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DE3032822A1 - Verfahren zum verdampfen kleiner mengen verfluessigter gase - Google Patents

Verfahren zum verdampfen kleiner mengen verfluessigter gase

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Publication number
DE3032822A1
DE3032822A1 DE19803032822 DE3032822A DE3032822A1 DE 3032822 A1 DE3032822 A1 DE 3032822A1 DE 19803032822 DE19803032822 DE 19803032822 DE 3032822 A DE3032822 A DE 3032822A DE 3032822 A1 DE3032822 A1 DE 3032822A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gaseous medium
gas
liquefied
gases
heat exchange
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Withdrawn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
DE19803032822
Other languages
English (en)
Inventor
Reinhard Dipl.-Ing. 8000 München Strigl
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 DE19803032822 priority Critical patent/DE3032822A1/de
Priority to US06/296,665 priority patent/US4399659A/en
Priority to NL8104017A priority patent/NL8104017A/nl
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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(G 093) G 80/54
Bü/fz 28-08.1980
Verfahren zum Verdampfen kleiner Mengen verflüssigter Gase
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen relativ kleiner Mengen verflüssigter tiefsiedender Gase.
Die Handhabung einer Reihe tiefsiedender Gase, beispielsweise von Sauerstoff, Stickstoff, Argon oder Erdgas, im flüssigen Zustand ist häufig anzutreffen, da hierdurch eine Reihe von Problemen, die mit dem Transport oder der Lagerung dieser Gase verbunden sind, vermieden oder zumindest verringert werden können. Die mit der Verflüssigung verbundene starke Reduzierung des Volumens hat beispielsweise dazu geführt, daß der Transport von Erdgas von seinen Quellen zu den Verbrauchsstellen weitgehend in flüssiger Form erfolgt, sofern nicht auf Pipelines zurückgegriffen werden kann. Auch für die Lagerung von Erdgas, das zu Zeiten geringen Bedarfs aus einem Erdgasnetz abgezogen und zur Deckung bei Spitzenbedarf gespeichert wird, wird das Gas in sogenannten peak-shaving-Anlagen verflüssigt und bei Bedarf wieder verdampft und ins Erdgasnetz zurückgegeben. Schließlich werden Sauerstoff, Stickstoff, Argon oder andere Gase, die in einer Vielzahl von Anwendungsfällen benötigt werden, häufig im flüssigen Zustand gewonnen und an ihren Einsatzort transportiert und dort
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wieder verdampft.
In allen derartigen Fällen ist sowohl für die Verflüssigung der Gase als auch für deren spätere Rückverdampfung eine erhebliche Energie aufzubringen. Da die beim Transport oder bei der Lagerung erzielbaren Vorteile diesen Aufwand jedoch mehr als ausgleichen/ haben Verflüssigungsverfahren der erwähnten Art ein breites Anwendungsfeld gefunden.
Bei der Rückverdampfung der verflüssigten Gase am Einsatzort kann theoretisch ein Großteil der bei der Verflüssigung aufgewendeten Energie wieder zurückgewonnen werden. Es gibt deshalb auch schon eine Reihe von Vorschlägen, die sich auf die Nutzung des Kälteinhalts von flüssigem Erdgas beziehen, das nach seinem Transport zu den Verbrauchsstellen in Flüssigerdgas-Terminals entladen und nach Verdampfung in ein Verteilernetz abgegeben wird. Derartige Vorschläge betreffen beispielsweise die Kopplung mit einer Ä'thylenanlage (FR-PS 1 458 194), mit Luftzerlegern oder mit Kühlhäusern (Hydrocarbon Processing, Nov. 1974, Seite 97). In allen solchen Fällen wird flüssiges Erdgas kontinuierlich und in sehr großen Mengen verdampft, so daß die bei der Verdampfung anfallende Kälte auch kontinuierlich und mit großer Zuverlässigkeit an einen Kälteverbraucher abgegeben werden kann, was wiederum Voraussetzung für den sicheren Betrieb solcher Anlagen ist.
Wird dagegen nur eine vergleichsweise geringe Menge eines verflüssigten Gases verdampft oder erfolgt die Verdampfung nicht kontinuierlich, kann die Kälte üblicherweise nicht ausgenutzt werden, sondern es erfolgt lediglich eine Verdampfung in durch Luft, Wasser oder anderen Wärmeträgern beheizten Wärmetauschern.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auch bei der VerForm. 67» 7.78
*> · λ η
dämpfung solcher Möngen an verflüssigten Gasen,die klein im Vergleich zu den in Flüssigerdgas-Terminals zu verdampfenden Erdgasmengen sind, eine Nutzung des Kälteinhalts der verflüssigten Gase ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verflüssigten Gase im indirekten Wärmetausch mit einem gasförmigen, einer weiteren Verwendung zuzuführenden Medium verdampft werden. -
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt insbesonde-'""Ν · re in solchen Fällen in Betracht, in denen Sauerstoff, Stickstoff oder Argon, die beispielsweise als Reaktions- oder Schutzgase eingesetzt werden, zu verdampfen ist und gasförmig in Mengen bis zu beispielsweise einigen 100.000 Nm3 monatlich benötigt wird. Derartige Gasmengen können beispielsweise in Umfüllwerken für technische Gase, in denen flüssige Gase verdampft und für Kleinverbraucher in Flaschen abgefüllt werden, oder in Betrieben, die zwar größere Mengen dieser Gase benötigen, für die aber eine eigene Gaserzeugung, etwa in einer Luftzerlegungsanlage, nicht rentabel ist, anfallen.
Die diese technische Gase nutzende Industrie ist häufig an Erdgasleitungen angesiedelt. Als ein geeignetes Medium, gegen das die Verdampfung erfolgen kann, ist deshalb Erdgas anzusehen, das sich gegen die verdampfenden Gase verflüssigt.Nützt man die im flüssigen Sauerstoff, Stickstoff oder Argon enthaltene Kälte zur Verflüssigung von Erdgas in einem Gegenstromwärmetauscher aus, so kann man bei Berücksichtigung eines nicht nutzbaren Temperaturgefälles von etwa 100C bei der Verdampfung von etwa 2,3 Nm3 Stickstoff, 2 Nm3 Argon oder 1,9 Nm3 Sauerstoff jeweils 1 Nm3 Erdgas verflüssigen. Das erfindungsgemHß erzeugte flüssige Erdgas kann dann beispielsweise innerhalb eines erzeugenden Betriebes für den Betrieb von Werksfahrzeugen verwendet werden, als peak-shaving-Gas gelagert oder verkauft werden.
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In entsprechender Weise läßt sich die in den verdampfenden Flüssiggasen enthaltene Kälte selbstverständlich auch bei der Verflüssigung anderer Gase einsezten.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, die Kälte zur Reinigung eines Gases zu verwenden. Das Gas wird dabei im Wärmetausch gegen verdampfendes Flüssiggas abgekühlt, wobei höher siedende Komponenten kondensieren und in flüssiger Phase von den gasförmig verbliebenen Anteilen abgetrennt werden können. Das Verfahren eignet sich deshalb sowohl zur Abtrennung höher siedender Komponenten aus einem tiefsiedenden Gas als auch umgekehrt zur Abtrennung tiefsiedender Komponenten aus einem höher siedenden Gas.
In dieser Ausgestaltung kann das Verfahren unter anderem zur Reinigung von Wasserstoff eingesetzt werden. Beispielsweise wird bei der Wärmebehandlung von hoch legierten Stählen möglichst reiner Wasserstoff als Formiergas benötigt.Aus Kostengründen wird jedoch meist nur technisch reiner Wasserstoff, der noch geringe Beimengungen von Sauerstoff und Wasserdampf enthält, verwendet. Wird ein derartiger technisch reiner Wasserstoffstrom, dessen Taupunkt üblicherweise bei etwa -350C liegt, gegen verdampfendes Flüssiggas abgekühlt, so kann zumindest die sehr störende Feuchtigkeit stark reduziert werden. Vorteilhaft ist es dabei, den Wasserstoff soweit abzukühlen, daß ein Taupunkt unter -700C erreicht wird.
Bei der Verflüssigung von Erdgas oder anderen aus mehreren Komponenten bestehenden Gasen fällt ebenso wie bei der Reinigung eines GasStroms im Laufe der Abkühlung gegen verdampfendes Flüssiggas ein aus schwereren Komponenten bestehendes Kondensat an. Da diese schwereren Komponenten häufig nicht im verflüssigten Erdgas oder in anderen verflüssigten Gasen erwünscht sind, wird in weiterer Ausgestaltung des erfindungs-
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gemäßen Verfahrens vorgeschlagen, daß mindestens die in einer ersten Wärmetauschstufe aus dem sich abkühlenden gasförmigen Medium auskondensierten Bestandteile abgetrennt werden. Die abgetrennten Kondensate werden dann in vorteilhafter Weise durch direkten Wärmetausch mit einem geeigneten Gasstrom wieder verdampft und von diesem Spülgas aufgenommen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist Wärmetauscher zum indirekten Wärmetausch zwischen dem zu verdampfenden flüssigen Gas und dem gasförmigen Medium auf. Eine besonders zweckmäßige Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Teil der Wärmetauscher in mindestens zweifacher Ausführung enthält, wobei diese Wärmetauscher parallel zueinander geschaltet sind und jeweils mit einem Kondensatabscheider in Verbindung stehen. Der Kondensatabscheider kann dabei direkt mit dem Strömungsquerschnitt der Wärmetauscher für das abzukühlende Medium gekoppelt sein,beispielsweise durch Anordnung des Abscheiders; in einem anderen
Bereich dieses Ströraungsquerschnitts. 20
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Kleinverflüssiger zur Verflüssigung von Erdgas durch Wärmetausch mit verdampfendem flüssigen Stickstoff. Das Erdgas wird aus einer Leitung 1 entnommen und über Leitung 2 de:a Verflüssiger zugeführt. Da das aus der Leitung 1 entnommene Erdgas meist unter
^Q hohem Druck steht, wird es zunächst im Ventil 3 auf einen Druck von etwa 2 bar entspannt und gelangt dann über magnetisch gesteuerte Ventile 4, 5 in einen der beiden parallel betriebenen Wärmetauscher 6 oder 7. In diesen abwechselnd betriebenen Wärmetauschern wird das Erdgas auf eine Temperatur
^ von etwa -90 - -10G0C abgekühlt, wodurch die höher siedenden
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Komponenten weitgehend kondensieren und sich im unteren Bereich 8, 9 der Wärmetauscher 6 bzw. 7 sammeln. Das derart vorgereinigte Erdgas, das nunmehr fast ausschließlich aus Methan besteht, verläßt die Wärmetauscher 6 oder 7 über die Leitungen 10 bzw. 11 und wird nach Durchströmen des Ventils 12 bzw. 13 über Leitung 14 dem Wärmetauscher 15 zugeführt.In diesem Wärmetauscher erfolgt eine weitere Abkühlung auf eine Temperatur zwischen etwa -165 und -1800C, wobei sich das Erdgas vollständig verflüssigt und über Leitung 16 einem nicht dargestellten Lagertank zugeführt wird.
Die für die Verflüssigung des Erdgases benötigte Kälte wird durch verdampfenden Stickstoff bereitgestellt. Hierzu wird aus einem nicht dargestellten Lagertank flüssiger Stickstoff über Leitung 17 zum Wärmetauscher 15 geführt und in dessen Strömungsquerschnitt 18 verdampft. Die Kühlung des Wärmetauschers 15 kann durch eine Bypassleitung 19 und Ventile 20, 21 geregelt werden. Der teilweise angewärmte Stickstoff wird dann nach Durchströmen des Ventils 22 über eine der Leitungen 23 oder 24 dem jeweils gerade mit Erdgas beaufschlagten Wärmetauscher 6 oder 7 zugeführt. Nach Durchströmen des Regelventils 25 bzw. 26 erfolgt eine weitere Anwärmung gegen sich abkühlendes Erdgas in den Strömungsquerschnitten 27 bzw. 28.Der erwärmte Stickstoff gelangt anschließend über Leitung 29 zu einem als Nacherwärmer ausgebildeten Wärmetauscher 30, in dem eine gegebenenfalls noch erforderliche weitere Anwärmung erfolgt. Anschließend wird der erwärmte gasförmige Stickstoffstrom über die Leitungen 31 und 32 einem Verbraucher zugeführt.
Die in den Wärmetauschern 6 bzw. 7 aus dem Erdgas auskondensierten Bestandteile bestehen im wesentlichen aus Äthan,Propan, Butan, Pentan, Hexan und Kohlendioxid. Diese Komponenten werden zwischen zwei Betriebsphasen der Wärmetauscher jweils wieder verdampft, wozu Über Leitung 33 ein geringer Teilstrom
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des verdampften Stickstoffs abgezweigt und nach Durchströmen des Regelventils 34 und der Ventile 35 bzw. 36 dem jeweils gerade nicht betriebenen Wärmetauscher 6 bzw. 7 zugeführt wird. Die durch den direkten Wärmetausch mit dem warmen Stickstoff wieder verdampfenden Bestandteile werden über die mit Ventilen 37, 38 versehenen Leitungen 39 bzw. 40 abgezogen und können beispielsweise als Heizgas verwendet werden.
In einer Ausgestaltung der beschriebenen Anlage kann auf die Zuführung des zur Spülung benutzten Stickstoffs durch Leitung 33 verzichtet werden. Statt dessen werden die in den Wärmetauschern 6 bzw. 7 kondensierten Bestandteile durch Wärmetausch mit Verbrennungsprodukt«^ eben dieser Bestandteile wieder ausgetrieben.
Dem Wärmetauscher 41 kann über die mit dem Regelventil versehene Leitung 43 ein Teilstrom des flüssigen Stickstoffs zugeführt werden, um dort in üblicher Weise gegen Luft oder einen anderen Wärmeträger verdampft zu werden. 20
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Leerseite

Claims (9)

  1. (G 093) G 80/54
    Bu/f ζ 28.08.1980
    . Patentansprüche
    Iff 1 Λ Verfahren zum Verdampfen relativ kleiner Mengen verflüssigter tiefsiedender Gase, dadurch gekennzeichnet, daß die verflüssigten Gase im indirekten Wärmetausch mit einem gasförmigem, einer weiteren Verwendung zuzuführenden Medium verdampft werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium ein zu verflüssigendes Gas ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium Erdgas ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium ein zu reinigendes Gas ist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium technisch reiner Wasserstoff ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die in einer ersten Wärmetauschstufe aus dem gasförmigen Medium auskondensierten
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    ' Bestandteile abgetrennt und durch direkten Wärmetausch mit einem Teilstrom des gasförmigen Mediums oder des verdampften Gases wieder verdampft werden.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit Wärmetauschern zum indirekten Wärmetausch zwischen dem zu verdampfenden flüssigen Gas und dem gasförmigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Wärmetauscher in mindestens zweifacher Aus-
    ® führung vorgesehen ist, wobei die mehrfach ausgeführten Wärmetauscher durch mit Ventile versehene Leitungen parallel zueinander geschaltet sind und jeweils mit einem Kondensatabscheider in Verbindung stehen.
    ^5
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatabscheider innerhalb der Wärmetauscher angeordnet sind.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß <jer mit dem Kondensatabscheider versehene Strömungsquerschnitt der Wärmetauscher über mit Ventile versehene Leitungen mit einer Leitung für abzukühlendes,einer weiteren Verwendung zuzuführendes gasförmiges Medium und mit einer
    1Sh- ein Regeneriergas führenden Leitung verbunden ist. 25
    30
    35
    Form. 5729 7.7i
DE19803032822 1980-08-30 1980-08-30 Verfahren zum verdampfen kleiner mengen verfluessigter gase Withdrawn DE3032822A1 (de)

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