DE2260516A1 - PROCESS FOR COMPENSATING COLD LOSS DURING STORAGE OF LOW-BOILING LOW-BOILING GAS MIXTURES - Google Patents
PROCESS FOR COMPENSATING COLD LOSS DURING STORAGE OF LOW-BOILING LOW-BOILING GAS MIXTURESInfo
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Description
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Verfahren zur Kompensation der Kälteverluste beim Speichern von verflüssigten tiefsiedenden Gasgemischen - - Process to compensate for cold losses when storing liquefied low-boiling gas mixtures - -
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der durch äußeren Wärmeeinfall hervorgerufenen Kälteverluste beim Spei«* ehern von verflüssigten, tiefsiedenden Gasgemischen, Vorzugs-' weise von Gemischen mit weit auseinanderliegenden Siedepunkten der Einzelkomponenten. ■ 'The invention relates to a method for compensating for by cold losses caused by external heat incidence when storing liquefied, low-boiling gas mixtures, preferred wise of mixtures with widely differing boiling points of the individual components. ■ '
Zur Kompensation der VerdampfungsVerluste beim Transport von verflüssigten Gasen ist bereits ein Verfahren zur , Rückkondensat ion von Gasen, die aus einer Vielzahl von ver-< flüssigte Gase enthaltenden Speicherbehältern verdampfen, be·* kannt geworden (OT-AS 1 O86 255). Gemäß diesem Verfahren wirdTo compensate for evaporation losses during transport of liquefied gases is already a process for Back condensation of gases that come from a multitude of different < Vaporize storage containers containing liquid gases, be * become known (OT-AS 1 O86 255). According to this procedure,
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das verdampfte Gas aus Jedem der Speioherhälter jeweils in einem geschlossenen Kreislauf durch ein Flüssigkeitsbad geführt, dessen Temperatur unter dem Siedepunkt, jedoch Über dem Erstarrungspunkt der verflüssigten Gase liegt, hierdurch erneut verflüssigt und Jeweils in dem gleichen Tank zurückgeführt.the vaporized gas from each of the storage containers in one closed circuit through a liquid bath, the temperature of which is below the boiling point, but above the solidification point of the liquefied gases, thereby liquefied again and each returned in the same tank.
Zur Kompensation der Kälteverluste gespeicherter flüssiger Gasgemische 1st dieses bekannte Verfahren jedoch mit einem erheblichen Energieauwand verbunden, der sich daraus ergibt, daß im Gleichgewicht die Dampfphase über dem Flüssigkeitsbad innerhalb der Speicherbehälter viel stärker mit tiefsiedenden Komponenten angereichert ist, als die Flüssigkeit selbst.However, this known method is also used to compensate for the cold losses of stored liquid gas mixtures associated with a considerable energy wall, which results from the fact that in equilibrium the vapor phase above the liquid bath inside the storage container is enriched with low-boiling components much more than the liquid itself.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energiesparendes und konstruktiv einfaches Verfahren zur Kompensation der Kälteverluste beim Speichern von tiefsiedenden verflüssigten Oasgemischen in mindestens einem Speicherbehälter zu entwickeln.The invention is based on the object of an energy-saving and structurally simple method for compensation the cold losses when storing low-boiling liquefied To develop Oase mixtures in at least one storage tank.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß aus dem Speicherbehälter verflüssigtes Gasgemisch abgezogen, im Wärmeaustausch ■it einem Hilfskälteträger unterkühlt und daraufhin in den Speicherbehälter zurückgeführt wird.The object is achieved in that liquefied gas mixture is withdrawn from the storage container, in heat exchange ■ it is supercooled with an auxiliary refrigerant and then in the Storage tank is returned.
Der wesentlichste Erfindungsgedanke liegt also darin, zur Kompensation der Kälteverluste nicht die entstehende, rela- - tlv stark mit tiefsiedenden Komponenten angereicherte Dampfphase, j deren RUckverflUssigung energetisch ungünstig ist, permanent zuThe most essential idea of the invention is therefore to compensate for the cold losses not the rela- - tlv vapor phase strongly enriched with low-boiling components, j whose reflux is energetically unfavorable, permanently
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kondensieren« sondern das gespeicherte flüssige Gasgemisch permanent auf eine Temperatur zu kühlen« bei der überhaupt -keine Verdampfung des gespeicherten Gasgemisches stattfindet.condense «but the stored liquid gas mixture to cool permanently to a temperature «with none at all Evaporation of the stored gas mixture takes place.
Dies wird durch die permanente Unterkühlung eines Teiles des gespeicherten flüssigen Gasgemisches auf einfache Weise erreicht, wobei der Energieaufwand zur Unterkühlung einer bestimmten Menge flüssigen Gasgemisches geringer ist, als zur Rüokkondensation der durch Kälteverluste entstandenen Dampfphase des Gasgemisches, die viel stärker mit tiefersiedenden Komponenten angereichert ist als die Flüssigkeit selbst und deren Siedepunkt daher wesentlich niedriger liegt,als der Siedepunkt der im. Gleichgewicht mit der Dampfphase stehenden Flüssigkeit. Zur Unterkühlung des in der flüssigen Phase vorliegenden Gemisches ist also eine erheblich kleinere Temperaturdifferenz zu Uberbrüokeh, als zur Rückkondensation des in der Dampfphase vorliegenden Gemisches. This is achieved in a simple manner through the permanent undercooling of part of the stored liquid gas mixture achieved, whereby the energy expenditure for subcooling a certain amount of liquid gas mixture is lower than for Rüokkondensation the vapor phase of the gas mixture caused by low-temperature losses, the much stronger with lower-boiling components is enriched than the liquid itself and its boiling point is therefore much lower than the boiling point of the im. Equilibrium with the liquid in the vapor phase. To subcool the mixture present in the liquid phase so a significantly smaller temperature difference to Uberbrüokeh, than for recondensation of the mixture present in the vapor phase.
Besonders vorteilhaft eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Kompensation der Kälteverluste von gespeicherten flüssigen Gemischen, bei denen die Siedepunkte der Einzelkomponenten weit ausanderllegen, da bei diesen die Temperaturdifferenz zwischen Siedepunkt der Flüssigkeit, und Siedepunkt der im Gleichgewicht zu der Flüssigkeit stehenden Dampfphase besonders groß ist. So liegt z.B. der Siedepunkt eines unter einem Druck von oa. 1 ata gespeicherten flüssigen Erdgases, dasThat according to the invention is particularly advantageous Process to compensate for the cold losses of stored liquid mixtures in which the boiling points of the individual components They differ widely, because with these the temperature difference between the boiling point of the liquid and the boiling point the vapor phase in equilibrium with the liquid is particularly large. For example, the boiling point is below one a print of oa. 1 ata stored liquid natural gas, the
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sich aus oa. 99 Mol-# Methan und 1 Mol-# Stickstoff zusammensetzt, bei etwa 107 K. Die In Gleichgewicht zu dom flüssigen Erdgas stehende Dampfphase besteht aus oa. 80 Mol-# Methan und ca. 20 Mol-# Stickstoff alt einem Siedepunkt, der bei ca. 86 K liegt.from oa. 99 mol- # methane and 1 mol- # nitrogen composed, at about 107 K. The in equilibrium to dom liquid Natural gas standing vapor phase consists of the above. 80 mol- # methane and approx. 20 mol- # nitrogen with a boiling point of approx. 86 K lies.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß die AbkUhlkurve des flüssigen Gasgemisches viel besser an die Anwärmkurve des HlIfskälteträgers angepaßt werden kann, als dies bei den entsprechenden Kurven des Dampfgemisches und des Hilfskälteträgers der Fall ist. Der zur Kompensation der Kälteverluste erforderliche Wärmeaustausch kann also gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei kleineren Temperaturdlfferenzen durchgeführt werden, was energetisch besonders günstig ist.Another advantage of the method is that the cooling curve of the liquid gas mixture can be adapted much better to the heating curve of the auxiliary refrigerant than this is the case with the corresponding curves of the steam mixture and the auxiliary refrigerant. According to the method according to the invention, the heat exchange required to compensate for the cold losses can therefore take place at smaller temperature differences be carried out, which is particularly favorable in terms of energy.
Für den Fall, daß ein verflüssigtes stickstoffhaltiges Erdgas gespeichert wird, eignet sich besondere vorteilhaft als HiIfskälteträger Stickstoff, der z.B. in einen geschlossenen Kältekreis nach Georges Claude oder in jedem anderen bekannten Kältekreis gekühlt werden kann.In the event that a liquefied nitrogen-containing natural gas is stored, it is particularly advantageous Nitrogen as auxiliary coolant, e.g. in a closed Cold cycle according to Georges Claude or in any other known Refrigeration circuit can be cooled.
Für den Fall, daß das flüssige Gasgemisch in mehreren Speicherbehältern gespeichert wird, z.B. in einem Tankschiff mit einer Vielzahl von Einzelbehältern, besteht eine konstruktiv besonders einfache Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, die Dampfräume der einzelnen Behälter miteinander zu verbinden und nur aus einem Behälter flüssiges Gasgemisch abzuziehen,In the event that the liquid gas mixture in several Storage containers is stored, e.g. in a tanker with a large number of individual containers, there is a constructive one a particularly simple variant of the method according to the invention in which the vapor chambers of the individual containers are connected to one another and only a liquid gas mixture is withdrawn from one container,
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im Wärmeaustausch mit dem Hilfskälteträger zu unterkühlen und das unterkühlte Gasgemisch auf die einzelnen Speicherbehälter zu verteilen, derart, daß die in die Speicherbehälter zurückgeführten Mengen an unterkühltem Gasgemisch gerade ausreichen, um die diesen zugrundeliegenden Kälteverluste zu kompensieren. Das hierbei verdampfende Gasgemisch wird über die Verbindungsleitungen, die die Dampfräume der Speicherbehälter miteinander verbinden, in den Speicherbehälter,* aus dem das flüssige Gasgemisch abgezogen wird, zurückgeführt und dort erneut kondensiert, in dem es die hierzu erforderliche Kälte dem unterkühlten Gasgemisch, das in einer größeren: Menge in diesen Speicherbehälter zurückgeführt wird, entzieht.Die Vorteile dieser Verfahrensvariante liegen darin, daß nur ein einziger Wärmeaustauscher zur Unterkühlung des flüssigen Gasgemisches und nur eine einzige Pumpe zu dessen Förderung aus dem Speicherbehälter zu dem Wärmeaustauscher und von diesem zu den einzelnen Speicherbehältern be· nötigt wird. Eine bei voller Beladung mögliche Anreicherung der tiefersiedenden Komponente in der PlUssigphase des.Speioherbehälters, in dem sich die Pumpe befindet, ist in der Hehrzahl der Fälle nicht störend.to subcool in the heat exchange with the auxiliary refrigerant and to distribute the supercooled gas mixture to the individual storage tanks, in such a way that the returned to the storage tank Quantities of subcooled gas mixture are just sufficient to compensate for the underlying cold losses. The gas mixture that evaporates in the process is transferred via the connecting lines that connect the vapor spaces of the storage containers connect, into the storage container, * from which the liquid gas mixture is withdrawn, returned and condensed there again, in which the cold required for this is added to the supercooled gas mixture, that in a larger amount in this storage container The advantages of this process variant are that only a single heat exchanger for subcooling the liquid gas mixture and only a single pump for conveying it from the storage tank to the heat exchanger and is required by this for the individual storage containers. A possible enrichment of the lower-boiling component in the liquid phase of the storage tank, in which the pump is located is in the majority of the cases not disturbing.
Darltber hinaus ergibt sich der große Vorteil, daß nach dem Entleeren der Speicherbehälter zur Vermeidung einer Erwärmung durch'äußeren Wärmeeinfall nicht wie bisher üblich in Jedem Speicherböi älter, sondern nur in dem eilen, aus dem dasIn addition, there is the great advantage that after emptying the storage container in order to avoid heating through external heat incidence, not as was previously the case in Every storage bump older, but only in the hurry from which the
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flüssige Gasgemisch zur Unterkühlung abgezogen wird, eine gewisse FlUssigkeitsmenge zurückgehalten zu werden braucht, während alle anderen Behälter vollständig geleert v/erden können. Dies ist besonders für ein Tankschiff von Bedeutung, da nunmehr auf der Rückfahrt des Schiffes vom Verbraucher, dem das flüssige Gasgemisch abgegeben wird, zum Erzeuger, wo das Schiff erneut beladen wird, eine geringere Menge flüssiges Gasgemisch in den Speicherbehältern zurückbehalten werden kann, so daß Insgesamt der Nutzraum des Schiffes besser ausgenutzt wird.liquid gas mixture is withdrawn for subcooling, a certain amount of liquid needs to be retained while all other containers can be completely emptied. This is particularly important for a tanker since now on the return journey of the ship from the consumer to whom the liquid gas mixture is delivered to the producer where the ship is located is reloaded, a smaller amount of liquid gas mixture can be retained in the storage containers, so that Overall the usable space of the ship is better used.
tyach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorteilhaft, den Wärmeaustausch des flüssigen Gasgemisches mit dem Hilfskälteträger in wechselbaren Wärmeaustauschern durchzuführen, so daß durch bei diesem Wärmeaustausch gegebenenfalls ausfrierende Feststoffe, bei der Speicherung von flüssigem Erdgas können dies gefrorene höhersiedende Kohlenwasserstoffe oder festes COp sein, eine Verstopfung des entsprechenden Wärmeaustauscherquerschnitts durch rechtzeitiges Umschalten auf einen anderen Querschnitt vermieden werden kann.tyach is another feature of the invention advantageous to carry out the heat exchange of the liquid gas mixture with the auxiliary coolant in exchangeable heat exchangers, so that solids that may freeze out during this heat exchange when storing liquid natural gas this can be frozen, higher-boiling hydrocarbons or solid COp, a blockage of the corresponding heat exchanger cross-section can be avoided by switching to another cross-section in good time.
Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Zeichnung schematisch dargestellten AusfUhrungsbe1spiel zu entnehmen.Further explanations of the invention can be found in the exemplary embodiment shown schematically in the drawing refer to.
Die Zeichnung zeigt den Nutzraum eines Tankschiffes für verflüssigtes stickstoffhaltiges Erdgas, der aus einem ersten 1 und einem zweiten 2 Speicherbehälter besteht. Das Tank-The drawing shows the usable space of a tanker for liquefied nitrogenous natural gas, which consists of a first 1 and a second 2 storage tank. The tank
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schiff befindet sich auf der Fahrt vorn Erzeuser zum Verbraucher, d.h. beide Behälter sind fast vollständig mit flüssigem Erdgas gefüllt. Innerhalb des ersten Speicherbehälters 1 ist eine Pumpe 3 angeordnet, die flüssiges Erdgas aus diesem Speicherbehälter 1 durch das bei dieser Schaltung geöffnete Ventil 4a und dem Querschnitt 5& des Wärmeaustauschers 6a fördert. Im Wärmeaustauscher 6a wird das flüssige Erdgas im Wärmeaustausch mit tiefkaltem Stickstoff, der den Wärmeaustauscher 6a im Querschnitt 7a durchströmt und der innerhalb eines hier nicht dargestellten geschlossenen Kältekreises nach Georges Claude gekühlt wurde, unterkühlt und über die Ventile.10 und 11 in die Speicherbehälter 2 und 1 zurückgeführt. Das Ventil 10 ist so eingestellt, daß die durch dieses Ventil strömende unterkühlte Erdgasmenge gerade ausreicht, um die durch die von außen einfallende Wärmemenge Q2 hervorgerufenen Kalteverluste zu -kompensieren. Demgegenüber ermöglicht es die Einstellung des Ventils 11 eine etwas größere Menge an unterkühltem Erdgas in den Speicherbehälter 1 zu fördern, so daß die Möglichkeit besteht, einerseits die Kälteverluste Q. zu kompensieren und andererseits die über die Leitung 12 vom zweiten 2 in den ersten 1 Speicherbehälter strömende, durch die Kompensation der Kälteverluste Q2 verdampfte Erdgasmenge erneut zu kondensieren.The ship is on its way from the ore user to the consumer, ie both tanks are almost completely filled with liquid natural gas. A pump 3 is arranged inside the first storage container 1, which pumps liquid natural gas from this storage container 1 through the valve 4a, which is opened in this circuit, and the cross-section 5 & of the heat exchanger 6a. In the heat exchanger 6a, the liquid natural gas is subcooled in heat exchange with cryogenic nitrogen, which flows through the heat exchanger 6a in cross section 7a and which was cooled within a closed refrigeration circuit according to Georges Claude, not shown here, and via the valves. 10 and 11 into the storage container 2 and 1 returned. The valve 10 is set so that the subcooled amount of natural gas flowing through this valve is just sufficient to compensate for the cold losses caused by the amount of heat Q 2 incident from outside. In contrast, the setting of the valve 11 enables a somewhat larger amount of supercooled natural gas to be pumped into the storage container 1, so that it is possible to compensate for the cold losses Q. To condense flowing, by the compensation of the cold losses Q 2 evaporated amount of natural gas again.
Zur Entfernung möglicher, durch ausfrierendes CO oder ausfrierende höhersiedende Kohlenwasserstoffe hervorgerufener Verstopfungen mittels warmer Spülung ist ein zweiten Wärmeaus«For removing possible hydrocarbons caused by freezing out CO or freezing out higher-boiling hydrocarbons Blockages by means of a warm rinse are a second source of heat.
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tauscher 6b mit einem entsprechenden Ventil 4b und entsprechenden Querschnitten 5b und fb vorgesehen, auf den während der Spülung des ersten Wärmeaustauschers umgeschaltet werden kann. Den Wärmeaustauschern 6a und 6b nachgeschaltete Filter Ij5a und IJb verhindern das Vordringen von aus den Querschnitten 5 oder 5h mitgerissenen Peststoffen in die Speicherbehälter.Exchanger 6b is provided with a corresponding valve 4b and corresponding cross-sections 5b and fb , to which a switch can be made during the flushing of the first heat exchanger. Filters Ij5a and IJb connected downstream of the heat exchangers 6a and 6b prevent the penetration of pesticides entrained from the cross-sections 5 or 5h into the storage containers.
FUr den Fall« daß sich das Tankschiff nicht, wie hier dargestellt auf der Fahrt vom Erzeuger zum Verbraucher, sondern auf der Rückfahrt vom Verbraucher zum Erzeuger befindet, genügt es zur Deckung der Kälteverluste, lediglich im ersten Speicherbehälter 1 eine kleine Menge an flüssigem Erdgas zurückzulassen, während der zweite Speicherbehälter 2 vollständig geleert werden kann. Die durch das Ventil 10 in den zweiten Speicherbehälter geförderte, unterkühlte Erdgasmenge ist so dosiert, dafl sie unter vollständiger Verdampfung die Kälteverluste Q2 gerade ausgleicht. Nach ihrer Verdampfung strömt diese Menge dann In den ersten Speicherbehälter 1 zurück und wird dort durch Wärmeaustausch mit unterkühlten» Erdgas zurUokkondensiert.In the event that the tanker is not on the journey from the producer to the consumer, as shown here, but on the return journey from the consumer to the producer, it is sufficient to cover the cold losses simply to leave a small amount of liquid natural gas in the first storage tank 1 , while the second storage container 2 can be completely emptied. The subcooled amount of natural gas conveyed through the valve 10 into the second storage container is dosed in such a way that it just compensates for the cold losses Q 2 with complete evaporation. After it has evaporated, this amount then flows back into the first storage container 1 and is there condensed back by heat exchange with supercooled natural gas.
3 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen3 claims 1 sheet of drawings
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BAD ORIGINAL 409824/0200
BATH ORIGINAL
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| OHW | Rejection |