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EP3527869A1 - Lng regasifying - Google Patents

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Publication number
EP3527869A1
EP3527869A1 EP18157209.0A EP18157209A EP3527869A1 EP 3527869 A1 EP3527869 A1 EP 3527869A1 EP 18157209 A EP18157209 A EP 18157209A EP 3527869 A1 EP3527869 A1 EP 3527869A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
fluid
heat
liquefied gas
cryogenic liquefied
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Withdrawn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
EP18157209.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Carsten Graeber
Uwe Juretzek
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.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP18157209.0A priority Critical patent/EP3527869A1/en
Priority to BR112020010611-9A priority patent/BR112020010611B1/en
Priority to CN201880089284.2A priority patent/CN111727342A/en
Priority to PCT/EP2018/073712 priority patent/WO2019158230A1/en
Priority to ES18769104T priority patent/ES2902937T3/en
Priority to JP2020531757A priority patent/JP7080324B2/en
Priority to KR1020207026295A priority patent/KR102405754B1/en
Priority to US16/767,622 priority patent/US11274795B2/en
Priority to EP18769104.3A priority patent/EP3685094B1/en
Publication of EP3527869A1 publication Critical patent/EP3527869A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • F17C9/04—Recovery of thermal energy
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    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
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    • F17C2265/07—Generating electrical power as side effect
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    • F17C2270/0581—Power plants

Definitions

  • a sixth heat exchanger is arranged in the line before a branch of the branch line.
  • heat from the environment should be used to further warm the gas regasified. It makes sense if this does not happen after the branch, but before, so that less heat in the actual fuel gas preheating in the fifth heat exchanger the system, ie the fluid circuit, must be removed to achieve a desired temperature level.
  • the object directed to a method is achieved by a method for generating electrical energy and for evaporating a cryogenic liquefied gas, in which a cryogenic liquefied gas is compressed and heated in a first heat exchanger with a fluid stream and vaporized, wherein the fluid flow is circulated wherein it is compressed after the first heat exchanger, receives heat in a second heat exchanger, is divided into a first and a second partial flow, wherein the first partial flow is heated at least in a Abhitze heartsssystem with exhaust gases of a heat engine and the second partial flow in a third heat exchanger is and the first and second partial flow are brought together again, the merged fluid is expanded and then in third heat exchanger heats the second partial stream before it heats the cryogenic liquefied gas in the first heat exchanger.
  • a sixth heat exchanger 20 is arranged in the line 2 in front of a branch 21 of the branch line 18.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, umfassend eine Leitung (2) für das tiefkalt verflüssigte Gas, eine in der Leitung (2) angeordnete Pumpe (3), eine Wärmekraftmaschine (4), sowie ein der Wärmekraftmaschine (4) nachgeschaltetes Abhitzenutzungssystem (5), wobei die Vorrichtung (1) ferner einen Fluidkreislauf (6) umfasst, in dem in Strömungsrichtung des Fluids folgende Komponenten hintereinander angeordnet sind:- ein erster Wärmeübertrager (7), der ferner in Strömungsrichtung des tiefkalt verflüssigten Gases hinter die Pumpe (3) in die Leitung (2) geschaltet ist,- ein Verdichter (8),- ein zweiter Wärmeübertrager (9),- parallel zueinander ein dritter Wärmeübertrager (10) mit einer ersten Seite (11) und das Abhitzenutzungssystem (5),- eine Entspannungsmaschine (13) sowieder dritte Wärmeübertrager (10) mit einer zweiten Seite (12). Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases.The invention relates to a device (1) for generating electrical energy and for evaporating a cryogenic liquefied gas, comprising a line (2) for the cryogenic liquefied gas, a pump (3) arranged in the line (2), a heat engine (4). , and the heat engine (4) downstream Abhitzenutzungungssystem (5), wherein the device (1) further comprises a fluid circuit (6), in the flow direction of the fluid, the following components are arranged in series: - a first heat exchanger (7), the further in the flow direction of the cryogenic liquefied gas behind the pump (3) in the line (2) is connected, - a compressor (8), - a second heat exchanger (9), - parallel to each other, a third heat exchanger (10) having a first side ( 11) and the waste heat utilization system (5), - a relaxation machine (13) and the third heat exchanger (10) with a second side (12). The invention further relates to a corresponding method for generating electrical energy and for evaporating a cryogenic liquefied gas.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kostengünstigen Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, beispielsweise Erdgas (LNG = liquefied natural gas) sowie ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a device for low-cost generation of electrical energy and for the evaporation of a cryogenic liquefied gas, for example natural gas (LNG = liquefied natural gas) and a corresponding method.

Üblicherweise wird Erdgas nach seiner Förderung über Leitungen zu entsprechenden Terminals in einem Hafen transportiert. Dort wird es gelagert, aufbereitet und schließlich für den Transport mit entsprechenden Spezialschiffen über längere Strecken durch starkes Verdichten und Abkühlen (bis auf -162°C) verflüssigt. Nach dem Transport wird das verflüssigte Erdgas vor der Einleitung in ein Gasnetz regasifiziert. Dabei wird typischer Weise das flüssige Erdgas mit Umgebungswärme (Luft / Meerwasser) oder chemischer Wärme verdampft. Alternativ wurden Konzepte entwickelt, die über kaskadierende ORC-Kreisläufe eine energetische Nutzung der Tieftemperaturkälte zum Ziel hatten.Normally, after its production, natural gas is transported via lines to corresponding terminals in a port. There it is stored, processed and finally liquefied for transport with appropriate special vessels over long distances by strong compression and cooling (down to -162 ° C). After transport, the liquefied natural gas is regasified before being discharged into a gas network. In this case, the liquid natural gas is typically evaporated with ambient heat (air / seawater) or chemical heat. Alternatively, concepts were developed that aimed to use low temperature cold energy via cascading ORC cycles.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein energetisch und vergleichsweise kostengünstiges Verdampfungsverfahren für ein tiefkalt verflüssigtes Gas anzugeben. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine entsprechend verbesserte Vorrichtung bereitzustellen.The object of the invention is to provide an energetically and comparatively cost-effective evaporation method for a cryogenic liquefied gas. Furthermore, it is an object of the invention to provide a correspondingly improved device.

Die Erfindung löst die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einer derartigen Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, umfassend eine Leitung für das tiefkalt verflüssigte Gas, eine in der Leitung angeordnete Pumpe, eine Wärmekraftmaschine, sowie ein der Wärmekraftmaschine nachgeschaltetes Abhitzenutzungssystem, die Vorrichtung ferner einen Fluidkreislauf umfasst, in dem in Strömungsrichtung des Fluids folgende Komponenten hintereinander angeordnet sind:

  • ein erster Wärmeübertrager, der ferner in Strömungsrichtung des tiefkalt verflüssigten Gases hinter die Pumpe in die Leitung geschaltet ist,
  • ein Verdichter,
  • ein zweiter Wärmeübertrager,
  • parallel zueinander ein dritter Wärmeübertrager mit einer ersten Seite und das Abhitzenutzungssystem,
  • eine Entspannungsmaschine sowie
  • der dritte Wärmeübertrager mit einer zweiten Seite.
The invention solves the object directed to a device by providing that in such a device for generating electrical energy and for evaporating a cryogenic liquefied gas, comprising a line for the cryogenic liquefied gas, a pump arranged in the line, a heat engine, and a waste heat recovery system connected downstream of the heat engine, the device furthermore comprising a fluid circuit in which the following components are arranged one behind the other in the flow direction of the fluid:
  • a first heat exchanger, which is further connected in the flow direction of the cryogenic liquefied gas behind the pump in the line,
  • a compressor,
  • a second heat exchanger,
  • parallel to each other a third heat exchanger with a first side and the waste heat recovery system,
  • a relaxation machine as well
  • the third heat exchanger with a second side.

Tiefkalt verflüssigtes Gas bedeutet, dass das Gas durch Abkühlung verflüssigt wurde. Die Temperaturen liegen bei den für die Erfindung relevanten Gasen in der Größenordnung von -140°C und darunter. Durch Kopplung der Verdampfung des tiefkalt verflüssigten Gases an weitere Prozesse und insbesondere durch eine optimierte Wärmeintegration des Gesamtsystems wird es möglich, eine maximale Nutzung der Tieftemperaturkälte zur Stromerzeugung mit höchsten Wirkungsgraden zu erreichen.Refrigerated liquefied gas means that the gas was liquefied by cooling. The temperatures are in the relevant to the invention gases in the order of -140 ° C and below. By coupling the evaporation of the cryogenic liquefied gas to other processes and in particular by optimizing heat integration of the overall system, it becomes possible to achieve maximum utilization of the cryogenic refrigeration for power generation with the highest efficiencies.

Der Fluidkreislauf soll als 1-Druckprozess betrieben werden, um den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu optimieren. Hierzu wird neben einer bestimmten Temperatur auch ein entsprechender durch den Verdichter bereitgestellter Druck benötigt.The fluid circuit should be operated as a 1-pressure process to optimize the efficiency of the device. For this purpose, in addition to a certain temperature, a corresponding pressure provided by the compressor is required.

Mit dem zweiten Wärmeübertrager wird das Fluid mittels Umgebungswärme erwärmt. Kommt als Wärmekraftmaschine eine Gasturbine zum Einsatz, wäre eine mögliche Anwendung die Gasturbinenansaugluftkühlung, wodurch sich ein Leistungszuwachs der Gasturbine ergibt. Aber auch andere Wärmequellen können verwendet werden, wie beispielsweise aufgewärmtes Kühlwasser, Meerwasser, auch Umgebungsluft kommt in Frage.With the second heat exchanger, the fluid is heated by ambient heat. If a gas turbine is used as the heat engine, a possible application would be the gas turbine intake air cooling, which results in a power increase of the gas turbine. But other heat sources can be used, such as heated cooling water, seawater, ambient air is also in question.

Mit dem dritten Wärmeübertrager wird Wärme innerhalb des Fluidkreislaufs geschickt verschoben.The third heat exchanger cleverly displaces heat within the fluid circuit.

In der Entspannungsmaschine, beispielsweise einer Turbine, kann das im Abhitzenutzungssystem erwärmte Fluid arbeitsleistend entspannt werden. Ggf. ist ein Generator an die Entspannungsmaschine gekoppelt.In the expansion machine, for example a turbine, the fluid heated in the waste heat utilization system can perform work to be relaxed. Possibly. a generator is coupled to the relaxation machine.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist parallel zur ersten Seite des dritten Wärmeübertragers und in Strömungsrichtung des Fluides vor dem Abhitzenutzungssystem ein vierter Wärmeübertrager mit einer ersten Seite im Fluidkreislauf angeordnet. Dieser vierte Wärmeübertrager ist ferner mit einer zweiten Seite in Strömungsrichtung des Fluides nach der zweiten Seite des dritten Wärmeübertragers im Fluidkreislauf angeordnet. Um Probleme mit Korrosion am kalten Ende des Abhitzenutzungssystems zu vermeiden, sollte das dem Abhitzenutzungsssystem zugeführte Fluid eine bestimme Temperatur nicht unterschreiten. Eine Vorwärmung durch den vierten Wärmeübertrager würde dies sicherstellen. Andererseits könnte ein Verzicht auf den vierten Wärmeübertrager und das Hinnehmen einer vergleichsweise frühen Reparatur des kalten Teils des Abhitzenutzungssystems auch eine bessere Nutzung der Abwärme im Abhitzenutzungssystem bewirken.In an advantageous embodiment of the invention, a fourth heat exchanger having a first side in the fluid circuit is arranged parallel to the first side of the third heat exchanger and in the flow direction of the fluid upstream of the waste heat utilization system. This fourth heat exchanger is further arranged with a second side in the flow direction of the fluid to the second side of the third heat exchanger in the fluid circuit. To avoid problems with corrosion at the cold end of the waste heat recovery system, the fluid supplied to the waste heat recovery system should not fall below a certain temperature. Preheating by the fourth heat exchanger would ensure this. On the other hand, abandoning the fourth heat exchanger and accepting relatively early repair of the cold portion of the waste heat recovery system could also result in better utilization of the waste heat in the waste heat recovery system.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zweigt eine Zweigleitung von der Leitung mit dem regasifizierten vormals tiefkalt verflüssigten Gas ab und mündet in die Wärmekraftmaschine. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn ein fünfter Wärmeübertrager in der Zweigleitung und im Fluidkreislauf vor der zweiten Seite des dritten Wärmeübertragers angeordnet ist, um den Brennstoff für die Verbrennung in der Wärmekraftmaschine vorzuwärmen. Mit der Brennstoffvorwärmung wird die fühlbare Wärme des Brennstoffs erhöht und die benötigte Brennstoffmenge verringert.In a further advantageous embodiment of the invention branches off a branch line from the line with the regasified formerly cryogenic liquefied gas and flows into the heat engine. It may be expedient if a fifth heat exchanger in the branch line and the fluid circuit in front of the second side of the third heat exchanger is arranged to preheat the fuel for combustion in the heat engine. With the fuel preheating the sensible heat of the fuel is increased and the required amount of fuel is reduced.

Es ist vorteilhaft, wenn ein sechster Wärmeübertrager in der Leitung vor einem Abzweig der Zweigleitung angeordnet ist. Mit diesem sechsten Wärmeübertrager soll Wärme aus der Umgebung genutzt werden, um das regasifizierte Gas weiter anzuwärmen. Dabei ist es sinnvoll, wenn dies nicht nach dem Abzweig geschieht, sondern davor, damit in der eigentlichen Brenngasvorwärmung im fünften Wärmeübertrager weniger Wärme dem System, d.h. dem Fluidkreislauf, entnommen werden muss, um ein gewünschtes Temperaturniveau zu erreichen.It is advantageous if a sixth heat exchanger is arranged in the line before a branch of the branch line. With this sixth heat exchanger heat from the environment should be used to further warm the gas regasified. It makes sense if this does not happen after the branch, but before, so that less heat in the actual fuel gas preheating in the fifth heat exchanger the system, ie the fluid circuit, must be removed to achieve a desired temperature level.

Die beanspruchte Vorrichtung ist für verschiedene tiefkalt verflüssigte Gase nutzbar. Es ist aber vorteilhaft, wenn das tiefkalt verflüssigte Gas Erdgas ist, alleine schon im Hinblick auf seine Verwendbarkeit in der Wärmekraftmaschine, aber auch im Hinblick auf die Wahl des Fluides im Fluidkreislauf und den Wirkungsgrad der Gesamtanlage. Eine Alternative zu Erdgas ist beispielsweise Wasserstoff.The claimed device can be used for various cryogenic liquefied gases. However, it is advantageous if the cryogenic liquefied gas is natural gas, alone with regard to its usability in the heat engine, but also with regard to the choice of fluid in the fluid circuit and the efficiency of the entire system. An alternative to natural gas is, for example, hydrogen.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Fluidkreislauf ein Stickstoffkreislauf ist. Nicht zuletzt wegen seiner Inert-Eigenschaften ist die Verwendung von Stickstoff vorteilhaft. Wesentlich ist aber, dass sich Stickstoff mit einem kritischen Punkt von -147°C / 34 bara hervorragend für einen überkritischen Wärmeaustausch mit dem LNG eignet. Durch den überkritischen Zustand wird das Ausbilden eines isothermen Kondensationsplateaus verhindert. Dadurch werden die exergetischen Verluste bei der Wärmeübertragung minimiert. Weiterhin liegt die Erstarrungstemperatur mit -210°C deutlich unterhalb der LNG-Temperatur von -162°C, so dass ein Ausfrieren des Fluides nicht möglich ist.In this context, it is particularly advantageous if the fluid circuit is a nitrogen cycle. Not least because of its inert properties, the use of nitrogen is advantageous. However, it is essential that nitrogen with a critical point of -147 ° C / 34 bara is excellently suited for supercritical heat exchange with the LNG. The supercritical state prevents the formation of an isothermal condensation plateau. This minimizes the exergetic heat transfer losses. Furthermore, the solidification temperature of -210 ° C is well below the LNG temperature of -162 ° C, so that a freezing of the fluid is not possible.

Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, bei dem ein tiefkalt verflüssigtes Gas verdichtet und in einem ersten Wärmeübertrager mit einem Fluidstrom erwärmt und verdampft wird, wobei der Fluidstrom im Kreis geführt wird, wobei er nach dem ersten Wärmeübertrager verdichtet wird, in einem zweiten Wärmeübertrager Wärme aufnimmt, in einen ersten und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird, wobei der erste Teilstrom zumindest in einem Abhitzenutzungssystem mit Abgasen einer Wärmekraftmaschine erwärmt wird und der zweite Teilstrom in einem dritten Wärmeübertrager erwärmt wird und erster und zweiter Teilstrom wieder zusammengeführt werden, das zusammengeführte Fluid entspannt wird und anschließend im dritten Wärmeübertrager den zweiten Teilstrom erwärmt, bevor es im ersten Wärmeübertrager das tiefkalt verflüssigte Gas erwärmt.The object directed to a method is achieved by a method for generating electrical energy and for evaporating a cryogenic liquefied gas, in which a cryogenic liquefied gas is compressed and heated in a first heat exchanger with a fluid stream and vaporized, wherein the fluid flow is circulated wherein it is compressed after the first heat exchanger, receives heat in a second heat exchanger, is divided into a first and a second partial flow, wherein the first partial flow is heated at least in a Abhitzenutzungssystem with exhaust gases of a heat engine and the second partial flow in a third heat exchanger is and the first and second partial flow are brought together again, the merged fluid is expanded and then in third heat exchanger heats the second partial stream before it heats the cryogenic liquefied gas in the first heat exchanger.

Es ist vorteilhaft, wenn der erste Teilstrom, bevor er im Abhitzenutzungssystem erwärmt wird, in einem vierten Wärmeübertrager durch das Fluid erwärmt wird, nachdem dies im dritten Wärmeübertrager den zweiten Teilstrom erwärmt hat. Die Hintereinanderschaltung der zweiten Seiten von drittem und viertem Wärmeübertrager im Vergleich zu einer gemeinsamen Vorwärmung des gesamten Fluidstroms ist sinnvoll, da der erste Teilstrom ohnehin noch einer vergleichsweise starken Erwärmung im Abhitzenutzungssystem zugeführt wird und sich eine zu starke "Vorwärmung" des Fluides insgesamt negativ auf den Wirkungsgrad der Gesamtanlage auswirken würde, wenn aufgrund einer vergleichsweise hohen Eingangstemperatur des Fluides im Bereich eines Eintritts in das Abhitzenutzungssystem eine vergleichsweise große Wärmemenge ungenutzt in die Umgebung abgegeben werden müsste.It is advantageous if the first partial stream, before being heated in the waste heat utilization system, is heated by the fluid in a fourth heat exchanger after it has heated the second partial stream in the third heat exchanger. The series connection of the second sides of the third and fourth heat exchanger compared to a common preheating of the entire fluid flow is useful because the first part flow anyway a comparatively strong heating in Abhitzenutzungungssystem is supplied and an excessive "preheating" of the fluid on the negative overall Efficiency of the entire system would affect if due to a relatively high inlet temperature of the fluid in the area of entry into the Abhitzenutzungungssystem a comparatively large amount of heat would have to be released unused into the environment.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das vormals tiefkalt verflüssigte Gas zumindest zum Teil einem Gasnetz und zum Teil der Wärmekraftmaschine zugeführt wird.It is also advantageous if the previously cryogenic liquefied gas is at least partially supplied to a gas network and part of the heat engine.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das der Wärmekraftmaschine zugeführte, vormals tiefkalt verflüssigte Gas durch das Fluid, bevor es im dritten Wärmeübertrager den zweiten Teilstrom erwärmt, in einem fünften Wärmeübertrager für eine Verbrennung vorgewärmt wird.Furthermore, it is advantageous if the gas supplied to the heat engine, which has previously been supplied with cryogenic liquefied gas, is preheated in a fifth heat exchanger for combustion by the fluid before it heats the second partial flow in the third heat exchanger.

Es ist zweckmäßig, wenn als Fluid im Fluidkreislauf Stickstoff verwendet wird.It is expedient if nitrogen is used as the fluid in the fluid circuit.

Zweckmäßig ist hierbei insbesondere, wenn der Fluidkreislauf ein überkritisch betriebener Kreislauf ist. Im überkritischen Zustand spielt die Verdampfungswärme keine Rolle mehr, was sich positiv auf eine effiziente Wärmeübertragung auswirkt. Vorteilhafter Weise wird als tiefkalt verflüssigtes Gas verflüssigtes Erdgas verwendet.It is expedient in this case, in particular, if the fluid circuit is a supercritically operated circuit. In the supercritical state, the heat of vaporization no longer plays a role, which has a positive effect on efficient heat transfer. Advantageously, liquefied natural gas is used as the cryogenic liquefied gas.

Gemäß der Erfindung werden der Regasifizierungs- (bevorzugt LNG) wie auch der Kreislaufprozess (bevorzugt Stickstoff) zum optimalen Wärmeaustausch jeweils bis in den überkritischen Druckbereich als 1-Druckprozess betrieben. Damit gelingt es wirkungsgradoptimal die komplette durch das Gasturbinen-Abgas in den Prozess eingetragene Abgaswärme im System zu belassen.According to the invention, the regasification (preferably LNG) as well as the recycle process (preferably nitrogen) are operated as a 1-pressure process for optimal heat exchange, each up to the supercritical pressure range. In this way, it is possible to leave the entire exhaust gas heat introduced into the process by the gas turbine exhaust gas in the system in an optimal degree of efficiency.

Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Konzept in bevorzugter Weise das LNG am Terminal Point zum Gasnetz auf das gewünschte Druck- und Temperaturniveau eingestellt werden.Furthermore, with the concept according to the invention, preferably the LNG at the terminal point to the gas network can be set to the desired pressure and temperature level.

Zusätzlich erfolgt die Auslegung des Fluidkreislaufs optimal bezüglich der Anforderungen der Teilsysteme (z.B. wird durch den internen Wärmeverschub sowohl die finale LNG-Temperatur wie auch eine Stickstoffmindesttemperatur am Eintritt in das der Gasturbine nachgeschaltete Abhitzenutzungssystem ermöglicht).In addition, the design of the fluid circuit is optimally adapted to the requirements of the subsystems (e.g., internal heat transfer allows both the final LNG temperature and a minimum nitrogen temperature at the entrance to the waste heat recovery system downstream of the gas turbine).

Durch die optimale Kombination der Systeme und eine optimale Wahl der Prozessparameter gelingt es beispielsweise, LNG-Verstromungswirkungsgrade von 61 - 64% zu erreichen. Damit wird ein Niveau erreicht, dass mit konventioneller GUD-Technik in den nächsten 5 Jahren nicht darstellbar sein wird.For example, the optimal combination of systems and optimal choice of process parameters make it possible to achieve LNG power conversion efficiencies of 61-64%. This achieves a level that will not be achievable with conventional GUD technology over the next 5 years.

Weitere Vorteile sind:

  • alle Prozessparameter sind mit bereits heute verfügbaren Komponenten darstellbar,
  • das Kraftwerk benötigt für seinen Betrieb kein Wasser,
  • eine einfache Prozessstruktur ermöglicht einfache Regelung (z.B. nur eine Druckstufe im Stickstoffprozess statt mehrere),
  • das Verfahren ist umweltfreundlich, da gegenüber bisherigen Wiedervergasungsansätzen potentiell umweltschädliche Medien wie Glykol nicht vorhanden sind,
  • Vorrichtung und Verfahren sind sehr kostengünstig, da keine zusätzlichen aktiven Komponenten auf der LNG-Seite benötigt werden und
  • die Konzeptperformance ist unabhängig vom LNG-Systemdruck.
Further advantages are:
  • all process parameters can be displayed with already available components,
  • the power plant does not need water for its operation,
  • a simple process structure allows easy control (eg only one pressure step in the nitrogen process instead of several),
  • the process is environmentally friendly, since there are no environmentally harmful media such as glycol compared to previous regasification approaches,
  • Device and method are very cost-effective, since no additional active components on the LNG side are needed and
  • the concept performance is independent of the LNG system pressure.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt schematisch und nicht maßstäblich:

  • Figur 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung von verflüssigtem Erdgas nach der Erfindung.
The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawing. It shows schematically and not to scale:
  • FIG. 1 a device for generating electrical energy and for the evaporation of liquefied natural gas according to the invention.

Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Sie umfasst eine Leitung 2 für das tiefkalt verflüssigte Gas, beispielsweise Erdgas, und eine in der Leitung 2 angeordnete Pumpe 3. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 der Figur 1 eine Gasturbine als Wärmekraftmaschine 4, sowie ein der Wärmekraftmaschine 4 nachgeschaltetes Abhitzenutzungssystem 5 ähnlich einem Abhitzedampferzeuger bei Gas- und Dampfturbinenanlagen. Allerdings sieht die Erfindung keinen Wasser-Dampf-Kreislauf vor.The FIG. 1 shows schematically and by way of example a device 1 according to the invention. It comprises a conduit 2 for the cryogenic liquefied gas, for example natural gas, and a pump 3 arranged in the conduit 2. Furthermore, the apparatus 1 comprises the FIG. 1 a gas turbine as a heat engine 4, and a heat engine 4 downstream Abhitzenutzungungssystem 5 similar to a heat recovery steam generator in combined cycle plants. However, the invention does not provide a water-steam cycle.

Der Fluidkreislauf 6 könnte beispielsweise ein Stickstoffkreislauf sein und umfasst im Ausführungsbeispiel der Figur 1 in Strömungsrichtung des Fluides hintereinander folgende Komponenten:

  • ein erster Wärmeübertrager 7, der ferner in Strömungsrichtung des tiefkalt verflüssigten Gases hinter die Pumpe 3 in die Leitung 2 geschaltet ist; im ersten Wärmeübertrager 7 wird Wärme beispielsweise von Stickstoff auf das verflüssigte Erdgas übertragen, wobei sich das verflüssigte Erdgas erwärmt und verdampft,
  • ein Verdichter 8, mit dem das Fluid / der Stickstoff für einen optimalen Wärmetausch bis in den überkritischen Druckbereich gebracht werden kann,
  • ein zweiter Wärmeübertrager 9, bei dem Umgebungswärme (beispielsweise aus einer Gasturbinenansaugluftkühlung, Meerwasser, Umgebungsluft, aufgewärmtes Kühlwasser) zur Erwärmung des Fluids genutzt wird,
  • parallel zueinander ein dritter Wärmeübertrager 10 mit einer ersten Seite 11 in einem zweiten Teilstrom 23 und ein vierter Wärmeübertrager 15 mit seiner ersten Seite 16 und das Abhitzenutzungssystem 5 in einem ersten Teilstrom 22 des Fluids,
  • eine Turbine als Entspannungsmaschine 13 mit angekoppeltem Generator 14,
  • ein fünfter Wärmeübertrager 19 zur Brennstoffvorwärmung,
  • der dritte Wärmeübertrager 10 mit einer zweiten Seite 12 und
  • der vierte Wärmeübertrager 15 mit einer zweiten Seite 17.
The fluid circuit 6 could be, for example, a nitrogen cycle and in the exemplary embodiment comprises FIG. 1 in the flow direction of the fluid one behind the other following components:
  • a first heat exchanger 7, which is further connected downstream of the pump 3 in the line 2 in the flow direction of the cryogenic liquefied gas; in the first heat exchanger 7 heat is transferred, for example, from nitrogen to the liquefied natural gas, whereby the liquefied natural gas heats up and evaporates,
  • a compressor 8 with which the fluid / nitrogen can be brought into the supercritical pressure range for optimal heat exchange,
  • a second heat exchanger 9, in which ambient heat (for example, from a gas turbine intake air cooling, seawater, ambient air, heated cooling water) is used to heat the fluid,
  • parallel to one another a third heat exchanger 10 with a first side 11 in a second partial flow 23 and a fourth heat exchanger 15 with its first side 16 and the waste heat utilization system 5 in a first partial flow 22 of the fluid,
  • a turbine as expansion machine 13 with coupled generator 14,
  • a fifth heat exchanger 19 for fuel preheating,
  • the third heat exchanger 10 with a second side 12 and
  • the fourth heat exchanger 15 with a second side 17th

Ein Teil des entspannten Erdgases wird im Ausführungsbeispiel der Figur 1 einem Gasnetz 24 und ein anderer Teil der Gasturbine (Wärmekraftmaschine 4) zugeführt. Zu diesem Zweck zweigt am Abzweig 21 eine Zweigleitung 18 von der Leitung 2 ab. Die Zweigleitung 18 mündet in die Gasturbine (Wärmekraftmaschine 4). Zur Brennstoffvorwärmung ist, wie bereits ausgeführt, der fünfte Wärmeübertrager 19 in die Zweigleitung 18 und in den Fluidkreislauf 6 (= Stickstoffkreislauf) geschaltet.Part of the expanded natural gas is in the embodiment of FIG. 1 a gas network 24 and another part of the gas turbine (heat engine 4) supplied. For this purpose branches off at branch 21, a branch line 18 from the line 2 from. The branch line 18 opens into the gas turbine (heat engine 4). For fuel preheating, as already stated, the fifth heat exchanger 19 in the branch line 18 and in the fluid circuit 6 (= nitrogen cycle) connected.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist ferner ein sechster Wärmeübertrager 20 in der Leitung 2 vor einem Abzweig 21 der Zweigleitung 18 angeordnet.In the embodiment of FIG. 1 Furthermore, a sixth heat exchanger 20 is arranged in the line 2 in front of a branch 21 of the branch line 18.

Die Turbine 13, in der im Ausführungsbeispiel der Figur 1 Stickstoff entspannt wird, weist Leckagen auf. Diese können zumindest zum Teil abgesaugt werden 25 und dann in den Fluidkreislauf 6 rückgeführt werden. Allgemein ist eine Zuspeisung 26 von Stickstoff in den Fluidkreislauf 6 vorgesehen.The turbine 13, in the embodiment of the FIG. 1 Nitrogen is released, has leaks. These can be at least partially sucked 25 and then returned to the fluid circuit 6. Generally, a feed 26 of nitrogen into the fluid circuit 6 is provided.

Claims (14)

Vorrichtung (1) zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, umfassend eine Leitung (2) für das tiefkalt verflüssigte Gas, eine in der Leitung (2) angeordnete Pumpe (3), eine Wärmekraftmaschine (4), sowie ein der Wärmekraftmaschine (4) nachgeschaltetes Abhitzenutzungssystem (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ferner einen Fluidkreislauf (6) umfasst, in dem in Strömungsrichtung des Fluids folgende Komponenten hintereinander angeordnet sind: - ein erster Wärmeübertrager (7), der ferner in Strömungsrichtung des tiefkalt verflüssigten Gases hinter die Pumpe (3) in die Leitung (2) geschaltet ist, - ein Verdichter (8), - ein zweiter Wärmeübertrager (9), - parallel zueinander ein dritter Wärmeübertrager (10) mit einer ersten Seite (11) und das Abhitzenutzungssystem (5), - eine Entspannungsmaschine (13) sowie - der dritte Wärmeübertrager (10) mit einer zweiten Seite (12). Device (1) for generating electrical energy and for evaporating a cryogenic liquefied gas, comprising a line (2) for the cryogenic liquefied gas, a in the line (2) arranged pump (3), a heat engine (4), and one of Heat engine (4) downstream Abhitzenutzungungssystem (5), characterized in that the device (1) further comprises a fluid circuit (6), are arranged in the flow direction of the fluid, the following components in series: - A first heat exchanger (7), which is further connected in the flow direction of the cryogenic liquefied gas behind the pump (3) in the conduit (2), a compressor (8), a second heat exchanger (9), parallel to one another a third heat exchanger (10) having a first side (11) and the waste heat utilization system (5), - A relaxation machine (13) as well - The third heat exchanger (10) with a second side (12). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei parallel zur ersten Seite (11) des dritten Wärmeübertragers (10) und in Strömungsrichtung des Fluids vor dem Abhitzenutzungssystem (5) ein vierter Wärmeübertrager (15) mit einer ersten Seite (16) im Fluidkreislauf (6) angeordnet ist und wobei der vierte Wärmeübertrager (15) mit einer zweiten Seite (17) in Strömungsrichtung des Fluids nach der zweiten Seite (12) des dritten Wärmeübertragers (10) im Fluidkreislauf (6) angeordnet ist.Device (1) according to claim 1, wherein parallel to the first side (11) of the third heat exchanger (10) and in the flow direction of the fluid before Abhitzenutzungungssystem (5), a fourth heat exchanger (15) having a first side (16) in the fluid circuit (6 ) and wherein the fourth heat exchanger (15) with a second side (17) in the direction of flow of the fluid to the second side (12) of the third heat exchanger (10) in the fluid circuit (6) is arranged. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Zweigleitung (18) von der Leitung (2) abzweigt und die Zweigleitung (18) in die Wärmekraftmaschine (4) mündet.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein a branch line (18) branches off from the line (2) and the branch line (18) opens into the heat engine (4). Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei ein fünfter Wärmeübertrager (19) in der Zweigleitung (18) und im Fluidkreislauf (6) vor der zweiten Seite (12) des dritten Wärmeübertragers (10) angeordnet ist.Device (1) according to claim 3, wherein a fifth heat exchanger (19) in the branch line (18) and in the fluid circuit (6) in front of the second side (12) of the third heat exchanger (10) is arranged. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein sechster Wärmeübertrager (20) in der Leitung (2) vor einem Abzweig (21) der Zweigleitung (18) angeordnet ist.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein a sixth heat exchanger (20) in the conduit (2) in front of a branch (21) of the branch line (18) is arranged. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das tiefkalt verflüssigte Gas Erdgas ist.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the cryogenic liquefied gas is natural gas. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fluidkreislauf (6) ein Stickstoffkreislauf ist.Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the fluid circuit (6) is a nitrogen cycle. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, bei dem ein tiefkalt verflüssigtes Gas verdichtet und in einem ersten Wärmeübertrager (7) mit einem Fluidstrom erwärmt und verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrom im Kreis geführt wird, wobei er nach dem ersten Wärmeübertrager (7) verdichtet wird, in einem zweiten Wärmeübertrager (9) Wärme aufnimmt, in einen ersten (22) und einen zweiten Teilstrom (23) aufgeteilt wird, wobei der erste Teilstrom (22) zumindest in einem Abhitzenutzungssystem (5) mit Abgasen einer Wärmekraftmaschine (4) erwärmt wird und der zweite Teilstrom (23) in einem dritten Wärmeübertrager (10) erwärmt wird und erster (22) und zweiter Teilstrom (23) wieder zusammengeführt werden, das zusammengeführte Fluid entspannt wird und anschließend im dritten Wärmeübertrager (10) den zweiten Teilstrom (23) erwärmt, bevor es im ersten Wärmeübertrager (7) das tiefkalt verflüssigte Gas erwärmt.Method for generating electrical energy and for evaporating a cryogenic liquefied gas, in which a cryogenic liquefied gas is compressed and heated in a first heat exchanger (7) with a fluid stream and vaporized, characterized in that the fluid flow is circulated, wherein it the first heat exchanger (7) is compressed, in a second heat exchanger (9) absorbs heat, in a first (22) and a second partial flow (23) is divided, wherein the first partial flow (22) at least in a Abhitzenutzungssystem (5) Exhaust gases of a heat engine (4) is heated and the second partial flow (23) in a third heat exchanger (10) is heated and first (22) and second partial flow (23) are brought together again, the merged fluid is expanded and then in the third heat exchanger ( 10) heats the second partial stream (23) before it in the first heat exchanger (7) the cryogenic liquefied gas e rwärmt. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Teilstrom (22), bevor er im Abhitzenutzungssystem (5) erwärmt wird, in einem vierten Wärmeübertrager (15) durch das Fluid erwärmt wird, nachdem dies im dritten Wärmeübertrager (10) den zweiten Teilstrom (23) erwärmt hat.The method of claim 8, wherein the first sub-stream (22) is heated before being heated in the waste-heat utilization system (5). in a fourth heat exchanger (15) is heated by the fluid after it has heated the second partial flow (23) in the third heat exchanger (10). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das vormals tiefkalt verflüssigte Gas zumindest zum Teil einem Gasnetz (24) und zum Teil der Wärmekraftmaschine (4) zugeführt wird.Method according to one of claims 8 or 9, wherein the previously cryogenic liquefied gas is supplied at least in part to a gas network (24) and partly to the heat engine (4). Verfahren nach Anspruch 10, wobei das der Wärmekraftmaschine (4) zugeführte, vormals tiefkalt verflüssigte Gas durch das Fluid, bevor es im dritten Wärmeübertrager (10) den zweiten Teilstrom (23) erwärmt, in einem fünften Wärmeübertrager (19) für eine Verbrennung vorgewärmt wird.A method according to claim 10, wherein the gas previously supplied to the heat engine (4) is preheated by the fluid in a fifth heat exchanger (19) for combustion before it heats the second substream (23) in the third heat exchanger (10) , Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei als Fluid im Fluidkreislauf (6) Stickstoff verwendet wird.Method according to one of claims 8 to 11, wherein as fluid in the fluid circuit (6) nitrogen is used. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Fluidkreislauf (6) überkritisch betrieben wird.The method of claim 12, wherein the fluid circuit (6) is operated supercritically. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei als tiefkalt verflüssigtes Gas verflüssigtes Erdgas verwendet wird.Method according to one of claims 8 to 13, wherein liquefied natural gas is used as the cryogenic liquefied gas.
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