DE2139586C2 - 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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DE2139586C2 DE19712139586 DE2139586A DE2139586C2 DE 2139586 C2 DE2139586 C2 DE 2139586C2 DE 19712139586 DE19712139586 DE 19712139586 DE 2139586 A DE2139586 A DE 2139586A DE 2139586 C2 DE2139586 C2 DE 2139586C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vcrflüssigen 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 Erdgjses wieder /m VerfuLur·.: L'e-.te!lt und zur Wärmespeicherung ein 1 iilfskälteträüe^dient. der in jeder Phase des Verfahren- in iliissitienf Zustand vorliegt. Die Erfindung betrifft aui.'er..!e;r, eine Anlage /um durchführen de- \ erfahren*.
L>, ist bekannt, mit Hilfe ■·,? Mickst, ff als HiIf.-käketräger sommerliche Frdgasiihersehusse irl-.il /u speichern und im Winter durch Ri:a verdampfen den Verbrauchern 7i;/Liführen ufcu^chc Ai^k-üe-chrift Ιπ53ΟΓϋ. Da eine Speicherung -.on ga-förnn>em St ι*- k-toff in dem zwischen der \ ortl ü->i-Lr; n und "der Vueder\erdampfimg es Erdgases !legcrdcr.'Zciu au,!; »egen des hierfür nötigen au· e-geüöhnhch groiVen li.haltervolumens tinzwec-kmäL-'iL! i\t. muH der\s:ick-S'nff durch eine nut der [■ rdgas-crcYmpfung eckonpeite L'jftzerlegung stecs ν,.ιη r;CV!em ucv^Hicn Wer : ;;. An-.■ge- und Betrie.Sk.-tcn der L ,^zerlegung g'„i:eii also. ,._-nn für den gleichzeitig anfauchen Sauerstoff keile ■, ■ -.!!zmöglichkeiten '.orhurJeii smd. /u L.a:-i----r- i\?~ . Jir.isspeicherung.
Diese Nachteile v.erdei. --e: mieden, '-'.enn man . .i!-jnua'i.>erMir-iTe. die während de> üeyiiviien kreis- : : ./cs^-c^ der v'ertlüsÄiijüng uml W ;-der\ erjanipfune
, ml: und damit pumpojr -inJ. aN Hiii'-.kdltetriii-^r
. - λeiiclet. wie dies dure'i die deaibche Ausle2e>chrif:
-^ W-) bckanniLWW.rden :- fJcr VV änne.iuiraiiscii . :-.chen Hriigas oder Methan lind ih^si-en Käiteträ- .-:,-, i-t jedoch mit erhchiiciu-n i Ye: de\.erlii:>ten ^er- :nden. weil dabei auf Grund der Tatsache, dal· die .·/;'Uschi'. VVärmc der Kahctr;:ycr wahrer".! <!js uc- i ■■ VerfahrensaMauf': prakti-eh kc:i>',!ni riL;i"i. erc'/e- ! enineraturdifferenzen aufireien.
Die Aufgabe der Lrfindunt; besteht dan::, die Lner-
■:e-e'!u>!e .-'u vermindern, die entstehen, wenn die >-eim \l·:·- iihien und \'ernüssiuen des I rdüases «."der Methans Γγei v-erderdc W..riii,; jjespeichen ivw beim \c:J;.nipfen i:: J Anwärmen des LYdyases wieder /ur V'crfiiszuni; üC: : t wird, iirti wenn d.'bei Hilfskältetriieer \erv., Yi werden, die in jeder !'hase des Verfabnens als ! ■ .iL-keit vorliegen.
. ',λο ,Aufgabe wird eriincluriüsjiemilil dadureh üe-':■ ■■. daB sowohl heim Ahk'ihien und \ erllüssiüen als ,:. ι I)CUiI Verdampfen und Anwärmen des hrdcases \leihans unterhalh einer mittleren, durch den V : !hii-iL'imysheL'inn des [iuigases oder Methans gep enen Temperatur der f lüfskäheträger und oberhalb <l· 'nittleren Temperatur entweder der Hilfskälieträ-}:■·· m verminderter Menge ii'jer feste .Speichermasse /ur Wärmeaufnahme bzw. -ahuane henmgezoüen wird, iicr Vorteil dieses Verfahrens lieiit darin, dal.' die pro Temperatureinheit -.rm HilSkällclriiccr abgegebene b.Av. aufuenommene Wärmemenge in jedem Temperaiurbereich so bemessen ist. daß sie an das warmeaufnehmende bzw. \> änr.eabgebende lirdgas oder Methan, dessen sf.e.iiisciie Wärme sich milder Temperatur stark verändert, nei nur wringen Temperaturdifferenzen übertragen werden kann. Der Wärmeaustausch zwischen Erdgas oder Methan und den Hiifskälteträgern !äl.k sieh daher mi: geringen Fncrgieveritisien durchführen.
Das "',erfahren gemäß der Erfindung eignet sich besonders gu;, um kurr/eiiige Λ· eriira'ichsrxhwankungen auszugleichsn. fievor.-uui dient es daher zum \'crilübsiüen i.nd W leuer'.erdan.nfen in- Wechsel /wischen \a«.ht und l:m. I herschii>-iges Li'is;<is oder Methan wird nachts durch Wärmeaustausch mit dem Hilfskälteiräsier \erilü^siti; und tagsüber unter Aufnahme ■. on W arme aus dem Hilf r.älieträger wieder ve mampft. Eine andere üün.->ti»e Fins.uzmi'mlichkeit für das Verfahren L'en
:t Eriindui'u ist diel^eekune von wo-
chenllich auftretenden Uedarfsspit/cii, wobei Erdgas während des Wochenendes verflüssig! und an den W -.hentagen mit ürerdurciiM.hniliiieh hohem Verbrauch v. leder serdampft wird.
Diejenige Temperatur, bei der erl'indungsyemäl.i die während der ["^gasverflüssigung auf den llilfskälteträser >u übertragende Wärmemenge pro K vermindert bzw. bei der die diesem während der I rdgasverdampiunu zi: itiinehniende Wärmemenge pi ■ K vermehrt w:rd. liegt beim 'Aerlliissigungsgbeginn" des Erdgases .'der Methans. Diese Angabe soll ni-.-ht nur diejenige Temperatur be/eichnen. bei der im Verlauf der Abkühlung die Bildung einer flüssigen Phase einsetzt, sondern sie soll auch diejenige Temperatur emschlief.'en. bei der .sich beim Abkühlen unter überkritischem Druck die dem V erilüssigungsbeginn entsprechende starke /.Linahme der spezifischen Wärme des Erdgases oder Methans bemerkbar macht.
D:e im Rahmen des Verlahiens gemäß der Eifindung als flüssige 1 lüfskälteträger dienenden Stoffe müssen einen Schmelzpunkt besitzen, der unter dem des flüssigen Erdgases oder Methans oder zumindest unter 132 K liegt. AuL'erdem ist es von Vorteil, wenn der Dampfdruck bei Umgebungstemperatur 1 bar oder WCI112 mehr beträgt. Vorzüglich geeignet sind folgende Kohlenwasserstoffe oder Halogenkohlenwasserstoffe
N'amt:
Chlordilluomiethan, ..,,,...
Dichlordifluormethan
1 -Chlor-1,2,2-Trifluoräth>len .
I-Chloriith>len
Dimethyldiboran
:'ropylen
'ropan
-Meihyipropan
sopren
!-Methylbutan
►fethylcvclopentan
-Meth>lpentan
formel Schmel/punkl
in K		 Siedepunkt bei 1.01 bar
in K
CHCIF, 113.2 232.4
CF,CI, 118.2 243,4
C,CIF:1 115.7 245,3
C1IT1CI J 19.5 259.4
C2H1nIi, 123.0 270,6
C1FI6 88.2 225,5
C11FI11 86.1 231,1
C1H10 128,2 261,5
C5 hs 126,5 305,8
QH1, 113,5 300,8
C6H1, 130,8 345,0
QH,, !I')."1 111 s
re-i:." bes.·-.——te 3e-M::r· Mr ί ~e- i-.:y~-:\--i^l ioe-crer;; :·;- -Vi1 tr:-ige- : — Wärtn-eau »tausch, mit
e' Liruc* i-s-i-iie-r -.-ΐτό;*" — ."':■ der- Erdgu· <z;- Mr'-*- i;:! d.e — ;tt!ere Temperatur
---li^-rixer-i..· «ir- 'o;-ra:- der Tim pen: .r d—K't_h:·. _->_ r_ia——e~ — rt d;m bei der mutieren
'·> jrr^ss-ir--:z:v~e-i---·· lu·;- festj Speiche:—:a-,?e ils :: Ten-p·:-.:.- gespeichert*-. H!:f>«.iitetr_ier durch
k I. teic^i-cheru-i: d-":.' i:re- "_.·κϊίΓ H-ITVi.':;- 3·;;— %;-**'re- £;~-„ i;: Errndunc mjo de"
Kr *:*d dre V-tu"-i--z αϊ-· iErigaAsS auf er* a die Hi'fi.Viite-'.-izc- Sr z"*e. e"hieb'^h j-ter L rrsebar?!·:·-
■ trs; - redereri Temperaturen
• irdj— r'"tir Erdgases·' ~r derScc.cberrraisedes ?.ege- rä-:i;ch bet de·' ':■;·"';-. ire" der Lagerte-rtperaiur des -era:-T1 ü.be—c,——en. Der H-'rVit;-"_ger jre^he··- Erdga-e-i -v^ \tit~i-· ii-ger-i;r· Te~reratur und be: ;- v.es:r:t?:.;her - jr c:< latent; V»i"^:e des Erdgas·- der -rttlerer. o.--·'- de- '· tr'' •scgung-begmn des Erd-D:esf- \ i-iihzzr: "reetii de- »ittersn '.^rterL Ja'3 CO, ga«s .xier M;tra--> £eier<;-e<- ~^~perüur. gespeichert
-.r.c. h'.c» sä de— zu *«τ"ϊ·1·κζ!ϊγ.οϊγ Erdgü r:·;-: ·.-. m -ierder Mi- ii." *'.·ί :---er:_ raster cetrenrter Spe:-
da diese ^eru-retnir-.-s^ -ihnrrc cer \?<^-U--,ζ bildung des Er~-c_ug3i:'edar.ke-> der? bet der tiefer
•«irrner »o·— Erdga? w_i'gen;Ti.—er _nd frrtgeflhrt der r-:tt."eren Tsrr;irerai_r gssre:cherter Hiifskältetrl-
-*ercen Hinxu ko--.t. dai -i· Hrlfiküte-trlaer isch j-: ger durch ei-e ich-ecerxie iKSiirschicht getrennt hik. F:wi>,gweiter mj- -oherem Da—-fdrucit -A^; z. B «o bra-cht zur St-ejchrrvi-g der beiden F'usstgvens-.Xthar. geeignet iz^i. da ii"-e Src'.cre'urä de: Filä.f;£- —ecger -ur ein e!~z:2?r erti-pcs-chend iröLxrn»r R^hA!- ■luirt be; L — KC'ingiiernuer.itur sscfäfit. -er '.orpi^ehe- Zi »ercen
SDart-.ΐ ca· Erdgas ccer Mithan d» Wime. d:e es Die z'i HCh^ihttiiss: aufsefuhrtin Kvhicnwasser-
bet— A.b*x-:er: ^~d T« irrils;««- an der, Hilfüilu- je ito-ffs ure HaiogerAohleri-assi-rjtoffe haben sowohl träger ab«e-geir«r· hat. ·-'- dies:τ: bern- '»irda—-i;- be. der —-itt^er?- a;> auch Sej der tiefen Speicherten-,pec-deri.-»irr-er» -:eder lifneh^ien '«.art-, rrt.i es bei.- ratur e:re~ -j-^i-ger 'Darr.irfdr-vk. Lm zu \erh'.nderr<. \ err ssu-zsr; unter it-etr. hörer?- Druck. >tehen a.:s daä i~ den betrefferrcir 5peii;herbehäl".ern ein \'ik.uun: be!— %V reder, er da—rrer CV;' Dru-:v. nr: de·— das sntitifet. *ird f -~e-t;.--re- ALSsesialtu-g der L'rftnduag
Erdgas der ' err!is.i;gu.ns:sir^ir-e zugsfihrt ~:rd. — uii 3= 1.— Da—-fraam ur«r den bei den genannten Temperj-
«fcr.:h die :~i \-scr.i-a an tursti gespeichert en Hi!:isik.äit;trägerr! eine tnengaswSsrge-.-.: fi*.aI".strj:£iT -tmesccare. ?ei>pie:S'™eiie aiK Meihart. Erdgas oder i;attr~cecce Ertsrarnung ir:e:-e~ < ;n:.!i coer in ei-er Sccitii.?-. luirecnte^raiten urtä -d.'.bei ein geringer E\pars;..:-f;s—ascrt—e gerügerc Kälte rur Dec\arg der Cberdruc.i erre-ugt. Wege- ««lter geringen Löslich Cot:
Das \ erri>.-i > der ru— ^ ir—eaus^iusth urterrtalb inertgas besonders rut gsetgi>et. Lm zu vermeiden, ddt' der mittkrj- Terrpent-r ber.ccgten .Viecge HiiiV Itieriga· ts direkten K.onüs.t mit dem Hdfs\ähcträgeT iiiteträxernu-sitgser. r_ der ru·— Wärmeaustausch »c-oi^.t ozvi itch darin löst. t>; es vorteilhaft, den MiUV ccerhalb der —ut.ersn Te—periiur berijcgtet; Menge itiir^trlger "·ο·π cer inertgrASiiirnosphlnf durch eine s.u(
hdrrst '-ca der Z_sarnrrersetzi^ng des κ beha-deicden *ί der Piüsstgieitsccerriiche <<-fevntnraen<le ANiet
tics ab tnd '-orr= '»srhäiinö r-uicher; dec OnlciLeru screnni zu haitea. Diese s;hwvatc\cn\i<
detsec die \ erfiessiguag; und die Wktierver- kann baspeas^-e&e aus KorbpiatKa oder Alumtutuinlües stairfirKien. Bei aiasriscfaeri; Erdgas iZa- biechtafeisi ü-r. Scnwräuserr! bestehen.
•ammecsetz'ung er»a S5 Moipirvzerr. CHt. T.I Mc*- V>ahr?rxi der t,rd2aiNerrli£SSigii.n|; nimmt Ute cvi der
pcc-ÄCt C1Kj. Z_? Mciprczsct C1H4. 1.4 Moipr-ier.t ;: tiefen Te-reratur gespescbeni Mfoge an HiUAiUe-C. arte höcere K.oclerr*assentci?e. 6 Nfciprozant träger ab. -ihiemi der ErdjTasierviampluii^ nimmt sie S. — He. Ö_Z Mofpfozest CO1* arbeitet sian *o-__g5- ro. Densentsrttcherui Invkrt sich» wenn die fur vitc -ase mil einem Druck'-erriähnö '-cn iTü 50 rar i Atinührne des H.'isXaiteirigers isu der miUk'ivn K;\* bar: das genannte Verhäirnts der — eh — Λ FIussraert mit der tiefec Temperatur bestimmten Sivicheibehäl-
gsr^essenen — Niengen an Kilfikütecrlgerflussigkeit =j ter nut Hilfe'·οε I-.ertsis umer Druck gehdiic
liegt dann bei er*a Z.~f Be; rsnerr. .Vieruiaü *ird die das dem inertgas zur Verfuguixg ste-heinii· Yo
VeräüssssES >crzug?*«3e nr:sr einen Drjcit '-cn DreseSch-anitinges-ereen ü!>fieinenNVätmes
If bar die V^ iecerierdaniptuiig -unter «nem Dreck von airzh ein Gasometer ausgesikhen In weitet^i
5 'ar cuTciis-fihrt. das gena.-nte Mingenverudlin:5 rtaitung der Erdnduiig ^sehjg-ht dies daüutvn, νϊ
'.;e-£t dann am äünsagsten bei srsa ~ ί·: besm Aciiniec 'and % erSüssigea nor brü,
E;ne be-.orrugte A'usfühningsfcmi der Erfrndw-g be- than Inertgas ···■?- U—geburgsteniperdtur sm
5tsht dana. r- Λ beim Abitdhlec and ** erftüssigen des austausch —-:t dem am L trgebua^stenipeidtur aiviu- -nter eoöfetirn Druck Kehencen Methans oder Erd- ^lrsender: Hittivaltetrlger iuf etwa die m>ti!c-fi \.-aii_Lses des HiifiLL'tetriger. der bei etnei rief en. über der txntur abg*vuh!t und dann zu>asirr:;n mn lucu^as,
Lagertirr.pentur des rlüssigeTT Erdgases oder Methans 5; das »ahr.rc des Einspecera- des ajf die mutiere Veuv ;i-£snceri Te— reritu: aespejchert wonäea isi. im perii-r angrw.arrr.ter: HJfstütetrlgers tr» den iu§e- ·'■' Irmeaasiauifch —;t dem Erdgas oder Methan auf die höngen Spercherbeciiter a^us ierrt Dampf raum über -:"'erv- Temreratur er»irtnt und dann zum Ted be; der Flüssigkeit -'erdrlrgt. -ird. auf Jie tsei? Te;Epcratut
(ο
ZEICHNUNG
kühlt und in den Dampfraum eines weiteren Spei-Khälters eingeführt wird, aus dem dei bei dieser peratur gespeichert'; Hilfskälteträger entnommen , und daß beim Verdampfen und Anwärmen von !gern Erdgas oder Methan Inertgas, das während linspeisens des auf die tiefe Temperatur abgekühl-Hilfskälteträgers in den weiteren Speicherbehä'ter dem Dampfraum über der Flüssigkeit verdrängt . im Wärmeaustausch mit abzukühlendem Hilfsträger auf die mittlere Temperatur unddann zum weiter auf Umgebungstemperatur angewärmt . während der restliche Teil dem Dampfraum des cherbehälters zugeführt wird, aus dem der bei der eren Temperatur gespeicherte Hilfskälteträger entmen wird.
ie Anlage zum Durchführen des Verfahrens gemäß Erfindung besitzt einen Wärmeaustauscher mit η Querschnitt für Erdgas oder Methan und einem rschnitt für den Hilfskälteträger, einen Lagertank lässiges Erdgas oder Methan, der über ein Ventil
über eine Pumpe mit dem kalten Ende des Erdgasschnitts verbindbar ist. und drei Speicherbehälter ien Hilfskälteträger. von denen der erste über eine ipe oder ein Ventil an das kalte Ende des Hilfs- :trägerquerschnit'-., der zweite über eine Pumpe
ein Ventil mit einem mittleren Abschnitt des Hilfs- :trägerquerschniiis und dci dritte an das wärme e des Hilfskälteträgerquerschnitts anschließbar ist. m im Dampf raum des ersten und zweiten Speicherilters eine Inertgasatmosphäre aufrechterhalten zu nen. muß vorstehend geschilderte Anlage ergänzt ien durch einen Inert gasbehälter, der über das me Ende eines Inertgasquerschnitts des Wärmeauschers mit den Dampfräumen des ersten und des iten Speicherbehälters verbunden ist, wobei der npfraum des ersten Speicherbehälters an das kalte e des Inertgasquerschnitts und der Dampf raum des iten Speicherbehälters an einen mittleren Abschnitt Inertgasquerschnitts angeschlossen ist.
/ird die fühlbare Wärme des Erdgases oder Methans it mit Hilfe eines Hilfskälteträgers, sondern durch e Speichermasse gespeichert, so ist eine Anlage irderlich. bei der eine Pipeline über einen Regeneraden ersten Querschnitt eines Gegenströmers und : Pumpe oder ein Ventil mit einem Lagertank für siges Erdgas oder Methan verbunden ist, und bei der zweite Querschnitt des Gegenströmers am kalten ie über eine Pumpe oder ein Ventil an einen Behälfür den bei der tiefen Temperatur gespeicherten fskälteträger und am warmen Ende an einen Behälfür den bei der mittleren Temperatur gespeicherten fskälteträger angeschlossen ist. In den Regenerator vorzugsweise eine Rohrschlange zum Herausführen aus dem Lagertank gasförmig entweichenden Mens eingebaut.
/erfahren und Anlage g-mäß der Erfindung werden ι an Hand von Ausführungsbeispielen und den zu-,örigen schematischen Darstellungen näher erläu-
iei Nacht wird das von CO2 und H2O befreite Erdgemäß dem in F i g. 1 wiedergegebenen Schema lachst im Kompressor C1 von üi bar auf 50 bar verhtet und im Wärmeaustauscher E1 so weit abgellt, bis die schweren Kohlenwasserstoffe kondenser.. Sie weraen über den Abscheider D1 aus der Ane entfernt. Der gasförmig gebliebene Anteil wird im irmeaustauscher E1 auf 135CK abgekühlt und verssigl und in den Lagertank T entspannt, in dem das flüssige Erdgas bei einer Temperatur von etwa 1120K bei einem Druck von 1 bar gespeichert wird. Der beim Entspannen entstandene Dampf wird ebenso wie der durch Wärmeeinstrahlung verdampfte Anteil des fiussigen Erdgases über die Leitung F im Wärmeaustauscher Ex angewärmt, im Kompressor C2 auf den Druck verdichtet, mit dem das Erdgas angeliefert wird und dann mit diesem zusammen wieder abgekühlt und verflüssigt.
ίο Die für diesen Prozeß erforderliche Kälte wird dem im Behälter 1 gespeicherten flüssigen Kälteträger entnommen, welcher mit der Pumpe P1 mit einer Temperatur von etwa 133 K dem kalten Ende des Wärmeaustauschers E1 zugeführt wird. Im Gegenstrom mit dem abzukühlenden und zu verflüssigenden Erdgas wird er auf eine mittlere Temperatur von etwa 215UK angewärmt. Nun wird ein Teil des Kälteträgers in den Speicherbehälter eingespeist, während der Rest weiter auf Umgebungstemperatur angewärmt und dem Speicherbehälter 3 zugeführt wird.
Das Enthalpie-Temperatur-Diagramm des Wärmeaustauschers E1 ist in F i g. 2 dargestellt. Die Abkühlkurve des unter einem Druck von 50 bar stehenden Erdgases ist mit I, die Kurve für die anzuwärmenden Medien, nämlich Propan als Kälteträger und das in Leitung F herausgeführte Gas, ist mit II bezeichnet. Man erkennt, daß auf Grund der Tatsache, daß nur ein Teil des Kälteträgers auf Umgebungstemperatur angewärmt und der Rest bei der mittleren Temperatur gespeichert wird, es möglich ist, die Anwärmkurve an den Verlauf der Abkühlkurve gut anzupassen, so daß der Wärmeaustausch mit nur geringen Energieverlusten durchgeführt werden kann. Zum Vergleich sind in diesem Diagramm noch die Isobaren für 1 bar (langgestrichelt) und 100 bar (kurzgestrichelt) angegeben. Während der Verdampfungsperiode, also tagsüber, wird flüssiges Erdgas mit der Pumpe P3 auf einen Druck von 8 bar gebracht. Die nunmehr im unterkühlten Zustand vorliegende Flüssigkeit wird im Wärmeaustauscher E2 angewärmt, verdampft, und weiter auf Umgebungstemperatur angewärmt. Im Gegenstrom hierzu wird der Kälteträger aus dem Speicherbehälter 3 zunächst auf die mittlere Temperatur und dann zusammen mit dem Kälteträger aus dem Speicherbehälter 2, der über cMe Pumpe P2 herangeführt wird, auf die wenig über der Lagertemperatur des flüssigen Erdgases liegende Temperatur von etwa 132° K abgekühlt. Mit dieser Temperatur wird die unterkühlte Flüssigkeit in den Behälter 1 entspannt.
F i g. 3 zeigt das Enthalpie-Temperatur-Diagramm des Wärmeaustauschers E2. Die Abkühlkurve des Kälteträgers ist mit III, die Anwärmkurve des unter einem Druck von 8 bar stehenden Erdgases mit IV bezeichnet. Auch hier ist der Vorteil, der sich daraus ergibt, daß die mit dem anzuwärmenden Erdgas in Wärmeaustausch gebrachte Menge des Kälteträgers untemaiH einer mittleren Temperatur größer gewählt wird als oberhalb dieser Temperatur, an der guten Annäherung der Abkühl- und Anwärmkurve deutlich zu erkennen.
Die Kälteverluste des Verfahrens werden durch c'en Joule-Thomson-Effekt des Erdgases (50 bar — 8 bar) gedeckt.
F i g. 4 zeigt das Schema eines Verfahrens, be; dem im Dampfraum derjenigen Speicherbehälter die die auf der mittleren bzw. die auf der tiefen Temperatur befindliche Kälteträgerflüssigkeit aufnehmen, mit Hilfe von Wasserstoff ein leichter Überdruc1; aufreduerhal-
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ίο
ten wird. Als Inertgas wird Wasserstoff gewählt, weil seine Gleichgewichtskonzentration in dem als Kälteträger dienenden flüssigen Propan gering ist: Sie beträgt bei 132° K etwa 0,02 Molprozent und bei 215 K etwa 0,04 Molprozent.
Die Strömungsrichtung bei Nacht (Erdgasverflüssigung) ist durch ausgezogene Pfeile, die Strömungsrichtung bei Tag (Erdgasverdampfung) ist durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet.
Bei Nacht wird das CO2-freie trockene Erdgas durch Leitung 40 mit 8 bar zugeführt, im Kompressor 41 auf 50 bar verdichtet, im Querschnitt 42 des Wärmeaustauschers 43 auf etwa 1530K abgekühlt und verflüssigt und über Ventil 44 auf den Druck des Lagertanks 45, das ist etwa 1 bar, entspannt. Das dabei entstandene Gas sowie der durch Wärmeeinwirkung verdampfte Anteil werden über Leitung 46 abgezogen, im Querschnitt 47 angewärmt, vom Kompressor 48 auf den Druck des ankommenden Erdgases gebracht und dann lusammen mit diesem weiter verdichtet und verflüssigt.
Die Kälte für die Verflüssigung wird dem im Speicherbehälter 49 mit einer Temperatur von etwa 132° K aufbewahrten flüssigen Propan entnommen. Es wird mit Hilfe der Pumpe 50 durch den Querschnitt 51 des Wärmeaustauschers 43 gefördert und dabei zunächst auf 215° K angewärmt. Der größere Teil wird nun über Leitung 52 abgezweigt und über Ventil 53 in den Speicherbehälter 54 eingespeist, der Rest wird auf Umgebungstemperatur angewärmt und über Leitung 55 dem unter einem Druck von etwa 11 bar stehenden Speicherbehälter 56 zugeführt. Währenddessen strömt der Wasserstoff, der den Dampfraum der Speicherbehälter 49 und 54 ausfüllt, in umgekehrter Richtung: Er wird aus dem Speicherbehälter 54 durch die einströmende Kälteträgerflüssigkeit verdrängt, gelangt über Leitung 57 in den Inertgasquerschnitt 58 des Wärmeaustauschers 43 und wird zusammen mit dem Wasserstoff aus dem Behälter 59, der den Volumenunterschied zwischen der dem Speicherbehälter 49 entnommenen und der in den Speicherbehälter 54 eingespeisten Flüssigkeitsmenge ausgleicht, über Leitung 60 in den Dampfraum des sich entleerenden Speicherbehälters 49 eingesaugt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Gleichgewichtskonzentration von Propan in der Gasphase bei 132° K nur etwa 0,03 Molprozent, bei 2150K dagegen etwa 35 Molprozent beträgt. Das den Speicherbehälter 54 verlassende Gasgemisch besteht dahei zu etwa 35 Molprozent aus Propan; dieses kondensiert im Speicherbehälter 49 zum größten Teil wieder aus.
Bei Tag wird das Erdgas wieder verdampft. Es wird dabei durch die Pumpe 61 auf den Pipelinedruck, also etwa 8 bar, gefördert, im Querschnitt 42 verdampft und angewärmt und über Leitung 40 entnommen. Damit währenddessen im Lagertank 45 kein Unterdruck entsteht, wird ihm über den Querschnitt 47 und die Leitung 46 eine entsprechende, über Ventil 62 abgezweigte Menge Erdgas zugeführt. Gleichzeitig wird flüssiges Propan dem Speicherbehälter 56 über Leitung 55 entnommen, im Querschnitt 51 abgekühlt und dann zusammen mit dem im Speicherbehälter 54 bei 215° K aufbewahrten und durch die Pumpe 63 herangeführten Propan auf etwa 132°K abgekühlt und über Ventil 64 in den Speicherbehälter 49 eingespeist. Währenddessen verläßt der Wasserstoff den Dampfraum des Speicherbehälters 49 über Leitung 60, wird im Inertgasquerschnitt 58 teilweise erwärmt und strömt dann zum Teil über Leitung 57 in den Dampfraum des Speicherbehälters 54 und zum Teil nach weiterer Erwärmung in den Behälter 59. Bis die nächste Verflüssigungsperiode beginnt, hat sich der nahezu reine Wasserstoff im Speicherbehälter 54 wieder mit Propan gesättigt. Der daraus resultierende leichte Temperaturabfall kann vernachlässigt werden.
Wird die Anlage so ausgelegt, daß 100 000 Nm3 Stunde Erdgas verflüssigt werden können, und ist sie 10 Stunden in Betrieb, so werden d:m Lagertank 45
ίο insgesamt 1700 m3 flüssiges Erdgas zugeführt. 22 800 Nm3/Stunde Erdgas werden als Verdampfungsgas über Leitung 46 angewärmt und ^komprimiert. Die benötigte Kälte wird durch 2 900 to(4U0m3) flüssiges Propan zur Verfugung gestellt, das dem Spei· cherbehälter 49 entnommen und auf 215° K angewärmt wird. 2 200 to (3630 m3) Propan werden dann in den Speicherbehälter 54 eingespeist, 700 to (1460 m3) werden auf Umgebungstemperatur angewärmt und im Speicherbehälter 56 gespeichert. Die Wärmebilanz des
ao Gesamtverfahrens wird durch die geschilderte Kreislaufführung des Inertgases kaum beeinflußt. Die be nötigte Wasserstoff menge liegt bei 0,6 to (6700 Nm3) An Hand der F i g. 5 wird diejenige Ausführungs form des Verfahrens gemäß der Erfindung erläutert, bei der zum Abkühlen des Erdgases oder Methans auf die mittlere Temperatur und zum Anwärmsn auf Um gebungstemperatur nicht flüssiger Kälteträger in verminderter Menge, sondern feste Speichermasse verwendet wird. Die Verfahrensführung bei Nacht isi wiederum durch ausgezogene Pfeile, die Verfahrens führung bei Tag durch gestrichelte Pfeile gekennzeich net.
Gemäß F i g. 5 wird das bei Nacht aus der Pipelin· 70 mit 10 bar angelieferte Methan im Kompressor 71
auf 25 bar verdichtet und im Wärmeaustausch mit dei kalten Speichermasse des Regenerators Il und mit derr innerhalb der Rohrschlangen 73 strömenden, aus den Lagertank 74 kommenden gasförmigen Methan au! etwa 190K abgekühlt. Im Gegenströmer 75 findet die Verflüssigung des Methans durch Wärmeaustausch mi dem als Hilfskälteträger dienenden flüssigen Äthar statt, das dem unter einem Druck von etwa 0,1 bai stehenden Behälter 76 mit 1500K über eine Pumpe 71 entnommen, auf 185° K erwärmt und mit dieser Tem peratur im Behälter 78 gespeichert wird. Dabei stell sich im Behälter 78 ein Druck von 1,1 bar ein. Das der Gegenströmer 75 verlassende flüssige Methan wird in Wärmeaustauscher 79 durch das aus dem Lagertank 7' über Leitung 80 gasförmig entweichende Methai unterkühlt und schließlich über das Ventil 81 in dei unter etwa Atmosphärendruck stehenden Lagertank7< entspannt. Der dabei entstandene Dampf und de durch Wärmeeinwirkung verdampfte Anteil des flüs sigen Methans werden über die Leitung 80 durch dei
Wärmeaustauscher 79 und die Rohrschlangen 7; geführt und dabei auf Umgebungstemperatur ange wärmt, um, im Kompressor 82 auf Pipelinedruck ge bracht, zusammen mit dem aus der Pipeline 70 korn menden Methan dem Kompressor 71 wieder zugeführ
zu werden.
Während der Wiederverdampfung bei Tag win flüssiges Methan dem Lagertank 74 mit der Pumpe 8; entnommen, auf 10 bat gefördert und im Gegenströme 75 im Gegenstrom mit dem aus Hem Behälter 78 mi einer Temperatur von 1853 K zuströmenden Äthan ver dampft. Das Äthan küh'u sich dabei auf 150° K ab um wird über Ventil 84 dem Behälter 76 zugeführt un< dort gespeichert. Durch die Entnahme flüssigen Me
ι nans 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 Kält;-träger würde der Behälter 76 bsi 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 Wüime gespeichert und be: " Verdampfen und Anwärmen des Erdgases wieder /ur verfugung gestellt und zur Wärmespeicherung ein Hüfskälteträger dient, uei in jeder Phase des Verfahrens in flüssigem Zustand vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß <owohl beim Abkühlen und Verflüssigen als auch beim Verdampfen und Anwärmen des Erdgases oder Methans unterhalb einer minieren, durch den Verflüssigungsbeginn dec F.rdgsses oder Methans gegebenen Temperaii" der Hilfskälteträger und oberhalb der mittleren Temperatur entweder der Hüfskälteträger in verminderter Menge oder fesie Speichermasse zur Wärmeaufnahme bzw. -abgabe herangezogen wird.
2. Verfuhren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichne;, dal' beim Abkühlen und Verflüssigen Jes 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 Wärme-jstausch mit den. Erdgas oder Methan auf die mittlere Tenperat r erwärmt und dann zum Teil bei dieser Temperatur gespeichert wird, während der Rest des Hiifskä" eträgers durch Wärmeaustausch mit dem Erdgas oder Methan auf etwa Umgebungstemperatur angewärmt und dann ebenfalls gespeichert \\;rd. 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 < on 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 Lagerlemperatur des Erdgases oder Methans liegenden Temperatur gespeicherten Hilfskälteträger eine Inertgasatmos.phäre aufrechterhalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskälteträger von der Inertgasatmosphäre durch eine auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmende Abdeckung getrennt gehalten 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 Hilfskättvfäger auf etwa die mittlere Temperatur abgekühlt und dann zusammen mit Inertgas, das
während des Eir.speisens de^, auf die mittlere Temperatur angewärmte,! Hüf.skülteirägers in den zugehörigen Speicherbehälter aus dem Dampfraum über der Flüssigkeit verdrängt wird, auf die tiefe Temperatur abgekühlt und :n den Dampfraum eines weiteren .Speicherbehälters eingeführt v.ini, au., dem der bei dieser Temperatur gespeicherte Hilfskälteträaer entnommen wird, und daß beim Verdampfen und Anwärmen von flüssigem Erdgas oder Methan Inertgas, das während des Einspeisens des uuf die tiefe Temperatur abgekühlten Hilfskälieträiiers in den weiteren Speicherbehälter aus dem Dampfraum über der Flüssigkeit verdrängt wird, im Wärmeaustausch mit abzukühlendem Hiliskälteträcer auf die mittlere Temperatur und dann zum feil weiter auf Umgebungstemperatur ancewärmt wird, während der restliche Teil dem Dampfraum des Speicherbehälters zugeführt wird, aus dem der bei der mittleren Temperatur gespeicherte Hilfskälteträger entnommen wird.
7. Anläse zum Durchführen des Verfahrens nach einem der~Ansprüche 1 bis r>. gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher ,43) mit einem Querschnitt (42) für Erdgas oder Methan und einem Querschnitt (51) für den Hilfskälieiräger. 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 d.r erste (49) über eine Pumpe (50) oder ein Ventil (64) an das kalte Ende des Hihskälteträgerquerschnitts (51), der zweite f54) über eine Pumpe (63) octer ein Ventil (53) mit einem mittleren Abschnitt des Hilfskälteträgcpiuerscbnitts (51) und der dritte (56 j an das warme Ende des Hilfskälteträgerquerschnitts (51) anschließbar ist.
S. Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Inertgasbehälter (59), der über das warme Ende eines Inertgasquerschnilts (58) des Wärmeaustauschers (43) mit den Dampfräumen des ersten und des zweiten Speicherbehälters (49 und 54) verbunden ist, wobei der Dampfraum ues 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) fur den bei der mittleren Temperatur gespeicherten Hilfskälteträger angeschlossen ist.
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