DE1255904B - Erdbehaelter fuer Fluessiggase und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl:

E04h

Deutsche Kl.: 37 f - 7/02

Nummer: 1255 904

Aktenzeichen: C 23847 V/37 f

Anmeldetag: 10. April 1961

Auslegetag: 7. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft einen zum Aufnehmen eines verflüssigten Gases dienenden Behälter, dessen Wandung durch das eine gefrorene Flüssigkeit als Abdichtung enthaltende Erdreich selbst gebildet ist und der mit einer Einrichtung zum Einführen und Entleeren des verflüssigten Gases versehen ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Behälters.

Mit dem Ausdruck »Flüssiggas« oder »verflüssigtes Gas« ist eine Flüssigkeit gemeint, die bei atmosphärischem Druck bei einer Temperatur unter der Umgebungstemperatur verdampft.

Es ist bekannt, verflüssigtes Erdgas und verflüssigte Petroleumgase in unterirdischen Hohlräumen zu lagern, die entweder auf natürliche Weise entstanden oder in flüssigkeitsundurchlässigem Gestein angelegt sind. Ähnliche bekannte unterirdische Lagerungssysteme sind in Salzformationen vorgesehen worden. An den Stellen, an denen die Lagerung beabsichtigt ist, stehen allerdings brauchbare Bodenformationen nicht immer zur Verfügung.

Ferner ist bekannt, zum Aufnehmen verflüssigter Gase unterirdische Behälter anzulegen, die ausschließlich über einen engen, in der Erdoberfläche ausmündenden Verbindungsschacht oder -tunnel zugänglich sind und deren Wandung durch das eine gefrorene Flüssigkeit als Abdichtung enthaltende Erdreich selbst gebildet ist, wie es auch bei dem eingangs angeführten Erdbehälter der Fall ist.

Diese bekannten unterirdisch angelegten Behälter liegen entfernt von der Erdoberfläche im Erdreich, was zur Folge hat, daß ihre Herstellung erhebliche Schwierigkeiten verursacht und die Erstellungskosten derartiger Behälter verhältnismäßig hoch sind. Auch handelt es sich bei diesen Behältern um ein völlig in sich abgeschlossenes System, das nicht mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht. Aus diesem Grund ist einem derartigen bekannten Behälter eine ein Gebläse, einen Kompressor und einen Kühlturm umfassende Anlage zugeordnet, damit die sich in dem oberen Teil des betreffenden Behälters ständig entwickelnde Dampfmenge aus dem Behälterraum abgeführt werden kann. Dies bringt eine weitere erhebliche Verteuerung mit sich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erstellungskosten eines Behälters der eingangs angegebenen Art wesentlich zu verringern.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Behälter die Form einer durch ein wärmeisoliertes Dach abgedeckten Ausnehmung an der Erdoberfläche hat und eine Öffnung aufweist, durch die der Gasdruck des in den Behälter eingefüllten verflüssigten Gases ausgleichbar ist.

Erdbehälter für Flüssiggase und Verfahren
zu seiner Herstellung

Anmelder:

Conch International Methane Limited,

Sandringham House, Nassau (Bahama-Inseln)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. v. Pechmann, Patentanwälte,
München 90, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:
Cedomir M. Sliepcevich,
Norman, OkIa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 20. April 1960

Durch das erfindungsgemäße Merkmal, daß der Behälter die Form einer durch ein wärmeisoliertes Dach abgedeckten Ausnehmung in der Erdoberfläche hat, wird der Vorteil erreicht, daß die Schaffung eines solchen Behälters, der leicht zugänglich ist, mit einfachen Mitteln und in sehr kurzer Zeit bewerkstelligt werden kann. Durch das weitere erfindungsgemäße Merkmal, daß der Behälter zum Ausgleichen des Gasdruckes des aufgenommenen verflüssigten Gases eine Öffnung zum Druckausgleich aufweist, wird erreicht, daß dem Behälter zum Speichern der verflüssigten Gase keine zusätzlichen Anlagen zum Abführen der sich ständig entwickelnden Dampfmenge zugeordnet werden müssen, wie es bei den bekannten derartigen Behältern der Fall ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Behälter können große Mengen verflüssigter Gase besonders billig gelagert werden. Auch kann ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Behälter völlig gefahrlos aufgebaut werden, da sich beim Einstürzen eines Teils der Behälterwandung durch unachtsames Arbeiten die auf dem Behälterboden stehenden Bauarbeiter leicht befreien können und nicht, wie bei den bekannten unterirdischen Behälteranlagen, möglicherweise völlig von dem einstürzenden Erdreich begraben werden.

Es gehört zwar schon zum Stand der Technik, einem eine Flüssigkeit aufnehmenden Behälter die

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Form einer Ausnehmung an der Erdoberfläche zu geben. Bei diesem bekannten Behälter wird jedoch die Wandung nicht durch das eine gefrorene Flüssigkeit als Abdichtung enthaltende Erdreich selbst gebildet, vielmehr wird die Behälterwandung durch eine Betonauskleidung des Erdreiches gebildet, die noch mit einem wasserdichten Überzug versehen werden muß, um das Auslaufen der gelagerten Flüssigkeit, bei der es sich in erster Linie um Öl handelt, zu verhindern. Dieser bekannte Behälter hat also im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Behälter einen weitgehend andersartigen Aufbau und eignet sich, abgesehen davon, daß die Erstellungskosten eines derartigen Behälters in Hinblick auf die Betonauskleidung und den dichten Überzug verhältnismäßig hoch sind, im Hinblick auf die gefährlichen Wärmespannungen im Beton nur schlecht zum Aufnehmen verflüssigter Gase.

Voraussetzung für einen einwandfreien Betrieb mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Behälter ist es, daß die in dem Erdreich enthaltene und als Abdichtung wirkende Flüssigkeit am Verdampfungspunkt des gespeicherten verflüssigten Gases erstarrt ist. Normalerweise besteht diese Flüssigkeit aus Wasser, so daß im Fall, in dem die betreffende Erdschicht von sich aus Wasser enthält, keine zusätzliche Flüssigkeit der Erdschicht beigegeben werden muß. Wenn jedoch die Erdschicht, in der der Behälter angelegt werden soll, trocken ist, ist es notwendig, die Erde mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit, die am Verdampfungspunkt des verflüssigten Gases erstarrt, zu tränken. Eine solche Flüssigkeit kann aus Rohöl oder einer Fraktion oder einem Rückstand aus Schweröl bestehen.

Die Ausnehmung selbst kann ein natürliches Loch in der Erdoberfläche sein oder künstlich durch Ausgrabung oder Sprengung geschaffen werden.

Das die Ausnehmung abdeckende wärmeisolierte Dach kann aus jedem geeigneten Grundmaterial wie Stahl, insbesondere Flußstahl, Aluminium oder Holz bestehen. Wenn Holz benutzt wird, muß es an den Verbindungsstellen entsprechend abgedichtet sein. Dieses Grundmaterial wird dann noch mit einer wärmeisolierenden Schicht überzogen. Diese Schicht kann an der Oberseite oder an der Unterseite oder auf beiden Seiten des Daches angeordnet sein. Wenn die Isolierung unter dem Dach liegt, kann sie in direkter Berührung mit der Unterseite des Daches befestigt oder in geringem Abstand von der Dachunterseite angeordnet sein.

Zweckmäßigerweise sollte die Erdoberfläche in der Nähe des Randes des wärmeisolierten Daches ebenfalls isoliert sein. Diese Isolierung kann als Fortsetzung einer Isolierung auf der Oberseite des Daches ausgeführt sein.

Geeignete Wärmeisoliermaterialien für das Dach und die seinem Außenumfang benachbarte Erdoberfläche sind Perlit, Glaswolle, Wabenmaterial aus Papier und schaumförmige Kunststoffe, wie schaumförmiges Polystyren und Polyuräthan. Die den Außenumfang des Daches umgebende Erdoberfläche kann außerdem mit trockenen Schindeln, Sand oder Beton isoliert sein.

Wenn die Erdschicht so beschaffen ist, daß beim ersten Einfüllen von verflüssigtem Gas in den Behälter ein beträchtlicher Teil dieses Gases durch Eindringen in das umgebende Erdreich verlorengeht, bestehen zwei Möglichkeiten, um dies zu verhindern.

Entweder kann das umgebende Erdreich gefroren werden, bevor das verflüssigte Gas in den Behälter gefüllt wird, was dadurch geschehen kann, daß ein Kühlmittel, wie kaltes Salzwasser, durch in das Erdreich eingeführte Röhren hindurchgeleitet wird. Alternativ dazu kann aber auch das die Ausnehmung umgebende Erdreich zusätzlich durch eine dünne Metallfolie abgedichtet sein, oder aber es kann eine Schicht eines wärmeisolierenden Materials Verwendung finden, das geeignet ist, das verflüssigte Gas von dem Erdreich zu trennen. Geeignete Materialien sind Glaswolle, sehr feines Perlit oder schaumförmige Kunststoffe. Dabei ist Glaswolle als trennende Schicht besonders geeignet, da das in die Glaswolle eindringende verflüssigte Gas verdampft und einen Gegendruck erzeugt, der ein Eindringen von weiteren verflüssigten Gasen verhindert. Außerdem kann die Glaswolle direkt auf die Innenwandung der Ausnehmung gelegt werden, so daß sie mit dem zu speichernden verflüssigten Gas in Berührung gelangt. Durch den Druck dieser verflüssigten Gase werden dabei die Glasfasern fest gegen den Boden gepreßt und bilden eine wirksame Abdichtung.

Die das verflüssigte Gas von der Erde trennende wärmeisolierende Schicht braucht dabei nicht allzu widerstandsfähig sein, denn wenn der Behälter einige Zeit in Benutzung ist, fällt die Temperatur des umgebenden Erdreiches allmählich immer weiter ab, so daß der Wärmeübergang in das verflüssigte Gas immer geringer wird. Die Isolierung des Erdreiches wird dadurch mit der Zeit immer besser, und nach einigen Jahren hat der Wärmeübergang eine vernachlässigbare kleine Größe.
Die Druckausgleichsöffnung des Behälters, über die die im Behälter entstehenden Gase entweichen können, kann an eine Gasspeicheranlage oder an eine Anlage zum Wiederverflüssigen angeschlossen sein. Es ist natürlich auch möglich, die durch diese Öffnung entweichenden Gase als Fackel abzubrennen.

Zweckmäßigerweise ist an die Druckausgleichsöffnung des Behälters eine Drucksteuereinrichtung angeschlossen, mit der der Gasdruck im Behälter überwacht werden kann. Dadurch ist es möglich, im Behälterinneren einen geringen Überdruck aufrechtzuerhalten, durch den ein Eindringen von Luft in den Behälter und damit die Bildung eines explosiven Luftgasgemisches verhindert wird.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen des beschriebenen Behälters besteht darin, daß an einer die zur Abdichtung bestimmte Flüssigkeit enthaltenden Stelle des Erdreiches die Ausnehmung an der Erdoberfläche hergestellt, anschließend mit dem den Gasdruckausgleich zulassenden wärmeisolierten Dach abgedeckt und dann das verflüssigte Gas in die Ausnehmung eingefüllt wird.

Wenn das Erdreich, in dem die Ausnehmung vorgesehen werden soll, sehr sandig ist, wird zweckmäßigerweise an der für die Ausnehmung bestimmten Stelle der Erdoberfläche alternativ zu dem beschriebenen Verfahren erst die zur Abdichtung bestimmte, von Natur aus vorhandene oder künstlich zugeführte Flüssigkeit durch Gefrieren zum Erstarren gebracht und dann innerhalb des erstarrten Bereiches die Ausnehmung hergestellt, wonach diese mit dem den Gasdruckausgleich zulassenden wärmeisolierenden Dach abgedeckt wird. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß beim Ausschachten der Ausnehmung die durch das Erdreich gebildeten Behälterwände

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trotz der sandigen Natur des Erdreiches nicht einstürzen können.

Als Flüssigkeit kann dabei, wie bereits erwähnt, Wasser verwendet werden, wobei für dessen Erstarrung vor dem Herstellen der Ausnehmung ein in dem Erdreich umlaufendes Kühlmittel verwendet wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert.

F i g. 1 und 2 zeigen lotrechte Schnitte von erfindungsgemäßen Erdbehältern;

Fig. 3 zeigt einen lotrechten Schnitt durch einen Teil eines einen erfindungsgemäßen Erdbehälter abdeckenden wärmeisolierten Daches, während

F i g. 4 in vergrößertem Maßstab einen lotrechten Schnitt durch den oberen Rand dieses erfindungsgemäßen Erdbehälters mit dem Anschluß an das wärmeisolierte Dach zeigt.

Gemäß F i g. 1 hat der erfindungsgemäße Erdbehälter die Form einer Ausnehmung 2 an der Erdoberfläche 1. Das die Ausnehmung umgebende Erdreich 3, das die Wandung des Erdbehälters bildet, ist mit einer Flüssigkeit durchsetzt, die als Abdichtung wirkt und durch Kühleinrichtungen in den gefrorenen Zustand gebracht worden ist. Ein wärmeisoliertes Dach 4 bedeckt die Ausnehmung 2, wobei das Dach 4 selbst durch eine Schicht 5 aus einem wärmeisolierenden Material, z. B. aus Perlit oder Glaswolle, bedeckt ist. Diese wärmeisolierende Schicht 5 erstreckt sich über das Dach 4 hinaus und liegt mit dem an den Dachrand angrenzenden Bereich 6 auf der Erdoberfläche 1 auf.

Dem gezeigten Erdbehälter ist eine Einrichtung zum Einführen und Entleeren des verflüssigten Gases zugeordnet. Gemäß F i g. 1 umfaßt diese Einrichtung ein Füllrohr 7, das sich durch das wärmeisolierte Dach 4 bis kurz oberhalb des Behälterbodens hin erstreckt. Außerdem ist ein Entleerungsrohr 8 vorgesehen, das mit einer Pumpe 9 unter dem Flüssigkeitsspiegel 11 verbunden ist.

Ferner weist der Behälter eine Druckausgleichsöffnung auf, die durch ein Druckausgleichsrohr 10 gebildet ist, das gleichfalls durch das wärmeisolierte Dach 4 hindurch in das Behälterinnere ausmündet.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten Behälter, der ähnlich wie der Behälter gemäß F i g. 1 ausgebildet ist, ist die Innenfläche der Ausnehmung 2 von einer Schicht 12 aus einem Wärmeisoliermaterial in Form einer Glasfaserschicht bedeckt. Dadurch ist es nicht notwendig, vor dem Einfüllen des flüssigen Gases in den Behälter das umgebende Erdreich 3 zu gefrieren, denn die Glasfaserschicht 12 verhindert, daß das verflüssigte Gas durch die noch nicht gefrorene Erdschicht 2 hindurchdringt.

Die Einrichtung zum Einführen und Entleeren des verflüssigten Gases umfaßt bei dem in F i g. 2 gezeigten Behälter ein einziges Rohr 13, das durch das wärmeisolierte Dach 4 hindurchgeführt ist und in einen Einfüllstutzen 14 sowie in einen Entleerungsstutzen 15 ausmündet.

Obwohl die in Fig. 1 und 2 gezeigten Behälter beckenförmig ausgebildet sind, sei bemerkt, daß sie ebenso auch zylindrisch oder rechtwinklig ausgebildet sein können.

Das wärmeisolierte Dach 4 umfaßt gemäß F i g. 3 eine Stahlabdeckung 16 mit einer Isolierschicht 17, die mit Hilfe von Trägern an der Unterseite der Abdeckung 16 in Abstand angeordnet ist.

Die Isolierung ist zweckmäßig für Gase undurchlässig und kann beispielsweise aus schaumförmigen Kunststoffen mit geschlossenen Poren oder gefülltem Wabenmaterial aus Papier bestehen. Der Hohlraum zwischen der Abdeckung 16 und der Isolierschicht 17 verstärkt dabei die Wärmeisoliereigenschaften der Dachkonstruktion.

Gemäß F i g. 4 ist die Abdeckung 16 mit der Wärmeisolierschicht 17 am oberen Rand des Behälters in das Erdreich 3 eingelassen, um am Rand des Daches 4 eine wirksame Abdichtung gegen das Behälterinnere zu schaffen. Diese Abdichtung umfaßt außerdem eine Zementschicht 18, die auf dem Bereich der Erdoberfläche aufgebracht ist, der an den Rand des Behälters angrenzt. Zusätzlich liegt auf der Zementschicht 18 eine Wärmeisolierschicht 6' auf, beispielsweise aus Perlit oder Glaswolle, die über ein kurzes Stück auch auf der Abdeckung 16 aufliegt. Erforderlichenfalls kann auch noch der oberste Bereich 19 des Erdreiches 3 mit künstlichen Mitteln gefroren gehalten werden.

Die beschriebenen Behälter können, wenn erforderlich, sehr groß bemessen sein, wobei ihr Durchmesser zwischen etwa 15 und etwa 60 m liegen kann.

Als vorteilhaft hat sich ein Durchmesser von 30 m erwiesen. In ähnlicher Weise kann die Tiefe der Behälter zwischen etwa 15 bis etwa 60 m variieren, wobei in der Regel eine Tiefe von etwa 20 bis 30 m gewählt wird.

Wenn die Erdoberfläche 1 am Außenumfang des Daches 4 isoliert ist, hängt der Bereich, für den diese Isolierung erforderlich ist, von dem speziellen in dem Behälter gespeicherten verflüssigten Gas und von den besonderen vorherrschenden atmosphärischen Bedingungen ab. Im allgemeinen wird der den Außenumfang des Daches 4 umschließende Bereich der Erdoberfläche 1 auf einen Abstand von etwa 4,5 bis 15 m isoliert.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Zum Aufnehmen eines verflüssigten Gases dienender Behälter, dessen Wandung durch das eine gefrorene Flüssigkeit als Abdichtung enthaltende Erdreich selbst gebildet ist und der mit einer Einrichtung zum Einführen und Entleeren des verflüssigten Gases versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter die Form einer durch ein wärmeisoliertes Dach (4) abgedeckten Ausnehmung (2) an der Erdoberfläche (1) hat und eine öffnung (Druckausgleichsrohr 10) aufweist, über die der Gasdruck des in den Behälter eingefüllten verflüssigten Gases ausgleichbar ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdoberfläche (1) in der Nähe des Randes des wärmeisolierten Daches (4) wärmeisoliert ist.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Ausnehmung (2) umgebende Erdreich (3) zusätzlich durch eine dünne Metallfolie abgedichtet ist.

4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Ausnehmung (2) von einer Schicht (12) aus einem Wärmeisoliermaterial bedeckt ist.

5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Öffnung des

Behälters eine den Gasdruck im Behälter überwachende Drucksteuereinrichtung angeschlossen ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Behälters nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an einer die zur Abdichtung bestimmte Flüssigkeit enthaltenden Stelle des Erdreiches (3) die Ausnehmung (2) an der Erdoberfläche (1) hergestellt, anschließend mit dem den Gasdruckausgleich zulassenden wärmeisolierten Dach (4) abgedeckt und dann das verflüssigte Gas in die Ausnehmung (2) eingefüllt wird. ' '

7. Verfahren zur Herstellung eines Behälters nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der für die Ausnehmung (2)

bestimmten Stelle der Erdoberfläche (1) die zur Abdichtung bestimmte, von Natur aus vorhandene oder künstlich zugeführte Flüssigkeit durch Gefrieren zum Erstarren gebracht und dann innerhalb des erstarrten Bereiches die Ausnehmung (2) hergestellt und diese mit dem den Gasdruckausgleich zulassenden wärmeisolierten Dach (4) abgedeckt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als abdichtende Flüssigkeit Wasser und für dessen Erstarren ein umlaufendes Kühlmittel verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 1 360 170, 2 932170.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 707/42 11. 67

Bundesdruckerei Berlin