EP4431789A1 - Verfahren und vorrichtung zur speicherung eines flüssigen kryogenen mediums - Google Patents

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EP4431789A1
EP4431789A1 EP23020121.2A EP23020121A EP4431789A1 EP 4431789 A1 EP4431789 A1 EP 4431789A1 EP 23020121 A EP23020121 A EP 23020121A EP 4431789 A1 EP4431789 A1 EP 4431789A1
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EP
European Patent Office
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container
cryogenic medium
liquid
head space
piston pump
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23020121.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin BRÜCKLMEIER
Simon Schäfer
Michael WESTERMEIER
Thomas ACHER
Florian Hibsch
Armin Lachermeier
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
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Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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    • F17C2265/033—Treating the boil-off by recovery with cooling
    • F17C2265/034—Treating the boil-off by recovery with cooling with condensing the gas phase

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for storing a liquid cryogenic medium, wherein the cryogenic medium is stored in a container in a liquid state, wherein it is present in a gaseous state in a head space of the container.
  • the present invention is generally suitable for storing liquefied cryogenic media, such as helium, nitrogen or natural gas, but in particular for storing hydrogen.
  • a liquid hydrogen (LH2) storage device typically comprises a hydrogen tank, a supply line for filling the tank with LH2, and an outlet line for removing LH2 from the tank.
  • a liquid hydrogen pump or compressor is typically installed in the outlet line to generate a flow of liquid and/or gaseous hydrogen at different pressure levels for downstream processes. Alternatively, it is common for the liquid hydrogen to be used directly in downstream processes via the outlet line. These downstream processes may include consumers, further storage units, chemical plants, evaporators, etc. Additional lines, pumps, compressors, valves, etc. may be connected to the tank for other functions.
  • boil-off gas is also produced in the downstream lines, valves, pumps and compressors, which is often returned to the headspace of the hydrogen tank.
  • the present invention proposes a method and a device for storing a cryogenic medium according to the independent claims, wherein the cryogenic medium is stored in a container in liquid form and wherein it is present in a head space of the container in gaseous form.
  • Advantageous embodiments emerge from the subclaims and from the following description.
  • part of the cryogenic medium present in the container in the liquid state is removed from the container and returned in the liquid state to the head space of the container.
  • cold liquid cryogenic medium meets the warmer gaseous cryogenic medium in the head space of the storage container, whereby the evaporated cryogenic medium, i.e. the boil-off gas, is cooled and at least partially liquefied again.
  • the evaporated cryogenic medium i.e. the boil-off gas
  • the pressure reduction in the headspace of the vessel does not increase the operating pressure of the storage system as a whole, so there is no longer any need to release evaporated cryogenic medium, i.e. boil-off gas, into the environment. In this way, losses of boil-off gas and thus of cryogenic medium can be reduced or avoided.
  • evaporated cryogenic medium i.e. boil-off gas
  • the liquid cryogenic medium is removed from the container for the purpose of return from a lower region of the liquid column of the liquid cryogenic medium in the container.
  • “In the lower region” here means in relation to the liquid column in the lower half of this liquid column.
  • the liquid cryogenic medium can be removed from an area in the lowest quarter of the liquid column.
  • the liquid cryogenic medium stored in the container forms a thermal stratification within the container, so that the temperature decreases downwards along the liquid column.
  • the head space of the container in which the temperature of the gaseous cryogenic medium increases towards the top of the container. The further down the cryogenic medium is removed from the container, the colder it is and the more effective the above-mentioned effect of cooling the boil-off gas is.
  • the above-mentioned effect of cooling the boil-off gas can be increased in particular by spraying the liquid cryogenic medium returned to the head space of the container into the head space and/or distributing it in the head space of the container.
  • This can be done, for example, by means of a pipe socket, a spray nozzle and/or a baffle plate arranged at the end of the corresponding return line inside the container or at the exit point of the liquid cryogenic medium inside the container. In this way, the thermal interaction between cold liquid cryogenic medium and boil-off gas in the head space can be increased.
  • a highly insulated piston pump for liquid cryogenic medium and with a very high efficiency >80% is used to remove and return the liquid cryogenic medium.
  • this can in particular be a liquid hydrogen pump that is highly insulated in order to minimize any heat input.
  • High insulation means that the entire pump housing is highly insulated, that the heat input by the pistons is as low as possible through design measures and that the drive unit is mounted outside the pump housing.
  • centrifugal pumps or submersible centrifugal pumps is not advantageous because they generally have a significantly lower efficiency and a higher heat input into the liquid cryogenic medium to be pumped.
  • another part of the liquid cryogenic medium removed from the container is fed to at least one downstream process, where the downstream process can mean a downstream consumer, another storage facility, a chemical plant or the like.
  • the other part or a part of this other part of the liquid cryogenic medium removed from the container can be fed to the at least one downstream process before and/or after the mentioned (return) piston pump.
  • Any evaporated cryogenic medium that is produced during the removal or return of the liquid cryogenic medium can be returned to the head space of the storage vessel via the return piston pump. This further reduces any losses of boil-off gas.
  • any cryogenic medium can be used within the scope of the invention; in particular, the invention is suitable for hydrogen, nitrogen, helium or natural gas, which are stored in liquid form in a container.
  • the invention relates to a device for storing a cryogenic medium, wherein all features of the method according to the invention are also valid for the device according to the invention, even if not explicitly stated below.
  • the device according to the invention for storing a cryogenic medium comprises a container which is designed to store the cryogenic medium in a liquid state, and furthermore a first return line which is arranged and designed to remove a portion of the cryogenic medium present in the container in a liquid state from this container and to return it in the liquid state to a Headspace of the container in which the stored cryogenic medium is in gaseous state.
  • the first return line is arranged or flanged to a lower region of the liquid column of the cryogenic medium in the container. Furthermore, the first return line has a highly insulated piston pump for cryogenic media with an efficiency of over 80%.
  • a distribution device for liquid cryogenic medium such as a pipe socket, a spray nozzle and/or a baffle plate is arranged at the end of the return line inside the container and/or at the exit point of the liquid cryogenic medium inside the container.
  • at least one supply line is present before and/or after the above-mentioned (return) piston pump, which is arranged and designed to supply a portion of the liquid cryogenic medium removed from the container to at least one downstream process.
  • a second return line is present, which is arranged and designed to return resulting evaporated cryogenic medium to the head space of the container via the piston pump.
  • the second return line can also be omitted if the piston pump degasses into the head space of the container via the first return line.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device 100 for storing a cryogenic medium, which is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the device 100 has a container 130, which is designed to store the cryogenic medium in a liquid state.
  • liquefied hydrogen LH2 is considered to be the cryogenic medium, without the following embodiment being limited to this cryogenic medium.
  • LH2 is present in the container 130 in liquid form and forms a liquid column 132, which extends from the bottom of the container 130 to the displayed fill level 136.
  • Boil-off gas collects in the head space 134 of the container. This is vaporized hydrogen due to unavoidable heat input into the container 130. This boil-off gas leads to an increase in pressure inside the container 130, so that up to now, when a certain limit value is reached or when the operating pressure is exceeded, a pressure reduction has been carried out by blowing off the boil-off gas.
  • a portion of the cryogenic medium present in the container 130 in the liquid state is now removed from the container and returned in the liquid state to the head space 134 of the container 130.
  • a first return line 170 is provided, which is flanged to the container 130 in the area of the liquid column 132, in the embodiment according to Figure 1 in the lower quarter of the liquid column 132.
  • the return line 170 in this part of the device 100 is identical to the outlet line 140 for liquid hydrogen from the container 130.
  • a highly insulated liquid hydrogen pump 150 is arranged in the return line 170 as a (return) reciprocating piston pump 150 with an efficiency of over 80%.
  • a valve 160 for controlling the amount of liquid hydrogen returned is located in the return line 170.
  • the return line 170 opens into the upper part of the container 130 so that the liquid hydrogen is returned to the head space 134 of the container 130. In this way, cold liquid hydrogen can flow into the warmer hydrogen gas in the head space 134, whereby the boil-off gas is cooled and partially liquefied again. This leads to a reduction in pressure in the container 130 so that there is no need to release boil-off gas into the atmosphere.
  • the part of the return line 170 which leads to the upper part of the Container 130 is identical to the supply line 120, via which liquid hydrogen can be fed from a liquid hydrogen trailer 110 into the container 130.
  • a pipe socket or a spray nozzle 172 can expediently be arranged at the outlet opening of the return line 170 inside the container 130 in order to inject the liquid hydrogen into the head space 134 and thus improve the heat exchange with the boil-off gas located there.
  • a baffle plate 174 can be arranged at the exit point of the liquid cryogenic medium inside the container 130.
  • other distribution devices for liquid cryogenic medium can also be used in order to distribute it over as large an area as possible in the head space 134 of the container 130.
  • the reciprocating piston pump 150 is a highly insulated liquid hydrogen pump, a certain amount of heat input into the connection points and into the line 140 leading to the reciprocating piston pump 150, as well as into the reciprocating piston pump 150 itself, cannot be ruled out.
  • a second return line 180 can be provided; alternatively, degassing takes place via the first return line 170.
  • FIG. 1 there can be several supply lines 190 which supply liquid cryogenic medium, here liquid hydrogen, to at least one downstream process.
  • the downstream process can be a consumer, one or more further storage facilities or a chemical plant which requires liquid hydrogen.
  • a supply line 190 is connected upstream of the piston pump 150, with a separate pump 192 or a compressor or the like being installed in this supply line 190 in order to provide liquid hydrogen at a desired pressure.
  • a further supply line 190 is connected downstream of the piston pump 150 in order to be able to provide liquid hydrogen, advantageously at a different pressure.
  • part of the liquid hydrogen is fed to the return line 170 via the valve 160. This can be done continuously or as required.
  • the pressure in the container 130 can be monitored and, if a limit value is exceeded, the valve 160 can be controlled to inject liquid hydrogen into the head space 134 of the container 130.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung von Boil-Off Gas bei der Speicherung eines kryogenen Mediums, wobei das kryogene Medium in einem Behälter (130) in flüssigem Zustand gespeichert wird, wobei es in einem Kopfraum (134) des Behälters (130) in gasförmigem Zustand vorliegt, wobei zur Verringerung von Boil-Off Gas ein Teil des in dem Behälter (130) in flüssigem Zustand vorliegenden kryogenen Mediums aus dem unteren Teil des Behälters (130) entnommen und über eine hoch isolierte Hubkolbenpumpe mit sehr hohem Wirkungsgrad (150) und über eine Rückführleitung (170) in flüssigem Zustand in den Kopfraum (134) des Behälters (130) rückgeführt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung eines flüssigen kryogenen Mediums, wobei das kryogene Medium in einem Behälter in flüssigem Zustand gespeichert wird, wobei es in einem Kopfraum des Behälters in gasförmigem Zustand vorliegt. Die vorliegende Erfindung ist allgemein für die Speicherung von verflüssigten kryogenen Medien, wie Helium, Stickstoff oder Erdgas, insbesondere aber für die Speicherung von Wasserstoff, geeignet.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Eine Vorrichtung zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff (LH2, engl. "liquid hydrogen") umfasst üblicherweise einen Wasserstofftank, eine Zuführleitung zum Einfüllen von LH2 in den Tank und eine Auslassleitung zur Entnahme von LH2 aus dem Tank. In der Auslassleitung ist üblicherweise eine Flüssigwasserstoffpumpe oder ein -kompressor installiert, um einen Fluss von flüssigem und/oder gasförmigem Wasserstoff bei unterschiedlichen Druckniveaus für nachgeschaltete Prozesse zu erzeugen. Alternativ ist es üblich, dass der flüssige Wasserstoff über die Auslassleitung direkt in nachgeschalteten Prozessen verwendet wird. Diese nachgeschalteten Prozesse können Verbraucher, weitere Speichereinheiten, chemische Anlagen, Verdampfer etc. umfassen. Für anderweitige Funktionen können weitere Leitungen, Pumpen, Kompressoren, Ventile etc. mit dem Tank verbunden sein.
  • Bei bekannten Flüssigwasserstoffbehältern besteht das Problem des unvermeidlichen Wärmeeintrages aufgrund der nur begrenzt möglichen Isolierung der Behälter sowie der oben erwähnten angeschlossenen Leitungen, Ventilen und anderen Verbindungen in die Umgebung des Tankes. Dies führt innerhalb des Tankes zu einer teilweisen Verdampfung des flüssigen Wasserstoffes (engl. "boil-off gas"), das zu einer Druckerhöhung im Wasserstoffspeichersystem führt. Üblicherweise wird das Boil-Off-Gas nach Erreichen des Betriebsdrucks des Wasserstoffspeichersystems in die Umwelt abgeblasen und steht somit für weitere Prozesse nicht mehr zur Verfügung.
  • Weiterhin entsteht in den nachgeschalteten Leitungen, Ventilen, Pumpen und Kompressoren ebenfalls Boil-Off-Gas, das häufig in den Kopfraum des Wasserstofftankes zurückgeführt wird.
  • Es besteht ein Bedürfnis, die Menge an Boil-Off-Gas bei der Speicherung flüssiger kryogener Medien, insbesondere von Flüssigwasserstoff, zu verringern und/oder den Verlust des Boil-Off-Gases zu vermeiden.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung eines kryogenen Mediums gemäß den unabhängigen Ansprüchen vor, wobei das kryogene Medium in einem Behälter in flüssiger Form gespeichert ist und wobei es in einem Kopfraum des Behälters in gasförmiger Form vorliegt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung.
  • Erfindungsgemäß wird ein Teil des in dem Behälter in flüssigem Zustand vorliegenden kryogenen Mediums aus dem Behälter entnommen und in flüssigem Zustand in den Kopfraum des Behälters rückgeführt. Auf diese Weise trifft kaltes flüssiges kryogenes Medium auf das wärmere gasförmige kryogene Medium im Kopfraum des Speicherbehälters, wodurch das verdampfte kryogene Medium, also das Boil-Off-Gas, abgekühlt und zumindest zum Teil wieder verflüssigt wird. Hierdurch kommt es zu einer starken Druckabsenkung im Kopfraum des Behälters. Da die Wärmekapazität des in den Kopfraum des Behälters eingeführten flüssigen kryogenen Mediums größer ist als die des gasförmigen, ändert sich die Temperatur des flüssigen kryogenen Mediums nur wenig trotz der starken Abkühlung des gasförmigen kryogenen Mediums, sodass die Boil-Off-Rate im Kopfraum des Behälters nicht nachteilig verändert bzw. erhöht wird. Schließlich wird durch die Druckreduktion im Kopfraum des Behälters der Betriebsdruck des Speichersystems insgesamt nicht erhöht, sodass kein Bedarf mehr besteht, verdampftes kryogenes Medium, also Boil-Off-Gas, in die Umgebung abzulassen. Auf diese Weise können Verluste an Boil-Off-Gas und somit an kryogenem Medium verringert bzw. vermieden werden.
  • Weiterhin wird erfindungsgemäß das flüssige kryogene Medium zum Zwecke der Rückführung aus einem unteren Bereich der Flüssigkeitssäule des flüssigen kryogenen Mediums im Behälter aus diesem Behälter entnommen. "Im unteren Bereich" heißt hierbei bezogen auf die Flüssigkeitssäule in der unteren Hälfte dieser Flüssigkeitssäule. Beispielsweise kann das flüssige kryogene Medium aus einem Bereich im untersten Viertel der Flüssigkeitssäule entnommen werden. Das in dem Behälter gespeicherte flüssige kryogene Medium bildet eine thermische Schichtung innerhalb des Behälters aus, sodass die Temperatur entlang der Flüssigkeitssäule nach unten hin abnimmt. Analoges gilt für den Kopfraum des Behälters, in dem die Temperatur des gasförmigen kryogenen Medium in Richtung Oberseite des Behälters zunimmt. Je weiter unten das kryogene Medium aus dem Behälter entnommen wird, desto kälter liegt es vor und desto effektiver ist der oben genannte Effekt der Abkühlung des Boil-Off-Gases.
  • Der oben genannte Effekt der Abkühlung des Boil-Off-Gases kann insbesondere dadurch verstärkt werden, dass das in den Kopfraum des Behälters rückgeführte flüssige kryogene Medium in den Kopfraum gesprüht und/oder im Kopfraum des Behälters verteilt wird. Dies kann beispielsweise durch einen Rohrstutzen, durch eine Sprühdüse und/oder durch ein Prallblech erfolgen, der bzw. die bzw. das am Ende der entsprechenden Rückführleitung im Inneren des Behälters bzw. an der Austrittsstelle des flüssigen kryogenen Mediums im Inneren des Behälters angeordnet ist. Auf diese Weise kann die thermische Wechselwirkung zwischen kaltem flüssigen kryogenen Medium und Boil-Off-Gas im Kopfraum erhöht werden.
  • Zur Entnahme und Rückführung des flüssigen kryogenen Mediums wird erfindungsgemäß eine hochisolierte Hubkolbenpumpe für flüssiges kryogenes Medium und mit einem sehr hohen Wirkungsgrad >80% eingesetzt. Im Falle von Wasserstoff kann dies insbesondere eine Flüssigwasserstoff-Pumpe sein, die hochisoliert ist, um einen etwaigen Wärmeeintrag zu minimieren. Unter Hochisolation ist zu verstehen, dass das gesamte Pumpengehäuse hochisoliert ist, dass der Wärmeintrag durch die Kolben durch konstruktive Maßnahmen möglichst gering ist und dass die Antriebseinheit außerhalb des Pumpengehäuse angebracht ist. Eine Verwendung von Kreiselpumpen oder Tauchkreiselpumpen ist nicht vorteilhaft, da diese im Allgemeinen einen deutlich geringen Wirkungsgrad und einen höheren Wärmeeintrag in das zu fördernde flüssige kryogene Medium aufweisen.
  • In einer Ausgestaltung wird ein anderer Teil des aus dem Behälter entnommenen flüssigen kryogenen Mediums mindestens einem nachgeschalteten Prozess zugeführt, wobei unter nachgeschaltetem Prozess ein nachgeschalteter Verbraucher, ein weiterer Speicher, eine chemische Anlage oder ähnliches gemeint sein kann. Der andere Teil bzw. ein Teil dieses anderen Teiles des aus dem Behälter entnommenen flüssigen kryogenen Medium kann vor und/oder nach der erwähnten (Rückführungs-) Hubkolbenpumpe dem mindestens einen nachgeschalteten Prozess zugeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, vor der Rückführungs-Hubkolbenpumpe bereits einen Teil flüssigen kryogenen Mediums einem nachgeschalteten Prozess, insbesondere über eine weitere Pumpe oder einen Kompressor, zuzuführen, und/oder hinter der Rückführungs-Hubkolbenpumpe einen Teil des flüssigen kryogenen Mediums direkt oder über eine weitere Pumpe oder einen Kompressor einem weiteren nachgeschalteten Prozess zuzuführen.
  • Etwaiges bei der Entnahme bzw. Rückführung des flüssigen kryogenen Mediums entstehendes verdampftes kryogenes Medium kann über die Rückführungs-Hubkolbenpumpe in den Kopfraum des Speicherbehälters rückgeführt werden. Dies verringert nochmals etwaige Verluste an Boil-Off-Gas.
  • Wie bereits erwähnt, kann im Rahmen der Erfindung jedes beliebige kryogene Medium verwendet werden, insbesondere eignet sich die Erfindung für Wasserstoff, Stickstoff, Helium oder Erdgas, die in flüssiger Form in einem Behälter gespeichert werden.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Speicherung eines kryogenen Mediums, wobei sämtliche Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung gültig sind, auch wenn nachfolgend nicht explizit ausgeführt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung eines kryogenen Mediums weist einen Behälter auf, der zur Speicherung des kryogenen Mediums in flüssigem Zustand ausgelegt ist, und weiterhin eine erste Rückführleitung, die angeordnet und ausgelegt ist, um einen Teil des in dem Behälter in flüssigem Zustand vorliegenden kryogenen Mediums aus diesem Behälter zu entnehmen und im flüssigen Zustand in einen Kopfraum des Behälters, in dem das gespeicherte kryogene Medium in gasförmigem Zustand vorliegt, rückzuführen.
  • Bezüglich der Vorteile und weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei auf das oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ausgeführte verwiesen.
  • Erfindungsgemäß ist die erste Rückführleitung in einem unteren Bereich der Flüssigkeitssäule des kryogenen Mediums im Behälter an diesem Behälter angeordnet bzw. angeflanscht. Weiterhin weist die erste Rückführleitung eine hochisolierte Hubkolbenpumpe für kryogene Medien mit einem Wirkungsgrad von über 80% auf. In einer Ausführungsform ist am Ende der Rückführleitung im Inneren des Behälters und/oder an der Austrittsstelle des flüssigen kryogenen Mediums im Inneren des Behälters eine Verteilungseinrichtung für flüssiges kryogenes Medium wie ein Rohrstutzen, eine Sprühdüse und/oder ein Prallblech angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform ist vor und/oder nach der oben erwähnten (Rückführ-) Hubkolbenpumpe mindestens eine Versorgungsleitung vorhanden, die angeordnet und ausgelegt ist, einen Teil des aus dem Behälter entnommenen flüssigen kryogenen Mediums mindestens einem nachgeschalteten Prozess zuzuführen. Schließlich ist in einer weiteren Ausführungsform eine zweite Rückführleitung vorhanden, die angeordnet und ausgelegt ist, um entstehendes verdampftes kryogenes Medium über die Hubkolbenpumpe in den Kopfraum des Behälters rückzuführen. Die zweite Rückführleitung kann auch entfallen, wenn die Hubkolbenpumpe über die erste Rückführleitung in den Kopfraum des Behälters entgast.
  • Die Erfindung und ihre Vorteile werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
    • Kurze Beschreibung der Figur
    • Figur 1
    zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung eines kryogenen Mediums, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
    Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zur Speicherung eines kryogenen Mediums, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Vorrichtung 100 weist einen Behälter 130 auf, der zur Speicherung des kryogenen Mediums in flüssigem Zustand ausgelegt ist. Als kryogenes Medium sei im Folgenden verflüssigter Wasserstoff (engl. "liquid hydrogen" LH2) betrachtet, ohne dass das nachfolgende Ausführungsbeispiel auf dieses kryogene Medium beschränkt sein soll. LH2 liegt im Behälter 130 in flüssiger Form vor und bildet eine Flüssigkeitssäule 132, die vom Boden des Behälters 130 bis zum angezeigten Füllstand 136 reicht. Im Kopfraum 134 des Behälters sammelt sich Boil-Off-Gas an. Hierbei handelt es sich um verdampften Wasserstoff aufgrund unvermeidlichen Wärmeeintrages in den Behälter 130. Dieses Boil-Off-Gas führt zu einer Druckerhöhung im Inneren des Behälters 130, sodass bislang bei Erreichen eines bestimmten Grenzwertes bzw. bei Überschreiten des Betriebsdrucks eine Druckverminderung durch Abblasen des Boil-Off-Gases vorgenommen wurde.
  • Erfindungsgemäß wird nunmehr ein Teil des in dem Behälter 130 in flüssigem Zustand vorliegenden kryogenen Mediums aus dem Behälter entnommen und in flüssigem Zustand in den Kopfraum 134 des Behälters 130 rückgeführt. Hierzu ist eine erste Rückführleitung 170 vorgesehen, die im Bereich der Flüssigkeitssäule 132 an den Behälter 130 angeflanscht ist, im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 im unteren Viertel der Flüssigkeitssäule 132. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist die Rückführleitung 170 in diesem Teil der Vorrichtung 100 mit der Auslassleitung 140 für flüssigen Wasserstoff aus dem Behälter 130 identisch. In der Rückführleitung 170 ist eine hochisolierte Flüssigwasserstoffpumpe 150 als (Rückführ-)Hubkolbenpumpe 150 mit einem Wirkungsgrad von über 80% angeordnet. Weiterhin befindet sich in der Rückführleitung 170 ein Ventil 160 zur Steuerung der zurückgeführten Menge an Flüssigwasserstoff. Die Rückführleitung 170 mündet im oberen Teil des Behälters 130, sodass der Flüssigwasserstoff in den Kopfraum 134 des Behälters 130 rückgeführt wird. Auf diese Weise kann kalter flüssiger Wasserstoff in das wärmere Wasserstoffgas im Kopfraum 134 strömen, wodurch das Boil-Off-Gas abgekühlt wird und teilweise wieder verflüssigt wird. Dies führt zu einer Druckminderung im Behälter 130, sodass keine Notwendigkeit besteht, Boil-Off-Gas in die Atmosphäre zu entlassen. Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist der Teil der Rückführleitung 170, der zum oberen Bereich des Behälters 130 führt, identisch mit der Versorgungsleitung 120, über die flüssiger Wasserstoff von einem Flüssigwasserstoff-Trailer 110 in den Behälter 130 geleitet werden kann.
  • An der Auslassöffnung der Rückführleitung 170 im Inneren des Behälters 130 kann zweckmäßigerweise ein Rohrstutzen oder eine Sprühdüse 172 angeordnet sein, um den flüssigen Wasserstoff in den Kopfraum 134 einzudüsen und somit den Wärmetausch mit dem dort befindlichen Boil-Off-Gas zu verbessern. Anstelle eines Rohrstutzens oder einer Sprühdüse 172 oder auch zusätzlich hierzu kann ein Prallblech 174 an der Austrittsstelle des flüssigen kryogenen Mediums im Inneren des Behälters 130 angeordnet sein. Selbstverständlich können auch andere Verteilungseinrichtungen für flüssiges kryogenes Medium verwendet werden, um dieses möglichst großflächig im Kopfraum 134 des Behälters 130 zu verteilen.
  • Obwohl es sich bei der Hubkolbenpumpe 150 um eine hochisolierte Flüssigwasserstoffpumpe handelt, ist dennoch ein gewisser Wärmeeintrag in die Anschlussstellen und in die Leitung 140, die zu der Hubkolbenpumpe 150 führt, sowie in die Hubkolbenpumpe 150 selbst nicht auszuschließen. Um dabei entstehendes Wasserstoffgas in den Kopfraum 134 des Behälters 130 zurückzuführen, kann eine zweite Rückführleitung 180 vorgesehen sein; alternativ erfolgt die Entgasung über die erste Rückführleitung 170.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich können mehrere Versorgungsleitungen 190 vorhanden sein, die flüssiges kryogenes Medium, hier Flüssigwasserstoff, mindestens einem nachgeschalteten Prozess zuführen. Bei dem nachgeschalteten Prozess kann es sich um einen Verbraucher, um einen oder mehrere weitere Speicher oder um eine chemische Anlage handeln, die Flüssigwasserstoff benötigt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist eine Versorgungsleitung 190 der Hubkolbenpumpe 150 vorgeschaltet, wobei in dieser Versorgungsleitung 190 eine eigene Pumpe 192 bzw. ein Kompressor oder ähnliches eingebaut ist, um flüssigen Wasserstoff mit einem gewünschten Druck bereitzustellen. Eine weitere Versorgungsleitung 190 ist der Hubkolbenpumpe 150 nachgeschaltet, um flüssigen Wasserstoff, vorteilhafterweise mit einem anderen Druck, bereitstellen zu können. Vorher wird ein Teil des flüssigen Wasserstoffes über das Ventil 160 der Rückführleitung 170 zugeführt. Dies kann kontinuierlich erfolgen oder bedarfsweise. Zu diesem Zweck kann der Druck in dem Behälter 130 überwacht werden und bei Überschreiten eines Grenzwertes das Ventil 160 angesteuert werden, um flüssigen Wasserstoff in den Kopfraum 134 des Behälters 130 einzudüsen.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Speicherung eines kryogenen Mediums, wobei das kryogene Medium in einem Behälter (130) in flüssigem Zustand gespeichert wird, wobei es in einem Kopfraum (134) des Behälters (130) in gasförmigem Zustand vorliegt,
    wobei ein Teil des in dem Behälter (130) in flüssigem Zustand vorliegenden kryogenen Mediums aus dem Behälter entnommen und in flüssigem Zustand in den Kopfraum (134) des Behälters (130) rückgeführt wird,
    wobei das flüssige kryogene Medium aus einem unteren Bereich einer Flüssigkeitssäule (136) des kryogenen Mediums im Behälter (130) entnommen wird und das in den Kopfraum (134) des Behälters (130) rückgeführte flüssige kryogene Medium in den Kopfraum gesprüht und/oder im Kopfraum verteilt wird, und
    wobei die Entnahme und Rückführung mittels einer hochisolierten Hubkolbenpumpe (150) für flüssiges kryogenes Medium und mit einem Wirkungsgrad von größer 80% vorgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein anderer Teil des aus dem Behälter (130) entnommenen flüssigen kryogenen Mediums mindestens einem nachgeschalteten Prozess zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der andere Teil zumindest zum Teil vor und/oder nach der Hubkolbenpumpe (150) dem mindestens einen nachgeschalteten Prozess zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei entstehendes verdampftes kryogenes Medium über die Hubkolbenpumpe (150) in den Kopfraum (134) des Behälters (130) rückgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als kryogenes Medium Wasserstoff, Stickstoff, Helium oder Erdgas verwendet wird.
  6. Vorrichtung (100) zur Speicherung eines kryogenen Mediums mit
    einem Behälter (130) ausgelegt zur Speicherung des kryogenen Mediums in flüssigem Zustand und mit
    einer ersten Rückführleitung (170), die angeordnet und auslegt ist, um einen Teil des in dem Behälter (130) in flüssigem Zustand vorliegenden kryogenen Mediums aus dem Behälter (130) zu entnehmen und in flüssigem Zustand in einen Kopfraum (134) des Behälters (130), in dem das gespeicherte kryogene Medium in gasförmigen Zustand vorliegt, rückzuführen,
    wobei die erste Rückführleitung (170) in einem unteren Bereich der Flüssigkeitssäule (136) des kryogenen Mediums im Behälter (130) an diesem Behälter (130) angeordnet ist, und
    wobei die erste Rückführleitung (170) eine hochisolierte Hubkolbenpumpe (150) für flüssiges kryogenes Medium mit einem Wirkungsgrad von größer 80% aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei am Ende der Rückführleitung (170) im Inneren des Behälters (130) und/oder an der Austrittsstelle des flüssigen kryogenen Mediums im Inneren des Behälters (130) eine Verteilungseinrichtung für flüssiges kryogenes Medium wie ein Rohrstutzen und/oder eine Sprühdüse (172) und/oder ein Prallblech (174) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei vor und/oder nach der Hubkolbenpumpe (150) mindestens eine Versorgungsleitung (190) vorhanden ist, die angeordnet und ausgelegt ist, einen anderen Teil des aus dem Behälter (130) entnommenen flüssigen kryogenen Mediums mindestens einem nachgeschalteten Prozess zuzuführen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine zweite Rückführleitung (180) vorhanden ist, die angeordnet und ausgelegt ist, um entstehendes verdampftes kryogenes Medium über die Hubkolbenpumpe (150) in den Kopfraum (134) des Behälters (130) rückzuführen.
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