EP0496283A2 - Verfahren zum Verdampfen von flüssigem Erdgas - Google Patents

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EP0496283A2
EP0496283A2 EP92100681A EP92100681A EP0496283A2 EP 0496283 A2 EP0496283 A2 EP 0496283A2 EP 92100681 A EP92100681 A EP 92100681A EP 92100681 A EP92100681 A EP 92100681A EP 0496283 A2 EP0496283 A2 EP 0496283A2
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Definitions

  • the invention relates to a method for vaporizing liquid, pressurized natural gas, the natural gas being heated by the heat contained in the exhaust gas of a gas trubine, which is transferred from the exhaust gas to the natural gas with the aid of a circulating fluid.
  • pressurized natural gas with energy generation sea water or immersion flame evaporators have been used as heating medium for heating the natural gas to the discharge temperature and for heating fluids in separate circuits to the highest process temperature.
  • Submersible flame evaporators require more than 1% of the natural gas penetrated as fuel.
  • a device for re-evaporation of liquid gas is known from German published patent application 26 42 667.
  • the device is characterized by two thermodynamic circuits, one of which consists of a closed-circuit gas turbine, the waste heat of which is used to re-evaporate the liquid gas, and the other of which is a conventional open-circuit gas turbine, the waste heat of which in turn is used to operate the gas turbine in a closed circuit serves.
  • Nitrogen, hydrogen, but also other noble gases or inert gases are used as working means for the closed circuit.
  • the working means of the closed circuit in the known system is a gas. Therefore, at least one compressor is required to maintain the gas cycle at a desired pressure. As can be seen from the special description of the process, the Temperature differences of the gas within the circuit are considerable, they are between -134 ° C and 325 ° C in the case of nitrogen as a working fluid. This requires a very large amount of machine and equipment
  • the present invention is therefore based on the object of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that improved economy is possible.
  • the liquid, pressurized natural gas is heated to the delivery temperature in a heat exchange with the circulated water and is withdrawn as a gaseous product.
  • the circulated water, cooled after the heat exchange, is heated in a further heat exchange against the exhaust gases of a gas turbine.
  • the shaft power of this gas turbine is converted into electrical energy by a generator (so-called “cogeneration gas turbine”).
  • a small part, about 3%, of the vaporized natural gas is branched off from the product line and used as fuel gas for the gas turbine.
  • the method according to the invention has great advantages in terms of energy and process technology, in particular, when it is used in a system where river or sea water cannot be used as a heat source because of the low temperature.
  • gas turbines are the best economical solution because, in contrast to submersible flame evaporators, large amounts of electrical energy are generated in addition to heat.
  • any technically complex process control is also conceivable and possible. This would be e.g. realized by inserting one or more additional fluid circuits to recover the energy stored in the liquid natural gas. In this case, all additional fluid circuits and the liquid natural gas would be heated by the circulated fluid. Additional electrical energy can now be obtained by means of the expansion turbines installed in the fluid circuits.
  • water vapor and a mixture of water and additional components which push the freezing point of the solution below 0 ° C. can also be used.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the water is evaporated, after which the steam formed is expanded to generate electricity, the relaxed steam also being able to be used to heat the pressurized natural gas.
  • FIG. 1 is the basic representation of the method according to the invention.
  • a gas turbine GT is supplied with high pressure fuel gas via line 1a and air via line 1b.
  • the hot exhaust gases leave the gas turbine GT via line 1 and are cooled in the heat exchanger E1 in countercurrent to the water being heated. You then leave the facility.
  • the water heated in the heat exchanger E1 in counterflow to the cooling exhaust gases of the gas turbine GT is led via line 2a to a second heat exchanger E2.
  • the water is cooled in counter-current to liquid, pressurized natural gas in line 3a.
  • the cooled water is conveyed from line 2b by means of pump P1 and heat exchanger E1 is again supplied via line 2c. This closes this water cycle.
  • the natural gas, heated and evaporated to the discharge temperature is withdrawn from the system via line 3b.
  • FIG 2 shows an embodiment of the inventive method of Figure 1, in which the circulated water is not only heated but also evaporated and expanded via expansion turbines to generate additional electrical energy. That over line 1 the Exhaust gas leaving the gas turbine flows through the two heat exchangers E3 and E1 in succession, is cooled in countercurrent to water that is being heated or evaporated, and then leaves the system. The water coming from the pump P1 in line 2c is heated in the heat exchanger E1 in countercurrent to the cooling exhaust gas of the gas turbine GT and then evaporated in the heat exchanger E3. The resulting water vapor passes via line 2a into an expansion turbine X1, in which it is expanded to perform work.
  • the water / steam mixture then flows through line 2d in succession through the two heat exchangers E4 and E2, in which it cools and condenses in countercurrent to natural gas which is heated and evaporated.
  • the water is returned to pump P1 via line 2b.
  • This water / steam cycle is closed.
  • the liquid, pressurized natural gas brought in via line 3a is evaporated in countercurrent to the cooling and condensing water / steam mixture and heated to the delivery temperature. It leaves the system via line 3b.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Verdampfen von flüssigem, unter Druck stehendem Erdgas wird ein Fluid im Kreislauf geführt und im Wärmetausch mit dem Abgas einer Gasturbine erwärmt. Das Fluid seinerseits erwärmt in einem weiteren Wärmetausch das flüssige Erdgas bis auf Abgabetemperatur. Als Fluid wird Wasser eingesetzt. Durch die Integration weiterer Expansionsturbinen ist ein zusätzlicher Energiegewinn möglich.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen von flüssigem, unter Druck stehendem Erdgas, wobei das Erdgas durch die im Abgas einer Gastrubine enthaltende Wärme erwärmt wird, die vom Abgas mit Hilfe eines in einem Kreislauf geführten Fluids auf das Erdgas übertragen wird.
  • Bei der Verdampfung von flüssigem, unter Druck stehendem Erdgas mit Energiegewinnung wird bisher für die Anwärmung des Erdgases auf Abgabetemperatur sowie für die Anwärmung in voneinander getrennten Kreisläufen geführten Fluiden auf höchste Prozeßtemperatur Meerwasser oder Tauchflammenverdampfer als Heizmedium eingesetzt.
  • Tauchflammenverdampfer benötigen jedoch mehr als 1% des durchgesetzten Erdgases als Brennstoff.
  • Das Verfahren zur offenen Zirkulation von Meerwasser hat jedoch beträchtliche Nachteile. Die wichtigsten davon sind die hohen Investitionskosten für die Zirkulationseinrichtungen, die Störung des Wärmegleichgewichts in der Umgebung, sowie die ungenügend verfügbare Wärmemenge im Winter, die die Benutzung zusätzlicher Wärmequellen erforderlich macht.
  • Ferner ist bei einer Verwendung von Meerwasser als Heizmedium von großem Nachteil, daß als Wärmetauscher nur kostenintensive und korrosionsanfällige Rieselfilmverdampfer eingesetzt werden können.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 42 667 ist eine Vorrichtung zum Wiederverdampfen von Flüssiggas bekannt. Die Vorrichtung ist durch zwei thermodynamische Kreisläufe gekennzeichnet, von denen der eine aus einer Gasturbine mit geschlossenem Kreislauf besteht, deren Abwärme zum Wiederverdampfen des Flüssiggases dient, und der andere eine herkömmliche Gasturbine mit offenem Kreislauf darstellt, deren Abwärme wiederum zum Betrieb der Gasturbine im geschlossenen Kreislauf dient. Als Arbeitsmittel für den geschlossenen Kreislauf finden Stickstoff, Wasserstoff, aber auch andere Edelgase bzw. inerte Gase Verwendung.
  • Diese Anlage kann jedoch hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit im Bezug auf Energiegewinnung und Investitions- sowie Betriebskosten als nicht optimal betrachtet werden. Die Gründe hierfür sind die folgenden:
  • Beim Arbeitsmittel des geschlossenen Kreislaufes handelt es sich bei der bekannten Anlage um ein Gas. Daher ist zur Aufrechterhaltung des Gaskreislaufes bei einem gewünschten Druck zumindest ein Kompressor nötig. Wie aus der speziellen Beschreibung des Prozesses ersichtlich, sind die Temperaturdifferenzen des Gases innerhalb des Kreislaufes beträchtlich, liegen sie doch zwischen -134°C und 325°C im Falle des Stickstoffs als Arbeitsmittel. Dies erfordert einen sehr großen maschinellen und apparativen Aufwand
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine verbesserte Wirtschaftlichkeit möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Fluid Wasser verwendet wird.
  • Das flüssige, unter Druck stehende Erdgas wird erfindungsgemäß im Wärmetausch gegen das im Kreislauf geführte Wasser auf Abgabetemperatur erwärmt und als gasförmiges Produkt abgezogen. Das im Kreislauf geführte, nach dem Wärmeaustausch abgekühlte Wasser wird in einem weiteren Wärmetausch gegen die Abgase einer Gasturbine erwärmt.
  • Die Wellenleistung dieser Gasturbine wird über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt (sog. "Cogenerations-Gasturbine"). Ein geringer Teil, etwa 3%, des verdampften Erdgases wird von der Produktleitung abgezweigt und als Brenngas für die Gasturbine verwendet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt vor allem dann große energetische und verfahrenstechnische Vorteile, wenn es bei einer Anlage Verwendung findet, wo wegen zu niedriger Temperatur Fluß- oder Meerwasser als Wärmequelle nicht verwendet werden kann. In diesem Fall bieten sich Gasturbinen als beste wirtschaftliche Lösung an, da im Gegensatz zu Tauchflammenverdampfern neben Wärme noch große Mengen elektrischer Energie erzeugt werden.
  • Während das erfindungsgemäße Verfahren in einfachster Prozeßführung ohne eine Kältenutzung mittels Espansionsturbinen des flüssigen, unter Druck stehenden Erdgases gefahren wird, ist jedoch auch jede technisch aufwendigere Prozeßführung vorstellbar und möglich. Diese wäre z.B. durch die Einfügung eines oder mehrerer zusätzlicher Fluidkreisläufe zur Rückgewinnung der im flüssigen Erdgas gespeicherten Energie realisiert. In diesem Falle würden alle zusätzlichen Fluidkreisläufe sowie das flüssige Erdgas durch das im Kreislauf geführte Fluid erwärmt. Mittels der in den Fluidkreisläufen installierten Expansionsturbinen läßt sich nun zusätzliche elektrische Energie gewinnen.
  • In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch Wasserdampf und eine Mischung aus Wasser und zusätzlichen Komponenten, die den Gefrierpunkt der Lösung unter 0°C drücken, Verwendung finden.
  • Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß das Wasser verdampft wird, wonach der entstandene Wasserdampf zur Stromerzeugung entspannt wird, wobei der entspannte Dampf auch zur Erwärmung des unter Druck stehenden Erdgases benutzt werden kann.
  • Mittels dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht sich die abgegebene Energie nochmals, und die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage wird weiter verbessert.
  • Dadurch daß eine Benutzung von Meerwasser als Kühlmedium für das verflüssigte Erdgas sowie der zusätzlichen Fluidkreisläufe vermieden wird, können bei diesem Verfahren konventionelle und billigere Gradrohr- bzw. Rohrbündelwärmetauscher anstelle der kostenintensiven und korrosionsanfälligen Rieselfilmverdampfer Verwendung finden.
  • Die Erfindung sei nunmehr anhand zweier schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Dabei zeigen
  • Figur 1
    ein erfindungsgemäßes Verfahren mit Wasserkreislauf
    Figur 2
    ein erfindungsgemäßes Verfahren wie in Figur 1 mit Wasser/Wasserdampf-Kreislauf zur Gewinnung elektrischer Energie mittels Expansionsturbinen
  • Figur 1 ist die prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Einer Gasturbine GT werden über Leitung 1a Hochdruck-Brenngas und über Leitung 1b Luft zugeführt. Die heißen Abgase verlassen die Gasturbine GT über Leitung 1 und werden im Wärmetauscher E1 im Gegenstrom zu sich erwärmendem Wasser abgekühlt. Sie verlassen anschließend die Anlage. Das im Wärmetauscher E1 im Gegenstrom zu den sich abkühlenden Abgasen der Gasturbine GT angewärmte Wasser wird über Leitung 2a zu einem zweiten Wärmetauscher E2 geführt. Hier erfolgt im Gegenstrom zu flüssigem, unter Druck stehendem Erdgas in Leitung 3a die Abkühlung des Wassers. Mittels Pumpe P1 wird das abgekühlte Wasser aus Leitung 2b gefördert und über Leitung 2c wieder Wärmetauscher E1 zugeführt. Damit ist dieser Wasserkreislauf geschlossen. Das auf Abgabetemperatur erwärmte und verdampfte Erdgas wird über Leitung 3b aus der Anlage abgezogen.
  • Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Figur 1, bei welcher das im Kreislauf geführte Wasser nicht nur erwärmt sondern auch verdampft und über Expansionsturbinen entspannt wird, um zusätzliche elektrische Energie zu erzeugen. Das über Leitung 1 die Gasturbine verlassende Abgas durchströmt nacheinander die beiden Wärmetauscher E3 und E1, wird im Gegenstrom zu sich erwärmendem bzw. verdampfendem Wasser abgekühlt und verläßt anschließend die Anlage. Das von der Pumpe P1 kommende in Leitung 2c fließende Wasser wird im Wärmetauscher E1 im Gegenstrom zum sich abkühlendem Abgas der Gasturbine GT erwärmt und im Wärmetauscher E3 anschließend verdampft. Der entstandene Wasserdampf gelangt über Leitung 2a in eine Expansionsturbine X1, in der er arbeitsleistend entspannt wird. Daran anschließend durchströmt das Wasser/Wasserdampf-Gemisch über Leitung 2d nacheinander die beiden Wärmetauscher E4 und E2, in denen es im Gegenstrom zu sich erwärmendem und verdampfendem Erdgas abkühlt und kondensiert. Über Leitung 2b wird das Wasser wieder der Pumpe P1 zugeführt. Damit ist dieser Wasser/Wasserdampf-Kreislauf geschlossen. Das über Leitung 3a herbeigeführte, flüssige, unter Druck stehende Erdgas wird im Gegenstrom zu dem sich abkühlenden und kondensierenden Wasser/Wasserdampf-Gemisch verdampft und auf Abgabetemperatur erwärmt. Über Leitung 3b verläßt es die Anlage.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Verdampfen von flüssigem, unter Druck stehendem Erdgas, wobei das Erdgas durch die im Abgas einer Gasturbine enthaltende Wärme erwärmt wird, die vom Abgas mit Hilfe eines in einem Kreislauf geführten Fluids auf das Erdgas übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid Wasser verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid Wasserdampf verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid eine Mischung aus Wasser und zusätzlichen Komponenten, die den Gefrierpunkt der Lösung unter 0°C drücken, verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser verdampft wird, wonach der entstehende Wasserdampf zur Stromerzeugung entspannt wird, wobei der entspannte Dampf auch zur Erwärmung des unter Druck stehenden Erdgases benutzt werden kann.
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