DE102007002779A1 - Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes - Google Patents

Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abkühlen oder Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stromes, insbesondere eines Erdgas-Stromes, durch indirekten Wärmetausch mit dem Kältemittel oder Kältemittelgemisch wenigstens eines Kältemittel(gemisch)kreislaufes, wobei das Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch einer Verdichtung unterworfen wird, beschrieben. Erfindungsgemäß wird das Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch mittels wenigstens eines Vorleitgitter-geregelten Einwellen-Turboverdichters radialer Bauart verdichtet. Hierbei werden der oder die Vorleitgitter-geregelten Einwellen-Turboverdichter radialer Bauart vorzugsweise von wenigstens einem Elektromotor und/oder wenigstens einer Gasturbine angetrieben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen oder Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgas-Stromes, durch indirekten Wärmetausch mit dem Kältemittel oder Kältemittelgemisch wenigstens eines Kältemittel(gemisch)kreislaufes, wobei das Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch einer Verdichtung unterworfen wird.
  • Die Formulierung des vorgenannten Oberbegriffes umfasse alle Abkühl- oder Verflüssigungsverfahren, bei denen wenigstens ein Kältemittelkreislauf oder Kältemittelgemischkreislauf der Abkühlung oder Verflüssigung eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes durch indirekten Wärmetausch dient – unabhängig davon, ob und mit welchen Mitteln eine (zusätzliche) Abkühlung oder Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes realisiert wird.
  • Gattungsgemäße Verfahren zum Abkühlen oder Verflüssigen von Kohlenwasserstoffreichen Strömen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Hierbei existieren unterschiedliche Verfahren, denen jedoch gemein ist, dass wenigstens ein Kältemittelkreislauf oder Kältemittelgemischkreislauf – ggf. neben weiteren Kältekreisläufen – zur Abkühlung, Verflüssigung und/oder Unterkühlung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes herangezogen wird. Das innerhalb des Kältemittel(gemisch)kreislaufes zirkulierende Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch wird hierbei ein- oder mehrstufig verdichtet, im Regelfall gegen sich selbst abgekühlt, kälteleistend entspannt und gegen das abzukühlende bzw. zu verflüssigende Medium angewärmt und verdampft.
  • Für die Verdichtung des in dem Kältemittel(gemisch)kreislauf zirkulierenden Kältemittels bzw. Kältemittelgemisches kommen üblicherweise Turboverdichter zur Anwendung. Als Regelungskonzept dieser Verdichter dienen Drehzahl-, Bypass- oder Saugdrosselregelungsverfahren. Insbesondere Verdichter, bei denen eine Seiteneinspeisung realisiert wird, stellen jedoch hohe Anforderungen bezüglich ihrer Regelung, um Schwankungen der Einspeisedrücke zu vermeiden oder zumindest soweit als möglich zu reduzieren.
  • Unter dem Begriff "Verdichter, bei denen eine Seiteneinspeisung realisiert wird", sind Verdichterkonstruktionen zu verstehen, bei denen das zu verdichtende Kältemittel oder Kältemittelgemisch dem Verdichter in Form mehrerer Teilströme zugeführt wird. Die Vermischung der Teilströme erfolgt entweder durch eine interne Beimischung innerhalb des Verdichters oder eine externe Beimischung in der Verrohrung. Hierbei weisen die Teilströme unterschiedliche Druckniveaus auf und werden auf einen gemeinsamen Enddruck verdichtet. Als weitere Sonderform sind sog. doppelflutige Maschinen bzw. Verdichter zu betrachten, bei denen das zu verdichtende Kältemittel oder Kältemittelgemisch in Form zweier Teilströme gleichen Saugdruckes, die auf einen gemeinsamen Enddruck verdichtet werden, zugeführt wird.
  • Die Kapazitäten gattungsgemäßer Abkühl- bzw. Verflüssigungsverfahren und -anlagen, insbesondere von Erdgas-Verflüssigungsanlagen, steigen permanent an. Dies erfordert immer größere Kältemittelverdichter, was wiederum zur Folge hat, dass aufgrund aerodynamischer und mechanischer Limitierungen zwangsläufig niedrigere Antriebsdrehzahlen erforderlich werden. Gegenwärtig werden die größten realisierten bzw. realisierbaren Kältemittelverdichter mit Drehzahlen in der Größenordnung von 3.000 bis 3.600 Umdrehungen pro Minute ausgelegt und betrieben. Als Antriebe für diese Kältemittelverdichter dienen Elektro-Motoren oder Gasturbinen, die je nach gewählter Bauart drehzahlregelbar sein können. Die derzeit größten, als mechanische Antriebe am Markt verfügbaren Gasturbinen laufen nahezu drehzahlfest bei etwa 3.000 bzw. 3600 Umdrehungen pro Minute.
  • Die vorgenannten Verdichter-Regelungsverfahren sind jedoch mehr oder weniger verlustbehaftet. So entstehen im Falle des Antriebes der Verdichter mittels drehzahlregelbarer Elektro-Motoren Verluste in den für die Drehzahlregelung erforderlichen Umrichtern. Darüber hinaus erfordern die vorgenannten Umrichter zusätzliche Investitionen. Herkömmliche Gasturbinen-Antriebe in den gewünschten bzw. erforderlichen Leistungsbereichen bieten oftmals nicht die Möglichkeit der Drehzahlregelung, so dass Bypass- oder Saugdrosselregelungen erforderlich sind, die jedoch ebenfalls mit hohen Verlusten verbunden sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abkühlen oder Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgas-Stromes anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abkühlen oder Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes angegeben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch mittels wenigstens eines Vorleitgitter-geregelten Einwellen-Turboverdichters radialer Bauart verdichtet wird.
  • Unter dem Begriff "Vorleitgitter-geregelter Einwellen-Turboverdichter radialer Bauart" seien nachfolgend Einwellen-Turboverdichter radialer Bauart zu verstehen, die auf der Saugseite der oder wenigstens einer der Verdichterstufen allgemein strömungsrichtende, verstellbare Einbauten aufweisen.
  • In vorteilhafter Weise werden der oder die Vorleitgitter-geregelten Einwellen-Turboverdichter radialer Bauart von wenigstens einem Elektromotor und/oder wenigstens einer Gasturbine angetrieben.
  • Die Verwendung Vorleitgitter-geregelter Einwellen-Turboverdichter radialer Bauart für Verfahren zum Abkühlen oder Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes wurde bisher von der Fachwelt nicht in Erwägung gezogen, da aufgrund der häufig tiefkalten Ansaugtemperaturen der Verdichter die Baubarkeit derartiger Maschinen bzw. Verdichter fraglich war. Zudem kommt ein netzsynchroner Betrieb der Verdichter bei 3000 bzw. 3600 Umdrehungen pro Minute ohne Zwischengetriebe nur durch die zunehmende Größe der Verdichter aufgrund der stark wachsenden Anlagen- bzw. Verflüssigungs-Kapazitäten in Betracht. Für kleinere Verdichter ist bei netzsynchronem Antrieb durch Elektro-Motoren ein Getriebe zur Drehzahlerhöhung notwendig; dieses Getriebe ist jedoch wiederum verlustbehaftet. Gasturbinen mittlerer und kleinerer Leistung bieten oft bauartbedingt die Möglichkeit der Drehzahlregelung, so dass ein weiterer Regelungsapparat kaum Vorteile bietet, aber höhere Investition erfordert.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Verwendung Vorleitgitter-geregelter Einwellen-Turboverdichter radialer Bauart erhebliche Vorteile gegenüber denjenigen Verdichterkonstruktionen, die bisher in derartigen Kältemittelgemischkreisläufen zur Anwendung kommen, aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Verringerung der Investitionskosten, da auf die bisher erforderlichen Umrichter, die für ausreichend große Leistungen ausgelegt sein mussten, nunmehr verzichtet werden kann.
  • Kommen mehrere Vorleitgitter-geregelte Einwellen-Turboverdichter radialer Bauart, die auf eine Netzfrequenz von 50 bis 60 Herz, also 3.000 bis 3.600 Umdrehungen pro Minute ausgelegt sind, zur Anwendung – dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn mehrere Kältemittelkreisläufe und/oder Kältemittelgemischkreisläufe zu einer Kaskade angeordnet bzw. verschaltet werden –, können sämtliche Turboverdichter mittels eines gemeinsamen Anfahrumrichters nacheinander hochgefahren und mit dem Stromnetz synchronisiert werden. Die Vorleitgitter können in diesem Fall dazu genutzt werden, das Anfahrmoment zu reduzieren.
  • Von Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist des Weiteren, dass stromnetzbedingte Schwingungsprobleme, sog. interharmonische Schwingungen, vermieden werden können.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Abkühlen oder Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgas-Stromes, durch indirekten Wärmetausch mit dem Kältemittel oder Kältemittelgemisch wenigstens eines Kältemittel(gemisch)kreislaufes, wobei das Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch einer Verdichtung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch mittels wenigstens eines Vorleitgitter-geregelten Einwellen-Turboverdichters radialer Bauart verdichtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Vorleitgitter-geregelten Einwellen-Turboverdichter radialer Bauart von wenigstens einem Elektromotor und/oder wenigstens einer Gasturbine angetrieben werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abkühlung oder Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes gegen zwei oder mehr Kältemittelkreisläufe und/oder Kältemittelgemischkreisläufe erfolgt und in wenigstens zwei dieser Kältemittelkreisläufe und/oder Kältemittelgemischkreisläufe eine ein- oder mehrstufige Verdichtung des Kältemittels bzw. Kältemittelgemisches erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung des Kältemittels bzw. Kältemittelgemisches in wenigstens zwei der Kältemittelkreisläufe und/oder Kältemittelgemischkreisläufe mittels Vorleitgitter-geregelter Einwellen-Turboverdichter radialer Bauart erfolgt.
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