DE2506333C2

DE2506333C2 - Anlage zur Verdampfung und Erwärmung von flüssigem Naturgas

Info

Publication number: DE2506333C2
Application number: DE2506333A
Authority: DE
Inventors: Charles Dipl.-Ing. Dr. Winterthur Mandrin
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1975-02-07
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1982-07-15
Also published as: FR2300216B1; FR2300216A1; CH588635A5; DE2506333A1; BE838325A

Description

Die Erfindung betrifft, eine Anlage zur Verdampfung und Erwärmung von flüssigem Naturgas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine derartige Anlage ist aus der FR-PS 13 49 744 bekannt. Bei einer derartigen Anlage wird in der Dieselmotor-Generatoranlage eine wesentlich über den Eigenbedarf der Naturgas-Anlage hinausgehende elektrische Leitung erzeugt Dies ist schon durch die Anlagenausbildung bedingt, da eine bestimmte Verbrenmingsluftmenge vorgeschrieben ist, die zur Verdampfung bzw. Erwärmung des Naturgases erforderlich ist. Damit ist auch eine entsprechend große Brennstoffmenge, z. B. Methan erforderlich.

Die Brennkraftmaschinenanlage kann daher nicht den ausschließliehen Zweck haben, als Wärmequelle bzw. als elektrische Energiequelle zur Deckung des eigenen Bedarfs der Naturgas-Anlage zu dienen, sondern ist eine separate Anlage, die im wesentlichen zur Erzeugung von elektrischer Energie für andere Verbraucher, beispielsweise ein Kraftwerk dient.

Bei einer thermischen Naturgas-Anlage, wie sie die

Erfindung betrifft, wird in der Praxis verlangt, daß eine solche Anlage üblicherweise mindestens 10 Jahre in Betrieb ist und während dieser Zeit einen ständig gleichen thermischen und elektrischen Energiebedarf aufweist

Bei Kombination mit einer »Fremdanlage« hätte dieses aber zur Folge, daß diese Anlage während derselben Zeitspanne wie die Naturgas-Anlage mit dem gleichen Lastfaktor betrieben werden und stets die

ίο gleiche thermische und elektrische Energie an die Naturgas-Anlage abgeben müßte. Letzteres ist aber so gut wie nie der FaIL Daher hat es sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, thermische bzw. elektrische Energiequellen zu verwen den, die keinem anderen Zweck dienen als demjenigen, den Eigenbedarf einer Naturgas-Anlage der beschriebenen Art auf wirtschaftliche Art, d. h. mit einem möglichst geringen Brennstoffverbrauch des Dieselmotors zu decken.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe der im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst

Elektrische Verbraucher sind im wesentlichen die Antriebe der Meerwasserpumpen sowie der Naturgaspumpe und der weitere elektrische Eigenbedarf der Anlage, wie z. B. Antriebe von Boil-Off-Kompressoren, elektrische Steuerungseinrichtungen, die elektrische Speisung von Meß- und Sicherheitseinrichtungen usw. Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird der Hauptteil der erforderlichen Wärme, der zur Verdampfung des zweiten Heizmittels dient und benötigt wird, vom

Meerwasser entzogen, wie auch aus den in der Zeichnung des Ausführungsbeispiels eingetragenen Zahlenangaben hervorgeht. Nur die Wärme, die zur Überhitzung des Dampfes

erforderlich ist, wird von der Abwärme des Dieselmotors geliefert wobei darauf hinzuweisen ist daß die Verdampfungswärme ca. fünfmal größer als die Überhitzungswärme ist (vgl. Zahlenangaben bei den betreffenden Wärmetauschern in der Zeichnung des

Ausführungsbeispiels).

Da Meerwasser als Wärmequelle gratis zur Verfügung steht ist dessen Verwendung zur Verdampfung des zweiten Heizmittels ein wesentlicher Faktor für die Wirtschaftlichkeit der Anlage.

Es wird bemerkt, daß die Nutzung des Meerwassers als Wärmequelle bei Anlagen zur Verdampfung und Erwärmung von flüssigem Naturgas an sich bekannt ist Als zweites Heizmittel können vorteilhafte Kohlenwasserstoffe, z. B. Äthan, Kohlenwasserstoffgemische oder halogensubr/tituierte Kohlenwasserstoffe verwendet werden, wobei unter letzteren Kohlenwasserstoffe verstanden werden, die aus dem Radikal CH₃ und einem Halogen, wie Fluor, Brom oder Chlor bestehen. Ein nächster wesentlicher Faktor besteht darin, das verdampfte zweite Heizmittel vor seiner arbeitsleistenden Entspannung zu erhitzen. Würde man nämlich das aus dem Verdampfer im gesättigten Zustand austretende Heizmittel in der Turbine entspannen, so würden sich in der Turbine Tröpfchen bilden, was innerhalb kurzer

Zeit zur Zerstörung der Turbinen führen würde.

Wollte man andererseits das Heizmittel im Verdampfer noch anschließend durch Wärmeaustausch mit relativ kaltem Meerwasser überhitzen, so müßte man den Druck des Heizmittels erheblich reduzieren. Somit wäre das Druckverhältnis des Heizmittels am Ein- und Austritt der Turbine ebenfalls stark reduziert und entsprechend die Turbinenleistung. Demgegenüber wird nach der Erfindung das Heizmit-

tel anschließend an seine Verdampfung in einem Überhitzer durch Wärmeaustausch mit Kühlwasser einer Dieselmotoranlage überhitzt Die Überhitzungstemperatur des Heizmittels ist durch die Kühlwassertemperatur beschränkt

Um die Turbinenleistung noch wesentlich zu steigern, wird gemäß einem Gedanken der Erfindung in einem weiteren Oberhitzer von den relativ heißen Abgasen der Dieselmotoranlage- Wärme auf das Heizmittel übertragen. Die zur überhitzung des Heizmittels verwendete thermische Energie ist »Abfallwärme« einer Dieselmotoranlage, die entsprechend der Aufgabenstellung der Erfindung wie die Turbine des Dampfkreislaufes für die Gewinnung der zum Betrieb der Anlage erforderlichen Energie dient

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert

In der Zeichnung ist ein Fliesschema einer erfindungsgemäßen Anlage dargestellt

Der Anlagenteil, der vom Naturgas durchströmt wird, weist im vorliegenden Fall eine Leitung 1 auf, durch die aus einem nicht dargestellten Naturgasreservoir flüssiges Naturgas mittels einer von einem elektrischen Motor 2a angetriebenen Pumpe 2 auf den erwünschten Druck gebracht und durch Wärmetauschsr 3 und 4 gefördert wird. In den Wärmetauscher 4 münden Anschlußleitungen 4a und Ab für das erste Heizmittel, insbesondere Meerwasser, wobei in der Leitung 4a eine Förderpumpe 5 mit einem elektrischen Antriebsmotor 5a angeordnet ist

An den Wärmetauscher 3 ist der Kreislauf 6 des zweiten Heizmittels, z. B. Äthan angeschlossen. Dieser Kreislauf weist weiterhin eine von einem elektrischen Motor 7a angetriebene Pumpe 7, Wärmetauscher 8,10 und 11, sowie eine Turbine 12 auf, die einen Generator 12a antreibt

Die Dieselmotoranlage besteht aus einem Dieselmotor 13, der einen Generator 13a antreibt Sie weist weiterhin eine Mantelkühleinrichtung 14 auf, an welche Anschlußleitungen eines Kühlwasserkreislaufes 15 angeschlossen sind, weiterhin eine sich in Anschlußleitungen 16a bis 16c/ verzweigende Zuführleitung 16 für die Verbrennungsluft mit einem Auflade-Kompressor 17, einem Wärmetauscher 18, der von erwärmtem Kühlwasser durchströmt wird, und schließlich eine an die Zylinder des Dieselmotors über Zweigleitungen 19a bis 19c/ angeschlossene Leitung 19 für die Wegführung des Abgases, wobei im Strömungsweg der Abgase eine Entspannungsturbine 20, die den Auflade-Kompressor 17 antreibt und ein, von einem wärmeübertvagenden Medium, z. B. Wasser, durchströmter Wärmetauscher 21 angeordnet sind.

Das wärmeübertragende Medium zirkuliert in einem Kreislauf und durchströmt den Wärmetauscher 21 und den Wärmetauscher 11, wobei zur Förderung des Mediums eine von einem elektrischen Motor 22a angetriebene Pumpe 22 dient Gegebenenfalls kann dieser Kreislauf auch wegfallen, d. h. in diesem Fall werden die Abgase direkt im Wärmetauscher 11 mit dem zweiten Heizmittel in Wärmeanstausch gebracht.

In dem an die Kühlwassereinrichtung 14 des Dieselmotors 13 angeschlossenen Kreislauf 15 ist der Wärmetauscher 10 und eine von einem elektrischen Motor 23a angetriebene Pumpe 23 angeordnet

Der Wärmetauscher 18 wird von im Wärmetauscher 10 abgekühltem Kühlwasser durchströmt

Im folgenden wird die Betriebsweise der Anlage erläutert

Flüssiges Naturgas wird aus einem nicht dargestellten Naturgasreservoir, nachdem es mittels Pumpe 2 auf einen erhöhten Druck gebracht worden ist im Wärmetauscher 3 durch Wärmeaustausch mit dem zweiten Heizmittel verdampft wobei letzteres kondensiert wird. Das verdampfte Naturgas wird im Wärmetauscher 4 durch Wärmeaustausch mit dem ersten Heizmittel weiter erwärmt und durch Leitung 1 in ein nicht dargestelltes Verteilnetz eingeleitet

Das im Wärmetauscher 3 kondensierte zweite Heizmittel wird im Wärmetauscher 8 verdampft durch Wärmeaustausch mit Meerwasser, welches mittels einer von einem elektrischen Motor 9a angetriebenen Pumpe 9 durch die Leitung 8a in den Wärmetauscher 8 eingeleitet und aus diesem durch Leitung 8b weggeführt wird. Das zweite Heizmittel wird im Wärmetauscher 10 und im Wärmetauscher 11 überhitzt durch Wärmeaustausch mit in der Mantelkühleinrichtung 14 erwärmtem Kühlwasser bzw. durch Wärmeaustausch mit dem Zwischenträgermedium, welches durch Wärmeaustausch mit den heißen Abgasen im Wärmetauscher 21 erwärmt worden ist Sodann wirr" Jas zweite Heizmittel in der Turbine 12 entspannt und itrörnt von da in den Wärmetauscher 3 zurück.

Wie bereits an vorstehender Stelle beschrieben, werden im Ausführungsbeispiel als Wärmeverlustquellen der Dieselmotoranlage der Wärmeinhalt des Kühlwassers, der Verbrennungsluft und der Abgase zur Erwärmung und Überhitzung des zweiten Heizmittels ausgenutzt.

Die Anlage ist so bemessen, daß die vom Generator des Dieselmotors und die vom Generator der Turbine des Kreislaufes des zweiten Heizmittels elektrischen Leistungen dazu ausreichen, den Bedarf der Antriebsenergie der in der Anlage vorhandenen Pumpen sowie sonstigen elektrischen Energiebedarf von in der Anlage vorhandenen, nicht dargestellten Einrichtungen, wie z. B. elektrische Steuerungen, Antriebe von Boil-Off-Kompressoren usw. zu decken.

In der Zeichnung sind für die Anlage i'-erechnete Zahlenwerte einiger, für den Wirkungsgrad der Anlage und des Verfahrens maßgebender Größen angegeben, aus denen zu entnehmen ist, daß der Wirkungsgrad der durchgerechneten Anlage in der Größenordnung von 85% liegt

Bei der Berechnung ist davon ausgegangen, daß der elektrische Eigenbedarf der Anlage aus den Antriebsleistungen der Pumpen für das Naturgas und für das Meerwasser sowie die in einer solchen Anlage vorhandenen anderen Verbraucher, wie elektrische Steuerungs- und Sicherheitseinrichtungen u. dg!., besteht, d. h. ein elektrischer Eigenbedarf, der unabhängig von den elektrischen Antriebsleistungen der Pumpen in den Äthan- und Wasserkreisläufen stets vorhanden ist.

5S F'iUprechend wird auf der Seite der erzeugten elektrischen Leistung die für die vorstehend genannten Pumpen benötigte Antriebsleistung in Abzug gebracht.

Berechnung des Wirkungsgrades der dargestellten
thermischen Anlage an Hand der in der Zeichnung
angegebenen Orößen

Elektrischer Eigenbedarf:

Antriebsleistung für Naturgaspumpe: 2 500 kW
Antriebsleistung für Meerwasserpumpen: 3 600
Übrige elektrische Verbraucher:

In der Anlage erzeugte elektrische Leistung:

Klemmenleistung des Diesel-Generators:

Äthan-Turbinen-Oenerator:

- Antriebsleistung der Äthan- und Warm wasserpumpen:

3 4	215kW 000 kW	5
7	215kW 215kW
7	00OkW	IO

Benötigte Brennstoffverbrauchsmenge bei einem Wirkungsgrad von 39% eines Dieselmotors entspricht einer thermischen Leistung von:

Wirkungsgrad

7000 8 240

= 0,85

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

8 240 kW

Claims

Patentanspruch:

Anlage zur Verdampfung und Erwärmung von flüssigem Naturgas, bei der die hierfür benötigte thermische Energie in einem Wärmeaustauschersystem zu einem Teil einem ersten Heizmittel und zu einem anderen Teil einem zweiten, in einem Kreislauf zirkulierenden Heizmittel entzogen wird und der Kreislauf eine mit einem Generator gekoppelte Turbine, eine Pumpe und mehrere Wärmetauscher aufweist, von denen mindestens einer ein nach der Pumpe angeordneter Verdampfer für das zweite Heizmittel ist, in mindestens einen das flüssige Naturgas einströmt und in mindestens einem von den Abgasen einer Dieselmotor-Generator-Anlage Wärme auf das zweite Heizmittel übertragen wird, wobei im Strömungsweg der Verbrennungsluft des Dieselmotors mindestens ein Wärmetauscher und ein Aufladeverdichter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens ein* nach der Pumpe (7) angeordnete Verdampfer (8) für das zweite Heizmittel von Meerwasser durchströmt ist, daß stromab im Kreislauf des zweiten Heizmittels mindestens ein im Kühlwasserkreislauf (14, 15) des Dieselmotors (13) liegender Wärmetauscher (10) angeordnet ist, daß der mindestens eine im Stränungsweg der Verbrennungsluft des Dieselmotors liegende Wärmetauscher (18) stromab des Aufladeverdichters (17) vorgesehen und im Kühlwasserkreislauf des Dieselmotors angeordnet ist und daß im Kreislauf des zweiten Reizmittels stromab des im Kühlwasserkreislauf des Dieselmotor?- liegenden Wärmetauschers (10) als Überhitzer (11) der Wärmetauscher angeordnet ist, in dem Wärme von den Abgasen des Dieselmotors auf das zweite Heizmittel übertragen wird, wobei der Dieselmotor so ausgelegt ist, daß die Summe der vom Dieselmotor-Generator (13a^ und der vom Turbinen-Generator (12a,} abgegebenen elektrischen Leistung ausschließlich den Leistungsbedarf der elektrische Energie verbrauchenden Einrichtungen für Lagerung, Verdampfung und Erwärmung des Naturgases deckt.