EP4403826A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdampfen und erwärmen eines kryogenen mediiums - Google Patents

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EP4403826A1
EP4403826A1 EP23020020.6A EP23020020A EP4403826A1 EP 4403826 A1 EP4403826 A1 EP 4403826A1 EP 23020020 A EP23020020 A EP 23020020A EP 4403826 A1 EP4403826 A1 EP 4403826A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flue gas
transfer medium
heat exchanger
heat transfer
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP23020020.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fokke Bokker
Volkmar Lemme
Martin Murer
Kay-Oliver GUGEL
Nary Mistry
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to EP23020020.6A priority Critical patent/EP4403826A1/de
Priority to PCT/EP2023/025548 priority patent/WO2024153305A1/de
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    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/02—Preventing foaming
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/08—Boiling apparatus provided with reflux condenser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/0206—Heat exchangers immersed in a large body of liquid
    • F28D1/0213—Heat exchangers immersed in a large body of liquid for heating or cooling a liquid in a tank
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0033—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cryogenic applications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D2021/0064—Vaporizers, e.g. evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for evaporating a liquid cryogenic medium and heating or superheating the evaporated cryogenic medium.
  • SCVs are usually used to vaporize cryogenic liquids such as LNG (liquefied natural gas), for which a water bath with typical temperatures between 10 and 50°C is used.
  • LNG liquefied natural gas
  • the cryogenic liquid to be vaporized is passed through a heat exchanger located in this water bath.
  • the water bath itself is heated by flue gas streams from a burner whose burner flame has a temperature of over 1000°C.
  • the combustion chamber of the burner can be located entirely or partially in the water bath and the burner exhaust gas or flue gas can be injected into the water bath via appropriately distributed flue gas outlets.
  • the water bath can nevertheless be understood to be a good approximation as an isothermal heat source, which means that the vaporized cryogenic fluid cannot easily be heated above the water bath temperature.
  • the WO 2011/066939 A1 proposes a two-stage combustion process to evaporate a cryogenic fluid and then further heat it or superheat it.
  • the cryogenic fluid is passed through a first heat exchanger, which is designed as an SCV, i.e. has a water bath that is heated by flue gas.
  • Evaporated cryogenic fluid is then passed through a second heat exchanger, which is also heated with flue gas.
  • the flue gas emerging from the second heat exchanger can, due to its residual oxygen content, be used as an oxidizing agent for the burner to generate flue gas for the first heat exchanger.
  • Such a two-stage evaporation/heating of cryogenic fluid allows the Achieving high initial temperatures of the superheated gas phase, however, can be complex in structure and lead to high energy consumption.
  • the present invention relates to a method and a device for evaporating a liquid cryogenic medium or fluid and heating or superheating the evaporated cryogenic medium or fluid according to the independent patent claims. Further advantages and embodiments of the invention emerge from the following description and the dependent patent claims.
  • the cryogenic medium is first brought into heat exchange with a first heat transfer medium in a first heat exchanger or heat transfer device in order to transfer heat to the cryogenic medium and to evaporate it and optionally to heat it further, i.e. to superheat it, whereby the first heat transfer medium is in turn heated by means of at least one stream of flue gas.
  • a first heat transfer medium in a first heat exchanger or heat transfer device in order to transfer heat to the cryogenic medium and to evaporate it and optionally to heat it further, i.e. to superheat it, whereby the first heat transfer medium is in turn heated by means of at least one stream of flue gas.
  • the liquid cryogenic medium is not only evaporated, but also superheated by a few 10 to 100 K depending on the type and composition.
  • the evaporated cryogenic medium is then further heated or superheated at least in part by heat exchange with the at least one stream of flue gas and/or with a burner used to generate the flue gas (hereinafter also referred to as "direct heat exchange”).
  • the evaporated cryogenic medium is further heated or superheated at least in part by heat exchange with an intermediate heat transfer medium (hereinafter also referred to as "indirect heat exchange”), wherein the intermediate heat transfer medium is heated by heat exchange with the at least one stream of flue gas and/or with the burner used to generate the flue gas.
  • the present invention thus avoids a second combustion process by further and better utilizing the existing high-temperature heat generated for the evaporation process.
  • the "burner” may be a burner device that produces one or more streams of flue gas that are directed into and heat the first heat transfer medium or water bath of an SCV.
  • the burner is typically supplied with combustion air and fuel gas that are mixed and burned in a combustion chamber. Combustion air may also be forced into the combustion chamber by a fan.
  • the flue gas produced by combustion is directed into one or more manifolds that extend into the interior of the tank of the SCV and have exit openings through which flue gas exits to spread inside the tank and heat the first heat transfer medium or water bath.
  • liquid hydrogen (LH2) as a cryogenic medium: to store LH2, it is converted into parahydrogen.
  • the hydrogen should be superheated to temperatures of 35 to 40°C so that it leaves the catalytic converter at a temperature above 0°C to prevent the pipes from freezing.
  • achieving such high starting temperatures at a water bath temperature of 50°C is not economical, so other solutions must be sought.
  • the present invention is suitable for various liquid cryogenic media or fluids that can be present at different starting temperatures.
  • liquefied nitrogen, liquefied natural gas (LNG) or liquefied hydrogen (LH2) can be vaporized and then superheated.
  • the starting temperatures depend essentially on the requirements of the downstream processes.
  • the starting temperatures can be 45°C or even higher (up to 500°C), for nitrogen up to 200°C (or more).
  • a suitable water bath temperature or the temperature of the first heat transfer medium is between 10°C and 50°C, advantageously 10°C to 25°C. The lower the water bath temperature, the more effective the process, as already described above. Water bath temperatures below 10°C, for example 5°C, can also be suitable.
  • the present invention enables higher starting temperatures of the superheated vaporized cryogenic medium, in particular without increasing the water bath temperature or the temperature of the first heat transfer medium and thereby reducing process effectiveness.
  • a second combustion chamber or a second flue gas heater for (further) superheating the vaporized cryogenic medium can be dispensed with, thereby reducing the complexity of the overall device.
  • the invention distinguishes between a "direct heat exchange” (i.e. without an intermediate heat transfer medium) between the evaporated and optionally or mostly already superheated cryogenic medium and the at least one stream of flue gas and/or with the burner used to generate the flue gas and an "indirect heat exchange" via an intermediate heat transfer medium, whereby heat from this at least one stream of flue gas and/or from the burner used to generate the flue gas is transferred via the intermediate heat transfer medium to the evaporated and optionally or mostly already superheated cryogenic medium.
  • Option 1 in which the further heating or superheating of the evaporated cryogenic medium is carried out by means of direct heat exchange, the evaporated cryogenic medium in a second heat exchanger with the at least one stream of flue gas and/or with the burner used to generate the flue gas in heat exchange, wherein this second heat exchanger is arranged in the at least one stream of flue gas and/or on the burner used to generate the flue gas.
  • the second heat exchanger is therefore placed directly in the flue gas path between the burner and the outlet openings for the flue gas, through which the flue gas flows into the first heat transfer medium or the water bath.
  • the second heat exchanger can also be arranged directly on the burner itself in order to transfer its heat to the evaporated cryogenic medium.
  • the first heat exchanger is the main heat exchanger in the water bath for the evaporation of the liquid cryogenic medium. In this way, existing heat from the high-temperature flue gas or the burner used can be used effectively.
  • the output temperature of the further heated or superheated cryogenic medium can be adjusted or controlled or regulated, for example, by means of a bypass valve which leads at least a portion of the evaporated cryogenic medium to the second heat exchanger.
  • the evaporated cryogenic medium undergoes heat exchange with a first intermediate heat transfer medium in a third heat exchanger, whereby the first intermediate heat transfer medium absorbs heat from the burner used to generate the flue gas.
  • “Burner” is understood to mean all components that are present at the location of the burner flame up to the outlet openings for the flue gas. These components of the burner are naturally at high temperatures due to the high flame temperatures and the high thermal conductivity of the components, so that the heat of these components can be transferred to the first intermediate heat transfer medium.
  • This intermediate heat transfer medium can be pressurized water, for example.
  • the heat transfer can take place by means of one or more (“seventh") heat exchangers that are thermally connected to at least part of an inner wall and/or outer wall of the burner.
  • the first intermediate heat transfer medium heated in this way is then fed to the third heat exchanger to further heat or superheat the evaporated cryogenic medium.
  • the third heat exchanger itself - at least in part - is connected in a heat-conducting manner to at least part of an inner wall and/or outer wall of the burner in order to heat the first intermediate heat transfer medium, which then releases heat to the evaporated cryogenic medium at another location.
  • the numbering of the heat exchangers and the intermediate heat transfer media is naturally done to make it easier to distinguish between the individual heat exchangers or intermediate heat transfer media, particularly in combinations of the options described here.
  • Option 2 therefore uses the existing high-temperature heat of the burner used to generate the flue gas to effectively superheat the cryogenic medium. Again, only a portion of the evaporated cryogenic medium can be fed into the third heat exchanger mentioned. It is also possible to feed another portion into the second heat exchanger according to option 1, thus combining options 1 and 2.
  • the first intermediate heat transfer medium can at least partially exchange heat with the first heat transfer medium or the water bath of the SCV. In this way, excess heat can be released to the water bath or the first heat transfer medium in order to effectively control the output temperature.
  • the first intermediate heat transfer medium for example water
  • the third heat exchanger can be located outside the water bath, but in principle also inside the water bath. Due to the heat exchange with the first intermediate heat transfer medium, the combustion chamber is cooled in this option 2.
  • the first intermediate heat transfer medium can be a liquid such as water that is pumped through the third heat exchanger, or a gas such as evaporated water that circulates through the third heat exchanger (naturally) or is pumped by a pump.
  • the temperature of the first intermediate heat transfer medium can be controlled or regulated.
  • cooler water can be used from the water bath or more generally, a cooler first heat transfer medium can be used, which is fed into the intermediate heat transfer medium (e.g. also water), or warm water or steam (in the case of water as an intermediate heat transfer medium) can be fed into the water bath or more generally the first heat transfer medium.
  • the intermediate heat transfer medium e.g. also water
  • warm water or steam in the case of water as an intermediate heat transfer medium
  • the evaporated cryogenic medium enters into heat exchange with a second intermediate heat transfer medium via a fourth heat exchanger, wherein the second intermediate heat transfer medium enters into heat exchange with the at least one stream of flue gas via a fifth heat exchanger, wherein the fifth heat exchanger is arranged in the at least one stream of flue gas.
  • This option is therefore similar to Option 1, whereby an indirect heat exchange is carried out instead of a direct heat exchange.
  • the second intermediate heat transfer medium can extract heat from the hot exhaust gas/flue gas. The process can thus be carried out effectively.
  • the second intermediate heat transfer medium may again be a liquid such as water that is pumped through the fourth heat exchanger or a gas such as vaporized water that circulates through the fourth heat exchanger (naturally) or is pumped.
  • the temperature of the second intermediate heat transfer medium may be controlled or regulated.
  • excess heat may be transferred to the first heat transfer medium or the water bath of an SCV.
  • a spray nozzle may be used to direct a coolant, optionally a first heat transfer medium, into the at least one stream of flue gas in order to control the heat transferred to the second intermediate heat transfer medium. Since the first heat transfer medium or the water bath of an SCV represents the primary heat sink of the flue gas streams, the temperature control mechanisms mentioned do not affect the overall effectiveness of the vaporization of the liquid cryogenic medium.
  • a sixth heat exchanger which has a double-jacket tube, whereby evaporated cryogenic medium passed through the inner tube of the double-jacket tube is exchanged with a third intermediate heat transfer medium which is guided through the outer tube of the double-jacket tube, the sixth heat exchanger being arranged in the at least one flow of flue gas.
  • the third intermediate heat transfer medium can extract heat from the hot exhaust gas/flue gas behind the outlet from the burner.
  • the third intermediate heat transfer medium can be the first heat transfer medium or water from the water bath of an SCV, which is pumped through the sixth heat exchanger, in particular through the outer tube of the double-jacket tube.
  • water or another third intermediate heat transfer medium from another storage tank.
  • the temperature of the third intermediate heat transfer medium can be controlled or regulated as in option 3.
  • the temperature can also be adjusted via the flow rate of the third intermediate heat transfer medium pumped through the sixth heat exchanger.
  • the pressure in the inner and/or outer tube of the double-walled tube of the sixth heat exchanger can be measured.
  • damage or a leak in the outer tube can be detected by means of a pressure drop in this outer tube through which the third intermediate heat transfer medium is pumped. Should such damage occur in the inner tube through which the evaporated cryogenic medium is passed, the pressure in the outer tube would increase, so that damage to the inner tube can be detected in this way.
  • an SCV for the invention which has a water bath in a tank, wherein the main components, in particular the first heat exchanger and the outlet openings for the flue gas, are arranged in this tank.
  • the main components of the burner can be arranged in the tank.
  • the burner usually has a combustion chamber in which a fuel is burned with oxygen-containing gas.
  • the resulting flue gas is usually fed by means of the fan, which serves or can serve to (further) supply air during combustion, into a distributor pipe which leads through part of the tank and to which has outlet openings for the flue gas, through which the flue gas flows into the water bath.
  • At least part of the burner used to generate the flue gas in particular the combustion chamber and the distributor pipe, can be arranged in the water-filled area of the tank and/or at least part of all of the heat exchangers mentioned.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method described above, wherein the features described with the various methods, in particular with the various method options (option 1 to option 4), are also valid for the claimed device. In this respect, a detailed description of the corresponding device features is omitted here in order to avoid repetition.
  • FIG. 1 shows an embodiment for carrying out a method according to option 1 described above.
  • 130 designates a tank which is filled with a first heat transfer medium 100.
  • the filling level usually reaches up to the solid upper horizontal line, but can also reach up to the upper dashed horizontal line (100'). Accordingly, more or fewer components of the device are in the bath of the first heat transfer medium 100.
  • SCV Submerged Combustion Vaporizer
  • this is a water bath in a tank 130.
  • the water bath 100 is heated by a burner or, more generally, by a burner device 104.
  • 104 can, for example, designate the combustion chamber of the burner or the burner device.
  • the flue gas line serves as a distributor pipe 111 through which the flue gas 103 flows in the direction of the arrow and which has outlet openings through which the flue gas 103 exits to spread in the direction of the arrow inside the tank 130.
  • the flue gas can then leave the tank 130 via a chimney 106.
  • the burner 104 is supplied with combustion air 101 and a fuel gas 102.
  • the exhaust gas/flue gas produced by combustion heats the water bath 100.
  • a liquefied or liquid cryogenic medium or fluid 107 is led via a line into a first heat exchanger 105, which is located in the water bath 100. By exchanging heat between the liquid cryogenic medium 107 and the water bath 100, the liquid cryogenic medium 107 is evaporated and is usually already slightly superheated.
  • the evaporated cryogenic medium 108 is led out of the heat exchanger 105.
  • the existing heat generated by the combustion of the fuel gas is further utilized without thereby influencing the temperature of the water bath.
  • the evaporated cryogenic medium 108 is passed into a second heat exchanger 110, wherein as in Figure 1 schematically shown is the second heat exchanger 110 in which at least one flow of flue gas 103 is arranged, here for example in the distributor pipe 111.
  • the heat of the flue gas can be used effectively to superheat the cryogenic medium 108 by direct heat exchange with the flue gas flowing in the distributor pipe 111 (109).
  • Option 2 further heating or superheating is carried out by means of indirect heat exchange.
  • Option 2 is in Figure 2 shown schematically.
  • the evaporated cryogenic medium 108 emerges from the first heat exchanger 105 in the same way as explained in connection with option 1 and is led into a third heat exchanger 112 in order to exchange heat there via a first intermediate heat transfer medium 113, 114 and then to leave the heat exchanger 112 in a superheated state as a superheated cryogenic medium 109.
  • the heat that the burner 104 or the component of this burner or the burner device 104 generates due to the combustion of the fuel gas 102 and the good thermal conductivity of the usually metallic components of the burner 104 is used for this indirect heat exchange.
  • the heat transfer to the intermediate carrier medium 113, 114 can take place by means of one or more further heat exchangers, which are at least partially connected to at least a part of an inner wall (cf. Figure 5 ) and/or outer wall of the burner 104, in particular the combustion chamber, are connected in a heat-conducting manner.
  • This one or these several heat exchangers can also be referred to as the seventh heat exchanger.
  • the heat exchangers are naturally numbered to make it easier to distinguish between the individual heat exchangers.
  • This seventh heat exchanger can, for example, extend in a spiral shape over the combustion chamber of the burner 104, as a result of which the combustion chamber is cooled and the first intermediate heat transfer medium 113, 114 is heated.
  • the correspondingly heated intermediate heat transfer medium 114 is fed to the third heat exchanger 112, in which it heats or superheats the evaporated cryogenic medium 108.
  • the first intermediate heat transfer medium 113 cooled as a result is then fed back to the seventh heat exchanger (not shown separately here).
  • the third heat exchanger 112 extends in part over at least a part of an inner wall/outer wall of the burner 104 in order to heat the first intermediate heat transfer medium 113 circulating in its lines, which then enters into heat exchange with the vaporized cryogenic medium 108 at another location.
  • Figure 2 shows schematically, based on the above-mentioned different water levels of the water bath 100, that the third heat exchanger 112 can be located outside the water bath 100. However, it is also possible, particularly if there are suitable accommodation options, to also introduce the third heat exchanger 112 into the water bath 100.
  • FIG. 3 shows schematically an embodiment for implementing the above-described option 3 according to the invention.
  • evaporated cryogenic medium 108 leaves the first heat exchanger 105.
  • an indirect heat exchange takes place using a second intermediate heat transfer medium 117, 118.
  • the latter is heated in a fifth heat exchanger 115, wherein the fifth heat exchanger 115 is arranged in the at least one flow of flue gas 103.
  • Second intermediate heat transfer medium 117 is fed to the fifth heat exchanger 115, whereby it is heated and the fifth heat exchanger 115 in heated form as intermediate heat transfer medium 118.
  • the fourth heat exchanger 116 In this form it is fed to the fourth heat exchanger 116, where it enters into heat exchange with the evaporated cryogenic medium 108 to produce superheated cryogenic medium 109, which leaves the fourth heat exchanger 116.
  • the numbering of the intermediate heat transfer media is again only done for reasons of better differentiation between the individual options.
  • the optional water level of the water bath 100 indicates that the fourth heat exchanger 116 can in principle be arranged outside the water bath 100, but also inside the water bath 100'.
  • Figure 4 an embodiment for implementing the above-described option 4 of the invention.
  • initially evaporated cryogenic medium 108 emerges from the first heat exchanger 105.
  • the further heating or superheating is also carried out here by means of indirect heat exchange, i.e. by means of an intermediate heat transfer medium, here the third intermediate heat transfer medium 121, 122.
  • a sixth heat exchanger 119 is used, which has a double-jacket tube, which has an inner tube, in Figure 4 referred to as element 120, and has an outer tube.
  • the vaporized cryogenic medium 108 is passed through the inner tube 120. It leaves the inner tube 120 as a superheated cryogenic medium 109.
  • the heating takes place via the third intermediate heat transfer medium 121, 122 mentioned, which is passed/pumped through the outer tube of the double-jacket tube of the sixth heat exchanger 119. Similar to options 1 and 3, the sixth heat exchanger 119 is arranged in the at least one stream of flue gas 103. As a result, the third intermediate heat transfer medium 122 can be effectively heated by the streams of flue gas located there. The third intermediate heat transfer medium 122 heated in this way then enters into heat exchange with the vaporized cryogenic medium 108, which leaves the heat exchanger 119 as a superheated cryogenic medium 109.
  • Water from the water bath 100 can be used as the third intermediate heat transfer medium 121, 122 (cf. Figure 6 ), which is pumped under pressure through the outer tube of the double-jacket tube of the sixth heat exchanger 119.
  • FIG. 5 shows an embodiment for carrying out a method according to a combination of options 1 and 2 described above.
  • the same reference numerals denote the same or at least the same-acting components.
  • the SCV (Submerged Combustion Vaporizer) shown here is a water bath 100 in a tank 130.
  • the water bath 100 is heated by a burner device 104.
  • the burner 104 is supplied with combustion air 101 and a fuel gas 102 to be mixed and burned in the lower part, the combustion chamber.
  • Combustion air 101 is also supplied to the upper part of the burner device 104, where it is pressed downwards towards the combustion chamber by means of a fan.
  • the flue gas 103 resulting from the combustion is fed into the distribution pipe 111 which extends to a certain depth of the tank 130 and which has outlet openings (not shown) through which the flue gas 103 exits to spread inside the tank 130 and to heat the water bath 100.
  • a liquefied or liquid cryogenic medium or fluid 107 is fed via a line into a first heat exchanger 105, which is located in the water bath 100.
  • the liquid cryogenic medium 107 is evaporated and is usually already slightly overheated.
  • the evaporated cryogenic medium 108 or 108 ⁇ is led out of the heat exchanger 105.
  • the evaporated cryogenic medium 108 can be led into a second heat exchanger 110, as in Figure 5 schematically shown the second heat exchanger 110 in which at least one flow of flue gas 103 is arranged in the distributor pipe 111. This allows the heat of the flue gas to be used effectively to directly exchange heat with the heat in the distributor pipe 111 flowing flue gas 103 to superheat the cryogenic medium 108, which leaves the SCV as medium 109.
  • the medium 108' can be superheated according to option 2. It is also possible to further superheat part of the evaporated medium according to option 1 and another part according to option 2. In addition to option 1, further superheating of at least part of the medium 109 as medium 108' can also be carried out according to option 2. For this purpose, the relevant lines are connected accordingly with multiple valves.
  • the further heating or superheating is carried out by means of indirect heat exchange.
  • the evaporated cryogenic medium 108' or the medium 109 already superheated according to option 1 enters a third heat exchanger 112 as medium 108 ⁇ in order to absorb heat there via a first intermediate heat transfer medium 113, 114 and then leave the heat exchanger 112 in a further superheated state as a superheated cryogenic medium 109'.
  • the heat that the burner device 104 has due to the combustion of the fuel gas 102 and the good thermal conductivity of the usually metallic components of the burner device 104 is used for this indirect heat exchange.
  • the heat transfer to the intermediate carrier medium 113, 114 can take place by means of one or more further heat exchangers or lines, which - as in Figure 5 shown - are at least partially connected in a heat-conducting manner to at least part of an inner wall of the combustion chamber of the burner device 104.
  • This heat exchanger line can, for example, extend spirally over the interior of the combustion chamber, whereby the combustion chamber is cooled and the first intermediate heat transfer medium 113, 114 is heated.
  • the correspondingly heated intermediate heat transfer medium 114 is fed to the third heat exchanger 112, in which it heats or superheats the evaporated cryogenic medium 108', which leaves the SCV as superheated medium 109 ⁇ .
  • Figure 6 shows an embodiment for carrying out a method according to a combination of the above-described options 3 and 4 in an SCV according to Figure 5
  • Identical reference symbols designate identical or at least equivalent components.
  • vaporized cryogenic medium 108 leaves the first heat exchanger 105.
  • an indirect heat exchange can take place using a second intermediate heat transfer medium 117, 118.
  • the latter is heated in a fifth heat exchanger 115, wherein the fifth heat exchanger 115 is arranged in the at least one stream of flue gas 103.
  • the heated intermediate heat transfer medium 118 is fed to the fourth heat exchanger 116, in which it enters into heat exchange with the vaporized cryogenic medium 108 in order to generate superheated cryogenic medium 109, which leaves the fourth heat exchanger 116.
  • the temperature of the intermediate heat transfer medium 118 can be controlled by using a pump 150 and a spray nozzle 151 to spray a coolant, here water from the water bath 100, into the stream of flue gas 103 and thus lower the flue gas temperature.
  • the medium 108' can be superheated according to option 4. It is also possible to further superheat part of the evaporated medium according to option 3 and another part according to option 4. In addition to option 4, further superheating of at least part of the medium 109' as medium 108 can also be carried out according to option 3.
  • the relevant lines are connected accordingly with multiple valves.
  • evaporated cryogenic medium 108 ⁇ initially exits the first heat exchanger 105.
  • the further heating or superheating also takes place here by means of indirect heat exchange, i.e. by means of the third intermediate heat transfer medium 121, 122.
  • a sixth heat exchanger 119 is used which has a double-jacket tube, which has an inner tube and an outer tube.
  • the evaporated cryogenic medium 108' is guided through the inner tube. It leaves the inner tube as superheated cryogenic medium 109 ⁇ .
  • the heating takes place via the aforementioned third intermediate heat transfer medium 121, 122, which is guided/pumped through the outer tube of the double-jacket tube of the sixth heat exchanger 119.
  • the sixth heat exchanger 119 is arranged in the flow of flue gas 103.
  • the third intermediate heat transfer medium 122 can be effectively heated by the flue gas 103.
  • the third intermediate heat transfer medium heated in this way 122 then enters into heat exchange with the evaporated cryogenic medium 108 ⁇ , which leaves the heat exchanger 119 as superheated cryogenic medium 109 ⁇ .
  • Water from the water bath 100 can be used as the third intermediate heat transfer medium 121, 122, which is pumped under pressure through the outer tube of the double-jacket tube of the sixth heat exchanger 119 by means of a pump 140.

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Abstract

Die Erfindung betrifftFehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdampfen eines flüssigen kryogenen Medium (107) und Erwärmen des verdampften kryogenen Medium (108), wobei das kryogene Medium in einem ersten Wärmetauscher (105) mit einem ersten Wärmeträgermedium (100) in Wärmetausch tritt und verdampft wird, wobei das erste Wärmeträgermedium (100) seinerseits mittels mindestens eines Stromes von Rauchgas (103) erwärmt wird, und wobei das verdampfte kryogene Medium (108) zumindest zum Teil durch Wärmetausch mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) und/oder mit einem zur Erzeugung des Rauchgases (103) eingesetzten Brenner (104) weiter erwärmt wird und/oder wobei das verdampfte kryogene Medium (108) zumindest zum Teil durch Wärmetausch mit einem Zwischenwärmeträgermedium weiter erwärmt wird, wobei das Zwischenwärmeträgermedium durch Wärmetausch mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) und/oder mit dem zur Erzeugung des Rauchgases (103) eingesetzten Brenner (104) erwärmt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdampfen eines flüssigen kryogenen Medium und Erwärmen bzw. Überhitzen des verdampften kryogenen Medium.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Entsprechende Vorrichtungen sind beispielsweise als Tauchflammenverdampfer bzw. Tauchbrennerverdampfer (engl.: "submerged combustion vaporizer", im Folgenden SCV) bekannt. SCVs werden üblicherweise zur Verdampfung kryogener Flüssigkeiten wie LNG (liquified natural gas) eingesetzt, wozu ein Wasserbad mit typischen Temperaturen zwischen 10 und 50°C verwendet wird. Die zu verdampfende kryogene Flüssigkeit wird durch einen in diesem Wasserbad befindlichen Wärmetauscher geleitet. Das Wasserbad selbst wird von Rauchgasströmen eines Brenners erwärmt, dessen Brennerflamme eine Temperatur von über 1000°C besitzt. Beispielsweise kann sich die Brennkammer des Brenners ganz oder teilweise in dem Wasserbad befinden und das Brennerabgas bzw. Rauchgas über entsprechend verteilte Rauchgasauslässe in das Wasserbad eingedüst werden. Insgesamt kann das Wasserbad dennoch in guter Näherung als isotherme Wärmequelle verstanden werden, woraus folgt, dass das verdampfte kryogene Fluid nicht ohne weiteres oberhalb der Wasserbadtemperatur erwärmt werden kann.
  • Die WO 2011/066939 A1 schlägt einen zweistufigen Verbrennungsprozess vor, um ein kryogenes Fluid zu verdampfen und anschließend weiter zu erwärmen bzw. zu überhitzen (engl.: "superheating"). Hierzu wird das kryogene Fluid durch einen ersten Wärmetauscher geleitet, der als SCV ausgebildet ist, also ein Wasserbad aufweist, welches durch Rauchgas erwärmt wird. Verdampftes kryogenes Fluid wird anschließend durch einen zweiten Wärmetauscher geleitet, der ebenfalls mit Rauchgas erwärmt wird. Das aus dem zweiten Wärmetauscher austretende Rauchgas kann aufgrund seines Restsauerstoffgehaltes als Oxidationsmittel für den Brenner zur Erzeugung von Rauchgas für den ersten Wärmetauscher verwendet werden. Eine derartige zweistufige Verdampfung/Erwärmung von kryogenem Fluid erlaubt das Erreichen hoher Ausgangstemperaturen der überhitzten Gasphase, kann jedoch im Aufbau komplex sein und zu einem hohen Energieeinsatz führen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verdampfen eines flüssigen kryogenen Medium bzw. Fluid und Erwärmen bzw. Überhitzen des verdampften kryogenen Medium bzw. Fluid gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den abhängigen Patentansprüchen.
  • Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren zum Verdampfen eines flüssigen kryogenen Medium und Erwärmen des verdampften kryogenen Medium wird zunächst das kryogene Medium in einen ersten Wärmetauscher bzw. Wärmeübertrager mit einem ersten Wärmeträgermedium in Wärmetausch gebracht, um Wärme auf das kryogene Medium zu übertragen und es zu verdampfen und optional weiter zu erwärmen, also zu überhitzen (engl. "superheating"), wobei das erste Wärmeträgermedium seinerseits mittels mindestens eines Stroms vom Rauchgas erwärmt wird. Dieser Aufbau kann dem oben behandelten SCV entsprechen. In der Regel wird das flüssige kryogene Medium dabei nicht nur verdampft, sondern je nach Art und Zusammensetzung auch schon um einige 10 bis 100 K überhitzt. Das verdampfte kryogene Medium wird anschließend zumindest zum Teil durch Wärmetausch mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas und/oder mit einem zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenner weiter erwärmt bzw. überhitzt (im Folgenden auch als "direkter Wärmetausch" bezeichnet). Alternativ oder zusätzlich wird das verdampfte kryogene Medium zumindest zum Teil durch Wärmetausch mit einem Zwischenwärmeträgermedium weiter erwärmt bzw. überhitzt (im Folgenden auch als "indirekter Wärmetausch" bezeichnet, wobei das Zwischenwärmeträgermedium durch Wärmetausch mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas und/oder mit dem zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenner erwärmt wird. Die vorliegende Erfindung vermeidet somit einen zweiten Verbrennungsprozess, indem sie die vorhandene Hochtemperaturwärme, die für den Verdampfungsprozess erzeugt wird, weiter und besser ausnutzt.
  • Bei dem "Brenner" kann es sich um eine Brennereinrichtung handeln, die einen oder mehrere Ströme Rauchgas erzeugt, die in das erste Wärmeträgermedium bzw. das Wasserbad eines SCV geleitet werden und dieses erwärmen. Der Brenner wird typischerweise mit Verbrennungsluft und Brenngas versorgt, die in einer Brennkammer gemischt und verbrannt werden. Verbrennungsluft kann dabei auch mittels eines Ventilators in die Brennkammer gedrückt werden. Das durch die Verbrennung entstehende Rauchgas wird in ein oder mehrere Verteilerrohre geleitet, das bzw. die sich in das Innere des Tanks des SCV erstrecken und Ausgangsöffnungen aufweisen, durch die Rauchgas austritt, um sich im Inneren des Tanks auszubreiten und das erste Wärmeträgermedium bzw. Wasserbad zu erwärmen.
  • In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass eine Erhöhung der Wasserbadtemperatur eines SCVs entsprechend einer Erhöhung der Temperatur des ersten Wärmeträgermedium zur Erzielung höherer Ausgangstemperaturen des erwärmten bzw. überhitzten kryogenen Medium kontraproduktiv ist, da es mit einer geringeren Prozesswirksamkeit aufgrund einer geringeren Kondensationsrate des im Verbrennungsprozess erzeugten Wasserdampfes einhergeht. Zudem muss in diesem Fall der Querschnitt der Rohre des Rohrbündels des ersten Wärmetauschers stark vergrößert werden, da die treibende Temperaturdifferenz bei höheren Ausgangstemperaturen geringer ausfällt. Die Prozesseffektivität nimmt somit zu, je geringer die Wasserbadtemperatur bzw. die Temperatur des ersten Wärmeträgermedium ist.
  • Eine weitere Besonderheit besteht bei flüssigem Wasserstoff (LH2) als kryogenes Medium: zur Speicherung von LH2 wird dieses in Parawasserstoff gewandelt. Die Rückwandlung in den Gleichgewichtszustand mit etwa 75% Orthowasserstoff, Rest Parawasserstoff, ist endotherm. Damit diese Rückwandlung nicht im SCV stattfindet, sondern in einem katalytischen Wandler stromabwärts, sollte der Wasserstoff auf Temperaturen von 35 bis 40°C überhitzt werden, sodass er den katalytischen Wandler bei einer Temperatur von oberhalb 0°C verlässt, um ein Gefrieren der Leitungen zu vermeiden. Solch hohe Ausgangstemperaturen bei einer Wasserbadtemperatur von 50°C zu erreichen, ist jedoch nicht ökonomisch, sodass nach anderen Lösungen gesucht werden muss.
  • Die vorliegende Erfindung eignet sich für verschiedene flüssige kryogene Medien bzw. Fluide, die bei unterschiedlichen Ausgangstemperaturen vorliegen können. Beispielsweise kann verflüssigter Stickstoff, verflüssigtes Erdgas (LNG) oder verflüssigter Wasserstoff (LH2) verdampft und anschließend überhitzt werden. Die Ausgangstemperaturen hängen im Wesentlichen von den Anforderungen der nachgeschalteten Prozesse ab. Für Wasserstoff können die Ausgangstemperaturen beispielsweise bei 45°C oder auch darüber (bis hin zu 500°C) liegen, bei Stickstoff bis 200°C (oder darüber hinaus). Eine geeignete Wasserbadtemperatur bzw. die Temperatur des ersten Wärmeträgermedium liegt zwischen 10°C und 50°C, vorteilhafterweise bei 10°C bis 25°C. Je tiefer die Wasserbadtemperatur, desto effektiver ist der Prozess, wie bereits oben beschrieben. Auch Wasserbadtemperaturen von unterhalb 10°C, beispielsweise 5°C, können geeignet sein.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht höhere Ausgangstemperaturen des überhitzten verdampften kryogenen Medium, insbesondere ohne die Wasserbadtemperatur bzw. die Temperatur des ersten Wärmeträgermedium zu erhöhen und dadurch an Prozesseffektivität einzubüßen. Außerdem kann auf eine zweite Brennkammer bzw. eine zweite Rauchgaserwärmung zum (weiteren) Überhitzen des verdampften kryogenen Medium verzichtet werden, wodurch die Komplexität der Gesamtvorrichtung verringert wird.
  • Die Erfindung unterscheidet zwischen einem "direkten Wärmetausch" (d.h. ohne Zwischenwärmeträgermedium) zwischen dem verdampften und optional bzw. zumeist bereits überhitzten kryogenen Medium und dem mindestens einen Strom vom Rauchgas und/oder mit dem zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenner und einem "indirekten Wärmetausch" über ein Zwischenwärmeträgermedium, wobei hier Wärme von diesem mindestens einen Strom vom Rauchgas und/oder von dem zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenner über das Zwischenwärmeträgermedium auf das verdampfte und optional bzw. zumeist bereits überhitzte kryogenen Medium übertragen wird. Dies führt zu mehreren Optionen, die getrennt voneinander oder aber in verschiedenen Kombinationen miteinander realisiert werden können.
  • Bei einer ersten Option ("Option 1"), bei der das weitere Erwärmen bzw. Überhitzen des verdampften kryogenen Medium mittels direktem Wärmetausch erfolgt, tritt das verdampfte kryogene Medium in einem zweiten Wärmetauscher mit dem mindestens einen Strom vom Rauchgas und/oder mit dem zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenner in Wärmetausch, wobei dieser zweite Wärmetauscher in dem mindestens einen Strom von Rauchgas und/oder an dem zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenner angeordnet ist. Der zweite Wärmetauscher wird hierzu folglich direkt in den Rauchgasweg zwischen dem Brenner und den Auslassöffnungen für das Rauchgas, durch die das Rauchgas in das erste Wärmeträgermedium bzw. das Wasserbad strömt, gesetzt. Prinzipiell kann der zweite Wärmetauscher auch direkt an dem Brenner selbst angeordnet werden, um dessen Wärme an das verdampfte kryogene Medium zu übertragen. Der erste Wärmetauscher ist im Falle eines SCVs der im Wasserbad befindliche Hauptwärmetauscher für die Verdampfung des flüssigen kryogenen Medium. Auf diese Weise kann vorhandene Wärme des Hochtemperatur-Rauchgases bzw. des eingesetzten Brenners wirksam genutzt werden. Die Ausgangstemperatur des weiter erwärmten bzw. überhitzten kryogenen Medium kann beispielsweise mittels eines Bypass-Ventils, das zumindest einen Teil des verdampften kryogenen Medium zu dem zweiten Wärmetauscher führt, eingestellt bzw. gesteuert bzw. geregelt werden.
  • Bei einer zweiten Option ("Option 2"), bei der das weitere Erwärmen bzw. Überhitzen mittels indirektem Wärmetausch erfolgt, tritt das verdampfte kryogene Medium in einem dritten Wärmetauscher mit einem ersten Zwischenwärmeträgermedium in Wärmetausch, wobei das erste Zwischenwärmeträgermedium Wärme von dem zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenner aufnimmt. Unter "Brenner" sollen hierbei alle Komponenten verstanden werden, die am Ort der Brennerflamme bis hin zu den Austrittsöffnungen für das Rauchgas vorhanden sind. Diese Komponenten des Brenners befinden sich naturgemäß aufgrund der hohen Flammentemperaturen und aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der Komponenten auf hohen Temperaturen, sodass die Wärme dieser Komponenten auf das erste Zwischenwärmeträgermedium übertragen werden kann. Dieses Zwischenwärmeträgermedium kann beispielsweise unter Druck stehendes Wasser sein. Die Wärmeübertragung kann mittels eines oder mehrerer ("siebter") Wärmetauscher erfolgen, die mit zumindest einem Teil einer Innenwand und/oder Außenwand des Brenners wärmeleitend verbunden sind. Das derart erwärmte erste Zwischenwärmeträgermedium wird dann dem genannten dritten Wärmetauscher zugeführt, um das verdampfte kryogene Medium weiter zu erwärmen bzw. zu überhitzen. Es ist auch möglich, dass der dritte Wärmetauscher selbst - zumindest zum Teil - mit zumindest einem Teil einer Innenwand und/oder Außenwand des Brenners wärmeleitend verbunden ist, um das erste Zwischenwärmeträgermedium zu erwärmen, das dann an anderer Stelle Wärme an das verdampfte kryogene Medium abgibt. Die Durchnummerierung der Wärmetauscher sowie der Zwischenwärmeträgermedien erfolgt naturgemäß zur besseren Unterscheidbarkeit der einzelnen Wärmetauscher bzw. Zwischenwärmeträgermedien, insbesondere bei Kombinationen der hier geschilderten Optionen.
  • Option 2 nutzt folglich die vorhandene Hochtemperatur-Wärme des zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenners zur effektiven Überhitzung des kryogenen Medium. Wiederum kann nur ein Teil des verdampften kryogenen Medium in dem genannten dritten Wärmetauscher geleitet werden. Es ist auch möglich, einen weiteren Teil in den zweiten Wärmetauscher gemäß Option 1 zu leiten und somit die Optionen 1 und 2 zu kombinieren.
  • In einer Ausgestaltung kann das erste Zwischenwärmeträgermedium zumindest zum Teil in Wärmetausch mit dem ersten Wärmeträgermedium bzw. dem Wasserbad des SCVs treten. Auf diese Weise kann überschüssige Wärme an das Wasserbad bzw. das erste Wärmeträgermedium abgegeben werden, um die Ausgangstemperatur wirksam zu kontrollieren.
  • Das erste Zwischenwärmeträgermedium, beispielsweise Wasser, wird über eine Pumpe durch den dritten Wärmetauscher gepumpt, wobei ein Verdampfen des Wassers möglichst vermieden werden soll. Bei Einsatz eines SCV kann der dritte Wärmetauscher außerhalb des Wasserbades, prinzipiell aber auch innerhalb des Wasserbades angeordnet sein. Aufgrund des Wärmetausches mit dem ersten Zwischenwärmeträgermedium wird bei dieser Option 2 folglich die Brennkammer gekühlt.
  • Bei der Option 2 kann, wie bereits ausgeführt, als erstes Zwischenträgermedium eine Flüssigkeit wie Wasser verwendet werden, die durch den dritten Wärmetauscher gepumpt wird, oder ein Gas wie verdampftes Wasser verwendet werden, das durch den dritten Wärmetauscher (in natürlicher Weise) zirkuliert oder mittels einer Pumpe gepumpt wird. Die Temperatur des ersten Zwischenwärmeträgermedium kann kontrolliert oder geregelt werden. Hierzu kann kühleres Wasser von dem Wasserbad bzw. allgemeiner kühleres erstes Wärmeträgermedium eingesetzt werden, das in das Zwischenwärmeträgermedium (bspw. ebenfalls Wasser) geleitet wird, oder warmes Wasser oder Wasserdampf (im Falle von Wasser als Zwischenwärmeträgermedium) können in das Wasserbad bzw. allgemeiner das erste Wärmeträgermedium geleitet werden.
  • Bei einer dritten Option ("Option 3), bei der das weitere Erwärmen mittels indirektem Wärmetausch erfolgt, tritt das verdampfte kryogene Medium über einen vierten Wärmetauscher in Wärmetausch mit einem zweiten Zwischenwärmeträgermedium, wobei das zweite Zwischenwärmeträgermedium über einen fünften Wärmetauscher in Wärmetausch mit dem mindestens einen Strom vom Rauchgas tritt, wobei der fünfte Wärmetauscher in dem mindestens einen Strom von Rauchgas angeordnet ist. Diese Option ähnelt somit der Option 1, wobei statt eines direkten Wärmetausches ein indirekter Wärmetausch vorgenommen wird. Das zweite Zwischenwärmeträgermedium kann dem heißen Abgas/Rauchgas Wärme entziehen. Somit kann der Prozess effektiv geführt werden.
  • Als zweites Zwischenwärmeträgermedium kann wiederum eine Flüssigkeit wie Wasser verwendet werden, die durch den vierten Wärmetauscher gepumpt wird, oder ein Gas wie verdampftes Wasser, das durch den vierten Wärmetauscher (auf natürliche Weise) zirkuliert oder mittels einer Pumpe gepumpt wird. Wiederum kann die Temperatur des zweiten Zwischenwärmeträgermedium kontrolliert oder geregelt werden. Hierzu kann überschüssige Wärme an das erste Wärmeträgermedium bzw. das Wasserbad eines SCVs abgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Sprühdüse eingesetzt werden, um ein Kühlmittel, optional erstes Wärmeträgermedium in den mindestens einen Strom von Rauchgas zu leiten, um die auf das zweite Zwischenwärmeträgermedium übertragene Wärme zu kontrollieren. Da das erste Wärmeträgermedium bzw. das Wasserbad eines SCVs die primäre Wärmesenke der Rauchgasströme darstellt, beeinflussen die genannten Temperatursteuermechanismen nicht die Gesamtwirksamkeit der Verdampfung des flüssigen kryogenen Medium.
  • Bei einer vierten Option ("Option 4"), bei der das weitere Erwärmen bzw. Überhitzen mittels indirektem Wärmetausch erfolgt, wird ein sechster Wärmetauscher verwendet, der ein Doppelmantelrohr aufweist, wobei durch das innere Rohr des Doppelmantelrohres geführtes verdampftes kryogenes Medium in Wärmetausch mit einem dritten Zwischenwärmeträgermedium tritt, das durch das äußere Rohr des Doppelmantelrohres geführt wird, wobei der sechste Wärmetauscher in dem mindestens einen Strom von Rauchgas angeordnet ist. Das dritte Zwischenwärmeträgermedium kann dem heißen Abgas/Rauchgas hinter dem Austritt aus dem Brenner Wärme entziehen. Diese Option 4 ähnelt somit der Option 3, wobei hier ein spezieller Wärmetauscher mit einem Doppelmantelrohr verwendet wird.
  • Als drittes Zwischenwärmeträgermedium kann bei Option 4 erstes Wärmeträgermedium bzw. Wasser aus dem Wasserbad eines SCVs verwendet werden, das durch den sechsten Wärmetauscher, insbesondere durch das äußere Rohr des Doppelmantelrohres, gepumpt wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, Wasser oder ein anderes drittes Zwischenwärmeträgermedium aus einem anderen Vorratsbehälter zu verwenden. Wiederum kann die Temperatur des dritten Zwischenwärmeträgermedium wie bei Option 3 kontrolliert oder geregelt werden. Außerdem kann die Temperatur auch über die Flussrate des durch den sechsten Wärmetauscher gepumpten dritten Zwischenwärmeträgermedium eingestellt werden.
  • Bei Option 4 kann insbesondere der Druck im inneren und/oder im äußeren Rohr des Doppelmantelrohres des sechsten Wärmetauschers gemessen werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Schaden oder Leck im äußeren Rohr mittels eines Druckabfalles in diesem äußeren Rohr, durch dass das dritte Zwischenwärmeträgermedium gepumpt wird, detektiert werden. Sollte ein solcher Schaden im inneren Rohr, durch das das verdampfte kryogene Medium geführt wird, auftreten, würde der Druck im äußeren Rohr ansteigen, sodass auf diese Weise ein Schaden des inneren Rohres detektiert werden kann.
  • Wie bereits mehrfach ausgeführt, ist es zweckmäßig, für die Erfindung einen SCV einzusetzen, der ein Wasserbad in einem Tank aufweist, wobei die Hauptkomponenten, insbesondere der erste Wärmetauscher sowie die Auslassöffnungen für das Rauchgas, in diesem Tank angeordnet sind. Weiterhin können die Hauptkomponenten des Brenners in dem Tank angeordnet sein. Der Brenner weist in der Regel eine Brennkammer auf, in der ein Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas verbrannt wird. Das entstehende Rauchgas wird üblicherweise mittels des Ventilators, der zur (weiteren) Luftzufuhr bei der Verbrennung dient bzw. dienen kann, in ein Verteilerrohr geleitet, das durch einen Teil des Tanks führt und an dem Auslassöffnungen für das Rauchgas vorhanden sind, durch die das Rauchgas in das Wasserbad einströmt. Bei dieser Ausführungsform kann insbesondere in dem mit Wasser gefüllten Bereich des Tankes zumindest ein Teil des zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenners, insbesondere nämlich die Brennkammer und das Verteilerrohr, angeordnet sein und/oder jeweils zumindest zum Teil sämtliche genannten Wärmetauscher. Wie anhand der Ausführungsbeispiele noch näher erläutert, kann es zweckmäßig sein, beispielsweise den dritten Wärmetauscher und den vierten Wärmetauscher außerhalb des mit Wasser gefüllten Bereiches des Tankes anzuordnen.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wobei die mit den verschiedenen Verfahren, insbesondere mit den verschiedenen Verfahrensoptionen (Option 1 bis Option 4), beschriebenen Merkmale auch für die beanspruchte Vorrichtung gültig sind. Insofern sei auf eine detaillierte Beschreibung der entsprechenden Vorrichtungsmerkmale hier verzichtet, um Wiederholungen zu vermeiden.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
    • Figur 1
    zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Verdampfen und Überhitzen eines kryogenen Mediums gemäß Option 1,
    Figur 2
    zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Verdampfen und Überhitzen eines kryogenen Mediums gemäß Option 2,
    Figur 3
    zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Verdampfen und Überhitzen eines kryogenen Mediums gemäß Option 3,
    Figur 4
    zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Verdampfen und Überhitzen eines kryogenen Mediums gemäß Option 4,
    Figur 5
    zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Verdampfen und Überhitzen eines kryogenen Mediums gemäß Optionen 1 und 2 und
    Figur 6
    zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Verdampfen und Überhitzen eines kryogenen Mediums gemäß Optionen 3 und 4.
    Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die Figuren werden übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche Elemente. Wenngleich die Figuren 1 bis 4 vier verschiedene mögliche Optionen zur Durchführung der Erfindung veranschaulichen, sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Kombinationen der gezeigten Optionen möglich sind, wie sie beispielhaft in den Figuren 5 und 6 gezeigt sind. Prinzipiell können auch alle vier Optionen gemeinsam realisiert sein. Hierzu ist lediglich der Strom des verdampften kryogenen Medium 108 über entsprechende Bypass-Ventile wenigstens zum Teil in die zu den jeweiligen Optionen gehörigen Wärmetauscher zu leiten. Auch wenn einzelne Kombinationen der nachfolgenden Ausführungsbeispiele nicht explizit beschrieben sind, sollen sie dennoch zur Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung gehören.
  • Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der oben beschriebenen Option 1. 130 bezeichnet einen Tank, der mit einem ersten Wärmeträgermedium 100 gefüllt ist. Die Füllhöhe reicht üblicherweise bis zur durchgezogenen oberen horizontalen Linie, kann jedoch auch bis zur oberen gestrichelten horizontalen Linie (100') reichen. Entsprechend sind mehr oder weniger Komponenten der Vorrichtung im Bad des ersten Wärmeträgermedium 100. Im Falle des eingangs beschriebenen SCV, Submerged Combustion Vaporizer, handelt es sich um ein Wasserbad in einem Tank 130. Der Einfachheit halber soll im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit dieser Fall betrachtet werden. Das Wasserbad 100 wird von einem Brenner oder allgemeiner von einer Brennereinrichtung 104 beheizt. 104 kann beispielsweise die Brennkammer des Brenners bzw. der Brennereinrichtung bezeichnen. Eine sich in eine gewisse Tiefe des Tanks 130 erstreckende
  • Rauchgasleitung dient als Verteilerrohr 111, durch das Rauchgas 103 in Pfeilrichtung strömt und das Ausgangsöffnungen aufweist, durch die Rauchgas 103 austritt, um sich in Pfeilrichtung im Inneren des Tanks 130 auszubreiten. Das Rauchgas kann anschließend über einen Kamin 106 den Tank 130 verlassen. Der Brenner 104 wird mit Verbrennungsluft 101 und einem Brenngas 102 versorgt. Das durch Verbrennung entstehende Abgas/Rauchgas erwärmt das Wasserbad 100. Ein verflüssigtes bzw. flüssiges kryogenes Medium bzw. Fluid 107 wird über eine Leitung in einen ersten Wärmetauscher 105 geführt, der sich im Wasserbad 100 befindet. Durch Wärmetausch des flüssigen kryogenen Medium 107 mit dem Wasserbad 100 wird das flüssige kryogene Medium 107 verdampft und in der Regel bereits etwas überhitzt. Das verdampfte kryogene Medium 108 wird aus dem Wärmetauscher 105 herausgeleitet. Um die Temperatur des verdampften kryogenen Medium 108 weiter zu erhöhen, ohne die Prozesseffektivität zu verringern, wird erfindungsgemäß die vorhandene durch die Verbrennung des Brenngases entstehende Wärme weiter genutzt, ohne hierdurch die Temperatur des Wasserbades zu beeinflussen.
  • Gemäß Option 1 wird das verdampfte kryogene Medium 108 in einen zweiten Wärmetauscher 110 geleitet, wobei wie in Figur 1 schematisch dargestellt der zweite Wärmetauscher 110 in dem mindestens einen Strom von Rauchgas 103, hier beispielhaft im Verteilerrohr 111, angeordnet ist. Hierdurch kann die Wärme des Rauchgases effektiv genutzt werden, um durch direkten Wärmetausch mit dem im Verteilerrohr 111 strömenden Rauchgas das kryogene Medium 108 zu überhitzen (109).
  • Gemäß einer weiteren Option (Option 2) wird die weitere Erwärmung bzw. Überhitzung mittels indirektem Wärmetausch vorgenommen. Option 2 ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Das verdampfte kryogene Medium 108 tritt in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit Option 1 erläutert aus dem ersten Wärmetauscher 105 und wird in einen dritten Wärmetauscher 112 geleitet um dort über ein erstes Zwischenwärmeträgermedium 113, 114 Wärme zu tauschen und anschließend im überhitzten Zustand den Wärmetauscher 112 als überhitztes kryogenes Medium 109 zu verlassen. Gemäß Option 2 wird für diesen indirekten Wärmetausch die Wärme genutzt, die der Brenner 104 bzw. die Komponente dieses Brenners bzw. der Brennereinrichtung 104 aufgrund der Verbrennung des Brenngases 102 und der guten Wärmeleitfähigkeit der üblicherweise metallischen Komponenten des Brenners 104 aufweist. Die Wärmeübertragung auf das Zwischenträgermedium 113, 114 kann mittels eines oder mehrerer weiterer Wärmetauscher erfolgen, die zumindest zum Teil mit zumindest einem Teil einer Innenwand (vgl. Figur 5) und/oder Außenwand des Brenners 104, insbesondere der Brennkammer, wärmeleitend verbunden sind. Dieser eine oder diese mehreren Wärmetauscher können auch als siebter Wärmetauscher bezeichnet sein. Die Durchnummerierung der Wärmetauscher erfolgt naturgemäß zur besseren Unterscheidbarkeit der einzelnen Wärmetauscher. Dieser siebte Wärmetauscher kann beispielsweise spiralförmig sich über die Brennkammer des Brenners 104 erstrecken, wodurch die Brennkammer gekühlt und das erste Zwischenwärmeträgermedium 113, 114 erwärmt wird. Das entsprechend erwärmte Zwischenwärmeträgermedium 114 wird dem dritten Wärmetauscher 112 zugeführt, in dem es das verdampfte kryogene Medium 108 erhitzt bzw. überhitzt. Hierdurch abgekühltes erstes Zwischenwärmeträgermedium 113 wird anschließend wieder dem siebten Wärmetauscher (hier nicht gesondert dargestellt) zugeführt. In einer anderen Ausgestaltung erstreckt sich der dritte Wärmetauscher 112 in einem Teil über zumindest einen Teil einer Innenwand/Außenwand des Brenners 104, um in dessen Leitungen zirkulierendes erstes Zwischenwärmeträgermedium 113 zu erhitzen, welches anschließend an einer anderen Stelle in Wärmetausch mit dem verdampften kryogenen Medium 108 tritt.
  • Figur 2 zeigt schematisch anhand der oben erwähnten unterschiedlichen Wasserstände des Wasserbades 100, dass der dritte Wärmetauscher 112 außerhalb des Wasserbades 100 liegen kann. Es ist jedoch auch möglich, insbesondere bei entsprechenden Unterbringungsmöglichkeiten, den dritten Wärmetauscher 112 ebenfalls in das Wasserbad 100 einzubringen.
  • Figur 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform zur Realisierung der oben beschriebenen Option 3 gemäß Erfindung. Wiederum verlässt zunächst verdampftes kryogenes Medium 108 den ersten Wärmetauscher 105. Anschließend erfolgt ein indirekter Wärmetausch unter Verwendung eines zweiten Zwischenwärmeträgermedium 117, 118. Letzteres wird in einem fünften Wärmetauscher 115 erwärmt, wobei der fünfte Wärmetauscher 115 in dem mindestens einen Strom von Rauchgas 103 angeordnet ist. Insofern sei auf die Erläuterungen in Zusammenhang mit Option 1 verwiesen. Zweites Zwischenwärmeträgermedium 117 wird dem fünften Wärmetauscher 115 zugeführt, wodurch es sich erwärmt und den fünften Wärmetauscher 115 in erwärmter Form als Zwischenwärmeträgermedium 118 verlässt. In dieser Form wird es dem vierten Wärmetauscher 116 zugeführt, in dem es mit dem verdampften kryogenen Medium 108 in Wärmetausch tritt, um überhitztes kryogenes Medium 109 zu erzeugen, das den vierten Wärmetauscher 116 verlässt. Die Nummerierung der Zwischenwärmeträgermedien erfolgt wiederum nur aus Gründen der besseren Unterscheidbarkeit bei den einzelnen Optionen.
  • Wiederum zeigt der optionale Wasserstand des Wasserbades 100 an, dass der vierte Wärmetauscher 116 prinzipiell außerhalb des Wasserbades 100, aber auch innerhalb des Wasserbades 100' angeordnet sein kann.
  • Schließlich zeigt Figur 4 eine Ausführungsform zur Umsetzung der oben beschriebenen Option 4 der Erfindung. Wiederum tritt zunächst verdampftes kryogenes Medium 108 aus dem ersten Wärmetauscher 105 aus. Die weitere Erwärmung bzw. Überhitzung erfolgt auch hier mittels indirektem Wärmetausch, also vermittels eines Zwischenwärmeträgermedium, hier des dritten Zwischenwärmeträgermedium 121, 122. Gemäß Option 4 wird ein sechster Wärmetauscher 119 verwendet, der ein Doppelmantelrohr aufweist, der ein inneres Rohr, in Figur 4 als Element 120 bezeichnet, und ein äußeres Rohr aufweist. Durch das innere Rohr 120 wird das verdampfte kryogene Medium 108 geführt. Es verlässt das innere Rohr 120 als überhitztes kryogenes Medium 109. Die Erwärmung findet über das genannte dritte Zwischenwärmeträgermedium 121, 122 statt, das durch das äußere Rohr des Doppelmantelrohres des sechsten Wärmetauschers 119 geführt/gepumpt wird. Ähnlich wie bei Optionen 1 und 3 ist der sechste Wärmetauscher 119 in dem mindestens einen Strom von Rauchgas 103 angeordnet. Hierdurch kann das dritte Zwischenwärmeträgermedium 122 wirksam durch die dort befindlichen Ströme von Rauchgas erhitzt werden. Das derart erhitzte dritte Zwischenwärmeträgermedium 122 tritt dann in Wärmetausch mit dem verdampften kryogenen Medium 108, das als überhitztes kryogenes Medium 109 den Wärmetauscher 119 verlässt.
  • Als drittes Zwischenwärmeträgermedium 121, 122 kann Wasser des Wasserbades 100 verwendet werden (vgl. Figur 6), das unter Druck durch das äußere Rohr des Doppelmantelrohres des sechsten Wärmetauschers 119 gepumpt wird.
  • Anhand der folgenden Figuren 5 und 6 seien beispielhaft mögliche Kombinationen und Ausgestaltungen der oben erläuterten vier Optionen 1 bis 4 kurz beschrieben. Während Figur 5 eine Kombination der Optionen 1 und 2 zeigt, zeigt Figur 6 eine Kombination der Optionen 3 und 4. Selbstverständlich sind auch andere Kombinationen oder auch Kombinationen von mehr als zwei Optionen möglich. Da die einzelnen Optionen an sich bereits vorangehend ausführlich beschrieben wurden, kann zur Diskussion der Figuren 5 und 6 auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.
  • Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Kombination der oben beschriebenen Optionen 1 und 2. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder zumindest gleichwirkende Bauteile. Bei dem hier dargestellten SCV, Submerged Combustion Vaporizer, handelt es sich um ein Wasserbad 100 in einem Tank 130. Das Wasserbad 100 wird von einer Brennereinrichtung 104 beheizt. Der Brenner 104 wird mit Verbrennungsluft 101 und einem Brenngas 102 versorgt, um im unteren Teil, der Brennkammer, gemischt und verbrannt zu werden. Verbrennungsluft 101 wird auch dem oberen Teil der Brennereinrichtung 104 zugeführt, wo sie mittels eines Ventilators nach unten Richtung Brennkammer gedrückt wird. Das durch die Verbrennung entstehende Rauchgas 103 wird in das Verteilerrohr 111 geleitet, das sich in eine gewisse Tiefe des Tanks 130 erstreckt und das Ausgangsöffnungen (nicht dargestellt) aufweist, durch die Rauchgas 103 austritt, um sich im Inneren des Tanks 130 auszubreiten und das Wasserbad 100 zu erwärmen.
  • Ein verflüssigtes bzw. flüssiges kryogenes Medium bzw. Fluid 107 wird über eine Leitung in einen ersten Wärmetauscher 105 geführt, der sich im Wasserbad 100 befindet. Durch Wärmetausch des flüssigen kryogenen Medium 107 mit dem Wasserbad 100 wird das flüssige kryogene Medium 107 verdampft und in der Regel bereits etwas überhitzt. Das verdampfte kryogene Medium 108 bzw. 108` wird aus dem Wärmetauscher 105 herausgeleitet. Um die Temperatur des verdampften kryogenen Medium 108 bzw. 108` weiter zu erhöhen, ohne die Prozesseffektivität zu verringern, kann das verdampfte kryogene Medium 108 in einen zweiten Wärmetauscher 110 geleitet werden, wobei wie in Figur 5 schematisch dargestellt der zweite Wärmetauscher 110 in dem mindestens einen Strom von Rauchgas 103 im Verteilerrohr 111 angeordnet ist. Hierdurch kann die Wärme des Rauchgases effektiv genutzt werden, um durch direkten Wärmetausch mit dem im Verteilerrohr 111 strömenden Rauchgas 103 das kryogene Medium 108 zu überhitzen, das als Medium 109 den SCV verlässt.
  • Alternativ zu Option 1 kann die Überhitzung des Medium 108' gemäß Option 2 erfolgen. Es ist auch möglich, einen Teil des verdampften Medium gemäß Option 1 und einen anderen Teil gemäß Option 2 weiter zu überhitzen. Zusätzlich zur Option 1 kann auch eine weitergehende Überhitzung zumindest eines Teils des Medium 109 als Medium 108' gemäß Option 2 vorgenommen werden. Hierfür werden die betreffenden Leitungen mit Mehrfachventilen entsprechend verschaltet.
  • Bei Option 2 wird die weitere Erwärmung bzw. Überhitzung mittels indirektem Wärmetausch vorgenommen. Das verdampfte kryogene Medium 108' bzw. das bereits gemäß Option 1 überhitzte Medium 109 tritt als Medium 108` in einen dritten Wärmetauscher 112 ein, um dort über ein erstes Zwischenwärmeträgermedium 113, 114 Wärme aufzunehmen und anschließend im weiter überhitzten Zustand den Wärmetauscher 112 als überhitztes kryogenes Medium 109' zu verlassen. Gemäß Option 2 wird für diesen indirekten Wärmetausch die Wärme genutzt, die die Brennereinrichtung 104 aufgrund der Verbrennung des Brenngases 102 und der guten Wärmeleitfähigkeit der üblicherweise metallischen Komponenten der Brennereinrichtung 104 aufweist. Die Wärmeübertragung auf das Zwischenträgermedium 113, 114 kann mittels eines oder mehrerer weiterer Wärmetauscher bzw. -leitungen erfolgen, die - wie in Figur 5 dargestellt - zumindest zum Teil mit zumindest einem Teil einer Innenwand der Brennkammer der Brennereinrichtung 104 wärmeleitend verbunden sind. Diese Wärmetauscherleitung kann sich beispielsweise spiralförmig über das Innere der Brennkammer erstrecken, wodurch die Brennkammer gekühlt und das erste Zwischenwärmeträgermedium 113, 114 erwärmt wird.
  • Das entsprechend erwärmte Zwischenwärmeträgermedium 114 wird dem dritten Wärmetauscher 112 zugeführt, in dem es das verdampfte kryogene Medium 108' erhitzt bzw. überhitzt, das als überhitztes Medium 109` den SCV verlässt.
  • Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Kombination der oben beschriebenen Optionen 3 und 4 in einem SCV gemäß Figur 5. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder zumindest gleichwirkende Bauteile.
  • Wiederum verlässt zunächst verdampftes kryogenes Medium 108 den ersten Wärmetauscher 105. Anschließend kann ein indirekter Wärmetausch unter Verwendung eines zweiten Zwischenwärmeträgermedium 117, 118 erfolgen. Letzteres wird in einem fünften Wärmetauscher 115 erwärmt, wobei der fünfte Wärmetauscher 115 in dem mindestens einen Strom von Rauchgas 103 angeordnet ist. Insofern sei auf die Erläuterungen in Zusammenhang mit Option 1 verwiesen. Das erwärmte Zwischenwärmeträgermedium 118 wird es dem vierten Wärmetauscher 116 zugeführt, in dem es mit dem verdampften kryogenen Medium 108 in Wärmetausch tritt, um überhitztes kryogenes Medium 109 zu erzeugen, das den vierten Wärmetauscher 116 verlässt. Die Temperatur des Zwischenwärmeträgermedium 118 kann kontrolliert werden, indem eine Pumpe 150 und eine Sprühdüse 151 verwendet werden, um ein Kühlmittel, hier Wasser aus dem Wasserbad 100, in den Strom von Rauchgas 103 zu düsen und somit die Rauchgastemperatur abzusenken.
  • Alternativ zu Option 3 kann die Überhitzung des Medium 108' gemäß Option 4 erfolgen. Es ist auch möglich, einen Teil des verdampften Medium gemäß Option 3 und einen anderen Teil gemäß Option 4 weiter zu überhitzen. Zusätzlich zur Option 4 kann auch eine weitergehende Überhitzung zumindest eines Teils des Medium 109' als Medium 108 gemäß Option 3 vorgenommen werden. Hierfür werden die betreffenden Leitungen mit Mehrfachventilen entsprechend verschaltet.
  • Gemäß Option 4 tritt zunächst verdampftes kryogenes Medium 108` aus dem ersten Wärmetauscher 105 aus. Die weitere Erwärmung bzw. Überhitzung erfolgt auch hier mittels indirektem Wärmetausch, also vermittels des dritten Zwischenwärmeträgermedium 121, 122. Gemäß Option 4 wird ein sechster Wärmetauscher 119 verwendet, der ein Doppelmantelrohr aufweist, der ein inneres Rohr und ein äußeres Rohr aufweist. Durch das innere Rohr wird das verdampfte kryogene Medium 108' geführt. Es verlässt das innere Rohr als überhitztes kryogenes Medium 109`. Die Erwärmung findet über das genannte dritte Zwischenwärmeträgermedium 121, 122 statt, das durch das äußere Rohr des Doppelmantelrohres des sechsten Wärmetauschers 119 geführt/gepumpt wird. Der sechste Wärmetauscher 119 ist in dem Strom von Rauchgas 103 angeordnet. Hierdurch kann das dritte Zwischenwärmeträgermedium 122 wirksam durch das Rauchgas 103 erhitzt werden. Das derart erhitzte dritte Zwischenwärmeträgermedium 122 tritt dann in Wärmetausch mit dem verdampften kryogenen Medium 108`, das als überhitztes kryogenes Medium 109` den Wärmetauscher 119 verlässt.
  • Als drittes Zwischenwärmeträgermedium 121, 122 kann Wasser des Wasserbades 100 verwendet werden, das mittels einer Pumpe 140 unter Druck durch das äußere Rohr des Doppelmantelrohres des sechsten Wärmetauschers 119 gepumpt wird.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Verdampfen eines flüssigen kryogenen Medium (107) und Erwärmen des verdampften kryogenen Medium (108), wobei das kryogene Medium in einem ersten Wärmetauscher (105) mit einem ersten Wärmeträgermedium (100) in Wärmetausch tritt und verdampft wird, wobei das erste Wärmeträgermedium (100) seinerseits mittels mindestens eines Stromes von Rauchgas (103) erwärmt wird, und wobei das verdampfte kryogene Medium (108) zumindest zum Teil durch Wärmetausch mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) und/oder mit einem zur Erzeugung des Rauchgases (103) eingesetzten Brenner (104) weiter erwärmt wird und/oder wobei das verdampfte kryogene Medium (108) zumindest zum Teil durch Wärmetausch mit einem Zwischenwärmeträgermedium weiter erwärmt wird, wobei das Zwischenwärmeträgermedium durch Wärmetausch mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) und/oder mit dem zur Erzeugung des Rauchgases (103) eingesetzten Brenner (104) erwärmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das weitere Erwärmen mittels Wärmetausch mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) und/oder mit dem zur Erzeugung des Rauchgases (103) eingesetzten Brenner (104) erfolgt, wobei hierzu das verdampfte kryogene Medium (108) in einem zweiten Wärmetauscher (110) mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) und/oder mit dem zur Erzeugung des Rauchgases (103) eingesetzten Brenner (104) in Wärmetausch tritt, wobei der zweite Wärmetauscher (110) in dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) und/oder an dem zur Erzeugung des Rauchgases (103) eingesetzten Brenner (104) angeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das weitere Erwärmen mittels Wärmetausch mit einem Zwischenwärmeträgermedium erfolgt, wobei hierzu das verdampfte kryogene Medium (108) in einem dritten Wärmetauscher (112) mit einem ersten Zwischenwärmeträgermedium (113, 114) in Wärmetausch tritt, wobei das erste Zwischenwärmeträgermedium (113, 114) Wärme von dem zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenner (104) aufnimmt, wobei insbesondere zumindest ein weiterer Wärmetauscher, der das erste Zwischenwärmeträgermedium (113, 114) enthält, und/oder der dritte Wärmetauscher (112) zumindest zum Teil mit zumindest einem Teil einer Innenwand und/oder Außenwand des Brenners (104) wärmeleitend verbunden ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste Zwischenwärmeträgermedium (113, 114) zumindest zum Teil in Wärmetausch mit dem ersten Wärmeträgermedium (100) tritt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei als erstes Zwischenwärmeträgermedium (113, 114) eine Flüssigkeit wie Wasser verwendet wird, die durch den dritten Wärmetauscher (112) gepumpt wird, oder wobei ein Gas wie verdampftes Wasser verwendet wird, das durch den dritten Wärmetauscher zirkuliert oder mittels einer Pumpe gepumpt wird, und/oder
    wobei die Temperatur des ersten Zwischenwärmeträgermedium (113, 114) kontrolliert oder geregelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das weitere Erwärmen mittels Wärmetausch mit einem Zwischenwärmeträgermedium erfolgt, wobei hierzu das verdampfte kryogene Medium (108) über einen vierten Wärmetauscher (116) in Wärmetausch mit einem zweiten Zwischenwärmeträgermedium (117, 118) tritt, wobei das zweite Zwischenwärmeträgermedium (117, 118) über einen fünften Wärmetauscher (115) in Wärmetausch mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) tritt, wobei der fünfte Wärmetauscher (115) in dem mindestens einen Strom von Rauchgas angeordnet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei als zweites Zwischenwärmeträgermedium (117, 118) eine Flüssigkeit wie Wasser verwendet wird, die durch den vierten Wärmetauscher (116) gepumpt wird, oder ein Gas wie verdampftes Wasser verwendet wird, das durch den vierten Wärmetauscher (116) zirkuliert oder mittels einer Pumpe gepumpt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Temperatur des zweiten Zwischenwärmeträgermedium (117, 118) kontrolliert oder geregelt wird, wobei insbesondere hierzu eine Sprühdüse (151) eingesetzt wird, um ein Kühlmittel, optional erstes Wärmeträgermedium (100) in den mindestens einen Strom von Rauchgas (103) zu düsen.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das weitere Erwärmen mittels Wärmetausch mit einem Zwischenwärmeträgermedium erfolgt, wobei hierzu ein sechster Wärmetauscher (119) verwendet wird, der ein Doppelmantelrohr aufweist, wobei durch das innere Rohr (120) des Doppelmantelrohres geführtes verdampftes kryogenes Medium (108) in Wärmetausch mit einem dritten Zwischenwärmeträgermedium (121, 122) tritt, das durch das äußere Rohr des Doppelmantelrohres geführt wird, wobei der sechste Wärmetauscher (119) in dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) angeordnet ist und wobei das dritte Zwischenwärmeträgermedium (121, 122) von dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) erwärmt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei als drittes Zwischenwärmeträgermedium (121, 122) erstes Wärmeträgermedium (100) verwendet wird, das durch den sechsten Wärmetauscher (119) gepumpt wird, und/oder
    wobei die Temperatur des dritten Zwischenwärmeträgermedium (121, 122) kontrolliert oder geregelt wird, und/oder
    wobei der Druck im inneren und/oder im äußeren Rohr des Doppelmantelrohres des sechsten Wärmetauschers (119) gemessen wird.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als erstes Wärmeträgermedium (100) Wasser in einem Tank (130) verwendet wird, wobei insbesondere in dem mit Wasser gefüllten Bereich des Tankes (130) zumindest ein Teil des zur Erzeugung des Rauchgases eingesetzten Brenners (104) und/oder
    zumindest ein Teil des ersten Wärmetauschers (105) und/oder zumindest ein Teil des zweiten Wärmetauschers (110) und/oder zumindest ein Teil des dritten Wärmetauschers (112) und/oder zumindest ein Teil des vierten Wärmetauschers (116) und/oder zumindest ein Teil des fünften Wärmetauschers (115) und/oder zumindest ein Teil des sechsten Wärmetauschers (119) angeordnet sind.
  12. Vorrichtung zum Verdampfen eines flüssigen kryogenen Medium (107) und Erwärmen des verdampften kryogenen Medium (108) mit einem ersten Wärmetauscher (105), der eingerichtet ist, damit das flüssige kryogene Medium (107) mit einem ersten Wärmeträgermedium (100) in Wärmetausch tritt und verdampft, und mit einem Brenner (104) zur Erzeugung von Rauchgas (103), wobei das erste Wärmeträgermedium (100) seinerseits mittels mindestens eines Stromes von Rauchgas (103) erwärmt wird, wobei die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12 mit einem zweiten Wärmetauscher (110), der eingerichtet ist, damit das verdampfte kryogene Medium (108) mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) und/oder mit dem zur Erzeugung des Rauchgases (103) eingesetzten Brenner (104) in Wärmetausch tritt, wobei der zweite Wärmetauscher (110) in dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) und/oder an dem zur Erzeugung des Rauchgases (103) eingesetzten Brenner (104) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13 mit einem dritten Wärmetauscher (112), der eingerichtet ist, damit das verdampfte kryogene Medium (108) mit einem ersten Zwischenwärmeträgermedium (113, 114) in Wärmetausch tritt, wobei das erste Zwischenwärmeträgermedium (113, 114) Wärme von dem zur Erzeugung des Rauchgases (103) eingesetzten Brenner (104) aufnimmt.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 mit einem vierten Wärmetauscher (116), der eingerichtet ist, damit das verdampfte kryogene Medium (108) mit einem zweiten Zwischenwärmeträgermedium (117, 118) in Wärmetausch tritt, und mit einem fünften Wärmetauscher (115), der eingerichtet ist, damit das zweite Zwischenwärmeträgermedium (117, 118) in Wärmetausch mit dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) tritt,
    wobei der fünfte Wärmetauscher (115) in dem mindestens einen Strom von Rauchgas angeordnet ist,
    und/oder
    mit einem sechsten Wärmetauscher (119), der ein Doppelmantelrohr aufweist und der derart eingerichtet ist, dass durch das innere Rohr (120) des Doppelmantelrohres geführtes verdampftes kryogene Medium (108) in Wärmetausch mit einem dritten Zwischenwärmeträgermedium (121, 122) tritt, das durch das äußere Rohr des Doppelmantelrohres geführt wird, wobei der sechste Wärmetauscher (119) in dem mindestens einen Strom von Rauchgas (103) angeordnet ist.
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