Die vorliegende Erfindung betrifft eine Förderanlage für Öl oder Gas, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Öl- oder Gasförderanlagen der genannten Art werden beispielsweise als stationäre Anlagen der Ölindustrie zum Transport von Öl oder Gas in Transportnetzen, sogenannten Pipelines, eingesetzt. Sie weisen eine Antriebsmaschine auf, die eine Fördereinrichtung in Form einer Pumpe oder eines Verdichters antreibt. Mittels der Pumpe oder dem Verdichter wird das Öl oder das Gas in der jeweiligen Pipeline, in welcher die Fördereinrichtung positioniert ist, oder von einer Pipeline in eine andere Pipeline oder auch von einer Pipeline in einen Speicher oder umgekehrt gefördert. Besonders wenn als Antriebsmaschine eine Gasturbine verwendet wird, die gleich mit einem Teil des geförderten Gases betrieben werden kann, sehen

Einzellösungen vor, die Abwärme der Gasturbine in einem Clausius-Rankine- Prozess, der mit einem Kältemittel, beispielsweise R245fa, betrieben wird, zu nutzen, um mechanische Energie zu erzeugen. Ferner sind Ansätze bekannt, die Abwärme des Kühlwassers eines Kühlkreislaufes nutzbringend in der Förderanlage oder einem zugehörigen Gebäude einzusetzen.

Aufgrund der notwendigen Adaption solcher Lösungen an die Randbedingungen einzelner Förderanlagen konnte sich mangels Wirtschaftlichkeit die entsprechende Technik auf dem Markt nicht durchsetzen, obwohl hiermit Energieeinsparungen zum Vorteil der Umwelt erzielt werden konnten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Förderanlage für Öl oder Gas anzugeben, die gegenüber konventionellen Anlagen einen besseren Wirkungsgrad aufweist und zugleich ausschließlich oder nahezu ausschließlich kostengünstig herstellbare Serienkomponenten vorsieht, die ohne aufwändige konstruktive Anpassung in verschiedenen Anlagen verwendbar sind.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Förderanlage mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Die erfindungsgemäße Förderanlage für Öl oder Gas weist eine Antriebsmaschine auf, die einen Abgasstrom erzeugt. Ferner ist eine von der Antriebsmaschine angetriebene Fördereinrichtung in Form einer Pumpe oder eines Verdichters vorgesehen, welche/welcher das Öl oder Gas fördert und/oder verdichtet. Ferner ist eine Abgasenergierückgewinnungseinrichtung vorgesehen, die die

Wärme des Abgasstromes in mechanische Energie umwandelt, um sie dann in der Förderanlage nutzen zu können.

Erfindungsgemäß weist die Abgasenergierückgewinnungseinrichtung einen

Arbeitsmediumkreislauf mit dem Arbeitsmedium Wasser, Wassergemisch,

Ammoniak oder Ammoniakgemisch auf, wobei in dem Arbeitsmediumkreislauf ein Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme des Abgasstromes auf das

Arbeitsmedium, um dieses teilweise oder vollständig zu verdampfen, vorgesehen ist, ferner eine Expansionsmaschine, in welcher das Arbeitsmedium unter

Verrichtung mechanischer Arbeit expandiert, und ein Kondensator zur

Kondensation des Arbeitsmediums. Die Expansionsmaschine ist mechanisch an die Antriebsmaschine und/oder die Fördereinrichtung und/oder eine zusätzliche Arbeitsmaschine gekoppelt, um diese anzutreiben. Gemäß einer alternativen Ausführungsform enthält das Arbeitsmedium Ethanol oder besteht im Wesentlichen oder ausschließlich aus Ethanol.

Je nach verwendetem Arbeitsmedium kann im Arbeitsmediumkreislauf ein

Rekuperator vorgesehen sein, welcher die Abwärme im Rücklauf aus der

Expansionsmaschine nutzt, um das Arbeitsmedium im Vorlauf zu der

Expansionsmaschine zu erwärmen.

Die Expansionsmaschine ist vorteilhaft als Hubkolbenexpander ausgeführt, wobei sich sowohl ein- und mehrstufige Hubkolbenexpander als auch ein- und

mehrflutige Hubkolbenexpander eignen.

Alternativ kann die Expansionsmaschine als Turbine ausgeführt sein,

beispielsweise als Axial-, Radial- oder Diagonal-Turbine. Auch hier kommt eine ein- oder mehrstufige bzw. ein- oder mehrflutige Ausführungsform in Betracht.

Prinzipiell kann die Expansionsmaschine auch eine Gleichdruckturbine, auch Aktionsturbine oder Impulsturbine genannt, umfassen, bei welcher das

Arbeitsmedium vor und nach dem Laufrad den gleichen statischen Druck beziehungsweise die gleiche Enthalpie aufweist. Die verrichtete mechanische Arbeit stammt demnach ausschließlich aus der Umwandlung der

Bewegungsenergie. In der Regel wird einer solchen Gleichdruckturbine im

Arbeitsmediumkreislauf jedoch eine Expansionseinrichtung zur Erzeugung der Bewegungsenergie des Arbeitsmediums vorgeschaltet sein. Weitere Beispiele für eine Expansionsmaschine, die erfindungsgemäß zum Einsatz gelangen kann, sind Schraubenexpander oder Scrollexpander, die ebenfalls ein- oder mehrstufig beziehungsweise ein- oder mehrflutig ausgeführt sein können.

Die Antriebsmaschine kann als Verbrennungsmotor, insbesondere als Dieselmotor, somit als Motor der Kolbenbauart ausgeführt sein. Alternativ kommen jedoch auch andere Antriebsmaschinen in Betracht, beispielsweise eine Gasturbine oder ein Gasmotor, die/der vorteilhaft mit einem Teil des geförderten Gases

beziehungsweise des der Förderanlage zur Förderung zugeführten Gases als Verbrennungsmedium betrieben werden.

Der Verbrennungsmotor kann eine Kurbelwelle aufweisen und die

Expansionsmaschine steht dann vorteilhaft in einer Triebverbindung mit der Kurbelwelle oder ist in eine solche schaltbar. Insbesondere ist die

Expansionsmaschine unmittelbar oder nur über eine Trennkupplung an der Kurbelwelle angeschlossen und läuft dann mit derselben Drehzahl um, wie die Antriebsmaschine. Alternativ ist zwischen der Expansionsmaschine und der Antriebsmaschine ein Getriebe vorgesehen, beispielsweise mit einer Übersetzung ins Langsame betrachtet ausgehend von der Expansionsmaschine. Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist als zusätzliche

Arbeitsmaschine, die durch die Expansionsmaschine angetrieben wird, ein elektrischer Generator vorgesehen. Vorteilhaft steht die Expansionsmaschine in einer mechanischen Triebverbindung mit dem Generator und mit der

Antriebsmaschine oder ist in eine solche schaltbar. Dies bedeutet gemäß einer Ausführungsform, dass die Expansionsmaschine wahlweise in eine

Triebverbindung mit dem Generator oder in eine Triebverbindung mit der

Antriebsmaschine oder in eine gleichzeitige Triebverbindung mit beiden Maschinen - dem Generator und der Antriebsmaschine - schaltbar ist. Um zu Wartungszwecken oder im Störfall die Expansionsmaschine vom

Antriebsstrang der Förderanlage abkoppeln zu können und dadurch einen

Stillstand der Förderanlage zu vermeiden, ist die Expansionsmaschine vorteilhaft über eine lösbare, insbesondere im Betrieb lösbare Kupplung an der

Antriebsmaschine und/oder der Fördereinrichtung und/oder der zusätzlichen Arbeitsmaschine angeschlossen. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass die zusätzliche

Arbeitsmaschine, die durch die Expansionsmaschine antreibbar ist, eine

Kühleinrichtung ist, welche das von der Fördereinrichtung geförderte oder verdichtete Öl oder Gas kühlt, insbesondere nach dessen Verdichtung.

Der Arbeitsmediumkreislauf kann gemäß einer Ausführungsform nach dem

Clausius-Rankine-Kreisprozess arbeiten. Jedoch kommt beispielsweise auch ein Kalina-Kreisprozess in Betracht. Bei einem solchen Kalina-Kreisprozess wird beispielsweise als Arbeitsmedium ein Gemisch aus Ammoniak und Wasser in dem Wärmetauscher verdampft, was gegenüber einem Arbeitsmediumkreislauf mit Wasser als Arbeitsmedium zu einer deutlichen Druckerhöhung des Dampfes führt. Gleichzeitig kann eine Entspannung in der Expansionsmaschine auf einen Druck erfolgen, die unter jenem beim Arbeitsmedium Wasser liegt.

Um den Siededruck des Arbeitsmediums abzusenken, kann beispielsweise eine Konzentrationsänderung der Ammoniakkonzentration an einer vorbestimmten Stelle im Arbeitsmediumkreislauf vorgesehen sein, mittels welcher die

Ammoniakkonzentration verringert wird. Dies kann beispielsweise in einem

Rekuperator durch Zumischen einer niedriger konzentrierten Ammoniaklösung, aus der zuvor Ammoniak ausgetrieben wurde, erfolgen. Das Austreiben kann beispielsweise mit Abwärme aus dem Abdampf der Expansionsmaschine vorgenommen werden. Nach der Kondensation des ammoniakärmeren Arbeitsmediums kann der ausgetriebene Ammoniakteil, insbesondere als vor dem Kondensator abgetrennter ammoniakreicherer Arbeitsmediumteilstrom, dem ammoniakärmeren Teilstrom wieder zugeführt werden und gegebenenfalls weiter kondensiert werden, entweder in dem Kondensator oder hinter dem Kondensator in einem zweiten Kondensator. Die vorteilhaft im Arbeitsmediumkreislauf vorgesehene Speisepumpe kann von der Expansionsmaschine angetrieben werden, um eine autark arbeitende

Abgasenergierückgewinnungseinrichtung zu erhalten. Selbstverständlich ist auch ein anderer Antrieb, beispielsweise mittels eines Elektromotors oder mittels der Antriebsmaschine der Fördereinrichtung möglich.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert werden.

In der Figur 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 dargestellt, der die Fördereinrichtung 2 zur Förderung von Öl oder Gas in einer Pipeline 3 antreibt. Der

Verbrennungsmotor erzeugt einen Abgasstrom 4, in welchem ein Wärmetauscher 5 positioniert ist. Ferner wird der Verbrennungsmotor 1 mittels eines

Kühlmediumstromes 6, beispielsweise Wasser, gekühlt, wobei in dem

Kühlmediumstrom 6 stromabwärts des Verbrennungsmotors 1 ein zweiter

Wärmetauscher 7 vorgesehen ist.

Der erste Wärmetauscher 5 führt Wärme aus dem Abgasstrom 6 ab. Der zweite Wärmetauscher 7 führt Wärme aus dem Kühlmediumstrom 6 ab. Die abgeführte Wärme sowohl des zweiten Wärmetauschers 7 als auch des ersten

Wärmetauschers 5 wird in den Arbeitsmediumkreislauf 8 eingebracht, um das Arbeitsmedium, hier beispielsweise Wasser, zu erwärmen beziehungsweise zu verdampfen. Beispielsweise kann in dem zweiten Wärmetauscher 7 eine

Vorwärmung und in dem ersten Wärmetauscher 5 eine Verdampfung des

Arbeitsmediums erfolgen.

Das verdampfte Arbeitsmedium wird dem Hubkolbenexpander 9 zugeführt, in welchem es unter Verrichtung mechanischer Arbeit expandiert. Der

Hubkolbenexpander 9 steht in einer Triebverbindung mit der Kurbelwelle 10 des Verbrennungsmotors 1, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel in dieser

Triebverbindung eine Trennkupplung 11 vorgesehen ist. Die Trennkupplung 11 könnte nicht nur an der hier dargestellten Ausgangswelle des Hubkolbenexpanders 9 vorgesehen sein, sondern auch an einer anderen Stelle in der Triebverbindung, beispielsweise in der Schnittstelle oder unmittelbar vor der Schnittstelle der Antriebsleistungseinleitung auf die Kurbelwelle 10.

Das im Hubkolbenexpander 9 expandierte Arbeitsmedium wird im Kondensator 12 kondensiert und mittels der Speisewasserpumpe 13, die vom Hubkolbenexpander 9 angetrieben wird, erneut den Wärmetauschern 7, 5 zugeführt.

Vorliegend ist ferner ein Vorratsbehälter oder ein Ausgleichsbehälter 14 für das Arbeitsmedium, hier zwischen Kondensator 12 und Speisepumpe 13 im

Arbeitsmediumkreislauf 8 vorgesehen, der, wie hier dargestellt, insbesondere als durchströmter Behälter ausgeführt ist.

Wie durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, könnte die Antriebsleistung des Hubkolbenexpanders 9 auch zum Antrieb einer zusätzlichen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines elektrischen Generators 15, verwendet werden, der insbesondere den elektrischen Strom oder einen Teil des elektrischen Stromes zum Betrieb der Förderanlage erzeugt und/oder einen elektrischen Speicher auflädt.