DE4019278A1

DE4019278A1 - Behaelter zur lagerung oder zum transport verfluessigter gase

Info

Publication number: DE4019278A1
Application number: DE4019278A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dipl Ing Woeber; Uwe Dipl Ing Heldt; Volkhard Thom
Original assignee: Marine Service GmbH
Current assignee: Marine Service GmbH
Priority date: 1990-06-16
Filing date: 1990-06-16
Publication date: 1991-12-19
Also published as: WO1991019931A1; AU7968891A

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Lagerung oder zum Transport verflüssigter Gase, insbesondere zum Schiffstransport von flüssigem Wasserstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist seit längerem bekannt, Energieträger in Form von Gasen zum Transport oder zur Lagerung zu verflüssigen. Die Flüssig keit muß je nach Art des Gases während des Transports kalt gehalten werden.

Es sind Spezialschiffe bekannt geworden, die kugelförmige Transportbehälter aufweisen, in denen verflüssigtes Gas trans portiert wird. Zur Vermeidung einer Erwärmung des verflüssig ten Gases sind starke Isolierungen erforderlich. Bei Gasen mit sehr niedrigem Siedepunkt, wie z. B. bei Wasserstoff, ist es nicht mehr ausreichend, einfache Isolierschichten auf die Be hälteraußenwand aufzubringen. Für Kleinbehälter wurden daher bereits auch doppelwandige Konstruktionen verwendet, die einen Vakuumzwischenraum aufweisen. Bei den bekanntgewordenen Be hältern bestanden sowohl der Innenbehälter als auch der Au ßenbehälter aus Metall. Bei sehr großen Behältern mit Durch messern von 10-40 m ist es aufgrund der geringen Knicksta bilität einer Metallhülle erforderlich, zwischen Innen- und Außenbehälter Abstützungen vorzusehen. Diese verursachen je doch erhebliche Wärmeverluste.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Großbe hälter zur Lagerung oder zum Transport verflüssigter Gase, insbesondere zum Schiffstransport von flüssigem Wasserstoff, anzugeben, der mechanisch sehr stabil aufgebaut ist, eine hohe Isolierfähigkeit aufweist und einfach herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßer Behälter besteht aus einem kugelförmigen Innenbehälter, der sich in einem Außenbehälter befindet, dessen Wandung aus Beton, insbesondere Stahlbeton oder Spannbeton be steht. Zwischen Außen- und Innenbehälter ist ein Vakuum ausge bildet. Zur Abdichtung der Betonhülle ist vorgesehen, daß vor zugsweise auf der Außenseite der Betonhülle eine gasdichte Be schichtung aufgebracht ist, die insbesondere aus einer Metall beplankung oder einer Kunststoffschicht bestehen kann, sofern der verwendete Beton nicht von sich aus gasdicht ausgebildet ist. Zur weiteren Verbesserung der Isolierung kann die Außen hülle noch eine zusätzliche Isolierschicht aufweisen.

Die Verwendung von Beton als Außenbehälter ist besonders vor teilhaft, da Beton sehr druckstabil ist und daher ohne wei teres den Atmosphärendruck gegenüber dem gegenüberliegend vorgesehenen Vakuum aufnehmen kann. Beton ist ferner im Ver gleich zu Metall schlecht wärmeleitend. Eine Betonkonstruk tion kann ferner einfach hergestellt werden und ist alters- und korrosionsbeständig. Beton ist ferner tieftemperatur stabil. Insbesondere für Schiffsbehälter weist Beton noch den besonderen Vorteil, daß aufgrund der relativ großen Wand stärke ein erheblichen Gewicht vorliegt, das aufgrund des ge ringen spezifisches Gewichts von Wasserstoff erforderlich ist, um den notwendigen Tiefgang eines Schiffes zu gewährleisten.

Ein erfindungsgemäßer Großbehälter kann ohne weiteres für Be hältergrößen bis zu mehr als 40 m Durchmesser verwendet wer den.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Behälters nach der Erfindung,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Behälterfunda ments,

Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen Behälter mit an der Oberseite des Außenbehälters angehängtem und seitlich gehaltenem Innenbehälter,

Fig. 4 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Behälters mit veränderter Unterseite,

Fig. 5 Details des Fundaments von Fig. 4 und

Fig. 6 Details der Aufhängung von Fig. 3.

Der erfindungsgemäße Behälter ist im wesentlichen zum Trans port von flüssigem Wasserstoff vorgesehen, er kann jedoch auch andere Gase aufnehmen, die ebenfalls während der Lage rung oder während des Transportes bei sehr niedriger Tem peratur gehalten werden müssen.

Wasserstoff als Energieträger wird eine bedeutende Zukunft vorausgesagt. Wasserstoff verbrennt mit hohem Heizwert zu Wasserdampf. Er wird in flüssiger Form z. B. als Raketentreib stoff oder als Brennstoff für Brennstoffzellen verwendet. Wasserstoff wird in vielen Industriebereichen in steigendem Umfang verwendet. Insbesondere unter dem Blickwinkel des Um weltschutzes ist Wasserstoff ein bevorzugter Energie träger.

Der Siedepunkt von Wasserstoff liegt bei -252,5°C. Die kri tische Temperatur ist bereits bei -240,2°C und der kritische Druck bei 13,2 bar erreicht. An die Isolierfähigkeit eines Transportbehälters sind daher hohe Anforderungen zu stellen.

Die in Fig. 1 dargestellte Ansicht eines Transportbehälters, wie er auf Schiffen Verwendung finden kann, zeigt einen In nenbehälter 1, der zur Aufnahme des flüssigen Wasserstoffs dient. Dieser Innenbehälter weist beispielsweise einen Durch messer von 10-40 m auf. Der Innenbehälter 1 ist als Kugel behälter ausgebildet und weist am oder in der Nähe des Äqua tors einen Tragring auf, an dem eine ringförmige Abstützung 6 angeordnet ist, auf der der Innenbehälter 1 ruht.

Der gesamte Innenbehälter ist von einer Außenhülle 2 umgeben, die erfindungsgemäß aus Beton gebildet ist. Es wird vorzugs weise Stahlbeton oder Spannbeton verwendet. Die Herstellung der Betonhülle erfolgt vorzugsweise vor Ort, insbesondere auf dem Transportschiff nach Aufstellung des Innenbehälters.

Die Betonhülle umgibt den Innenbehälter in einer Form ähnlich einem Reaktorbehälter. Zwischen Innenbehälter 1 und Betonhül le 2 ist ein Zwischenraum 3 gebildet, der beispielsweise eine Breite von 20-100 cm aufweist und vorzugsweise eine Begeh barkeit zuläßt. Auf der Außenseite der Betonhülle 2 ist eine Abdichtung 4 vorgesehen, die gasdicht ausgebildet ist. Diese Abdichtung besteht vorzugsweise aus einer Metallhülle, sie kann jedoch auch aus einer Kunststoffabdichtung bestehen. Es ist ferner möglich, dem Beton Zusätze beizumischen, die eine Gasdichtheit gewährleisten. Der Raum zwischen Innenbe hälter 1 und Betonhülle 2 läßt sich durch diese Abdichtung unter Vakuum setzen. Der verbleibende Luftdruck beträgt maximal 2% des Umgebungsdrucks. Damit ist der Wärmeüber gang zwischen Innenbehälter 1 und der Atmosphäre außerhalb der Betonhülle 2 nahezu auf 0 reduziert.

Zur weiteren Isolierung der Betonhülle 2 ist auf der Außen seite eine zusätzliche Isolierschicht 5 versehen, die durch eine Außenhaut 11 geschützt ist. Abdichtung 4 und Außenkante 11 können eine Einheit bilden.

Die Abstützung 6 ruht auf einem Fundament 7, das sich eben falls innerhalb der Betonhülle 2 befindet. Um den Raum, in dem ein Vakuum herzustellen ist, möglichst klein zu halten, ist das Unterteil der Betonhülle 2 kalottenförmig mit Ab stand an den Innenbehälter 1 angepaßt. Die Abstützung 6 ver läuft ringförmig zwischen der äußeren Schale 10 und der in neren Schale 12 der zweischalig ausgeführten Abstützung 8 der Betonhülle 2. Dadurch ist erreicht, daß die Abstützung 6 einerseits die Betonhülle nicht im Seitenbereich belastet und andererseits eine große Länge der Abstützung 6 erreicht ist, wodurch der Wärmeübergang zwischen Fundament 7 und In nenbehälter 1 verkleinert ist.

Zur weiteren Verringerung des Wärmeübergangs zwischen Fund ament 7 und Abstützung 6 kann vorgesehen sein, die Abstüt zung 6 nur punktförmig auf dem Fundament 7 ruhen zu lassen. Es ist ferner von Vorteil, wenn das Fundament 7 auf einer zusätzlichen Isolierung 13 ruht, wie es in Fig. 2 darge stellt ist. Das Fundament 7 ist herbei in einer hochfesten Isolierung aus Teflon oder ähnlichen Materialien eingebettet. Zur Erhöhung der Stabilität der inneren und äußeren Schalen 10 und 12 kann eine Mehrkammerausbildung in diesem Bereich vorgesehen sein.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Behälters. Der Behälter 1 ist hierbei nicht über eine ringförmige Abstützung aufgestellt, sondern hängt an seiner Oberseite in einem Dom 16 der Betonhülle (s. auch Fig. 6). Zur Erhöhung der Stabilität des Innenbehälters 1 ist ein Stützrohr 15 quer durch den Innenbehälter 1 geführt, das die weitere Aufgabe hat, Pumpanordnungen, Versorgungsein richtungen usw. aufzunehmen. Ferner ist über das Stützrohr 15 eine Begehbarkeit des Innenbehälters 1 erreichbar. Das Stützrohr 15 ist an der Ober- und an der Unterseite des Innenbehälters 1 mit der Behälterwand verschweißt.

Bei dieser Ausführungsform wird das gesamte Gewicht des In nenbehälters in die Kuppel der Betonhülle 2 eingeleitet. Auf grund des geringen spezifischen Gewichts von Wasserstoff ist die Betonhülle 2 ohne weiteres in der Lage, dieses Gewicht aufzunehmen. Bei dieser Ausführungsform ist es auch nicht erforderlich, die Abstützung 8 zweischalig auszubilden. Zur Aufnahme seitlicher Kräfte ist vorgesehen, daß an oder in der Nähe des Äquators seitliche Abstützungen vorgesehen sind, die beispielsweise in Form von gelenkigen Streben 14 gebil det sind. Außen- und/oder Innenbehälter können im oberen Be reich auch kegel- oder birnenförmig ausgebildet sein.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Unterseite der Betonhülle nicht an den Innenbehälter 1 ange paßt ist, sondern parallel zum Boden verläuft, auf dem die Betonhülle bzw. der Innenbehälter 1 aufgestellt sind. Hier durch kann die konstruktive Ausführung der Unterseite der Betonhülle einfacher gestaltet werden. Es ergibt sich al lerdings der Nachteil, daß dadurch der Raum, in dem Vakuum herzustellen ist, erheblich vergrößert wird. Dieser Nachteil kann dadurch ausgeglichen werden, daß der vergrößerte Raum durch Isoliermaterial, beispielsweise durch Perlite oder ähn lichem zum Teil ausgefüllt wird. Dieser Raum kann auch ver wendet werden, um eine Wanne 17 vorzusehen, die der Erhöhung der Sicherheit bei möglicherweise auftretenden Leckagen des Innenbehälters dient. Durch den vergrößerten Raum ergibt sich bei kleineren Leckagen der Vorteil einer langsameren Drucker höhung. Diese Wanne 17 kann auch mit einer grobporigen Iso lierung 19 ausgefüllt sein. Unterhalb der Unterseite kann eine Isolierung 20 vorgesehen sein.

Die Ausführungsform von Fig. 4 kann sowohl für einen Innen behälter gemäß Ausführungsform der Fig. 1 als auch einen Innenbehälter gemäß Ausführungsform der Fig. 3 verwendet werden.

Das Material des Innenbehälters besteht vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium. Die Dicke der Betonhülle beträgt etwa 40-50 cm. Aufgrund des geringen spezifischen Gewichts von Wasserstoff bestimmt also das Behältergewicht in erheblichen Umfang das Gesamtgewicht des gefüllten Behälters. Die Dicke der Außenisolierung wird vorzugsweise so bemessen, daß die Oberfläche der Isolierung im Betriebszustand annähernd Um gebungstemperatur aufweist.

Fig. 5 zeigt das Fundament von Fig. 3 im Detail. Die Ab stützung 6 ruht auf dem Fundament 7, das auch in ein Iso liermaterial, wie Teflon o. ä., eingebettet sein kann. Das Fundament kann auch mehrkammerförmig aufgebaut sein.

Fig. 6 zeigt schließlich Details der Anbindung des Behäl ters nach Fig. 3 an die Betonhülle.

Das Stützrohr 15 durchdringt hierbei die Betonhülle 2 und stützt sich auf deren Oberseite über mehrere sternförmig an dem Stützrohr befestigte Lamellen 21 ab. Die Lamellen 21 sind an dem Oberteil 29 einer mehrteiligen Fundament platte befestigt. Das Oberteil 29 gleitet auf dem Unter teil 30 der Fundamentplatte, das auf der Oberseite der Betonhülle befestigt ist.

Es ist ferner eine ringförmige Scheibe 22 vorgesehen, die sich oberhalb der Lamellen befindet und die obere Begren zung des Raumes 3 bildet. Zwischen den Lamellen befinden sich segmentförmige Isolierblöcke 23, die an der Scheibe 22 befestigt sind. An der Außenseite der Lamellen 21 sind weitere isolierende Ringkörper 24 und 25 vorgesehen, von denen der Ringkörper 24 mit der Scheibe 22 und der Ring körper 25 mit der Betonhülle verbunden ist. Am Außenrand der Scheibe 22 ist eine vakuumdichte Verbindung der Schei be 22 zur Abdichtung 4 bzw. zur Außenhaut 11 hergestellt, bei der ein ringförmiger aufgeblasener Schlauch 26 eine flexible Abdichtung zwischen den Ringkörpern 24 und 25 herstellt. Dieser Bereich kann durch ein Schutzgehäuse 27 abgedeckt sein. Die Gasbe- und Entladung erfolgt über eine Be- und Endladeleitung 32. Der gesamte Dom ist über eine Abdeckung 31 gegen äußere Einflüsse geschützt.

Bezugszeichenliste

1 Innenbehälter
2 Betonhülle
3 Zwischenraum
4 Abdichtung
5 Außenisolierung
6 Abstützung
7 Fundament
8 Abstützung
9 Unterteil
10 äußere Schale
11 Außenhaut
12 innere Schale
13 Isolierung
14 Abstützung
15 Stützrohr
16 Dom
17 Wanne
18 Boden
19 Isolierung (innen)
20 Isolierung (außen)
21 Lamellen
22 Scheibe
23 Isolierblock
24 Isolierringkörper
25 Isolierringkörper
26 Schlauch
27 Schutzabdeckung
28 Isolierung
29 Fundamentplatte, Oberteil
30 Fundamentplatte, Unterteil
31 Abdeckung
32 Be-und Entladeleitung

Claims

1. Behälter zur Lagerung oder zum Transport verflüssigter Gase, insbesondere zum Schiffstransport von flüssigem Wasserstoff, bestehend aus einem kugelförmigen Innenbehälter (1) zur Auf nahme des Gases und einem mit einer Isolierung (5) versehe nen Außenbehälter (2), wobei zwischen den Behältern ein Va kuum (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenbehälter (2) als Betonhülle ausgebildet ist und mit einer gasdichten Beschichtung (4) versehen ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonhülle aus Stahl- oder Spannbeton gebildet ist.

3. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Betonhülle (2) eine Außenisolierung (5) aufgebracht ist.

4. Behälter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (4) aus einer auf der Betonhülle (2) oder der Außenisolierung (5) aufgebrachten Metall- oder Kunststoffabdeckung besteht.

5. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (1) an oder in der Nähe des Äquators einen Tragring aufweist, dessen Abstützung (6) zur Aufnahme des Gewichts des Innenbehälters auf dem Boden der Betonhülle (7) aufgestellt ist.

6. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem unteren Ende der Abstützung (6) und dem Bo den eine Isolierschicht (13) vorgesehen ist.

7. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (1) an der Kuppel der Betonhülle (1) ver ankert ist und zusätzlich seitliche und/oder untere Ver strebungen (14) mit der Betonhülle (2) aufweist.

8. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonhülle (1) im wesentlichen kugelförmig gebildet ist und eine ringförmige am oder in der Nähe des Äquators be ginnende Abstützung (8) aufweist.

9. Behälter nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (8) ebenfalls aus Beton besteht und zweischalig ausgebildet ist, wobei die innere Schale (12) an der Oberkante den unteren Teil (9) der Betonhülle (2) aufnimmt, und daß die Abstützung des Innenbehälters (1) zwischen der äußeren und der inneren Schale der Abstüt zung (8) der Betonhülle (2) verläuft.

10. Behälter nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Betonhülle im wesentlichen pa rallel zum Boden, insbesondere dem Schiffsdeck ausge bildet ist und daß die Abstützung (6) des Innenbehäl ters auf dem Boden ruht.

11. Behälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen unterem Teil der Betonhülle und Innen behälter (1) zum Teil mit Isoliermaterial aufgeführt ist.

12. Behälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen unterem Teil der Betonhüle und Innen behälter (1) mit einer Auffangwanne (17) versehen ist.