EP0874188A2 - Verfahren zum Aufbereiten von tiefgekühltem Flüssiggas - Google Patents

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EP0874188A2
EP0874188A2 EP98810177A EP98810177A EP0874188A2 EP 0874188 A2 EP0874188 A2 EP 0874188A2 EP 98810177 A EP98810177 A EP 98810177A EP 98810177 A EP98810177 A EP 98810177A EP 0874188 A2 EP0874188 A2 EP 0874188A2
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EP
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heat exchange
gas
exchange medium
water
liquid gas
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EP0874188B2 (de
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Mircea Fetescu
Lutz Löwel
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GE Vernova GmbH
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Alstom SA
Asea Brown Boveri AB
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    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
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    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • F17C9/04—Recovery of thermal energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/05—Regasification
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/915—Combustion

Definitions

  • the invention relates to a method for processing frozen liquid gas, such as liquid natural gas (LNG) or liquid propane gas (LPG) or also technical gases, for a subordinate process engineering process, according to the preamble of claim 1.
  • frozen liquid gas such as liquid natural gas (LNG) or liquid propane gas (LPG) or also technical gases
  • the invention tries to avoid all these disadvantages. It is based on the task a process for the processing of frozen liquid gas for extraction of process energy for a subordinate process engineering To create a process that also includes the cooling capacity of the frozen liquid gas can be used in the downstream process.
  • this is achieved in that in a method according to the preamble of claim 1, the cooling capacity of the frozen liquid gas at least via a heat exchange medium at least one of the substeps of Subordinate, process engineering process supplied as a heat sink becomes.
  • the transferred to the heat exchange medium Cooling capacity of the frozen liquid gas used in the downstream process and therefore the use of external heat exchange media, including those with disadvantages associated with them can be significantly reduced.
  • This heat exchange medium becomes the frozen liquid gas with an additional one Gasified heat exchange medium.
  • This step serves mainly the start of the downstream process engineering process and If the first heat exchange medium is otherwise unavailable, such as during repair work. Considered in itself, it is similar he the conventional method in which the heat exchange medium after the Back gasification of the frozen liquid gas is carried away from the process unused becomes.
  • the frozen liquid gas is initially divided into two partial flows, the first partial flow warmed up with an external heat exchange medium, back-gasified, then ignited and burned to form the additional heat exchange medium becomes. Finally, the second partial stream of the branched, frozen Liquid gas in heat exchange with the additionally formed heat exchange medium regasified, so that the supply of the subordinate, process engineering Process with the required gaseous medium guaranteed at all times is.
  • this solution can be used for processes in the energy supply (power plants, energy distribution) in the steel industry or the chemical industry, in which frozen liquid gases, such as LNG or LPG or technical gases (e.g. N 2 , O 2 , NH 3 etc.) evaporate must be and where there is a need for process cooling at the same time.
  • frozen liquid gases such as LNG or LPG or technical gases (e.g. N 2 , O 2 , NH 3 etc.) evaporate must be and where there is a need for process cooling at the same time.
  • the first heat exchange medium is a working medium of the process downstream of the gasification and this Working medium in direct heat exchange with the frozen liquid gas is cooled.
  • the Back gasification converted from the liquid to the gaseous state Finally, fuel is fed to a gas turbine process, there to one Flue gas burned and the latter relaxed for the purpose of work performance.
  • the first heat exchange medium to be compressed in the gas turbine process Ambient air used.
  • each heat exchange medium is a separate sub-step of subordinate process fed.
  • gasification becomes re-gasified Fuel introduced into a gas turbine process, there to a flue gas burned and the latter relaxed for the purpose of work performance.
  • the second heat exchange medium is called a heat sink steam turbine process associated with the gas turbine process.
  • This solution is particularly suitable for cases where the frozen Liquefied gas has a cooling potential, which is due to the cooling capacity of the first Heat exchange medium is not fully usable.
  • the second The heat exchange medium as a heat sink of the steam turbine process can cooling effort provided for this sub-process can be significantly reduced. Because of The greater number of switching options increases both the variability of the overall process as well as the number of possible users of the cold potential of frozen liquid gas. As a result of the division of the evaporation process in two process steps and thus at least partially, spatial separation of the evaporation process of the frozen liquid gas from the cooling process of the sucked in ambient air, the explosion protection of the Gas turbine plant improved.
  • the temperature of this water can change during heat exchange with the frozen liquid gas without risk of icing up the corresponding Pipelines can be lowered further. This makes a much larger part of the cold potential of the frozen liquid gas for cooling the downstream Process usable.
  • a working medium of this subordinate Process used.
  • This working medium is previously exchanged with a cooled first heat exchange medium and the latter after this heat exchange recirculated for heat exchange with the frozen liquid gas.
  • Fuel is fed to a gas turbine process, there to one Flue gas burned and the latter relaxed for the purpose of work performance.
  • the working medium to be cooled in Gas turbine process used ambient air to be compressed. Due to the complete separation of the evaporation of the frozen liquid gas from the The explosion protection of the Gas turbine system can be significantly improved in the event of leakages.
  • water is the first Heat exchange medium used.
  • the temperature of this water in the Heat exchange with the frozen liquid gas reduced to almost 0 ° C and the water is converted into ice water.
  • the temperature can be increased when an additive is added this water in heat exchange with the frozen liquid gas without danger icing of the corresponding pipelines can be further reduced.
  • This also means that a much larger part of the cold potential of the frozen is Liquid gas can be used for cooling the downstream process.
  • the system for processing a frozen liquid gas 1 mainly consists from a main liquid gas line 2 with a storage tank 3 connected main evaporator / air cooler 4. The latter is connected downstream Main gas line 5, which the treatment plant with a downstream Plant 6 connects (Fig. 1).
  • This subordinate system 6 has a process engineering Process in which the frozen liquid gas 1 as fuel or otherwise in a physical and / or chemical process is used and at the same time there is a need for process cooling.
  • a gas turbine system Fig. 2
  • a system the steel or chemical industry (not shown) with the processing plant be connected.
  • several storage tanks 3 can also have one common processing plant to be connected to plant 6.
  • a feed pump 7 Inside the storage tank 3 is a feed pump 7 and in the main liquid gas line 2, outside the storage tank 3, a high-pressure feed pump 8 is arranged. A check valve 9 is formed between the two pumps 7, 8. Downstream of the high-pressure feed pump 8 branches from the main liquid gas line 2 from a return line 10 to the storage tank 3. In the return line 10, a throttle orifice 11 and a check valve 12 are arranged (FIG. 1).
  • a first and a second sub-line 13, 14 from.
  • the first sub-line 13 are one after the other Shut-off valve 15, an auxiliary evaporator connected to a cooling circuit 16 17, a pressure control valve 18 and a burner 19 are formed.
  • the burner 19 is Part of a flood evaporator arranged in the second sub-line 14 20, which is preceded by a shut-off valve 21 and a check valve 22 are.
  • the latter is formed in an auxiliary gas line 23, which is downstream connects to the flood evaporator 20 and with its other end in the main gas line 5 opens.
  • One too connected to the system 6 intake line 27 for a first heat exchange medium 28 is the main liquid gas line 2 in the main evaporator / air cooler 4 arranged crossing.
  • the first heat exchange medium 28 is ambient air used.
  • the heat exchange instead of the cross-flow principle also by means of another heat exchange principle, for example in countercurrent or realized in the direct current principle or in wound heat exchangers (not shown).
  • Liquefied natural gas delivered by cooling tankers is stored.
  • LNG Liquefied natural gas
  • the plant 6 connected to the processing plant are shut-off valves arranged in the main liquid gas line 2 or in the main gas line 5 24, 25 opened and the shut-off valves 15, 21 of the sub-lines 13, 14 closed.
  • the liquefied natural gas stored in the storage tank 3 under atmospheric pressure (LNG) 1 is conveyed into the main liquid gas line 2 with the aid of the feed pump 7.
  • the high-pressure feed pump 8 arranged there increases the pressure on the required operating pressure and passes the liquefied natural gas 1 at this operating pressure to the main evaporator / air cooler 4. This prevents between the two pumps 7, 8 arranged check valve 9 a backflow of the Liquid natural gas 1 via the main liquid gas line 2 into the storage tank 3 unused amount of liquefied natural gas 1 is via the return line 10 to Storage tank 3 returned.
  • the throttle diaphragm 11 arranged there causes one Pressure reduction of the constantly flowing back minimum amount of frozen Liquid natural gas 1, starting from the pressure level downstream of the high-pressure feed pump 8, on that required for safe backflow into the storage tank 3 Pressure level.
  • the non-return valve prevents 12 a backflow of the frozen liquid natural gas 1 from the Return line 10 into the main liquid gas line 2.
  • the main evaporator / air cooler 4 there is a direct heat exchange between the Liquid natural gas 1 and ambient air 28 located in the intake line 27 becomes the evaporation energy required for the gasification of the liquid natural gas 1 by heat exchange between the intake ambient air 28 and the liquefied natural gas 1.
  • gaseous fuel 29 in this case natural gas, which burned in the system 6 becomes.
  • the requirements are met by means of the pressure reducing valve 26 the system 6 corresponding gas pressure set.
  • the suctioned Ambient air 28 cooled down, reducing the cooling needs of the downstream Appendix 6 can be satisfied.
  • the as the working medium of the subordinate System 6 serving and sucked in by this ambient air 28 is thus at the same time the first heat exchange medium of the processing plant and the air cooler 4 becomes their main evaporator.
  • Subordinate system 6 as a gas turbine system, with a compressor 35, one Combustion chamber 36 and a gas turbine 37 are formed. So it's on the main gas line 5 connecting the main evaporator / air cooler 4 downstream the combustion chamber 36 connected, while the suction line 27 for the ambient air 28 opens into the compressor 35.
  • the gas turbine 37 and the compressor 35 are mounted on a common shaft 38, which at the same time also Generator 39 takes up (Fig. 2).
  • the treatment plant has a second one, parallel to the main evaporator / air cooler 4 arranged in the main gas line 5 evaporator 40.
  • the main liquid gas line 2 branches at an upstream of the second Evaporator 40 formed branch point 41 in two liquid gas sub-lines 42, 43.
  • the main evaporator / Air cooler 4 arranged essentially as already described above. Deviating on the outlet side thereof, it has an intermediate line 44 to a junction 45 attacking in the outlet side of the second evaporator 40 Main gas line 5.
  • the shutoff valve 24 of the main evaporator / air cooler 4 is in the first liquid gas line 42 and the shut-off valve 25 in the intermediate line 44 trained.
  • the second liquid gas sub-line 43 takes the second evaporator 40, with a shut-off valve between this and the branch point 41 46 is arranged.
  • Another shut-off valve 47 is in the main gas line 5, between the second evaporator 40 and the junction 45 the intermediate line 44 is formed.
  • the main gas line 5 has in the area a non-return valve between the second evaporator 40 and the shut-off valve 47 48.
  • the second evaporator 40 is in an intermediate cooling circuit consisting of pipes 49 50 arranged, which a recirculation pump 51, a High tank 52 and a second cooler 53 for a second heat exchange medium 54 records.
  • This second cooler 53 is part of a main cooling circuit 55 one steam turbine 56 connected to the gas turbine system 6.
  • the main cooling circuit 55 is with a main cooler 57 and a main cooling water pump 58 equipped. It is connected to a cooling source 59 via the main cooler 57, as such a cooling tower, air cooling or sea or River water can be used.
  • the pipes 49 of the intermediate cooling circuit 50 are inside with several spiral ribs 60 provided (Fig. 3).
  • the steam turbine seated on a common shaft 61 with a generator 62 56 is both on the steam inlet side via a live steam line 63 and steam output side via an exhaust steam line 64 with a not shown Water-steam cycle and connected to the gas turbine 37 via the latter.
  • a condenser 65 is arranged, to which a downstream Connects water pipe 66 with an integrated condensate pump 67.
  • the condenser 65 has a in the main cooling circuit 55 and from this branching cooling circuit 68 (Fig. 2).
  • the gasification of the liquefied natural gas 1 takes place through a direct heat exchange with the ambient air 28 drawn in by the compressor 35 in the main evaporator / air cooler 4 of the processing plant. This turns to evaporation required energy by cooling the intake ambient air 28 won the liquefied natural gas 1.
  • the use of the significantly cooled down Ambient air 28 as the working medium of the compressor 35 improves its effectiveness and that of the entire gas turbine system 6.
  • the ambient air is 28 thus at the same time the first heat exchange medium of the treatment plant and the air cooler 2 becomes its main evaporator.
  • the recirculation pump delivers 51 in the high tank 52 as second heat exchange medium 54 in stock Water to the main cooling circuit 55 and then back to the evaporator 40.
  • the high tank 52 is also used for control the suction pressure of the recirculation pump 51 and also as a level compensating tank.
  • the spiral ribs 60 create in the pipes 49 of the intermediate cooling circuit 50 a turbulent flow of ice water 54 ', so that in the No ice can settle inside the pipes 49 (FIG. 3).
  • this can Effect by other passive means, such as appropriate Inserts or non-stick coatings, or by active means, e.g. rotating Vortex generators are supported (not shown).
  • active means e.g. rotating Vortex generators are supported (not shown).
  • the main cooler 57 and the cooling source 59 have the same function as that Second cooler 53. They are used when the cold potential of the liquid natural gas 1 is not sufficient for the required cooling purposes or if the treatment plant for the liquid natural gas 1 is not in operation and still one There is a cooling requirement.
  • the second evaporator 40 can also via the intermediate cooling circuit 50 with other users, for example with the water-steam cycle, not shown the steam turbine 56 are connected. So the cold potential of liquid natural gas 1 can be used even better. There are also several Circuit options that increase the variability of the system.
  • the one downstream of the processing plant System 6 also as interacting with a steam turbine 56 Gas turbine plant trained.
  • the compressor 35 is via the intake line 27 connected to an air cooler 71.
  • a Main evaporator 72 for the liquid natural gas 1 is arranged in the main LPG line 2 in which a Main evaporator 72 for the liquid natural gas 1 is arranged.
  • the main evaporator 72 is part of a cooling circuit 73, in which in addition to the high tank 52 and the recirculation pump 51 and the air cooler 71 of the compressor 35 of the gas turbine system 6 is arranged in series. Downstream of the air cooler 71 are in Cooling circuit 73 a shut-off valve 74 and upstream of the air cooler 71 a control valve 75 formed (Fig. 4).
  • An intermediate cooling circuit is parallel to the cooling circuit 73 76 arranged, which the cooling circuit 73 with the analog of the first Embodiment trained main cooling circuit 55 connects.
  • the intermediate cooling circuit 76 has two shut-off valves 77, 78, with which the processing plant depending on the specific operating situation separated from the main cooling circuit 55 or can be connected to it.
  • the compressor 35 also draws in Ambient air 28 'is a working medium for the gasification of the liquefied natural gas 1 following process as a heat sink of this subordinate process used.
  • the ambient air 28 ' is previously exchanged with the heat cooled a first heat exchange medium 79 and the latter after this heat exchange recirculated for heat exchange with the frozen liquid natural gas 1.
  • Water is used as the first heat exchange medium 79, which is used for heat exchange with the frozen liquid natural gas 1 analogous to the first embodiment is partially converted into ice. Accordingly, it is located downstream of the main evaporator 72 ice water 79 'in the cooling circuit 73.
  • the gaseous fuel 29 obtained during the re-gasification also becomes fed to the combustion chamber 36, burned there to a flue gas 69 and the latter relaxed for the purpose of work in the gas turbine 37. All further Method steps proceed analogously to the first exemplary embodiment.

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Aufbereitung von tiefgekühltem Flüssiggas zwecks Gewinnung von Prozessenergie für einen nachgeordneten verfahrenstechnischen Prozess zu schaffen, mit dem auch die Kälteleistung des tiefgekühlten Flüsiggases im nachgeordneten Prozess genutzt werden kann. Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass die Kälteleistung des tiefgekühlten Flüssiggases (1) als Wärmesenke zumindest über ein Wärmetauschmedium (28, 54, 79) zumindest einem der Teilschritte des nachgeordneten, verfahrenstechnischen Prozesses zugeführt und bei Nichtverfügbarkeit dieses Wärmetauschmediums (28, 54, 79) das tiefgekühlte Flüssiggas (1) mit einem zusätzlichen Wärmetauschmedium (32) rückvergast wird. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von tiefgekühltem Flüssiggas, wie beispielsweise Flüssig-Erdgas (LNG) bzw. Flüssig-Propangas (LPG) oder auch technische Gase, für einen nachgeordneten, verfahrenstechnischen Prozess, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Neben Erdöl und seinen Spaltprodukten sowie Kohle werden heute auch gasförmige Energieträger, wie z.B. Erdgas und Propangas, als Brennstoffe für Kraftwerke oder in Prozessen der Stahl- und der chemischen Industrie eingesetzt. Weil Gase im allgemeinen ein relativ grosses Volumen besitzen, müssen sie ausreichend komprimiert werden, um einen effektiven Transport und eine ebensolche Lagerhaltung zu realisieren. Da jedoch zur Verdichtung von Gasen wesentlich mehr Energie als zur Verdichtung von Flüssigkeiten erforderlich ist, werden das Erdgas bzw. das Propangas zunächst verflüssigt. Dabei entsteht sogenanntes Flüssig-Erdgas (LNG) bzw. Flüssig-Propangas (LPG). Sowohl der Transport als auch die Lagerhaltung dieser Flüssiggase werden unter atmosphärischem Druck und bei Temperaturen von etwa minus 160°C durchgeführt. Demnach muss das jeweilige, tiefgekühlte Flüssiggas vor seinem Einsatz als Brennstoff verdampft, d.h. rückvergast werden.
Gemäss S. 9 des Prospekts 100-3322 ○ MCI der Firma CHIODA, gedruckt im Mai 1995 in Japan, mit dem Titel "CHIODA in LPG/LNG recieving terminals", sind für jedes der verwendeten, tiefgekühlten Flüssiggase eine Reihe von Verdampfungseinrichtungen bekannt, bei denen die zur Verdampfung des NiedrigtemperaturBrennstoffs erforderliche Energie in Form von Warmwasser, Meerwasser oder zusätzlichem Brennstoff zugeführt wird. Nach Abgabe der zum Verdampfungsvorgang benötigten Wärmemenge wird das jeweilige Wärmetauschmedium wieder abgeführt, wodurch seine Kälteleistung für den Prozess verloren geht.
Demgegenüber ist bei vielen Teilprozessen in Kraftwerken, in der Stahl- und der chemischen Industrie eine Kühlung erforderlich. Entsprechend dem Artikel "Refrigerated inlet cooling for new and retrofit installations" in der Zeitschrift Gas Turbine World, Jahrgang 23, Nr. 3, vom Mai/Juni 1993, führt die Senkung der Lufteintrittstemperatur einer Gasturbinenanlage, d.h. der Eintrittstemperatur der vom Verdichter angesaugten Verbrennungsluft, zu einer deutlichen Verbesserung der abgegebenen Leistung und des Wärmeverbrauchs. Dazu werden externe Kühlmittel wie gelagertes Eis, Ammoniak, Freone, Glycol usw. eingesetzt. Die Bereitstellung, die Handhabung sowie die umweltgerechte Entsorgung dieser zusätzlichen Kühlmittel verursacht jedoch einen nicht unerheblichen Arbeitsaufwand und damit Kosten.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung versucht alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufbereitung von tiefgekühltem Flüssiggas zwecks Gewinnung von Prozessenergie für einen nachgeordneten verfahrenstechnischen Prozess zu schaffen, mit dem auch die Kälteleistung des tiefgekühlten Flüsiggases im nachgeordneten Prozess genutzt werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einem Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die Kälteleistung des tiefgekühlten Flüsiggases zumindest über ein Wärmetauschmedium zumindest einem der Teilschritte des nachgeordneten, verfahrenstechnischen Prozesses als Wärmesenke zugeführt wird. Mit diesem Verfahren kann die auf das Wärmetauschmedium übertragene Kälteleistung des tiefgekühlten Flüsiggases im nachgeordneten Prozess genutzt und daher die Verwendung externer Wärmetauschmedien, einschliesslich der mit ihnen verbundenen Nachteile, deutlich verringert werden. Bei Nichtverfügbarkeit dieses Wärmetauschmediums wird das tiefgekühlte Flüssiggas mit einem zusätzlichen Wärmetauschmedium rückvergast. Dieser Verfahrensschritt dient vorwiegend dem Anfahren des nachgeordneten, verfahrenstechnischen Prozesses und wird ebenso bei anderweitiger Nichtverfügbarkeit des ersten Wärmetauschmediums, wie beispielsweise bei Reparaturarbeiten, aktiviert. Für sich betrachtet ähnelt er dem herkömmlichen Verfahren, bei dem das Wärmetauschmedium nach der Rückvergasung des tiefgekühlten Flüssiggases ungenutzt aus dem Prozess abgeführt wird.
Zur Realisierung dieses Verfahrensschrittes ist es besonders zweckmässig, wenn das tiefgekühlte Flüssiggas zunächst in zwei Teilströme unterteilt, der erste Teilstrom mit einem externen Wärmetauschmedium erwärmt, rückvergast, anschliessend gezündet und unter Bildung des zusätzlichen Wärmetauschmediums verbrannt wird. Schliesslich wird der zweite Teilstrom des abgezweigten, tiefgekühlten Flüssiggases im Wärmetausch mit dem zusätzlich gebildeten Wärmetauschmedium rückvergast, so dass die Versorgung des nachgeordneten, verfahrenstechnischen Prozesses mit dem benötigten gasförmigen Medium jederzeit gewährleistet ist.
Allgemein kann diese Lösung für Prozesse in der Energieversorgung (Kraftwerke, Energieverteilung) in der Stahlindustrie oder der Chemischen Industrie genutzt werden, bei denen tiefgekühlte Flüssiggase, wie LNG oder LPG oder technische Gase (z.B. N2, O2, NH3 usw.) verdampft werden müssen und bei denen gleichzeitig das Erfordernis der Prozesskühlung besteht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als erstes Wärmetauschmedium ein Arbeitsmedium des der Rückvergasung nachgeordneten Prozesses eingesetzt und dieses Arbeitsmedium im direkten Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas abgekühlt wird. In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird durch die Rückvergasung aus dem flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand umgewandelter Brennstoff schliesslich einem Gasturbinenprozess zugeführt, dort zu einem Rauchgas verbrannt und letzteres zum Zweck der Arbeitsleistung entspannt. Dabei wird als erstes Wärmetauschmedium im Gasturbinenprozess zu verdichtende Umgebungsluft verwendet.
Die damit verbundene Senkung der Lufteintrittstemperatur des Verdichters führt zu einer deutlichen Verbesserung der abgegebenen Leistung und des Wärmeverbrauchs im Gasturbinenprozess. Da bei Verwendung des tiefgekühlten Flüssiggases als Kühlmedium für die anzusaugende Umgebungsluft keine zusätzliche Energie zur Bereitstellung eines externen Kühlmittels erforderlich ist, kann der Energieverbrauch des Gasturbinenprozesses trotz der höheren Leistung gesenkt werden. Neben den Kosten für externe Kühlmittel enffallen auch die mit deren Einsatz verbundenen Umweltbelastungen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich zum ersten ein zweiter Wärmetausch des tiefgekühlten Flüssiggases mit einem zweiten Wärmetauschmedium erfolgt. Anschliessend wird jedes Wärmetauschmedium einem separaten Teilschritt des nachgeordneten Prozesses zugeführt. Dabei wird rückvergaster, gasförmiger Brennstoff in einen Gasturbinenprozess eingebracht, dort zu einem Rauchgas verbrannt und letzteres zum Zweck der Arbeitsleistung entspannt. Als erstes Wärmetauschmedium wird ebenfalls im Gasturbinenprozess zu verdichtende Umgebungsluft verwendet. Das zweite Wärmetauschmedium wird als Wärmesenke eines mit dem Gasturbinenprozess verbundenen Dampfturbinenprozesses eingesetzt.
Diese Lösung ist insbesondere für Fälle geeignet, bei denen das tiefgekühlte Flüssiggas ein Kältepotential besitzt, welches durch die Kälteleistung des ersten Wärmetauschmediums nicht vollständig nutzbar ist. Durch Einsatz des zweiten Wärmetauschmediums als Wärmesenke des Dampfturbinenprozesses kann der für diesen Teilprozess vorgesehene Kühlaufwand deutlich verringert werden. Aufgrund der grösseren Anzahl von Schaltungsmöglichkeiten steigt sowohl die Variabilität des Gesamtprozesses als auch die Anzahl der möglichen Nutzer des Kältepotentials des tiefgekühlten Flüssiggases. Infolge der Aufteilung des Verdampfungsprozesses in zwei Verfahrensschritte und der somit zumindest teilweisen, räumlichen Trennung des Verdampfungsvorgangs des tiefgekühlten Flüssiggases vom Kühlvorgang der angesaugten Umgebungsluft, wird der Explosionsschutz der Gasturbinenanlage verbessert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei dieser Lösung Wasser als zweites Wärmetauschmedium verwendet wird. Dabei wird die Temperatur dieses Wassers im Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas auf nahe 0°C abgesenkt und das Wasser in Eiswasser umgewandelt. Gleichzeitig wird eine turbulente Strömung im Eiswasser erzeugt.
Durch den Einsatz von Wasser als zweites Wärmetauschmedium und die Absenkung der Temperatur des Wassers bis zum Gefrierpunkt entsteht mit dem Eiswasser ein Wärmetauschmedium, welches vorteilhaft einen hohen Wärmeübergang beim Wärmetausch mit der im Gasturbinenprozess zu verdichtenden Umgebungsluft gewährleistet. Dabei sorgt die turbulente Strömung des Eiswassers dafür, dass sich das Eis in den Rohrleitungen des Zwischenkühlkreislaufs nicht festsetzt. Ausserdem kann bei Verwendung von Wasser auf den Einsatz von Kühlmitteln wie Ammoniak, Freone, Glycol usw. verzichtet werden, was sowohl die Sicherheit des gesamten Prozesses erhöht als auch die Umwelt schont.
Bei Zugabe eines Additivs kann die Temperatur dieses Wassers im Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas ohne Gefahr der Vereisung der entsprechenden Rohrleitungen weiter abgesenkt werden. Dadurch wird ein weitaus grösserer Teil vom Kältepotential des tiefgekühlten Flüssiggases für die Kühlung des nachgeordneten Prozesses nutzbar.
Gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird als Wärmesenke zumindest eines der Teilschritte des der Rückvergasung des tiefgekühlten Flüssiggases nachgeordneten Prozesses ein Arbeitsmedium dieses nachgeordneten Prozesses eingesetzt. Dieses Arbeitsmedium wird zuvor im Wärmetausch mit einem ersten Wärmetauschmedium abgekühlt und letzteres nach diesem Wärmetausch zum Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas rezirkuliert. Durch die Rückvergasung aus dem flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand umgewandelter Brennstoff wird einem Gasturbinenprozess zugeführt, dort zu einem Rauchgas verbrannt und letzteres zum Zweck der Arbeitsleistung entspannt. Wie in der ersten Ausführungsform wird dabei als abzukühlendes Arbeitsmedium im Gasturbinenprozess zu verdichtende Umgebungsluft eingesetzt. Aufgrund der vollständigen Trennung der Verdampfung des tiefgekühlten Flüssiggases vom Kühlvorgang der angesaugten Umgebungsluft kann der Explosionsschutz der Gasturbinenanlage bei Leckagen deutlich verbessert werden.
Schliesslich wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung Wasser als erstes Wärmetauschmedium verwendet. Dabei wird die Temperatur dieses Wassers im Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas auf nahezu 0°C abgesenkt und das Wasser in Eiswasser umgewandelt. Gleichzeitig wird eine turbulente Strömung im Eiswasser erzeugt. Die damit verbundenen Vorteile entsprechen denen der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Analog der ersten Ausführungsform kann bei Zugabe eines Additivs die Temperatur dieses Wassers im Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas ohne Gefahr der Vereisung der entsprechenden Rohrleitungen weiter abgesenkt werden. Dadurch wird gleichfalls ein weitaus grösserer Teil vom Kältepotential des tiefgekühlten Flüssiggases für die Kühlung des nachgeordneten Prozesses nutzbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Anlage zur Aufbereitung von tiefgekühltem Flüssiggas für einen nachgeordneten verfahrenstechnischen Prozess dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung der Aufbereitungsanlage zur Verdampfung des Flüssiggases;
Fig. 2
eine Darstellung entsprechend Fig. 1, bei der die Aufbereitungsanlage sowohl mit einer Gasturbinenanlage als auch mit einer Dampfturbine verbunden ist;
Fig. 3
eine Vorderansicht einer quergeschnittenen Rohrleitung des Zwischenkühlkreislaufs der Aufbereitungsanlage;
Fig. 4
eine Darstellung gemäss Fig. 2, jedoch entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt ist beispielsweise der als Verbindung zwischen der Gasturbinenanlage und der Dampfturbine dienende Wasser-Dampf-Kreislauf, d.h. der Strömungsweg der entsprechenden Arbeitsmittel stromab der Gas- und der Dampfturbine. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Anlage zur Aufbereitung eines tiefgekühlten Flüssiggases 1 besteht hauptsächlich aus einem über eine Haupt-Flüssiggasleitung 2 mit einem Vorratstank 3 verbundenen Hauptverdampfer/Luftkühler 4. An letzteren schliesst stromab eine Hauptgasleitung 5 an, welche die Aufbereitungsanlage mit einer nachgeordneten Anlage 6 verbindet (Fig. 1). Diese nachgeordnete Anlage 6 weist einen verfahrenstechnischen Prozess auf, bei dem das tiefgekühlte Flüssiggas 1 als Brennstoff oder anderweitig in einem physikalischen und/oder chemischen Verfahren verwendet wird und bei dem gleichzeitig das Erfordernis einer Prozesskühlung besteht. Beispielsweise kann eine Gasturbinenanlage (Fig. 2) oder auch eine Anlage der Stahl- bzw. der chemischen Industrie (nicht dargestellt) mit der Aufbereitungsanlage verbunden sein. Natürlich können auch mehrere Vorratstanks 3 über eine gemeinsame Aufbereitungsanlage mit der Anlage 6 verbunden sein.
Im Inneren des Vorratstanks 3 ist eine Förderpumpe 7 und in der Haupt-Flüssiggasleitung 2, ausserhalb des Vorratstanks 3, eine Hochdruck-Speisepumpe 8 angeordnet. Zwischen den beiden Pumpen 7, 8 ist ein Rückschlagventil 9 ausgebildet. Stromab der Hochdruck-Speisepumpe 8 zweigt von der Haupt-Flüssiggasleitung 2 eine Rückflussleitung 10 zum Vorratstank 3 ab. In der Rückflussleitung 10 sind eine Drosselblende 11 und eine Rückschlagklappe 12 angeordnet (Fig. 1).
Weiter stromab zweigen von der Haupt-Flüssiggasleitung 2 eine erste und eine zweite Teilleitung 13, 14 ab. In der ersten Teilleitung 13 sind nacheinander ein Absperrventil 15, ein an einen Kühlkreislauf 16 angeschlossener Hilfsverdampfer 17, ein Druckregelventil 18 und ein Brenner 19 ausgebildet. Der Brenner 19 ist Bestandteil eines in der zweiten Teilleitung 14 angeordneten Überflutungsverdampfers 20, dem ein Absperrventil 21 vor- und eine Rückschlagklappe 22 nachgeschaltet sind. Letztere ist in einer Hilfsgasleitung 23 ausgebildet, welche stromab an den Überflutungsverdampfer 20 anschliesst und mit ihrem anderen Ende in die Hauptgasleitung 5 mündet.
Sowohl zwischen der Abzweigung der beiden Teilleitungen 13, 14 und dem Hauptverdampfer/Luftkühler 4, als auch zwischen letzterem und der Einmündung der Hilfsgasleitung 23, ist in der Haupt-Flüssiggasleitung 2 bzw. in der Hauptgasleitung 5 jeweils ein weiteres Absperrventil 24, 25 angeordnet. Zudem weist die Hauptgasleitung 5 stromauf der Anlage 6 ein Druckregelventil 26 auf. Eine ebenfalls mit der Anlage 6 verbundene Ansaugleitung 27 für ein erstes Wärmetauschmedium 28 ist die Haupt-Flüssiggasleitung 2 im Hauptverdampfer/Luftkühler 4 kreuzend angeordnet. Dabei wird als erstes Wärmetauschmedium 28 Umgebungsluft eingesetzt. Natürlich kann der Wärmetausch anstatt im Kreuzstromprinzip auch mittels eines anderen Wärmetauschprinzips, beispielsweise im Gegenstrom- oder im Gleichstromprinzip oder in gewickelten Wärmetauschern realisiert werden (nicht dargestellt).
Im Vorratstank 3 wird als tiefgekühltes Flüssiggas 1 Verwendung findendes, beispielsweise mit Kühltankschiffen angeliefertes Flüssig-Erdgas (LNG) gelagert. Bei normalem Betrieb der mit der Aufbereitungsanlage verbundenen Anlage 6 sind die in der Haupt-Flüssiggasleitung 2 bzw. in der Hauptgasleitung 5 angeordneten Absperrventile 24, 25 geöffnet und die Absperrventile 15, 21 der Teilleitungen 13, 14 geschlossen.
Das unter atmosphärischem Druck im Vorratstank 3 gelagerte, Flüssig-Erdgas (LNG) 1 wird mit Hilfe der Förderpumpe 7 in die Haupt-Flüssiggasleitung 2 gefördert. Die dort angeordnete Hochdruck-Speisepumpe 8 erhöht den Druck auf den erforderlichen Betriebsdruck und leitet das Flüssig-Erdgas 1 mit diesem Betriebsdruck zum Hauptverdampfer/Luftkühler 4 weiter. Dabei verhindert das zwischen den beiden Pumpen 7, 8 angeordnete Rückschlagventil 9 ein Zurückfliessen des Flüssig-Erdgases 1 über die Haupt-Flüssiggasleitung 2 in den Vorratstank 3. Die ungenutzte Menge an Flüssig-Erdgas 1 wird über die Rückflussleitung 10 zum Vorratstank 3 zurückgeführt. Die dort angeordnete Drosselblende 11 bewirkt eine Druckreduzierung der ständig zurückfliessenden Mindestmenge an tiefgekühltem Flüssig-Erdgas 1, ausgehend vom Druckniveau stromab der Hochdruck-Speisepumpe 8, auf das zum sicheren Rückströmen in den Vorratstank 3 erforderliche Druckniveau. Bei abgeschalteter Hochdruck-Speisepumpe 8 verhindert die Rückschlagklappe 12 ein Zurückströmen des tiefgekühlten Flüssig-Erdgases 1 aus der Rückflussleitung 10 in die Haupt-Flüssiggasleitung 2.
Im Hauptverdampfer/Luftkühler 4 erfolgt ein direkter Wärmetausch zwischen dem Flüssig-Erdgas 1 und in der Ansaugleitung 27 befindlicher Umgebungsluft 28. Dabei wird die zur Rückvergasung des Flüssig-Erdgases 1 erforderliche Verdampfungsenergie durch Wärmetausch zwischen der angesaugten Umgebungsluft 28 und dem Flüssig-Erdgas 1 gewonnen. Im Ergebnis dessen entsteht einerseits ein gasförmiger Brennstoff 29, in diesem Fall Erdgas, welcher in der Anlage 6 verbrannt wird. Dabei wird mittels des Druckreduzierventils 26 ein den Anforderungen der Anlage 6 entsprechender Gasdruck eingestellt. Andererseits wird die angesaugte Umgebungsluft 28 heruntergekühlt, wodurch der Kühlbedarf der nachgeordneten Anlage 6 befriedigt werden kann. Die als Arbeitsmedium der nachgeordneten Anlage 6 dienende und von dieser angesaugte Umgebungsluft 28 ist damit gleichzeitig das erste Wärmetauschmedium der Aufbereitungsanlage und der Luftkühler 4 wird zu deren Hauptverdampfer.
Beim Start der mit der Aufbereitungsanlage verbundenen Anlage 6 wird von dieser sofort ausreichend gasförmiger Brennstoff 29 benötigt. Zu diesem Zeitpunkt steht jedoch im Hauptverdampfer/Luftkühler 4 noch keine angesaugte Umgebungsluft 28 zur Rückvergasung des in der Haupt-Flüssiggasleitung 2 anliegenden, tiefgekühlten Flüssiggases 1 zur Verfügung. Daher werden zunächst die Absperrventile 24, 25 geschlossen, wodurch der Hauptverdampfer/Luftkühler 4 aus der Aufbereitungsanlage herausgenommen wird. Gleichzeitig erfolgt das Öffnen der in den beiden Teilleitungen 13, 14 angeordneten Absperrventile 15, 21. In die Teilleitung 13 strömt ein erster Teilstrom 30 des Flüssig-Erdgases 1 ein, welcher unter Einwirkung eines im Kühlkreislauf 16 zirkulierenden, externen Wärmetauschmediums 31 im Hilfsverdampfer 17 zu einem gasförmigen Brennstoff 29' rückvergast wird. Dabei wird mittels des Druckreduzierventils 18 ein den Anforderungen des Brenners 19 entsprechender Gasdruck eingestellt. Als externes Wärmetauschmedium 31 wird Seewasser eingesetzt, wobei natürlich auch andere geeignete Medien Verwendung finden können.
Nach dem Einströmen des gasförmigen Brennstoffs 29' in den Brenner 19 wird dieser gezündet, so dass im Uberflutungsverdampfer 20 heisse Rauchgase 32 entstehen. Dieses zusätzliche und interne Wärmetauschmedium 32 dient zur Rückvergasung eines über die zweite Teilleitung 14 zugeführten, zweiten Teilstromes 33 des Flüssig-Erdgases 1. Der dabei entstehende gasförmigen Brennstoff 29" wird über die Hilfsgasleitung 23 in die Hauptgasleitung 5 geführt und steht damit der nachgeordneten Anlage 6 zur Verfügung. Ein Rückströmen des gasförmigen Brennstoffs 29" in den Überflutungsverdampfer 20 wird durch die Rückschlagklappe 22 verhindert. Wenn die Anlage 6 angelaufen ist und ausreichend Umgebungsluft 28 ansaugt, wird der Hauptverdampfer/Luftkühler 4 in die Aufbereitungsanlage geschaltet. Dies geschieht durch Öffnen der zuvor geschlossenen Absperrventile 24, 25 und gleichzeitiges Schliessen der in den beiden Teilleitungen 13, 14 angeordneten Absperrventile 15, 21.
Bei einem Ausfall aber auch bei einer planmässigen Reparatur der Anlage 6 ist der Hauptverdampfer/Luftkühler 4 nicht in Betrieb. In diesem Fall wird die Aufbereitungsanlage, wie bereits oben beschrieben, auf den Überflutungsverdampfer 20 umgeschaltet und der dort erzeugte gasförmige Brennstoff 29" über eine in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Gasleitung 34 einem externen Verbraucher (nicht dargestellt) zugeführt. Natürlich kann statt des Überflutungsverdampfers 20 auch ein anderer, geeigneter Hilfsverdampfer eingesetzt werden.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die der Aufbereitungsanlage nachgeordnete Anlage 6 als Gasturbinenanlage, mit einem Verdichter 35, einer Brennkammer 36 und einer Gasturbine 37 ausgebildet. Demnach ist die an den Hauptverdampfer/Luftkühler 4 anschliessende Hauptgasleitung 5 stromab mit der Brennkammer 36 verbunden, während die Ansaugleitung 27 für die Umgebungsluft 28 in den Verdichter 35 mündet. Die Gasturbine 37 und der Verdichter 35 sind auf einer gemeinsamen Welle 38 gelagert, welche gleichzeitig auch einen Generator 39 aufnimmt (Fig. 2).
Zusätzlich weist die Aufbereitungsanlage einen zweiten, parallel zum Hauptverdampfer/Luftkühler 4 in der Hauptgasleitung 5 angeordneten Verdampfer 40 auf. Dazu verzweigt sich die Haupt-Flüssiggasleitung 2 an einer stromauf des zweiten Verdampfers 40 ausgebildeten Verzweigungsstelle 41 in zwei Flüssiggasteilleitungen 42, 43. In der ersten Flüssiggasteilleitung 42 ist der Hauptverdampfer /Luftkühler 4 im wesentlichen wie bereits oben beschrieben angeordnet. Abweichend davon weist er austrittseitig eine Zwischenleitung 44 zu einer Einmündungsstelle 45 in die austrittseitig des zweiten Verdampfers 40 angreifende Hauptgasleitung 5 auf. Das Absperrventil 24 des Hauptverdampfers/Luftkühlers 4 ist in der ersten Flüssiggasteilleitung 42 und das Absperrventil 25 in der Zwischenleitung 44 ausgebildet. Die zweite Flüssiggasteilleitung 43 nimmt den zweiten Verdampfer 40 auf, wobei zwischen diesem und der Verzweigungsstelle 41 ein Absperrventil 46 angeordnet ist. Ein weiteres Absperrventil 47 ist in der Hauptgasleitung 5, zwischen dem zweiten Verdampfer 40 und der Einmündungsstelle 45 der Zwischenleitung 44 ausgebildet. Zudem besitzt die Hauptgasleitung 5 im Bereich zwischen dem zweiten Verdampfer 40 und dem Absperrventil 47 eine Rückschlagklappe 48.
Der zweite Verdampfer 40 ist in einem aus Rohrleitungen 49 bestehenden Zwischenkühlkreislauf 50 angeordnet, welcher eine Rezirkulationspumpe 51, einen Hochtank 52 und einen Zweitkühler 53 für ein zweites Wärmetauschmedium 54 aufnimmt. Dieser Zweitkühler 53 ist Bestandteil eines Hauptkühlkreislaufs 55 einer an die Gasturbinenanlage 6 angeschlossenen Dampfturbine 56. Der Hauptkühlkreislauf 55 ist mit einem Hauptkühler 57 sowie mit einer Haupt-Kühlwasserpumpe 58 ausgestattet. Er ist über den Hauptkühler 57 mit einer Kühlquelle 59 verbunden, wobei als eine solche ein Kühlturm, ein Luftkühlung oder auch See- bzw. Flusswasser genutzt werden können. Die Rohrleitungen 49 des Zwischenkühlkreislaufs 50 sind in ihrem Inneren mit mehreren spiralförmig ausgebildeten Rippen 60 versehen (Fig. 3).
Die auf einer gemeinsamen Welle 61 mit einem Generator 62 sitzende Dampfturbine 56 ist sowohl dampfeingangsseitig über eine Frischdampfleitung 63 als auch dampfausgangsseitig über eine Abdampfleitung 64 mit einem nicht dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf und über letzteren mit der Gasturbine 37 verbunden. In der Abdampfleitung 64 ist ein Kondensator 65 angeordnet, an den stromab eine Wasserleitung 66 mit einer integrierten Kondensatpumpe 67 anschliesst. Der Kondensator 65 besitzt einen in den Hauptkühlkreislauf 55 mündenden und von diesem abzweigenden Kühlkreislauf 68 (Fig. 2).
Beim Betrieb der Gasturbinenanlage 6 und der Dampfturbine 56 wird das im Vorratstank 3 gelagerte Flüssig-Erdgas (LNG) 1 in der Aufbereitungsanlage zu einem gasförmigen Brennstoff 29, d.h. zu Erdgas rückvergast. Das Erdgas 29 wird in der Brennkammer 36 der Gasturbinenanlage 6 verbrannt. Dabei entstehen Rauchgase 69, die in der Gasturbine 37 entspannt werden und sowohl deren Antrieb als auch, über die Welle 38, dem Antrieb des Verdichters 35 und des Generators 39 dienen. Anschliessend werden die Turbinenabgase in einem nicht dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf mit Hilfe bekannter Verfahren zu Frischdampf umgewandelt. Der über die Frischdampfleitung 63 zur Dampfturbine 56 weitergeleitete Frischdampf wird in dieser entspannt und treibt damit den Generator 62 an. Im Kondensator 65 wird der Abdampf der Dampfturbine 56 kondensiert und das entstandene Wasser in den Wasser-Dampf-Kreislauf rezirkuliert.
Die Rückvergasung des Flüssig-Erdgases 1 erfolgt durch einen direkten Wärmetausch mit der vom Verdichter 35 angesaugten Umgebungsluft 28 im Hauptverdampfer/Luftkühler 4 der Aufbereitungsanlage. Dabei wird die zur Verdampfung erforderliche Energie durch die Kühlung der angesaugten Umgebungsluft 28 mit dem Flüssig-Erdgas 1 gewonnen. Der Einsatz der deutlich heruntergekühlten Umgebungsluft 28 als Arbeitsmedium des Verdichters 35 verbessert dessen Effektivität und die der gesamten Gasturbinenanlage 6. Die Umgebungsluft 28 ist damit gleichzeitig das erste Wärmetauschmedium der Aufbereitungsanlage und der Luftkühler 2 wird zu deren Hauptverdampfer.
Die zur Verdampfung des Flüssig-Erdgases 1 aus der angesaugten Umgebungsluft 28 verfügbare Energie schwankt in Abhängigkeit von der Jahreszeit. Zudem kommt, dass bei einer niedrigen Temperatur der angesaugten Umgebungsluft 28, wie das im Winter regelmässig der Fall ist, keine Notwendigkeit zu deren Kühlung besteht. Demnach wird die erforderliche Verdampfungsenergie bei entsprechenden Betriebsbedingungen dem Hauptkühlkreislauf 55 entnommen. Je nach Bedarf kann die Verdampfung des Flüssig-Erdgases 1 sowohl im Hauptverdampfer/Luftkühler 4 als auch im zweiten Verdampfer 40, oder auch nur in einem von beiden ablaufen. Wenn jedoch das Kältepotential des Flüssig-Erdgases 1 durch die Kälteleistung des ersten Wärmetauschmediums 28 nicht vollständig nutzbar ist, werden beide Verdampfungsvorgänge gleichzeitig genutzt.
Dabei erfolgt im Verdampfer 40, parallel zum im Hauptverdampfer/Luftkühler 4 stattfindenden ersten Wärmetausch, ein zweiter Wärmetausch des Flüssig-Erdgases 1 mit einem zweiten Wärmetauschmedium 54. Dazu fördert die Rezirkulationspumpe 51 im Hochtank 52 als zweites Wärmetauschmedium 54 vorrätiges Wasser zum Hauptkühlkreislauf 55 und anschliessend zurück zum Verdampfer 40. Der Hochtank 52 dient neben der Lagerung des Wassers 54 auch zur Steuerung des Ansaugdrucks der Rezirkulationspumpe 51 und zudem als Nivauausgleichsbehälter. Beim Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssig-Erdgas 1 wird die Temperatur des Wassers 54 auf nahezu 0°C abgesenkt und dadurch ein Teil des Wassers 54 in Eis umgewandelt, so dass sich stromab des Verdampfers 40 Eiswasser 54' im Zwischenkühlkreislauf 50 befindet.
Die spiralförmigen Rippen 60 erzeugen in den Rohrleitungen 49 des Zwischenkühlkreislaufs 50 eine turbulente Strömung des Eiswassers 54', so dass sich im Inneren der Rohrleitungen 49 kein Eis absetzen kann (Fig. 3). Natürlich kann dieser Effekt auch durch andere passive Mittel, wie beispielsweise entsprechende Einsätze bzw. Anti-Haftbeschichtungen, oder durch aktive Mittel, z.B. rotierende Wirbelerzeuger, unterstützt werden (nicht dargestellt). Mit diesem Eiswasser 54' wird eine effektive Kühlung des Kühlmediums 70 des Kondensators 65 ermöglicht.
Alternativ oder auch ergänzend zu den bisher beschriebenen Massnahmen werden dem Wasser 54 Additive (z.B. diverse Salze) zugesetzt. Damit lässt sich die Temperatur des beim Wärmetausch mit dem Flüssig-Erdgas 1 entstehenden Eiswassers 54' ohne Gefahr der Vereisung der Rohrleitungen 49 deutlich unter 0°C absenken. Auf diese Weise kann ein weitaus grösserer Teil vom Kältepotential des Flüssig-Erdgases 1 für die Kühlung des nachgeordneten Prozesses genutzt werden.
Der Hauptkühler 57 und die Kühlquelle 59 haben die gleiche Funktion wie der Zweitkühler 53. Sie werden dann eingesetzt, wenn das Kältepotential des Flüssig-Erdgases 1 für die erforderlichen Kühlzwecke nicht ausreicht oder wenn die Aufbereitungsanlage für das Flüssig-Erdgas 1 nicht in Betrieb ist und trotzdem ein Kühlbedarf besteht.
Natürlich kann der zweite Verdampfer 40 über den Zwischenkühlkreislauf 50 auch mit anderen Nutzern, beispielsweise mit dem nicht dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine 56 verbunden werden. Somit kann das Kältepotential des Flüssig-Erdgases 1 noch besser genutzt werden. Zudem ergeben sich verschiedene Schaltungsmöglichkeiten, welche die Variabilität der Anlage erhöhen.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die der Aufbereitungsanlage nachgeordnete Anlage 6 ebenfalls als mit einer Dampfturbine 56 zusammenwirkende Gasturbinenanlage ausgebildet. Der Verdichter 35 ist über die Ansaugleitung 27 mit einem Luftkühler 71 verbunden. In der Haupt-Flüssiggasleitung 2 ist ein Hauptverdampfer 72 für das Flüssig-Erdgas 1 angeordnet. Der Hauptverdampfer 72 ist Bestandteil eines Kühlkreislaufs 73, in dem ausser dem Hochtank 52 und der Rezirkulationspumpe 51 auch der Luftkühler 71 des Verdichters 35 der Gasturbinenanlage 6 in Reihe angeordnet ist. Stromab des Luftkühlers 71 sind im Kühlkreislauf 73 ein Absperrventil 74 und stromauf des Luftkühlers 71 ein Regelventil 75 ausgebildet (Fig. 4). Parallel zum Kühlkreislauf 73 ist ein Zwischenkühlkreislauf 76 angeordnet, welcher den Kühlkreislauf 73 mit dem analog dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Hauptkühlkreislauf 55 verbindet. Der Zwischenkühlkreislauf 76 besitzt zwei Absperrventile 77, 78, mit denen die Aufbereitungsanlage je nach konkreter Betriebssituation vom Hauptkühlkreislauf 55 getrennt oder mit diesem verbunden werden kann.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird mit vom Verdichter 35 angesaugter Umgebungsluft 28' ein Arbeitsmedium des der Rückvergasung des Flüssig-Erdgases 1 folgenden Prozesses als Wärmesenke dieses nachgeordneten Prozesses eingesetzt. Die Umgebungsluft 28' wird jedoch zuvor im Wärmetausch mit einem ersten Wärmetauschmedium 79 abgekühlt und letzteres nach diesem Wärmetausch zum Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssig-Erdgas 1 rezirkuliert. Als erstes Wärmetauschmedium 79 wird Wasser eingesetzt, welches beim Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssig-Erdgas 1 analog dem ersten Ausführungsbeispiel zum Teil in Eis umgewandelt wird. Demnach befindet sich stromab des Hauptverdampfers 72 Eiswasser 79' im Kühlkreislauf 73. Mittels der spiralförmigen Rippen 60 werden in den Rohrleitungen 49 des Kühlkreislaufs 73 ebenfalls Wirbel erzeugt, welche das Eiswasser 79' fliessfähig halten und ein Vereisen der Rohrleitungen 49 verhindern (Fig. 3). In Abhängigkeit vom Kühlbedarf der Anlage und vom Kältepotential des Flüssig-Erdgases 1 wird eine effektive Kühlung sowohl der Umgebungsluft als auch des Kühlmediums 70 des Kondensators 65 ermöglicht. Dazu kann neben dem Hauptverdampfer 72, durch entsprechendes Schliessen bzw. Öffnen der Ventile 74, 75 bzw. der Absperrventile 77, 78, wahlweise entweder der Luftkühler 71 und/oder der Zwischenkühlkreislauf 76 betrieben werden (Fig. 4).
Der bei der Rückvergasung gewonnene, gasförmige Brennstoff 29 wird ebenfalls der Brennkammer 36 zugeführt, dort zu einem Rauchgas 69 verbrannt und letzteres zum Zweck der Arbeitsleistung in der Gasturbine 37 entspannt. Alle weiteren Verfahrensschritte verlaufen analog dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bezugszeichenliste
1
tiefgekühltes Flüssiggas, Flüssig-Erdgas (LNG)
2
Haupt-Flüssiggasleitung
3
Vorratstank
4
Hauptverdampfer/Luftkühler
5
Hauptgasleitung
6
Anlage, Gasturbinenanlage
7
Förderpumpe, Pumpe
8
Hochdruck-Speisepumpe, Pumpe
9
Rückschlagventil
10
Rückflussleitung
11
Drosselblende
12
Rückschlagklappe
13
Teilleitung, erste
14
Teilleitung, zweite
15
Absperrventil
16
Kühlkreislauf
17
Hilfsverdampfer
18
Druckregelventil
19
Brenner
20
Überflutungsverdampfer
21
Absperrventil
22
Rückschlagklappe
23
Hilfsgasleitung
24
Absperrventil
25
Absperrventil
26
Druckregelventil
27
Ansaugleitung
28
erstes Wärmetauschmedium, Umgebungsluft
29
gasförmiger Brennstoff, Erdgas
30
Teilstrom, erster
31
externes Wärmetauschmedium, Seewasser
32
zusätzliches Wärmetauschmedium, Rauchgas
33
Teilstrom, zweiter
34
Gasleitung
35
Verdichter
36
Brennkammer
37
Gasturbine
38
Welle
39
Generator
40
Verdampfer, zweiter
41
Verzweigungsstelle
42
Flüssiggasteilleitung, erste
43
Flüssiggasteilleitung, zweite
44
Zwischenleitung
45
Einmündungsstelle
46
Absperrventil, in 43
47
Absperrventil
48
Rückschlagklappe
49
Rohrleitung
50
Zwischenkühlkreislauf
51
Rezirkulationspumpe
52
Hochtank
53
Zweitkühler
54
zweites Wärmetauschmedium, Wasser
55
Hauptkühlkreislauf
56
Dampfturbine
57
Hauptkühler
58
Haupt-Kühlwasserpumpe
59
Kühlquelle
60
Rippe (in 49)
61
Welle
62
Generator
63
Frischdampfleitung
64
Abdampfleitung
65
Kondensator
66
Wasserleitung
67
Kondensatpumpe
68
Kühlkreislauf
69
Rauchgas
70
Kühlmedium
71
Luftkühler
72
Hauptverdampfer
73
Kühlkreislauf
74
Absperrventil, in 73
75
Regelventil, in 73
76
Zwischenkühlkreislauf
77
Absperrventil, in 76
78
Absperrventil, in 76
79
erstes Wärmetauschmedium, Wasser
28'
Umgebungsluft, Arbeitsmedium
29'
gasförmiger Brennstoff
29"
gasförmiger Brennstoff
54'
Eiswasser
79'
Eiswasser

Claims (12)

  1. Verfahren zur Aufbereitung von tiefgekühltem Flüssiggas für einen nachgeordneten, in mehreren Teilschritten ablaufenden, verfahrenstechnischen Prozess, bei dem das tiefgekühlte Flüssiggas (1) vor seiner Nutzung im nachgeordneten Prozess, im Wärmetausch mit zumindest einem Wärmetauschmedium (28, 32, 54, 79) rückvergast wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteleistung des tiefgekühlten Flüssiggases (1) als Wärmesenke zumindest über ein Wärmetauschmedium (28, 54, 79) zumindest einem der Teilschritte des nachgeordneten Prozesses zugeführt und das tiefgekühlte Flüssiggas (1) bei Nichtverfügbarkeit dieses Wärmetauschmediums (28, 54, 79) mit einem zusätzlichen Wärmetauschmedium (32) rückvergast wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das tiefgekühlte Flüssiggas (1) zunächst in zwei Teilströme (30, 33) unterteilt wird, der erste Teilstrom (30) mit einem externen Wärmetauschmedium (31) rückvergast, anschliessend gezündet und unter Bildung des zusätzlichen Wärmetauschmediums (32) verbrannt wird, während der zweite Teilstrom (33) des tiefgekühlten Flüssiggases (1) im Wärmetausch mit dem zusätzlichen Wärmetauschmedium (32) rückvergast wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Wärmetauschmedium (28) im direkten Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas (1) abgekühlt und als erstes Wärmetauschmedium (28) ein Arbeitsmedium des nachgeordneten Prozesses verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum ersten ein zweiter Wärmetausch des tiefgekühlten Flüssiggases (1) mit einem zweiten Wärmetauschmedium (54) erfolgt und anschliessend jedes Wärmetauschmedium (28, 54) einem separaten Teilschritt des nachgeordneten Prozesses zugeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmesenke des zumindest einen Teilschrittes des nachgeordneten Prozesses ein Arbeitsmedium (28') des nachgeordneten Prozesses eingesetzt, dieses Arbeitsmedium (28') zuvor im Wärmetausch mit einem ersten Wärmetauschmedium (79) abgekühlt und letzteres nach diesem Wärmetausch zum Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas (1) rezirkuliert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das tiefgekühlte Flüssiggas (1) zu einem gasförmigen Brennstoff (29) rückvergast, dieser gasförmige Brennstoff (29) einem Gasturbinenprozess zugeführt, dort zu einem Rauchgas (69) verbrannt und letzteres zum Zweck der Arbeitsleistung entspannt wird, wobei im Gasturbinenprozess zu verdichtende Umgebungsluft als erstes Wärmetauschmedium (28) verwendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das tiefgekühlte Flüssiggas (1) zu einem gasförmigen Brennstoff (29) rückvergast, dieser gasförmige Brennstoff (29) einem Gasturbinenprozess zugeführt, dort zu einem Rauchgas (69) verbrannt und letzteres zum Zweck der Arbeitsleistung entspannt wird, wobei im Gasturbinenprozess zu verdichtende Umgebungsluft als erstes Wärmetauschmedium (28) verwendet und das zweite Wärmetauschmedium (54) als Wärmesenke eines mit dem Gasturbinenprozess verbundenen Dampfturbinenprozesses eingesetzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das tiefgekühlte Flüssiggas (1) zu einem gasförmigen Brennstoff (29) rückvergast, dieser gasförmige Brennstoff (29) einem Gasturbinenprozess zugeführt, dort zu einem Rauchgas (69) verbrannt und letzteres zum Zweck der Arbeitsleistung entspannt wird, wobei im Gasturbinenprozess zu verdichtende Umgebungsluft als das vom ersten Wärmetauschmedium (79) gekühlte Arbeitsmedium (28') eingesetzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Wärmetauschmedium (54) Wasser verwendet wird, die Temperatur dieses Wasser (54) im Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas (1) auf nahezu 0°C abgesenkt, dabei das Wasser (54) in Eiswasser (54') umgewandelt und gleichzeitig im Eiswasser (54') eine turbulente Strömung erzeugt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser (54) ein Additiv zugefügt und die Temperatur dieses Wassers (54) im Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas (1) weiter abgesenkt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Wärmetauschmedium (79) Wasser verwendet wird, die Temperatur dieses Wassers (79) im Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas (1) auf nahezu 0°C abgesenkt, dabei das Wasser (79) in Eiswasser (79') umgewandelt und gleichzeitig im Eiswasser (79') eine turbulente Strömung erzeugt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser (79) ein Additiv zugefügt und die Temperatur dieses Wassers (79) im Wärmetausch mit dem tiefgekühlten Flüssiggas (1) weiter abgesenkt wird.
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