DE2657654A1 - Kaelteerzeugungsverfahren, insbesondere zum verfluessigen von gasen - Google Patents

Kaelteerzeugungsverfahren, insbesondere zum verfluessigen von gasen

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DE2657654A1 DE19762657654 DE2657654A DE2657654A1 DE 2657654 A1 DE2657654 A1 DE 2657654A1 DE 19762657654 DE19762657654 DE 19762657654 DE 2657654 A DE2657654 A DE 2657654A DE 2657654 A1 DE2657654 A1 DE 2657654A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kälterzeugungsverfahren mit geschlossenem Kältemittelkreislauf, bei dem das Kältemittel unter einem relativ niedrigen Druck der Niederdruckseite eines Verdichters zugeführt, auf einen relativ hohen Druck verdichtet, in einem Kühler abgekühlt und inleiner Anlage, die zur Durchführung eines Prozesses dient, auf einen relativ niedrigen Druck entspannt wird, um eine Kühlung zu bewirken, und bei dem das entspannte gasförmige Kühlmittel dann zur Niederdruckseite des Verdichters zurückgeleitet wird, um den Arbeitskreislauf zu schließen.
Ein solches Kälterzeugungsverfahren ist bereits bekannt und z.B. in einer Ausführungsform in der GB-PS 895 094 der Anmelderin beschrieben; bei diesem Kälteerzeugungsverfahren dient die erzeugte Kälte dazu, ein Gas, insbesondere Erdgas oder Methan zu verflüssigen.
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Als Verdichter werden bei Verfahren dieser Art vorzugsweise sog. Turboverdichter benutzt. Beim Gebrauch eines Turboverdichters ist es erforderlich, eine sog. Rückführungseinrichtung für die Inbetriebsetzung und die Außerbetriebsetzung des Verdichters sowie für den Betrieb des Verdichters bei geringem Durchsatz vorzusehen. Die Benutzung einer solchen Rückführungseinrichtung ist bekannt, und zu ihrem Betrieb wird ein Teil des den Kühler verlassenen Kältemittels abgezweigt und über eine RUckführungsleitung zur Niederdruckseite des Verdichters zurückgeleitet, wobei die Menge des durch diese Leitung fließenden, zurückzuführenden Kältemittels durch ein Rückleitungsventil geregelt wird.
Stromabwärts des Punktes, an dem der zurückzuführende Strom abgezweigt wird, ist ein Ventil angeordnet, bei dem es sich gewöhnlich um ein Rückschlagventil handelt. Sobald sich die Drehzahl des Verdichters bis zum Erreichen des Stillstandes verringert, öffnet sich das Rückführungsventil allmählich, und das Rückschlagventil schließt sich automatisch, um eine Umkehrung der Strömungsrichtung zu verhindern. Während sich der Verdichter im Stillstand befindet, wird der Inhalt des gesamten Rückführungskreises über das Rückführungsventil abgelassen, bis in der Rückführungsschleife und dem Niederdruckteil auf der Niederdruckseite des Verdichters der gleiche Druck herrscht.
Wird der Niederdruckteil durch einen abgeschlossenen Raum von begrenztem Fassungsvermögen gebildet, kann dieser Druckausgleich über das Rückführungsventil dazu führen, daß der Druck im Niederdruckteil auf einen so hohen Wert ansteigt, daß Gas über die Überdruckventile entweicht, die dazu dienen, den Niederdruckteil gegen einen zu hohen Druck zu schützen. Dieses Ablassen von Kältemittel über die Überdruckventile führt zu Verlueten an wertvollem Kältemittel und ist insbesondere dann unerwünscht, wenn nur ein begrenzter Vorrat an Kältemittel zur Verfügung steht.
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Daher wäre es erwünscht, eine Rückführungseinrichtung zu schaffen, die so ausgebildet ist, daß der Inhalt des Rückführungskreises so klein wie möglich gehalten wird.
Wenn das Kältemittel, das verdichtet wird, im Kühler teilweise kondensiert, ist es überdies erforderlich, das Kondensat abzuscheiden, bevor der zurückzuführende Strom durch das Regelventil geleitet wird, denn anderenfalls ist eine einwandfreie Regelung des zurückgeführten Stroms nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kälteerzeugungsverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Rückführungseinrichtung auf vorteilhafte Weise so ausgebildet ist, daß die Verluste an Kältemittel möglichst klein gehalten werden, und daß eine einwandfreie Regelung des zurückzuführenden Stroms auch dann möglich ist, wenn das Kältemittel im Kühler teilweise kondensiert. Ferner soll eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kälteerzeugungsverfahrens geschaffen werden.
Die genannte Aufgabe ist bei einem Kälteerzeugungsverfahren, insbes. zum Kühlen und Verflüssigen von Erdgas oder Methan, mit geschlossenem Kreislauf, bei dem das Kältemittel unter einem relativ niedrigen Druck der Niederdruckseite eines Verdichters zugeführt, in diesem auf einen relativ hohen Druck verdichtet, in einem Kühler abgekühlt, in eine Einrichtung zum Trennen von Gas und Flüssigkeit geleitet, von dieser Einrichtung aus über ein Rückschlagventil einem Anlageteil·, bei dem Kälte benötigt wird, zugeführt und in diesem Anlageteil auf einen relativ niedrigen Druck zur Kälteerzeugung entspannt, umd das entspannte gasförmige Kältemittel zur Niederdruckseite des Verdichters zurückgeleitet wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dann, wenn zur In- oder Außerbetriebsetzung eine Rückführung von Kältemittel auf dem kürzesten Weg erforderlich ist,
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gasförmiges Kältemittel von der Einrichtung zum Trennen von Gas und Flüssigkeit aus über ein Rückführungsventil erneut der Niederdruckseite des Verdichters zuzuführen, um das Kältemittel im Kreislauf zu führen.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist es möglich, ein Kältemittel zu verwenden, bei dem es sich um ein Gemisch aus mehreren Stoffen handelt. Beispiele für solche Kältemittelgemische sind in der genannten GB-Patentschrift 895 094 beschrieben, wo die Verwendung eines Gemisches aus Äthan, Propan und Butan bei einem bestimmten Verfahren und eines Gemisches aus Methan und Äthan bei einem anderen Verfahren erwähnt ist.
Alternativ kann man ein Kältemittel verwenden, das im wesentlichen nur aus einem einzigen Stoff, z.B. Propan, besteht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der als Kältemittel ein Gemisch aus mehreren Stoffen verwendet wird; und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens nach der Erfindung, bei der als Kältemittel ein einziger Stoff verwendet wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird ein Kältemittelgemisch, z.B. ein gasförmiges Gemisch aus Äthan, Propan und Butan unter einem niedrigen Druck über die Leitung 23 der Niederdruckseite des Verdichters 11 zugeführt, in dem das Kältemittel auf einen relativ hohen Druck verdichtet wird. Das gasförmige Kältemittel verläßt die Hochdruckseite des Verdichters 11 und gelangt durch eine Leitung 12 zu einem Kühler 13, in dem das Kältemittel abgekühlt wird, so daß es
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teilweise !kondensiert. Das teilweise kondensierte Kältemittel wird dann von dem Kühler 13 aus über eine Leitung 14 einer Einrichtung 15 2um Trennen von Gas und Flüssigkeit zugeführt. Aus der Einrichtung 15 wird das Kältemittel am unteren Ende über eine Leitung 16 abgezogen. Bei allen Betriebszuständen, bei denen nicht das gesamte Kältemittel auf direktem Wege im Kreislauf geführt wird, strömt mindestens ein Teil des Kältemittels im gasförmigen Zustand aus dem unteren Teil der Einrichtung 15 über die Leitung 16 ab, wobei auch das gesamte im flüssigen Zustand befindliche Kältemittel abgeführt wird.
Das Kältemittel wird über die Leitung 16, ein Rückschlagventil 17 und eine weitere Leitung 18 einem Aufnehmer 19 zugeführt, in dem sich das flüssige Kältemittel sammelt, um über eine Leitung 20 einem Anlageteil 22 zugeführt zu werden, bei dem eine Kühlung erforderlich ist. Auch das vorhandene gasförmige Kältemittel wird von dem Aufnehmer 19 aus über eine Leitung 21 dem Anlageteil 22 zugeführt. Sowohl das flüssige als auch das gasförmige Kältemittel entspannen sich auf einen relativ niedrigen Druck, um Kälte zu erzeugen. Das hierbei anfallende gasförmige Kältemittel, das unter einem relativ niedrigen Druck steht, wird über die Leitungen 27 und 23 wieder zur Niederdruckseite des Verdichters 1 zurückgeführt, um das Arbeitsspiel abzuschließen. Ist es erforderlich, Kältemittel unmittelbar zur Niederdruckseite des Verdichters zurückzuleiten, wird eine entsprechende Gasmenge dem oberen Teil der Einrichtung 15 zum Trennen von Gas und Flüssigkeit entnommen, und dem Verdichter 11 über die Leitung 24, das Rückführungsventil 25, die Leitung 26 und die Leitung 23 zugeführt. Hierbei wird der Strom des gekühlten, flüssigkeitsfreien Gases durch das Rückführungsventil 25 geregelt.
Der besondere Vorteil der soeben beschriebenen Rückführungseinrichtung besteht darin, daß bis unmittelbar vor dem Beginn der vollständigen Rückführung der Fördermenge des Verdichters 11 keine Ansammlung von Flüssigkeit im Rückführungskreis er-
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folgt. Wird die gesamte Fördermenge zurückgeführt, und bleibt dieser Betriebszustand erhalten, kann sich eine teilweise Kondensation im Kühler 13 nur fortsetzen, bis sich das in dem Kreis 12, 13, 14, 15, 24, 25, 26 und 23 zirkulierende Gas in der Leitung 14 auf seinem Taupunkt befindet.
Die beschriebene Anordnung bietet den Vorteil, daß die Elemente 12, 13» 14, 15» 16 und 24 nur eine relativ kleine Menge an gasförmigem und flüssigem Kältemittel enthalten, so daß sich der Kältemittelvorrat nur geringfügig verringert, wenn sich beim Abstellen des Verdichters 11 der Druck in allen Teilen des Rückführungskreises ausgleicht. Mit anderen Worten, da der insgesamt stromaufwärts des Rückschlagventils 17 vorhandene Kältemittelvorrat erheblich kleiner ist als bei den bekannten Anordnungen, bei denen die Einrichtung 15 zum Trennen von Gas und Flüssigkeit nicht vorhanden ist, ergeben sich im Vergleich zu den bekannten Anordnungen erheblich geringere Kältemittelverluste.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform setzt sich das verwendete Kältemittel im wesentlichen aus nur einem einzigen Stoff, z.B. Propan, zusammen.
Das Kältemittel wird in diesem Fall über die Leitung 47 der Niederdruckseite des Verdichters 30 zugeführt, in dem es auf einen relativ hohen Druck verdichtet wird, woraufhin das gasförmige Kältemittel vom Verdichter 30 auf seiner Hochdruckseite abgegeben wird, um über die Leitung 31 einem Kühler 32 zugeführt zu werden, in welchem dem Kältemittel die Überhitzungswärme entzogen wird, wobei das ggf. teilweise kondensierte Kältemittel über die Leitung 33 der Einrichtung 34 zum Trennen von Gas und Flüssigkeit zugeführt wird.
Das Kältemittel wird aus dem unteren Teil der Einrichtung 34 über die Leitung 35 abgezogen. Bei allen Betriebszuständen mit Ausnahme der Rückführung des Kältemittels auf dem kürzesten
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Wege strömt mindestens ein Teil des Gases über die Leitung
35 ab, wobei das gesamte Kondensat mägeführt wird. Dann gelangt das Kältemittel über das Rückschlagventil 36 und die Leitung 37 zu einem zweiten Kühler 38, in dem das Kältemittel im wesentlichen vollständig kondensiert wird, um dann über die Leitung 39 dem Aufnehmer 40 zugeführt zu werden. Von dem Aufnehmer 40 aus wird das flüssige Kältemittel über die Leitung 41 dem Teil 42 der Anlage zugeführt, bei dem eine Kühlung erforderlich ist. Hierauf wird das flüssige Kältemittel auf einen relativ niedrigen Druck entspannt, so daß es durch seine Verdampfung die benötigte Kälte erzeugt. Vom Teil 42 der Anlage aus wird das gasförmige Kühlmittel, das unter einem relativ niedrigen Druck steht, über die Leitungen 43 und 47 wieder der Niederdruckseite des Verdichters 30 zugeführt, um das Arbeitsspiel abzuschließen. Ist eine Rückführung von Kältemittel auf dem kürzesten Wege erforderlich, wird Gas aus dem oberen Teil der Einrichtung 34 zum Trennen von Gas und Flüssigkeit abgezogen und über die Leitung 44, das Rückführungsventil 45 und die Leitung 46 der Leitung zugeführt, die mit der Niederdruckseite des Verdichters 30 verbunden ist. Somit dient das Rückführungsventil 45 zum Regeln eines gekühlten, flüssigkeitsfreien Gasstroms.
Bei der Ausführungsform nach Fig, 2 wird ein Ansammeln von flüssigem Kältemittel im Rückführungskreis während der Rückführung der gesamten Kältemittelmenge auf dem kürzesten Wege ebenso wie das Ansammeln von flüssigem Kältemittel in der Einrichtung 34 dadurch verhindert, daß der Druck im Kühler 38 und im Aufnehmer 40 zurückgeht, wenn der Kühler 38 nicht belastet ist. Wenn sich in der Einrichtung 34 Kondensat sammelt, läuft das Kondensat über das Rückschlagventil
36 ab, da die höhere Temperatur im durch die Elemente 32, 33, 34 und 44 gebildeten Teil der Anordnung zu einem Dampfdruck führt, der höher ist als der Dampfdruck, der in dem an den Empfänger 40 angeschlossenen statischen Teil der Anordnung herrschen kann.
Patentansprüche: 709^32/0621
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    (1./ Kälterzeugungsverfahren mit geschlossenem Kreislauf, bei dem das Kältemittel unter einem relativ niedrigen Druck der Niederdruckseite eines Verdichters zugeführt, in diesem auf einen relativ hohen Druck verdichtet, in einem Kühler abgekühlt, in eine Einrichtung zum Trennen von Gas und Flüssigkeit geleitet, von dieser Einrichtung aus über ein Rückschlagventil einem Anlageteil, bei dem Kälte benötigt wird, zugeführt, und in diesem Anlageteil auf einen relativ niedrigen Druck zur Kälterzeugung entspannt, und das entspannte gasförmige Kältemittel zur Niederdruckseite des Verdichters zurückgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet , daß dann, wenn zur In- oder Außerbetriebnahme eine Rückführung von Kältmittel auf dem kürzesten Weg erforderlich ist, gasförmiges Kältemittel von der Einrichtung zum Trennen von Gas und Flüssigkeit aus über ein Rückführungsventil zur Niederdruckseite des Verdichters zurückgeleitet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Kältemittel ein Gemisch aus mehreren Stoffen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Kältemittel in Form von Flüssigkeit und etwas Dampf von der Einrichtung zum Trennen von Gas und Flüssigkeit aus über das Rückschlagventil einem Aufnehmer zugeführt wird, daß das Kältemittel von dem Aufnehmer aus in Form eines Flüssigkeitsstroms und eines Gasstroms zu dem Teil der Anlage geleitet wird, bei dem Kälte benötigt wird, daß in diesem Teil der Anlage das aus dem Flüssigkeitsstrom und dem Gasstrom entstandene Kältemittel auf einen relativ niedrigen Druck entspannt wird, um Kälte zu erzeugen, und daß das entspannte gasförmige Kältemittel zur Niederdruckseite des Verdichters zurückgeleitet wird, um das Arbeitsspiel abzuschließen.
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  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Kältemittel im wesentlichen ein einziger Stoff verwendet wird, dadurch g e kennzeic hnet, daß das Kältemittel von dem Rückschlagventil aus zu einem Kondensator geleitet wird, daß das Kältemittel in dem Kondensator so weit abgekühlt wird, daß es im wesentlichen kondensiert, daß das Kältemittel von dem Kondensator aus dem Teil der Anlage zugeführt wird, bei dem Kälte benötigt wird, daß das Kältemittel in diesem Teil der Anlage auf einen relativ niedrigen Druck entspannt wird, um Kälte zu erzeugen, und daß das entspannte gasförmige Kältemittel zur Niederdruckseite des Verdichters zurückgeleitet wird,
  4. 4- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Kältemittel ein Gemisch verwendet wird, das mindestens Methan und Äthan enthält.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältemittel Propan verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch seine Anwendung zum Kühlen und Verflüssigen von Erdgas oder Methan.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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