DE102009009477A1 - Process for separating nitrogen - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion, wobei die Einsatzfraktion rektifikatorisch in eine Stickstoff-reiche und eine Methan-reiche Fraktion aufgetrennt wird, beschrieben. Erfindungsgemäß werden während einer Unterbrechung der Zuführung der Einsatzfraktion zumindest zeitweilig die Stickstoff-reiche (4'') und die Methan-reiche Fraktion (5'') verdichtet und gemeinsam dem Verfahren als Einsatzfraktion zugeführt, wobei die Verdichtung der Stickstoff-reichen (4'') und der Methan-reichen Fraktion (5'') getrennt und/oder gemeinsam erfolgen kann.A process is described for separating a nitrogen-rich fraction from a feedstock containing essentially nitrogen and hydrocarbons, wherein the feedstock fraction is rectified into a nitrogen-rich and a methane-rich fraction. According to the invention, at least temporarily, the nitrogen-rich (4 ") and the methane-rich fraction (5") are compressed during an interruption of the feed fraction feed and fed together to the process as a feed fraction, the compression of the nitrogen-rich (4 '; ') and the methane-rich fraction (5' ') can be separated and / or carried out together.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion, wobei die Einsatzfraktion rektifikatorisch in eine Stickstoff-reiche und eine Methan-reiche Fraktion aufgetrennt wird.The The invention relates to a method for separating a nitrogen-rich Fraction of a substantially nitrogen and hydrocarbons containing feed fraction, wherein the feed fraction rectification separated into a nitrogen-rich and a methane-rich fraction becomes.
Ein
gattungsgemäßes Verfahren
zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen
Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion sei
nachfolgend anhand des in der
Über Leitung
Diese Vortrennkolonne T1 bildet zusammen mit der Niederdruckkolonne T2 eine Doppelkolonne T1/T2. Die thermische Kopplung der Trennkolonnen T1 und T2 erfolgt über den Kondensator/Aufkocher E3.These Pre-separation column T1 forms together with the low-pressure column T2 a double column T1 / T2. The thermal coupling of the separation columns T1 and T2 is over the condenser / reboiler E3.
Aus
dem Sumpf der Vortrennkolonne T1 wird über Leitung
Über Leitung
Über Leitung
Über Leitung
Mittels
des Verdichters V wird die Methan-reiche Fraktion anschließend auf
den gewünschten
Abgabedruck, der im Regelfall dem Druck der Einsatzgasfraktion in
der Leitung
Gattungsgemäße Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion werden in sog. NRUs (Nitrogen Rejection Unit) realisiert. Eine Stickstoff-Abtrennung aus Stickstoff/Kohlenwasserstoff-Gemischen wird immer dann durchgeführt, wenn ein erhöhter Stickstoff-Gehalt die bestimmungsgemäße Verwendung des Stickstoff/Kohlenwasserstoff-Gemisches verhindert. So überschreitet bspw. ein Stickstoff-Gehalt von mehr als 5 Mol-% typische Spezifikationen von Erdgaspipelines, in denen das Stickstoff/Kohlenwasserstoff-Gemisch transportiert wird. Auch Gasturbinen können nur bis zu einem bestimmten Stickstoff-Gehalt im Brenngas betrieben werden.Generic method for separating a nitrogen-rich fraction from a substantially Nitrogen and hydrocarbons containing feed fraction implemented in so-called NRUs (Nitrogen Rejection Unit). A nitrogen separation from nitrogen / hydrocarbon mixtures is always carried out when an increased nitrogen content the intended use of the nitrogen / hydrocarbon mixture prevented. Sun exceeds For example, a nitrogen content of more than 5 mol% typical specifications of Natural gas pipelines containing the nitrogen / hydrocarbon mixture is transported. Even gas turbines can only up to a certain Nitrogen content can be operated in the fuel gas.
Derartige
NRUs werden in der Regel ähnlich einem
Luftzerleger mit einer Doppelkolonne, wie bspw. anhand der
Abhängig von dem Einsatzgebiet, kann die Verfügbarkeit einer NRU von großer Bedeutung sein. Ein Hindernis für eine hohe Verfügbarkeit ist die lange Zeitdauer, die benötigt wird, um den Prozess nach einem länger andauernden Ausfall der im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion (NRU-Einsatzgas) erneut in Betrieb zu nehmen. Ausfälle des NRU-Einsatzgases können abhängig von den vorgeschalteten Prozessen bzw. Anlagen mehrmals pro Jahr auftreten, bspw. durch den Ausfall eines vorgeschalteten NRU-Einsatzgasverdichters oder einer vorgeschalteten LNG/NGL-Anlage.Depending on the field of application, the availability of an NRU can be of great importance. One obstacle to high availability is the length of time it takes to restart the process after a prolonged failure of the feedstock (NRU feed) containing essentially nitrogen and hydrocarbons. Failures of the NRU feed gas can occur several times a year, depending on the upstream processes or plants, for example by the failure of an upstream NRU feed gas compressor or an upstream LNG / NGL plant.
In diesem Zusammenhang ist zwischen der Neuinbetriebnahme aus dem warmen Zustand (Warm Start-up) und dem kalten Zustand (Cold Restart) zu unterscheiden. Der Warm Start-up ist vergleichsweise zeitintensiv, da das komplette Equipment erneut auf tiefkalte Temperaturen abgekühlt werden muss und die Flüssigstände im Prozess aufgebaut werden müssen. Ein Cold Restart nach vergleichsweise kurzen Ausfällen des NRU-Einsatzgases – hierunter sind Ausfallzeiten zwischen 1 und 24 h zu verstehen, wobei diese von den Umgebungsbedingungen, der Größe der Cold Box, der Bauweise und Masse der Wärmetauscher sowie der Strategie für den Cold Restart (mit/ohne Flüssigkeiten aus dem Prozess) abhängen – aus dem kalten Zustand heraus, kann hingegen relativ schnell durchgeführt werden.In this connection is between the re-commissioning from the warm State (warm start-up) and the cold state (cold restart) too differ. The warm start-up is comparatively time-consuming, because the complete equipment is again cooled to cryogenic temperatures must and the liquid levels in the process must be built. A cold restart after comparatively short failures of the NRU feed gases - below are downtimes between 1 and 24 h to understand this from the ambient conditions, the size of the cold box, the construction method and Mass of heat exchangers as well as the strategy for Cold Restart (with / without liquids depend on the process) - from the cold state, however, can be done relatively quickly.
Während eines Stillstandes der NRU kommt es aufgrund von unvermeidlichen Isolationsverlusten zu einer Erwärmung der Trennkolonne(n) sowie der Wärmetauscher, Leitungen, etc. Nach einer bestimmten Anwärmzeit, die von der Anlagengröße und den Umgebungsbedingungen bestimmt wird, ist ein Cold Restart nicht mehr möglich. Der Grund hierfür liegt in den zwangsläufig auftretenden, unzulässigen mechanischen Spannungen, die dann auftreten, wenn die (teilweise) aufgewärmten Wärmetauscher mit kalten Flüssigkeiten oder Gasen aus dem Prozess beaufschlagt werden. In einem derartigen Fall muss die NRU daher auf Umgebungstemperatur angewärmt werden, bevor ein Warm Start-up durchgeführt werden kann.During one Stagnation of the NRU occurs due to unavoidable insulation losses a warming the separation column (s) and the heat exchanger, Cables, etc. After a certain warm-up time, the size of the plant and the Environmental conditions is determined, a cold restart is no longer possible. The reason is in the inevitable occurring, impermissible mechanical Tensions that occur when the (partially) reheated heat exchanger with cold liquids or gases from the process are applied. In such a Case, the NRU must therefore be warmed to ambient temperature, before a warm start-up performed can be.
Im Falle längerer Ausfälle des NRU-Einsatzgases, die durch Anlagenfehler oder Wartungsarbeiten verursacht sein können, muss die NRU daher vollständig angewärmt werden, bevor ein zeitintensiver Warm Start-up durchgeführt werden kann. Diese Prozedur kann u. U. länger als eine Woche andauern. Diese lange Warm Start-up-Anfahrzeit geht als Produktionszeit verloren und kann daher zu erheblichen finanziellen Verlusten führen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die NRU in andere Anlagen, deren Produktion von der Funktionsfähigkeit der NRU abhängig ist, integriert ist; beispielhaft genannt seien LNG-Anlagen mit einer Brenngasaufbereitung für Gasturbinen durch die NRU.in the Trap longer losses of NRU feed gas due to equipment failure or maintenance can be caused Therefore, the NRU must be complete warmed be done before a time-consuming warm start-up can. This procedure can u. U. may last longer than a week. This long warm start-up startup time is lost as production time and can therefore be considerable cause financial losses. This is particularly the case when the NRU is transferred to other installations whose Production of the functionality dependent on the NRU is, is integrated; by way of example LNG plants with a fuel gas treatment for Gas turbines by the NRU.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion anzugeben, das die vorbeschriebenen Nachteile vermeidet.task The present invention is a generic method for separating a nitrogen-rich fraction from a substantially Indicate input fraction containing nitrogen and hydrocarbons, which avoids the disadvantages described above.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während einer Unterbrechung der Zuführung der Einsatzfraktion zumindest zeitweilig die Stickstoff-reiche und die Methan-reiche Fraktion verdichtet und gemeinsam dem Verfahren als Einsatzfraktion zugeführt werden, wobei die Verdichtung der Stickstoff-reichen und der Methan-reichen Fraktion getrennt und/oder gemeinsam erfolgen kann.to solution This object is a generic method for separating a nitrogen-rich fraction of a substantially nitrogen and hydrocarbon-containing feed fraction proposed, characterized in that during an interruption of the supply of the Feed fraction, at least temporarily, the nitrogen-rich and the Methane-rich fraction compressed and together the process as Feed fraction supplied where the densification of the nitrogen-rich and the methane-rich Group separated and / or can be done together.
Prinzipiell sind somit 3 alternative Verfahrensweisen realisierbar:
- – Vermischen der beiden Fraktionen und anschließendes gemeinsames Verdichten
- – Getrenntes Verdichten beider Fraktionen und anschließendes Vermischen der beiden Fraktionen
- – Getrenntes Verdichten beider Fraktionen, Vermischen und anschließendes gemeinsames Verdichten beider Fraktionen
- - Mixing the two fractions and then compacting together
- Separately compressing both fractions and then mixing the two fractions
- Separate compression of both fractions, mixing and subsequent combined densification of both fractions
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass
- – sofern wenigstens ein Verdichter (Methan-Verdichter), der die Methan-reiche Fraktion im Normalbetrieb auf den gewünschten Abgabedruck verdichtet, vorgesehen ist, die Verdichtung der Stickstoff-reichen und der Methan-reichen Fraktion mittels des Methan-Verdichters erfolgt,
- – sofern die Einsatzfraktion vor der Zuführung in das Verfahren mittels wenigstens eines Verdichters (Einsatz-Verdichter) verdichtet wird, die Verdichtung der Stickstoff-reichen und der Methan-reichen Fraktion mittels des Einsatz-Verdichters erfolgt, und
- – die Verdichtung der Stickstoff-reichen und/oder der Methan-reichen Fraktion mit einem Verdichter, der im Normalbetrieb funktionslos ist, erfolgt.
- - provided that at least one compressor (methane compressor), which compresses the methane-rich fraction in normal operation to the desired discharge pressure, is provided, the compression of the nitrogen-rich and the methane-rich fraction by means of the methane compressor,
- - If the feed fraction is compressed before being fed into the process by means of at least one compressor (insert compressor), the compression of the nitrogen-rich and the methane-rich fraction by means of the insert compressor, and
- - Compressing the nitrogen-rich and / or the methane-rich fraction with a compressor, which is inoperative in normal operation, takes place.
Erfindungsgemäß werden während einer Unterbrechung der Zuführung der Einsatzfraktion die Stickstoff-reiche und die Methan-reiche Fraktion nunmehr nicht mehr aus der NRU abgegeben, sondern verdichtet, vermischt und der NRU als Ersatz-Einsatzfraktion zugeführt. Die NRU bzw. das gattungsgemäße Verfahren kann somit nahezu vollständig im geschlossenen Kreislauf betrieben. Grundsätzlich muss mit gewissen Verlusten an Einsatzgas durch Undichtigkeiten sowie druckbegrenzenden Fackelreglern gerechnet werden. Zum Ausgleich dieser Verluste wird ein geregelter Auffüllstrom, der aus Stickstoff und Methan gemischt wird, vorgesehen.According to the invention while an interruption of the feeder the feed fraction the nitrogen-rich and the methane-rich Now no longer from the NRU, but condensed, mixed and the NRU as a replacement feed fraction fed. The NRU or the generic method can thus almost completely operated in a closed circuit. Basically, with certain losses on feed gas due to leaks and pressure-limiting torch regulators be counted. To compensate for these losses becomes a regulated Auffüllstrom, which is mixed from nitrogen and methane, provided.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen
Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion sowie
weitere vorteilhafte Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen,
seien im Folgenden anhand des in der
Das
in der
Zur
Realisierung des vorbeschriebenen Kreislaufbetriebes wird die Abgabe
der Stickstoff-reichen Fraktion
Sollte
ein wie in den
Sofern
eine NRU in einer LNG-Anlage integriert ist, ist im Regelfall eine
Verdichtung der der NRU zuzuführenden
Einsatzfraktion vorzusehen. Der hierfür vorgesehene Verdichter kann
nunmehr bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise
für die
Verdichtung der Stickstoff-reichen und der Methan-reichen Fraktion,
die vor dem Verdichter vereinigt werden, herangezogen werden. Diese
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn ein wie in den
Die vorbeschriebene Ausgestaltung hat darüber hinaus den Vorteil, dass der Einsatzgas-Verdichter – bei LNG-Anlagen ist dies der sog. End Flash Gas-Verdichter – saugt bei Umgebungsdruck an. Dies hat zur Folge, dass der Betriebsdruck der Niederdruckkolonne nicht angehoben werden muss, was im Vergleich zu einer Verdichtung der im Kreislauf geführten Fraktionen mittels der Methan-Verdichters, zu einer geringeren Beeinflussung des Betriebes der NRU führt. So erfüllen bspw. die aus dem Prozess abgezogene Stickstoff-reiche sowie die Methan-reiche Fraktion weiterhin die Produktanforderungen des Normalbetriebes, was bei einer Anhebung des Druckes der Niederdruckkolonne nicht möglich ist. Diese Tatsache verkürzt die Übergangszeit zwischen dem ”Unterbrechungsbetrieb” und dem Normalbetrieb.The above-described embodiment also has the advantage that the feed gas compressor - at LNG plants this is the so-called End Flash gas compressor - sucks at ambient pressure. As a result, the operating pressure the low-pressure column does not need to be raised, which compares to a compression of the recirculated fractions by means of Methane compressor, to a lesser influence on the operation the NRU leads. To fulfill For example, the withdrawn from the process nitrogen rich and the Methane-rich fraction continues to meet the product requirements of normal operation, which is not possible with an increase in the pressure of the low-pressure column. This fact shortens the transitional period between the "interruption mode" and normal operation.
Mittels der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann nunmehr auch nach längeren Unterbrechungen der Zuführung des NRU-Einsatzgases eine schnelle Aufnahme des Normalbetriebes realisiert werden, da der Betrieb des Trennprozesses im geschlossenen Kreislauf aufrechterhalten und das Anwärmen des Prozesses bzw. der NRU dadurch vermieden wird.through the procedure according to the invention can now also for longer Interruptions of the feeder the NRU feed gas a quick start of normal operation be realized because the operation of the separation process in the closed Maintaining circulation and warming up the process or the NRU is thereby avoided.
Der für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche apparative und verfahrenstechnische Mehraufwand ist vergleichsweise gering, so dass die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile diesen Mehraufwand zweifelsohne rechtfertigen.Of the for the inventive method required technical and procedural overhead comparatively low, so that with the inventive method undoubtedly justify this extra effort.
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