DE102011104725A1 - Method for liquefying hydrocarbon rich fraction, particularly of natural gas, involves liquefying refrigerant mixture of refrigerant circuit against hydrocarbon-rich fraction - Google Patents

Method for liquefying hydrocarbon rich fraction, particularly of natural gas, involves liquefying refrigerant mixture of refrigerant circuit against hydrocarbon-rich fraction Download PDF

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Abstract

The method involves liquefying the refrigerant mixture of a refrigerant circuit against the hydrocarbon-rich fraction, where the refrigerant mixture is compressed. The compressed refrigerant mixture is partially condensed after the penultimate compression stage (C1). The liquid fraction on the final pressure, resulting with partial condensation, is pumped and added to the refrigerant mixture compressed on the final pressure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, wobei

  • a) die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion gegen das Kältemittelgemisch eines Kältekreislaufes verflüssigt wird,
  • b) das Kältemittelgemisch wenigstens zweistufig verdichtet wird,
  • c) das verdichtete Kältemittelgemisch wenigstens nach der vorletzten Verdichterstufe partiell kondensiert wird,
  • d) die dabei anfallende, tiefersiedende Gasfraktion auf den Enddruck verdichtet wird,
  • e) das auf den Enddruck verdichtete Kältemittelgemisch partiell kondensiert wird, und
  • f) die dabei anfallende tiefersiedende Gasfraktion und eine Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches auf unterschiedlichen Temperaturniveaus kälteleistend entspannt und gegen die abzukühlende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion angewärmt werden.
The invention relates to a method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in particular of natural gas, wherein
  • a) the hydrocarbon-rich fraction is liquefied against the refrigerant mixture of a refrigeration cycle,
  • b) the refrigerant mixture is compressed at least in two stages,
  • c) the compressed refrigerant mixture is partially condensed at least after the penultimate compressor stage,
  • d) the accumulating, lower-boiling gas fraction is compressed to the final pressure,
  • e) the condensed to the final pressure refrigerant mixture is partially condensed, and
  • f) the resulting lower-boiling gas fraction and a liquid fraction of the refrigerant mixture at different temperature levels are cooled and cooled against the hydrocarbon-rich fraction to be cooled.

Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion ist beispielsweise aus der nicht vorveröffentilchten deutschen Patentanmeldung 10 2010 011 052 bekannt. Derartige Verfahren zum Verflüssigen Kohlenwasserstoff-reicher Fraktionen kommen Insbesondere in Erdgasverflüssigungsanlagen mit einer Verflüssigungsleistung von weniger als 500 tato zur Anwendung. Mit der Zitierung der deutschen Patentanmeldung 10 2010 011 052 sei deren Inhalt zur Gänze in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.A generic method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction is for example from the non-pre-published German patent application 10 2010 011 052 known. Such processes for liquefying hydrocarbon-rich fractions are used in particular in natural gas liquefaction plants with a liquefaction capacity of less than 500 tpd. With the citation of German patent application 10 2010 011 052 their content is fully incorporated in the disclosure of the present application.

Wie in der deutschen Patentanmeldung 10 2010 011 052 dargestellt, werden eine tiefersiedende Gasfraktion und eine höhersiedende Flüssigfraktion getrennt auf den Hauptwärmetauscher gegeben, abgekühlt und entspannt. Die beiden Fraktionen können entweder am warmen Ende des Hauptwärmetauschers gemischt und dem Kreislaufverdichter zugeführt oder nach ihrer Entspannung zweiphasig gemischt, gemeinsam angewärmt und anschließend dem Kreislaufverdichter zugeführt werden. Ein derartiger Verflüssigungsprozess weist bei minimalem Apparate- und Maschinenaufwand vergleichsweise günstige Verbrauchszahlen auf.Like in the German patent application 10 2010 011 052 shown, a lower-boiling gas fraction and a higher-boiling liquid fraction are added separately to the main heat exchanger, cooled and relaxed. The two fractions can either be mixed at the warm end of the main heat exchanger and fed to the cycle compressor or mixed two-phase after their relaxation, heated together and then fed to the cycle compressor. Such a liquefaction process has comparatively favorable consumption figures with minimal equipment and machine outlay.

Bei der in der Figur der der deutschen Patentanmeldung 10 2010 011 052 beschriebenen Verfahrensweise wird die bei partiellen Kondensation des auf den Enddruck verdichteten Kältemittelgemisches anfallende Flüssigfraktion entspannt und nach der ersten partielle Kondensation bzw. die ihr nachfolgende Phasentrennung zurückgemischt. Durch die Entspannung dieser zurückgeführten Flüssigfraktion entsteht jedoch eine Gasmenge, die im Kreislauf gefahren wird. Die zweite bzw. letzte Verdichterstufe wird dadurch höher belastet, woraus ein höherer Energieaufwand resultiert. Zudem weist im Falle des in der deutschen Patentanmeldung 10 2010 011 052 dargestellten Verflüssigungsverfahrens die hochmolekulare Flüssigkeit auf der Zwischendruckstufe, die dem Hauptwärmetauscher zugeführt wird, nach Entspannung einen ungünstigen Verdampfungsverlauf auf. Am warmen Ende des Hauptwärmetauschers sollten die austretenden Ströme jedoch sicher überhitzt sein, um den Verdichter nicht zu gefährden. Damit müssen mehr leichte Komponenten in den Kältekreislauf eingeführt werden, was ebenfalls zu höheren Verbrauchszahlen führt.When in the figure of the German patent application 10 2010 011 052 described procedure, the liquid fraction resulting from partial condensation of the refrigerant mixture compressed to the final pressure is released and mixed back after the first partial condensation or its subsequent phase separation. By relaxing this recirculated liquid fraction, however, creates a gas amount that is circulated. The second or last compressor stage is thereby charged higher, resulting in a higher energy consumption results. In addition, in the case of in the German patent application 10 2010 011 052 illustrated liquefaction process, the high molecular weight liquid on the intermediate pressure stage, which is supplied to the main heat exchanger, after relaxation to an unfavorable evaporation process. At the warm end of the main heat exchanger, however, the emerging streams should be safely overheated so as not to endanger the compressor. Thus, more light components must be introduced into the refrigeration cycle, which also leads to higher consumption figures.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet und insbesondere einen geringeren spezifischen Energieaufwand aufweist.Object of the present invention is to provide a generic method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, which avoids the aforementioned disadvantages and in particular has a lower specific energy consumption.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass

  • g) die bei der erstmaligen partiellen Kondensation anfallende Flüssigfraktion auf den Enddruck gepumpt und dem auf den Enddruck verdichteten Kältemittelgemisch zugemischt und
  • h) die bei der partiellen Kondensation des auf den Enddruck verdichteten Kältemittelgemisches anfallende höhersiedende Flüssigfraktion gegen sich selbst die abzukühlende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion angewärmt wird.
To solve this problem, a method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction is proposed, which is characterized in that
  • g) the liquid fraction obtained during the initial partial condensation is pumped to the final pressure and admixed with the refrigerant mixture compressed to the final pressure, and
  • h) the higher-boiling liquid fraction obtained in the partial condensation of the refrigerant mixture compressed to the final pressure is warmed to itself against the hydrocarbon-rich fraction to be cooled.

Erfindungsgemäß wird nunmehr mittels wenigstens einer Pumpe die bei der erstmaligen partiellen Kondensation anfallende Flüssigfraktion aus dem sog. Mitteldruckabscheider in bzw. vor den sog. Hochdruckabscheider gefördert. Durch das Vorsehen dieser Pumpe wird die zweite Verdichterstufe entlastet, woraus günstigere Verbrauchszahlen resultieren. Die spezifische Verflüssigungsleistung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gegenüber einem Verflüssigungsverfahren, wie es beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 10 2010 011 052 beschrieben ist, um 3 bis 15% verbessert.According to the invention, the liquid fraction obtained during the initial partial condensation is now conveyed by means of at least one pump from the so-called medium-pressure separator into or before the so-called high-pressure separator. By providing this pump, the second compressor stage is relieved, resulting in cheaper consumption figures. The specific liquefaction performance of the process according to the invention is compared to a liquefaction process, as described for example in the German patent application 10 2010 011 052 described is improved by 3 to 15%.

Des Weiteren wird die bei der partiellen Kondensation des auf den Enddruck verdichteten Kältemittelgemisches anfallende höhersiedende Flüssigfraktion dem Hauptwärmetauscher zugeführt, unterkühlt, entspannt, angewärmt und am warmen Ende des Hauptwärmetauschers mit der verdampften leichten Kältemittelfraktion gemischt. Alternative können die beiden Fraktionen bereits vor der Anwärmung zweiphasig gemischt werden. Das flüssige Hochdruck-Kältemittel besitzt ein leichteres Molekulargewicht und verdampft deshalb bei niedrigeren Temperaturen. Dies ergibt zusätzlich günstigere Verbrauchszahlen für den erfindungsgemäßen Verflüssigungsprozess.Furthermore, the higher-boiling liquid fraction resulting from the partial condensation of the refrigerant mixture compressed to the final pressure is fed to the main heat exchanger, subcooled, expanded, warmed and mixed with the vaporized light refrigerant fraction at the warm end of the main heat exchanger. Alternatively, the two fractions can be mixed in two phases before heating. The liquid high-pressure refrigerant has a lighter molecular weight and therefore evaporates at lower temperatures Temperatures. This additionally results in more favorable consumption figures for the liquefaction process according to the invention.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fraktionen getrennt voneinander verdampft werden oder die beiden Fraktionen nach ihrer kälteleistenden Entspannung zusammengeführt und gemeinsam verdampft werden.Further advantageous embodiments of the process according to the invention for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, which are subject matters of the dependent claims, are characterized in that the two fractions are evaporated separately or the two fractions are brought together after their cold-relaxing relaxation and evaporated together.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The inventive method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction and further embodiments thereof are described below with reference to the embodiment shown in the figure.

Die Figur zeigt einen Erdgas-Verflüssigungsprozess, bei dem das zu verflüssigende Erdgas über Leitung A einem Wärmetauscher E zugeführt, nach erfolgter Verflüssigung gegen einen Kältekreislauf über die Leitung B abgezogen und seiner weiteren Verwendung bzw. Speicherung zugeführt wird. Nicht dargestellt in der Figur sind ggf. vorzusehende Vorbehandlungsschritte des zu verflüssigenden Erdgases sowie eine ggf. vorzusehende Abtrennung von Stickstoff und/oder C2+-Kohlenwasserstoffen.The figure shows a natural gas liquefaction process in which the natural gas to be liquefied via line A a heat exchanger E supplied, deducted after liquefaction against a refrigeration cycle via the line B and its further use or storage is supplied. Not shown in the figure are possibly to be provided pre-treatment steps of the natural gas to be liquefied as well as a possibly to be provided separation of nitrogen and / or C 2+ hydrocarbons.

Das zu verdichtende Kältemittelgemisch des Kältekreislaufes wird über Leitung 1 einem der Verdichtereinheit C1/C2 vorgeschalteten ersten Abscheider D1, der als Maschinenschutz vorgesehen ist, zugeführt. Die am Kopf des Abscheiders D1 anfallende Gasphase wird über Leitung 1 der ersten Verdichterstufe C1 zugeführt und auf einen Zwischendruck, der üblicherweise zwischen 15 und 40 bar legt, verdichtet. Das verdichtete Kaltemittelgemisch wird im Wärmetauscher E1 partiell kondensiert und über Leitung 2 einem zweiten Abscheider D2 zugeführt.The refrigerant mixture of the refrigeration cycle to be compressed is sent via line 1 one of the compressor unit C1 / C2 upstream first separator D1, which is provided as a machine protection supplied. The gas phase accumulating at the top of the separator D1 is sent via line 1 supplied to the first compressor stage C1 and compressed to an intermediate pressure, which usually sets between 15 and 40 bar. The compressed refrigerant mixture is partially condensed in the heat exchanger E1 and via line 2 fed to a second separator D2.

Die über Leitung 3 aus dem Abscheider D2 abgezogene Gasphase wird in der zweiten Verdichterstufe C2 auf den gewünschten Enddruck verdichtet, der üblicherweise zwischen 25 und 70 bar liegt. Das auf den Enddruck verdichtete Kältemittelgemisch wird im Wärmetauscher E2 partiell kondensiert und über Leitung 4 einem weiteren Abscheider D3 zugeführt. Die aus dem Sumpf des Abscheiders D2 abgezogene Flüssigfraktion wird erfindungsgemäß unter Verwendung wenigstens einer Pumpe P über Leitung 5 zu dem auf den Enddruck verdichteten Kältemittelgemisch gefördert.The over line 3 withdrawn from the separator D2 gas phase is compressed in the second compressor stage C2 to the desired final pressure, which is usually between 25 and 70 bar. The compressed to the final pressure refrigerant mixture is partially condensed in the heat exchanger E2 and via line 4 fed to a further separator D3. The withdrawn from the bottom of the separator D2 liquid fraction according to the invention using at least one pump P via line 5 promoted to the compressed to the final pressure refrigerant mixture.

Über Leitung 10 wird am Kopf des Abscheiders D3 eine tiefersiedende Gasfraktion abgezogen. Diese wird im Wärmetauscher E kondensiert sowie unterkühlt und anschließend über Leitung 11 dem Ventil a zugeführt und in diesem kälteleistend entspannt. Über Leitung 12 wird diese entspannte Flüssigfraktion erneut durch den Wärmetauscher E geführt und dabei gegen die abzukühlenden Hochdruck-Kältemittelströme 6 und 10 sowie die abzukühlende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion A angewärmt.Via wire 10 At the top of the separator D3 a lower-boiling gas fraction is withdrawn. This is condensed in the heat exchanger E and undercooled and then via line 11 fed to the valve a and relaxed in this cold. Via wire 12 This relaxed liquid fraction is again passed through the heat exchanger E and thereby against the high-pressure refrigerant streams to be cooled 6 and 10 and the hydrocarbon-rich fraction A to be cooled.

Die aus dem Sumpf des Abscheiders D3 über Leitung 6 abgezogene höhersiedende Flüssigfraktion wird ebenfalls im Wärmetauscher E ab- und unterkühlt und anschließend über Leitung 7 dem Ventil b zugeführt und in diesem kälteleistend entspannt. Über Leitung 8 wird diese Flüssigfraktion ebenfalls erneut durch den Wärmetauscher E geführt und dabei gegen die abzukühlenden Hochdruck-Kältemittelströme 6 und 10 sowie die abzukühlende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion A angewärmt.The from the bottom of the separator D3 via line 6 withdrawn higher-boiling liquid fraction is also in the heat exchanger E and cooled down and then via line 7 fed to the valve b and relaxed in this cold. Via wire 8th This liquid fraction is also again passed through the heat exchanger E and thereby against the high-pressure refrigerant streams to be cooled 6 and 10 and the hydrocarbon-rich fraction A to be cooled.

Alternativ zu der vorbeschriebenen Verfahrensweise kann die höhersiedende Flüssigfraktion bereits vor ihrer Anwärmung mit der nicht oder nur teilweise angewärmten entspannten tiefersiedenden Flüssigfraktion zweiphasig gemischt werden; hierzu wird die im Ventil b entspannte Fraktion der im Ventil a entspannten Fraktion in der Leitung 12 über die gestrichelt gezeichnete Leitung 9 zugemischt.As an alternative to the procedure described above, the higher-boiling liquid fraction can be mixed in two phases even before being heated with the relaxed, or only partly warmed, expanded, lower-boiling liquid fraction; For this purpose, the relaxed in the valve b fraction of relaxed in the valve a fraction in the line 12 over the dashed line 9 admixed.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion schafft ein Verflüssigungsverfahren, dessen spezifische Verflüssigungsleistung gegenüber einem zum Stand der Technik zählenden Verfahren, wie es beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 10 2010 011 052 beschrieben ist, um 3 bis 15% verbessert ist.The process according to the invention for liquefying a hydrocarbon-rich fraction provides a liquefaction process, the specific liquefaction power of which compared to a prior art method, as for example in the German patent application 10 2010 011 052 described is improved by 3 to 15%.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (3)

Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (A), insbesondere von Erdgas, wobei a) die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion (A) gegen das Kältemittelgemisch eines Kältekreislaufes verflüssigt wird, b) das Kaltemittelgemisch wenigstens zweistufig verdichtet wird (C1, C2), c) das verdichtete Kältemittelgemisch (2) wenigstens nach der vorletzten Verdichterstufe (C1) partiell kondensiert wird (E1), d) die dabei anfallende, tiefersiedende Gasfraktion (3) auf den Enddruck verdichtet wird (C2), e) das auf den Enddruck verdichtete Kältemittelgemisch (4) partiell kondensiert (E2) wird, und f) die dabei anfallende tiefersiedende Gasfraktion (10) und eine Flüssigfraktion (6) des Kältemittelgemisches auf unterschiedlichen Temperaturniveaus kälteleistend entspannt (a, b) und gegen sich selbst und die abzukühlende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion (A) angewärmt werden (E), dadurch gekennzeichnet, dass g) die bei der erstmaligen partiellen Kondensation (E1) anfallende Flüssigfraktion (5) auf den Enddruck gepumpt (P) und dem auf den Enddruck verdichteten Kältemittelgemisch (4) zugemischt und h) die bei der partiellen Kondensation (E2) des auf den Enddruck verdichteten Kältemittelgemisches (4) anfallende höhersiedende Flüssigfraktion (6) gegen sich selbst und die abzukühlende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion (A) angewärmt wird (E).A process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction (A), in particular natural gas, wherein a) the hydrocarbon-rich fraction (A) is liquefied against the refrigerant mixture of a refrigeration cycle, b) the refrigerant mixture is compressed at least two stages (C1, C2), c ) the compressed refrigerant mixture ( 2 ) is at least after the penultimate compressor stage (C1) is partially condensed (E1), d) the resulting, lower-boiling gas fraction ( 3 ) is compressed to the final pressure (C2), e) the compressed to the final pressure refrigerant mixture ( 4 ) is partially condensed (E2), and f) the resulting lower-boiling gas fraction ( 10 ) and a liquid fraction ( 6 ) of the refrigerant mixture are cooled at different temperature levels (a, b) and heated against themselves and the hydrocarbon-rich fraction (A) to be cooled (E) (E), characterized in that g) the first fractional condensation (E1) resulting liquid fraction ( 5 ) to the final pressure (P) and to the final pressure compressed refrigerant mixture ( 4 ) and h) which in the partial condensation (E2) of the compressed to the final pressure refrigerant mixture ( 4 ) incurred higher-boiling liquid fraction ( 6 ) is heated against itself and the hydrocarbon-rich fraction (A) to be cooled (E). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fraktionen (6, 10) getrennt voneinander verdampft werden (E).Process according to claim 1, characterized in that the two fractions ( 6 . 10 ) are evaporated separately (E). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fraktionen (6, 10) nach ihrer kälteleistenden Entspannung (a, b) zusammengeführt (9) und gemeinsam verdampft werden (E).Process according to claim 1, characterized in that the two fractions ( 6 . 10 ) after their cold-exhausting relaxation (a, b) 9 ) and evaporated together (E).
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