DE2263055A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von verfluessigtem naturgas - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur behandlung von verfluessigtem naturgas

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DE2263055A1
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Description

DR/HB/UMR/21.885
18.12.1972
Patentanwälte ^ ^
Dipl.-lng. Leinv/eber Dir f - Γ-·.*. Ziirmermann
k. . ;·■;. v. V"Oi:gersi;y '
S ,tii.;:i'.,isr,'.-.. F.osenta/7
Tel. 25ÜSÖ89
TECHNIGAZ
21, Avenue George V ^2. DEZ.
75 008 - PARIS/ FRANKREICH
"Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von verflüssigtem Naturgas. "
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Naturgas, das im verflüssigten Zustand in Kesseln zur Lagerung und/oder zum Transport aufbewahrt wird. Bei Verfahren dieser Art wird der flüssige Stickstoff dadurch hergestellt, dass zu diesem Zwecke das Verdampfen des verflüssigten Naturgases ausgenutzt wird, dessen Fraktion Methan und höhere Kohlenwasserstoffe gleichzeitig rückverflüssigt wird. Die Erfindung hat gleichfalls eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens zum Gegenstand, die insbesondere auf Schiffen zum Transport von Methan oder in Lagerungseinrichtungen auf dem Boden angewendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein einfaches Mittel zur Herstellung von flüssigem Stickstoff zu schaffen, der teilweise als Kühlflüssigkeit zur Rückverflüssigung des Methans verwendet wird'und teilweise zum Verkauf bestimmt ist.
Die erzielte Vereinfachung ermöglicht es, Verflüssigungsein-
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heiten herzustellen, die ausreichend kompakt und wirtschaftlich sind, um an Bord von Methanschiffen oder in Lagereinrichtungen auf dem Boden von verflüssigten Naturgasen verwendet zu werden. Zu disem Zweck wird ein Verfahren zur Behandlung von Naturgas vorgeschlagen, das in verflüssigtem Zustand in Kesseln zur Lagerung und/oder zum Transport aufbewahrt wird, wobei der flüssige Stickstoff aus der Verdampfung des verflüssigten Gases gewonnen wird, und dadurch charakterisiert ist, dass der Stickstoff den Gasen entzogen wird, die von der Verdampfung der Beschickung mit verflüssigtem Naturgas in den genannten Kesseln herrühren, dass wenigstens ein Teil des entzogenen Stickstoffes verflüssigt wird, und dass der flüssige Stickstoff gelagert wird, um eine Kältereserve zu bilden.
Diese Kältereserve wird nach dem Entladen des verflüssigten Naturgases verwendet, um insbesondere die genannten Kessel zu kühlen und einer inerten Atmosphäre auszusetzen, bevor sie von neuem mit verflüssigtem Naturgas beschickt werden.
Bezogen auf die bekannten Verfahren zur Verflüssigung von Methan in einem indirekten Kreis, in dem insbesondere Stickstoff als Kühlflüssigkeit verwendet wird, unterscheidet sich das den Erfindungsgegenstand bildende Verfahren dadurch, dass der Stick stoff, der hier die Kühlflüssigkeit darstellt, die in einem offenen Kreis verwendet wird, den Verdampfungen des verflüssigten Naturgases entzogen wird, das in den Kesseln von Methanschiffen transportiert oder in bodenständigen Behältern gelagert wird. Einer der Hauptvorteile, die mit der Erfindung erzielt werden können, beruht darin, dass der dem verflüssigten Naturgas entzogene Stickstoff frei von störenden Unreinheiten ist, wie z.B. Wasserdampf, Kohlenstoffgasen,Schwefeloxyden, Sauerstoff usw..., die in den normalerweise in den zur Herstellung von flüssigem Stickstoff verwendeten Gasen (atmosphärische,Luft oder Gas, das von einer Verbrennung herrührt) vorhanden sind.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der den Verdampfungen des verflüssigten Naturgases entzogene Stickstoff bereits eine
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Temperatur aufweist, die in der Nähe der Temperatur von flüssigem Methan, bei ungefähr - 16O°C liegt, und bereits die üblichen Bedingungen zum Transport und zur Lagerung von verflüssigten Naturgasen erfüllt. Diese niedrige Anfangstemperatur des Stickstoffes, der in dem verflüssigten Naturgas enthalten ist," setzt die Anzahl von für die Verflüssigung benötigten Kälteeinheiten herab, und in dem Fall einer teilweisen Verflüssigung des vorhandenen Stickstoffes gibt der Stickstoff, der in gasförmigem Zustand in die Atmosphäre geblasen wird, vorher die Kälteeinheiten ab, die seinem Wärmezustand entsprechen, ,wodurch die Rüekverflüssigung der in den Kreis eintretenden Stickstoff-Fraktion erleichtert wird.
Daraus folgt eine beträchtliche Verminderung der Kühlenergie, die notwendig ist, damit der indirekte den Stickstoff als Kühlflüssigkeit verwendete Kreis die Rückverflüssigung des gesamten Methans bewirken kann, der in dem Verdampfungsgas der Methankessel oder der bodenständigen Lagerungen vorhanden ist.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das Verfahren zur Rückverflüssigung der Methandämpfe aus der ^Verdampfung des"verflüssigten Naturgases mit gleichzeitigem Herausziehen des Stickstoffes die Dämpfe des verflüssigten Naturgases destilliert oder kryogen fraktioniert, indem es sie mit einer stickstoffreichen Rückstromflüssigkeit in Berührung bringt, sodass einerseits der gasförmige Stickstoff und andererseits ein kondensiertes Gemisch von Kohlenwasserstoffen, das praktisch frei von Stickstoff ist und anschliessend in die Kessel für das verflüssigte Naturgas zurückgegeben wird, entsteht. Die Kalte für den Kondensierer der Destillationssäule wird von der Verdunstung des in einem Behälter vorhandenen flüssigen Stickstoffes geliefert. Die Dämpfe des flüssigen Stickstoffes des Behälters werden mit dem gasförmigen Stickstoff, der dem Naturgas entzogen wird, gemischt, um dann in einen Kreis zur Rückverflüssigung des Stickstoffes eingegeben zu werden.
Die Erfindung ist weiterhin durch eine Vorrichtung zur Rückverflüssigung der Dämpfe des verflüssigten Naturgases mit gleich-
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zeitiger Extraktion von Stickstoff gekennzeichnet. Diese Vorrichtung besitzt eine Säule zur Destillation oder kryogenen Fraktionierung für Dämpfe von verflüssigtem Naturgas. Diese Säule ist einerseits mit den Kesseln für das verflüssigte Naturgas durch eine Leitung zur Zuführung der genannten Dämpfe und durch einen Aufkochkolben zur Rückführung der genannten kondensierten Mischung von Kohlewasserstoffen zu den genannten Kesseln verbunden und steht andererseits mit einem Rückstromkolben in Verbindung, der in dem genannten Behälter für den flüssigen Stickstoff angeordnet ist. Dieser Rückflusskolben weist einen ersten Ausgang zur Rückführung zu der genannten Destilliersäule und einen zweiten Ausgang zu dem genannten Kreis zur Rückverflüssigung des Stickstoffes auf.
Die Erfindung erlaubt also eine sehr wirtschaftliche Ausnutzung, z.B. eines Methantransportschiffes, da sie es ermöglicht, mit Hilfe eines sehr geringen Energiezusatzes einerseits alle Vergasungen von flüssigem Naturgas, durch gleichzeitigen Entzug des in den Gasen des flüssigen Naturgases enthaltenen Stickstoffes wieder zu verflüssigen und andererseits auf diese Weise eine Reserve von flüssigem Stickstoff zu bilden, der in der Lage ist, Kälteeinheiten hohen Arbeitsvermögens zu liefern, die an Bord des Schiffes zur Kühlung der Kessel und Kanäle zur Füllung dieser Kessel verwendet werden können, und so der Vorbereitung einer neuen Beschickung mit flüssigem Naturgas dienen. In bodenständigen Einrichtungen können diese Kälteeinheiten für die bekannten Verwendungszwecke flüssigen Stickstoffes ausgenutzt werden.
Wenn die Erfindung für Lagerkessel, die fest auf der Erde stehen, verwendet wird, erlaubt sie es nicht nur, alle Methandämpfe, die von der Verdampfung des verflüssigten Naturgases herrühren, wieder zu verflüssigen und das verflüssigte Naturgas anzureichern, sondern ermöglicht es auch, den in diesem Naturgas enthaltenen Stickstoff herauszuziehen und den so erhaltenen flüssigen Stickstoff zu lagern. Der den Dämpfen des flüssigen Naturgases entzogene Stickstoff ist praktisch rein und enthält keine störenden Verunreinigungen und kann zu interessanten Preisen verkauft werden.
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In der folgenden Beschreibung, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, wird die Erfindung näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt in einem Übersichtsschema eine erfindungsgefflässe Anlage, die in einem Methantransportschiff oder einer feststehenden Lageranlage verwendet werden kann ;
Fig. 1a zeigt ein vereinfachtes Schema dieser Anlage ;
Fig. 2 zeigt ein Übersichtsschema einer abgewandelten Ausführungs-'" form der Erfindung ;
Fig. 3 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verdichters und einer in der Erfindung verwendeten Turbine dar;
Fig. 4 veranschaulicht eine andere Ausführungsform eines Kompressors und einer erfindungsgemässen Turbine ;
Fig. 5 veranschaulicht graphisch den erfindungsgemässen Kreis zur Rückkühlung und Rückverflüssigung des Stickstoffes.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der Fig. 1 dargestellt ist, kennzeichnet 1 einen Kessel für verflüssigtes Naturgas, und 2 einen Behälter für flüssigen Stickstoff. Die Dämpfe des flüssigen Naturgases werden durch ein Gebläse 3 in einen Kanal 4 gesaugt und in eine Säule 5 zur Destillation oder kryogenen Fraktionierung geschickt. Die Säule 5 ist einerseits mit einem Aufkochkolben 6 durch eine Zuführungsleitung 7, eine Pumpe 8 für verflüssigtes Naturgas und eine Rückführung' 9 für Dämpfe des verflüssigten Naturgases verbunden. Andererseits steht die Säule 5 mit einem Rückflusskolben 10, der im Inneren des Behälters 2 für den flüssigen Stickstoff angeordnet ist, über einer Zuführungsleitung 11 für Stickstoffdämpfe, und einem Kanal 12 mit einer Pumpe 13, zur Rückführung des flüssigen Stickstoffes in die genannte Säule, in Verbindung.
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Der Kreis zur Rückverflüssigung der Dämpfe des verflüssigten Naturgases, die aus dem genannten Kessel 1 kommen, ist mit stärkeren Linien gekennzeichnet.
Der gasförmige Stickstoff, der aus dem Rückflusskolben 10 und den Verdampfungen des flüssigen Stickstoffes in dem Behälter 2 stammt, wird durch die Leitungaii4 und 15 in den Verflüssigungskreis des Stickstoffes geleitet. Dieser Kreis besitzt einen Kanal 16, der einerseits mit den genannten Kanälen. 14 und 15 und andererseits mit einem Geblase 47 in Verbindung steht, das in eine Reihe von Wärmeaustauschern 17, 18, 19, die zur Rückerhitzung des gasförmigen Stickstoffes dienen, einen mehrstufigen und von einem Motor -21 angetriebenen Verdichter 20, einen Wärmeaustauscher 22 mit z.B. Wasser oder jeder anderen geeigneten Kühlflüssigkeit wie Luft, Propan, Ammoniak, Freon, usw..., der dazu bestimmt ist, den in dem Kompressor 20 verdichteten Stickstoff von neuem zu kühlen, zurückstaut.
Der verdichtete Stickstoff gelangt dann in die Schlange 23 des Wärmeaustauschers 19, in die Schlange 24 des Wärmeaustauschers 25 und in die Schlangen 26, 27, 28 des Wärmeaustauschers 18 bzw. des Aufkochkolbens 6, bzw. des Wärmeaustauschers 17. Der so rückgekühlte Stickstoff wird dann in die Schlange 29 eines Wärmeaustauschers 13 geführt, bevor er in die kalten Abscheider 31 und 32 eingegeben wird. Der auf dem Boden des kalten Scheiders 31 gesammelte flüssige Stickstoff wird durch einen Kanal 33 in den kalten Scheider 32 gegeben. Der in letzterem gesammelte flüssige Stickstoff kehrt durch einen Kanal 34 in den Behälter 2 zurück. Der in dem ersten kalten Scheider 31 befindliche Stickstoff wird durch einen Kanal 35 in eine Anlage 36 zur Entspannung unter Arbeitverrichtung gesendet. Diese Anlage kann eine zweistufige Turbine oder ein thermischer Scheider bekannter Art sein, der ein Bündel von an einem Ende geschlossenen Rohren besitzt, und in dem das Gas unter Arbeitsverrichtung sich entspannt, wobei die entsprechende als Wärme frei werdende Energie verwendet wird, um z.B. eine weitere nach dem Entspannungsprinzip mit wechselnder Ortsänderung arbeitende Maschine zu speisen, die z.B. an einen
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Kolbenverdichter angeschlossen ist.
Der in der Anlage 36 entspannte gasförmige Stickstoff wird mit dem von dem zweiten kalten Scheider 32 kommenden gasförmigen Stickstoff vermengt, und gelangt dann in den bereits genannten Wärmeaustauscher 30, in dem der durch eine Schlange 29 wandernde Stickstoff abgekühlt wird. Dann wird er durch die Leitung 16 vor dem Wärmeaustauscher 17 in den Verflüssigungskreis für den Stickstoff eingespeist. -
Die Destilliersäule 5, der Aufkochkolben 6, die Wärmeaustauscher 17, 18 und 30, die kalten Scheider 31 und 32 und die Anlage zur Entspannung unter Arbeitsverrichtung 36 sind in einer mit gasförmigem Stickstoff niedriger Temperatur gefüllten Kammer aufgestellt. Diese Kammer ist in der Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 40 dargestellt.
Die soeben beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermassen:
Die Dämpfe des verflüssigten Naturgases werden von dem Kessel 1 in die Fraktioniersäule 5 gesandt, wo sie durch die Berührung mit der an Stickstoff reichen von dem Rückflusskolben 10 kommenden Flüssigkeit abgekühlt werden. Der in den Dämpfen des Naturgases enthaltene Stickstoff bleibt gasförmig, während die Flüssigkeit, die sich am Boden des Turmes befindet und von einer Mischung, die reich an Kohlenwasserstoffen und arm Stickstoff ist, gebildet wird, in den Aufkochkolben 6 geschickt wird. Dieser Aufkochkolben besitzt die Siedetemperatur eines flüssigen Naturgases, ausgenommen Stickstoff, sodass das Gemisch, das in den Kessel 1 zurückgegeben wird,ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen ist, das praktisch keinen Stickstoff enthält.
Die Dämpfe, die sich im oberen Teil der Destilliersäule 5 befinden, werden in den Rückflusskolben 10 gegeben, wo sie teilweise verflüssigt werden. Das Destillat, das von dem verbleibenden gasförmigen Stickstoff gebildet wird, wird in den Verflüssigungskreis für den Stickstoff gesandt, der vorher beschrieben wurde. In
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diesem wird es zunächst nacheinander in den Austauschern 17, 18 und 19 von neuem erwärmt, dann in dem Verdichter 20 komprimiert, bei dem Durchlaufen der Austauschschlangen 19, 20, 25, 18, 17, 30, abgekühlt, dann entweder in den kalten Scheidern 31 und 32 kondensiert oder in der Anlage 36 entspannt und in die Verflüssigungskreise zurückgespeist.
Bei einer Überproduktion von Stickstoff kann der gasförmige Stickstoff durch die Leitung 41, die sich unmittelbar vor dem Verdichter befindet, in die freie Atmosphäre abgeblasen werden. Es können auch Wärmeaustauscher 22 und 25 verwendet werden, um das verflüssigte Naturgas in dem Kessel 1 wieder zu erwärmen, das dann entweder für die Heizkessel eines Schiffes oder für ein Verbraucherverteilungsnetz bestimmt ist.
In diesem Fall wird das Naturgas von einer Pumpe 42 in die Schlange 43 eines Wärmeaustauschers 44 und dann in eine Schlange 45 eines zweiten Wärmeaustauschers 46 geschickt, der z.B. mit dem Wasser hoher Temperatur des Wärmeaustauschers 22 gespeist wird. Das so verdampfte Naturgas kann dann entweder in den Wärmeaus tauscher 25 gelangen, wo es dem komprimierten Stickstoff Wärme entzieht, oder andererseits direkt verwendet werden. Ein Teil des verdampften Naturgases, das sich am Ausgang des Austauschers 46 befindet, wird in den Austauscher 44 gegeben, um das flüssige Naturgas zu verdampfen.
In der Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der, anstatt den Motor 21» den mehrstufigen Kompressor 20 und die ebenfalls mehrstufige Anlage zur Entspannung 36 in derselben Achslinie anzuordnen, die gleichen Arbeitsfunktionen verwirklicht werden können, wenn ein Elektromotor (oder eine Dampfturbine), ein ein- oder zweistufiger Kompressor, eine ein-oder zweistufige Entspannungsanlmge auf drei verschiedenen Achslinien gruppiert werden. In diesem Falle ist es vorteilhaft, vergleichbare Druckhöhen für den Ausgang eines Kompressors und den Eingang der entsprechenden Turbine in jeder der
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so gebildeten Einheiten zu wählen. Auf diese Weise wird es möglich, den Druck auf die Achslager dieser Einheiten zu vermindern.
Bei dieser abgewandelten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Komprimier- und Entspannungskreis für den gasförmigen Stickstoff, der in der Fig. 2 dargestellt ist, drei Elektromotoren 51» 52, 53, die auch von Dampfturbinen ersetzt werden können, drei Verdichter 54, 55, 56, die ein niedriges Druckniveau, ein mittleres Druckniveau und ein hohes Druckniveau erzeugen. Jeder dieser Motor-Verdichtergruppen ist eine Turbine 57bzw. 58, 59 zur Entspannung des verdichteten Stickstoffes zugeordnet.
Wenn der gasförmige Stickstoff nach dem Durchlauf durch die Austauscher 17, 18, 19 nacheinander in die drei Verdichterstufen 54, 55} 56 gelangt, wird er nach jeder Verdichtung in einem Wärmeaustauscher 60 abgekühlt, der z.B. Wasser oder jede andere geeignete Kühlflüssigkeit enthält, deren Strömungskreise und Pumpen nicht dargestellt sind. Dann gelangt der Stickstoff wie in der ersten Ausführungsform von neuem in die Wärmeaustauscher 19, 18, den Aufkochkolben 6 und den Austauscher 17. Der verdichtete Stickstoff gelangt dann in die Schlangen der drei Austauscher 61, 62, 63, kommt dann in einen ersten kalten Scheider 64, von dem der gasförmige Stickstoff an die Turbine 59 gesandt wird. Der flüssige Stickstoff wird in einen zweiten kalten Scheider 65 geschickt. Der teilweise entspannte gasförmige Stickstoff in der Turbine 59 gelangt in den kalten Scheider 65, dann in den Wärmeaustauscher 63 und in die zweite Turbine 58. Der von dem kalten Scheider 65 kommende flüssige Stickstoff wird in einen dritten Scheider 66 eingespeist, in den ebenfalls der von der Turbine 58 kommende entspannte gasförmige Stickstoff eingegeben wird. Der in diesem Scheider 66 enthaltene gasförmige Stickstoff wird von neuem in einen Austauscher 62 gegeben und gelangt dann in die Turbine 57, wo er entspannt und in einen vierten kalten Scheider 67 eingegeben wird. Desgleichen wird der flüssige Stickstoff aus dem Scheider in den Scheider 67 zurückgesandt. Der gasförmige Stickstoff aus letzterem Abscheider wird dann in den Wärmeaustauscher 61 eingespeist und in den Anfang des Verflüssigungskreises für den Stick-
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stoff vor dem Austauscher 17 eingegeben.
Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Motor-Verdichter-Turbinen-Satzes, der einem der in der Ausführungsform der Fig. 2 verwendeten Satz entspricht. In diesem Fall ist der Motor, z.B. der Motor 51 durch eine Räderübersetzung 70 und Lager 71, 72 mit dem Verdichter 54 und der Turbine 57 verbunden. Im dargestellten Beispiel besitzt der Verdichter 54 einen tangentiellen Eingang und einen axialen Ausgang.
Bei Schiffen, die gewöhnlich einen Hilfsheizkessel besitzen, um den Dampfbedarf des Schiffes zu decken, ist es vorteilhaft, den Motor-Verdichter-Turbinen-Satz mit einer Dampfturbine an Stelle des Motors, einem Zentrifugen-Verdichter und einer Zentripetal-Entspannungs-Turbine , wie in der Fig. 4 dargestellt ist, auszuführen. Die Dampfturbine 80, der Kompressor 81 und die Entspannungsturbine 82 sind in einem Körper aus kältebeständigem Metall auifgestellt. Das gleiche gilt für die Eingangsvoluten und die Difjüsoren, die an der Entspannungsturbine befestigt sind. Die verschiedenen Teile sind im Inneren des gemeinsamen Körpers mit Hilfe von Isolierstücken zusammengebaut, um thermische Brücken zwischen diesen Teilen zu verhindern. Der in der Turbine 81 verwendete Dampfdruck ist ein wenig grosser als der Druck des Stickstoffes, um jegliche Verschmutzung des Stickstoffes durch den Wasserdampf an den Drehdichtungen zu vermeiden.
Der Hauptvorteil dieser Anordnung, die soeben beschrieben wurde, besteht darin, dass ein System getrennter Baueinheiten verwendet wird und die Energie, die in jeder Baueinheit verwendet wird, nur einen Teil der Gesamtenergie darstellt, wodurch die Energieversorgung durch die Bordnetze eines Schiffes vereinfacht werden. Zudem ist es möglich jede Baueinheit mit unterschiedlichen Abmassen und Drehgeschwindigkeiten auszuführen.
Der erfindungsgemässe Kühlzyklus des Stickstoffes ist in der Fig. 5 dargestellt. Auf der Abzisse sind die Änderungen der Entropie S und auf der Ordinate die Änderungen der Enthalpie H darge-
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stellt.
Im Punkt A wird der Stickstoff durch Kondensierung der Gase des verflüssigten Naturgases in der, Destilliersäule 5 verdampft. Die Strecke A-B stellt die Wiedererwärmung des gasförmigen Stickstoffes in den Wärmeaustauschern 17, 18, 19.dar. Die Strecke B C entspricht der Verdichtung des Stickstoffes in einem vierstufigen Verdichter 20. Die Kurve .C D stellt die Abkühlung,des verdichteten Stickstoffes in den Austauschern 22, 19, 25, 18, 27, 17, 29 und den kalten Scheidern 31 und 32 'dar. Der Abschnitt D E entspricht der Entspannung des gasförmigen Stickstoffes in der Einrichtung 36. Die gestrichelte Linie EA veranschaulicht die Verdampfung des flüssigen Stickstoffes und die Verdichtung des Dampfes in dem Gebläse 3·
Dank des erfindungsgemassen Verfahrens und der erfindungsgemassen Vorrichtung ist die Produktion von Stickstoff an Bord eines Methanschiffes stets grosser als die Menge von flüssigem Stickstoff, der von dem Schiff verbraucht wird, sei es um die Verluste an Kühlflüssigkeit der Verflüssigungseinheit für Naturgasdämpfe zu kompensieren, sei es um die Kessel zu kühlen und einer inerten Atmosphäre auszusetzen. Bei Methanschiffen, die soeben mit Naturgas beschickt worden sind,ist der Kessel 1 selbstverständlich mit verflüssigtem Naturgas gefüllt. Das gleiche gilt für den Behälter 2, wobei der flüssige Stickstoff, der sich in diesem Behälter befindet, insbesondere während der Rückfahrt im Leerzustand des Methanschiffes erzeugt wurde. Da der Kessel 1 praktisch gefüllt ist, arbeitet die Destilliersäule 5 maximal. Die Menge des zu verflüssigenden Methans ist maximal. Einen Teil der benötigten Kälte erhält man durch allmähliches Verdampfen des flüssigen Stickstoffes in dem Behälter 2. Während der Rückfahrt, wenn die Kessel 1 geleert sind, wird das Gasvolumen, das in den Destillierturm gesandt wird, stark verringert. Die Verdunstung in den Kesseln für verflüssigtes Naturgas ist kleiner, wenn diese nur eine geringe Menge von Flüssigkeit enthalten. Die zur Rückverflüssigung des Methans benötigte Kälteenergie ist demgemäss kleiner und die Anlage kann verwendet werden, um einen grösseren Teil des'
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in diesen Verdampfern vorhandenen Stickstoffes zu kondensieren. Der so erzeugte flüssige Stickstoff sammelt sich in dem Behälter 2, der sich fortlaufend während der Rückreise füllt, an.
Das Volumen des Stickstoffes, das an den Verdichter 1 gegeben wird, unterscheidet sich folglich nur wenig von dem,das der Verdichter während der Hinfahrt erhält, während der die Kessel 1 praktisch voll sind,und der Behälter 2 sich leert. Die Zeitverschiebung zwischen den Niveauänderungen der Kessel 1 für verflüssigtes Naturgas und des Behälters für flüssigen Stickstoff hat zur Folge, dass die Durchströmmenge durch den Kompressor und die Entspannungsanlage 36 reguliert werden. Die verhältnismässig regelmässige Benutzung dieser Maschinen ermöglicht es, diese besser zu dimensionieren.
Wenn die Erfindung auf bodenständige Kessel angewendet wird, ermöglicht es der Wärmeaustauscher 25,die Kälteeinheiten des Naturgases zurückzugewinnen, die dann zur Herstellung einer zusätzlichen flüssigen Stickstoffmenge dienen, die in dem Behälter gespeichert wird. Wie auch bei den Methanschiffen bleibt das Volumen des von dem Stickstoffverdichter angesaugten Stickstoffes im wesentlichen über die Zeit konstant.
Bei einem Naturgas, dessen Stickstoffgehalt nicht vernachlässigbar ist, wie z.B. bei aus Algerien kommendem Naturgas, verfügt man stets über mindestens die zehnfache Stickstoffmenge, die zur Versorgung des Schiffes benötigt wird. In diesem Fall wird der überflüssige Stickstoff in die Atmosphäre gegeben, nachdem er seine nutzbare Wärme (von -1500C bis ungefähr +100C) an den zurückzuverflüssigenden Stickstoff abzugeben hat. Diese Kälteenergiezugabe ist in keiner Weise vernachlässigbar. Die Kälteenergie, die für die Rückverflüssigung der Dämpfe des verflüssigten Naturgases bereit gestellt werden muss, wird auf diese Weise um ungefähr 12% verringert.
Bei der bodenständigen Lagerung wird die Überproduktion an Stickstoff gespeichert und schliesslich verkauft.
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Claims (1)

  1. PAIEIIAMSPRDC H-E
    .J- Verfahren zur Behandlung von Naturgas, das In flüssigem Zustand in Kesseln zur Lagerung und/oder zum Transport aufbewahrt wird, das darin besteht, dass flüssiger Stickstoff durch Ausnutzung der Verdampfung von flüssigem Naturgas hergestellt wird,* und dadurch gekennzeichnet ist, dass den von der Verdunstung der Ladung von verflüssigtem Naturgas in den genannten Kesseln (1) herrührenden Dämpfen der Stickstoff entzogen wird, wenigstens ein Teil des entzogenen Stickstoffes mit einer sehr geringen Energiezugabe verflüssigt wird ,.und dass der flüssige Stickstoff in einem Behälter (2) gelagert wird, sodass er eine Kältereserve bildet. - -
    2. - Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Rückverflüssigung der von der Verdampfung eines verflüssigten Naturgases herrührenden Dämpfe mit gleichzeitigem Entzug von Stickstoff und gleichzeitigem Anreichern des verflüssigten Naturgases mit Methan,' wobei das genannte Verfahren darin besteht, dass die Dämpfe des verflüssigten Naturgases durch Destillierung oder kryogene Fraktionierung durch thermischen Austausch mit siedendem Stickstoff behandelt werden, sodass einerseits gasförmiger Stickstoff und andererseits ein kondensiertes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen entsteht,, das praktisch frei von Stickstoff ist und amchliessend in die genannten Behälter (1) für das verflüssigte Naturgas geschickt wird, und dass wenigstens ein Teil des entzogenen Stickstoffes verflüssigt wird, wobei dieser mit dem verdampften Stickstoff aus dem Behälter (2) für flüssigen Stickstoff vermischt ist, der als Kältequelle für den in dem Destillator (5) ver-' wendeten Kühler dient, wobei der entstehende gasförmige Stickstoff in einen Kreis zur Rückverflüssigung des Stickstoffes eingegeben wird.
    309 8 27/08
    - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem genannten Kreis zur Rückverflüssigung des Stickstoffes zunächst der Stickstoff, der durch die Mischung der Dämpfe des flüssigen Stickstoffes und des entzogenen gasförmigen Stickstoffes gebildet wird, von neuem erwärmt wird, verdichtet wird, in Wärmeaustauschern abgekühlt wird, wo der komprimierte Stickstoff einerseits die genannte Mischung aus Dämpfen von flüssigem Stickstoff und aus entzogenem, gasförmigem Stickstoff und andererseits die kondensierte Mischung von stickstoffreien Kohlewasserstoffen erwärmt, deren Dämpfe von neuem der genannten kryogenen Fraktionierung unterzogen werden, dass dann ein Teil des so gekühlten St-ickstoffes kondensiert wird und der kondensierte Stickstoff in einen Behälter (2) für flüssigen Stickstoff zurückgesandt wird, während der verbleibende gasförmige Stickstoff durch Arbeitsverrichtung entspannt und dann von neuem in den Anfang des genannten Wiederverflüssigungskreises eingegeben wird.
    - Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Säule (5) zur Destillation oder kryogenen Fraktionierung von Dämpfen von verflüssigtem Naturgas besitzt, die einerseits mit den Kesseln (1) für das verflüssigte Naturgas durch eine Leitung (4) zur Speisung mit den genannten Dämpfen und durch einen Aufkochkolben (6) zur Rücksendung des genannten kondensierten Gemisches aus Kohlewasserstoffen zu den genannten Kesseln verbunden ist, und andererseits mit einem in dem genannten Behälter (2) für den flüssigen Stickstoff befindlichen Rückstromkolben (10) in Verbindung steht, wobei der genannte Rückstromkolben einen ersten Ausgang zu der genannten Säule (5) und einen zweiten Ausgang zu dem genannten Kreis zur Rückverflüssigung des Stickstoffes aufweist.
    309827/08U
    5. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
    genannte Kreis zur Rückverflüssigung des Stickstoffes zwei Sätze von Wärmeaustauschern (17, 18, 19);(22,19,25,18,27,17,29) wenigstens einen Verdichter (2O)9 kalte Scheider (31? 32) von flüssigem und gasförmigen Stickstoff, Rückführkanäle (34) von flüssigem Stickstoff zu dem genannten Behälter (2) für flüssigen Stickstoff, und eine Anlage (36) zur Entspannung unter Arbeitsverrichtung, die z.B. eine Turbine oder ein thermischer Scheider mit einem Bündel von an einem Ende geschlossenen Rohren oder eine Entspannungsmaschine mit Wechselkolben insbesondere zum Antrieb eines Kompressors sein kann, und Kanäle zur Wiedereinspeisung des entspannten gasförmigen Stickstoffes in den genannten Rückverflüssigungskreis besitzt.
    6. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
    genannte Kompressor (20) verschiedene Stufen (54, 55, 56) besitzt, von denen jede mit einer entsprechenden Entspannungsstufe (57, 58, 59) über einen Motor (51, 52, 53) oder einer Antriebsdampfturbine verbunden ist.
    7. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    jede genannte Kompressionsstufe einen Kompressor (81) besitzt, der in dem gleichen Körper eingebaut ist, wie die entsprechende Entspannungsstufe (82) der Turbine und die Antriebsturbine (80).
    8. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Austauscher mit Kühlflüssigkeit besitzt, in dem der verdichtete gasförmige Stickstoff abgekühlt wird, wobei die erwärmte Kühlflüssigkeit des genannten Austauschers in einem Kreis zur Verdampfung des verflüssigten Naturgases verwendet wird, das den Speicherkesseln entnommen worden ist und als Brennstoff sienen soll.
    309827/08 A 4
    - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Leitung zur Entlassung von entzogenem überzähligem Stickstoff in die freie Atmosphäre besitzt, wobei die genannte Leitung in dem Rückverflüssigungskreis für den Stickstoff am Eingang des genannten Kompressors (20) und am Ausgang einer Reihe von Wärmeaustauschern (17, 18, 19) liegt.
    309827/0844
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