DE2227435B2

DE2227435B2 - Verfahren zum kontinuierlichen Verdampfen eines flüssigen kyrogenen Mediums

Info

Publication number: DE2227435B2
Application number: DE2227435A
Authority: DE
Inventors: Edwin M. El Reno Okla. Arenson (V.St.A.)
Original assignee: Black Sivalls & Bryson Inc Kansas City Mo (vsta)
Current assignee: Black Sivalls & Bryson Inc Kansas City Mo (vsta)
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1972-06-06
Publication date: 1974-08-22
Also published as: FR2140447A1; DE2227435A1; IT955554B; FR2140447B1; CA949874A; JPS555976B1; US3726085A; GB1334978A

Description

Gasturbine zugeführten Brennluft geführt wird, Die Anlage gemäß F i g. 1 ist im ganzen mit 10 be-

wobei sich diese abkühlt. zeichnet. In dieser Anlage 10 strömt brennbares, ver

flüssigtes kryogenes Medium aus einem Speichertank 12 oder einer sonstigen Vorratsquelle über eine Lei-45 tung 14 zu einer oder mehreren Pumpen 16. Von der

Auslaßseite der Pumpen 16 gelangt der Strom an

verflüssigtem kryogenem Medium über eine Leitung

20 zu einem oder mehreren Wärmetauschern 18, in

denen als Wärmemedium Wasser aus der Umgebung

so strömt. Der Wasserstrom wird aus einer Vorrats-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinu- quelle über eine Leitung 22 herangepumpt, die an die ierlichen Verdampfen eines flüssigen kryogenen Me- Saugseite einer oder mehrerer Wasserpumpen 24 andiunis, z. B. von verflüssigtem Erdgas durch Wärme- geschlossen ist. Die Auslaßseite der Pumpen 24 steht tausch mit Wasser von Umgebungstemperatur, wobei mit einer Leitung 26 in Verbindung, die das Wasser sich das Wasser abküh't. 55 in die Wärmetauscher 18 führt. In diesen wird das

Es ist bekannt, daß die Speicherung und der verflüssigte kryogene Medium verdampft und überTransport kryogener Medien, z. B. von Erdgas, in hitzt, während das Wasser abgekühlt wird. Das verflüssigem Zustand in wirtschaftlicher Hinsicht Vor- dampfte und überhitzte kryogene Medium verläßt die teile bringen. Gewöhnlich werden derartige Medien Wärmetauscher 18 und gelangt über eine Leitung 28 am Ort ihrer Erzeugung oder Gewinnung unterkühlt ^6o zu einem oder mehreren gasbefeuerten Dampfkesseln und verflüssigt und in flüssigem Zustand an den Ort 30, in denen mindestens ein Teil des kryogenen Meihrer Verwendung befördert. Dort werden sie dann diums als Brennstoff verbrannt wird. Durch die Anverdampft und auf die erwünschte Temperatur über- lage 10 kann auch im Überschuß verdampftes und hitzt. überhitztes kryogenes Medium erzeugt werden, das

Es sind Verfahren und Anlagen entwickelt wor- 65 dann in einem anderen Verfahren eingesetzt oder an den, um verflüssigtes Erdgas an solche Verwen- Einzelverbraucher verteilt wird. In diesem Falle wird dungsorte zu befördern, an denen Erdgas nicht zur der den Brennstoffbedarf für die Kessel 30 überstei-Verfügung steht, und um das verflüssigte Erdgas dort gende Teil des Mediums aus der Anlage 10 über eine

3 4

Leitung 29 abgezogen, die von der Leitung 28 ab- dampft und das Wasser abgekühlt. Das verdampfte

zweigt. Die Kessel 30 erzeugen überhitzten Dampf, kryogene Medium verläßt den Wärmetauscher über

der über eine Dampfleitung 32 zu einer oder mehre- eine Leitung 78.

ren Dampfturbinen 34 geleitet wird, durch die Elek- In der Anlage ist eine Gasturbine 80 vorgesehen,

regeneratoren 36 angetrieben werfen. Der Abdampf 5 die große Mengen heißer Abgase aus der Verbren-

der Turbinen 34 wird über eine Abdampfleitung 38 nung von Brennstoff und Luft erzeugt. Die Gastur-

zu einem oder mehreren Kondensatoren 40 geführt. bine 80 treibt einen Elektrogenerator 82 an. Die Lei-

Das abgekühlte Wasser aus den Wärmetauschern tang 78 ist an ein Paar von Leitungen 84 und 86 an-18 strömt über eine Leitung 42 zu den Kondensato- geschlossen, und es sind bekannte, nicht gezeigte ren 40. Beim Durchlauf durch diese wird von dem io Steuerelemente vorgesehen, um den Strom des ver-Turbineuabdampf an das Wasser Wärme übertragen, dampften kryogenen Mediums in einen größeren und so daß der Dampf kondensiert und das Wasser er- einen kleineren Teilstrom aufzuteilen. Der größere wärmt wird. Das Kondensat fließt über eine Leitung Teilstrom durchströmt die Leitung 84, der kleinere 44 zu einem Kondensatsammler 46. Aus dem Kon- Teilstrom die Leitung 86. Der größere Teilstrom des densatsammler 46 gelangt es über eine Leitung 48 zu 15 verdampften kryogenen Mediums aus den Wärmeeiner oder mehreren Speisepumpen 50, deren Druck- tauschern 70 gelangt über die Leitung 84 zu einem Seite über eine Leitung 52 mit den Kesseln 30 in Wärmetauscher 88, in dem ein Wärmetausch mit den Verbindung steht. Der Strom des in den Kondensato- Abgasen der Gasturbine 80 erfolgt. Die Abgase der ren 40 erwärmten Wassers fließt über eine Leitung Gasturbine 80 werden dem Wärmetauscher 88 durch 54 zu der Wasservorratsquelle zurück. 20 eine Abgasleitung 90 zugeführt. Nach Durchströ-

Die Menge an verflüssigtem kryogenem Medium, mung des Wärmetauschers 88 gelangen die Abgase

das in den Wärmetauschern 18 verdampft und über- über eine Leitung 92 in die Atmosphäre. Beim

hitzt wird, wird durch herkömmliche Überwachungs- Durchströmen des Wärmetauschers 88 wird auf das

geräte (nicht dargestellt) gesteuert, so daß der Brenn- aus den Wärmetauschern 70 kommende verdampfte

gasbedarf der Kessel 30 stets richtig erfüllt wird. Die 25 kryogene Medium Wärme übertragen, durch die das

Menge an Wasser aus der Umgebung, das durch die Medium auf eine bestimmte Temperatur überhitzt

Leitungen 22 und 26 in die Wärmetauscher 18 wird.

strömt, wird wiederum so eingeregelt, daß im Wasser Der kleinere Teilstrom des verdampften kryogenen ein bestimmtes Temperaturgefälle von z.B. 2,3 bis Mediums aus den Wärmetauschern 18 strömt über 2,8° C auftritt. Die Anlage 10 und die Kondensato- 30 die Leitung 86 zu einem Wärmetauscher 94. Brennren 40 sind so ausgelegt, daß das Wasser beim luft für die Gasturbine 80 wird über eine Leitung 96 Durchströmen der Kondensatoren 40 um einen be- aus der Atmosphäre angesaugt und durchströmt den stimmten Betrag erwärmt wird. Wenn beispielsweise Wärmetauscher 94, in dem sie abgekühlt und über das Wasser in den Wärmetauschern 18 um 2.8° C einen Einlaß 98 der Gasturbine 80 zugeführt wird, abgekühlt wird, kann es in den Kondensatoren 40 35 Das verdampfte kryogene Medium, das ebenfalls den wieder um diese 2,8° C erwärmt werden. Zweck der Wärmetauscher 94 durchströmt, wird entsprechend entsprechenden Auslegung der Anlage 10 ist es, die erwärmt.

Kühlung und Erwärmung des Wassers aus der Um- Der größere Teilstrom des kryogenen Mediums

gebung so zu steuern, daß die Vorschriften über ther- wird von dem Wärmetauscher 88 über eine Leitung mische Umweltbeeinträchtigung eingehalten werden, 40 102 abgeführt. Eine Leitung 100, die an dem Wär-

dabei aber minimale Abmessungen der erforderli- metauscher 94 angeschlossen ist. führt den kleineren

chen Einrichtungen und minimale Betriebskosten er- Teilstrom des verdampften kryogen Mediums in die

reicht werden können. Leitung 102 ein, so daß beide Teilströme in dieser

Durch das Verfahren wird in wirtschaftlicher Leitung wieder zusammengeführt sind. Ein kleiner Weise elektrische Energie unter Verwendung von 45 Teil des in dem Wärmetauscher 88 überhitzten kryo-

Wasser aus der Umgebung erzeugt, ohne dabei die genen Mediums strömt über eine Leitung 104 zur

Vorratsquelle des Wassers thermisch zu beeinträchti- Gasturbine 80, in der er als Brennstoff verbrannt

gen. Die Verwendung des Wassers als Kühlmittel für wird. Ein weiterer kleiner Anteil des verdampften

die Kondensatoren läßt die teuren und aufwendigen und überhitzten kryogenen Mediums, der die Leitung Dampfkondensatoren in Wegfall kommen, die bisher 50 102 durchströmt, wird über eine Leitung 106 zu

beispielsweise in Form von Luftkondensatoren oder einem oder mehreren Dampfkesseln 108 geführt, wo

in Form von geschlossenen Kühlwassersystemen er- er ebenfalls als Brennstoff verbrannt wird. Der Rest

forderlich waren. an verdampftem und überhitztem kryogenem Medium

F i g. 2 zeigt eine abgewandelte Anlage, die im strömt über eine Leitung 110, die an die Leitung 102 ganzen mit 60 bezeichnet ist. Ein Strom von brenn- 55 anschließt, zu einer Verbrauchet- oder Verteilerbarem, verflüssigtem kryogenem Medium wird durch stelle.

eine Leitung 62 aus einem Speichertank 64 mittels Von den Dampfkesseln 108 erzeugter überhitzter einer oder mehrerer Pumpen 66 gefördert. Von den Dampf strömt über eine Dampfleitung 112 zu einer Pumpen 66 gelangt das verflüssigte kryogene Me- oder mehreren Dampfturbinen 114. Die Dampfturbidium durch sine Leitung 68 zu einem oder mehreren 60 nen 114 treiben Elektrogeneratoren 116 an. Der Ab-Wasserwärmetauschern 70. Eine Leitung 72 führt dampf der Dampfturbinen 114 wird über eine Abeinen Strom von Wasser aus der Umgebung zur dampfleitung 118 einem oder mehreren Kondensato-Saugseite einer oder mehrerer Wasserpumpen 74, das ren 120 zugeführt, zu denen auch das aus den Wärvon den Pumpen über eine Leitung 76 den Wärme- metauschern 70 austretende Wasser über eine Leitauschern 70 zugeführt wird. Das Wasser durchströmt 65 rung 122 fließt. Es erfolgt ein Wärmetausch zwischen die Wärmetauscher 70, so daß ein Wärmetausch mit dem Abdampf und dem Wasser, wodurch der Abdem ebenfalls hindurchströmenden flüssigen kryoge- dampf kondensiert und das Wasser erwärmt wird, nen Medium erfolgt. Dadurch wird das Medium ver- Das erwärmte Wasser wird aus den Kondensatoren

120 über eine Leitung 124 wieder zur Wasservorrats- der Gasverteileranlage fließen. 53 070 kg/h überhitzquelle zurückgeleitet. Das Kondensat gelangt über ter Dampf mit einem Druck von 30,8 atü und einer eine Leitung 126 in einen Kondensatsammler 128. Temperatur von 427° C, der von den Dampfkesseln Aus diesem wird es durch eine Leitung 130 von einer 30 erzeugt wird, strömt zu den Dampfturbinen 34. oder mehreren Speisepumpen 132 abgezogen und 5 Die von den Dampfturbinen 34 getriebenen Generaüber eine Leitung 134 wieder in die Dampfkessel 108 toren 36 erzeugen eine Gesamtleistung von gedrückt. 12 55OkW. Der Abdampf der Dampfturbinen 34 Die Durchsatzmenge des Wassers durch die War- (100 %> gesättigter Dampf) strömt zu den Kondensametauscher 70 wird so eingeregelt, daß sich das Was- toren 40. Der Strom von 73 315 l/min Wasser aus der ser um einen bestimmten Betrag abkühlt. In dem io Umgebung, der mit einer Temperatur von 15,5⁰C Wärmetauscher 94 wird die Brennluft für die Gastur- aus den Wärmetauschern 18 austritt, gelangt zu den bine 80 gekühlt und entsprechend die Leistung der Kondensatoren 40. Es erfolgt dabei ein Wärmetausch Turbine erhöht. zwischen dem Dampf und dem Wasser. Dadurch

Die Anlage 60 ist so ausgelegt, daß eine bestimmte wird das Wasser auf eine Temperatur von 21,1° C Menge an verdampftem und überhitztem kryogenem 15 erwärmt und der Dampf kondensiert. Das die Kon-Medium über den Brennstoffbedarf der Anlage 60 densatoren 40 verlassende Wasser wird mit einer hinaus im Überschuß erzeugt wird, so daß ein konti- Temperatur von 21,1° C zur Wasservorratsquelle nuierlicher Strom des verdampften und überhitzten zurückgeleitet
Mediums die Anlage 60 über die Leitung 110 verläßt _ . . . „
und zur Verbraucher-oder Verteilerstelle gelangt. 20 1 spie ^.

Ein kleinerer Anteil der erzeugten elektrischen Ein Strom von flüssigem Erdgas mit einer DurchEnergie wird zum Betrieb der Pumpen 74, 66 und satzmenge von 678 812 kg/h wird den Wärmetau- 132 der Anlage verwendet, während der größere Teil schern 70 der Anlage 60 mit einem Druck von 56 atü der elektrischen Energie ebenfalls zu einer Verbrau- und einer Temperatur von —162° C zugeführt. Das eher- oder Verteilerstelle geleitet wird. 25 Wasser aus der Umgebung mit einem Durchsalz von

Die Anlage 60 und die Kondensatoren 120 sind so 360 332 l/min und einer Temperatur von 21,1⁰C ausgelegt, daß das die Kondensatoren 120 durchströ- wird ebenfalls in die Wärmetauscher 70 eingeleitet, mende Wasser, das zur Wasservorratsquelle über die so daß zwischen dem Wasser und dem Erdgas ein Leitung 124 zurückströmt um einen bestimmten Be- Wärmetausch erfolgt. Dadurch wird das flüssige Erdtrag erwärmt wird. Dies bedeutet, daß die in den 30 gas verdampft und auf eine Temperatur von Wärmetauschern 70 erfolgende Abkühlung und die -17,8° C erwärmt. Das Wasser kühlt sich auf eine in den Kondensatoren 120 eintretende Erwärmung Temperatur von 15,5° C ab.

des Wassers so gesteuert werden, daß die Tempera- Ein größerer Teilstrom des verdampften Erdgases

tür des zur Wasservorratsquelle zurückkehrenden (545 326 kg/h) wird zum Wärmetauscher 88 geleitet,

Wassers im wesentlichen die gleiche ist, mit der das 35 in dem das Erdgas auf eine Temperatur von 79° C

Wasser entnommen wurde. Damit wird eine thermi- überhitzt wird. 353 808 kg/h Abgase aus der Gastur-

sche Beeinträchtigung der Wasservorratsquelle ver- bine 80 gelangen mit einer Temperatur von 5iO°C

mieden. ebenfalls zum Wärmetauscher 88. Durch den Wär-

Die Anlage 60 ist insbesondere zur Anwendung an metausch verringert sich die Temperatur der Abgase

solchen Orten geeignet, an denen normalerweise 40 auf 149° C, die anschließend in die Atmosphäre

Erdgas nicht zur Verfügung steht Durch das in der freigegeben werden.

Anlage 60 ablaufende Verfahren werden verdampf- Ein kleinerer Teilstrom des verdampften Erdgases

tes und überhitztes Erdgas zum Zwecke der Vertei- (133 485 kg/h) strömt zum Wärmetauscher 94. Der

lung und/oder des Verbrauchs sowie elektrische Wärmetauscher 94 wird außerdem von Brennluft mit

Energie erzeugt Von besonderer Bedeutung ist, daß 45 einer Durchsatzmenge von 348 274 kg/h und einer

auf Grund der Verwendung von Wasser aus der Um- Temperatur von 26,6° C (zu 50 °/o mit Wasser gesät-

gebung zugleich als Heiz- und Kühlmedium das Erd- tigt) durchströmt Die Luft wird auf eine Temperatur

gas und die elektrische Energie wirtschaftlich erzeugt von 4,4° C abgekühlt, während das Erdgas auf eine

werden, trotzdem aber eine thermische Beeinträchti- Temperatur von —16,1° C erwärmt wird,

gung der Wasservorratsquelle vermieden wird. 50 Das Erdgas, das aus dem Wärmetauscher 88 mit

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Bei- einer Temperatur von 79° C austritt, vereinigt sich

spielen erläutert mit dem vom Wärmetauscher 94 eingeführten Erd-

T₁- ·ιι S^' ^so daß ^em Gesamtstrom mit einer Temperatur

Beispiel l von 60°C entsteht Aus der Leitung 102 wird ein

Zu den Wärmetauschern 18 der Anlage 10 wird 55 Strom von 5456 kg/h Erdgas abgezogen und als ein Strom von flüssigem Erdgas mit einer Durchsatz- Brennstoff für die Gasturbine 80 verwendet Außermenge von 129156 kg/h bei einem Druck von 55 atü dem werden weitere 16 723 kg/h Erdgas aus der Lei- und einer Temperatur von —162° C gepumpt Beim rung 102 als Brennstoff in den Dampfkesseln 108 Durchströmen der Wärmetauscher erfolgt ein War- verbrannt Das verbleibende Erdgas mit einer Temmetausch zwischen dem Erdgas und dem Wasser aus 60 peratur von 15,5° C strömt zu einer Verbraucherder Umgebung mit einer Durchsatzmenge von oder Verteilerstelle.

73 315 l/min und einer Temperatur von 21,1° C. Überhitzter Dampf mit einer Durchsatzmenge von

Durch den Wärmetausch wird das Erdgas verdampft 260 881 kg/h, einem Druck von 30,8 atü und einer

und auf eine Temperatur von —1,1° C erwärmt Die Temperatur vcn 427° C wird von dem Dampfkessel

Temperatur des Wassers verringert sich auf 15,5° C. 65 108 erzeugt und beaufschlagt die Dampfturbinen

113,55-10⁶dm³/Tag an verdampftem Erdgas strö- 114. Von den Generatoren 116 werden 61692 kW

men zu den Dampfkesseln 30, während an elektrischer Leistung erzeugt, während der Gene-

4190,89 - 10⁶dm³/Tag an verdampftem Erdgas zu rator 82, der von der Gasturbine 80 ainw.hMrfwn

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wird, 18 500 kW erbringt. 205 583 kg/h Abdampf aus den Turbinen 114 (100 °/o gesättigter Dampf) strömen zu den Kondensatoren 120. Das Wasser aus den Wärmetauschern 70 mit einer Durchsatzmenge von 360 332 l/min und einer Temperatur von 15,5° C

durchströmt die Kondensatoren 120. Dadurch wird das Wasser wieder auf eine Temperatur von 21,1° C erwärmt und der Dampf kondensiert. Das aus den Kondensatoren 120 austretende Wasser gelangt zur Wasservorratsquelle zurück.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

zu verdampfen und zu überhitzen, um es als Brenn- Patentansprüche: stoff einsetzen zu können. Diese Anlagen umfassen umfangreiche Heizeinrichtungen, die relativ hohe Be-

1. Verfahren zum kontinuierlichen Verdamp- triebs- und Wartungskosten mit sich bringen. Um die fen eines flüssigen kryogenen Mediums, z. B. von 5 Kosten dieser Anlagen zu senken, ist es bekannt, ein verflüssigtem Erdgas durch Wärmetausch mit verflüssigtes kryogenes Medium dadurch zu verdamp-Wasser von Umgebungstemperatur, wobei sich fen und zu überhitzen, daß es im Wärmetausch mit das Wasser abkühlt, dadurch gekenn- Wasser aus der Umgebung geführt wird. Die Verzeichnet, daß das abgekühlte Wasser im wendung von Wasser aus der Umgebung als Wär-Wärmetausch mit einem Wärmeträger wieder er- io metauschermedium zum Verdampfen von verflüssigwärmt wird und daß Abkühlung und Erwärmung tem Erdgas führt jedoch zu den gleichen Problemen des Wassers so gesteuert werden, daß die Wasser- im Hinblick auf die thermische Umweltbeeinträchtitemperatur vor dem Wärmetausch mit dem kryo- gung, wie dies bei Anwendung von Wasser aus der genen Medium und nach dem Wärmetausch mit Umgebung als Kühlmedium der Fall ist. Das bedeudem Wärmeträger im wesentlichen die pjeiche ist. 15 tet, daß zur Begrenzung des Temperaturgefälles im

2. Verfahren nach Anspruch 1, daaurch ge- Wasser auf den zulässigen Wert große Wasservolukennzeichnet, daß mindestens ein Teil des ver- mina erforderlich sind, die zu hohen Pump- und Bedampften kryogenen Mediums in überhitztem triebskosten führen.

Zustand als Brennstoff für einen gasbefeuerten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

Dampfkessel verwendet wird, der eine Dampftur- 20 Nachteile des bekannten Verfahrens, bei dem die

bine beaufschlagt, deren Abdampf als Wärmeträ- Medien im Wärmetausch mit W^ser aus der Umge-

ger dient bung geführt werden, zu beheben.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß kennzeichnet, daß der Abdampf beim Wärme- das abgekühlte Wasser im Wärmetausch mit einem tausch mit dem abgekühlten Wasser kondensiert »5 Wärmeträger wieder erwärmt wird und daß Abküh- und das Kondensat wieder in den Dampfkessel lung und Erwärmung des Wassers so gesteuert wereingespeist wird. den, daß die Wassertemperatur vor dem Wärme-

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch tausch mit dem kryogenen Medium und nach dem gekennzeichnet, daß das flüssige kryogene Me- Wärmetausch mit dem Wärmeträger im wesentlichen dium beim Wärmetausch mit dem Wasser ver- 30 die gleiche ist.

dampft und überhitzt wird. Die Vorteile und weitere Merkmale der Erfindung

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausgekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des ver- führungsbeispiele an Hand der Zeichnungen sowie dampften kryogenen Mediums als Brennstoff für aus den Unteransprüchen. Es zeigt

eine Gasturbine verwendet wird, deren Abgase 35 F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Anlage zur zur Überhitzung eines Teiles des verdampften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kryogenen Mediums dienen. und

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge- F i g. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren Anlage, kennzeichnet, daß ein Teil des verdampften kryo- ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen genen Mediums im Wärmetausch mit der der 40 Verfahrens.