüssigung und der Wiederverdampfung des Erdgases liegenden Zeitraum wegen des hierfür nötigen außergewöhnlich großen Behältervolumens unzweckmäßig ist, muß der Stickstoff durch eine mit der Erdgasverdampfung gekoppelte Luftzerlegung stets von neuem gewonnen werden. Anlage- und Betriebskosten der Luftzerlegung gehen also, wenn für den gleichzeitig anfallenden Sauerstoff keine Absatzmöglichkeiten vorhanden sind, zu Lasten der Erdgasspeicherung.
Diese Nachteile werden vermieden, wenn man . Kohlenwasserstoffe, die während des gesamten Kreis- ψ prozesses der Verflüssigung und Wiederverdampfung flüssig und damit pumpbar sind, als Hilfskälteträger verwendet, wie dies durch die deutsche Auslegeschrift ag 1 245 999 bekanntgeworden ist. Der Wärmeaustausch zwischen Erdgas oder Methan und flüssigen Kälteträgern ist jedoch mit erheblichen Energieverlusten verbunden, weil dabei auf Grund der Tatsache, daß die spezifische Wärme der Kälteträger während des gesamten Verfahrensablaufs praktisch konstant bleibt, größere Temperaturdifferenzen auftreten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Energieverluste zu vermindern, die entstehen, wenn die beim Abkühlen und Verflüssigen des Erdgases oder Methans frei werdende Wärme gespeichert bzw. beim Verdampfen und Anwärmen des Erdgases wieder zur Verfügung gestellt wird, und wenn dabei Hilfskälteträger verwendet werden, die in jeder Phase des Verfahrens als Flüssigkeit vorliegen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl beim Abkühlen und Verflüssigen als auch beim Verdampfen und Anwärmen des Erdgases oder Methans unterhalb einer mittleren, durch den
Verflüssigungsbeginn des Erdgases oder Methans gegebenen Temperatur der Hilfskälteträger und oberhalb der mittleren Temperatur entweder der Hilfskälteträger in verminderter Menge oder feste Speichermasse zur Wärmeaufnahme bzw. -abgabe herangezogen wird. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die pro Temperatureinheit vom Hilfskälteträger abgegebene bzw. aufgenommene Wärmemenge in jedem Temperaturbereich so bemessen ist, daß sie an das wärmeaufnehmende bzw. wärmeabgebende Erdgas oder Methan, dessen spezifische Wärme sich mit der Temperatur stark verändert, bei nur geringen Temperaturdifferenzen übertragen werden kann. Der Wärmeaustausch zwischen Erdgas oder Methan und den Hilfskälteträgern läßt sich daher mit geringen Energieverlusten durchführen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich besonders gut, um kurzzeitige Verbrauchsschwankungen auszugleichen. Bevorzugt dient es daher zum Verflüssigen und Wiederverdampfen im Wechsel zwischen Nacht und Tag: Überschüssiges Erdgas oder Methan wird nachts durch Wärmeaustausch mit dem Hilfskälteträger verflüssigt und tagsüber unter Aufnahme von Wärme aus dem Hilfskälteträger wieder verdampft. Eine andere günstige Einsatzmöglichkeit für das Verfahren gemäß der Erfindung ist die Deckung von wöchentlich auftretenden Bedarfsspitzen, wobei Erdgas während des Wochenendes verflüssigt und an den Wochentagen mit überdurchschnittlich hohem Verbrauch wieder verdampft wird.
Diejenige Temperatur, bei der erfindungsgemäß die während der Erdgasverflüssigung auf den Hilfskälteträger zu übertragende Wärmemenge pro 0K vermindert bzw. bei der die diesem während der Erdgasverdampfung zu entnehmende Wärmemenge pro 0K vermehrt wird, liegt beim »Verflüssigungsgbeginn« des Erdgases oder Methans. Diese Angabe soll nicht nur diejenige Temperatur bezeichnen, bei der im Verlauf der Abkühlung die Bildung einer flüssigen Phase einsetzt, sondern sie soll auch diejenige Temperatur einschließen, bei der sich beim Abkühlen unter überkritischem Druck die dem Verflüssigungsbeginn entsprechende starke Zunahme der spezifischen Wärme des Erdgases oder Methans bemerkbar macht. ■
Die im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung als flüssige Hilfskälteträger dienenden Stoffe müssen einen Schmelzpunkt besitzen, der unter dem des flüssigen Erdgases oder Methans oder zumindest unter 132°K liegt. Außerdem ist es von Vorteil, wenn der Dampfdruck bei Umgebungstemperatur 1 bar oder wenig mehr beträgt. Vorzüglich geeignet sind folgende Kohlenwasserstoffe oder Halogenkohlenwasserstoffe:
Name
Formel
Schmelzpunkt
in 0K
Siedepunkt bei 1,01 bar in 0K
Chlordifluormethan
Dichlordifmormethan
1-Chlor-1,2,2-Trifluoräthylen.
1-Chloräthylen
Dimethyldiboran
Propylen
Propan
1-Methylpropan
Isopren
2-Methylbutan
Methylcyclopentan
2-Methylpentan
CHClF2
CF2Cl2
C2ClF3
C2H3Cl
C3H6
C3H8
C4H10
C5H8
C5H12
113,2
118,2
115,7
119,5
123,0
88,2
86,1
128,2
126,5
113,5
130,8
119,2
232,4
243,4
245,3
259,4
270,6
225,5
231,1
261,5
305,8
300,8
345,0
333,5
5 6
Aus vorstellender Zusammenstellung ist ersichtlich, dieser Temperatur gespeichert wird, während der Rest
daß 2-Methylbutan die erwähnten Bedingungen be- des Hilfskälteträgers durch Wärmeaustausch mit dem
sonders gut erfüllt. Propan besitzt zwar einen sehr nied- Erdgas oder Methan auf etwa Umgebungstemperatur
rigen Schmelzpunkt, hat jedoch bei Umgebungstem- angewärmt und dann ebenfalls gespeichert wird, und
peratur einen ziemlich hohen Dampfdruck, so daß 5 daß bei der Verdampfung und Anwärmung des Erd-
der zum Speicherndes Hilfskälteträgers bei Umgebungs- gases oder Methans der bei Umgebungstemperatur ge-
temperatur bestimmte Behälter für einen entsprechend speicherte Hilf skälteträger im Wärmeaustausch mit
hohen Druck ausgelegt werden muß. dem Erdgas oder Methan auf die mittlere Temperatur
Erfindungsgemäß kann oberhalb der Temperatur abgekühlt und zusammen mit dem bei der mittleren des Verflüssigungsbeginns auch feste Speichermasse als io Temperatur gespeicherten Hilf skälteträger durch Hilfskälteträger verwendet werden. Bei dieser Kombi- Wärmeaustausch mit dem Erdgas oder Methan auf die nation der Kältespeicherung in einem Regenerator mit tiefe Temperatur abgekühlt und gespeichert wird, der Kältespeicherung durch einen flüssigen Hilfskälte- Beim Verfahren gemäß der Erfindung muß der träger wird die Abkühlung des Erdgases auf etwa die Hilfskälteträger bei zwei erheblich unter Umgebungs-Verflüssigungstemperatur und die Anwärmung des 15 temperatur Hegenden verschiedenen Temperaturen, verdampften Erdgases von der Speichermasse des Rege- nämlich bei der tiefen, über der Lagertemperatur des nerators übernommen. Der Hilfskälteträger speichert Erdgases oder Methans liegenden Temperatur und bei im wesentlichen nur die latente Wärme des Erdgases. der mittleren, durch den Verflüssigungsbeginn des Erd-Dieses Verfahren bietet den weiteren Vorteil, daß CO2 gases oder Methans gegebenen Temperatur, gespeichert und H2O aus dem zu verflüssigenden Erdgas nicht in 20 werden. Man kann sich hierzu zweier getrennter Speieiner besonderen Anlage entfernt zu werden brauchen, cherbehälter bedienen. Wenn man jedoch in Weiterda diese Verunreinigungen während der Abkühlung bildung des Erfindungsgedankens den bei der tiefen auf der Speichermasse niedergeschlagen und beim An- Temperatur gespeicherten Hilfskälteträger von dem bei wärmen vom Erdgas aufgenommen und fortgeführt der mittleren Temperatur gespeicherten Hilfskälteträwerden. Hinzu kommt, daß als Hilfskälteträger auch 25 ger durch eine schwebende Isolierschicht getrennt hält, Flüssigkeiten mit höherem Dampfdruck wie z. B. so braucht zur Speicherung der beiden Flüssigkeits-Äthan geeignet sind, da eine Speicherung der Flüssig- mengen nur ein einziger entsprechend größerer Behälkeit bei Umgebungstemperatur entfällt. ter vorgesehen zu werden.
Damit das Erdgas oder Methan die Wärme, die es Die als Hilfskälteträger aufgeführten Kohlenwasserbeim Abkühlen und Verflüssigen an den Hilfskälte- 30 stoffe und Halogenkohlenwasserstoffe haben sowohl träger abgegeben hat, von diesem beim Verdampfen bei der mittleren als auch bei der tiefen Speichertempeoder Anwärmen wieder aufnehmen kann, muß es beim ratur einen niedrigen Dampfdruck. Um zu verhindern, Verflüssigen unter einem höheren Druck stehen als daß in den betreffenden Speicherbehältern ein Vakuum beim Wiederverdampfen. Der Druck, mit dem das entsteht, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Erdgas der Verflüssigungsanlage zugeführt wird, muß 35 im Dampfraum über den bei den genannten Temperaaußerdem so groß sein, daß durch die im Anschluß an türen gespeicherten Hilfskälteträgern eine Inertgasden Wärmeaustausch mit dem flüssigen Hilfskälteträger atmosphäre, beispielsweise aus Methan, Erdgas oder stattfindende Entspannung in einem Ventil oder in einer Stickstoff, aufrechterhalten und dabei ein geringer Expansionsmaschine genügend Kälte zur Deckung der Überdruck erzeugt. Wegen seiner geringen Löslichkeit Verluste erzeugt wird. 40 in flüssigen Kohlenwasserstoffen ist Wasserstoff als
Das Verhältnis der zum Wärmeaustausch unterhalb Inertgas besonders gut geeignet. Um zu vermeiden, daß der mittleren Temperatur benötigten Menge Hilfs- Inertgas in direkten Kontakt mit dem Hilfskälteträger kälteträgerflüssigkeit zu der zum Wärmeaustausch kommt und sich darin löst, ist es vorteilhaft, den Hilfsoberhalb der mittleren Temperatur benötigten Menge kälteträger von der Inertgasatmosphäre durch eine auf hängt von der Zusammensetzung des zu behandelnden 45 der Flüssigkeitsoberfläche schwimmende Abdeckung Gases ab und vom Verhältnis zwischen den Drücken, getrennt zu halten. Diese schwimmende Abdeckung unter denen die Verflüssigung und die Wiederver- kann beispielsweise aus Korbplatten oder Aluminiumdampfung stattfinden. Bei algerischem Erdgas (Zu- blechtafeln mit Schwimmern bestehen,
sammensetzung etwa 83 Molprozent CH4, 7,1 Mol- Während der Erdgasverflüssigung nimmt die bei der prozent C2H6, 2,3 Molprozent C3H8, 1,4 Molprozent 50 tiefen Temperatur gespeicherte Menge an Hilfskälte-C4 und höhere Kohlenwasserstoffe, 6 Molprozent träger ab, während der Erdgasverdampfung nimmt sie N2 + He, 0,2 Molprozent CO2) arbeitet man Vorzugs- zu. Dementsprechend ändert sich, wenn die für die weise mit einem Druckverhältnis von etwa 50 bar: 8 Aufnahme des Hilfskälteträgers mit der mittleren bzw. bar; das genannte Verhältnis der — in m3 Flüssigkeit mit der tiefen Temperatur bestimmten Speicherbehälgemessenen — Mengen an Hilfskälteträgerflüssigkeit 55 ter mit Hilfe von Inertgas unter Druck gehalten werden, liegt dann bei etwa 2,75. Bei reinem Methan wird die das dem Inertgas zur Verfügung stehende Volumen. Verflüssigung vorzugsweise unter einem Druck von Diese Schwankungen werden übei einen Wärmespeicher 25 bar, die Wiederverdampfung unter einem Druck von durch ein Gasometer ausgeglichen. In weiterer Ausge-8 bar durchgeführt; das genannte Mengenverhältnis staltung der Erfindung geschieht dies dadurch, daß liegt dann am günstigsten bei etwa 7. 60 beim Abkühlen und Verflüssigen von Erdgas oder Me-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung be- than Inertgas von Umgebungstemperatur im Wärmesteht darin, daß beim Abkühlen und Verflüssigen des austausch mit dem auf Umgebungstemperatur anzuunter erhöhtem Druck stehenden Methans oder Erd- wärmenden Hilfskälteträger auf etwa die mittlere Temgases dei Hilfskälteträger, der bei einet tiefen, über der peratur abgekühlt und dann zusammen mit Inertgas, Lagertemperatur des flüssigen Erdgases oder Methans 65 das während des Einspeisens des auf die mittlere Temliegenden Temperatur gespeichert worden ist, im peratur angewärmten Hilfskälteträgers in den zuge-Wärmeaustausch mit dem Erdgas oder Methan auf die hörigen Speicherbehälter aus dem Dampf raum über mittlere Temperatur erwärmt und dann zum Teil bei der Flüssigkeit verdrängt wird, auf die tief e Temperatur
7 8
abgekühlt und in den Dampfraum eines weiteren Spei- flüssige Erdgas bei einer Temperatur von etwa 112°K cherbehälters eingeführt wird, aus dem der bei dieser bei einem Druck von 1 bar gespeichert wird. Der beim Temperatur gespeicherte Hilfskälteträger entnommen Entspannen entstandene Dampf wird ebenso wie-der wird, und daß beim Verdampfen und Anwärmen von durch Wärmeeinstrahlung verdampfte Anteil des flüsflüssigem Erdgas oder Methan Inertgas, das während 5 sigen Erdgases über die Leitung F im Wärmeaustaudes Einspeisens des auf die tiefe Temperatur abgekühl- scher E1 angewärmt, im Kompressor C2 auf den Druck ten Hilfskälteträgers in den weiteren Speicherbehälter verdichtet, mit dem das Erdgas angeliefert wird, aus dem Dampfraum über der Flüssigkeit verdrängt und dann mit diesem zusammenwieder abgekühlt und wird, im Wärmeaustausch mit abzukühlendem Hilfs- verflüssigt. .;.
kälteträger auf die mittlere Temperatur und dann zum io Die für diesen Prozeß erforderliche Kälte wird dem Teil weiter auf Umgebungstemperatur angewärmt im Behälter 1 gespeicherten flüssigen Kälteträger entwird, während der restliche Teil dem Dampfraum des nommen, welcher mit der Pumpe P1 mit einer Tempe-Speicherbehälters zugeführt wird, aus dem der bei der ratur von etwa 133°K dem kalteaEnde des. Wärmeausmittleren Temperatur gespeicherte Hilfskälteträger ent- tauschers E1 zugeführt wird. Im: Gegenstrom mit dem nommen wird. 15 abzukühlenden und zu verflüssigenden Erdgas wird er
Die Anlage zum Durchführen des Verfahrens gemäß auf eine mittlere Temperatur von etwa 215° K angeder Erfindung besitzt einen Wärmeaustauscher mit wärmt. Nun wird ein Teil des Kälteträgers in den Speieinem Querschnitt für Erdgas oder Methan und einem cherbehälter2 eingespeist, während der Rest weiter auf Querschnitt für den Hilfskälteträger, einen Lagertank Umgebungstemperatur angewärmt und dem Speicherfür flüssiges Erdgas oder Methan, der über ein Ventil 20 behälter 3 zugeführt wird. -,,
oder über eine Pumpe mit dem kalten Ende des Erdgas- Das Enthalpie-Temperatur-Diagramm des Wärmequerschnitts verbindbar ist, und drei Speicherbehälter austauschers E1 ist in F i g. 2 dargestellt. Die Abkühlfür den Hilfskälteträger, von denen der erste über eine kurve des unter einem Druck, von 50 bar stehenden Pumpe oder ein Ventil an das kalte Ende des Hilfs- Erdgases ist mit I, die Kurve für die anzuwärmenden kälteträgerquerschnitts, der zweite über eine Pumpe 25 Medien, nämlich Propan als Kälteträger und das in oder ein Ventil mit einem mittleren Abschnitt des Hilfs- Leitung F herausgeführte Gas, ist mit II bezeichnet, kälteträgerquerschnitts und der dritte an das warme Man erkennt, daß auf Grund der^Tatsache, daß nur ein Ende des Hilfskälteträgerquerschnitts anschließbar ist. Teil des Kälteträgers auf Umgebungstemperatur ange-
Um im Dampf raum des ersten und zweiten Speicher- wärmt und der Rest bei der mittleren Temperatur ge-
behälters eine Inertgasatmosphäre aufrechterhalten zu 30 speichert wird, es möglich ist, die.Anwärmkurve an den
können, muß vorstehend geschilderte Anlage ergänzt Verlauf der Abkühlkurve gut anzupassen, so daß der
werden durch einen Inertgasbehälter, der über das Wärmeaustausch mit nur geringen Energieverlusten
warme Ende eines Inertgasquerschnitts des Wärme- durchgeführt werden kann. Zum Vergleich sind in die-
austauschers mit den Dampfräumen des ersten und des sem Diagramm noch die Isqb.aren für 1 bar (langge-
zweiten Speicherbehälters verbunden ist, wobei der 35 strichelt) und 100 bar (kurzgestrichelt) angegeben,
Dampfraum des ersten Speicherbehälters an das kalte Während der Verdampfungsperiode, also tagsüber,
Ende des Inertgasquerschnitts und der Dampfraum des wird flüssiges Erdgas mit der Pumpe P3 auf einen Druck
zweiten Speicherbehälters an einen mittleren Abschnitt von 8 bar gebracht. Die nunmehr im unterkühlten Zu-
des Inertgasquerschnitts angeschlossen ist. stand vorliegende Flüssigkeit wird im Wärmeaustau-
Wird die fühlbare Wärme des Erdgases oder Methans 4° scher E2 angewärmt, verdampft* und weiter auf Umnicht mit Hilfe eines Hilf skälteträgers, sondern durch gebungstemperatur angewärmt. Im Gegenstrom hierzu feste Speichermasse gespeichert, so ist eine Anlage wird der Kälteträger aus dem Speicherbehälter 3 zuerforderlich, bei der eine Pipeline über einen Regenera- nächst auf die mittlere Temperatur und dann zutor, den ersten Querschnitt eines Gegenströmers und sammen mit dem Kälteträger aus dem Speicherbehäleine Pumpe oder ein Ventil mit einem Lagertank für 45 ter 2, der über die Pumpe P2 herangeführt wird, auf die flüssiges Erdgas oder Methan verbunden ist, und bei der wenig über der Lagertemperatur des flüssigen Erdgases der zweite Querschnitt des Gegenströmers am kalten liegende Temperatur von etwa 132° K abgekühlt. Mit Ende über eine Pumpe oder ein Ventil an einen Behäl- dieser Temperatur wird die unterkühlte Flüssigkeit in ter für den bei der tiefen Temperatur gespeicherten den Behälter 1 entspannt.
Hilfskälteträger und am warmen Ende an einen Behäl- 50 F i g. 3 zeigt das Enthalpie-Temperatur-Diagramm
ter für den bei der mittleren Temperatur gespeicherten des Wärmeaustauschers E2. Die Abkühlkurve des
Hilfskälteträger angeschlossen ist. In den Regenerator Kälteträgers ist mit III, die Anwärmkurve des unter
ist vorzugsweise eine Rohrschlange zum Herausführen einem Druck von 8 bar stehenden Erdgases mit IV be-
des aus dem Lagertank gasförmig entweichenden Me- zeichnet, Auch hier ist der Vorteil, der sich daraus er-
thans eingebaut. 55 gibt, daß die mit dem anzuwärmenden Erdgas in
Verfahren und Anlage gemäß der Erfindung werden Wärmeaustausch gebrachte Menge des Kälteträgers
nun an Hand von Ausführungsbeispielen und den zu- unterhalb einer mittleren Temperatur größer gewählt
gehörigen schematischen Darstellungen näher erläu- wird als oberhalb dieser Temperatur, an der guten An-
tert. näherung der Abkühl- und Anwärmkurve deutlich zu
Bei Nacht wird das von CO2 und H2O befreite Erd- 60 erkennen.
gas gemäß dem in F i g. 1 wiedergegebenen Schema Die Kälteverluste des Verfahrens werden durch den
zunächst im Kompressor C1 von 8 bar auf 50 bar ver- Joule-Thomson-Effekt des Erdgases (50 bar — 8 bar)
dichtet und im Wärmeaustauscher .Zs1 so weit abge- gedeckt.
kühlt, bis die schweren Kohlenwasserstoffe konden- F i g. 4 zeigt das Schema eines Verfahrens, bei dem sieren. Sie werden über den Abscheider D1 aus der An- 65 im Dampfraum derjenigen Speicherbehälter, die die auf lage entfernt. Der gasförmig gebliebene Anteil wird im der mittleren bzw. die auf der tiefen Temperatur beWärmeaustauscher E1 auf 135° K abgekühlt und ver- findliche Kälteträgerflüssigkeit aufnehmen, mit Hilfe flüssigt und in den Lagertank T entspannt, in dem das von Wasserstoff ein leichter Überdruck aufrechterhal-
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ten wird. Als Inertgas wird Wasserstoff gewählt, weil hälters 54 und zum Teil nach weiterer Erwärmung in
seine Gleichgewichtskonzentration in dem als Kälte- den Behälter 59. Bis die nächste Verflüssigungsperiode
träger dienenden flüssigen Propan gering ist: Sie be- beginnt, hat sich der nahezu reine Wasserstoff im
trägt bei 132°K etwa 0,02 Molprozent und bei 215°K Speicherbehälter 54 wieder mit Propan gesättigt. Der
etwa 0,04 Molprozent. 5 daraus resultierende leichte Temperaturabfall kann
Die Strömungsrichtung bei Nacht (Erdgasverflüssi- vernachlässigt werden.
gung) ist durch ausgezogene Pfeile, die Strömungs- Wird die Anlage so ausgelegt, daß 100 000 Nm3/
richtung bei Tag (Erdgasverdampfung) ist durch ge- Stunde Erdgas verflüssigt werden können, und ist sie
strichelte Pfeile gekennzeichnet. 10 Stunden in Betrieb, so werden dem Lagertank 45
Bei Nacht wird das CO2-freie trockene Erdgas durch io insgesamt 1700 m3 flüssiges Erdgas zugeführt.
Leitung 40 mit 8 bar zugeführt, im Kompressor 41 auf 22 800 Nm3/Stunde Erdgas werden als Verdamp-
50 bar verdichtet, im Querschnitt 42 des Wärmeaus- fungsgas über Leitung 46 angewärmt und rekompri-
tauschers 43 auf etwa 153°K abgekühlt und verflüssigt miert. Die benötigte Kälte wird durch 2 900 to (4140m3)
und über Ventil 44 auf den Druck des Lagertanks 45, flüssiges Propan zur Verfugung gestellt, das dem Spei-
das ist etwa 1 bar, entspannt. Das dabei entstandene 15 cherbehälter 49 entnommen und auf 215°K angewärmt
Gas sowie der durch Wärmeeinwirkung verdampfte wird. 2 200 to (3630 m3) Propan werden dann in den
Anteil werden über Leitung 46 abgezogen, im Quer- Speicherbehälter 54 eingespeist, 700 to (1460 m3) wer-
schnitt47 angewärmt, vom Kompressor 48 auf den den auf Umgebungstemperatur angewärmt und im
Druck des ankommenden Erdgases gebracht und dann Speicherbehälter 56 gespeichert. Die Wärmebilanz des
zusammen mit diesem weiter verdichtet und verflüssigt. 20 Gesamtverfahrens wird durch die geschilderte Kreis-
Die Kälte für die Verflüssigung wird dem im Spei- laufführung des Inertgases kaum beeinflußt. Die becherbehälter 49 mit einer Temperatur von etwa 132°K nötigte Wasserstoffmenge liegt bei 0,6 to (6700 Nm3). aufbewahrten flüssigen Propan entnommen. Es wird An Hand der F i g. 5 wird diejenige Ausführungsmit Hilfe der Pumpe 50 durch den Querschnitt 51 des form des Verfahrens gemäß der Erfindung erläutert, bei Wärmeaustauschers 43 gefördert und dabei zunächst 25 der zum Abkühlen des Erdgases oder Methans auf die auf 215°K angewärmt. Der größere Teil wird nun über mittlere Temperatur und zum Anwärmen auf Um-Leitung 52 abgezweigt und über Ventil 53 in den gebungstemperatur nicht flüssiger Kälteträger in ver-Speicherbehälter 54 eingespeist, der Rest wird auf minderter Menge, sondern feste Speichermasse verUmgebungstemperatur angewärmt und über Leitung 55 wendet wird. Die Verfahrensführung bei Nacht ist dem unter einem Druck von etwa 11 bar stehenden 30 wiederum durch ausgezogene Pfeile, die Verfahrens-Speicherbehälter 56 zugeführt. Währenddessen strömt führung bei Tag durch gestrichelte Pfeile gekennzeichder Wasserstoff, der den Dampfraum der Speicherbe- net.
hälter 49 und 54 ausfüllt, in umgekehrter Richtung: Gemäß F i g. 5 wird das bei Nacht aus der Pipeline
Er wird aus dem-Speicherbehälter 54 durch die ein- 70 mit 10 bar angelieferte Methan im Kompressor 71
strömende Kälteträgerflüssigkeit verdrängt, gelangt 35 auf 25 bar verdichtet und im Wärmeaustausch mit der
über Leitung 57 in den Inertgasquerschnitt 58 des kalten Speichermasse des Regenerators 72 und mit dem
Wärmeaustauschers 43 und wird zusammen mit dem innerhalb der Rohrschlangen 73 strömenden, aus dem
Wasserstoff aus dem Behälter 59, der den Volumen- Lagertank 74 kommenden gasförmigen Methan auf
unterschied zwischen der dem Speicherbehälter 49 ent- etwa 190° K abgekühlt. Im Gegenströmer 75 findet die
nommenen und der in den Speicherbehälter 54 einge- 40 Verflüssigung des Methans durch Wärmeaustausch mit
speisten Flüssigkeitsmenge ausgleicht, über Leitung 60 dem als Hilf skälteträger dienenden flüssigen Äthan
in den Dampfraum des sich entleerenden Speicherbe- statt, das dem unter einem Druck von etwa 0,1 bar
hälters 49 eingesaugt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß stehenden Behälter 76 mit 150°K über eine Pumpe 77
die Gleichgewichtskonzentration von Propan in der entnommen, auf 1850K erwärmt und mit dieser Tem-
Gasphase bei 132° K nur etwa 0,03 Molprozent, bei 45 peratur im Behälter 78 gespeichert wird. Dabei stellt
215°K dagegen etwa 35 Molprozent beträgt. Das den sich im Behälter 78 ein Druck von 1,1 bar ein. Das den
Speicherbehälter 54 verlassende Gasgemisch besteht Gegenströmer 75 verlassende flüssige Methan wird im
daher zu etwa 35 Molprozent aus Propan; dieses kon- Wärmeaustauscher 79 durch das aus dem Lagertank74
densiert im Speicherbehälter 49 zum größten Teil wie- über Leitung 80 gasförmig entweichende Methan
der aus. 5° unterkühlt und schließlich über das Ventil 81 in den
Bei Tag wird das Erdgas wieder verdampft. Es wird unter etwa Atmosphärendruck stehenden Lagertank74
dabei durch die Pumpe 61 auf den Pipelinedruck, also entspannt. Der dabei entstandene Dampf und der
etwa 8 bar, gefördert, im Querschnitt 42 verdampft und durch Wärmeeinwirkung verdampfte Anteil des flüs-
angewärmt und über Leitung 40 entnommen. Damit sigen Methans werden über die Leitung 80 durch den
währenddessen im Lagertank 45 kein Unterdruck ent- 55 Wärmeaustauscher 79 und die Rohrschlangen 73
steht, wird ihm über den Querschnitt 47 und die Leitung geführt und dabei auf Umgebungstemperatur ange-
46 eine entsprechende, über Ventil 62 abgezweigte wärmt, um, im Kompressor 82 auf Pipelinedruck ge-
Menge Erdgas zugeführt. Gleichzeitig wird flüssiges bracht, zusammen mit dem aus der Pipeline 70 kom-
Propan dem Speicherbehälter 56 über Leitung 55 ent- menden Methan dem Kompressor 71 wieder zugeführt
nommen, im Querschnitt 51 abgekühlt und dann zu- 60 zu werden.
sammen mit dem im Speicherbehälter 54 bei 215°K auf- Während der Wiederverdampfung bei Tag wird
bewahrten und durch die Pumpe 63 herangeführten flüssiges Methan dem Lagertank 74 mit der Pumpe 83
Propan auf etwa 132° K abgekühlt und über Ventil 64 entnommen, auf 10 bar gefördert und im Gegenströmer
in den Speicherbehälter 49 eingespeist. Währenddessen 75 im Gegenstrom mit dem aus dem Behälter 78 mit
verläßt der Wasserstoff den Dampfraum des Speicher- 65 einer Temperatur von 185° K zuströmenden Äthan ver-
behälters49 über Leitung 60, wird im Inertgasquer- dampft. Das Äthan kühlt sich dabei auf 150° K ab und
schnitt 58 teilweise erwärmt und strömt dann zum Teil wird über Ventil 84 dem Behälter 76 zugeführt und
über Leitung 57 in den Dampfraum des Speicherbe- dort gespeichert. Durch die Entnahme flüssigen Me-
thans sinkt der Druck im Lagertank 74. Dieser Druckabfall wird nur zum Teil durch das durch Wärmeeinwirkung entstehende Gas kompensiert. Aus diesem Grunde und aus Gründen der Wärmebilanz im Regenerator 72 wird während der Entnahme flüssigen Methans ein Teil des verdampften Methans über Leitung 85 abgezweigt und dem Lagertank zugeführt. Der
Hauptteil des verdampften Methans wird im Regenerator 72 auf Umgebungstemperatur angewärmt und über Pipeline 70 abgegeben.
Im Falle der Verwendung von Äthylen als Kälteträger würde der Behälter 76 bei 150° K unter einem Druck von 0,28 bar und der Behälter 78 bei 185° K unter einem solchen von 2,4 bar stehen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Verflüssigen und Wiederver dampfen von Erdgas oder Methan bei deren Lagerung, bei dem die beim Abkühlen und Verflüssigen des Erdgases oder Methans frei werdende Wärme gespeichert und beim Verdampfen und Anwärmen des Erdgases wieder zur Verfügung gestellt und zur Wärmespeicherung ein Hilfskälteträger dient, der in jeder Phase des Verfahrens in flüssigem Zustand vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl beim Abkühlen und Verflüssigen als auch beim Verdampfen und Anwärmen des Erdgases oder Methans unterhalb einer mittleren, durch den Verflüssigungsbeginn des Erdgases oder Methans gegebenen Temperatur der Hilfskälteträger und oberhalb der mittleren Temperatur entweder der Hilfskälteträger in verminderter Menge oder feste Speichermasse zur Wärmeaufnahme bzw. -abgabe herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abkühlen und Verflüssigen des unter erhöhtem Druck stehenden Methans oder Erdgases der Hilfskälteträger, der bei einer tiefen, über der Lagertemperatur des flüssigen Erdgases oder Methans liegenden Temperatur gespeichert worden ist, im Wärmeaustausch mit dem Erdgas oder Methan auf die mittlere Temperatur erwärmt und dann zum Teil bei dieser Temperatur gespeichert wird, während der Rest des Hilfskälteträgers durch Wärmeaustausch mit dem Erdgas oder Methan auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und dann ebenfalls gespeichert wird, und daß bei der Verdampfung und Anwärmung des Erdgases oder Methans der bei Umgebungstemperatur gespeicherte Hilfskälteträger im Wärmeaustausch mit dem Erdgas oder Methan auf die mittlere Temperatur abgekühlt und zusammen mit dem bei der mittleren Temperatur gespeicherten Hilfskälteträger durch Wärmeaustausch mit dem Erdgas oder Methan auf die tiefe Temperatur abgekühlt und gespeichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der tiefen Temperatur gespeicherte Hilfskälteträger von dem bei der mittleren Temperatur gespeicherten Hilfskälteträger durch eine schwebende Isolierschicht getrennt gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Dampfraum über dem bei der mittleren Temperatur gespeicherten Hilfskälteträger und im Dampfraum über dem bei der wenig über der Lagertemperatur des Erdgases oder Methans liegenden Temperatur gespeicherten Hilfskälteträger eine Inertgasatmosphäre aufrechterhalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskälteträger von der Inertgasatmosphäre durch eine auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmende Abdeckung getrennt ge- halten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abkühlen und Verflüssigen von Erdgas oder Methan Inertgas von Umgebungstemperatur im Wärmeaustausch mit dem auf Umgebungstemperatur anzuwärmenden Hilfskälteträger auf etwa die mittlere Temperatur abgekühlt und dann zusammen mit Inertgas, das während des Einspeisens des auf die mittlere Temperatur angewärmten Hilfskälteträgers in den zugehörigen Speicherbehälter aus dem Dampfraum über der Flüssigkeit verdrängt wird, auf die tiefe Temperatur abgekühlt und in den Dampfraum eines weiteren Speicherbehälters eingeführt wird, aus dem der bei dieser Temperatur gespeicherte Hilfskälteträger entnommen wird, und daß beim Verdampfen und Anwärmen von flüssigem Erdgas oder Methan Inertgas, das während des Einspeisens des auf die tiefe Temperatur abgekühlten Hilfskälteträgers in den weiteren Speicherbehälter aus dem Dampfraum über der Flüssigkeit verdrängt wird, im Wärmeaustausch mit abzukühlendem Hilfskälteträger auf die mittlere Temperatur und dann zum Teil weiter auf Umgebungstemperatur angewärmt wird, während der restliche Teil dem Dampfraum des Speicherbehälters zugeführt wird, aus dem der bei der mittleren Temperatur gespeicherte Hilfskälteträger entnommen wird.
7. Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher (43) mit einem Querschnitt (42) für Erdgas oder Methan und einem Querschnitt (51) für den Hilfskälteträger, einen Lagertank (45) für flüssiges Erdgas oder Methan, der über ein Ventil (44) oder über eine Pumpe (61) mit dem kalten Ende des Erdgasquerschnitts (42) verbindbar ist, und drei Speicherbehälter für den Hilfskälteträger, von denen der erste (49) über eine Pumpe (50) oder ein Ventil (64) an das kalte Ende des Hilfskälteträgerquerschnitts (51), der zweite (54) über eine Pumpe (63) oder ein Ventil (53) mit einem mittleren Abschnitt des Hilfskälteträgerquerschnitts (51) und der dritte (56) an das warme Ende des Hilfskälteträgerquerschnitts (51) anschließbar ist.
8. Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Inertgasbehälter (59), der über das warme Ende eines Inertgasquerschnitts (58) des Wärmeaustauschers (43) mit den Dampfräumen des ersten und des zweiten Speicherbehälters (49 und 54) verbunden ist, wobei der Dampfraum des ersten Speicherbehälters (49) an das kalte Ende des Inertgasquerschnitts (58) und der Dampfraum des zweiten Speicherbehälters (54) an einen mittleren Abschnitt des Inertgasquerschnitts (58) angeschlossen ist.
9. Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pipeline (70) über einen Regenerator (72), den ersten Querschnitt eines Gegenströmers (75) und eine Pumpe (83) oder ein Ventil (81) mit einem Lagertank (74) für flüssiges Erdgas oder Methan verbunden ist, und daß der zweite Querschnitt des Gegenströmers (75) am kalten Ende über eine Pumpe (77) oder ein Ventil (84) an einen Behälter (76) für den bei der tiefen Temperatur gespeicherten Hilfskälteträger und am warmen Ende an einen Behälter (78) für den bei der mittleren Temperatur gespeicherten Hilfskälteträger angeschlossen ist.
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