DE1960515B1

DE1960515B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verfluessigen eines Gases

Info

Publication number: DE1960515B1
Application number: DE19691960515
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Phys Foerg
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1969-12-02
Filing date: 1969-12-02
Publication date: 1971-05-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen eines unter erhöhtem Anfangsdruck stehenden Gases durch Wärmeaustausch mit einem dabei verdampfenden tiefersiedenden verflüssigten Hilfsgas, das vor dem Wärmeaustausch auf einen höheren Druck gepumpt, nach seiner Verdampfung arbeitsleistend entspannt und anschließend erneut in Wärmeaustausch mit dem Gas gebracht wird.
Es ist ein Verfahren dieser Art bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 435), bei dem zu verflüssigendes Methan auf einen überkritischen Druck von etwa 70 ata verdichtet, abgekühlt und auf 1 ata entspannt wird. Die Abkühlung erfolgt mit Hilfe von flüssigem Stickstoff, der, nachdem er auf einen überkritischen Druck von 90 ata gefördert worden ist, im Wärmeaustausch mit dem Methan auf Umgebungstemperatur angewärmt, arbeitsleistend auf Atmosphärendruck entspannt und nochmals in Wärmeaustausch mit dem Methan gebracht wird. Mit der bei der arbeitsleistenden Entspannung gewonnenen Energie wird die Flüssigstickstoffpumpe betrieben. Der Stickstoff besitzt nach der arbeitsleistenden Entspannung eine Temperatur, die höher ist als die des flüssigen Stickstoffs beim Austritt aus der Pumpe. Um 1 kg Methan zu verflüssigen, benötigt man unter den geschilderten Bedingungen 1,5 kg flüssigen Stickstoff.
Soll diese Stickstoffmenge unterschritten werden, so muß eine zusätzliche Kühlanlage zur Verfügung stehen. Die hierfür erforderliche Energie kann nur zum Teil durch arbeitsleistende Entspannung des Stickstoffs gedeckt werden, d. h. das Verfahren ist von einer äußeren Energiequelle abhängig.
Hinzu kommt, daß das zu verflüssigende Gas, wenn die Stickstoffkälte wirtschaftlich genutzt werden soll, mit etwa 70 ata zur Verfügung stehen muß.
Der Enddruck der Pipelines liegt jedoch meistens tiefer, z. B. bei 40 ata. In diesen Fällen ist das bekannte Verfahren nur dann mit Vorteil durchführbar, wenn das Methan mit Hilfe einer äußeren Energiequelle verdichtet werden kann.
Vor allem aber muß der größte Teil der Kälte durch Wärmeaustausch auf das Methan übertragen werden, wobei dieser Wärmeaustausch hauptsächlich zwischen Gasströmen stattfindet, die unter überkritischem Druck stehen. Die Wärmeaustauscher müssen also wegen der großen zu übertragenden Wärmemengen entsprechend große Oberflächen besitzen und außerdem für hohe Drücke ausgelegt sein.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Arbeitsweise zu überwinden und ein Verfahren zu schaffen, das bei vermindertem Bedarf an flüssigem Stickstoff nicht an das Vorhandensein einer äußeren Energiequelle gebunden ist und in kleineren und einfacheren Wärmeaustauschern durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein erster Teil des Gases arbeitsleistend auf Lagerdruck entspannt und dann durch Wärmeaustausch mit dem Hilfsgasstrom, dessen Gewicht sich zu dem des ersten Teils des Gases verhält wie etwa 2 :1, abgekühlt und verflüssigt wird und daß der verbleibende zweite Teil des Gases unter Verbrauch von mindestens einem Teil der bei der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases gewonnenen Energie und durch Wärmeaustausch mit dem entspannten Hilfsgas abgekühlt und verflüssigt und anschließend auf Lagerdruck entspannt wird.
Dieses Verfahren bietet folgende Vorteile: Durch die arbeitsleistende Entspannung des Gases wird zusätzliche Energie erzeugt, die sich je nachdem, ob ein größerer oder geringerer apparativer Aufwand lohnend erscheint, in mehr oder minder hohem Maß in weitere Verflüssigungsleistung umsetzen läßt. Dies bedeutet zunächst, daß das Gas unter niedrigem Druck angeliefert werden kann, daß also auch bei verhältnismäßig niedrigem Pipelineenddruck keine zusätzliche Verdichtung nötig ist. Vor allem aber ist diejenige Menge flüssigen Hilfsgases, die bei gegebener Menge zu erzeugender Flüssigkeit benötigt wird, um das Verfahren unabhängig von einer äußeren Energiequelle durchzuführen, geringer als bei dem bekannten Verfahren. So reicht die bei der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases sowie des Hilfsgases gewonnene Energie aus, um bei vollständiger Unabhängigkeit von einer äußeren Energiequelle den Rest, dessen Menge mindestens das 0,55fache des ersten Teils beträgt, zu verflüssigen.
Da die arbeitsleistende Entspannung des ersten Teils des Gases gleichzeitig dessen Vorkühlung bewirkt, können die zur weiteren Abkühlung dieser Gasmenge nötigen Wärmeaustauscher wegen der nunmehr geringeren abzuführenden Wärmemenge klein gehalten werden. Aus dem gleichen Grund brauchen sie auch nur für niedrige Drücke ausgelegt zu werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung hat also eine Verminderung des baulichen Aufwands für die Wärmeaustauscher zur Folge. Da ferner der Wärmeaustausch zumindest auf der Seite des Gases stets bei unterlrritischem Druck stattfindet, bildet sich nach dem Unterschreiten der Tautemperatur Kondensat; dadurch sind die Wärmeübergangsverhältnisse gut. Außerdem wird das Hilfsgas nicht auf Umgebungstemperatur, sondern nur auf eine Temperatur angewärmt, die unter der nach der arbeitsleistenden Entspannung des Gases erreichten Temperatur liegt. Daher kann das Hilfsgas nach seiner arbeitsleistenden Entspannung nochmals zur Dekkung von Spitzenkälte herangezogen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der zweite Teil des Gases mit bei der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases gewonnener Energie auf überkritischen Druck verdichtet, abgekühlt, auf unterkritischen, aber erhöhten Druck entspannt, weiter abgekühlt und verflüssigt und anschließend auf Lagerdruck entspannt. Mit Hilfe der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases ist es auf diese Weise möglich, einen zweiten Teil dieses Gases zu verflüssigen, dessen Menge etwa 550/0 des ersten Teils beträgt. Dabei ergibt sich in Abhängigkeit von den Wirkungsgraden der eingesetzten Maschinen ein mehr oder weniger großer Energieüberschuß, welcher z. B. mit Hilfe von Generatoren in elektrische Energie umgewandslt werden kann. Dieses Verfahren zeichnet sich schließlich auch dadurch aus, daß zu seiner Durchführung außer relativ leichten Anlageteilen wie Niederdruckwärmeaustauscher und Expansionsturbinen nur ein Kompressor für die kleinere Teilmenge und ein Hochdruckwärmeaustauscher für deren Vorkühlung nötig sind. Die Anlage läßt sich daher bequem auf einem Schiff montieren.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung befassen sich mit der Nutzung des bei dem vorstehend geschilderten Verfahren auftretenden Überschusses an Energie aus der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases. Ein für diesen Zweck besonders gut geeignetes Verfahren besteht darin, daß der zweite Teil des Gases vor seiner Verdichtung auf den überkritischen Druck um eine dem zusätzlich auszunutzenden Energiebetrag entsprechende Menge des ersten Teils des Gases vergrößert wird und daß diese zusätzliche Gasmenge anschließend auf eine an sich bekannte Art verflüssigt wird. Bei gegebener Gesamtmenge an Gas wird also der Anteil des Gases, der arbeitsleistend entspannt und anschließend durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Hilfsgas verflüssigt werden soll, vermindert. Damit vermindert sich aber bei gleichbleibender Verflüssigungsleistung auch der Bedarf an flüssigem Hilfsgas.
Die Verflüssigung der zusätzlichen Gasmenge geschieht nach dem in der deutschen Auslegeschrift 1 626325 beschriebenen Verfahren. Danach wird die zusätzliche, auf den überkritischen Druck verdichtete Menge des Gases unter oder in die Nähe der kritischen Temperatur abgekühlt und dann arbeitsleistend im oder ins Flüssigkeitsgebiet entspannt, worauf der verflüssigte Anteil vom gasförmig gebliebenen getrennt und anschließend, vorzugsweise nach weiterer Abkühlung, in einem Drosselventil auf Lagerdruck entspannt wird. Die Vorkühlung der zusätzlichen Gasmenge erfolgt durch arbeitsleistende Entspannung eines Teils dieser Gasmenge und/oder durch Wärmeaustausch mit den bei den einzelnen Entspannungsvorgängen gasförmig gebliebenen Anteilen. Letztere können, wenn keine andere Verwendungsmöglichkeit vorgezogen wird, ebenfalls mit überschüssiger Energie aus der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases verdichtet und erneut der Verflüssigung zugeführt werden.
Eine andere Maßnahme, die ebenfalls gut geeignet ist, einen Überschuß an Energie aus der arbeitsleistenden Entspannung in Verflüssigungsleistung umzusetzen, besteht in Weiterbildung des Erfindungsgedankens darin, diese Energie zur Verdichtung des ersten Teils des Gases vor dessen arbeitsleistender Entspannung auszunutzen. Dadurch kann die Enthalpie des in die Turbine eintretenden Gases erniedrigt und das Enthalpiegefälle in der Turbine erhöht werden, so daß die Enthalpie des entspannten Gases kleiner wird. Damit ist auch die irn nachfolgenden Niederdruckwärmeaustauscher abzuführende Restwärme kleiner.
Anstatt den zweiten Teil des Gases direkt mit bei der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases gewonnener Energie zu verdichten, kann diese Energie auch dem Kompressor eines Kältemittelkreislaufs, z. B. eines sogenannten »mixer refrigerant«-Kreislaufs nach Kleemenko (Comptes-rendus du Congres du Froid de Copenhague 1959) zugeführt werden. Bei dieser Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der zweite Teil des Gases außer durch den Wärmeaustausch mit dem arbeitsleistend entspannten Hilfsgas mit Hilfe eines Kältemittelkreislaufs abgekühlt und verflüssigt, dessen Kompressor mit bei der arbeitsleistenden Entspannung des Hilfsgases und des ersten Teils des Gases gewonnener Energie betrieben wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht ferner darin, daß das Hilfsgas arbeitsleistend ins Naßdampfgebiet entspannt und die dabei gebildete Flüssigkeit auf den Druck des flüssigen, dem Wärmeaustausch zuzuführenden Hilfsgases gefördert und mit diesem vereinigt wird. Diese Maßnahme hat eine weitere Verminderung des Bedarfs an flüssigem Hilfsgas zur Folge.
Der Kälteinhalt des arbeitsleistend entspannten Hilfsgases läßt sich besonders gut ausnutzen, wenn dieses in Weiterbildung des Erfindungsgedankens zunächst durch Wärme austausch mit dem ersten Teil des Gases auf eine unter der bei der arbeitsleistenden Entspannung dieses ersten Teils erreichten Temperatur liegende Zwischentemperatur angewärmt und erst dann mit dem zweiten Teil des Gases in Wärmeaustausch gebracht wird. Die Zwischentemperatur liegt dabei wenig unter dem Siedepunkt des Gases bei Lagerdruck.
Unter Lagerdruck ist der Druck des Zwischenlagers zu verstehen, in dem die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung gewonnene Flüssigkeit gesammelt wird. Von hier aus wird das verflüssigte Gas in die Transportbehälter, z. B. Schiffstanks, gepumpt.
Der Druck des Zwischeniagers und der Transportbehälter liegt gewöhnlich bei 1 ata, er kann diesen Wert aber auch erheblich übersteigen. Der Druck, auf den das flüssige Hilfsgas vor dem Wärmeaustausch gepumpt wird, muß so auf diesen Lagerdruck abgestimmt werden, daß der Kälteinhalt des Hilfsgases an den arbeitsleistend auf den Lagerdruck entspannten ersten Teil des Gases übertragen werden kann. Für Methan als Gas, Stickstoff als Hilfsgas und einen Lagerdruck von 1 ata liegt der Druck, auf den der flüssige Stickstoff vor dem Wärmeaustausch gefördert werden muß, bei 14 ata. Ist der Lagerdruck höher, so muß auch das flüssige Hilfsgas auf einen entsprechend erhöhten Druck gepumpt werden.
Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung für einen ersten Teil des Gases zu einer Turbine und eine Leitung für einen zweiten Teil dieses Gases zu einem Kompressor geführt ist, daß der Austritt der Turbine mit dem warmen Ende eines für Gas unter Lagerdruck ausgelegten Querschnitts eines Wärmeaustauschers verbunden ist, dessen kaltes Ende an ein Zwischenlager für verflüssigtes Gas angeschlossen ist, daß ein weiterer Querschnitt dieses Wärmeaustauschers über das kalte Ende an eine Pumpe für flüssiges Hilfsgas und über das warme Ende an die Eintrittsseite einer zweiten Turbine angeschlossen ist, deren Austrittsseite mit den Kältemittelquerschnitten zweier weiterer hintereinandergeschalteter Wärmeaustauscher verbunden ist, und daß der Kompressoraustritt über die zweiten Querschnitte der Wärmeaustauscher sowie über ein zwischen den letzteren angeordnetes Expansionsventil und ein diesen nachgeschaltetes weiteres Expansionsventil mit dem Zwischenlager verbunden ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in erster Linie für die Verflüssigung von Erdgas oder Methan mittels Stickstoff als Hilfsgas bestimmt. Auf die gleiche Weise kann auch Sauerstoff verflüssigt werden. Will man Stickstoff mit Hilfe dieses Verfahrens verflüssigen, so ist als Hilfsgas ein tiefer als dieser siedendes Gas, z. B. Wasserstoff, zu wählen. Schließlich können auch Kohlenwasserstoffe wie Äthylen, Propan oder Butan mit dem tiefersiedenden Methan als Hilfsgas verflüssigt werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nunmehr an Hand von fünf schematischen Darstellungen beispielsweise erläutert. Gemäß F i g. 1 wird durch Leitung 1 von CO2 und H2S befreites und getrocknetes Erdgas mit einer Temperatur von 30° C und einem Druck von 40 ata herangeführt. Etwa zwei Drittel der ankommenden Gasmenge, je Nm³ also 0,642 Nm³ oder 0,460 kg, gelangen über Leitung 2 in die Turbine 3, in welcher das Erdgas auf 1,1 ata entspannt und dabei auf etwa 1510 K abgekühlt wird.
Mit dieser Temperatur tritt es in den Wärmeaustauscher 4 ein, wird dort abgekühlt und verflüssigt und mit einer Temperatur von 111° K den Zwischenlager 5 zugeführt. Die hierfür erforderliche Kälte wird von flüssigem Stickstoff geliefert, der einem Schiffstank mit 1 ata und 770 K entnommen wird.
Um 0,642 Nm3 oder 0,460 kg Erdgas zu verflüssigen, benötigt man 0,8 Nm3 oder 1,0. kg Stickstoff. Er wird durch die Pumpe 6 auf 14 ata gefördert, einen Druck, bei dem er durch Wärmetausch mit dem drucklosen Methan noch verdampft werden kann.
Da sich der Stickstoff hier im unterkritischen Zustand befindet, also Flüssigkeitsverdampfung vorliegt, sind auch auf der Kältemittelseite des Wärmeaustauschers gute Wärmeübergangsverhältnisse gegeben.
Im Wärmeaustauscher 4 wird der Stickstoff verdampft und auf etwa 138° K angewärmt und dann in der Turbine 7 auf 1,6 ata entspannt. Dabei kühlt sich der Stickstoff auf etwa 810 K ab. Mit dieser Temperatur wird er nochmals dem kalten Ende des Wärme austauschers 4 zugeführt, dort auf etwa 108.0 K, eine Temperatur also, die wenige Grade. unter dem Siedepunkt des Methans bei Atmosphärendruck liegt, angewärmt, auf dem Niveau dieser Zwischentemperatur aus dem Wärmeaustauscher 4 abgezogen und in den Wärmeaustauschern 8 und 9 auf Umgebungstemperatur angewärmt, um in die Atmosphäre entlassen, zu werden.
Etwa ein Drittel des zu verflüssigenden Erdgases, je Nm³ der ankommenden Gasmenge also 0,358 Nm³ oder 0,256 kg, werden über Leitung 10 denn Kompressor 11 zugeführt und mit Hilfe der durch die arbeitsleistende Entspannung des Erdgases und des Stickstoffs gewonnenen Energie auf 200 ata verdichtet. Das Hochdruckerdgas wird im Wärmeaustauscher 9 auf etwa 164° K abgekühlt dann im Ventil 12 auf einen unterkritischen Druck von etwa 20 ata entspannt und im Wärmeaustauscher 8 auf die Siedentemperatur des Methans bei Atmosphärendruck, das sind etwa 111° K, agbefühlt und ver-Rüssigt. Das den Wärmeaustauscher 8. verlassende flüssige Erdgas wird im Ventil 13 auf etwa 1 ata entspannt und mit diesem Druck dem Zwischenlager 5 zugeführt. Von dort wird es zusammen mit der im Wärmeaustauscher 4 verflüssigten größeren Erdgasmenge über eine Pumpe 14 in das Tankschiff gefördern.
Diejenige von den Turbinen 3 und 7 gelieferte Energiemenge, die vom Kompressor 11 nicht verbraucht werden kann, dient zum Betrieb der Pumpen 6 und 14 und der Kühlwasserpumpen der nicht geteichneten Kompressorkühler. Das Verfahren ist von einer äußeren Energiequelle unabhängig und kann noch 0,022 kwb/Nm³ verflüssigten Methans abgeben. Dabei wird für die Verflüssigung von 0,716 kg Erdgas nur 1,0 kg Stickstoff benötigt; das ist ein Gewichtsverhältnis von 1 : 1,4. Der Bedarf an flüssigem Stickstoff vermindert sich also um 6,7 %. Da die stündlich zu verflüssigende Gasmenge beim Schiffstransport von Erdgas äußerst hoch ist, bedeutet dies eine wesentliche Verbesserung, Außerdem kann die hierfür nötige Anlage auf einem Schiff montiert werden, ist also nicht ortsgebunden.
Bei dem Verfahren nach F i g. 1 bleibt, wie erwähnt, ein Energiebetrag von etwa 0,022, kwh pro Nm3 verflüssigten Methans im Verfahren ungenutzt.
Diese Energie läßt sich mit Hilfe des Verfahrens nach Fig 2 vollständig ausschöpfen: CQ2. H2S- und H2Q-freies Erdgas wird mit einem Druck von 40 ata und Umgebungstemperatur über Leitung 1 dem Kompressor 11 zugeführt. Der erste Teil des zu verflüssigenden Erdgases, 0,695 Nm3, bezogen auf 0,8 Nm3 bzw. 1 kg flüssigen Stickstoffs, wird auf etwa 81 ata verdichtet, dann über Leitung 2a der Turbine 3 zugeführt und, wie in F i g. 1 beschrieben, abgekühlt und verflüssigt. Die Verdampfung des flüssigen Stickstoffs geschieht ebenfalls in der gleichen Weise in F i g. q; die arbeitsleistende Entspannung wird jedoch in der Turbine 7 a so geführt, daß am Turbinenaustritt 10% des Stickstoffs als Flüssigkeit vorliegen. Diese wird im Abscheider 15 vom gasförmig gebliebenen Anteil getrennt und über die Pumpe 16 dem dem Wärmeaustauscher 4 zuströmenden flüssigen Stickstoff zugespeist. Durch diese Maßnahmen können bei gleichem Stickstoffbedarf etwa 5,3% mehr Methan verflüssigt werden als beim Verfahren gemäß F i g. 1.
Der zweite Teil des zu verflüssigenden Gases, 0,3.58 Nm³, wird im Kompressor 11 auf 2.00 ata verdichtet und anschließend in der in Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebenen Weise weiterbehandelt.
Aus dem Verhältnis der Teilmengen des Erdgases, 0,695 Nm3 zu 0,358 Nm3z ergibt sich eine Vergrößerung der Flüssigerdgasproduktion auf 1,053 Nm³ bzw. 0,755 kg, bezogen auf 0,8 Nm³ bzw. 1,0 eingesetzten flüssigen Stickstoffs.
In F i g. 3 wird ein Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe sich die bei der arbeitsleistenden Entspannung des Stickstoffs und des ersten Teils des Erdgases gewordene Energie. ebenfalls voll aus.-schöpfen läßt.
Die Menge des ersten, durch Leitung 2 der Turbine 3 zugeführten Erdgasteilstromes beträgt wiederum 0,642 Nm³, der durch Leitung 10 einer Verflüssigungsanlage zugeführte zweite Teilstrom beträgt jedoch 0,464 Nm³, bezogen auf 0,8 Nm³ eingesetzten flüssigen Stiekstoffs, Die. Abkühlung. des ersten Teil.stroms durch Wärmeaustausch mit den Stickstoff geschieht in der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise.
Der zweite Teilstrom wird über Leitung 10 unter Pipelinedruck einer Verflüssigungsanlage 17 zugeführt und dort mit Hilfe eines bekannten. Kältemittelkreislaufs verflüssigt, dessen Verdichter 18 mit dem erwähnten Überschuß an Energie betrieben wird.
Auch die Kälte des arbeitsleistend entspannten Stickstoffs wird in der Verflüssigungsanlage 17 ausgenutzt.
Das Verfahren nach F i g. 3 bietet somit gegenüber dem Verfahren nach F i g. 1 den Vorteil, daß bei gleichem Stickstoffbedarf um etwa 10,6% mehr flüssiges Methan erzeugt werden kann. Diese Flüssigkeitsausbeute ist auch größer als bei dem Verfahren nach F i g. 2. Das Verfahren nach F i g. 3 benötigt jedoch einen zusätzlichen Kältekreislauf, beispielsweise mit einem Kohlenwasserstoffgemisch als Kältemedium.
In Fig. 4 ist das i-T-Diagramm des Hochdruckwärmeaustauschers 9 und des Mitteldruckwärmeaustauschers 8, in Fig. 5 das i-T-Diagramm des Wärmeaustauschers 4 gemäß dem Verfahren nach Fig. 1 dargestellt. Hieraus können die Wärmeumsätze und die Temperaturdifferenzen zwischen dem abzukühlenden Methan und dem anzuwärmenden Stickstoff abgelesen werden. In Fig.4 kennzeichnet die Springstelle der Abkühlungskurve für das Methan bei 1640 K die Drosselentspannung von 200 ata auf 20 ata.
Fig. 5 zeigt die Abkühlung des in der Turbine 3 entspannten Methans und dessen Verflüssigung bei 1120 K sowie die Anwärmung des nach der Pumpe 6 mit einer Temperatur von 770 K unterkühlt vorliegenden flüssigen Stickstoffs auf 1090 K, die Verdampfung bei dieser Temperatur und die weitere Anwärmung auf 1380 K. Bei einem realen Erdgas, welches Stickstoff und schwerere Kohlenwasserstoffe enthält, wird die Abkühlkurve des Methans in Abhängigkeit von der Zusammensetzung qualitativ etwa den durch Strichelung angedeuteten Verlauf haben. Sowohl Fig.4 als auch Fig.5 zeigen, daß bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die auftretenden Temperaturdifferenzen und damit die Energieverluste klein gehalten werden können.
Patentansprüche: 1. Verfahren zum Verflüssigen eines unter erhöhtem Anfangsdruck stehenden Gases durch Wärmeaustausch mit einem dabei verdampfenden tiefersiedenden verflüssigten Hilfsgas, das vor dem Wärmeaustausch auf einen höheren Druck gepumpt, nach seiner Verdampfung arbeitsleistend entspannt und anschließend erneut in Wärmeaustausch mit dem Gas gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil des Gases arbeitsleistend auf Lagerdruck entspannt und dann durch Wärmeaustausch mit dem Hilfsgasstrom, dessen Gewicht sich zu dem des ersten Teils des Gases verhält wie etwa 2:1, abgekühlt und verflüssigt wird und daß der verbleibende zweite Teil des Gases unter Verbrauch von mindestens einem Teil der bei der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases gewonnenen Energie und durch Wärmeaustausch mit dem entspannten Hilfsgas abgekühlt und verflüssigt und anschließend auf Lagerdruck entspannt wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil des Gases mit bei der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases gewonnener Energie auf überkritischen Druck verdichtet, abgekühlt, auf unterkritischen, aber erhöhten Druck entspannt, weiter abgekühlt und verflüssigt und anschließend auf Lagerdruck entspannt wird (Fig. 1).

3. Verfahren nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil des Gases vor seiner Verdichtung auf den überkritischen Druck um eine dem zusätzlich auszunutzenden Energiebetrag entsprechende Menge des ersten Teils des Gases vergrößert wird und daß diese zusätzliche Gasmenge unter oder in die Nähe der kritischen Temperatur abgekühlt und dann arbeitsleistend im oder ins Flüssigkeitsgebiet entspannt wird, worauf der verflüssigte Anteil vom gasförmig gebliebenen getrennt und anschließend, vorzugsweise nach weiterer Abkühlung, in einem Drosselventil auf Lagerdruck entspannt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der bei der arbeitsleistenden Entspannung des ersten Teils des Gases und des Hilfsgases gewonnenen Energie zur Verdichtung dieses ersten Teils vor dessen arbeitsleistender Entspannung ausgenutzt wird (Fig. 2).

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil des Gases außer durch den Wärmeaustausch mit dem arbeitsleistend entspannten Hilfsgas mit Hilfe eines Kältemittelkreislaufs abgekühlt und verflüssigt wird, dessen Kompressor mit bei der arbeitsleistenden Entspannung des Hilfsgases und des ersten Teils des Gases gewonnener Energie betrieben wird (Fig. 3).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsgas arbeitsleistend ins Naßdampfgebiet entspannt und die dabei gebildete Flüssigkeit auf den Druck des flüssigen, dem Wärmeaustausch zuzuführenden Hilfsgases gefördert und mit diesem vereinigt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der arbeitsleistend entspannte Hilfsgasstrom zunächst durch Wärmeaustausch mit dem ersten Teil des Gases auf eine unter der bei der arbeitsleistenden Entspannung dieses ersten Teils erreichten Temperatur angewärmt und erst dann mit dem zweiten Teil des Gases in Wärmeaustausch gebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischentemperatur wenig unter dem Siedepunkt des Gases bei Lagerdruck liegt.

9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (1) für einen ersten Teil des Gases zu einer Turbine (3) und eine Leitung (10) für einen zweiten Teil dieses Gases zu einem Kompressor (11) geführt ist, daß der Austritt der Turbine mit dem warmen Ende eines für Gas unter Lagerdruck ausgelegten Querschnitts eines Wärmeaustauschers (4) verbunden ist, dessen kaltes Ende an ein Zwischenlager (5) für verflüssigtes Gas angeschlossen ist, daß ein weiterer Querschnitt dieses Wärmeaustauschers (4) über das kalte Ende an eine Pumpe (6) für flüssiges Hilfsgas und über das warme Ende an die Eintrittsseite einer zweiten Turbine (7) angeschlossen ist, deren Austrittsseite mit den Kältemittelquerschnitten zweier weiterer hintereinandergeschalteter Wärmeaustauscher (8; 9) verbunden ist, und daß der Kompressoraustritt über die zweiten Querschnitte der Wärmeaustauscher (8; 9) sowie über ein zwischen den letzteren angeordnetes Expansionsventil (12) und ein diesen nachgeschaltetes weiteres Expansionsventil (13) mit dem ZwischenLager (5) verbunden ist.