DE102009020913A1 - Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Stickstoff-enthaltenden Fraktion beschrieben, wobei die Abkühlung und Verflüssigung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion im indirekten Wärmetausch gegen das Kältemittel oder Kältemittelgemisch wenigstens eines Kältekreislaufes erfolgt und die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion zwischengespeichert wird. Erfindungsgemäß wird zumindest ein Teilstrom der bei der Speicherung der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion anfallenden Boil-off-Gasfraktion zumindest zeitweilig der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stickstoff-enthaltenden Fraktion zugeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion, wobei die Abkühlung und Verflüssigung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion im indirekten Wärmetausch gegen das Kältemittel oder Kältemittelgemisch wenigstens eines Kältekreislaufes erfolgt und die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion zwischengespeichert wird.
  • Gattungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion kommen insbesondere bei Erdgasverflüssigungsprozessen zur Anwendung und sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. In jüngster Zeit wird oftmals die Forderung gestellt, das gesamte in derartigen Fraktionen enthaltene Methan zu verflüssigen. Grund hierfür sind der hohe Erdgaspreis sowie die Tatsache, dass die Stromgewinnung in hocheffizienten Kraftwerken einen deutlich besseren Gesamtwirkungsgrad erreicht, als er durch das Verbrennen von Erdgas in Gasturbinen realisierbar ist.
  • Üblicherweise weist Erdgas einen Stickstoffgehalt zwischen 1 und 5 Vol-% auf. Da der zulässige Stickstoffgehalt im verflüssigten und gelagerten Erdgasprodukt (LNG) einen Wert von 1 Vol-% nicht übersteigen darf – nur so kann der unerwünschte Roll-Over-Effekt wirkungsvoll verhindert werden –, können derartige Erdgase nicht vollständig verflüssigt werden.
  • Das bei der Speicherung des LNG anfallende Tankrückgas bzw. Boil-Off-Gas wird bisher in ein Restgasnetz verdichtet, sofern die Kreislaufverdichter des Verflüssigungsprozesses einen elektrischen Antrieb aufweisen und das Verbrennen des Erdgases in einer Gasturbine nicht möglich ist. Ist kein Restgasnetz vorgesehen, wird versucht, eine Gasturbine, in der das Restgas verbrannt werden kann, zu integrieren.
  • Bei vergleichsweise großen Erdgasverflüssigungsprozessen – hierunter sind beispielsweise LNG-Baseload-Anlagen mit einer Verflüssigungsleistung von mehr als 2 mtpa LNG zu verstehen – wird das Boil-Off-Gas mittels einer sog. Nitrogen Rejection Unit, die der Abtrennung von Stickstoff dient, nachbehandelt. Das dabei gewonnene Methan wird entweder rückverflüssigt oder als Brenngas einer Gasturbine zugeführt. Sofern im Falle kleinerer Verflüssigungsprozesse der Stickstoffgehalt in dem zu verflüssigenden Rohgas größer als 1 Vol-% ist, kann ohne das Vorsehen der vorerwähnten Stickstoff-Abtrennung keine hohe Methan-Ausbeute bei der LNG-Produktion realisiert werden.
  • Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion soweit zu unterkühlen, bis kein Boil-off-Gas mehr entsteht. Allerdings ist auch hierbei ein Rückgasverdichter vorzusehen, damit während eines Anlagenstillstandes zwangsläufig gebildetes Boil-off-Gas nicht abgefackelt werden muss. Aus dem Stand der Technik sind folglich keine Verfahren bekannt, die es ermöglichen, bei Erdgasen mit einem Stickstoffgehalt von weniger als 1 Vol-% die im Erdgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe – insbesondere die Hauptkomponente Methan – vollständig als Wertstoff LNG zu nutzen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion anzugeben, mit dem die Methan-Ausbeute auf annähernd 100% gesteigert werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest ein Teilstrom der bei der Speicherung der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion anfallenden Boil-off-Gasfraktion zumindest zeitweilig der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion zugeführt wird.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Verflüssigungsverfahren kann die Methan-Ausbeute von LNG-Verflüssigungsprozessen auf annähernd 100% gesteigert werden, da im Prinzip das gesamte, in der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion enthaltene Methan im LNG-Produkt gewonnen werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Verfahrensweise erfordert im Vergleich mit den zum Stand der Technik zählenden Verfahren keine zusätzlichen Apparate und/oder Maschinen, da das Boil-off-Gas heute – auch im Falle eines Anlagenstillstandes – nicht mehr abgefackelt werden darf und daher in jedem Falle zumindest ein Rückverdichter für das Boil-off-Gas, der beispielsweise der Verdichtung des Boil-off-Gas in ein Restgasnetz dient, vorzusehen ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass
    • – die Boil-off-Gasfraktion der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion vor deren Zuführung in den Verflüssigungsprozess und/oder während des Verflüssigungsprozesses beigemischt wird,
    • – die Boil-off-Gasfraktion vor der Zuführung in die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche, Stickstoff-enthaltende Fraktion und/oder gemeinsam mit der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion verdichtet wird,
    • – sofern dem Verflüssigungsprozess wenigstens ein Adsorptionsprozess vorgeschaltet und/oder innerhalb des Verflüssigungsprozesses wenigstens ein Adsorptionsprozess vorgesehen ist und der Adsorptionsprozess der Trocknung und/oder der Entfernung von schweren Kohlenwasserstoffen aus der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion dient, zumindest ein Teilstrom der Boil-off-Gasfraktion zumindest zeitweilig als Regeneriergas für den bzw. wenigstens einen der Adsorptionsprozesse verwendet wird, und
    • – zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom der zurückzuführenden Boil-off-Gasfraktion abgezogen wird, vorzugsweise dann, sobald der Gehalt an Inertkomponenten, wie beispielsweise Wasserstoff, die sich in dem LNG-Produkt vergleichsweise schlecht lösen, in der Boil-off-Gasfraktion einen Wert von 0,5 Vol-% übersteigt.
  • Entsprechend der Spezifikation der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion sind vor dem eigentlichen Verflüssigungsprozess Vorbehandlungsschritte, die der Abtrennung von kritischen Komponenten, wie CO2, C6+- und/oder Schwefel-Komponenten, dienen, vorzusehen. Diese Vorbehandlungsschritte werden durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise jedoch nicht beeinflusst.
  • Sofern der Gehalt an Inertkomponenten in der Boil-off-Gasfraktion, worunter insbesondere Helium und Wasserstoff zu verstehen sind, einen Wert von 0,5 Vol-% übersteigt, kann es zweckmäßig sein, einen Teilstrom der zurückzuführenden Boil-off-Gasfraktion vor oder nach der Verdichtung abzuziehen, um eine unerwünschte Anreicherung der Inertkomponenten in der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion zu vermeiden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion ermöglicht die Realisierung einer 100prozentigen Methan-Ausbeute, ohne dass es eines verfahrenstechnischen und apparativen Mehraufwandes bedarf.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion, wobei die Abkühlung und Verflüssigung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion im indirekten Wärmetausch gegen das Kältemittel oder Kältemittelgemisch wenigstens eines Kältekreislaufes erfolgt und die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion zwischengespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilstrom der bei der Speicherung der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion anfallenden Boil-off-Gasfraktion zumindest zeitweilig der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Boil-off-Gasfraktion der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion vor deren Zuführung in den Verflüssigungsprozess und/oder während des Verflüssigungsprozesses beigemischt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Boil-off-Gasfraktion vor der Zuführung in die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche, Stickstoff-enthaltende Fraktion und/oder gemeinsam mit der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion verdichtet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei dem Verflüssigungsprozess wenigstens ein Adsorptionsprozess vorgeschaltet und/oder innerhalb des Verflüssigungsprozesses wenigstens ein Adsorptionsprozess vorgesehen ist und der Adsorptionsprozess der Trocknung und/oder der Entfernung von schweren Kohlenwasserstoffen aus der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen, Stickstoff-enthaltenden Fraktion dient, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilstrom der Boil-off-Gasfraktion zumindest zeitweilig als Regeneriergas für den bzw. wenigstens einen der Adsorptionsprozesse verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom der zurückzuführenden Boil-off-Gasfraktion abgezogen wird, vorzugsweise dann, sobald der Gehalt an Inertkomponenten in der Boil-off-Gasfraktion einen Wert von 0,5 Vol-% übersteigt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche, Stickstoff-enthaltende Fraktion vor ihrer Speicherung einer Entspannung unterworfen wird, wobei diese Entspannung vorzugsweise in einem Abscheider, der bei einem Zwischendruck zwischen 1,5 und 15 bar betrieben wird, realisiert wird.
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