DE2810972A1

DE2810972A1 - Verfahren zum kuehlen von gas und anordnung eines plattenwaermeaustauschers

Info

Publication number: DE2810972A1
Application number: DE19782810972
Authority: DE
Inventors: Maurice Grenier
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1977-03-16
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2810972C2; JPS53115956A; FR2384221A1; JPS5855432B2; GB1598998A; BE863763A; US4181174A; FR2384221B1; US4228660A

Description

Verfahren zum Kühlen von Gas und Anordnung eines Plattenwärmeaustauschers

Die Erfindung betrifft erstens einen Wärmeaustauscheraufbau mit mindestens einem Plattenwärmeaustauscher, der für die Kühlung eines Gases bestimmt ist, zweitens eine Gaskühlanlage unter Verwendung einer Wärmeaustauscheranordnung gemäß der Erfindung und drittens ein Gaskühlverfahren, das für die Verwendung eines Wärmeaustauscheraufbaus gemäß der Erfindung geeignet ist.

Wegen der großen Austauscheroberfläche pro Volumeneinheit erscheinen die Plattenaustauscher oder genauer gesagt die kompakten Plattenaustauscher aus gelötetem Metall besonders gut für die Kühlung eines Gases geeignet (es handelt sich um ein reines Gas oder um ein Gasgemisch), und zwar durch indirekten Wärmeaustausch mit einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Kühlmitteln (sei es daß es sich um ein Kühlmittel mit nur einem Bestandteil oder mit mehreren Bestandteilen handelt).

Wenn man ein oder mehrere Kühlmittel mit mehreren Bestandteilen zur Gaskühlung verwendet, hat die Verwendung von Plattenaustausehern einen größeren Nachteil, sogar unreparierbar, der sich aus der Notwendigkeit ergibt, von einem Mal auf das andere in dem Kühlkreislauf dieses oder diese Kühlmittel in zweiphasiger Form (flüssig + dampfförmig) zu tansportieren. Von diesem Augenblick an ist es notwendig, daß die flüssige und dampfförmige Phase des Kühlmittels mit mehreren Bestandteilen gleichmäßig verteilt werden:

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- Eventuell zwischen den unterschiedlichen Wärmeaustauscherkörpern, wenn diese zur Kühlung des behandelten Gases parallel angeordnet sind. Wenn die Größe der jetzt auf dem Markt zur Verfügung stehenden Plattenwärmeaustauscherkörper relativ begrenzt ist, muß man zur Kühlung eines Gases in großer Masse immer mehrere Körper parallel schalten.

- Zwischen den unterschiedlichen Durchgängen desselben Wärmeaustauscherkörpers, die für die Zirkulation des Kühlmittels mit mehreren Bestandteilen vorgesehen sind,

- und im Inneren desselben Durchganges eines Wärmeaustauscherkörpers, der für die Zirkulation des genannten Kühlmittels vorgesehen ist,

um Temperaturen zu erhalten für das Flüssigkeits-Dampfgleichgewicht des Mehrfachkühlmittels, die im wesentlichen gleichmäßig sind, und um folglich einen insgesamt homogenen Wärmeaustausch zu erhalten zwischen dem genannten Kühlmittel in dem behandelten Gas.

Die thermodynamische Reversibilität des verwendeten Kühlverfahrens, entsprechend den physikalischen Vorgängen, die nacheinander und zyklisch das Mehrfachkühlmittel benutzen, und folglich das Erhalten eines für das ausgesuchte Verfahren zufriedenstellenden energetischen Wirkungsgrades bedingen, daß das Mehrfachkühlmittel sich in Zweiphasenform befindet, und zwar im Verlaufe der Kühlung und/oder während seiner Erwärmung und/oder vor seiner Erwärmung.

Um ein zweiphasiges Fließmittel (Flüssigkeit + Gas) auf unterschiedliche Durchgänge ein und desselben Plattentaustauschers

homogen zu verteilen, hat man schon verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen, von denen keine ausreichend erscheint; denn entweder führen diese Vorrichtungen zu einer technologisch nicht zulässigen Kompliziertheit, oder die Homogenität der zweiphasigen Verteilung, die so erhalten wird, bleibt unzureichend.

Ausgehend von dieser Feststellung hat man erfindungsgemäß und entgegen den bekannten vorgeschlagenen Lösungen nach einer Lösung des vorgenannten, hervorgerufenen Problems gesucht, indem man weitestgehend die Notwendigkeit und/oder die Bedeutung der zweiphasigen Verteilung in einem Plattenaustauscher begrenzt, und zwar für das oder die verwendeten Kühlmittel mit mehreren Bestandteilen, aber auch für das zu kühlende Gas, und das, indem man besondere Anordnungen des oder der verwendeten Austauscher auswählt und/oder besondere Betriebsbedingungen des oder der ausgewählten Kältekreisläufe aussucht.

Ein Wärmeaustauscheraufbau gemäß der Erfindung weist einen oder mehrere Wärmeaustauscherkörper vom Typ des Plattenwärmeaustauschers auf mit:

- Mehreren metallischen Platten im wesentlichen ähnlicher Gestalt, die sich in einer ersten Dimension oder Länge und einer zweiten Dimension oder Breite erstrecken und im Abstand voneinander und parallel zueinander in einer dritten Dimension oder Dicke angeordnet sind,

- Dichtmitteln, welche mit den genannten Platten mehrere flache Durchgänge begrenzen,

- mindestens einem Durchgang des ersten Typs, der zu einem ersten Kreislauf gehört, der für die Zirkulation entlang

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der gesamten Länge des in Rede stehenden Körpers eines ersten Fließmittels bestimmt ist (insbesondere eines zu kühlenden Fließmittelgemisches), wobei das Dichtmittel jedem Durchgang des ersten Typs zugeordnet ist, der an seinen zwei Enden einen Eingang bzw. einen Ausgang für das Kühlmittelgemisch freigibt,

und/oder mindestems einem Durchgang des zweiten Typs, der einem zweiten Kreislauf angehört, der bestimmt ist für die Zirkulation längs mindestens eines Teils der Länge des Körpers, und zwar eines zweiten Fließmittels (insbesondere eines zu kühlenden Gases) im Gleichstrom zu dem ersten Fließmittel, wobei das Dichtmittel jedem Durchgang des zweiten Typs zugeordnet ist, der an seinen beiden Enden einen Eingang bzw. einen Ausgang für das genannte Gas freigibt,

mindestens einem Durchgang des dritten Typs in Wärmeaustauscherbeziehung mit mindestens einem der zwei Durchgänge des ersten und zweiten Typs, der einem dritten Kreislauf angehört, der bestimmt ist für die Zirkulation auf nur einem Teil der Länge des Körpers im Gegenstrom zu dem ersten und zweiten Fließmittel, und zwar eines dritten Fließmittels (insbesondere eines zu erwärmenden Kühlmittelgemisches) , wobei das Dichtmittel jedem Durchgang des dritten Typs zugeordnet ist, der einen Eingang und einen Ausgang für das genannte Gemisch freigibt,

mindestens einem Durchgang des vierten Typs in Wärmeaustauscherbeziehung mit mindestens einem der zwei Durchgänge des ersten und zweiten Typs, der einem vierten Kreislauf

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angehört, der bestimmt ist für die Aufnahme eines vierten Pließmittels (insbesondere eines zu erwärmenden Hilfskühlmittels), wobei das Dichtmittel jedem Durchgang des vierten Typs angehört, der an seinen zwei Enden eine erste Öffnung bzw. eine zweite öffnung freigibt, die für das Hilfskühlmittel vorgesehen ist,

- mindestens einem Durchgang des vierten Typs neben einem Durchgang des dritten Typs, der sich auf einem anderen Teil längs des Körpers erstreckt, und mindestens einer Quertrennwand, die sich auf der Breite des Körpers erstreckt und die zwei Durchgänge des dritten bzw. vierten Typs trennt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Gaskühlanlage, Fig. 2 die Draufsicht auf diese Anlage, Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III der Fig.

des Wärmeaustauscherkörpers, der Teil der schematisch

in Fig. 1 gezeigten Anlage ist, Fig. 4 eine Ansicht des Wärmeaustauscherkörpers, der Teil der schematisch in Fig. 1 gezeigten Anlage ist, und zwar in

Richtung IV der Fig. 2 gesehen, Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V der Fig.

durch den Wärmeaustauscherkörper, Fig. 6 eine Schnittansicht durch den Wärmeaustauscherkörper entlang der Linie VI-VI der Fig. 4,

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Fig. 7 eine Schnittansicht des Warmeaustauscherkörpers entlang der Linie VII-VII der Fig. 4,

Fig. 8 eine Schnittansicht des Warmeaustauscherkörpers nach Linie VIII-VIII der Fig. 4,

Fig. 9 eine Schnittansicht desselben Warmeaustauscherkörpers entlang der Linie IX-IX der Fig. 2,

Fig. 1O eine Schnittansicht desselben Warmeaustauscherkörpers entlang der Linie X-X der Fig. 2,

Fig. 11 eine schematische andere Ausführungsform der Kühlanlage, die schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, die einzig denjenigen Teil der Fig. 1 angeht, der von einem Rechteck umgeben ist, welches aus langen Strichen besteht, die durch Kreuze getrennt sind,

Fig. 12 schematisch eine andere Ausführungsform der Fig. 11,

Fig. 13 eine weitere andere Ausführungsform der Kühlanlage, die schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, wobei nur derjenige Teil der Fig. 1 betroffen ist, der von einem Rechteck mit gepunkteten Linien großer Länge umgeben ist, die durch Kreuze getrennt sind,

Fig. 14 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils des Aufbaues des Wärmeaustauschers entsprechend dem Aufbau nach den Fig. 1, 11 und 13,

Fig. 15 eine andere Ausführungsform der Kühlanlage, die schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, wobei nur derjenige Teil der Fig. 1 betroffen ist, welcher durch die geschlossene Linie mit den Punkten abgegrenzt ist,

Fig. 16 eine andere Ausführungsform der Kühlanlage, die schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, wobei nur derjenige Teil der Fig. 1 betroffen ist, welcher durch die geschlossene Linie mit den Punkten begrenzt ist,

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Fig. 17 eine andere Ausfuhrungsform der Kühlanlage, die schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, wobei nur derjenige Teil der Fig. 1 betroffen ist, der durch die geschlossene Linie mit den Kreuzen begrenzt ist,

Fig. 18 eine weitere andere Ausführungsform der Kühlanlage, die schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, wobei nur der Teil der Fig. 1 betroffen ist, der durch die geschlossene Linie mit den Punkten begrenzt ist, und

Fig. 19 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 besteht eine Kühlanlage gemäß der Erfindung aus einer Folge von mindestens zwei Kältekreiläufen 13 und 14, die thermisch einander kaskadenartig zugeordnet sind.

Der erste Kältekreislauf 13 weist auf:

- Einen Kompressor 15 für ■ :Lü Konr>ression eines einfachen Hilfskühlmittels, z.I?. Propan mit einem Ausgang 16 für die Hochdruckstauung und drei Eingängen 17, und 19 für das Ansaugen von drei verdampften Teilen des Hilfskühlmittels, jeweils unter einem unteren Druck, unter einem ersten Zwischendruck und einem zweiten Zwischendruck, die in dem ersten Zwischendruck und dem Hochdruck enthalten sind,

- einen Kondensator 10 für die Zirkulation eines äußeren Kühlmittels, z.B. Wasser, dessen einer Eingang 23 mit dem Ausgang 16 des ersten Kompressors 15 in Verbindung steht,

- einesteils drei Entspannungseinrichtungen 26, 25 und 24 für das kondensierte Hilfskühlmittel, die in einer Reihe

angeschlossen sind, und andererseits drei Separatoren 27, 28 und 29 mit zwei Phasen für Flüssigkeit bzw. Dampf des Hilfskühlmittels unter dem unteren Druck, dem ersten Zwischendruck und dem zweiten Zwischendruck. Der Eingang der ersten Entspannungseinrichtung 24 steht indirekt mit dem Ausgang 30 des Kondensators 10 durch den zweiten Separator 28, die zweite Entspannungseinrichtung 25, den dritten Separator 29 und die dritte Entspannungseinrichtung in Verbindung.

- Drei Durchgänge oder Stromkreise 33a, 33b, 33c für die Verdampfung des entspannten Hilfskühlmittels unter dem unteren Druck, dem ersten Zwischendruck bzw. dem zweiten Zwischendruck, die sich im Sinne der Zirkulation des Kühlmittelgemisches in Wärmeaustauscherbeziehung mit einem Durchgang oder Kühlstromkreis 36 für das Kühlmittelgemisch und mit einem Durchgang oder Kühlstromkreis 37 für das nachfolgend definierte Naturgas befinden.

Der zweite Kältestromkreis 14 weist auf:

- Einen zweiten Kompressor 37 mit zwei Kompressionsstufen 37a und 37b. Die erste Stufe 37a weist einerseits auf einen Eingang 38 zum Ansaugen eines verdampften Teils des Kühlmittelgemisches unter einem niedrigen Druck (dieses Gemisch enthält Methan, Äthan, Propan, Butan und Stickstoff) , und weist andererseits einen Ausgang 39 auf für die Stauung des erwähnten Teils des Kühlmittelgemisches unter einem Druck, der nachfolgend Verdampfungsdruck genannt wird.

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ORONAL INSPECTED

Die zweite Stufe 37b weist einerseits einen Eingang 40 auf für das Ansaugen der Ganzheit des Kühlmittelgemisches unter dem Verdampfungsdruck, wobei dieser Eingang 40 mit dem Ausgang 39 der ersten Stufe 37a in Verbindung steht, und weist andererseits einen Ausgang 43 auf für die Stauung des komprimierten Kühlmittelgemisches unter einem höheren Druck.

Einen Durchgang oder Kühlstromkreis 36 des komprimierten Kühlmittelgemisches in Wärmeaustauscherbeziehung (im Sinne der Zirkulation des vorgenannten Kühlmittelgemisches), und zwar in der Folge zuerst mit den drei Verdampfungsdurchgängen 33c, 33b und 33a des ersten Kältestromkreises 13, dann gleichzeitig mit einem Durchgang oder ErwärmungsStromkreis 45 des Kühlmittelgemisches unter dem Verdampfungsdruck und einem Durchgang oder ErwärmungsStromkreis 46 des Kühlmittelgemisches unter dem niedrigen Druck. Der Eingang 44 des Kühldurchganges 36 steht mit dem Ausgang 43 des zweiten Kompressors 37 in Verbindung.

Eine zweite Entspannungseinrichtung 47 und eine dritte Entspannungseinrichtung 48 für das Kühlmittelgemisch auf den Verdampfungsdruck bzw. den vorgenannten niedrigen Druck. Die zwei Eingänge der zwei Entspannungseinrichtungen 47 und 48 stehen direkt mit dem Ausgang 49 des Kühlmitteldurchgangs 36 in Verbindung.

Einen Durchgang oder Kühlstromkreis 37 für zu kühlendes Naturgas, der sich in drei aufeinanderfolgende Abschnitte zerlegen läßt (im Sinne der Zirkulation des Naturgases), nämlich 37, 37' und 37'·. Der Kühldurchgang 37 steht in

Wärmeaustauscherbeziehung zuerst mit den drei Verdampfungsdurchgängen 33c, 33b und 33a und dann zugleich mit den Erwärmungsdurchgängen 45 und 46. Die Unterbrechung der Abschnitte 37' und 37'' entspricht der Entleerung des teilweise gekühlten Naturgases zu einer Einheit 50 hin für den Abzug schwererer Bestandteile, wie z.B. Methan, und entspricht dem Zurückschicken einer an Methan angereicherten Gasfraktion, von der vorgenannten Einheit ausgehend. Die Unterbrechung zwischen den Abschnitten37 und 37¹¹ entspricht der Entleerung des zu einer Stickstoffabzugseinheit 53 hin im wesentlichen gekühlten Naturgases sowie dem Zurückschikken einer an Stickstoff verarmten Gasfraktion, von dieser Einheit ausgehend.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die verschiedenen Wämeaustauscherdurchgänge 35a, 35b, 35c, 36, 37, 45 und 46 in ein und derselben Anordnung oder Wärmeaustauscherkörper 58 vom Typ des Plattenwärmeaustauschers, z.B. aus hart gelötetem Aluminium, vereinigt. Dieser Wärmeaustauseherkörper wird nachfolgende an Hand der Fig. 2 bis 10 beschrieben und weist auf:

- Eine Mehrzahl, beispielsweise insbesondere 14 Metallplatten 101 bis 114 mit rechteckiger ähnlicher und sogar gleicher Gestalt, die sich in einer ersten Dimension oder Länge und einer zweiten Dimension oder Breite erstrecken. Die Platten 101 bis 114 sind im Abstand voneinander in regelmäßigen, möglicherweise konstanten Intervallen und parallel zueinander angeordnet und verlaufen in einer dritten Dimension oder Dicke.

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-Dichteinrichtungen 59 (siehe Fig. 4), die aus unterschiedlichen, rechteckigen Metallplättchen bestehen, die relativ schmal und klein sind und einerseits mit den Platten 101 bis 114 mehrere flache Durchgänge rechteckiger Form begrenzen, die nachfolgend getrennt und von Grund auf beschrieben werden, und andererseits zwischen sich mehrere Eingänge und Ausgänge zu den genannten Durchgängen hin und außerhalb derselben begrenzen,

vier Durchgänge 1, die parallel zueinander angeordnet sind und nachfolgend als erste Durchgänge oder Durchgänge des ersten Typs bezeichnet werden, jeweils zwischen den Platten 102 und 103, 104 und 105, 108 und 109, 110 und 111 begrenzt sind und genauer in Fig. 6 dargestellt sind. Diese vier Durchgänge 1 bilden zusammen einen ersten Stromkreis, der bestimmt ist für die Zirkulation längs der gesamten Länge des Körpers 5 8, und zwar für das zu kühlende Kühlmittelgemisch (erstes Fließmittel). Die Dichteinrichtung 59, die zu jedem Durchgang des ersten Typs gehört, gibt an ihren zwei Enden einen Eingang 11 bzw. einen Ausgang 12 frei. Genauer gesagt ist jeder Durchgang 1 mit einer Auskleidung 60 versehen, die aus Wellblech besteht, das grundsätzlich oder nur in Längsrichtung des Körpers 58 durchlässig ist, wobei die Auskleidung 60 an beiden Seiten ihrer Länge einerseits durch drei Abschnitte 63, 64 und 65 des Wellblechs begrenzt ist, die der Verteilung des zu kühlenden Kühlmittelgemisches dienen, und ist andererseits begrenzt durch drei Wellblechabschnitte 66, 67 und 68, die dem Sammeln des gekühlten Kühlmittelgemisches dienen, und die Eingän-

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ORIGINAL INSPECTED

ge 11 der verschiedenen Durchgänge des ersten Typs 1 stehen mit ein und derselben Einführbüchse 69 für das zu kühlende Kühlmittelgemisch in Verbindung, während die Ausgänge 12 der verschiedenen Durchgänge des ersten Typs 1 mit ein und derselben Entleerungsbüchse 70 für das gekühlte Kühlmittelgemisch in Verbindung stehen.

Zwei parallel angeordnete Durchgänge 2, die nachfolgend als die zweiten Durchgänge oder die Durchgänge des zweiten Typs bezeichnet werden, sind jeweils zwischen den Platten 106 und 107, 112 und 113 begrenzt und ausführlicher in Fig. 8 dargestellt. Diese zwei Durchgänge 2 bilden gemeinsam einen zweiten Stromkreis, der bestimmt ist für die Zirkulation des zu kühlenden Naturgases (zweites Fließmittel) entsprechend der Gesamtlänge des Körpers 58, und zwar im Gleichstrom mit dem zu kühlenden Kühlmittelgemisch. Die Dichteinrichtung 59, die jedem Durchgang des zweiten Typs angehört, gibt an ihren zwei Enden jeweils einen Eingang für das zu kühlende Naturgas und einen Ausgang 22 für das gekühlte Naturgas frei. Genauer gesagt läßt sich jeder Durchgang des zweiten Typs 2 längs des Wärmeaustauscherkörpers 5 8 in einen ersten Abschnitt 2, einen zweiten Abschnitt 2¹ und einen dritten Abschnitt 2¹¹ aufteilen, wobei die Abschnitte 2 und 2¹¹ einerseits und 2' und 2¹¹ andererseits jeweils durch zwei Trennwände 78 und 79 getrennt sind, die sich über die gesamte Breite des Körpers 5 8 erstrecken und zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Platten (z.B. 106 und 107) den Durchgang des zweiten Typs begrenzen. Der erste Abschnitt 2 jedes Durchgangs des zwei-

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ORIGINAL INSPECTED

ten Typs ist bestimmt für die Zirkulation des zu kühlenden Naturgases auf einem ersten Teil der Länge des Körpers 5 8 und weist genauer einerseits eine Füllung 73 auf, die grundsätzlich oder nur in Längsrichtung durchlässig ist und aus einem Wellblech besteht, und weist andererseits zwei Wellblechabschnitte 74 und 75 auf, die an einem Ende der Auskleidung 73 angeordnet sind und der Verteilung des zu kühlenden Naturgases dienen, welches durch den Eingang 21 eingeführt ist, sowie zwei Wellblechabschnitte 76 und 77, die am anderen Ende der Füllung 73 angeordnet sind und der Sammlung des teilweise gekühlten und durch den Ausgang 22' zur Trenneinheit 50 hin abgezogenen Naturgases dienen. Der zweite Abschnitt 2¹ jedes Durchganges des zweiten Typs ist bestimmt für die Zirkulation längs eines zweiten Teils des Körpers 58, und zwar für das teilweise gekühlte von der Einheit 50 stammende Naturgas, das folglich im wesentlichen an Methan angereichert ist- Dieser zweite Abschnitt weist genauer gesagt einerseits eine Auskleidung 73' auf, die grundsätzlich oder nur in Längsrichtung des Körpers 58 durchlässig ist und aus einem Wellblech besteht, und weist andererseits zwei Wellblechabschnitte 74' und 75' auf, die an den Enden der Auskleidung 73' angeordnet sind und der Verteilung des im wesentlichen an Methan angereichten Naturgases dienen, welches durch den Eingang 21' eingeführt ist, sowie zwei Wellblechabschnitte 76' und 77', die am anderen Ende der Auskleidung 73 angeordnet sind und der Sammlung des im wesentlichen gekühlten Naturgases dienen, welches durch den Ausgang 22'' zu der Stickstoffabzugseinheit 53 hin abgezogen ist. Der dritte und letzte Abschnitt 2¹¹ je-

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des Durchganges des zweiten Typs ist bestimmt für die Zirkulation längs des letzten Teils des Körpers 58 des aus der Stickstoff entziehenden Einheit 53 stammenden Naturgases, dem der Stickstoff entzogen ist. Genauer gesagt weist dieser letzte Abschnitt 2¹¹ einerseits eine grundsätzlich oder nur längs des Körpers 58 durchlässige Auskleidung 73*' auf, die aus Wellblech besteht, und weist andererseits zwei Wellblechabschnitte 74'' und 75'' auf, die an einem Ende der Auskleidung 73 " angeordnet sind und der Verteilung des Naturgases dienen, dem der Stickstoff entzogen ist und das durch den Eingang 21 *' eingeführt ist, sowie zwei Wellblechabschnitte 76'' und 77"', die am anderen Ende der Auskleidung 73'' angeordnet sind und der Sammlung des gänzlich gekühlten Naturgases dienen, dem der Stickstoff entzogen ist und welches durch den Ausgang 22 abgezogen ist. Alle die Eingänge 21, 21' und 21"', welche den verschiedenen Durchgängen des zweiten Typs 2 angehören, stehen mit den Einführbüchsen des Naturgases in Verbindung, die jeweils durch die Bezugszahlen 80, 80' und 80"' bezeichnet sind. Alle Ausgänge 22, 22' und 22", die verschiedenen Durchgängen des zweiten Typs 2 angehören, stehen mit Entleerungsbüchsen für das Naturgas in Verbindung, die jeweils mit den Bezugszahlen 83, 83", 83¹¹ bezeichnet sind.

Drei Durchgänge 3, die parallel zueinander angeordnet sind und nachfolgend als die dritten Durchgänge oder die Durchgänge des dritten Typs bezeichnet werden und jeweils zwischen den Metallplatten 103 und 104, 107 und 108, 111 und

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112 angeordnet sind und genauer in Fig. 7 dargestellt sind. Diese drei Durchgänge 3 bilden insgesamt einen dritten Stromkreis, der bestimmt ist für die Zirkulation des zu erwärmenden Kühlgemisches (drittes Fließmittels) längs eines Teils des Wärmetauscherkörpers 5 8, und zwar unter Verdampfungsdruck. Jeder Durchgang des dritten Typs, beispielsweise derjenige zwischen den Metallplatten 107 und 108, steht in Wärmeaustauscherbeziehung zugleich mit einem Durchgang des ersten Typs 1 und einem Durchgang des zweiten Typs 2. Das Dichtmittel 59, welches jedem Durchgang des dritten Typs zugeordnet ist, gibt an seinen zwei Enden jeweils einen Eingang 31 für das zu erwärmende Kühlgemisch unter dem Verdampfungsdruck bzw. einen Ausgang 32 für das erwärmte Kühlgemisch frei. Genauer gesagt ist jeder Durchgang 3 mit einer Auskleidung 84 gefüllt, die grundsätzlich oder nur längs des Körpers 58 durchlässig ist und aus Wellblech besteht, wobei die Auskleidung 84 beidseitig ihrer Länge einerseits begrenzt ist durch drei Wellblechabschnitte 85, 86 und 87, die der Verteilung des zu erwärmenden Kühlmittelgemisches unter dem Verdampfungsdruck dienen, und andererseits durch zwei Wellblechabschnitta 88 und 89, welche der Sammlung des erwärmten Kühlmittelgemisches dienen. Die Eingänge 31 der verschiedenen Durchgänge des dritten Typs 3 stehen mit ein und derselben Einführbüchse 90 für zu erwärmendes Kühlmittelgemisch in Verbindung, während die Ausgänge 32 der verschiedenen Durchgänge 3 des dritten Typs mit ein und derselben Entleerungsbüchse 93 des gekühlten Kühlmittelgemisches in Verbindung stehen.

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Sieben Durchgänge 4a, die jeweils zwischen den Metallplatten 101 und 102, 103 und 104, 105 und 106, 107 und 108, 109 und 110, 111 und 112, 113 und 114 angeordnet sind und nachfolgend als vierte Durchgänge oder Durchgänge des vierten Typs bezeichnet werden. Sieben Durchgänge 4b, die jeweils zwischen denselben Platten wie vorstehend erläutert angeordnet sind, werden nachfolgend Ergänzungsdurchgänge des vierten Typs genannt. Die sieben Durchgänge 4c, die jeweils zwischen denselben Platten angeordnet sind, wie vorstehend beschrieben, sind nachfolgend die zusätzlichen Durchgänge des vierten Typs genannt. Jeder Durchgang des vierten Typs 4a, z.B. der zwischen den Platten 105 und 106, steht in Wärmeaustauscherbeziehung zugleich mit einem Durchgang des ersten Typs 1 und einem Durchgang des zweiten Typs 2, und es ist derselbe für jeden Ergänzungsdurchgang des vierten Typs 4b und jeden Zusatzdurchgang des vierten Typs 4c. Die sieben Durchgänge 4a, die sieben Ergänzungsdurchgänge 4b und die sieben Zusatzdurchgänge 4c bilden jeweils einen vierten Stromkreis, einen vierten Ergänzungsstromkreis und einen vierten Zusatzstromkreis, die alle drei bestimmt sind für die Aufnahme des Hilfskühlmittels (Propan) in flüssiger zu erwärmender Form und zwar genauer gesagt bei der Verdampfung des genannten Kühlmittels jeweils unter dem unteren Druck (Hilfskühlmittel oder viertes Fließmittel), dem Zwischendruck (Hilfs-Ergänzungskühlmittel oder viertes Ergänzungsfließmittel), dem zweiten Zwischendruck (Zusatzhilfskühlmittel oder viertes Zusatzfließmittel) in gekreuzter Strömung des Kühlmittel-

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gemisches und des zu kühlenden Naturgases. Die Dichteinrichtung 5y_r die den drei Durchgängen des vierten Typs 4a, 4b, 4c angehört, gibt an ihren zwei Enden einerseits erste Öffnungen oder Eingänge 41a, 41b, 41c und andererseits zweite Öffnungen oder Ausgänge 42a, 42b bzw. 42c frei. Jeder Durchgang des vierten Typs 4a, 4b, 4c ist eingerichtet für die Aufnahme des Hilfskühlmittels (viertes Fließmittel) längs der Breite des Wärmeaustauscherkörpers 5 8 und weist zu diesem Zweck (vgl. Fig. 5 und 7) eine Auskleidung 94a, 94b oder 94c auf, die grundsätzlich oder nur längs der Breite des Körpers 58 durchlässig ist. Die genannte Auskleidung besteht aus Wellblech, welches über dem ganzen Bereich vorgesehen ist bzw. endet, und zwar zwischen den Sammel- und Verteilereinrichtungen außen am Wärmeaustauscherkörper 58. Die Eingänge 41a, 41b, 41c stehen alle mit den Einführbüchsen für das Hilfskühlmittel 96a, 96b bzw. 96c in Verbindung, während die Ausgänge 42a, 42b und 42c alle mit den Entleerungsbüchsen des Hilfskühlmittels 95a, 95b, 95c in Verbindung stehen.

Vier Durchgänge 5, die nachfolgend die fünften Druchgänge oder die Durchgänge des fünften Typs genannt werden, sind jeweils zwischen den Platten 101 und 102, 105 und 106, 109 und 110, 113 und 114 angeordnet bzw. begrenzt und sind im einzelnen in Fig. 5 gezeigt. Die vier Durchgänge 5 bilden zusammen einen fünften Stromkreis, der bestimmt ist für die Zirkulation des zu erwärmenden Kühlmittelgemisches längs eines Teils des Wärmeaustauscherkörpers 5 8 unter dem niedrigen Druck (fünftes Fließmittel), und zwar in Gegenstrom zu den Kühlmittelgemischen und dem zu kühlenden

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Naturgas sowie im Gleichstrom zu dem unter dem Verdampfungsdruck zu erwärmenden Kühlmittelgemisch. Jeder Durchgang des fünften Typs 5, z.B. der zwischen den Platten und 106, steht in Wärmeaustauscherbeziehung mit einem Durchgang des ersten Typs 1 und einem Durchgang des zweiten Typs 2. Die Dichteinrichtung 59, die jedem Durchgang des fünften Typs angehört, gibt an ihren zwei Enden jeweils einen Eingang 51 für das unter dem niedrigen Druck zu erwärmende Kühlmittelgemisch und einen Ausgang 52 für das erwärmte Kühlmittelgemisch frei. Genauer gesagt ist jeder Durchgang des fünften Typs 5 mit einer grundsätzlich oder nur in Längsrichtung des Körpers 58 durchlässigen Auskleidung 97 gefüllt, die aus einem Wellblech besteht, wobei die Auskleidung 97 beiderseits ihrer Länge einerseits durch zwei Wellblechabschnitte 9 8 und 99 begrenzt ist, die der Verteilung des unter dem niedrigen Druck zu erwärmenden Kühlmittelgemisches dienen, und andererseits durch zwei Wellblechabschnitte 100 und 115, die dem Sammeln des unter dem niedrigen Druck zu erwärmenden Kühlmittelgemisches dienen, und die Eingänge 51 der verschiedenen Durchgänge 5 stehen mit ein und derselben Einführbüchse 116 für das Kühlmittelgemisch unter dem niedrigen Druck in Verbindung, während die Ausgänge 52 der verschiedenen fünften Durchgänge 5 mit ein und derselben Büchse 117 für die Entleerung des Kühlmittelgemisches unter dem niedrigen Druck in Verbindung stehen.

Eine Zweiphasenverteilungsvorrichtung 118, welche es erlaubt, gleichmäßig die Dampf- und Flüssigkeitsphase des

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Kühlmittelgemisches unter dem Niederdruck zu verteilen, und zwar zwischen den verschiedenen Durchgängen des fünften Typs 5 des Wärmeaustauscherkörpers 5 8. Diese Vorrichtung 118 ist den Eingängen 51 aller Durchgänge 5 zugeordnet und weist einerseits einen Separator 119 auf, welcher die Möglichkeit vorsieht, die Gasphase und die flüssige Phase des Kühlmittelgemisches unter dem Niederdruck zu trennen, und weist andererseits einen Verteiler 120 auf (siehe Fig. 5), der die Möglichkeit vorsieht, regelmäßig die Dampfphase des genannten Kühlmittelgemisches auf die verschiedenen Eingänge 51 zu verteilen. Der Zweiphaseneingang des Separators 119 steht mit dem Ausgang der zweiten Entspannungseinrichtung 4 8 in Verbindung, während der Flüssigausgang und der Dampfausgang desselben Separators 119 jeweils mit der Einführbühcse 116 und dem Verteiler 120 des Gases in Verbindung stehen.

Im übrigen sei bemerkt, daß der Wärmeaustauscherkörper 5 8 die besonderen folgenden Eigenschaften aufweist:

- Wie in Fig. 7 dargestellt ist, erstrecken sich die Durchgänge des dritten Typs 3 in einer ersten Dimension des Körpers 5 8, ausgehend vom Eingangsende 31 nur auf einem Teil der Länge des Körpers 58, und mindestens ein Durchgang des vierten Typs 4a neben dem Durchgang 3 erstreckt sich in der ersten Dimension des Körpers 5 8 auf einem anderen Teil der Länge des Körpers 5 8, und eine Quertrennwand 121 trennt die zwei Durchgänge 3 und 4a.

- Wie in Fig. 5 dargestellt ist, erstrecken sich die Durchgänge des fünften Typs 5 in der ersten Dimension des Kör-

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pers 5 8, ausgehend vom Eingangsende 51 nur auf einem Teil der Länge des Körpers 58/ und andererseits erstreckt sich mindestens ein Durchgang des vierten Typs 4a neben einem Durchgang 5 in der ersten Dimension des Körpers 58 auf einen anderen Teil der Länge des Körpers 58, und eine Quertrennwand 122 trennt zwei Durchgänge 5 und 4a. Zu bemerken ist, daß eine Auskleidung 123 in jedem Durchgang des fünften Typs 5 zwischen der Trennwand 122 und den Abschnitten 100 und 115 derart angeordnet ist, daß die mechanische Kohäsion des Wärmeaustauschers 5 8 sichergestellt ist.

- Die Durchgänge 4b und 4c erstrecken sich jeweils in der ersten Dimension des Körpers 5 8 auf einem Ergänzungsteil und einem Restteil der Länge des Körpers 5 8, und zwei Trennwände 124 und 125 trennen jeweils den Durchgang 4a des Hilfsdurchganges 4b und den letzteren vom Zusatzdurchgang 4c.

Folglich und wie aus der Darstellung der Fig. 1 ersichtlich, stellt man fest:

- Der Stromkreis oder der Kühldurchgang 36 des Kühlmittelgemisches unter dem höheren Druck entspricht dem ersten Stromkreis (Durchgänge des ersten Typs 1) des Wärmeaustaus cherkörpers 5 8.

- Der Stromkreis oder der Kühldurchgang 37 des Naturgases entspricht dem zweiten Stromkreis (Durchgänge des zweiten Typs 2) des Körpers 5 8.

- Der Stromkreis oder Durchgang 45 für die Erwärmung des Kühlmittelgemisches unter dem Verdampfungsdruck entspricht

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dem dritten Stromkreis (Durchgänge des dritten Typs 3) des Körpers 5 8.

- Die drei Stromkreise oder Verdampfungsdurchgänge 33a, 33b und 33c entsprechen jeweils dem vierten Stromkreis (Durchgänge des vierten Typs 4a) des Wärmeaustauscherkörpers, dem vierten Ergänzungsstromkreis (Ergänzungsdurchgänge des vierten Typs 4b) des Wärmeaustauscherkörpers 58 bzw. dem vierten Zusatzstromkreis (Zusatzdurchgänge des vierten Typs 4c) des Körpers 58.

- Der Stromkreis oder Erwärmungsdurchgang 46 des Kühlmittelgemisches unter dem Niederdruck entspricht dem fünften Stromkreis (Durchgänge des fünften Typs 5) des Wärmeaustauscherkörpers 58.

Von der Anordnung der Wärmeaustauscherdurchgänge innerhalb des Körpers 5 8 ergibt sich folgendes:

- Der Stromkreis oder Kühldurchgang 36 des Kühlmittelgemisches steht in dauernder Wärmeaustauscherbeziehung zuerst mit drei Durchgängen oder aufeinanderfolgenden Verdampfungsstromkreisen 33c, 33b und 33a des Hilfskühlmittels, dann zugleich mit den Durchgängen oder ErwärmungsStromkreisen 45 und 46 des Kühlmittelgemisches, und zwar jeweils unter dem Verdampfungsdruck und dem niedrigen Druck.

- Die Stromkreise oder Erwärmungsdurchgänge 45 und 46 des Kühlmittelgemisches stehen in Warmeaustauscherbeziehung zugleich mit dem Durchgang oder Kühlstromkreis 36 des Kühlmittelgemisches und dem Durchgang oder Kühlkreislauf 37 des Naturgases.

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Die somit beschriebene Kühlanlage erlaubt die Verwendung des nachfolgend beschriebenen Kühlverfahrens, welches aus einer Reihenfolge von mindestens zwei Kühlkreisläufen 13 und 14 besteht, die thermisch einander in Kaskade zugeordnet sind.

Gemäß dem ersten Kältekreislauf 13 gilt hinsichtlich des Kreislaufes und der Reihenfolge:

- In dem ersten Kompressor 15 komprimiert man 334,50ONm /h Propan (Hilfskühlmittel) bei einem hohen Druck von 14,1 at absolut (ata).

- In dem Kondensator 10 kondensiert man das komprimierte Propan durch Wärmeaustausch mit dem Wasser (äußeres Kühlmittel) derart, daß die am Ausgang des erwähnten Kondensators erreichte Temperatur in der Größenordnung von 32° C liegt.

- Infolge der drei Entspannungseinrichtungen 24, 25 und 26 entspannt man in Reihe das kondensierte Kühlmittelgemisch, und zwar jeweils auf den unteren Druck (1,4 ata), auf den ersten Zwischendruck (2,87 ata) und auf den zweiten Zwischendruck (6,52 ata), wie oben definiert.

- In den VerdampfungsStromkreisen 33a, 33b und 33c verdampft man jeweils unter dem unteren Druck, dem ersten Zwischendruck und dem zweiten Zwischendruck jeweils einen ersten Teil (92 500 Nm /h) bei der Temperatur von -34° C, einen zweiten Teil (145 500 Nm /h) bei der Temperatur von -15° C und einen dritten Teil (96 500 Nm /h) des entspannten Kühlgemisches bei der Temperatur von 11 C und dies durch Wärmeaustausch bei tiberkreuz strom mit dem Kühlmittelgemisch

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des zweiten Kältekreislaufes 14 und des Naturgases im Verlaufe der Kühlung im Stromkreis 36 bzw. 37.

- Durch Ansaugen an den Eingängen 17, 18 und 19 des ersten Kompressors 15 komprimiert man wieder die drei verdampften, oben definierten Propanteile auf den hohen Druck.

Gemäß dem zweiten Kältekreislauf gilt im Hinblick auf den Kreislauf und auf die Folge:

- Dank dem Kompressor 37 komprimiert man auf den höheren Druck von 3 8,2 ata ein Kühlmittelgemisch mit 33,5 Volumen-% Methan, 33,5 Volumen-% Äthan, 10 Volumen-% Propan, 1 VoIumen-% Butan und 20 Volumen-% Stickstoff. Das somit komprimierte Kühlmittelgemisch, nämlich 470 000 Nm /h, wird (ohne Kondensation, sogar ohne teilweise Kondensation) durch den Kondensator 20 auf eine Temperatur von 32° C gekühlt.

- Das somit komprimierte Kühlmittelgemisch wird ohne Unterbrechung in dem Kühlstromkreis 36 auf -166° C gekühlt, zuerst durch Wärmeaustausch im überkreuzstrom mit den drei Teilen des vorerwähnten Propans, hintereinander (im Sinne der Zirkulation des Kühlmittelgemisches) im Verlauf der Verdampfung unter dem zweiten Zwischendruck bzw. dem ersten Zwischendruck und dem unteren Druck in den Verdampfungsstromkreisen 33c, 33b und 33a, dann durch Wärmeaustausch im Gegenstrom mit einem Teil und dem anderen Teil (wie nachfolgende beschrieben) des Kühlmittelgemisches, welches jeweils in den Stromkreisen 45 und 46 unter dem Verdampfungsdruck bzw. dem niedrigen Druck zirkuliert.

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- Man entspannt einen Teil und einen anderen Teil des somit gekühlten Kühlmittelgemisches mit Hilfe der Entspannungseinrichtung 47 bzw. 48 auf den Verdampfungsdruck bzw. den niedrigen Druck.

- Man erwärmt auf -33° C den Teil (320 000 Nm³/h) des Kühlmittelgemisches, das aus der Entspannungseinrichtung 47 kommt bzw. zwischen -33° C und -80° C den anderen Teil (150 000 Nm /h) desselben Gemisches, welches aus der Entspannungseinrichtung 48 herkommt, und zwar in der Erwärmungsleitung 45 unter dem Verdampfungsdruck (5,5 ata) und in der Erwärmungsleitung 46 unter dem Niederdruck (1,5 ata) durch Wärmeaustausch im Gegenstrom zugleich mit dem Kühlmittelgemisch (welches in der Leitung 36 zirkuliert) und dem Naturgas (welches in der Leitung 37 zirkuliert) und setzt ihre Kühlung fort, nachdem sie im Wärmeaustausch mit dem Propan im Laufe der Verdampfung durchgegangen sind.

- Durch den zweiten Kompressor 37 komprimiert man wieder auf den höheren Druck die zwei Teile des Kühlmittelgemisches, die unter dem Verdampfungsdruck bzw. dem Niederdruck erwärmt sind.

Hinsichtlich des zweiten Kältekreislaufes 14 sei bemerkt, daß mindestens einer der folgenden Parameter, nämlich die Natur der verschiedenen Bestandteile des Kühlmittelgemisches, die jeweiligen Prozentsätze der letzteren in der Zusammensetzung des Kühlmittelgemisches, der höhere Staudruck des Kompressors 37, der Saugdruck der zweiten Stufe 37b der Kompression und der Saugdruck der ersten Kompressionsstufe 37a, derart ausgewählt wird, daß folgendes gilt:

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- Nach erfolgtem Wärmeaustausch in überkreuzstrom mit dem Propan im Verlaufe der Verdampfung (unter drei verschiedenen Drücken) erfolgt der Anfangsteil der nachfolgenden Kühlung des Kühlmittelgemisches (in der Leitung 36 und folglich innerhalb verschiedener Durchgänge 1 des Körpers 58) und des Naturgases (in der Leitung 37 und folglich innerhalb verschiedener Durchgänge 2 des Körpers 5 8), und zwar mit Hilfe der Zuführung von Hauptkälte, ausgehend von dem Teil des Kühlmittelgemisches, der in der Leitung 45 erwärmt ist (und folglich innerhalb verschiedener Durchgänge 3 des Körpers 5 8), und zwar unter dem genannten Verdampfungsdruck, und andererseits mit Hilfe der Zuführung von sekundärer Kälte, ausgehend von dem anderen Teil desselben Kühlmittelgemisches, dasinder Leitung 46 erwärmt ist (und folglich innerhalb verschiedener Durchgänge 5 des Körpers 5 8) und zwar unter dem genannten Niederdruck.

- Und der Endteil der Kühlung des Kühlmittelgemisches und des Naturgases erfolgt einerseits mit Hilfe der Zuführung von Hauptkälte, ausgehend von dem anderen Teil des Kühlmittelgemisches, das in der Leitung 46 erwärmt ist (und folglich innerhalb verschiedener Durchgänge 5 des Körpers 58), und zwar unter dem Niederdruck und andererseits mit Hilfe der Zuführung von Sekundärkälte, ausgehend von dem Teil des Kühlgemisches, der in der Leitung 45 erwärmt ist (und folglich innerhalb verschiedener Durchgänge 3 des Körpers 58), und zwar unter dem genannten Verdampfungsdruck.

Mit anderen Worten bedeuten die Betriebsbedingungen, die oben definiert wurden, folgendes:

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- Der Anfangsteil der Kühlung gemäß vorstehender Definition erfolgt im wesentlichen durch Wärmeaustausch mit dem Teil des Kühlmittelgemisches im Verlaufe der Verdampfung unter dem Verdampfungsdruck, während der in Rede stehende Endkühlteil im wesentlichen durch Wärmeaustausch mit dem anderen Teil des Kühlmittelgemisches im Verlaufe der Verdampfung unter dem Niederdruck erfolgt.

- In dem in Rede stehenden Endkühlteil wird das Kühlmittelgemisch unterkühlt (in der Leitung 36), und zwar einerseits grundsätzlich durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittelgemisch im Verlauf der Verdampfung unter dem Niederdruck und andererseits zusätzlich durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittelgemisch in flüssiger Form im Verlaufe der Erwärmung unter dem Verdampfungsdruck, und man erhält nach der Entspannung in den Ventilen 47 und 48 jeweils unter dem Verdampfungsdruck und dem Niederdruck das Kühlmittelgemisch in unverfälscht flüssiger Form und dasselbe Gemisch in der Form eines zweiphasigen Gemisches.

Wenn der Massendurchsatz des unter Verdampfungsdruck erwärmten Teils des Kühlmittelgemisches im wesentlichen über dem Massendurchsatz des anderen Teils des unter dem Niederdruck erwärmten Kühlmittelgemisches liegt (diese Betriebsbedingung ist im vorliegenden Fall gegeben), ist das Problem der Verteilung eines in den Wärmeaustauscher 58 eingeführten, zweiphasigen Fließmittels auf einen relativ schwachen Teil des Gesamtdurchsatzes des Kühlmittelgemisches beschränkt beachtlich vereinfacht.

Verschiedene Modifikationen können bei der in Verbindung mit den Fig. 1 bis 10 zur vorbeschriebenen Kühlanlage vorgesehen sein:

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- Die Wärmeaustauseheranordnung 5 8 kann an Stelle in vertikaler Anordnung vertikal angeordnete Platten 101 bis 114 aufweisen, die horizontal angeordnet sind.

- Entsprechend Fig. 17 weist der Wärmeaustauscheraufbau 5 8 zwei Wärmeaustauscherkörper 5 8A und 58B unterschiedlichen Aufbaues auf, die parallel zueinander liegen. Der erste Körper 58A weist einfach mindestens einen Durchgang 1 des ersten Typs, mindestens einen Durchgang 3A des dritten Typs, mindestens einen Durchgang 4A des vierten Typs und mindestens einen Durchgang 5A des fünften Typs auf. Der

^v zweite Körper 58B weist einfach mindestens einen Durchgang 2 des zweiten Typs, mindestens einen Durchgang 3B des dritten Typs, mindestens einen Durchgang 4B des vierten Typs und mindestens einen Durchgang 5 des fünften Typs auf.

Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt unter Bezugnahme auf die Fig. 11 bis 16 beschrieben, in welchen gleiche Bezugszahlen wie in den Fig. 1 bis 10 die gleichen Aufbauelernente und/oder Elemente mit gleicher Funktion bezeichnen.

Gemäß den Fig. 11 und 12 unterscheidet sich ein anderer Wärmeaustauscheraufbau gemäß der Erfindung nach Art eines Plattenaustauschers von dem zuvor beschriebenen Aufbau nach den Fig. 1 bis dadurch, daß er folgendes aufweist:

- Mehrere, z.B. drei, Anfangswärmeaustauscherkörper 128, deren jeder dem Wärmeaustauscherkörper 58, der in Fig. 1 bis 10 beschrieben ist, ähnlich, wenn nicht identisch ist, wobei drei Körper 128, 128' und 128'' parallel zueinander

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verbunden sind. Die Eingänge 11, 11', 11'' der verschiedenen Durchgänge 1, 1^r, 1'' des ersten Typs sind an derselben Versorgungsleitung 130 für Kühlmittelgemisch (erstes Fließmittel) parallel geschaltet, wobei das Kühlmittelgemisch gasförmig ist und sich unter dem oberen Druck befindet. Die Eingänge 21, 21", 21 * * der verschiedenen Durchgänge 2, 2¹, 2¹¹ des zweiten Typs sind an derselben Beschickungsleitung 131 für Naturgas (zweites Fließmittel·) para^elgeschaltet. Die Ausgänge 32, 32", 32' · der verschiedenen Durchgänge 3, 3', 3¹¹ des dritten Typs sind an derselben Entl·eerungsl·eitung 132 des erwärmten Kühlmittelgemisches (drittes Fiießmittel·) unter dem Verdampfungsdruck para^el· geschadet. Die Ausgänge 52, 52', 52' ' der verschiedenen Durchgänge 5, 5", 5¹¹ des fünften Typs sind an einer gleichen Entieerungsleitung 133 für erwärmtes Kühlmittelgemisch (fünftes Fließmittel) unter dem Niederdruck para^el· geschadet. Die ersten Öffnungen 41a, 41a¹, 41a" (41b, 41b¹, 41b¹¹, 41c, 41c¹, 41c¹¹) verschiedener Durchgänge 4a, 4a¹, 4a¹¹ (4b, 4b¹, 4b¹ ·, 4c, 4c¹, 4c") des vierten Typs sind an einer gieichen Leitung 134a (134b, 134c) der Versorgung mit verdampftem Propan (viertes Fiießmittel·) unter dem unteren Druck (der erste Zwischendruck, der zweite Zwischendruck) paraliel geschaltet. Die zweiten Öffnungen 42a, 42a¹, 42a¹¹ (42b, 42b¹, 42b", 42c, 42c¹, 42c") unterschiedlicher Durchgänge 4a, 4a¹, 4a" (4b, 4b¹, 4b", 4c, 4c¹, 4c") des vierten Typs sind an einer gleichen EntieermK^eitung 135a (135b, 135c) für flüssiges Propan (viertes Fließmittei) unter dem unteren Druck (dem ersten Zwischendruck, dem zweiten Zwischendruck) pa-

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rallel geschaltet. Die Ausgänge 12, 12^Γ, 12'' der verschiedenen Durchgänge 1, 1 ' , 1'' des ersten Typs sind mit einer gleichen Einrichtung oder Entleerungsleitung 136 für gekühltes Kühlmittelgemisch (erstes Fließmittel) unter dem höheren Druck. Die Ausgänge 22, 22", 22'' der verschiedenen Durchgänge 2, 2¹, 2¹¹ des zweiten Typs sind an einer gleichen Entleerungsleitung 137 für gekühltes Naturgas (zweites Fließmittel) zur Stickstoffentfernungsexnheit 53 hin parallel geschaltet. Die Eingänge 31, 31', 31'' der verschiedenen Durchgänge 3, 3¹, 3¹¹ des dritten Typs sind mit einer gleichen Versorgungseinrichtung 138 für unter dem Dampfdruck gekühltes Kühlmittelgemisch (drittes Fließmittel) parallel geschaltet. Die Eingänge 51, 51', 51 " der verschiedenen Durchgänge 5, 5', 5¹¹ des fünften Typs, die den verschiedenen Anfangskörpers 158, 158", 158'' angehören, sind an einer Versorgungseinrichtung 139 für Kühlmittelgemisch unter Niederdruck (fünftes Fließmittel) parallel geschaltet.

Eine Anzahl Endwärmeaustauscherkörper geringerer Zahl als die Anfangswärmeaustauscherkörper, z.B. nur ein Endwärmeaustauscherkörper 129 der Art mit Wärmeaustauscherplatten, ist in Reihe geschaltet mit den verschiedenen Anfangswärmeaustauscherkörpern 128, 128', 128".

Mindestens ein Durchgang 6 des sechsten Typs, der einem sechsten Stromkreis angehört, der bestimmt ist für die Zirkulation längs der Gesamtlänge des Endkörpers 129, und zwar für das Kühlmittelgemisch unter dem höheren Druck, beendet seine Kühlung (sechstes Fließmittel). Die (nicht

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dargestellte) Dichteinrichtung, die jedem Durchgang 6 des sechsten Typs zugeordnet ist, gibt an seinen beiden Enden jeweils einen Eingang 61 bzw. einen Ausgang 62 frei für das Kühlmittelgemisch unter dem höheren Druck.

Mindestens ein Durchgang 7 des siebenten Typs, der zu einem siebenten Stromkreis gehört, der für die Zirkulation des Kühlmittelgemisches im Gleichlauf längs der Gesamtlänge des Endkörpers 129 bestimmt ist, beendet seine Kühlung unter dem höheren Druck, und dieser siebente Stromkreis ist auch bestimmt für die Zirkulation des Naturgases, das auch seine Kühlung (siebentes Fließmittel) beendet. Die Dichteinrichtung, die jedem Durchgang 7 des siebenten Typs zugeordnet ist, gibt an seinen beiden Enden einen Eingang 71 bzw. einen Ausgang 72 für das Naturgas frei.

Mindestens ein Durchgang 8 des achten Typs, der sich in Wärmetauscherbeziehung befindet zugleich mit den zwei Durchgängen 6 und 7 des sechsten bzw. siebenten Typs, ist bestimmt für die Zirkulation des zu erwärmenden Kühlmittelgemisches unter Niederdruck (achtes Fließmittel) längs der gesamten Länge des Endkörpers 129 in Gegenstrom des Kühlmitte lgemisches und zu kühlenden Naturgases. Die (nicht dargestellte) Dichteinrichtung ist jedem Durchgang 8 des achten Typs zugeordnet und gibt an ihren beiden Enden einen Eingang 81 und einen Ausgang 82 für das Kühlmittelgemisch unter dem Niederdruck frei.

Eine zweiphasige Verteilungsvorrichtung 141 ist den Eingängen 81 zugeordnet und erlaubt die gleichmäßige Verteilung der Phasen Dampf und Flüssigkeit des zweiphasigen

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Kühlmittelgemisches unter dem Niederdruck zwischen den verschiedenen Durchgängen des achten Typs des Körpers 129. Die Vorrichtung 141 weist einen Separator 142 und eine (nicht dargestellte) Gasverteilungsvorrichtung auf.

- Die Eingänge 61 der verschiedenen Durchgänge 6 des sechsten Typs des Endwärmeaustauscherkorpers 129 stehen mit einer Versorgungseinrichtung 140 für gekühltes Kühlmittelgemisch in Verbindung. Die Eingänge 71 der verschiedenen Durchgänge 7 des siebenten Typs des Endkörpers 129 stehen indirekt mit der Entleerungsleitung 137 des Naturgases ^des Anfangskörpers 128 mittels der Stickstoffentfernungseinheit 53 in Verbindung. Die Ausgänge 82 der verschiedenen Durchgänge 8 des achten Typs des Endkörpers 129 stehen direkt mit der Versorgungseinrichtung 139 der verschiedenen Anfangskörper 128, 128", 128'' für Kühlmittelgemisch unter dem Niederdruck in Verbindung. Die Versorgungseinrichtung 138 für Kühlitiittelgemisch unter dem Verdampfungsdruck steht indirekt, ohne daß sie durch den Endkörper 129 hindurchgeht, mittels der ersten Entspannungseinrichtung mit den Ausgängen 62 der verschiedenen Durchgänge 6 des sechsten Typs des Endkörpers 8 in Verbindung. Die Eingänge 81 der verschiedenen Durchgänge 8 des achten Typs des Endkörpers 129 stehen indirekt mittels der zweiten Entspannungseinrichtung 48 mit allen den Ausgängen 62 der verschiedenen Durchgänge 6 des sechsten Typs des Endkörpers 129 in Verbindung.

Die Ausführungsform gemäß der Erfindung nach den Pig. 13 und unterscheidet sich von der nach den Fig. 11 und 12 im wesentlichen durch die folgenden Eigenschaften:

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Die Entleerungseinrichtung 136 der verschiedenen Anfangskörper 128, 128', 128'¹ für gegekühltes Kühlmittelgemisch (erstes Fließmittel) besteht aus einem Separator 146 der Phasen Dampf und Flüssigkeit des Kühlmittelgemisches unter dem genannten Verdampfungsdruck. Dieser Separator 146, der über den Anfangskörpern 128, 128¹, 128'' und über dem Endwärmeaustauscherkörper 129 angeordnet ist, weist erstens einen Zweiphaseneingang 143 auf, der mittels der ersten Entspannungseinrichtung 47 mit den Ausgängen 12 der verschiedenen Anfangskörper 128, 128' und 128'' in Verbindung steht, weist zweitens einen Flüssigkeitsausgang 147 auf, der die vorstehend genannte Versorgungseinrichtung 138 bildet für die Beschickung des flüssigen Kühlmittelgemisches unter dem Verdampfungsdruck (drittes Fließmittel), und zwar zu den verschiedenen Anfangskörpern 128, 128" und 128'', und weist drittens einen weiteren Flüssigkeitsausgang 145 und Gasausgang 144 auf, die gemeinsam die vorgenannte Versorgungseinrichtung 140 bilden für die Beschickung des Zweiphasenkuhlmittelgemisch.es unter dem Verdampfungsdruck (sechstes Fließmittel), und zwar zu dem Endwärmeaustauscherkörper 129 hin.

Durchsatzregulierventile 148 und 149 sind für die Flüssigkeitsausgänge 145 und 147 derart vorgesehen, daß man damit die Zusammensetzung des Kühlmittelgemisches unter dem Verdampfungsdruck verändern kann, welches in den Wärmeaustauscherendkörper 129 eingeführt ist.

Eine Zweiphasenverteilungsvorrichtung (nicht dargestellt) ähnlich der in den Fig. 11 und 12 beschriebenen ist den

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range des secITs

Eingängen 61 der verschiedenen Durchgänge des secfTsten
Typs des Endwärmeaustauscherkörpers 129 zugeordnet.

Eine andere Wärmeaustauscheranlage gemäß der Erfindung ist in Fig. 15 dargestellt und unterscheidet sich von den in den
Fig. 11 und 12 bzw. 13 und 14 dargestellten Ausführungsformen dadurch, daß das umlaufende Kühlmittel in dem Wärmeaustauseherendkörper 129 ein zusammengesetztes Kühlmittel ist im Unterschied zu dem umlaufenden Kühlmittelgemisch in den Anfangskörpern 128, 128' und 128''. Hierzu wird auf folgende Modifikationen hingewiesen:

- Mindestens ein Durchgang 5 des fünften Typs erstreckt sich in der ersten Dimension jedes Anfangskörpers 128 (128*,
128¹¹)/ ausgehend von dem Ende des Eingangs 51 des zusammengesetzten, zu erwärmenden Kühlmittels auf nur einem
Teil der Länge des Körpers 128, und ein Durchgang 2 des
zweiten Typs neben dem Durchgang 5 des fünften Typs, wie oben erwähnt, erstreckt sich in der ersten Dimension des Körpers 128 (128¹, 128'') auf den ganzen Restteil dieser Länge, und eine Quertrennwand (nicht dargestellt) trennt die zwei Durchgänge 2 und 5 des zweiten bzw. fünften Typs.

- Die oben beschriebene Entleerungseinrichtung 136 erlaubt den Austritt des Kühlmittelgemisches unter dem höheren Druck aus den verschiedenen Anfangskörpern 128, 128¹ und 128'' und verbindet mittels der ersten Entspannungseinrichtung mit der oben beschriebenen Versorgungseinrichtung 138,
wodurch die Möglichkeit der Beschickung des Kühlmittelgemisches unter dem Verdampfungsdruck zu den verschiedenen Anfangskörpern 128, 128' und 128'' gegeben ist.

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Ein dritter Kältekreislauf 150 ist thermisch in Kaskade dem zweiten Kältekreislauf zugeordnet/ und es gilt hinsichtlich Kreislauf und Reihenfolge folgendes:

Man komprimiert (151) ein zusammengesetztes Kühlmittel (welches z.B. 65 % Methan und 35 % Stickstoff enthält), das im Ganzen genommen flüchtiger ist als das Kühlmittelgemisch des zweiten Kältekreislaufes 14.

Man kühlt (152) das komprimierte, zusammengesetzte Kühlmittel durch Wärmeaustausch im Gegenstrom mit dem im Verlaufe der Wiedererwärmung verdampften, zusammengesetzten Kühlmittel und mit einer Gasfraktion, die von der Stickstoffentfernungseinheit 53 stammt, und zwar ebenfalls im Verlaufe der Erwärmung.

Man kondensiert die komprimierte und gekühlte Kühlmittelzusammensetzung zuerst in dem Behälter einer Stickstoffentfernungssäule 153 für verflüssigtes Naturgas durch Wärmeaustausch mit dem im Verlaufe der Verdampfung verflüssigten Naturgas und dann durch Wärmeaustausch 154 im Gegenstrom mit dem im Verlauf der Wiedererwärmung verflüssigten Naturgas vor seiner Entspannung (155) und seiner Einführung in die Säule 153.

Man unterkühlt die kondensierte Kühlmittelzusammensetzung in den Durchgängen 6 des Wärmeaustauseherendkörpers 29 durch Wärmeaustausch im Gegenstrom mit sich selbst.

Man entspannt (156) die unterkühlte Kühlmittelzusammensetzung.

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- Man verdampft das entspannte, zusammengesetzte Kühlmittel durch Wärmeaustausch im Gegenstrom anfangs in den Durchgängen 8 des Endkörpers 129 mit dem zusammengesetzten Kühlmittel des dritten Kreislaufes im Verlaufe der Unterkühlung und dann in den Durchgängen 5 der verschiedenen Anfangskörper 128, 128' und 128'' mit dem Kühlmittelgemisch des zweiten Kreislaufes im Verlaufe der Unterkühlung.

- Man erwärmt (157) die verdampfte Kühlmittelzusammensetzung durch Wärmeaustausch mit sich selbst,

- und man komprimiert (151) das verdampfte, somit erwärmte zusammengesetzte Kühlmittel wieder.

- Folglich erfolgt nach dem ersten Kältekreislauf 13 (in Strömungsrichtung des Kühlmittelgemisches und des Naturgases) und in den verschiedenen Wärmetauscheranfangskörpern 128, 128" und 128'' ein Anfangsteil der Kühlung des Kühlmittelgemisches und des Naturgases durch Wärmeaustausch im Gegenstrom mit mindestens einem Teil, wenn nicht mit dem gesamten Kühlmittelgemisch im Verlaufe der Verdampfung unter dem Verdampfungsdruck, und ein Endteil der Kühlung des Kühlmittelgemisches erfolgt nur durch Wärmeaustausch im Gegenstrom mit dem zusammengesetzten Kühlmittelgemisch im Verlaufe der Verdampfung in den Durchgängen 5.

Der Wärmeaustauscheraufbau gemäß Fig. 16 unterscheidet sich von dem in Fig. 15 im wesentlichen durch die folgenden Punkte:

- Jeder Anfangswärmeaustauscherkörper 128 (128¹, 128'') weist in einfacher Weise mindestens einen Durchgang 9 des neunten

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Typs auf, der zu dem neunten Stromkreis gehört, der bestimmt ist für die Zirkulation des zusammengesetzten, zu kühlenden Kühlmittels (neuntes Fließmittel) im Gleichstrom des zu kühlenden Kühlmittelgemisches. Die (nicht dargestellte) Dichteinrichtung, die jedem Durchgang 9 des neunten Typs zugeordnet ist, gibt an ihren beiden Enden einen Eingang 91 bzw. einen Ausgang 92 frei für das zusammengesetzte Kühlmittel im Verlauf seiner Kondensation. Jeder Durchgang 9 des neunten Typs erstreckt sich in Wärmeaustauscherbeziehung zugleich mit zwei Durchgängen 3 bzw. 5 des dritten bzw. fünften Typs in die erste Dimension der Körper 128, 128' und 128'', ausgehend vom Ende des Ausgangs 92 des zusammengesetzten Kühlmittels auf nur einem Abschnitt oder Teil der Länge der Anfangskörper 128, 128' und 128''.

Die verschiedenen Durchgänge 1 des ersten Typs jedes Wärmeaustauscheranfangskörpers 128 (128', 128'') weisen auf:

- Mehrere Anfangsdurchgänge des ersten Typs 1', die sich in die erste Dimension jedes Körpers 128 erstrecken ausgehend vom Ende 11 des Eingangs des zu kühlenden Kühlmittelgemisches, und zwar auf einem Teil der Länge des genannten Anfangskörpers, der zwischen dem oben genannten Abschnitt und den für das Hilfskühlmittel reservierten Durchgängen 4 angeordnet ist.

- Eine weitere Mehrzahl von Enddurchgängen des ersten Typs 1 *' geringerer Anzahl als die Mehrzahl der Anfangsdurchgänge 1' des ersten Typs die sich in die erste Dimension jedes Anfangskörpers 128 erstrecken, ausgehend von dem Ende des Ausgangs 12 des gekühlten Kühlmittelgemisches auf

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dem erwähnten Abschnitt der Länge jedes Anfangskörpers. Die verschiedenen Ausgänge 12' der verschiedenen Anfangsdurchgänge 1' des ersten Typs stehen außerhalb jedes Wärmeaustauscheranfangskörpers mit den verschiedenen Eingängen 11' der verschiedenen Enddurchgänge 1'' des ersten Typs in Verbindung.

- Die vorstehend beschriebene Versorgungseinrichtung 140 erlaubt die Versorgung des Wärmeaustauscherendkörpers 129 mit zusammengesetztem Kühlmittel oder der Kühlmittelzusammensetzung und steht direkt mit den Ausgängen 92 der verschiedenen Durchgänge 9 des neunten Typs in Verbindung, die den verschiedenen Wärmeaustauscheranfangskörpern 128 angehören.

Die in Fig. 18 dargestellte Wärmeaustauscheranordnung erlaubt die vollständige Beseitigung der Notwendigkeit einer Zweiphasenverteilung des Kühlmittelgemisches vor seiner Wiedererwärmung im Wärmeaustausch im Gegenstrom des Kühlmittelgemisches und des zu kühlenden Gases, und dies auf Kosten einer schwachen thermodynamischen Wirkungsgradsverminderung des verwendeten Kältekreislaufes. Dazu unterscheidet sich der Aufbau der Fig. 18 von dem der Fig. 1 in den folgenden Punkten:

- Die Entspannungseinrichtung 48 auf Niederdruck ist entfallen.

- Die Zweiphasentrenneinrichtung 119 des Kühlmittelgemisches steht an ihrem Eingang mit dem Ausgang der Entspannungseinrichtung 47 auf dem Verdampfungsdruck in Verbindung. Die Eingänge 31 der verschiedenen Durchgänge 3 des dritten Typs des Wärmeaustauscherkörpers 5 8 stehen mit dem Flüssigkeitsausgang 601 des Separators 119 in Verbindung, wobei der Ausgang

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für die flüssige Phase des entspannten Kühlmittelgemisches vorgesehen ist. Die Eingänge 51 der verschiedenen Durchgänge 5 des fünften Typs stehen mit dem Gasausgang 602 des Separators 119 in Verbindung, wobei dieser Ausgang für die Dampfphase des entspannten Kühlmittelgemisches vorgesehen ist. Der aufstromig von dem Entspannungsventil 47 angeordnete Separator 119 befindet sich unter Belastung oberhalb des Wärmetauscherkörpers 58. (Flüssigkeit; im 3epp.rr-.to2- 110 kann ei su /-" μ πι λ H; -Ii ο t r i u £? c} ι e ■ ■ f ι ν s-· ι' J i ο β e ι. ) .

- Einerseits stehen die Ausgänge 32 der verschiedenen Durchgänge des dritten Typs und andererseits die Ausgänge 52 der verschiedenen Durchgänge 5 des fünften Typs zusammen mit der Saugseite des Kompressors 37 in Verbindung.

Das bei Fig. 18 verwendete Kühlverfahren unterscheidet sich von dem, das bei Fig. 1 verwendet wird, durch die folgenden Punkte:

- Die ganze Zirkulation des Kühlmittelgemisches unter dem Niederdruck entfällt.

- Nur der auf den Verdampfungsdruck (und nicht auf den Niederdruck) entspannte Teil des Kühlmittelgemisches, d.h. die Gesamtheit des Gemisches wird in dem Separator 119 in eine flüssige Phase und eine Dampfphase separiert.

- Man erwärmt getrennt unter dem Verdampfungsdruck jeweils in den Durchgängen 3 des dritten Typs bzw. den Durchgängen 5 des fünften Typs die Phasen Flüssigkeit und Dampf des Kühlmittelgemisches, welche im Gleichstrom zueinander umlaufen durch Wärmeaustausch im Gegenstrom zugleich mit dem Kühlmittelgemisch und dem zu kühlenden Gas, und zwar im Laufe ihrer jeweiligen Kühlvorgänge.

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- Die aus den Durchgängen 3 und 5 kommenden, erwärmten Dampfphasen werden vereinigt und zusammen in dem Kompressor 37 auf den hohen Druck komprimiert.

Wegen des relativ schwachen Durchsatzes der Dampfphase, die aus der Zweiphasentrenneinrichtung 119 kommt, kann man den Wärmetauscherkörper noch dadurch vereinfachen, daß man den Durchgang des fünften Typs 5 wegläßt und den Gasausgang 602 direkt an die Saugseite des Kompressors 37 anschließt, wie in der gepunkteten Linie der Fig. 18 gezeigt ist.

Im Hinblick auf Fig. 19 weist der Wärmeaustauseheraufbau drei Wärmeaustauscherkörper 200, . , 200. ., 200, . auf, die identisch sind und parallel funktionieren. Jeder Körper hat den Aufbau wie in den Fig. 1 bis 10 beschrieben, und es werden unten die gleichen Bezugszahlen benutzt (selbst wenn sie nicht alle in der Zeichnung eingetragen sind), und zwar unter Verwendung eines Index (x), (y) oder (z), wonach es sich um die Körper 200 (x), 200 (y) oder 200 (z) handelt, während kein Index verwendet wird, wenn es sich um konstruktive Elemente handelt, die den drei Körpern 200 (x), 200 (y) und 200 (z) gemeinsam sind.

Es wird festgestellt,

- daß die Versorgung und Entleerung des vierten Fließmittels (Hilfskühlmittel) erfolgen kann ausgehend von den drei Beschickungssammlern 201, 202 und 203, welche den drei Körpern 200 (x), 200 (y), 200 (z) gemeinsam sind, die auf der Aufstromseite mit dem "flüssigen" Teil der gemeinsamen Separatoren 27, 28, 29 verbunden sind und auf der Abstromseite mit

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verschiedenen Eingangsbüchsen 96a, . ,

96b_(x), 96c_(x)/ 96a_(y)/ 96b_(y) ... 96c_(z) sowie den drei gemeinsamen Entleerungssammlern 204, 205, 206, die auf der Aufstromseite mit den unterschiedlichen Ausgangsbüchsen 95

95b, . , 95c, . , 95a, . , 95b, . ... 95c, . verbunden sind und ix) ix) vy ι \Y) vzj

auf der abstromigen Seite mit den Leitungen 135a, 135b, 135c verbunden sind. Es gibt kein Strömungsrisiko in der Verteilung; denn die Zirkulation des vierten Fließmittels erfolgt mit einer großen Wirkung der Wasserumlaufheizung bzw. des Thermosiphon. Die Menge des Kühlfließmittels, welches in jeden Durchgang geschickt wird, ist viel größer als die effektiv verdampfte Menge, und die durch die Kollektoren oder Sammler 204, 205, 206 entleerte nicht verdampfte Flüssigkeit wird nach dem Durchgang durch die Separatoren 27, 28 und 29 wieder verwendet.

Die Ausgänge und Eingänge 69 (x), 69 (y), 69 (z) der Durchgänge des ersten Fließmittels (Kühlmittelgemisch) wie auch die Eingänge 80 (x), 80 (y), 80 (z) der Durchgänge des zweiten Fließmittels (zu kühlendes Gas) sind jeweils an einen Beschickungssammler für erstes Fließmittel 207 und an einen Beschickungssammler des zweiten Fließmittels 208 angeschlossen. Der Beschickungssammler 207 ist an die Versorgungsleitung für das Kühlmittelgemisch 130 angeschlossen, und der Versorgungssammler ist an die Versorgungsleitung 131 für zu kühlendes Gas angeschlossen. Ebenso sind die Zwischenausgangsbüchsen 83' (χ), 83' (y), 83" (z), 83¹¹ (x) , 83" (y) , 83" (z) und die Zwischeneingangsbüchsen 80' (x) , 80¹ (y) , 80' (z) , 80" (x) , 80" (y) , 80" (z) mit den Zwischenausgangssammlern 209' und 209" und

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mit den Zwischeneingangssammlern 210' und 21O¹¹ verbunden ebenso wie die Endausgangsbüchsen 83 (x), 83 (y), 83 (z) der zweiten Durchgänge (zu kühlendes Gas) an einen Kollektor oder Sammler 211 angeschlossen sind.

Ebenso sind die Ausgangsbüchsen 93 (x), 93 (y), 93 (z) für das dritte Fließmittel (erwärmtes Kühlmittelgemisch unter dem Verdampfungsdruck) und die Ausgangsbüchsen für das fünfte Fließmittel 117 (x), 117 (y), 117 (z) an die Entleerungssammler 212 bzw. 213 angeschlossen, die selbst an den Leitungen 132 und 133 angeschlossen sind.

Im Gegensatz dazu sind die Ausgangsbüchsen 70 (x), 70 (y), 70 (z) einzeln einerseits über die Entspannungseinrichtungen

47 (x), 47 (y), 47 (z) an den Eingangsbüchsen der Durchgänge des dritten Typs 90 (x), 90 (y), 90 (z) angeschlossen und andererseits über die jeweiligen Entspannungsexnrichtungen 4 8 (χ),

48 (y), 48 (z) und die jeweiligen Separatoren 119 (x), 119 (y) und 119 (z) an den Eingangsbüchsen 116 (x), 116 (y), 116 (z) der Durchgänge des fünften Typs angeschlossen.

Dank der beschriebenen Anlage wird das Kühlmittelgemisch, das in einem Wärmetauscherkörper dank der individuellen Entspannung und dem individuellen Rücklauf in demselben Wärmeaustauscher kondensiert und gekühlt ist, wieder ganz in ein und demselben Wärmeaustauscher benutzt. Somit ist sichergestellt, daß man ein gutes Gleichgewicht jedes Wärmeaustauscherkörpers zwischen dem Kühlmittelgemisch im Verlaufe der Kühlung und diesem gleichen Kühlmittelgemisch im Verlaufe der Erwärmung hat, und zwar genau als ob jeder Wärmeaustauscher unabhängig arbeitet. Die individuelle Regulierung jedes Wärmetauscherkörpers erfolgt z.B.

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dadurch, daß man an der gleichen Öffnung alle die Entspannungsventile 47 (x), 47 (y), 47 (z) reguliert, während die Entspannungsventile 48 (x), 48 (y), 48 (z) reguliert werden, um am
kalten Ende jedes Wärmeaustauscherkörpers die gewünschte Temperatur zu erhalten.

Wie vorstehend ausgeführt, richtet sich die Erfindung insbesondere auf die Verflüssigung von Gas oder Gasgemisch, insbesondere Naturgas, und zwar in großer oder kleiner Masse.

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Claims

Dr. Hans-Heinrich Wilkath t

Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert

PATENTANWÄLTE

D - 62 WIESBADEN 1 3 . März 1978 Posttadi 6145

Gustav-Freytag-Strafie 25 Sf /WiI

§? (061 iti) 3727 20
Telesramniadrcsse: WILLPATENT

L'Air Liquide, Societe Anonyme pour

I¹Etude et 1'Exploitation des Procedes

Georges Claude, 75, Quai d'Orsay,

F-75OO7 Paris

Verfahren zum Kühlen von Gas und Anordnung eines Plattenwärmeaustauschers

Priorität: Französische Patentanmeldung Nr. 77 "07.777 vom 16. März 1977

Serie 2293

Patentansprüche

(1i Verfahren zum Kühlen eines Gases, bestehend aus einer Folge von mindestens zwei Kühlkreisläufen, die einander in Kaskade thermisch zugeordnet sind, wobei gemäß dem ersten Kreislauf während des Kreislaufes und nacheinander ein Hilfskühlmittel

ORIGINAL INSPECTED

auf einen hohen Druck komprimiert wird, welches durch Wärmeaustausch mit einem äußeren Kühlmittel kondensiert wird, wenigstens ein Teil des kondensierten Hilfskühlmittels auf einen Druck entspannt wird, der unter dem Hochdruck liegt, mindestens ein Teil des somit entspannten Hilfskühlmittels unter diesem Zwischendruck durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittelgemisch des zweiten Kreislaufes und dem zu kühlenden Gas im Verlaufe der Abkühlung verdampft wird und mindestens dieser verdampfte Teil des Hilfskühlmittel wieder auf den Hochdruck komprimiert wird, und wobei gemäß dem zweiten Kreislauf während des Kreislaufes und nacheinander das Kühlmittelgemisch mit mindestens 2 Kohlenwasserstoffen C- und C„ und gegebenenfalls Stickstoff auf einen höheren Druck komprimiert wird, das komprimierte Kühlmittelgemisch durch Wärmeaustausch mit mindestens dem Teil des Hilfskühlmittels im Verlaufe der Verdampfung unter dem unteren Druck gekühlt wird, mindestens ein Teil des gekühlten Kühlmittelgemisches auf einen Verdampfungsdruck entspannt wird, der unter dem höheren Druck liegt, mindestens ein Teil des somit unter dem Verdampfungsdruck entspannten Kühlmittelgemisches durch Wärmeaustausch mit mindestens dem Kühlmittelgemisch wieder erwärmt wird, und zwar nach seiner Kühlung, und mindestens der wieder erwärmte Teil des Kühlmittelgemisches wieder auf den höheren Druck komprimiert wird, dadurch gekenn zeichnet , daß das Kühlmittelgemisch in einem ununterbrochenen Bündel von parallelen Stromfäden in Durchgängen des Wärmeaustauschers zwischen einer aufstromigen Zone fließt, wo das Fließmittel sich im dampfförmigen Zustand befindet, und einer abstromigen Zone fließt, wo das Fließmittel sich im flüssigen Zustand befindet, und daß der erste Kältekreislauf den

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Anfang der fortschreitenden Kondensation bewirkt und daß der zweite Kreislauf mindestens das Ende der fortschreitenden Kondensation bewirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß andere Teile des Hilfskühlmittels auf einen oder mehrere andere Zwischendrücke entspannt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein anderer Teil des Kühlmittelgemisches auf einen niedrigen Druck entspannt wird, der unter dem Verdampfungsdruck liegt, daß der Teil des Kühlmittelgemisches durch Wärmeaustausch mit mindestens dem Kühlmittelgemisch nach seiner Kühlung wieder erwärmt wird und daß dieser Teil des Kühlmittelgemisches wieder auf einen höheren Druck komprimiert wird.
4. Wärmetauscheraufbau zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit mindestens einem Plattenwärmeaustauscher mit mehreren metallischen Platten im wesentlichen ähnlicher Gestalt, die sich in einer ersten Dimension oder Länge und einer zweiten Dimension oder Breite erstrecken, voneinander im Abstand angeordnet und in einer dritten Dimension oder Dicke parallel zueinander angeordnet sind, und mit Dichtmitteln, die mit den Platten mehrere flache Durchgänge begrenzen, wobei mindestens ein erster Durchgang gebildet wird, der zu einem ersten Stromkreis für die Zirkulation gehört, und zwar längs des ganzen Körpers und für ein erstes Fließmittel (insbesondere ein zu kühlendes Kühlmittelgemisch), wobei das Dichtmittel einem ersten Durchgang zugeordnet ist, der an seinen zwei Enden einen Eintritt bzw. einen Austritt für das erste Fließmittel freigibt, und/oder mindestens ein zweiter Durchgang gebildet wird, der

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zu einem zweiten Stromkreis gehört, der für die Zirkulation eines zweiten Fließmittels (insbesondere eines zu kühlenden Gases) im Gegenlauf zu dem ersten Fließmittel in Richtung der Länge des Körpers bestimmt ist, wobei das Dichtmittel einer zweiten Art Durchgang zugeordnet ist, der an seinen zwei Enden einen Eintritt bzw. einen Austritt für das zweite Fließmittel freigibt, wobei mindestens ein dritter Durchgang gebildet ist, und zwar in Wärmeaustauscherbeziehung zu mindestens einem der zwei Durchgänge, nämlich dem ersten und dem zweiten Durchgang, wobei der dritte Durchgang zu einem dritten Stromkreis gehört, der für die Zirkulation eines dritten Fließmittels (nämlich des wieder zu erwärmenden Kühlmittelgemisches) im Gegenstrom zu dem ersten und zweiten Fließmittel gemäß einem Teil der Länge des Körpers bestimmt ist, wobei das Dichtmittel einem dritten Durchgang zugeordnet ist, der einen Eingang und einen Ausgang für das dritte Fließmittel freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauseherkörper folgende Kombination aufweist:

Er weist mindestens einen vierten Durchgang auf in Wärmeaustauscherbeziehung zu mindestens einem der zwei ersten und zweiten Durchgänge und gehört zu einem vierten Stromkreis, der für die Aufnahme eines vierten Fließmittels (insbesondere eines wieder zu erwärmenden Hilfskühlmittels) bestimmt ist, wobei das Dichtmittel dem vierten Durchgang zugeordnet ist, der an seinen zwei Enden eine erste öffnung bzw. eine zweite öffnung freigibt, die für das vierte Fließmittel reserviert sind;

mindestens ein vierter Durchgang neben einem dritten Durchgang erstreckt sich auf einen anderen Teil der Länge des Körpers, und mindestens eine Quertrennwand erstreckt sich längs der Brei-

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te des Körpers und. trennt den dritten und den vierten Durchgang voneinander.
5. Aufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge der dritten Durchgänge bzw. Durchgänge des dritten Typs über ein Entspannungsmittel mit Ausgängen der ersten Durchgänge verbunden sind.
6. Aufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Wärmeaustauscher vorgesehen sind, die sich voneinander im Hinblick auf die ersten und zweiten Durchgänge dadurch unterscheiden, daß der eine ausschließlich einen Durchgang des ersten Typs und der andere ausschließlich einen Durchgang des zweiten Typs besitzt.
7. Aufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wärmeaustauscher vorgesehen ist, der einerseits mindestens einen Durchgang des ersten Typs und mindestene einen Durchgang des zweiten Typs und andererseits zwei Durchgänge des dritten bzw. vierten Typs aufweist, wobei jeder in gleichzeitiger Wärmeaustauscherbeziehung steht mit den zwei Durchgängen des ersten bzw. zweiten Typs.
8. Aufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang des vierten Typs des Wärmeaustauscherkörpers sich längs der Breite des Körpers erstreckt.
9. Aufbau nach Anspruch 4 oder 8, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Durchgängen des vierten Typs, von denen der eine ein Ergänzungsdurchgang und der andere ein zusätzlicher Durchgang ist, und daß diese Mehrzahl von Durchgängen des vierten Typs sich auf nacheinander folgenden Teilen der Länge des Körpers erstrecken. _A

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10. Aufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscherkörper mindestens einen Durchgang des fünften Typs aufweist in Wärmeaustauscherbeziehung mit mindestens einem der zwei Durchgänge des ersten und zweiten Typs und zu einem fünften Stromkreis gehört, der für die Zirkulation eines fünften Fließmittels (insbesondere eines zu erwärmenden, zusammengesetzten Kühlmittels, im Gleichstrom zu dem zu erwärmenden Kühlmittelgemisch) gemäß einem Teil der Länge des Körpers bestimmt ist, wobei das Dichtmittel einem Durchgang des fünften Typs zugeordnet ist, der einen Ausgang und einen Eingang für das fünfte Fließmittel freigibt.
11. Aufbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchgang des vierten Typs neben einem Durchgang des fünften Typs auf einem anderen Teil der Länge des Körpers angeordnet ist und daß mindestens eine Quertrennwand über die Breite des Körpers verläuft und die zwei Durchgänge des vierten bzw. fünften Typs trennt.
12. Aufbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge der Durchgänge des fünften Typs über ein Entspannungsmittel mit den Ausgängen der Durchgänge des ersten Typs verbunden sind.
13. Aufbau nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung für zweiphasige Verteilung, welche die gleichmäßige Verteilung einer Gasphase und einer flüssigen Phase erlaubt (insbesondere der flüssigen und Dampfphase des zusammengesetzten Kühlmittels), und zwar zwischen den unterschiedlichen Durchgängen des fünften Typs des Wärmeaustauschers, den Eingängen der Durchgänge des fünften Typs zugeordnet ist.

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14. Aufbau nach einem der Ansprüche 4, 5, 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmeaustauscher parallel zueinander angeschlossen sind, daß die Eingänge und Ausgänge der Durchgänge des zweiten Typs, die Eingänge der Durchgänge des ersten Typs, die Ausgänge der Durchgänge des dritten Typs, die unterschiedlichen Körper jeweils mit einem Beschickungssammler und einem Entleerungssammler für das zweite Fließmittel, einem Beschickungssammler des ersten Fließmittels, einem Entleerungssammler des dritten Fließmittels verbunden sind und daß die Eingänge und Ausgänge der Durchgänge des vierten Typs jeweils an einen Beschickungssammler und einen Entleerungssammler eines vierten Fließmittels angeschlossen sind.
15. Aufbau nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge der Durchgänge des dritten und gegebenenfalls des fünften Typs jeden Körpers über Entspannungsmittel mit den Ausgängen der Durchgänge des ersten Typs ausschließlich dieses Körpers verbunden sind.
16. Aufbau mit mehreren Anfangskörpern nach Anspruch 14 und einer geringeren Anzahl Wärmeaustauscherendkörper, deren jeder mindestens einen Durchgang des sechsten Typs für ein sechstes Fließmittel aufweist (insbesondere das zusammengesetzte, zu kühlende Gemisch), mindestens einen Durchgang des siebenten Typs aufweist für ein siebentes Fließmittel (insbesondere zu kühlendes Gas) und mindestens einen Durchgang eines achten Typs aufweist in Wärmeaustauscherbeziehung mit den Durchgängen des sechsten und siebenten Typs für ein achtes Fließmittel (insbesondere ein zusammengesetztes, zu erwärmendes Kühlmittel), dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge der Durchgänge des sechsten

Typs mit dem Entleerungssammler des ersten Fließmittels der Anfangskörper verbunden sind, die Eingänge der Durchgänge des siebenten Typs mit dem Entleerungssammler des zweiten Fließmittels verbunden sind, die Eingänge der Durchgänge des achten Typs über die den Trennmitteln zugeordneten Entspannungsmittel mit den Ausgängen der Durchgänge des sechsten Typs verbunden sind und daß die Ausgänge der Durchgänge des achten Typs mit dem Eingangssammler der Durchgänge des fünften Typs der Anfangskörper verbunden sind.
17. Aufbau nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Entleerungssammler für erstes Fließmittel unterschiedlicher Anfangswärmetauscherkörper einem Separator zugeordnet ist für die gasförmigen und flüssigen Phasen des ersten Fließmittels (insbesondere die flüssige und Dampfphase des Kühlmittelgemisches), und daß der Separator, der auf einem Niveau über dem des oder der Endwärmeaustauscherkörper angeordnet ist, einerseits einen Flüssigkeitsausgang aufweist, welcher das Beschickungsmittel für drittes Fließmittel für die unterschiedlichen Anfangskörper bildet, und andererseits einen anderen Flüssigkeitsausgang und einen Gasausgang aufweist, die zusammen das Beschickungsmittel für die sechste Flüssigkeit des Wärmetauseherendkörpers bilden.
18. Aufbau nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei andere aufeinanderfolgende Platten des Wärmeaustauscherkörpers einerseits dazwischen einen Durchgang des fünften Typs begrenzen, der sich in einer ersten Dimension erstreckt, ausgehend vom Eingangsende des fünften Fließmittels auf nur einem Teil der Länge des Körpers, und andererseits einen Durchgang des zweiten Typs begrenzen, und zwar neben dem Durchgang des

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fünften Typs, der sich, in der ersten Dimension erstreckt, und zwar auf einem anderen Teil der Länge des Körpers, und daß sich mindestens eine andere Trennwand über die Breite des Körpers
zwischen den zwei anderen aufeinanderfolgenden Platten erstreckt und die zwei Durchgänge des zweiten bzw. fünften Typs trennt, welche durch die anderen Platten begrenzt sind.
19. Aufbau nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Wärmetauscherkörper mindestens einen Durchgang des neunten Typs aufweist, der einem neunten Stromkreis angehört, der für die Zirkulation eines neunten Fließmittels bestimmt ist (insbesondere des zu kühlenden, zusammengesetzten Kühlmittels, im Gleichstrom zu dem zu kühlenden Kühlmittelgemisch), daß das
Dichtmittel einem Durchgang des neuenten Typs zugeordnet ist
und an seinen zwei Enden einen Eingang bzw. einen Ausgang für das neunte Fließmittel freigibt, daß der Durchgang des neunten Typs in Wärmeaustauscherbeziehung zugleich zu den zwei Durchgängen des dritten und des fünften Typs steht und sich in die erste Dimension erstreckt, ausgehend von dem Ausgangsende des neunten Fließmittels und nur auf einem Abschnitt der Länge des Körpers, daß andererseits die unterschiedlichen Durchgänge des ersten Typs des Wärmeaustauscherkörpers aufweisen:

Mehrere Anfangsdurchgänge des ersten Typs, die sich in der ersten Dimension erstrecken, ausgehend von dem Eingangsende des ersten Fließmittels, und zwar auf dem anderen Teil der Länge
des Körpers als oben erwähnt,

eine weitere Menge von Enddurchgängen des ersten Typs kleinerer Anzahl als der Anfangsdurchgangsmenge des ersten Typs, die sich in die erste Dimension erstrecken, und zwar ausgehend von dem

Ausgangsende des ersten Fließmittels auf dem genannten Abschnitt der Länge des Körpers,

daß die unterschiedlichen Ausgänge der unterschiedlichen Anfangsdurchgänge des ersten Typs außerhalb des Wärmeaustauscherkörpers mit den unterschiedlichen Eingängen der unterschiedlichen Enddurchgänge des ersten Typs in Verbindung stehen.
20. Aufbau nach Anspruch 17 mit mehreren Anfangswärmeaustauscherkörpern nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Entleerungsmittel für das erste Fließmittel für die unterschiedlichen Anfangswärmeaustauscherkörper mit dem Beschickungsmittel für das dritte Fließmittel für die unterschiedlichen Anfangskörper in Verbindung steht.
21. Aufbau nach Anspruch 20 mit mehreren Anfangswärmeaustauscherkörpern nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungseinrichtung für das sechste Fließmittel des oder der Endwärmeaustauscherkörper an einen Ausgangssammler der Durchgänge des neunten Typs, die den unterschiedlichen Anfangswärmeaustauscherkörpern angehören, angeschlossen ist.

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