DE60301667T2

DE60301667T2 - Verfahren zur Förderung kryogener Flüssigkeit

Info

Publication number: DE60301667T2
Application number: DE60301667T
Authority: DE
Inventors: Orvar Svensson; Yngve Nils APPELQUIST; Stig Kenneth LINDQVIST; Gustav Hans SAHLEN
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2023-04-05
Also published as: US7131278B2; DE60301667D1; EP1492980B1; ATE305112T1; DK1600686T3; ATE368197T1; EP1600686A1; US20050132719A1; NO334344B1; AU2003231328A1; ES2249716T3; NO20044879L; WO2003085315A2; EP1600686B1; DE60315197T2; DE60315197D1; WO2003085315A3; BR0309128A; EP1353112A1; AU2003231328A8

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung kryogener Flüssigkeit von einem Stationsbehältersystem zu einem Empfangsbehälter, wobei mindestens ein Teil der kryogenen Flüssigkeit in dem Stationsbehältersystem auf einem ersten Druck gelagert wird, der höher ist als der Druck im Empfangsbehälter.
Normalerweise wird flüssiges Bulk-CO₂ von verschiedenen Bulk-Lagerbehältern aus, die zum Beispiel am Gaserzeugungsort angeordnet sind, zu Stationsbehältersystemen bei den Kunden verteilt. Der Druck in der Bulk-Verteilkette für flüssiges CO₂, einschließlich Bulk-Lagerbehältern, Bulk-Transportbehältern als Anhänger usw. beträgt normalerweise etwa 14 bis 20 bar. Der Transportbehälter nimmt Flüssigkeit von dem Bulk-Lagerbehälter auf und liefert sie an das Stationsbehältersystem, was bedeutet, dass der Druck im Stationsbehältersystem nahe oder gleich dem Druck im Transportbehälter ist.
Anwendungen als zum Beispiel Kühlsysteme in Nahrungsmitteltransporten auf Lastwagen verwenden oftmals CO₂ als das Kühlmittel. Die auf den Lastwagen angebrachten CO₂-Empfangsbehälter weisen für solche Kühlsysteme normalerweise einen Betriebsdruck von ca. 8 bis 9 bar bei einer entsprechenden Gleichgewichtstemperatur von ca. –46°C auf. Bei einem höheren Betriebsdruck im Empfangsbehälter würde der Behälter schwerer und teurer sein. Aufgrund der verringerten Flüssigkeitsdichte und geringeren Wärmekapazität pro kg für CO₂ bei höherer Temperatur und höherem Druck wäre die Kühlleistung pro Behältervolumen reduziert, und es muss ein größerer Behälter für die gleiche Leistung verwendet werden.
Da die Empfangsbehälter mit flüssigem CO₂ in großen Stationsbehältersystemen gelagert werden, muss dann entweder der Druck im Stationsbehälter oder der Druck des flüssigen CO₂ reduziert werden, wenn es von dem Stationsbehälter zum Empfangsbehälter gefördert wird. Derzeit wird der Druck durch einen Druckregler vor dem Einlass zum Empfangsbehälter verringert. Im Regler expandiert das flüssige CO₂ und bildet ein Gemisch aus gasförmigem und flüssigem CO₂. Sowohl gasförmiges als auch flüssiges CO₂ werden zum Empfangsbehälter gefördert. Das gasförmige CO₂ wird nach dem Passieren eines Lüftungsreglers am Lüftungsauslasssystem des Empfangsbehälters an die Atmosphäre entlüftet. Dieses vorbekannte Verfahren ist mit den Nachteilen behaftet, dass einerseits das Füllen länger dauert, da ein zweiphasiges Fluid in den Empfangsbehälter strömt, und dass andererseits die Gasverluste größer sind. Des Weiteren ist es nicht leicht, die Menge an flüssigem Gas, die in den Empfangsbehälter gefüllt worden ist und dort bleibt, zu messen.
Deshalb besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Erhöhung der Einfüllgeschwindigkeit und zur Verringerung der Gasverluste bei der Förderung einer kryogenen Flüssigkeit von einem Stationsbehälter zu einem Empfangsbehälter.
Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren zur Förderung einer kryogenen Flüssigkeit von einem Stationsbehältersystem zu einem Empfangsbehälter gelöst worden, wobei mindestens ein Teil der kryogenen Flüssigkeit in dem Stationsbehältersystem auf einem ersten Druck gelagert wird, der höher ist als der Druck im Empfangsbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der kryogenen Flüssigkeit in dem Stationsbehältersystem auf eine Temperatur unter der Gleichgewichtstemperatur für den ersten Druck gekühlt wird und dass der gekühlte Teil der kryogenen Flüssigkeit zum Empfangsbehälter gefördert wird.
Das Stationsbehältersystem umfasst einen oder mehrere Stationsbehälter, die zur Lagerung der kryogenen Flüssigkeit vor ihrer Zuführung zu einem Empfangsbehälter verwendet werden.
Die US 6 367 264 B1 , die als der nächstliegende Stand der Technik angesehen wird, offenbart solch einen Behälter.
Der Begriff „kryogene Flüssigkeit" soll insbesondere flüssiges Kohlendioxid umfassen.
Der Hauptgedanke der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Systems, in dem ein Teil der gelagerten kryogenen Flüssigkeit auf einer Temperatur nahe der Temperatur im Empfangsbehälter gehalten wird. Wenn zur Förderung des flüssigen Gases vom Stationsbehälter zum Empfangsbehälter keine Pumpe verwendet wird, dann wird vorzugsweise zumindest ein Teil der kryogenen Flüssigkeit mit einem höheren Druck gelagert als der Empfangsbehälterdruck. Wenn zur Förderung des flüssigen Gases vom Stationsbehälter zum Empfangsbehälter eine Pumpe verwendet wird, dann ist es von Vorteil, die kryogene Flüssigkeit auf im Wesentlichen dem gleichen Druck zu lagern wie im Empfangsbehälter. Bei der letzteren Alternative könnte das Stationsbehältersystem zwei Behälter umfassen. Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, dass die normalerweise infolge der Temperaturabnahme, das heißt Druckabnahme, erzeugten Gasverluste reduziert oder vollständig beseitigt werden können.
Vorzugsweise unterscheidet sich die Temperatur des gekühlten Teils der kryogene Flüssigkeit von der Temperatur im Empfangsbehälter so wenig wie möglich, vorzugsweise um nicht mehr als 5 K.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Stationsbehältersystem einen ersten und einen zweiten Behälter. Normalerweise übersteigt der Druck im ersten Behälter wesentlich den Druck im Empfangsbehälter oder den gewünschten Druck im Empfangsbehälter. Ein Teil der kryogenen Flüssigkeit wird von dem ersten Behälter zum zweiten Behälter gefördert, wo die kryogene Flüssigkeit abgekühlt und auf einem geringeren Gleichgewichtsdruck gehalten wird.
Wenn der Empfangsbehälter gefüllt werden soll, wird der Druck im zweiten Behälter durch Zuführung von Gas vom ersten Behälter zum zweiten Behälter erhöht. Dann wird flüssige Kältemischung durch die Druckdifferenz zwischen dem zweiten Behälter und dem Empfangsbehälter in den Empfangsbehälter gedrückt. Die flüssige Kältemischung könnte auch durch eine Pumpe vom zweiten Behälter zum Empfangsbehälter gefördert werden. Der Druck im zweiten Behälter ist dann vorzugsweise gleich dem oder liegt knapp über dem Druck im Empfangsbehälter.
Wenn Flüssigkeit von dem ersten Behälter zum zweiten Behälter gefördert wird, ist es von Vorteil, wenn sich aus der Verdampfung der kryogenen Flüssigkeit im zweiten Behälter ergebendes Gas wieder zum Stationsbehälter zurückgeführt wird. Da der Druck im zweiten Behälter normalerweise niedriger ist als der Druck im ersten Behälter, ist es erforderlich, einen Verdichter zu verwenden, um das Gas wieder in den ersten Behälter zurückzufördern. Das den Verdichter verlassende Gas wird vorzugsweise in einem Wärmetauscher mit dem gleichen Gas gekühlt, bevor es in den Verdichter eintritt. Somit wird die dem ersten Behälter zugeführte Wärme auf ein Minimum reduziert.
Infolge der durch den Verdichter beim Zurückpumpen von Gas in den ersten Behälter erzeugten wärme steigt der Druck im ersten Behälter. In diesem Fall ist es deshalb von Vorteil, eine Kühlmaschine einzuschalten, um die Gasphase in dem ersten Behälter zu kühlen und den Druck im ersten Behälter auf den gewünschten Wert zu verringern.
Die Temperatur des flüssigen Gases im zweiten Behälter übertrifft vorzugsweise die Temperatur im Empfangsbehälter um nicht mehr als 5°C, vorzugsweise soll die Temperatur der Flüssigkeit gleich der Normalbetriebstemperatur im Empfangsbehälter sein.
Wenn es erforderlich ist, den zweiten Behälter mit Flüssigkeit aus dem ersten Behälter neuzufüllen, dann wird bevorzugt, gleichzeitig einen Verdichter zu verwenden, um Gas vom zweiten Behälter wieder zurück zum ersten Behälter zu pumpen. Die zum Füllen des zweiten Behälters erforderliche Zeit wird dann jedoch durch die Verdichterleistung beschränkt. Wenn ein schnelleres Füllen erforderlich ist, dann ist es auch möglich, einen Teil des Gases aus dem zweiten Behälter zu entlüften.
In manchen Fällen kann es von Vorteil sein, eine Kühlmaschine zum Abkühlen und erneuten Verflüssigen von verdampftem Gas im Oberraum des zweiten Behälters zu verwenden, statt einen Verdichter zur Rückführung von Gas zum Stationsbehälter und somit zum Verringern des Drucks im zweiten Behälter zu verwenden. Jedoch wird aus Kostengründen normalerweise die Verdichterlösung bevorzugt.
Eine wichtige Option zu der beschriebenen Zweibehälterlösung ist die Verwendung einer Pumpe statt einer Druckdifferenz zum Füllen des Empfangsbehälters. Der zweite Behälter kann auf einem stabilen niedrigen Druck und einer stabilen niedrigen Temperatur gehalten werden. Gas wird nur vom ersten Behälter zum zweiten Behälter gefördert, um eine Druckentlastung auszugleichen, wenn größere Flüssigkeitsmengen vom zweiten Behälter in den Empfangsbehälter gefördert worden sind.
Eine Alternative zu der Zweibehälterlösung, das heißt der Lösung der Verwendung eines zweiten Behälters zur Lagerung eines Teils der Flüssigkeit auf einer besonders niedrigen Temperatur, besteht darin, eine starke Stratifikation der Flüssigkeit im Stationsbehälter zu erzeugen. In diesem Fall ist nur ein Stationsbehälter zum Lagern der kryogenen Flüssigkeit erforderlich. Natürlich ist es auch möglich, ein Stationsbehältersystem mit mehr als einem Stationsbehälter zu verwenden und einen oder mehrere dieser Stationsbehälter die erfindungsgemäße Stratifikation zu erzeugen.
Flüssigkeit im unteren Teil des Stationsbehälters wird vorzugsweise durch indirekten Wärmeaustausch mit einem kälteren Fluid unterkühlt, während die Flüssigkeit in den oberen Teilen des Stationsbehälters mit dem Druck im Kopfraum des Stationsbehälters im Gleichgewicht steht. Zum Beispiel ist es möglich, in solch einem Stationsbehälter gelagertes flüssiges CO₂ durch Flüssigstickstoff zu unterkühlen.
Besonders bevorzugt wird eine Kühlrohrschlange im unteren Teil des Stationsbehälters angeordnet, und die Kühlrohrschlange wird durch Expandieren von Flüssigkeit vom Stationsbehälter selbst gekühlt. Das durch Expansion erzeugte und durch die Rohrschlage erhitzte Gas kann dann wieder zum oberen Teil des Stationsbehälters gepumpt werden. Der Druck im Stationsbehälter, das heißt die Gasphase, steht mit der Oberflächentemperatur der kryogenen Flüssigkeit im Gleichgewicht, während die Temperatur im Unterteil des Stationsbehälters so niedrig sein wird, wie mit Hilfe der Stratifikation erreicht werden kann. Der Stratifikationsgrad hängt von der Geometrie und der Isolation des Behälters ab. Dies führt dazu, dass die Temperatur im Stationsbehälter von oben nach unten des Behälters abnimmt. Falls kryogene Flüssigkeit zum Empfangsbehälter geliefert werden soll, wird dem Empfangsbehälter nur unterkühlte Flüssigkeit vom unteren Teil des Behälters zugeführt.
Um Eisbildung in der Kühlrohrschlange aufgrund der Expansion zu vermeiden, könnte der Rohrschlange ein Gegendruckregler nachgeschaltet werden. Vorzugsweise wird sämtliche aus dem Stationsbehälter abgezogene Flüssigkeit während der Expansion vergast. Um zu gewährleisten, dass sämtliche Flüssigkeit vollständig in den gasförmigen Zustand umgewandelt worden ist, wird vorzugsweise ein Temperatursensor der Kühlrohrschlange nachgeschaltet und dem Druckregler vorgeschaltet. Der Temperatursensor überprüft, ob die Temperatur über der von dem Druckregler für den Druck eingestellten Gleichgewichtstemperatur liegt.
Das sich aus der Expansion der kryogenen Flüssigkeit vom Stationsbehälter ergebende Gas wird nach seiner Verwendung als Wärmeaustauschmedium zur Kühlung der Flüssigkeit im unteren Teil des Stationsbehälters vorzugsweise komprimiert und zum Stationsbehälter zurückgeführt, um die Gasverluste auf ein Minimum zu reduzieren. Ganz besonders bevorzugt ist es, das Gas auf einen Druck zu komprimieren, der den Druck im Stationsbehälter wesentlich übertrifft, das Gas zu kühlen und dann das komprimierte, gekühlte und verflüssigte Gas im Stationsbehälter zu kühlen expandieren. Bei der Expansion des verflüssigten Gases wird es in ein Gemisch aus kühlerer Flüssigkeit und Gas umgewandelt, das Gas im Kopfraum des Stationsbehälters kühlt und/oder neu verflüssigt.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei der Lieferung von flüssigem CO₂ von einem Stationsbehältersystem zu Empfangsbehältern.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die angehängten schematischen Zeichnungen in näherer Einzelheit dargestellt. Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass die Erfindung auf vielerlei Weise modifiziert werden kann und dass die Erfindung nicht auf die in den folgenden Beispielen beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes System, das einen zweiten Behälter für die besonders gekühlte Flüssigkeit verwendet;
2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer starken Stratifikation im Stationsbehälter und
3 zeigt ein alternatives System mit einer starken Stratifikation im Stationsbehälter.
Das System nach 1 wird zur Förderung von flüssigem Kohlendioxid von einem Stationsbehältersystem zu einem Empfangsbehälter 51 verwendet. Das System umfasst einen Hauptstationsbehälter 1, einen kleineren CO₂-Behälter 2 und den zu füllenden Empfangsbehälter 51. Normalerweise ist der Druck im Stationsbehälter 1 auf ca. 15 bar und der Druck im Empfangsbehälter 51 auf ca. 8 bar eingestellt.
Eine Druckaufbauleitung 30 ist mit dem unteren und oberen Ende des Hauptstationsbehälters 1 verbunden. Die Druckaufbauleitung 30 umfasst eine Druckaufbaurohrschlange oder einen Wärmetauscher 12 und ein Ventil 13. Wenn der Druck im Stationsbehälter 1 zu niedrig ist, wird das Ventil 13 geöffnet, und flüssiges Kohlendioxid strömt durch die Leitung 30 und wird im Wärmetauscher 12 verdampft. Sich ergebendes CO₂-Gas tritt in das obere Ende des Hauptstationsbehälters 1 ein, und somit erhöht sich der Druck im Behälter 1. Wie für den Fachmann offensichtlich, ist solch ein Druckaufbausystem nicht unbedingt ein Teil der Erfindung, könnte aber von Vorteil sein, wenn Druck und Temperatur niedrig sind.
Es wird eine Kühlmaschine 28 verwendet, um den Druck im Stationsbehälter 1 unter einem voreingestellten Wert zu halten. Eine Druckanzeige 14 und eine Flüssigkeitspegelanzeige 15 bestimmen den Druck- bzw. Flüssigkeitspegel im Stationsbehälter 1.
Das untere Ende des Stationsbehälters 1 und das untere Ende des CO₂-Behälters 2 sind durch eine Leitung 31 verbunden, die ein Transferventil 4 und einen Druckregler 29 umfasst. Der Stationsbehälter 1 und der CO₂-Behälter 2 sind weiterhin durch ein Rückführrohr 32 verbunden. Das Rückführrohr 32 umfasst einen Wärmetauscher 23 und einen Verdichter 3. Der Verdichter 3 kann dazu verwendet werden, gasförmiges CO₂ von dem kleinen Behälter 2 zum Stationsbehälter 1 zu pumpen. Beim Wärmetauscher 23 wird den Verdichter 3 verlassendes CO₂ in indirektem Wärmeaustausch mit CO₂-Gas stromaufwärts des Verdichters 3 gekühlt. Das Druckverhältnis des Verdichters 3 beträgt vorzugsweise ca. 7,7 bar zu 15–23 bar.
Eine Lüftungsleitung 33, die von dem Rückführrohr 32 abzweigt, umfasst ein Lüftungsventil 6 und einen Druckregler 7 zur Einstellung des Gegendrucks. Stromabwärts des Druckreglers 7 wird ein Expansionsventil 26 dazu verwendet, die Lüftungskapazität einzustellen. Mittels des Wärmetauschers 23 wird des Weiteren die Lüftungsleitung 33 durchströmendes Lüftungsgas dazu verwendet, das den Verdichter 3 verlassende Gas zu kühlen. Somit wird die Zuführung von von dem Verdichter 3 erzeugter Wärme zum Stationsbehälter 1 auf ein Minimum reduziert. Vorzugsweise ist der Verdichter 3 mit einem inneren Kühler versehen, um die dem Stationsbehälter 1 zugeführte Wärme weiter zu verringern.
Das obere Ende des Stationsbehälters 1 und das obere Ende des CO₂-Behälters 2 sind durch ein Gasphasenrohr 24 verbunden. Das Druckventil 5 und der Druckregler 11 im Gasphasenrohr 24 können zur Druckbeaufschlagung des Behälters 2 verwendet werden. Von dem Gasphasenrohr 24 zweigt ein Füllrohr 41 ab, das sich zum Füllkasten 52 erstreckt. Der Füllkasten 52 wird beim Füllen des Empfangsbehälters 51 verwendet. Des Weiteren ist eine Flüssigkeitsfüllleitung 40, die das Abziehen von flüssigem CO₂ aus dem Behälter 2 gestattet, mit dem Füllkasten 52 verbunden. Die Füllleitung 40 umfasst wahlweise eine Pumpe 54. Der Füllkasten 52 könnte manuell betrieben oder automatisiert sein und enthält die erforderlichen Ventile, Druckmesser/-transmitter, Regler usw. dazu. Der Empfangsbehälter 51 ist normalerweise durch Schläuche 53 mit dem Füllkasten 52 verbunden. Des Weiteren ist der Behälter 2 mit einem Temperaturfühler 9 und einem Druckfühler 8 verbunden.
Im Folgenden wird die Funktion des erfindungsgemäßen Systems ausführlich beschrieben.
Zunächst einmal wird der Empfangsbehälter 51 über die Schläuche 53 mit dem Füllsystem verbunden, das den Füllkasten 52 und Zubehör enthält, das es gestattet, gasförmiges Kohlendioxid und flüssiges Kohlendioxid zuzuführen. Der Druck im Empfangsbehälter 51 beträgt normalerweise ca. 8 bar. Gasförmiges CO₂ wird vom Stationsbehälter 1 dem Füllkasten 52 direkt zugeführt und bei Bedarf zum Spülen und Druckbeaufschlagen des Füllkastens 52 und des Empfangsbehälters 51 verwendet.
Wenn dem Empfangsbehälter 51 flüssiges CO₂ zugeführt werden soll, öffnet ein Steuersystem 61 zuerst das Ventil 5 zur Druckbeaufschlagung des Behälters 2 auf einen vom Druckregler 11 eingestellten Druck. Vor der Druckbeaufschlagung des Behälters 2 ist der Druck im Behälter 2 mehr oder weniger gleich dem von dem Druckregler 29 eingestellten Druck, der vorzugsweise gleich dem Druck des Empfangsbehälters 51 ist. Das flüssige CO₂ im Behälter 2 befindet sich im Gleichgewicht mit dem gasförmigen CO₂, und deshalb weist das flüssige CO₂ die entsprechende Gleichgewichtstemperatur auf. Nach der Druckbeaufschlagung liegt der von dem Druckregler 11 eingestellte Druck im Behälter 2 ca. 2–4 bar über dem Gleichgewichtsdruck. Die Temperatur des flüssigen CO₂ innerhalb des Behälters 2 bleibt jedoch fast auf dem früheren Wert, bei dem es sich um die dem von dem Regler 29 eingestellten niedrigeren Druck und dem vom Verdichter 3 eingestellten Druck entsprechende Temperatur handelt. Somit wird das flüssige CO₂ im Behälter 2 vorübergehend unterkühlt, was bedeutet, dass beim Füllen des Empfangsbehälters 51 die Füllzeit und Gasverluste reduziert werden.
Beim Füllen des Empfangsbehälters 51 wird unterkühltes CO₂ über das Füllrohr 40 und den Füllkasten 52 aus dem Behälter 2 in den Empfangsbehälter 51 gedrückt. Bei dieser Ausführungsform ist die Pumpe 54 nicht in der Füllleitung 40 enthalten. Wenn die gewünschte Menge an Flüssiggas zum Empfangsbehälter 51 gefördert worden ist, hält der Füllkasten 52 die Förderung des flüssigen CO₂ an. Ein Signal, das anzeigt, dass die Flüssigkeitsfüllprozedur beendet ist, wird an das Steuersystem 61 gesendet, das dann ein Schließen des Druckventils 5 bewirkt. Das Rohrsystem im Füllkasten und die Schläuche 53 von dem Füllkasten 52 zum/vom Empfangsbehälter 51 werden dann von gasförmigem CO₂ durchblasen, um das flüssige CO₂ zu beseitigen.
Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Systems wird unterkühltes CO₂, das heißt flüssiges CO₂ mit einer niedrigeren Temperatur als dem Istdruck entspricht, dem Empfangsbehälter 51 zugeführt. Vorzugsweise ist die Temperatur des zugeführten flüssigen CO₂ gleich oder nahe der Betriebstemperatur innerhalb des Empfangsbehälters 51. Gasverluste, die normalerweise infolge der Verringerung der CO₂-Temperatur auftreten, können reduziert oder sogar eliminiert werden.
Die Menge an im unterkühlten Behälter 2 verbleibender Flüssigkeit wird durch das Steuersystem 61 und die Flüssigkeitspegelanzeige 10 gesteuert. Wenn der Flüssigkeitspegel im Behälter 2 zu niedrig ist, dann startet das Steuersystem 61 die Förderung von flüssigem CO₂ vom Behälter 1 in den Behälter 2, um den Behälter 2 auf volle Höhe zu füllen.
Dies erfolgt durch Öffnen des Transferventils 4 und gleichzeitiges Starten des Verdichters 3. Flüssiges CO₂ fließt nun durch den Druckregler 29 vom Behälter 1 in den Behälter 2. Der Druckregler 29 ist zur Verringerung des Drucks auf die voreingestellte Höhe zwischen dem Druck im Behälter 1 und dem Empfangsbehälterdruck eingestellt. Der Druck wird vorzugsweise auf den Gleichgewichtsdruck im Empfangsbehälter 51 bei Normalbetrieb abgesenkt, das heißt in diesem Fall auf ca. 8 bar. Wenn die Flüssigkeit im CO₂-Behälter 2 die voreingestellte Höhe erreicht hat, sendet die Pegelanzeige 10 ein Signal an das Steuersystem 61. Dann wird das Transferventil 4 geschlossen und der Verdichter 3 wird abgeschaltet, wenn der richtige Druck erreicht ist, der von dem Druckfühler 8 gemessen wird.
Wenn zu viele Zuführungen von flüssigem CO₂ vom Behälter 2 durchgeführt werden müssen, könnte es erforderlich sein, den Behälter 2 schneller zu füllen als aufgrund der Verdichterleistung erfolgen kann. In diesem Fall kann das Lüftungsventil 6 geöffnet werden, und gasförmiges CO₂ kann über die Lüftungsleitung 33 aus dem Behälter 2 abgelassen werden.
Wenn es zu lange dauert, bevor der nächste Empfangsbehälter 51 gefüllt ist, dann steigt die Temperatur im Behälter 2 aufgrund von Wärmeleckage über eine voreingestellte Temperatur. Der Temperaturfühler 9 im Behälter 2 erkennt den Temperaturanstieg und sendet ein Signal an das Steuersystem 61, um den Verdichter 3 zu starten, um einen Teil der Flüssigkeit zu verdampfen und die Temperatur wieder abzusenken. Dann könnte es jedoch erforderlich sein, mehr Flüssigkeit aus dem Behälter 1 zum Behälter 2 zu fördern. Des Weiteren ist es möglich, den Druckfühler 8 statt den Temperaturfühler 9 zu verwenden, um eine zu hohe Temperatur und einen zu hohen Druck im Behälter 2 zu erfassen. In diesem Fall müssen aber einige Prozessparameter berücksichtigt werden.
Das erneute Füllen des Hauptstationsbehälters 1, zum Beispiel von einem CO₂-Lastwagen, erfolgt auf die gleiche Weise wie für jeden Standard-CO₂-Behälter.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Füllleitung 40 mit einer Pumpe 54 versehen, um den Empfangsbehälter 51 zu füllen. Der Behälter 2 könnte dann auf einem stabilen niedrigen Druck gehalten werden. Gasförmiges CO₂ wird nur von Behälter 1 zu Behälter 2 geliefert, um eine Druckentlastung auszugleichen, wenn eine größere Flüssigkeitsmenge in den Empfangsbehälter 51 gefüllt wird. Der Vorteil solch eines Systems besteht darin, dass der Behälter 2 immer bereit ist, flüssiges CO₂ zu einem Empfangsbehälter 51 zu fördern und der Behälter 2 beim Füllen des Empfangsbehälters 51 immer durch das Ventil 4 und den Regler 29 vom Behälter 1 gefüllt werden könnten.
Die kalte Flüssigkeit im Behälter 2 weist eine Temperatur gleich oder nahe der Temperatur im Empfangsbehälter auf. Wenn eine Förderpumpe 54 verwendet wird, dann muss der Behälter 2 nicht mit Druck beaufschlagt werden. Es ist nur erforderlich, die Pumpe 54 zu starten. In dieser Hinsicht ist das die Pumpe 54 umfassende System vorteilhaft, wenn viele Kunden das System verwenden sollen, denn es ist immer lieferbereit.
Eine andere Möglichkeit für das System von 1 ist die Verwendung einer Kühlmaschine statt des Verdichters 3. In diesem Fall wird gasförmiges CO₂ im Behälter 2 nicht zum Behälter 1 zurückgeführt, sondern durch die Kühlmaschine gekühlt. Kühlmaschinen für solche niedrigen Temperaturen sind jedoch normalerweise ziemlich teuer.
2 zeigt eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung. Statt der Lagerung von unterkühltem CO₂ in einem getrennten Behälter 2 wird im Hauptstationsbehälter 1 eine Stratifikation von Flüssigkeit erzeugt.
Ein Teil des flüssigen CO₂ wird aus dem Boden des Behälters 1 abgezogen und durch eine Düse 17 in eine Wärmetauscherrohrschlange 18 expandiert, die sich im unteren Teil des Behälters 1 befindet. Dem Wärmetauscher 18 ist ein Druckregler 55 nachgeschaltet. Der Druckregler 55 stellt einen Mindestdruck ein, um die Bildung von Trockeneisteilchen in der Wärmetauscherrohrschlange 18 oder im Rohr 34 zu vermeiden.
Um zu gewährleisten, dass sämtliche Flüssigkeit in der Wärmetauscherrohrschlange 18 vollständig vergast wird, ist zwischen der Wärmetauscherrohrschlange 18 und dem Druckregler 55 ein Temperaturfühler 19 angeordnet. Der Temperaturfühler 19 überprüft, ob die Temperatur über der Gleichgewichtstemperatur für den von dem Druckregler 55 eingestellten Druck liegt. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, ist ein Teil des flüssigen CO₂ in der Wärmetauscherrohrschlange 18 nicht verdampft. In diesem Fall verringert das Stellventil 16 in der Leitung 34 den Fluss von flüssigem CO₂ durch die Wärmetauscherrohrschlange 18.
Dem Druckregler 55 nachgeschaltet pumpt ein Verdichter 35 das Gas wieder in den Behälter 1 zurück. Das den Verdichter 35 verlassende Gas wird im Wärmetauscher 23 vor Eintritt in den Behälter 1 gekühlt. Das Druckverhältnis des Verdichters 35 beträgt vorzugsweise ca. 5,5 bar zu 15 bar.
Die Wärmetauscherrohrschlange 18 kühlt den unteren Teil des flüssigen CO₂ im Behälter 1, wodurch eine Stratifikation der Flüssigkeit erzeugt wird. An der Flüssigkeitsoberfläche ist die Temperatur der Flüssigkeit die Gleichgewichtstemperatur für den Druck im Behälter 1, während am Boden des Behälters 1 im Bereich nahe der Rohrschlange 18 die Flüssigkeit durch die Wärmetauscherrohrschlange 18 unterkühlt wird. Bei einem Druck von 15 bar im Kopfraum des Behälters 1 weist die oberste Schicht des flüssigen CO₂ zum Beispiel eine Temperatur von ca. –29°C auf, und die Temperatur am Boden des Behälters 1 könnte weniger als –40°C betragen.
Die Leistung des Unterkühlungsprozesses wird durch die Leistung des Verdichters 35 begrenzt. Wenn eine schnellere Kühlung und Stratifikation im Behälter 1 erforderlich ist, was kurz nach dem Füllen des Behälters 1 der Fall sein kann, kann das die Wärmetauscherrohrschlange 18 verlassende Gas über das Ventil 6 und den Druckregler 7 an die Atmosphäre abgelassen werden. Des Weiteren ist es möglich, Gas von der Gasphase im Behälter 1 durch den Wärmetauscher 23 durch Öffnen des Ventils 25 an die Atmosphäre abzulassen.
Wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird der Wärmetauscher 23 dazu verwendet, die durch den Verdichter 35 dem Behälter 1 zugeführte Wärme auf ein Minimum zu reduzieren. Selbst das über das Ventil 6 und den Regler 7 an die Atmosphäre strömende Lüftungsgas kann zum Kühlen des Gases vom Verdichter 35 verwendet werden.
Das System nach 2 weist den Vorteil auf, dass nur ein CO₂-Behälter 1 erforderlich ist. Zum Neufüllen des Behälters 1 wird bevorzugt, das flüssige CO₂ in den Behälter 1 oben am Behälter zuzuführen, um so viel wie möglich von der Stratifikation der Flüssigkeit im Behälter 1 zu bewahren.
Durch Installation einer größeren Kühlmaschine 28 und einer größeren Pumpe 35 wie bei dem System nach 1 erforderlich, könnte die Zeit verringert werden, wenn der Druck und die Temperatur zu hoch sind oder wenn die Stratifikation nicht ausreicht.
In 3 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das System nach 3 verwendet auch eine Wärmetauscherrohrschlange 18 zum Kühlen der Flüssigkeit im unteren Bereich des Behälters 1 und zur Erzeugung von Stratifikation. Im Gegensatz zur Lösung von 2 wird das die Wärmetauscherrohrschlange 18 verlassende gasförmige CO₂ im Verdichter 36 auf einen Druck von mindestens 50 bar, vorzugsweise mehr als 60 bar, komprimiert und teilweise verflüssigt. Das verflüssigte CO₂ wird im Wärmetauscher 27 durch Wasser oder Umgebungsluft gekühlt. Nach dem Wärmetauscher 27 wird das CO₂ im Wärmetauscher 23 in indirektem Wärmeaustausch mit dem sehr kalten Gas, das von der Wärmetauscherrohrschlange 18 kommt, und, falls erforderlich, auch dem Gas direkt von dem oberen Ende des Behälters 1 durch Öffnen des Ventils 11 weiter abgekühlt. Das verflüssigte Gas expandiert in der Düse 70, wo es zu einem Gemisch aus kühlerer Flüssigkeit und Gas umgewandelt wird, und tritt in den Behälter 1 ein.
Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass außer dem Gasrückgewinnungssystem selbst keine zusätzliche Kühlmaschine erforderlich ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird dem Boden des Behälters 1 entnommenes Flüssiggas durch das Expansionsventil 17 expandiert und durch die Rohrschlange 18 expandiert und dann in einer

Claims

Verfahren zur Förderung einer kryogenen Flüssigkeit von einem Stationsbehältersystem zu einem Empfangsbehälter, wobei mindestens ein Teil der kryogenen Flüssigkeit in dem Stationsbehältersystem auf einem ersten Druck gelagert wird, der höher ist als der Druck im Empfangsbehälter, wobei das Stationsbehältersystem einen ersten Behälter (1) und einen zweiten Behälter (2) umfasst und ein Teil der kryogenen Flüssigkeit vom ersten Behälter (1) zum zweiten Behälter (2) gefördert und auf eine Temperatur unter der Gleichgewichtstemperatur für den ersten Druck gekühlt wird und wobei der gekühlte Teil der kryogenen Flüssigkeit zum Empfangsbehälter (51) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter (2) durch Zuführen von Gas vom ersten Behälter (1) zum zweiten Behälter (2) mit Druck beaufschlagt wird, um die kryogene Flüssigkeit im zweiten Behälter (2) zu unterkühlen und den zur Förderung kryogener Flüssigkeit vom zweiten Behälter (2) zum Empfangsbehälter (51) erforderlichen Differenzdruck zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die Temperatur des gekühlten Teils der kryogenen Flüssigkeit von der Temperatur im Empfangsbehälter (51) um nicht mehr als 12 K unterscheidet, wobei vorzugsweise die Temperatur des gekühlten Teils gleich der Temperatur der Flüssigkeit im Empfangsbehälter (51) oder um ein paar Grad geringer ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem verdampfte kryogene Flüssigkeit von dem zweiten Behälter (2) zum ersten Behälter (1) zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei dem der Druck im zweiten Behälter (2) den Druck im Empfangsbehälter (51) um nicht mehr als 4 bar übertrifft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Druck im zweiten Behälter (2) gleich oder nahe dem Druck der Flüssigkeit im Empfangsbehälter (51) ist und eine Pumpe (54) zum Fördern der kryogenen Flüssigkeit vom zweiten Behälter (2) zum Empfangsbehälter (51) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Kühlmaschine (28) bereitgestellt wird, um verdampfte kryogene Flüssigkeit im Stationsbehältersystem (1, 2) zu kühlen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem im Stationsbehältersystem (1) eine Stratifikation kryogener Flüssigkeit mit verschiedenen Temperaturen erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein Teil der kryogenen Flüssigkeit aus dem Stationsbehältersystem (1) abgezogen, expandiert und dann zum Kühlen eines Teils der kryogenen Flüssigkeit im Stationsbehältersystem (1) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die expandierte kryogene Flüssigkeit vollständig verdampft wird, während der Teil der kryogenen Flüssigkeit im Stationsbehältersystem (1) gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die expandierte kryogene Flüssigkeit komprimiert und zum Stationsbehältersystem (1) zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die expandierte kryogene Flüssigkeit auf einen Druck komprimiert wird, der den ersten Druck im Stationsbehältersystem (1) wesentlich übertrifft, vorzugsweise auf einen Druck von mindestens 50 bar, besonders bevorzugt auf einen Druck von mindestens 60 bar, dann gekühlt und schließlich in das Stationsbehältersystem (1) expandiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem flüssiges CO₂ zum Empfangsbehälter (51) gefördert wird.