DE2218307C3 - Verfahren zum Verdampfen eines strömenden verflüssigten kryogenen Mediums, insbesondere von verflüssigtem Erdgas - Google Patents

Verfahren zum Verdampfen eines strömenden verflüssigten kryogenen Mediums, insbesondere von verflüssigtem Erdgas

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DE2218307C3 DE2218307A DE2218307A DE2218307C3 DE 2218307 C3 DE2218307 C3 DE 2218307C3 DE 2218307 A DE2218307 A DE 2218307A DE 2218307 A DE2218307 A DE 2218307A DE 2218307 C3 DE2218307 C3 DE 2218307C3
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    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/05—Regasification

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen eines strömenden verflüssigten kryogenen Mediums, insbesondere von verflüssigtem Erdgas, bei dem der Mediumstrom geteilt wird und ein erster Teilstrom in indirektem Wärmetausch mit der der Gasturbine zugeführten Brennluft steht und diese dabei kühlt und ein zweiter Teilstrom im Wärmetausch mit den Gasturbinenabgasen geführt wird.
Es ist bekanntlich wirtschaftlich vorteilhaft, kryogene Medien z. B. Erdgas, in flüssigem Zustand zu speichern und zu transportieren. Die verflüssigten Medien werden dann wieder verdampft und auf bestimmte gewünschte Temperaturen am Anwendungsort überhitzt. Der Begriff »kryogenes Medium« bezeichnet im vorliegenden Fall solche Medien, die bei Temperaturen unterhalb etwa — 1000C und bei Drücken bis zu 70 bar in flüssigem Zustand vorliegen.
Bei einem bekannten Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird ein zu verdampfender und zu überhitzender Strom von flüssigem Erdgas zunächst im Wärmetausch mit den Abgasen einer Gasturbine geführt und dadurch verdampft und überhitzt, und anschließend wird der verdampfte und überhitzte Erdgasstrom durch einen Wärmetauscher geleitet, der von der in die Gasturbine eintretenden Brennluft durchströmt ist (DE-OS 20 35 488). Vor dem Einleiten des flüssigen Erdgases in den von den Abgasen der Gasturbine beaufschlagten Wärmetauscher wird ein Teilstrom davon abgezweigt und in das verdampfte Erdgas im Brennluft-Wärmetauscher eingespritzt. Dieser Teilstrom bewirkt eine Rückkühlung des Erdgasstromes im Brennluft-Wärmetauscher, wodurch die notwendige Temperaturdifferenz zur Abkühlung der Brennluft auf den gewünschten Wert eingestellt wird. Dkser abgezweigte Teilstrom ist aber im Verhältnis zu dem restlichen Erdgasstrom sehr klein, da der von den Gasturbinenabgasen verdampfte Erdgasstrom — abgesehen von dem abgezweigten flüssigen Teilstrom — praktisch vollständig auch den Brennluft-Wärmetauscher durchsetzt und dadurch die wesentliche Kühlung der Brennlufi bewirkt. Da die Rückkühlung des Erdgasstromes vor der jeweils nächsten Brennluft-Wärmetauscherstufe mittels des genannten Teilstromes eine geringere Wärmekapazität erfordert als sie für die Gesamtkühlung der Brennluft notwendig 1st und da außerdem zwischen dem verdampften Erdgasstrom im Brennluft-Wärmetauscher und dem noch flüssigen Teilstrorn eine beträchtliche Temperatur-
21» differenz besteht, ergibt sich, daß der abgezweigte Teilstrom an flüssigem Erdgas nur sehr gering ist.
Der wesentliche Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß die zu dessen Durchführung erforderliche Anlage sehr große und daher kostspielige
.ri Wärmetauscher am Eintritt und am Austritt der Gasturbine benötigt, um den Erdgasstrom zu beherrschen. Denn das Verdampfen und Überhitzen muß mit großen Mengen durchgeführt werden. Hinzu kommen betriebstechnische Nachteile, da sich in derart großen
in Verdampferanlagen die Strömungsverhältnisse nicht so einwandfrei beherrschen lassen, daß Vereisungen aufgrund der großen Temperaturdifferenzen in den Wärmetauschern mit Sicherheit ausgeschlossen werden können. Treten örtliche Vereisungen auf, so wird der
ij Wärmeaustausch sofort empfindlich gestört, so daß mit Temperaturschwankungen im überhitzten Erdgasstrom zu rechnen ist. Außerdem können Eisablösungen im Brennluft-Wärmetauscher zur Zerstörung der Turbinenbeschaufelung führen.
In einem weiteren bekannten Verfahren, das allerdings nicht zur eingangs genannten Gattung zählt (US-PS 34 38 216), wird ebenfalls ein zu verdampfender und zu überhitzender Strom von flüssigem Erdgas im Wärmetausch mit den Abgasen einer Gasturbine
■f" und anschließend mit der in die Gasturbine eintretenden Brennluft geführt. Eine Aufteilung des Erdgasstromes findet hierbei jedoch nicht statt. Die steuerungs- und anlagentechnischen Nachteile sind die gleichen, die vorstehend in Zusammenhang mit dem gattungsgemäßen Verfahren beschrieben sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verfahrensausgestaltung des eingangs geschilderten bekannten Verfahrens zu schaffen, die eine höhere Wirtschaftlichkeit bezüglich der Ausnutzung der Anlage und bezüglich des Kostenaufwandes für die Anlage ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß vor der Teilung des Mediumstromes bei Wärmeaustausch des Mediums mit Wasser von Umgebungstemperatur eine Verdampfung eintritt und daß der zweite Teilstrom nach seinem Wärmetausch allein mit den Gasturbinenabgasen erst dann mit dem ersten Teilstrom vereinigt wird, wenn dieser seinen Wärmetausch zumindest mit der der Gasturbine zugeführten Brennluft beendet hat.
()l> Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Strom des flüssigen kryogenen Mediums zunächst in Wärmetausch mit einem Wasserstrom von Umgebungstemperatur geführt, um das Medium zu erhitzen und zu
verdampfen. Unter dem Begriff »Wasser von Umgebungstemperatur« ist solches Wasser zu verstehen, das aus natürlichen Gewässern kommt und dessen Temperaturniveau annähernd der Atmosphärentemperatur entspricht. Hierdurch findet eine Vorerhitzung des kryogenen Mediums statt die dazu führt, daß es mit einer relativ einfachen Anlage, d.h. mit kleinen Wärmetauschern, möglich ist, kontinuierlich den Mediumstrom zu verdampfen und zu überhitzen. Hierzu trägt auch die Aufspaltung des bereits verdampften Mediumstromes in zwei Teilströme bei. Verfahrenstechnisch bringt diese Aufteilung den Vorteil, daß sich Temperaturschwankungen der Atmosphäre, die sich auf die Temperatur der in die Gasturbine eintretenden Brennluft sowie auf die Temperatur des Wassers auswirken, sehr flexibel durch entsprechende Einstellung der Teilströme ausgleichen lassen, so daß der abgegebene verdampfte und überhitzte Erdgasstrom trotz solcher Temperaturschwankungen sowohl bezüglich der Menge je Zeiteinheit als auch seine- Temperatur praktisch unverändert bleibt
Es ist zwar bereits bekannt, flüssigen Sauerstoff im Wärmeaustausch mit Seewasser zu verdampfen (US-PS 13 10 253). Jedoch ist der flüssige Sauerstoff der Sauerstoffanteil eines Brennstoffgemisches für eine Brennkraftmaschine eines Unterseebootes. Um den in der flüssigen Form nicht brauchbaren Sauerstoff zu verdampfen, wird der flüssige und dann verdampfte Sauerstoff im Wärmetausch mit Seewasser, dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine und schließlieh mit deren Auspuffgasen geführt. Bei diesem Verfahren geht es jedoch nur um die Erzeugung des Brennstoffgemisches, ohne daß dabei die Erzeugung eines Mediumstromes von möglichst gleichbleibender Temperatur und gleichbleibendem Durchsatz bei gleichzeitiger Optimierung des Energieverbrauches der Brennkraftmaschine angesprochen würde. Der Endzustand des verdampften Sauerstoffes und der Einfluß des Verdampfungsverfahrens auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine spielen keine Rolle.
Es kann auch eine Teilmenge des Mediums vor der Verdampfung durch Wasser abgezweigt und den beiden wieder vereinigten Teilströmen zugeführt werden. Diese Teilmenge, die vorteilhafterweise in die wieder vereinigten Teilströme eingestrahlt wird, erlaubt eine exakte Einstellung der Endtemperatur des verdampften und überhitzten Mediumstromes.
Bei einer zweckmäßigen Verfahrensausgestaltung ist vorgesehen, dnß der erste Teilstrom zunächst im Wärmetausch mit den Gasturbinenabgasen geführt wird und dabei auf eine Temperatur von wenigen Grad unter 00C erhitzt und erst anschließend im Wärmetausch mit der Brennluft geführt wird, wobei im Bereich des Wärmetausches mit der Brennluft eine temperaturabhängige Zuführung von verflüssigtem kryogenem Medium erfolgt. Durch diese Verfahrensweise läßt sich erreichen, daß sich auch bei feuchter Brennluft im Wärmetauscher allenfalls eine dünne Eisschicht an den Außenflächen der Wärmetauscherrohre bildet, die den Zustrom der Brennluft zur Gasturbine nicht behindert und die effektive Wärmeaustauschfläche der Rohre nicht verringert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 schematisch ein Blockdiagramm einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
F i g. 2 in größerem Maßstab eine Wärmetauscheranordnung der Anlage gemäß Fig. 1, und
Fig.3 und 4 den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellungen einer zweiten Ausführungsform einer Anlage.
Eine erfindungsgemäße Anlage ist in den F i g. 1 und 2 gezeigt. Ein Strom eines verflüssigten kryogenen Mediums wird aus einem Speichertank 92 oder einer sonstigen Vorratsquelle mit einer Pumpe 94 in eine Leitung 96 gepumpt in der er in einen ersten und einen zweiten Teilstrom durch nicht dargestellte Steuervorrichtungen aufgespalten wird. Der ersie Teilstrom des verflüssigten kryogenen Mediums gelangt über eine Leitung 98 in einen Wärmetauscher 102, in welchem er erhitzt und durch Wasser von Umgebungstemperatur verdampft wird. Das Wasser wird durch eine oder mehrere Pumpen 106 über Leitungen 104, 108 eingepumpt und verläßt den Wärmetauscher über eine Leitung 110.
Die großen Mengen an heißen Abgasen einer Gasturbine 112 werden über eine Rohrleitung 114 zu einem Wärmetauscher 116 geführt., bevor sie über eine Auslaßleitung 124 in die Atmosphäre freigegeben werden.
Das Medium, das den Wärmetauscher 102 verläßt, gelangt über eine Leitung 118 zu zwei Leitungen 120, 122, durch die es durch eine Steuervorrichtung 142 (Fig. 2) in einen größeren und einen kleineren Teilstrom unterteilt wird. Der größere Teilstrom gelangt in die Leitung 120; der kleinere TeilsTrom durchströmt die Leitung 122. Der größere Teilstrom wird anschließend in dem Wärmetauscher 116 auf eine vorbestimmte Temperatur überhitzt.
Über eine Leitung 128 und einen Wärmetauscher 126 wird Brennluft in die Turbine 112 eingesaugt die in dem Wärmetauscher 126 durch den kleineren Teilstrom des kryogenen Mediums aus der Leitung 122 gekühlt wird. Die gekühlte Brennluft tritt in einer Leitung 130 in die Gasturbine 112 ein. Nach dem Austreten aus dem Wärmetauscher 126 gelangt der kleinere Teilsirom in eine Leitung 132, bevor er mit dem überhitzten größeren Teilstrom, der über eine Leitung J34 den Wärmetauscher 116 verläßt vermischt wird. Der vereinigte Strom fließt dann durch eine Leitung 136 in eine Mischeinrichtung 138.
Eine Teilmenge des verflüssigten kryogenen Mediums wird direkt über eine Leitung 100 der Mischeinrichtung 138 zugeführt und dort mit dem verdampften und überhitzten kryogenen Medium vereinigt, das über die Leitung 136 zu dieser Mischeinrichtung 138 gelangt. Vor. dem dampfförmigen kryogenen Medium wird an das noch flüssige kryogene Medium innerhalb der Mischeinrichtung 138 Wärme übertragen, so daß letzteres ebenfalls verdampft und überhitzt wird. Die Temperatur des daraus resultierenden Gesamtstromes, der die Mischeinrichtung 138 über eine Auslaßleitung 140 verläßt, liegt unter der Temperatur in der Leitung 136. Durch Steuerung der Durchsatzmengen des ersten und zweiten Teilstromes der Steuervorrichtung 142 läßt sich jedoch die Temperatur des überhitzten kryogenen Mediums so einregeln, daß nach der Vereinigung mit dem noch flüssigen kryogenen Medium in der Mischeinrichtung 138 ein Gesamtstrom mit der gewünschten Überhitzungstemperatur erhalten wird.
Wie im einzelnen aus F i g. 2 hervorgeht, gelangt der kleinere Teilstrom des verdampften kryogenen Mediums über die Leitung 122 zu einem ersten Rohrbündel 144, das in dem Wärmetauscher 126 für die Brennluft angeordnet ist. Das Rohrbündel 144 ist mit einem zweiten Rohrbündel 146 über eine Sammelleitung 148
verbunden und steht mit einem dritten Rohrbündel 150 über eine Sammelleitung 152 in Verbindung. Bestimmte Mengen an flüssigem kryogenem Medium werden in die Sammelleitungen 148 und 152 mittels Leitungen 154 und 156 eingestrahlt, die an eine Leitung 158 angeschlossen sind. Diese Leitung 158 steht mit der Leitung 96 (F i g. 1) in Verbindung.
Eine an die Leitung 136 angeschlossene Leitung 166 führt einen Teil des vereinigten verdampften und überhitzten kryogenen Mediumstromes als Brennstoff zur Turbine 112, deren Ausgangsleistung zum Antrieb eines Elektrogenerators 168 verwendet wird, der die Energie für die Pumpen 94 und 106 liefert.
Beispiel 1
Ein Strom an flüssigem Erdgas mit einer Durchsatzmenge von 780 000 kg/h wird in der Anlage gemäß den F i g. 1 und 2 verdampft und überhitzt. Der flüssige Erdgasstrom besitzt eine Temperatur von — 162°C; der Förderdruck der Pumpe 94 beträgt ca. 70 bar. Eine Gesamtleistung von 4460 kW wird zur Förderung des flüssigen Erdgases benötigt.
Ein erster Teilstrom von 680 000 kg/h des flüssigen Erdgases wird über die Leitung 98 zu dem Wärmetauscher 102 geleitet. Durch diesen Wärmetauscher wird Wasser mit einem Durchsatz von 2 160 000 l/min bei einer Temperatur von 21°C durch die Pumpe 106 gefördert. Eine Gesamtleistung von 13 820 kW wird als Pumpleistung für das Wasser benötigt. Bei einem Temperaturgefälle von I1TC im Wasser werden ca. 508,6 χ 10b kj/h von dem Wasser an das den Wärmetauscher 102 durchströmende flüssige Erdgas übertragen, was zur Verdampfung und Erhitzung des flüssigen Erdgases auf eine Temperatur von —18° C führt. Der kleinere Teilstrom des verdampften Erdgases (133 500 kg/h) wird über die Leitung 122 dem Wärmetauscher 126 zugeführt. Ober die Luftzuführung 128 strömt Brennluft mit einer Temperatur von 26,6° C (zu 50% mit Wasser gesättigt) und mit einem Durchsatz von 418 000 kg/h durch den Wärmetauscher 126 und durch die Leitung 130 in die Gasturbine 112 ein. Beim Durchströmen des Wärmetauschers 126 werden von der Brennluft an den Erdgasstrom 12,8 χ 10bk]/h übertragen, wodurch die Luft auf eine Temperatur von 4,4° C abgekühlt wird. 16 120 kg/h an flüssigem Erdgas werden mit dem Gasstrom beim Durchströmen des Wärmetauschers 126 vereinigt, so daß ein Gesamtstrom von 149 620 kg/h an Erdgas den Wärmetauscher 126 mit einer Temperatur von —14,4° C verläßt.
Der größere Teilstrom des verdampften Erdgases aus dem Wasser-Wärmetauscher 102(546 500 kg/h) gelangt über die Leitung 120 zu dem Wärmetauscher 116. Ein Abgasstrom aus der Turbine mit einer Temperatur von 510' C und einem Durchsatz von 354 000 kg/h wird von der Gasturbine 112 über die Rohrleitung 114 dem Wärmetauscher 116 zugeleitet Beim Durchströmen des Wärmetauschers 116 werden dem größeren Teilstrom des verdampften Erdgases von den Turbinenabgasen 140,02 χ 10b k]/h übertragen, wodurch dieser Teilstrom auf eine Temperatur von 75.5° C überhitzt wird. Die Turbinenabgase gelangen mit einer Temperatur von etwa 150°C über die Ausiaßleitung 124 in die Atmosphäre.
Der kleinere Teilstrom des Erdgases mit einer Temperatur von —14,4°C wird mit dem größeren Teilstrom des Erdgases mit einer Temperatur von 75.5° C vereinigt, woraus ein Gesaml-Erdgasstrom von 23 Millionen mVTag m;* einer Temperatur von 57,2°C resultiert. Ein Anteil von 5450 kg/h des Gesamtstromes wird über die Leitung 166 der Gasturbine 112 zugeführt und darin als Brennstoff verbrannt.
Der zweite Teilstrom des flüssigen Erdgases (LNG) mit einer Temperatur von — 162°C wird in die Mischeinrichtung 138 über die Leitung 100 eingestrahlt. Der flüssige Erdgasstrom wird verdampft und durch Wärmeaustausch mit dem 57,2°C warmen Erdgasstrom in der Mischeinrichtung 138 erhitzt. Es ergibt sich ein Gesamt-Erdgasstrom von 26,1 Millionen m3/Tag mit einer Temperatur von 15,5°C.
Die Gasturbine 112 entwickelt eine Ausgangsleitung von angenähert 18 750 kW, die zum Antrieb der Pumpen 94 und 106 verwendet wird.
Für den Fall, daß das Umgebungswasser, das in der Anlage gemäß den F i g. 1 und 2 verwendet wird, von der Temperatur von 21°C auf eine Temperatur von 10° C abfällt und das Temperaturgefälle im Wasser bei I,1°C beibehalten werden soll, muß der erste Teilstrom des flüssigen Erdgases, der über die Leitung 98 dem Wärmelauscher 102 zugeführt wird, um angenähert 13% reduziert werden. Der zweite Teilstrom des flüssigen Erdgases der in die Mischeinrichtung 138 eingestrahlt wird, kann jedoch um 5% angehoben werden, da der Wärmeinhalt des in die Mischeinrichtung 138 über die Leitung 136 einströmenden überhitzten Erdgases relativ konstant bleibt. Damit ergibt sich ein Gesamt-Abstrom von verdampftem und überhitztem Erdgas aus der Anlage von nur 8% weniger gegenüber dem Abstrom bei einer Wassertemperatur von 21° C. Es zeigt sich also, daß bei geringen Temperatursenkungen im Umgebungswasser, d. h. von 2,5 bis 5,5° C, der Abstrom an verdampftem und überhitztem Erdgas aus der Anlage relativ konstant gehalten werden kann.
Bei der Anlage gemäß den Fig.3 und 4 wird ein Strom eines verflüssigten kryogenen Mediums aus einem Speichertank 12 durch eine Pumpe 14 über eine Leitung 16 in einen Wärmetauscher 18 eingepumpt, dessen Rohrbündel in offenen, von Wasser durchströmten Gestellen angeordnet sein können. Eine Leitung 20, deren eines Ende unterhalb des Spiegels einer Wasserqjelle für Wasser mit Umgebungstemperatur liegt, ist an eine Wasserpumpe 22 angeschlossen, die über eine Leitung 24 mit dem Wassereinlaß des Wärmetauschers 18 verbunden ist. Das durchströmende Wasser kehrt zur Wasserquelle durch eine Leitung 26 zurück.
Weiterhin ist eine Gasturbine 28 vorgesehen, deren heiße Abgase über eine Leitung 30 zu einem Wärmetauscher 32 geführt werden. Der erhitzte und verdampfte Strom des kryogenen Mediums, der aus dem Wärmetauscher Ϊ8 über eine Leitung 34 austritt, wird durch entsprechende Steuervorrichtungen 39 (Fig.4) in zwei Teilströme aufgespalten. Der erste Teilstrom durchströmt eine Leitung 37, der zweite Teilstrom eine Leitung 35. Aus der Leitung 37 fließt der erste Teilstrom durch Rohre des Wärmetauschers 32, so daß er durch die den Turbinenabgasen entnommene Wärme auf ein bestimmtes Temperaturniveau überhitzt wird. Das aus dem Wärmetauscher 32 austretende erhitzte kryogene Medium wird dann über eine Leitung 36 einem Wärmetauscher 38 zugeführt Brennluft, die über eine Leitung 40 durch den Wärmetauscher 38 aus der Atmosphäre angesaugt und über eine Leitung 42 in die Gasturbine 28 eingeleitet wird, wird beim Umströmen des Wärmetauschers 38 abgekühlt, so daß dadurch die Ausgangsleistung der Turbine 28 erhöht wird.
Der zweite Teilstrom der verdampften kryogenen Mediums gelangt über die Leitung 35 zu Rohren eines Wärmetauschers 46, der über eine Leitung 48 an die den Wärmetauscher 32 verlassenden Abgase angeschlossen ist. Die Abgase werden über einen Auslaß 50 in die Atmosphäre entlassen. Der zweite Teilstrom des verdampften kryogenen Mediums verläßt den Wärmetauscher 46, nachdem er auf ein vorbestimmtes Temperaturniveau überhitzt worden ist, durch eine Leitung 52, wonach er mit dem ersten Teilstrom, der aus dem Wärmetauscher 38 über eine Leitung 44 austritt, wieder vereinigt wird. Der resultierende Gesamtstrom gelangt dann aus der Anlage zu einer Verbraucher- oder Verteilerstelle durch die Leitung 52 und weist dabei den erwünschten Überhitzungswert auf. Ein Teil des verdampften und überhitzten kryogenen Mediums wird über eine Leitung 54 der Gasturbine 28 zugeleitet, in der es als Brennstoff verbrannt wird.
Die Pumpe 14 für das verflüssigte kryogene Medium sowie die Wasserpumpe 22 werden durch die Gasturbihe 28 angetrieben. Dies erfolgt entweder durch unmittelbare Verbindung der Antriebswelle der Gasturbine 28 oder über einen Elektrogenerator 56, der elektrische Energie zur Betätigung der Pumpen erzeugt.
Wie sich im einzelnen aus Fig.4 ergibt, sind die Steuervorrichtungen 39 in den Leitungen 35 und 37 angeordnet, so daß sich ein bestimmter Durchsatz an verdampftem kryogenem Medium in die Leitung 35 einleiten läßt, während der Rest die Leitung 37 durchströmt Wenn der erste Teilstrom des verdampften kryogenen Mediums die Rohre 60 des Wärmetauschers 32 durchströmt, wird er durch die Turbinenabgase auf ein bestimmtes Temperaturniveau erhitzt und tritt dann über eine Leitung 61 aus. Die Temperatur des den Wärmetauscher 32 verlassenden Mediums wird dadurch gesteuert, daß ein Teil des eintretenden Stromes über eine Bypass-Leitung 62 umgeleitet wird, in der ein Steuerventil 64 liegt Dieses wird durch eine Temperaturüberwachungseinrichtung 65 betätigt, die die Mediumtemperatur in der Leitung 61 feststellt Der vereinigte Strom wird dann über eine Leitung 66 einem ersten Rohrbündel 68 zugeführt, das in dem Wärmetauscher 38 angeordnet ist Die Temperatur des in das Rohrbündel 68 eintretenden erhitzten kryogenen Mediums wird auf einen solchen Wert eingesteuert, daß sich lediglich eine dünne Eisschicht an der Außenfläche der Rohre bildet, die den Zustrom von Brennluft zur Turbine über diese Rohre weder behindert noch die effektive Wärmeaustauschfläche der Rohre verringert Wenn beispielsweise verdampftes kryogenes Medium mit einer Temperatur von —18° C das Rohrbündel 68 durchströmt, so führt das zu einer anfänglichen ÄuBenwandtemperanir unter Ö=C. Ais Ergebnis davon kondensiert in der über die Außenseite der Rohre streichenden Luft enthaltener Wasserdampf und gefriert an den Außenflächen der Rohre. Die Eisschicht baut sich weiter auf und dementsprechend wird der Wärmeübergang von der Außenseite zur Innenseite der Rohre proportional verringert. Die Eisbildung erreicht jedoch einen Gleichgewichtszustand, sobald die Eisschicht eine Dicke aufweist, daß das Eis an ihrer Außenseite eine Temperatur von 00C besitzt Die weitere Eisbildung hört dann auf. Wenn man also das das Rohrbündel 68 durchströmende verdampfte kryogene Medium auf einer in der Nähe von —0°C liegenden Temperatur, z.B. auf —18°C hält, dann bildet sich lediglich eine dünne Eisschicht die den Zustrom von Luft über die Rohre nicht behindert oder die effektive Wärmeaustauschfläche merklich verringert. Würde man einen herkömmlichen Wärmetauscher anwenden und die Temperatur des kryogenen, durch die Rohre strömenden Mediums bei -180C oder höher halten, so würde zwangsläufig der Wärmeaustauscher sehr groß werden. Für eine Luft-Einlaßtemperatur von 29° C und eine Reduktion dieser Temperatur auf den erwünschten Wert von — 1°C bis 5"C wäre bei Verwendung eines kryogenen Mediums mit einer Temperatur von —18° C eine sehr große und teuere Wärmeaustausch-Anlage erforderlich.
In der dargestellten Anlage wird dieser Nachteil jedoch durch Verwendung von zwei oder mehreren Rohrbündeln vermieden, so daß die Luft stufenweise gekühlt wird. Das von der Luft erhitzte Medium gelangt nach dem Durchlauf durch das erste Rohrbündel 68 in eine Sammelleitung 69, die das Rohrbündel 68 mit einem zweiten Rohrbündel 70 verbindet Bevor es in das zweite Rohrbündel 70 eintritt, wird das Medium mit weiterem verflüssigtem kryogenem Medium vermischt, das in die Sammelleitung 69 über eine Leitung 72 eintritt, die an die Leitung 16 (F i g. 3) angeschlossen ist. Die Menge an eingestrahltem kryogenem Medium wird durch ein Steuerventil 73 gesteuert, das von einer Temperaturüberwachungseinrichtung 75 in der Sammelleitung 69, stromabwärts von der Verbindungsstelle mit der Leitung 73, betätigt wird. Das verflüssigte kryog'ene Medium wird verdampft, wenn es sich mit dem dampfförmigen kryogenen Medium vermischt, wobei der resultierende Gesamtstrom eine Temperatur von —18° C aufweist. Der vereinigte Gesamtstrom des dampfförmigen Mediums gelangt in das Rohrbündel 70 und nimmt dort weitere Wärme von der in die Turbine eintretenden Brennluft auf.
Eine ähnliche Sammelleitung 71 fördert Medium zu einem dritten Rohrbündel 74, das mit flüssigem kryogenem Medium aus der Leitung 72, durch ein Ventil 77 und eine Temperaturüberwachungseinrichtung 78 gesteuert, vermischt worden ist.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren erhitzt und verdampft der Wärmetauscher 18 mit Wasser von Umgebungstemperatur den Strom des kryogenen Mediums, der anschließend durch Wärmetausch mit den Turbinenabgasen überhitzt wird. Da ein großer Teil der Gesamtwärmezufuhr, die zur Verdampfung und Überhitzung eines verflüssigten kryogenen Mediums benötigt wird, zu dessen Überhitzung auf die angestrebte Temperatur dient sind die Belastung des Wasser-Wärmetauschers, das erforderliche Wasservolumen und der Temperaturabfall im Wasser im Vergleich zu den bisher vorgeschlagenen Verfahren klein. Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung das Volumen des gebrauchten Wassers so gesteuert werden, daß man einen minimalen Temperaturabfall, z. B. in der Größenordnung von 1°C, erhält Die Ausnutzung der Gasturbinenleistung sowohl für den Antrieb der zahlreichen Pumpen sowie für den Wärmeverbrauch zur Überhitzung des kryogenen Mediums führt zu einer beträchtlichen Verringerung der Betriebskosten.
Beispiel 2
Ein Strom verflüssigten Erdgases mit einer Durchsatzmenge von 780 000 kg/h wird durch die Anlage gemäß den Fig.3 und 4 verdampft und überhitzt der Erdgasstrom hat eine Temperatur von —162°C, der Ausgangsdruck der Pumpe 14 beträgt 70 bar. Ein Wasserstrom mit einer Temperatur von 21° C und einer Durchsatzmenge von 2 160 000 l/min wird durch die
Pumpe 22 durch den Wärmetauscher 18 gepumpt. Eine Gesamtleistung von 13 280 kW ist erforderlich, um den Wasserstrom umzuwälzen; 4460 kW werden als Pumpleistung für das Erdgas benötigt. Bei einem Temperaturgefälle von 1,10C im Wasser werden 508,6 χ loekj/h aus dem Wasser dem flüssigen Erdgas übertragen, das den Wärmetauscher 18 durchströmt Dadurch wird dieses verdampft und auf eine Temperatur von —45,5° C erhitzt. Der dampfförmige Erdgasstrom mit einer Temperatur von —45,5° C wird über die Leitung 34 den Leitungen 35 und 37 zugeführt. Ein erster Teilstrom des dampfförmigen Erdgases (133 500 kg/h) gelangt über die Leitung 37 zum Wärmetauscher 32. Ein Abgasstrom mit einer Durchsatzmenge von 354 000 kg/h mit einer Temperatur von 5100C gelangt von der Gasturbine 28 über die Leitung 30 zum Wärmetauscher 3Z Bei der Durchströmung des Wärmetauschers 32 werden an den dampfförmigen Erdgasstrom 9,527 χ WkJ/h von den Turbinenabgasen übertragen, durch die der Erdgasstrom auf eine Temperatur von —23,3°C erhitzt wird. Der erhitzte Erdgasstrom wird dann über die Leitung 36 dem Wärmetauscher 38 zugeführt. Brennluft mit einer Temperatur von 26,60C (zu 50% mit Wasser gesättigt) und einem Durchsatz von 418 000 kg/h strömt über die Leitung 40 durch den Wärmetauscher 38 und die Leitung 42 in die Gasturbine 28. Beim Passieren des Wärmetauschers 38 werden von der Luft an den Erdgasstrom 12,81 χ WkJ/h Wärme übertragen, wodurch die Luft auf eine Temperatur von 4,4°C abgekühlt wird. Über die Leitung 72, die von der Leitung 16 abzweigt, werden 16 120 kg/h an verflüssigtem Erdgas mit dem Erdgasstrom bei dessen Durchlauf durch den Wärmetauscher 38 vereinigt, so daß ein Gesamtstrom an Erdgas von 147 000 kg/h den Wärmetauscher 38 mit einer Temperatur von —200C verläßt
Der zweite Teilstrom des verdampften Erdgases aus dem Wasser-Wärmetauscher 18 (646 500 kg/h) gelangt über die Leitung 35 zum Wärmetauscher 46. Die
ίο Turbinenabgase werden aus dem Wärmetauscher 32 über die Leitung 48 zum Wärmetauscher 46 geleitet. Aus diesen Abgasen werden an zusätzlicher Wärme 130,6 χ 106 kj/h an den Erdgasstrom übertragen, der den Wärmetauscher 46 durchströmt, so daß er auf eine Temperatur von 14,9°C überhitzt wird. Die Turbinenabgase gelangen mit einer Temperatur von angenähert 1500C über den Auslaß 50 in die Atmosphäre.
Der erste Teilstrom des Erdgases mit einer Temperatur von —200C wird mit dem zweiten Teilstrom von 14,9°C vereinigt, woraus sich ein Gesamtstrom von 26,1 Millionen nvVTag mit einer Temperatur vcn 15,5° C ergibt Ein Anteil von 5450 kg/h des überhitzten Erdgasstromes wird über die Leitung 54 zur Gasturbine 28 geleitet und dort verbrannt Die Gasturbine 28 entwickelt eine Ausgangsleistung von 18 750 kW, die zum Antrieb des Generators 56 verwendet wird. Dieser erzeugt 18 500 kW elektrische Leistung, die zum Antrieb der Elektromotoren der Pumpen 14 und 22 ausreicht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Verdampfen eines strömenden verflüssigten kryogenen Mediums, insbesondere von verflüssigtem Erdgas, bei dem der Mediumstrom geteilt wird und ein erster Teilstrom in indirektem Wärmetausch mit der einer Gasturbine zugeführten Brennluft steht und diese dabei kühlt und ein zweiter Teilstrom im Wärmetausch mit den Gasturbinenabgasen geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Teilung des Mediumstromes (98, 16) bei Wärmeaustausch des Mediums mit Wasser (108, 24) von Umgebungstemperatur eine Verdampfung eintritt und daß der zweite Teilstrom (120, 35) nach seinem Wärmetausch allein mit den Gasturbinenabgasen erst dann mit dem ersten Teilstrom (122, 36) vereinigt wird (ΐ36, 52), wenn dieser seinen Wärmetausch zumindest mit der der Gasturbine zugeführten Brennluft (128, 40) beendet hat
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge (100) des Mediums vor der Verdampfung durch Wasser abgezweigt und den beiden wiedervereinigten Teilströmen (136) zugeführt wird (Fi g. 1).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilstrom zunächst im Wärmetausch mit den Gasturbinenabgasen geführt wird und dabei auf eine Temperatur von wenigen Grad unter 0°C erhitzt und erst anschließend im Wärmetausch mit der Brennluft geführt wird, wobei im Bereich des Wärmetausches mit der Brennluft eine temperaturabhängige Zuführung von verflüssigtem kryogenem Medium erfolgt (F i g. 3).
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