DE2450280A1 - Verfahren zum behandeln einer kurzzeitig anfallenden grossen gasmenge - Google Patents

Verfahren zum behandeln einer kurzzeitig anfallenden grossen gasmenge

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DE2450280A1 DE19742450280 DE2450280A DE2450280A1 DE 2450280 A1 DE2450280 A1 DE 2450280A1 DE 19742450280 DE19742450280 DE 19742450280 DE 2450280 A DE2450280 A DE 2450280A DE 2450280 A1 DE2450280 A1 DE 2450280A1
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Description

LtKDEAKTlENGESELLSCHAFT
( H 726 ) H 7VO58
La/fl 22. Oktober 1974.
Verfahren zum Behandeln einer kurzzeitig anfallenden großen Gasmenge.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer kurzzeitig oder plötzlich anfallenden großen Gasmenge, insbesondere zur Verringerung der Gasverluste beim Be- und/oder Entladen eines Tankschiffes für flüssiges Erdgas.
In vielen Großanlagen, wie z.B. in Tieftemperaturgaszerlegungsanlagen oder Äthylenanlagen, fallen während des Anfahrbetriebes oder durch Abblasen von Sicherheitsventilen plötzlich und kurzzeitig immer wieder größere Gasmengen an, die entweder in die Umgebung abgeblasen oder abgefackelt werden
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und somit ungenutzt verlorengehen. Oftmals sind diese Oase sehr geruchsintensiev oder sogar schädlich und .können daher zu einer erheblichen Belastung der Umgebung flihren.
Dies trifft insbesondere auch auf den Transport von flüssigem Erdgas zu. Erdgas gewinnt als hochwertiger Energieträger zur Deckung des Energiebedarfs von Industrieländern immer mehr Bedeutung. Da zwischen den Erzeugerländern und öen Verbraucherländern jedoch in den meisten Fällen große Entfernungen liegen, bereitet der Transport des Erdgases erhebliche Schwierigkeiten und Kosten. In der Regel wird das Erdgas am Ort der Erzeugung verflüssigt und in einem Zwisehenspelcherbehälter gespeichert. Von diesem wird es in einem oder mehreren Transportbehältern eines Tankschiffes umgefüllt, zum Ort des Verbrauchers transportiert und dort in einen fest Intallierten Vorratstank gefördert. Flüssiges Erdgas aus dem Vorratstank wird auf Druck gepumpt, verdampft, in ein unter relativ hohem Druck stehendes Verteilernetz eingespeist und über dieees den einzelnen Verbrauchern zugeführt. Die Lagerung und der Transport des flüssigen Erdgases erfolgt meistens bei etwa atmosphärischem Druck.
Es hat sich nun gezeigt, daß sowohl beim Entladen als auch beim Beladen des Tankschiffes kurzzeitig eine erhebliche Menge gasförmiges Erdgas anfällt, die sich weder am Ort
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des Entladens noch am Ort des Beladens wirtschaftlich verwerten läßt.
Bei der Entladung des Tankschiffes wird das Erdgas entweder mittels Pumpen oder durch Aufbau eines Überdrucks aus dem Transportbehälter des Schiffes in den Vorratstank gefördert. Da das Erdgas in dem Transportbehälter jedoch unter einem statischen Überdruck steht, fällt bei der Förderung in den unter atmosphärischen Druck stehenden Vorratsbehälter in einem relativ kurzen Zeitraum eine erhebliche Menge an "Flash-Gas" an. Hinzu kommt das während der Fahrt verdampfte Erdgas, das während der Fahrt normalerweise nicht aus dem Transportbehälter· abgezegen wird und somit zu einem Druckanstieg in dem Transportbehälter führt. Diese Gasmengen werden in der Regel in die Atmosphäre ab geblasen oder abgefackelt und gehen somit verloren. FUr die RUckverflUssigung wäre eine gesonderte RUckverfltissigungsanlage erforderlich, die Jedoch wegen der kurzzeitig anfallenden großen Gasmengen erhebliche Dimensionen aufweisen müßte und zudem nur diskontinuierlich betrieben werden könnte. Eine solche Anlage wäre aufwendig und teuer, also unwirtschaftlich. Falls das anfallende gasförmige Erdgas direkt in das Verteilernetz eingespeist werden sollte, wären hierzu aufwendige Kompressoren mit hohem Energiebedarf erforderlich, die ebenfalls nur fUr kurze Zeit benötigt wUrden.
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Für die Rückfahrt des Schiffes wird zur Verhinderung einer Anwärmung der Speicherbehälter eine kleine Menge flüssiges Erdgas in den Behältern zurückgelassen, welche während der Rückfahrt verdampft. Dieses verdampfte Erdgas wird beim erneuten Füllen des Schiffes am Ort des Erdgaserzeugung aus den Speicherbehältern verdrängt und geht ebenfalls verloren, da es bei einer erneuten Verflüssigung in der beim Erzeuger installierten Verflüssigungsanlage auf den hohen Druck dieser Anlage verdichtet werdem müßte, was ebenfalls unwirtschaftlich wäre.
Insgesamt ist somit das Be- und Entladen eines Tankschiffes für flüssiges Erdgas mit erheblichen Verlusten ver bunden. Es hat sich gezeigt, daß z.B. beim Entladen eines 125.000 vtr Tankschiffes Ab verflüssigtes Erdgas etwa 3OO.OOO 700.000 Nm gasförmiges Erdgas anfallen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
einfaches Verfahren zum Behandeln einer kurzzeitig oder plötzlich anfallenden großen Oasmenge, inabesondere zur Verringerung der beim Be- und / oder Entladen eines Tankschiffes für verflüssigtes Erdgas entstehende Gasverluste zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, laß die Gasmenge im Wärmeaustausch mit einem gekühlten Hilfskälteträger innerhalb eines kurzen Zeitraumes verflüssigt und der lilfskälteträger über einen längeren Zeitraum hinweg erneut ;ekUhlt wird.
Der wesentlichste Erfindungsgedanke liegt somit Üarin, über einen längeren Zeitraum hinweg in einem Hilfskältebräger soviel Kälte zu speichern, daß diese ausreicht, um eine curzzeitig anfallende große Gasmenge schnell und vollständig su verflüssigen. Da für die Erzeugung der im Hilfskälteträger zu speichernden Kälte ein relativ großer Zeitraum zur Verfügung steht, kann die Anlage zur Erzeugung der Kälte relativ klein aus-Selegt werden. Außerdem kann sie kontinuierlich betrieben werden. )urch die Erfindung gelingt es somit auf einfach Weise, plötzlich «ifallende große Gasmengen in einem kurzen Zeitraum zu verflüssigen, ohne daß hierzu aufwendige, zusätzliche Verflüssigungspnlagen erforderlich wären.
Beispielsweise lassen sich durch daa erfindungsgemäß Verfahren die beim Anfahren einer Tieftemperaturzerlegungsanlage, /ie z.B. einer Tieftemperat?uräthylenanlage, anfallenden, zunächst
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noch unreinen Produkte auf einfache Weise in flüssiger Form zurückgewinnen. Sie brauchen nicht mehr wie bisher in die Atmosphäre abgefackelt werden und tragen somit auch nicht mehr zur Verschmutzung der Umgebung bei. Auch die beim Abblasen von Sicherheitsventilen kurzzeitig anfallenden großen Gasmengen lassen sich gemäß der Erfindung auf einfache Weise rückverfItIssigen. Zur Kühlung des Hilfskälteträgers können hierbei ohne weiteres die in solchen Tieftemperaturanlagen sowieso vorhandenen Kältekreisläufe verwendet werden.
Besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung jedoch im Zusammenhang mit dem Transport von flüssigem Erdgas, indem das beim Be- und / oder Entladen gasförmig anfallende Erd· gas kurzzeitig im Wärmeaustausch mit dem gekühlten Hilfskälteträger verflüssigt und dieser zwischen zwei Be- und / oder Entladevorgängen erneut gekühlt wird.
Als Hilfskälteträger eignen sich mit Vorteil feste Speichermassen, wie Steine oder Metalle, oder gefrorene Medien, wie z.B. Eis. Es können aber auch unterkühlte Flüssigkeiten wie unterkühlter Stickstoff, bzw. unterkühltes Erdgas oder gar gefrorenes Erdgas herangezogen werden. Gerade bei der Verwendung
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von gefrorenem Erdgas als Hilfskälteträger ist die benötigte Menge tescndeis gering, da neben der spezifischen Wärme im flüssigen Bereich nunmehr auch die Schmelzwärme zur Verflüssigung des anfallenden Erdgases zur Verfügung steht. Gemäß der Erfindung können jedoch auch ohne weiteres mehrere der erwähnten Hilfskälteträger gemeinsam zur Verflüssigung des Erdgases verwendet werden.
Die Kälte, die nach einer kurzzeitigen Verflüssigungsperiode erneut in dem verwendeten Hilfskälteträger zu speichern ist, kann durch einen beliebigen Kältekreislauf zur Verfügung gestellt werden.
Insbesondere beim Entladen eines Tankschiffes für flüssiges Erdgas erweist es sich Jedoch als besonders vorteilhaft, zur Kühlung des Hilfskälteträgers zwischen zwei Entladevorgängen die Kälte des Erdgases zu verwenden, welches aus dem Vorratstank flüssig abgezogen und gasförmig in ein Verteilernetz eingespeist wird, da diese Kälte sowieso zur Verfügung steht und in der Regel nicht nutzbringend verwendet wird.
Hierzu wird zunächst einmal ein Teil des im Vorratstank gespeicherten flüssigen Erdgases aus diesem abgezogen und unter Unterdruck im' Wärmeaustausch mit dem Hilfskälteträger,
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der sich hierbei- erheblich abkühlt, verdampft. Daraufhin wird das unter Unterdruck verdampfte Erdgas verdichtet und nunmehr im Wärmeaustausch mit flüssigem in das Verteilernetz einzuspeisendem Erdgas aus dem Vorratstank, welches bei diesem Wärmeaustausch verdampft, erneut verflüssigt und wieder in den Vorratstank gefördert. Hierbei wird das in das Verteilernetz einzuspeisende Erdgas zur Einsparung von Verdichtungsarbeit bereits vor diesem Wärmeaustauschi also noch im flüssigen Zustand, auf den Druck des Verteilernetzes gepumpt.
Das gleiche Prinzip läßt sich auch zur RUckver- flüssigung des beim Beladen eines Tankschiffes anfallende Erdgaes anwenden. Hierbei wird das zur erneuten Kühlung des Hilfskälteträgers zwischen zwei Beladevorgängen benötigte Erdgas zweckmäßigerweise dem Zwischenspeicherbehälter entnommen und nach seiner erneuten Verflüssigung in diesen zurückgeführt. Auch hier erfolgt die RUckverflUssigung im Wärmeaustausch mit flüssigem Erdgas, welches mit Vorteil vor diesem Wärmeauetausch bereits auf den Druck der am Ort des Beladens installierten ErdgasverflUssigungsanlage verdichtet und nach einer Erwärmung erneut in diese eingespeist wird.
Falls der Hilfskälteträger unterkühltes Erdgas ist, kann der Wärmeaustausch zwischen diesem und dem zu verflUssi- . genden Erdgas direkt, z.B. in einem Berieselungekühler, erfolgen.
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Das gleiche gilt für den Wärmeaustausch zwischen dem erneut zu kühlenden Hilfskälteträger und dem unter Unterdruck siedenden Erdgas sowie für den Wärmeaustausch zur RUckverflUssigung des unter Unterdruck verdampften Erdgases.
Obwohl sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft für den Transport von flüssigem Erdgas in einem Tankschiff eignet, ist es nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt. Es kann ohne weiteres auf den Transport eines beliebigen verflüssigten Gases in einem beliebigen Fahrzeug angewendet werden.
Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind den in den Figuren schematisch dargestellten AusfUhrungsbeispielen zuentnehmen. Für gleiche Vorrichtungsteile sind jeweils die gleichen Bezugszeichen vorgesehen.
Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Entladevorganges Figur 2 ein weiteres AusfUhrungsbeispiel eines Entladevorganges
Figur 1 zeigt im Schema ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit der Entladung eines Tankschiffes zum Transport von verflüssigtem Erdgas. Während des Entladens wird
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das flüssige Erdgas mittels einer Pumpe 1 aus einem 125 000 m fassenden Schiffstransportbehälter 2 (anstatt eines einzigen können auf dem Schiff auch mehrere kleinere Transportbehälter vorgesehen sein) in einen Abscheider 3 gepumpt. Das im Abscheider 3 anfallende flüssige Erdgas wird mittels einer Pumpe 4 in einen auf dem Land fest installierten Vorratstank 5 gefördert und dort unter einem Druck von etwa 1 ata und einer Temperatur von etwa
112 K gelagert. Während des kurzzeitigen Entladevorganges fällt im Abscheider 3 eine Menge von 300 000 Nm gasförmiges Erdgas unter einem Druck von etwa 1 ata und einer Temperatur von etwa
113 K an. Diese Menge wird im Wärmeaustauscher 6 gegen unterkühl-Ites Erdgas aus dem Behälter 7 verflüssigt und mittels einer Pumpe 8 ebenfalls in den Vorratstank 5 geleitet. Das als Hilfskälteträger dienende unterkühlte Erdgas wird bei einer Temperatur von etwa 9^ K über eine Leitung 9 aus dem Behälter 7 abgezogen, in einer Rohrschlange 10 des Wärmeaustausehers 6 auf etwa 110 K angewärmt und mittels einer Pumpe 11 erneut in den Behälter 7 zurückgeführt. Insgesamt befinden sich im Behälter 7 etwa 4700 m unterkUhltes Erdgas. Diese Menge reicht aus, um die anfallenden 300 000 Nm Erdgas erneut in kurzer Zeit zu verflüssigen.
Die erneute Kühlung des flüssigen Erdgases in den Behälter 7 erfolgt über einen längeren Zeitraum hinweg, zwischen zwei Entladevorgängen, in der Regel, also erst nach dem Auslaufen
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des Tankschiffes aus dem Hafen. Hierzu wird mittels einer Vakuumpumpe 12 flüssiges Erdgas über eine Leitung 27 aus dem Vorratstank abgezogen und im Wärmeaustauscher 6 gegen umgewälztes verflüssigtes Erdgas aus dem Behälter 7 bei einem Druck von etwa 0,12 ata und einer Temperatur von etwa 93 K verdampft. Das abgesaugte Erdgas wird in der Vakuumpumpe 12 erneut auf etwa 3 ata verdichtet, daraufhin im Wärmeaustauscher 13 verflüssigt und über das Entspannungsventil l4 wieder in den Vorratstank 5 zurückgeführt. Die erneute Verflüssigung des Erdgaes im Wärmeaustauscher 13 erfolgt gegen flüssiges Erdgas, welches aus dem Vorratstank 5 abgezogen, in einer Pumpe 15 auf den Druck eines Verteilernetzes gedrückt, im Wärmeaustauscher 13 erwärmt und über eine Leitung 16 in das hier nicht gezeigte Verteilernetz eingespeist wird.
Insgesamt werden im Wärmeaustauscher 6 etwa 6000 Nm/h flüssiges Erdgas unter Unterdruck verdampft. QLes führt zu einer Abkühlung des im Behälter 7 gespeicherten flüssigen Erdgases von etwa 0,32 K/h. Insgesamt wird somit das flüssige Erdgas im einem Zeitraum von etwa 50 Stunden erneut von etwa 110 K auf etwa 9h K unterkühlt.
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Ein weiteres AusfUhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Figur 2 dargestellt. Die Mengen, Temperatur und Druckangaben des Beispieles nach Figur 1 treffen im wesentlichen auch auf dieses AusfUhrungsbeispiel zu.
Gemäß Figur 2 wird das beim Entladen eines Tankschiffes für verflüssigtes Erdgas anfallende gasförmige Erdgas über eine Leitung 17 einem BerieselungskUhler 18 zugeführt, und in diesem im direkten Wärmeaustausch mit unterkiihltem Erdgas aus dem Behälter 7 verflüssigt. Ein Teil der im BerieselungskUhler anfallenden Flüssigkeit wird mittels der Pumpe 19 im Kreislauf erneut in den Behälter 7 zurUckgefUhrt, während der Rest Über Leitung 20 in den Vorratstank 5 eingespeist wird. Nach dem Entladen des Schiffes wird das verflüssigte Erdgas im Behälter 7 über einen längeren Zeitraum hinweg erneut unterkühlt. Hierzu wird es über den BerieselungskUhler 18 umgewälzt' und mittels der Vakuumpumpe 21 auf einen Druck von etwa 0,12 ata abgesaugt. Das auf diese Weise gekühlte Erdgas wird mittels der Pumpe 19 erneut in den Behälter 7 UbergefUhrt. Das im BerieselungskUhler l8 abgesaugte Erdgas wird in der Vakuumpumpe 21 auf etwa 3 ata verdichtet und in einem BerieselungskUhler 22 im Wärmeaustausch mit flüssigem Erdgas, welches über die Leitung 23 bei einer Temperatur von etwa 112 K aus dem Vorratstank 5 abgezogen und in der Pumpe 24 auf etwa J5 ata gefördert wird, erneut verflüssigt. Die im Berie-
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selungskUhler 22 unter einem Druck von etwa 3 ata und einer Temperatur von etwa 120 K anfallende Flüssigkeit wird nunmehr auf den Enddruck eines Verteilernetzes verdichtet, verdampft und in dieses eingespeist. Eine der im BerieselungskUhler l8 abgesaugten Erdgasmenge entsprechende Menge an flüssigem Erdgas, wird über eine Leitung 25 und ein Ventil 26 dem Kreislauf des unterkühlten Erdgases zugeführt.
Die in den Figuren 1 und 2 im Hinblick auf die Verflüssigung des beim Entladen eines Tankschiffes für flüssiges Erdgas erläuterten Verfahrensweisen lassen sich ohne weiteres auch auf die Verflüssigung des beim Beladen des Schiffes anfallenden Erdgases anwenden.
In diesem Falle erfolgt die Unterkühlung des als Hilfskälteträger dienenden flüssigen Erdgases zwischen zwei Beladevorgängen im Wärmeaustausch mit unter Unterdruck verdampfenden Erdgas aus dem der Verflüssigungsanlage nachgeschalteten Zwischenspeicherbehälter. Die RückverflUssigung dieses Erdgases erfolgt ebenfalls im Wärmeaustausch mit flüssigem Erdgas aus dem Zwischenspeicherbehälter, welches vor diesem Wärmeaustausch auf den Druck der Verlfüssigungsanlage gepumpt und nach diesem Wärme-
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tausch erneut in die Verflüssigungsanlage eingeführt wird. Da das erneut in die Verflüssigungsanlage einzuspeisende Erdgas bei seiner Förderung auf den Druck der Verflüssigungsanlage noch flüssig ist, ist die erforderliche Pumparbeit sehr gering.
12 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnungen
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Claims (12)

245028Ü LINDE AKTIENGESELLSCHAFT " 15 " H 74/053 La/fl ' H 726 ' 22. Oktober 1974 Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandeln einer kurzzeitig oder plötzlich anfallenden großen Gasmenge, insbesondere zur Verringerung der Gasverluste beim Be- und/ oder Entladen eines Tankschiffes für flüssiges Erdgas, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmenge im Wärmeaustausch mit einem gekühlten Hilfskälteträger innerhalb, eines kurzen Zeitraumes verflüssigt und der Hilfskälteträger über einen längeren Zeitraum hinweg erneut gekühlt wird.
2. Verfahren zur Verringerung der Gasverluste beim Be- und / oder Entladen eines Tankschiffes für verflüssigtes Erdgas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Be- und / oder Entladen gasförmig anfallende Erdgas im Wärmeaustausch mit dem gekühlten Hilfskälteträger verflüssigt und daß der Hilfskälteträger zwischen zwei Be- und / oder Entladevorgängen erneut gekühlt wird.
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3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskälteträger unterkUhltes Erdgas ist.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskälteträger unterklihlter Stickstoff ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskälteträger eine feste Speichermasse oder eine gefrorene Flüssigkeit ist.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskälteträger festes Erdgas ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entladen des Tankschiffes der Hilfskälteträger im Wärmeaustausch mit unter Unterdruck siedenden Erdgas aus einem landseitigen Vorratstank erneut gekühlt wird und daß das hierbei verdampfte Erdgas verdichtet und im Wärmeaustausch mit hochgepumpten flüssigem Erdgas aus dem Vorratstank erneut verflüssigt und in den Vorratstank gefördert wird, und daß das bei diesem Wärmeaustausch erwärmte, flüssige Erdgas in ein Verteilernetz eingespeist wird.
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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpumpen des flüssigen Erdgases aus dem Vorratstank in einer oder mehreren Stufen auf den Druck des Verteilernetzes erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Beladen des Schiffes der Hilfskälteträger im Wärmeaustausch mit unter Unterdruck siedendem Erdgas aus einem Zwischenspeicherbehälter erneut gekühlt wird, daß das unter Unterdruck verdampfte Erdgas verdichtet und im Wärmeaustausch mit hochgepumptem flüssigem Erdgas aus dem Zwischenspeicherbehälter erneut verflüssigt und in dem Zwischenspeicherbehälter zurückgeführt wird und daß das bei diesem Wärmeaustausch erwärmte flüssige Erdgas erneut in eine Verflüssigungsanlage eingespeist wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskälteträger unterkühltes Erdgas ist und daß die Verflüssigung des beim Be- und / oder Entladen anfallenden gasförmigen Erdgases Im direkten Wärmeaustausch mit dem Hilfskälteträger erfolgtο
δ Q 9 8 1 8 / 0 1 3 3
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erneute Abkühlung des Hilfskälteträgers im direkten Wärmeaustausch mit unter Unterdruck siedendem Erdgas erfolgt.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erneute Verflüssigung des unter Unterdruck verdampften Erdgases im direkten Wärmeaustausch mit hochgepumptem flüssigem Erdgas erfolgt.
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