DE2513169C3 - Verfahren zum Überfuhren eines unter hohem Druck stehenden Gases aus einem Reaktor in einen Lagerbehälter - Google Patents

Verfahren zum Überfuhren eines unter hohem Druck stehenden Gases aus einem Reaktor in einen Lagerbehälter

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überführen eines unter hohem Druck stehenden Gases aus einem Reaktor in einen Lagerbehälter, in dem das Gas bei einer vorgegebenen Temperatur in flüssigem Zustand gelagert werden soll.
Bisher wurde ein Reaktor üblicherweise in der Weise entleert, daß das Gas zunächst auf einen niedrigen 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 auf den Lagerdruck abgekühlt wird, müssen die zum Abkühlen benötigten Wärmetauscher nur für den niedrigeren Lagerdruck und nicht für den höheren, im Reaktor herrschenden Druck ausgelegt sein. Der zum Entleeren des Reaktors und zum Füllen des Lagerbehälters erforderliche Kompressor braucht außerdem nur für den konstanten Lagerdruck ausgelebt zu sein. Je nach dem verwendeten Gas und dessen Druck und Temperatur im Reaktor kann dieses bekannte Verfahren durch den Einbau einer Entspannungsturbine mit auf gleicher Welle laufendem Verdichter verbessert werden. Diese Möglichkeit ist jedoch nur in einem bestimmten Bereich der thermodynamischen Zustandsgrößen wirtschaftlich;
Aus der DE-PS 5 14 751 ist ein Verfahren zum Überführen eines unter hohem Druck stehenden Gases atis einem ersten Behälter in einen Lagerbehälter bekannt, bei dem das Gas auf den Druck im Lagerbehälter entspannt Und dabei in den Lägerbehäl· tef übergeführt wird und nach Absinken des Druckes im ersten Behälter auf etwa den Druck im Lagerbehälter das noch im ersten Behälter vorhandene Gas durch eine Pumpe in den Lagerbehälter übergeführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überführen eines unter hohem Druck stehenden Gases aus einem Reaktor in einen Lagerbehälter, in dem es flüssig aufbewahrt werden soli, zur Verfügung zu stellen, das mit möglichst geringem Energieaufwand und damit mit möglichst geringen laufenden Betriebskosten arbeitet und niedrige Investitionskosten erfordert.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die im Anspruch 2 angegebene bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung eignet sich insbesondere für einen chargenweisen Betrieb, da das im Entspannungsbehälter verbleibende Gas mit der nächsten Charge in den Lagerbehälter übergeführt wird.
Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Abkühlung des Gases auf eine Temperatur unter der Lagertemperatur sich der Reaktor weitgehend selbständig, das heißt ohne Zwischenschaltung eines Kompressors, entleert. 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 hält man die Kondensationstemperatur unmittelbar oberhalb des Eispunktes des Wassers, da bei dieser Temperatur das günstigste Arbeitsgebiet bezüglich Investitionskosten, Betriebskosten und Betriebssicherheit liegt. In der Praxis hat sich gezeigt, daß der Vorteil, der in der Verwendbarkeit eines Kompressors mit geringerer Leistung besteht, größer ist als der Nachteil, der in der Notwendigkeit von auf höheren Druck ausgelegten Wärmetauschern und in der tieferen Abkühlung des Gases besteht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläuK .·'.
Die Figur 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 ein«, in 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 um so kleiner ist, je tiefer das Gas in den Wärmetauschern abgekühlt wird. Der in dem Reaktor vorhandene Gastest wird mittels des Kompressors 7 abgesaugt und über die Wärmetauscher 3,4 und das Ventil 5 in den Entspannungsbehälter 6 gedruckt. Da das Gas in dem Entspannungsbehälter zunächst eine Temperatur unterhalb der endgültigen Lagertemperatur besitzt, braucht der Kompressor nur
6ö eine relativ geringe Druckdifferenz zu überwinden, so daß ein Kompressor vergleichsweise geringer Leistung Und Stüfenzanl ausreicht.
Den Wärmetauschern 3,4 wird aus einem Kühlmittel· speicher Kühlmittel zugeführt. Da beim erfindungsge-
mäßen Verfahren die Wärmetauscher im allgemeinen chargenweise betrieben werden, ermöglicht die Zwischenschaltung eines Kühlmittelspeichers die Vefwem dung einer kältemaschine mit konstanter und geringe-
rer 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.
Das verflüssigte Gas kann jedoch auch in der Weise in den Lagerbehälter übergeführt werden, daß der Druck des verflüssigten Gases in dem nichtisolierten Entspannungsbehälter durch Wärmezufuhr aus der Umgebung oder mittels Heizung auf den Druck des nachgeschalteten Lagerbehälters erhöht wird, so daß keine Druckerhöhungspumpe erforderlich ist.
Beispiei 1
Bei einem mit CO2 arbeitenden Verfahren herrscht im Reaktor ein Druck von ca. 160 bar bei einer Temperatur von ca. 66° C. Beim Entleeren des Reaktors wird das Gas in einem ersten Wärmetauscher 3 auf 35° C und in einem zweiten Wärmetauscher 4 auf 5° C abgekühlt Über das Ventil 5 wird das verflüssigte CO2 in den Ei.ispannungsbehälter 6 geleitet Auf diese Weise wird der Reaktor soweit entleert, bis der Druckunterschied im Entspannungsbehälter 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 N2O 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° C und in einem zweiten Wärmetauscher 4 auf 5°C abgekühlt Ober das Ventil 5 wird das verflüssigte N2O in den Entspannungsbehälter 6 geleitet Auf diese Weise wird der Reaktor soweit entleert bis der Druckunterschied im Entspannungsbehälter 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 ; 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. Hierzu Arbeitsdruck Kühltemp. Lagerdruck
C bar C bar
CO2 50-95 100-325 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 60-325 3-12 45-50
CH3F 60-95 60-325 3-12 50-57
CF3Cl 40-95 50-325 3-12 30-38
1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Oberfuhren eines unter hohem Druck stehenden Gases aus einem Reaktor in einen Lagerbehälter, in dem das Gas bei einer vorgegebenen Temperatur in flüssigem Zustand gelagert werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas zunächst verflüssigt und dabei auf eine Temperatur unterhalb der Lagertemperatur abgekühlt wird, das verflüssigte Gas auf den Druck im Lagerbehälter entspannt und im verflüssigten Zustand in den Lagerbehälter übergeführt wird und nach Absinken des Druckes im Reaktor (1) auf etwa den Druck im Lagerbehälter das noch im Reaktor (1) vorhandene Gas unter Komprimierung und Abkühlung aus dem Reaktor in den Lagerbehälter übergeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Absänken des Druckes im Reaktor (1) unter den Druck im Lagerbehälter das Gas nach dem Verflüssigen zunächst in einen nicht isolierten Entspannungsbehälter (6) geleitet wird und nach Abschluß der Entleerung des Reaktors (1) der Druck des verflüssigten Gases in dem nichtisolierten Entspannungsbehäller (6) durch Wärmezufuhr aus der Umgebung oder mittels Heizung auf den Druck des nachgeschalteten Lagerbehälters erhöht wird und das Gas aus dem Entspannungsbehälter (6) in den Lagerbehälter überführt wird.
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