DE2513169A1 - Verfahren zum ueberfuehren eines unter hohem druck stehenden gases aus einem reaktor in einen lagerbehaelter unter kondensation des gases - Google Patents

Verfahren zum ueberfuehren eines unter hohem druck stehenden gases aus einem reaktor in einen lagerbehaelter unter kondensation des gases

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Description

Verfahren zum überführen eines unter hohem Druck stehenden Gases aus einem Reaktor in einen Lagerbehälter unter Kondensation des Gases
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum überführen eines unter hohem Druck stehenden Gases aus einem Reaktor in einen Lagerbehälter unter Kondensation des Gases.
üblicherweise wird ein Reaktor in der Weise entleert, dass das Gas zunächst auf einen niedrigeren Druck, im allgemeinen den Entleerungsdruck des Reaktors, entspannt und anschliessend auf den Lagerdruck verdichtet, gekühlt und verflüssigt wird. Das Gas wird dann im flüssigen Zustand gelagert. Da das Gas bei dieser Arbeitsweise erst nach dem Komprimieren abgekühlt wird, müssen die zum Abkühlen benötigten Wärmetauscher nur für den niedrigeren Lagerdruck und nicht für den höheren, im Reaktor herrschenden Druck ausgelegt sein. Bei diesem herkömmlichen Verfahren ist ausser-
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dem der zum Entleeren des Reaktors und zum Füllen des Lagerbehälter erforderliche Kompressor nur für den konstanten Lagerdruck ausgelegt.
Je nach dem verwendeten Gas und dessen Druck und Temperatur im Reaktor kann dieses Verfahren in bekannter Weise durch den Einbau einer Entspannungsturbine mit auf gleicher Achse laufendem Verdichter verbessert werden. Diese Möglichkeit besteht lohnend jedoch nur in einem bestimmten Bereich der thermodynamischen Zustandsgrössen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem Energieaufwand ein unter hohem Druck stehendes Gas aus einem Reaktor in einen Lagerbehälter überzuführen, um es in diesem flüssig zu lagern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Gas zunächst verflüssigt und dabei auf eine Temperatur unterhalb der Lagertemperatur abgekühlt wird,
das verflüssigte Gas entspannt und in den Lagerbehälter übergeführt wird und
nach Absinken des Druckes im Reaktor auf etwa den Druck im Lagerbehälter das restliche Gas durch einen Kompressor aus dem Reaktor in den Lagerbehälter übergeführt wird.
Vorzugsweise wird das Gas nach dem Verflüssigen in einen nichtisolierten Entspannungsbehälter geleitet, dessen Temperatur und Druck niedriger ist als die Temperatur und der Druck im Lagerbehälter, wird nach Absinken des Druckes im Reaktor auf etwa den Druck im Entspannungsbehälter, dem Sättigungsdruck bei der Temperatur unterhalb der Lagertemperatur, auf die das Gas abgekühlt wird, das noch im Reaktor vorhandene Gas durch einen Kompressor
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aus dem Reaktor in den Entspannungsbehälter überführt, wird nach Abschluss der Entleerung des Reaktors der Druck des verflüssigten Gases in dem nicht-isolierten Entspannungsbehälter durch Wärmezufuhr aus der Umgebung oder mittels einer Heizung auf den Druck des nachgeschalteten Lagerbehälter's erhöht und wird das Gas aus dem Entspannungsbehälter in den Lagerbehälter übergeführt. Durch das Erwärmen des verflüssigten Gases im Entspannungsbehälter kann das verflüssigte Gas ohne Verwendung einer Druckerhöhungspumpe in den Lagerbehälter übergeführt werden.
Ein bevorzugtes Verfahren bei Verwendung von COp als Extraktionsmittel besteht darin, dass COp, das bei einer Temperatur von etwa 50 bis 95 C und einem Druck von etwa 100 bis 515 bar im Reaktor verwendet werden kann, zuerst auf eine Temperatur von etwa 5° C abgekühlt und dann auf einen Druck von 40 bar entspannt und ansehliessend bei Raumtemperatur und einem Druck von etwa 70 bar gelagert wird.
Durch, die Abkühlung des Gases auf eine Temperatur unter der Lagertemperatur entleert sich der Reaktor weitgehend selbständig, d. h. ohne Zwischenschaltung eines "Kompressors. Zur Überführung des restlichen Gases aus dem Reaktor in den Lagerbehälter reicht ein Kompressor geringerer Leistung aus als bei Abkühlung des Gases lediglich auf Lagertemperatur. Zweckmässigerweise behält man die Kondensationstemperatur unmittelbar oberhalb des Eispunktes .des Wassers, da bei dieser Temperatur das günstigste Arbeitsgebiet bezüglich Investitionen, Betriebskosten und Betriebssicherheit liegt.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass der Vorteil, der in der Verwendbarkeit eines Kompressors mit geringerer Leistung besteht, grosser ist als der Nachteil, der in der Notwendigkeit von auf höheren Druck ausgelegten Wärmetauschern und in der tieferen Abkühlung des Gases besteht.
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Pig. 1 zeigt ein Verfahrensschema zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, wobei als Erläuterungsbeispiel das überführen eines Gases aus einem Reaktor 1 in einen Lagerbehälter gewählt wurde. Beim Entleeren des Reaktors 1 wird das Gas über die Leitung 2 zu einem oder mehreren Wärmetauschern 3, 4 geführt, in denen es in einer oder mehreren Stufen auf eine Temperatur unterhalb der Lagertemperatur abgekühlt wird. Von den Wärmetauschern wird das Gas über ein Ventil 5 in den Entspannungsbehälter 6 geleitet.
Durch die Abkühlung des Gases auf eine Temperatur unterhalb der Lagertemperatur entleert sich der Reaktor weitgehend von selbst, es verbleibt jedoch ein Rest des Gases im Reaktor, der umso kleiner ist, je tiefer das Gas in den V/ärmet aus ehern abgekühlt wird. Der in dem Reaktor vorhandene Gasrest wird mittels des Kompressors 7 abgesaugt und über die Wärmetauscher 3, 4 und das Ventil 5 in den Entspannungsbehälter 6 gedrückt. Da das Gas in dem Entspannungsbehälter zunächst eine Temperatur unterhalb der endgültigen Lagertemperatur besitzt, braucht der Kompressor nur eine relativ geringe Druckdifferenz zu überwinden, so dass ein Kompressor vergleichsweise geringer Leistung und Stufenzahl ausreicht.
Den Wärmetauschern J5, 4 wird aus einem Kühlmittelspeicher Kühlmittel zugeführt. Da beim erfindungsgemässen Verfahren die Wärmetauscher nur chargenweise betrieben werden, ermöglicht die Zwischenschaltung eines Kühlmittelspeichers die Verwendung einer Kältemaschine mit konstanter und geringerer Leistung als bei unmittelbarer Verbindung der Wärmetauscher mit einer Kältemaschine, d. h. ohne Zwischenschaltung eines Kühlmittelspeichers.
Aus dem Entspannungsbehälter 6 kann das verflüssigte Gas durch eine Druckerhöhungspumpe in den Lagerbehälter gepumpt werden.
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Das verflüssigte Gas kann jedoch auch in der Weise in den Lagerbehälter übergeführt werden, dass der Druck des verflüssigten Gases in dem nicht-isolierten Entspannungsbehälter durch Wärmezufuhr aus der Umgebung oder mittels Heizung auf den Druck des nachgeschalteten Lagerbehälters erhöht wird, so dass keine Druckerhöhungspumpe erforderlich ist.
Beispiel
Bei einem mit COp arbeitenden Verfahren herrscht im Reaktor ein Druck von ca. l60 bar bei einer Temperatur von ca. 66 C. Beim Entleeren des Reaktors wird das Gas in einem ersten Wärmetauscher 3 auf 35 0C und in einem zweiten Wärmetauscher auf 5 0C abgekühlt, über das Ventil 5 wird das verflüssigte COp in den Entspannungsbehälter 6 geleitet. Auf diese Weise wird der Reaktor soweit entleert, bis der Druckunterschied im Lagerbehälter und Reaktor ausgeglichen ist, wobei dann ein Druck von etwa 40 bar herrscht. Die weitere Entleerung des Reaktors auf einen Druck von 1 bar geschieht über den Kompressor 7·
Beispiel 2
Bei einem mit NpO arbeitenden Verfahren herrscht im Reaktor ein Druck von ca. 240 bar bei einer Temperatur von ca. 83 °C. Beim Entleeren des Reaktors wird das Gas in einem ersten Wärmetauscher 3 auf 35 0C und in einem zweiten Wärmetauscher 4 auf 5 °C abgekühlt, über das Ventil 5 wird das verflüssigte N3O in den Entspannungsbehälter 6 geleitet. Auf diese Weise wird der Reaktor soweit entleert, bis der Druckunterschied im
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Lagerbehälter und dem Reaktor ausgeglichen ist, wobei dann ein Druck von etwa 37 bar herrscht. Die weitere Entleerung des Reaktors auf einen Druck von 1 bar geschieht über den Kompressor 7. Aus dem Entspannungsbehälter 6 kann das verflüssigte N2O in der oben beschriebenen Weise in den Lagerbehälter überführt werden.
Nachfolgend ist die Arbeitstemperatur und der Arbeitsdruck in dem Reaktor sowie die Kühltemperatur, auf die das Gas durch die Wärmetauscher abgekühlt wird, und der Lagerdruck, für verschiedene Gase angegeben:
Arbeitstemp. Arbeits
druck bar		 Küjjl temp. Lager
druck bar
co2 50-95 IOO-325 3-12 65-70
N2O 40-95 90-400 3-12 60-72
C2H6 50-95 70-325 3-12 40-45
C2H4 30-95 6O-325 3-12 45-50
CH3F 60-95 60-325 3-12 50-57
CF3Cl 40-95 50-325 3-12 30-38
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Claims (3)

  1. 23097^/3
    Patentansprüche
    Λ Verfahren zum überführen eines unter hohem Druck stehenden Gases aus einem Reaktor in einen Lagerbehälter unter Kondensation des Gases, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gas zunächst verflüssigt und dabei auf eine Temperatur unterhalb der Lagertemperatur abgekühlt wird,
    das verflüssigte Gas entspannt und in den Lagerbehälter übergeführt wird,
    nach Absinken des Druckes im Reaktor auf etwa den Druck im Lagerbehälter das noch im Reaktor vorhandene Gas durch einen Kompressor aus dem Reaktor in den Lagerbehälter übergeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gas nach dem Verflüssigen in einen nicht-isolierten Entspannungsbehälter geleitet wird, dessen Temperatur und Druck niedriger ist als die Temperatur und der Druck im Lagerbehälter,
    nach Absinken des Druckes im Reaktor auf etwa den Druck im Entspannungsbehälterj dem Sättigungsdruck bei der Temperatur unterhalb der Lagertemperatur, auf die das Gas abgekühlt wird, das noch im Reaktor vorhandene Gas durch einen Kompressor aus dem Reaktor in den Entspannungsbehälter überführt wird,
    nach Abschluss der Entleerung des Reaktors der Druck des verflüssigten Gases in dem nicht-isolierten Entspannungsbehälter durch Wärmezufuhr aus der Umgebung oder mittels Heizung auf den Druck des nachgeschalteten Lagerbehälters erhöht wird und das Gas aus dem Entspannungsbehälter in den Lagerbehälter Überführt wird.
    ß 0 9 B 4 1 / Γι 1 0 0
    23O97V3
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 bei Verwendung von COp bei einer Temperatur von 50 bis 95 °C und einem Druck von 100 bis 315 bar im Reaktor, dadurch gekennzeichnet, dass das CO2 auf eine Temperatur von etwa 5 °C abgekühlt, auf einen Druck von etwa 1IO bar entspannt und anschliessend bei Raumtemperatur und einem Druck von etwa 70 bar gelagert wird.
    1I. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass N2O, C2Hg, CpH^, CH-.F, CF,C1 neben oder anstelle von CO2 eingesetzt werden.
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