DE102008019392A1 - Process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verflüssigen einer kohlenwasserstoffreichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, wobei die zu verflüssigende kohlenwasserstoffreiche Fraktion lediglich gegen ein Kältemittelgemisch abgekühlt und verflüssigt wird und das Kältemittelgemisch vor seiner Abkühlung in eine Gas- und eine Flüssigphase aufgetrennt wird, beschrieben. Erfindungsgemäß werden die Gas- (5) und die Flüssigphase (6) getrennt abgekühlt (E) und erst nach erfolgter Abkühlung (E) entspannt (a, b) und wiedervereinigt (8).The invention relates to a process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in particular natural gas, wherein the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied is merely cooled and liquefied against a refrigerant mixture and the refrigerant mixture is separated into a gas phase and a liquid phase before being cooled. According to the gas (5) and the liquid phase (6) are cooled separately (E) and only after cooling (E) relaxed (a, b) and reunited (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, wobei die zu verflüssigende Kohlenwasserstoffreiche Fraktion lediglich gegen ein Kältemittelgemisch abgekühlt und verflüssigt wird und das Kältemittelgemisch vor seiner Abkühlung in eine Gas- und eine Flüssigphase aufgetrennt wird.The The invention relates to a process for liquefying a hydrocarbon-rich Fraction, in particular of natural gas, the liquefied Hydrocarbon-rich fraction only against a refrigerant mixture chilled and liquefied is and the refrigerant mixture before its cooling off in a gas and a liquid phase is separated.

Gattungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion kommen insbesondere bei der Realisierung von Erdgas-Verflüssigungsprozessen mit einer Verflüssigungsleistung von 200 kW bis mehr als 20 MW zur Anwendung.Generic method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction is particularly important the realization of natural gas liquefaction processes with a liquefaction performance from 200 kW to more than 20 MW for use.

In der 1 ist ein gattungsgemäßes, verfahrenstechnisch vergleichsweise wenig aufwendiges Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dargestellt.In the 1 is a generic, procedurally comparatively inexpensive process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction shown.

Die zu verflüssigende, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion wird über Leitung 1' einem Wärmetauscher E' zugeführt und in diesem gegen ein über Leitung 8' im Gegenstrom durch den Wärmetauscher E' geführtes Kältemittelgemisch abgekühlt und verflüssigt. Falls erforderlich, wird aus der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion eine Fraktion schwerer Kohlenwasserstoffe abgetrennt, um den Heizwert der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, im Falle der Erdgasverflüssigung des LNGs, einzustellen und/oder das Ausfrieren dieser Komponenten bei weiterer Temperaturabsenkung zu verhindern. Die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion wird anschließend über Leitung 2' ihrer weiteren Verwendung zugeführt.The hydrocarbon-rich fraction to be liquefied is sent via line 1' a heat exchanger E 'supplied and in this against a via line 8th' cooled and liquefied in countercurrent through the heat exchanger E 'guided refrigerant mixture. If necessary, a fraction of heavy hydrocarbons is separated from the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied to adjust the calorific value of the liquefied hydrocarbon-rich fraction in the case of natural gas liquefaction of the LNG and / or prevent freezing of these components upon further lowering of the temperature. The liquefied hydrocarbon-rich fraction is then passed over line 2 ' fed to their further use.

Das bei der Abkühlung und Verflüssigung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vollständig verdampfte Kältemittelgemisch wird über Leitung 3' einer ein- oder mehrstufig ausgelegten Verdichtereinheit V zugeführt und in dieser auf den gewünschten Kreislaufenddruck, der üblicherweise im Bereich zwischen 10 und 80 bar liegt, verdichtet. Daran anschließend wird das verdichtete Kältemittelgemisch über Leitung 4' einem Abscheider D' zugeführt und in diesem in eine Gas- sowie eine Flüssigphase aufgetrennt.The completely evaporated in the cooling and liquefaction of the hydrocarbon-rich fraction refrigerant mixture is via line 3 ' a single or multi-stage designed compressor unit V and compressed in this to the desired final cycle pressure, which is usually in the range between 10 and 80 bar. Subsequently, the compressed refrigerant mixture via line 4 ' a separator D 'supplied and separated in this in a gas and a liquid phase.

Die Gasphase wird über die Leitung 5' aus dem Kopf des Abscheiders D' abgezogen und dem Wärmetauscher E' zugeführt. Die aus dem Sumpf des Abscheiders D' über Leitung 6' abgezogene Flüssigphase wird mittels der Pumpe P' ebenfalls vor den Wärmetauscher E' geführt und unmittelbar im Einlauf zu dem Wärmetauscher E' mit der über Leitung 5' zugeführten Gasphase vermischt.The gas phase is over the line 5 ' withdrawn from the head of the separator D 'and fed to the heat exchanger E'. The from the bottom of the separator D 'via line 6 ' withdrawn liquid phase is also guided by the pump P 'in front of the heat exchanger E' and immediately in the inlet to the heat exchanger E 'with the line over 5 ' fed gas phase mixed.

Die miteinander vermischte Gas- und Flüssigphase werden über Leitung 7' durch den Wärmetauscher E' geführt und abgekühlt. Im Entspannungsventil a' erfolgt sodann eine kälteleistende Entspannung, bevor das entspannte Kältemittelgemisch über die bereits erwähnte Leitung 8' wiederum durch den Wärmetauscher E' geführt wird.The mixed gas and liquid phases are via line 7 ' passed through the heat exchanger E 'and cooled. In the expansion valve a 'then takes place a cold-performing relaxation before the expanded refrigerant mixture via the already mentioned line 8th' in turn through the heat exchanger E 'is performed.

Dieses Vermischen von Gas- und Flüssigphase unmittelbar vor Eintritt in den Wärmetauscher E' ist deswegen sinnvoll, da dadurch die Verwendung eines konstruktiv einfachen und damit kostengünstigen Wärmetauschers ermöglicht wird. Von Nachteil dabei ist jedoch, dass das Vermischen der Gas- und Flüssigphase vergleichsweise aufwendig ist, da wenigstens eine Pumpe P' vorzusehen ist. Pumpen wiederum sind jedoch vergleichsweise kosten- sowie wartungsintensiv.This Mixing of gas and liquid phase just before entering the heat exchanger E 'is therefore useful as a result, the use of a structurally simple and thus inexpensive heat exchanger allows becomes. However, the disadvantage here is that the mixing of the gas and liquid phase is relatively expensive, since at least one pump P 'is provided. Pumps, however, are comparatively expensive and maintenance-intensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, anzugeben, das die vorgenannten Probleme vermeidet und insbesondere die Realisierung eines kostengünstigeren und weniger wartungsintensiven Verflüssigungsprozesses ermöglicht.task The present invention is a generic method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, especially natural gas, to avoid the problems mentioned above and in particular the realization of a cheaper and less maintenance-intensive liquefaction process.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gas- und die Flüssigphase getrennt abgekühlt und erst nach erfolgter Abkühlung entspannt und wieder verreinigt werden.to solution This object will be a generic method for liquefying a hydrocarbon rich Fraction, in particular proposed by natural gas, characterized is that the gas and the liquid phase cooled separately and only relaxed after cooling off and be re-purified.

Erfindungsgemäß werden die Gas- sowie die Flüssigphase nunmehr getrennt auf die gewünschte Temperatur abgekühlt und erst anschließend, nach einer Entspannung auf den gewünschten Druck, zusammengeführt. Bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann auf die Verwendung einer Flüssigkeitspumpe verzichtet werden. Die mit einer derartigen Pumpe verbundenen Nachteile werden somit vermieden. Anstelle der Pumpe wird jedoch ein weiteres Entspannungsventil erforderlich.According to the invention the gas and the liquid phase now separated to the desired temperature chilled and only afterwards, after relaxing to the desired pressure, merged. at this procedure according to the invention may be due to the use of a liquid pump be waived. The disadvantages associated with such a pump are thus avoided. Instead of the pump, however, another Expansion valve required.

Der Entfall der vergleichsweise störungsanfälligen Pumpe führt zu einer höheren Betriebssicherheit sowie zu einer längeren Laufzeit des Verflüssigungsprozesses. Des Weiteren wird das Betriebspersonal entlastet, da das Überwachen der bisher erforderlichen Pumpen entfällt. Darüber hinaus führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Einsparung von Betriebskosten, insbesondere von Wartungs-, Strom- und Personalkosten.Of the Abandonment of the comparatively fault-prone pump leads to a higher one Operational safety and a longer duration of the liquefaction process. Furthermore, the operating staff is relieved because the monitoring the previously required pumps deleted. In addition, the method according to the invention leads to a saving of operating costs, in particular of maintenance, electricity and staff costs.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass

  • – die Wiedervereinigung der Gas- und Flüssigphase vor oder nach deren Anwärmung gegen die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion erfolgt,
  • – aus der abzukühlenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion eine an schwereren Kohlenwasserstoffen reiche Fraktion abgetrennt wird,
  • – das Kältemittelgemisch die Komponenten Stickstoff, Methan, Ethan, Ethylen, Propan, Butan und/oder Pentan aufweist,
  • – dem Kältemittelgemisch zumindest ein Teil der abzukühlenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, der abgetrennten, an schwereren Kohlenwasserstoffen reichen Fraktion und/oder der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion zugesetzt wird, wobei diese Fraktionen vorzugsweise die Komponente Methan ersetzen,
  • – sofern die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion in einem Speicherbehälter (zwischen) gelagert wird, das in dem Speicherbehälter anfallende Rückgas zumindest teilweise dem Kältemittelgemisch zugesetzt wird, wobei dieses Rückgas vorzugsweise die Komponente Stickstoff ersetzt und
  • – sofern das Kältemittelgemisch wenigstens zweistufig verdichtet wird, die auf dem oder einem Zwischendruck nach der Abkühlung des verdichteten Kältemittelgemisches anfallende(n) Flüssigfraktion(en) auf den Enddruck der Verdichtung gepumpt und der Auftrennung des Kältemittelgemisches zugespeist wird bzw. werden.
Further advantageous embodiments of the method according to the invention for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in particular of natural gas, constitute the subject matter of the dependent claims are characterized net, that
  • The reunification of the gas and liquid phases takes place before or after their warming up against the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied,
  • A fraction rich in heavier hydrocarbons is separated from the hydrocarbon-rich fraction to be cooled,
  • The refrigerant mixture comprises the components nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, butane and / or pentane,
  • At least part of the hydrocarbon-rich fraction to be cooled is added to the refrigerant mixture, to the separated fraction rich in heavier hydrocarbons and / or to the liquefied hydrocarbon-rich fraction, these fractions preferably replacing the component methane,
  • - If the liquefied hydrocarbon-rich fraction is stored in a storage container (between), the resulting in the storage tank return gas is at least partially added to the refrigerant mixture, said return gas preferably replaces the component nitrogen and
  • If the refrigerant mixture is compressed at least in two stages, the liquid fraction (s) obtained at or after an intermediate pressure after cooling of the compressed refrigerant mixture is pumped to the final pressure of the compression and fed to the separation of the refrigerant mixture.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The inventive method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in particular of natural gas, and other embodiments thereof are described below with reference to in the 2 illustrated embodiment explained in more detail.

Wie bereits anhand der 1 beschrieben, wird die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion über Leitung 1 einem Wärmetauscher E zugeführt und in diesem gegen einen anzuwärmenden und verdampfenden Kältemittelgemischstrom abgekühlt und verflüssigt. Über Leitung 2 wird die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion anschließend aus dem Wärmetauscher E abgezogen.As already on the basis of 1 described, the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied via line 1 a heat exchanger E supplied and cooled in this against a to be heated and vaporizing mixed refrigerant flow and liquefied. Via wire 2 The liquefied hydrocarbon-rich fraction is then withdrawn from the heat exchanger E.

Über Leitung 3 wird das aus dem Wärmetauscher E abgezogene Kältemittelgemisch einer ein- oder mehrstufig ausgelegten Verdichtereinheit V zugeführt und in dieser auf den gewünschten Enddruck verdichtet. Entsprechend der gewählten Auslegung der Verdichtereinheit V kann auf einer oder mehreren Zwischenstufen nach der Abkühlung des verdichteten Kältemittelgemisches Flüssigkeit anfallen, die auf den Enddruck der Verdichtereinheit V gepumpt und dem Abscheider D zugespeist wird. Das verdichtete Kältemittelgemisch wird über Leitung 4 einem Abscheider D zugeführt und in diesem in eine Gas- sowie eine Flüssigphase aufgetrennt. Die Gasfraktion wird über Leitung 5 aus dem Kopf des Abscheiders D abgezogen und zum Zwecke der Abkühlung durch den Wärmetauscher E geführt. Am kalten Ende des Wärmetauschers E erfolgt sodann eine kälteleistende Entspannung a dieser Fraktion.Via wire 3 the refrigerant mixture withdrawn from the heat exchanger E is fed to a single-stage or multistage compressor unit V and compressed therein to the desired final pressure. According to the selected design of the compressor unit V can be obtained on one or more intermediate stages after cooling of the compressed refrigerant mixture liquid, which is pumped to the final pressure of the compressor unit V and the separator D is fed. The compressed refrigerant mixture is via line 4 a separator D supplied and separated in this in a gas and a liquid phase. The gas fraction is via line 5 withdrawn from the head of the separator D and passed through the heat exchanger E for the purpose of cooling. At the cold end of the heat exchanger E is then carried out a cold-performing relaxation a of this fraction.

Die über Leitung 6 aus dem Sumpf des Abscheiders D abgezogene Flüssigfraktion wird ebenfalls im Wärmetauscher E abgekühlt und daran anschließend im Ventil b kälteleistend entspannt. Erfindungsgemäß werden die beiden Fraktionen nunmehr erst nach erfolgter Entspannung in den Entspannungsventilen a und b zusammengeführt und sodann gemeinsam über Leitung 8 im Gegenstrom zu der abzukühlenden und zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion durch den Wärmetauscher E geführt.The over line 6 liquid fraction withdrawn from the sump of the separator D is likewise cooled in the heat exchanger E and subsequently cooled in the valve b to cool it. According to the invention, the two fractions are now brought together only after relaxation in the expansion valves a and b and then together via line 8th passed through the heat exchanger E in countercurrent to the hydrocarbon-rich fraction to be cooled and liquefied.

Alternativ zu der in der 2 dargestellten Verfahrensweise kann das Zusammenführen der über Leitung 5 und 6 durch den Wärmetauscher E geführten Fraktionen auch erst nach ihrem erneuten Durchgang durch den Wärmetauscher E erfolgen.Alternatively to the one in the 2 The procedure shown, the merging of the line 5 and 6 passed through the heat exchanger E fractions only after their renewed passage through the heat exchanger E.

Claims (7)

Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, wobei die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion lediglich gegen ein Kältemittelgemisch abgekühlt und verflüssigt wird und das Kältemittelgemisch vor seiner Abkühlung in eine Gas- und eine Flüssigphase aufgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas- (5) und die Flüssigphase (6) getrennt abgekühlt (E) und erst nach erfolgter Abkühlung (E) entspannt (a, b) und wiedervereinigt (8) werden.A process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in particular natural gas, wherein the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied is cooled and liquefied only against a refrigerant mixture and the refrigerant mixture is separated before its cooling in a gas and a liquid phase, characterized in that the Gas ( 5 ) and the liquid phase ( 6 ) cooled separately (E) and only after cooling (E) relaxed (a, b) and reunited ( 8th ) become. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiedervereinigung der Gas- (5) und Flüssigphase (6) vor oder nach deren Anwärmung (E) gegen die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion (1) erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the reunification of the gas ( 5 ) and liquid phase ( 6 ) before or after their heating (E) against the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied ( 1 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der abzukühlenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion eine an schwereren Kohlenwasserstoffen reiche Fraktion abgetrennt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that to be cooled off Hydrocarbon-rich fraction one of heavier hydrocarbons rich fraction is separated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelgemisch die Komponenten Stickstoff, Methan, Ethan, Ethylen, Propan, Butan und/oder Pentan aufweist.Method according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the refrigerant mixture, the components Nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, butane and / or pentane having. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kältemittelgemisch zumindest ein Teil der abzukühlenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (1), der abgetrennten, an schwereren Kohlenwasserstoffen reichen Fraktion und/oder der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (2) zugesetzt wird, wobei diese Fraktionen vorzugsweise die Komponente Methan ersetzen.Method according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the refrigerant mixture at least a portion of the hydrocarbon-rich fraction to be cooled ( 1 ), the separated, heavier hydrocarbons fraction and / or the liquefied hydrocarbon-rich fraction ( 2 ), these fractions preferably replacing the component methane. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion in einem Speicherbehälter (zwischen) gelagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Speicherbehälter anfallende Rückgas zumindest teilweise dem Kältemittelgemisch zugesetzt wird, wobei dieses Rückgas vorzugsweise die Komponente Stickstoff ersetzt.Method according to one of the preceding claims 1 to 5, the liquefied Hydrocarbon-rich fraction in a storage tank (between) is stored, characterized in that accumulating in the storage container return gas at least partially added to the refrigerant mixture is, this return gas preferably the component nitrogen replaced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei das Kältemittelgemisch wenigstens zweistufig verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem oder einem Zwischendruck nach der Abkühlung des verdichteten Kältemittelgemisches anfallende(n) Flüssigfraktion(en) auf den Enddruck der Verdichtung (V) gepumpt und der Auftrennung (D) des Kältemittelgemisches zugespeist wird bzw. werden.Method according to one of the preceding claims 1 to 6, wherein the refrigerant mixture is compressed at least two stages, characterized in that on the or an intermediate pressure after the cooling of the compressed refrigerant mixture accumulating liquid fraction (s) pumped to the final pressure of the compression (V) and the separation (D) of the refrigerant mixture is or will be fed.
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