DE102011113548A1 - Method for operating liquefying plant for liquefaction of hydrocarbon-rich gas stream, involves controlling flow rate of gas stream supplied to pre-cooling stage, liquefaction stage and under-cooling stage by control unit - Google Patents

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Abstract

The method involves pre-cooling the hydrocarbon-rich gas stream (NG) through a refrigerant mixture (20) in a common refrigerant circuit of a liquefaction device (10) in a pre-cooling stage (11). The hydrocarbon-rich gas stream is liquefied in a liquefaction stage (12) and is under-cooled in an under-cooling stage (13). The flow rate of the hydrocarbon-rich gas stream supplied to the pre-cooling stage, the liquefaction stage and the under-cooling stage is controlled by a control unit (36). Independent claims are included for the following: (1) a regulating device for liquefaction device of liquefaction plant; and (2) a liquefaction device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms, eine entsprechende Regeleinrichtung und eine Verflüssigungsanlage.The invention relates to a method for operating a plant for liquefying a hydrocarbon-rich stream, in particular a natural gas stream, a corresponding control device and a liquefaction plant.

Stand der TechnikState of the art

Erdgas (Natural Gas, NG) zählt zu den wichtigsten Energieträgern der Welt. Etwa 15% des Weltenergiebedarfs werden durch Erdgas gedeckt. Der Transport von Erdgas erfolgt größtenteils über Gasleitungen. In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat jedoch auch Flüssigerdgas (Liquefied Natural Gas, LNG) auf dem Weltenergiemarkt an Bedeutung gewonnen. In flüssiger Form besitzt Erdgas nur 1/600 seines Ausgangsvolumens und ermöglicht einen wirtschaftlichen Transport über lange Strecken.Natural gas (NG) is one of the most important sources of energy in the world. About 15% of world energy demand is covered by natural gas. The transport of natural gas is largely via gas lines. In the past two decades, however, liquefied natural gas (LNG) has also gained in importance on the world energy market. In liquid form, natural gas has only 1/600 of its initial volume and enables long-distance economic transport.

Zur Verflüssigung muss Erdgas auf –160°C abgekühlt werden. Zuvor sind Verunreinigungen wie Methan und schwere Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, Stickstoff, Wasser und eine Reihe weiterer unerwünschter Komponenten zu entfernen, wozu beispielsweise adsorbierende, absorbierende und kryotechnische Verfahren eingesetzt werden.For liquefaction, natural gas must be cooled to -160 ° C. Prior to this, impurities such as methane and heavy hydrocarbons, carbon dioxide, nitrogen, water and a number of other undesired components have to be removed, for example adsorbing, absorbing and cryotechnical processes being used.

Zur Verflüssigung von Erdgas werden beispielsweise Grundlastanlager mit einer Produktianskapazität von 1.500–5.000 kt LNG pro Jahr eingesetzt, mittels derer das Erdgas aufgereinigt, in Tieftemperatur-Wärmetauschern verflüssigt und in Tanks eingelagert wird. Der Transport erfolgt z. B. in Tankschiffen.For liquefaction of natural gas, for example, base load plants with a product capacity of 1,500-5,000 kt LNG per year are used, by means of which the natural gas is purified, liquefied in cryogenic heat exchangers and stored in tanks. The transport takes place z. B. in tankers.

Zur Optimierung des Betriebs entsprechender großtechnischer Anlagen werden unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Bekannte Online-Optimierungsverfahren beinhalten beispielsweise die Bereitstellung einer Vorrichtung in der zu optimierenden Anlage, welche die Anlage beschreibende Modellgleichungen und ein damit verbundenes Optimierungsproblem last. Die erzielten Ergebnisse werden zur Bestimmung von Ansteuergrößen für Komponenten der Anlage verwendet. Online-Optimierungsverfahren weisen jedoch in der Praxis Nachteile auf.Different methods are used to optimize the operation of corresponding large-scale installations. Known online optimization methods include, for example, the provision of a device in the system to be optimized which loads the system-describing model equations and an associated optimization problem. The results obtained are used to determine the control variables for components of the plant. However, online optimization methods have disadvantages in practice.

Die die Anlage beschreibenden Modellgleichungen bilden naturgemäß die reale Situation nicht vollkommen exakt ab, so dass mitunter beträchtliche Abweichungen zwischen Modell und realer Anlage festzustellen sind. Je enger jedoch das Online-Optimierungsverfahren der Anlage angepasst wird, desto aufwendiger gestaltet sich die Implementierung. Ein entsprechend angepasstes Modell kann in der Regel nicht oder, nur mit beträchtlichem Mehraufwand auf andere Anlagen übertragen werden. Schließlich sind Online-Optimierungsverfahren aufwendig in ihrer Realisierung, da bei Auftreten von Störgrößen jeweils umfangreiche Berechnungen angestellt werden müssen, um das System wieder in einen optimalen Betriebszustand zu bringen. Sollwerkgrößen müssen hierbei angepasst und auf neue Vorgabewerte eingestellt werden. Auch aufgrund dieser Aspekte werden Online-Optimierungsverfahren häufig vom Anwender nicht akzeptiert. Die genannten Nachteile betreffen insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, die sogenannte modellprädiktive Regelung (Model Predictive Control, MPC) und die Echtzeitoptimierung (Real Time Optimization, RTO).Of course, the model equations describing the system do not completely depict the real situation, so that there are sometimes considerable differences between the model and the real system. However, the closer the online optimization process is adapted to the system, the more complex the implementation becomes. A suitably adapted model can not usually be transferred to other plants or only with considerable additional effort. Finally, online optimization methods are complex in their implementation, since in the occurrence of disturbances in each case extensive calculations must be made in order to bring the system back to an optimal operating condition. Target sizes must be adjusted and set to new default values. Also due to these aspects, online optimization methods are often not accepted by the user. The mentioned disadvantages relate in particular, but not exclusively, to so-called model predictive control (MPC) and real-time optimization (RTO).

Es besteht der Bedarf nach einem effizienteren Betrieb entsprechender Anlagen.There is a need for more efficient operation of such facilities.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms, eine entsprechende Regeleinrichtung sowie eine Verflüssigungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the invention proposes a method for operating a plant for liquefying a hydrocarbon-rich stream, in particular a natural gas stream, a corresponding control device and a liquefaction plant with the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das vorgeschlagene Verfahren beruht auf dem sogenannten LIMUM®-Prozess der Anmelderin (Linde Multi Stage Mixed Refrigerant), bei dem in der Regel ein gewickelter Wärmetauscher (CWHE, Coil-Wound Heat Exchanger) verwendet wird, in dem der eingesetzte kohlenwasserstoffreiche Strom gegen unterschiedliche Fraktionen eines gemeinsamen Kältemittelgemischs in einem Kältemittelgemischkreislauf vorgekühlt, verflüssigt und unterkühlt wird. Vorkühlung, Verflüssigung und Unterkühlung werden im Rahmen dieser Anmeldung in Bezug auf entsprechende ”Wärmetauscherstufen” beschrieben. Es sei betont, dass die einzelnen Stufen in einem einzigen gewickelten Wärmetauscher, z. B. räumlich getrennt, realisiert und in einem gemeinsamen Wärmetauschermantel angeordnet sein können. Ein gewickelter Wärmetauscher wird dabei, wie aus der unten erläuterten 2 ersichtlich, senkrecht angeordnet. In unterschiedlichen Höhen werden die einzelnen Fraktionen des Kältemittelgemischs eingebracht und über Joule-Thomson-(JT-)Ventile kälteleistend entspannt. Von unten nach oben werden hierzu Fraktionen mit ansteigender Flüchtigkeit, also sinkendem Siedepunkt verwendet. Entsprechend ergibt sich von unten nach oben eine schrittweise sinkende Temperatur, wodurch die genannten Wärmetauscherstufen realisiert werden. An der Unterseite des Wärmetauschers kann des vollständig verdampfte Kältemittelgemisch im Wesentlichen gasförmig entnommen werden. Typischerweise verwendete Kältemittelgemische umfassen z. B. Methan, Ethan, Propan, Propylen und Butan.The proposed method is based on the so-called LIMUM ® process of the applicant (Linde Multi Stage Mixed Refrigerant), in which usually a coiled heat exchanger (CWHE, Coil-Wound Heat Exchanger) is used, in which the hydrocarbon-rich stream used against different fractions a common refrigerant mixture is pre-cooled in a mixed refrigerant cycle, liquefied and supercooled. Pre-cooling, liquefaction and subcooling are described in the context of this application with regard to corresponding "heat exchanger stages". It should be emphasized that the individual stages in a single wound heat exchanger, for. B. spatially separated, realized and in a common Heat exchanger jacket can be arranged. A coiled heat exchanger is doing, as explained below 2 visible, arranged vertically. At different heights, the individual fractions of the refrigerant mixture are introduced and cooled by Joule Thomson (JT) valves. From top to bottom, fractions with increasing volatility, ie sinking boiling point, are used for this purpose. Accordingly, from bottom to top results in a gradually decreasing temperature, whereby the heat exchanger stages are realized. At the bottom of the heat exchanger, the completely vaporized refrigerant mixture can be removed substantially in gaseous form. Typically used refrigerant mixtures include, for. As methane, ethane, propane, propylene and butane.

Der Kältemittelgemischkreislauf weist eine zweistufige Verdichtereinheit auf, in der aus dem in den Wärmetauscherstufen sukzessive vollständig verdampften, also gasförmig vorliegenden Kältemittelgemisch zwei Fraktionen erzeugt werden. Eine erste Fraktion, im Rahmen dieser Anmeldung als ”schwersiedende” Fraktion bezeichnet, umfasst dabei die Komponenten des Kältemittelgemischs mit dem höchsten Siedepunkt. Diese liegen nach der Verdichtung und einer dieser nachgeschalteten Abkühlung in Luft- oder Wasserkühlern flüssig vor. Ein im Rahmen dieser Anmeldung als ”zweite” Fraktion bezeichneter Anteil umfasst den (zunächst) gasförmigen Rest. Die Erzeugung der Fraktionen erfolgt wie unten ausführlich erläutert. Typischerweise wird zur Erzeugung der Fraktionen ein Druck von ca. 20 und 45 bar verwendet, die Abkühlung erfolgt auf die Temperatur des jeweils verwendeten Kühlmediums in den Luft- oder Wasserkühlern.The refrigerant mixture cycle has a two-stage compressor unit, in which two fractions are produced from the refrigerant mixture which is successively completely vaporized in the heat exchanger stages and thus present in gaseous form. A first fraction, referred to in this application as a "high-boiling" fraction, comprises the components of the refrigerant mixture having the highest boiling point. These are liquid after the compression and one of these downstream cooling in air or water coolers. A fraction referred to as "second" fraction in the context of this application comprises the (initially) gaseous radical. The production of the fractions takes place as explained in detail below. Typically, a pressure of about 20 and 45 bar is used to produce the fractions, the cooling is carried out to the temperature of the cooling medium used in the air or water coolers.

Die weiteren Verfahrensschritte lassen sich wie folgt angeben:
Die genannte schwersiedende Fraktion wird mit einem Druck von ca. 20 bar der Vorkühlstufe zugeführt und dort gegen sich selbst abgekühlt und kälteleistend auf den mantelseitig in dem Wärmetauscher vorliegenden Druck von ca. 4 bar entspannt. Hierbei wird eine Temperatur von ca. –40°C erzeugt, die zur Vorkühlung des kohlenwasserstoffreichen Stroms in der Vorkühlstufe bereitsteht.
The further process steps can be specified as follows:
The named high-boiling fraction is fed to the pre-cooling stage at a pressure of about 20 bar and is cooled there against itself and depressurized to the pressure present on the shell side in the heat exchanger of about 4 bar. In this case, a temperature of about -40 ° C is generated, which is ready for pre-cooling of the hydrocarbon-rich stream in the pre-cooling stage.

Die zweite Fraktion wird ebenfalls der Vorkühlstufe zugeführt, dort abgekühlt und nach dem Abkühlen in einem der Vorkühlstufe nachgeschalteten, im Rahmen dieser Anmeldung als ”Zwischenabscheider” bezeichneten Abscheider bei einer entsprechenden Temperatur von ca. –30°C und einem Druck von ca. 45 bar in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion aufgetrennt. Die in dem genannten Zwischenabscheider erzeugte flüssige Fraktion wird im Rahmen dieser Anmeldung als ”mittelsiedende” Fraktion, die gasförmige Fraktion als ”leichtsiedende” Fraktion bezeichnet.The second fraction is also fed to the precooling stage where it is cooled and after cooling in a downstream of the pre-cooling, referred to in this application as "Zwischenabscheider" separator at a corresponding temperature of about -30 ° C and a pressure of about 45 bar separated into a liquid and a gaseous fraction. The liquid fraction produced in said intermediate separator is referred to in this application as a "middle boiling" fraction, the gaseous fraction as a "low boiling" fraction.

Die mittelsiedende Fraktion wird bei einem Druck von ca. 4 bar der Verflüssigungsstufe zugeführt und dort gegen sich selbst abgekühlt und kälteleistend ebenfalls auf den mantetseitigen Druck in dem Wärmetauscher entspannt. Hierdurch wird eine Temperatur von ca. –110°C erzeugt. Diese dient zur Verflüssigung in der Verflüssigungsstufe.The medium-boiling fraction is fed to the liquefaction stage at a pressure of about 4 bar, where it is cooled against itself and also cooled to the mantletide pressure in the heat exchanger. As a result, a temperature of about -110 ° C is generated. This is used for liquefaction in the liquefaction stage.

Die leichtsiedende Fraktion wird ebenfalls der Verflüssigungsstufe zugeführt, dort abgekühlt, nach dem Abkühlen bei einem Druck von ca. 4 bar der Unterkühlungsstufe zugeführt, und in der Unterkühlungsstufe kälteleistend entspannt. Hierbei wird eine Temperatur von ca. –160°C erzeugt. Diese steht zur Unterkühlung des kohlenwasserstoffreichen Stroms in der Unterkühlungsstufe zur Verfügung.The low-boiling fraction is also fed to the liquefaction stage, where it is cooled, fed to the subcooling stage after cooling at a pressure of about 4 bar, and cooled in the subcooling stage. Here, a temperature of about -160 ° C is generated. This is available for supercooling the hydrocarbon-rich stream in the subcooling stage.

Ein zu verflüssigender kohlenwasserstoffreicher Strom durchläuft die genannten Stufen des Wärmetauschers und wird dadurch sukzessive auf die genannten Temperaturen der Abscheiderstufen abgekühlt. Der Fluss des kohlenwasserstoffreichen Stroms, und damit der Durchsatz der gesamten Anlage bzw. die Menge des verflüssigten kohlenwasserstoffreichen Stroms, wird durch ein Begrenzerventil eingestellt.A hydrocarbon-rich stream to be liquefied passes through said stages of the heat exchanger and is thus cooled successively to the stated temperatures of the separator stages. The flow of the hydrocarbon-rich stream, and thus the throughput of the entire plant or the amount of liquefied hydrocarbon-rich stream is adjusted by a restrictor valve.

Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass die gezielte Auswahl von Regelgrößen, nämlich im vorliegenden Fall zumindest ein Verhältnis der Flussraten der der Vorkühlstufe zugeführten schwersiedenden Fraktion und der der Unterkühlungsstufe zugeführten leichtsiedenden Fraktion des Kältemittelgemischs, einen besonders vorteilhaften Betrieb einer entsprechenden Anlage ermöglicht.According to the invention, it has been found that the targeted selection of controlled variables, namely, in the present case, at least a ratio of the flow rates of the high-boiling fraction fed to the precooling stage and the low-boiling fraction of the refrigerant mixture supplied to the subcooling stage, enables a particularly advantageous operation of a corresponding plant.

Die Erfindung basiert auf dem ”Self Optimizing Control”-Prinzip. Dieses besagt, dass durch geeignete Regelgrößenauswahl ein Betrieb nahe dem Optimum erfolgen kann, ohne die Notwendigkeit, Soll- bzw. Stellgrößen mittels aufwändiger Online-Optimierung an geänderte Störgrößen anzupassen.The invention is based on the "Self Optimizing Control" principle. This means that by suitable control variable selection operation can be carried out near the optimum, without the need to adjust setpoints or manipulated variables by means of complex online optimization to changed disturbances.

Die Grundlagen hierzu sind z. B. in der Veröffentlichung ”Self-optimizing control: the missing link between steady-state optimization and control”, Computers and Chemical Engineering 24 (2000) 569–575 und ”Near-Optimal Operation by Self-Optimizing Control: From Process Control to Marathon Running and Business Systems”, Computers and Chemical Engineering 19 (2004) 127–137 von Sigurd Skogestad beschrieben und werden hier der Übersichtlichkeit halber nur kurz zusammengefasst.The basics are z. B. in the publication "Self-optimizing control: the missing link between steady-state optimization and control", Computers and Chemical Engineering 24 (2000) 569-575 and "Near-Optimal Operation by Self-Optimizing Control: From Process Control to Marathon Running and Business Systems ", Computers and Chemical Engineering 19 (2004) 127-137 by Sigurd Skogestad described and are summarized here for clarity only briefly.

Die auf Self Optimizing Control basierenden Regelungsverfahren sind nicht mit herkömmlichen Online-Optimierungsverfahren gleichzusetzen.Self-regulating control methods are not equivalent to conventional online optimization techniques.

Optimierungsverfahren beruhen generell auf einer zu minimierenden skalaren Kostenfunktion. Um eine vollständige Optimierung zu erzielen, wäre, wie erwähnt, ein ideales Modell des zu optimierenden Systems erforderlich, sämtliche auftretenden Störungen müssten kontinuierlich gemessen werden, und das sich ergebende Optimierungsproblem wäre (on line) zu lösen.Optimization methods are generally based on a scalar cost function to be minimized. To achieve a complete optimization, as mentioned, an ideal model of the system to be optimized would be required, all occurring disturbances would have to be measured continuously, and the resulting optimization problem would have to be solved (on line).

Wie bereits erwähnt, ist dies in der Praxis unrealistisch und daher nicht durchführbar. Deshalb ist eine einfachere Implementierung wünschenswert, die dennoch zufriedenstellende Ergebnisse (mit noch akzeptablen Verlusten) liefert. Idealerweise beinhaltet dies, gemäß einem Regelungsverfahren basierend auf Self Optimizing Control, die Auswahl bestimmter Regelgrößen und die Vorgabe fester Sollwerte für diese, wodurch ein komplexes Optimierungsproblem zu einem Feedback-Problem vereinfacht wird.As already mentioned, in practice this is unrealistic and therefore not feasible. Therefore, a simpler implementation is desirable which nevertheless gives satisfactory results (with still acceptable losses). Ideally, according to a self-regulatory control method, this includes selecting particular controlled variables and setting fixed setpoints for them, thereby simplifying a complex optimization problem to a feedback problem.

Die auszuwählenden Regelgrößen stellen eine Teilmenge oder eine Kombination der jeweils verfügbaren messbaren Prozessvariablen dar. Ein wesentlicher Schritt bei der Implementierung eines entsprechenden Verfahrens besteht in der Auswahl geeigneter Regelgrößen. Diese Regelgrößen müssen gegenüber Störungen insensitiv und einfach mess- und regelbar sein, einen ausreichenden Verstärkungsfaktor gegenüber den jeweiligen Stellwerten aufweisen, und dürfen (im Fall von mehreren Regelgrößen) nicht eng miteinander korreliert sein. Die Auswahl der geeigneten bzw. ”besten” Regelgrößen (in den zuvor genannten Publikationen auch als ”Best Controlled Variables” bezeichnet) stellt daher die zentrale Herausforderung bei der Implementierung eines entsprechenden Verfahrens dar.The controlled variables to be selected represent a subset or a combination of the respectively available measurable process variables. An essential step in the implementation of a corresponding method is the selection of suitable controlled variables. These control variables must be insensitive and easily measurable and controllable against disturbances, have a sufficient amplification factor with respect to the respective control values, and must not be closely correlated (in the case of several controlled variables). The selection of suitable or "best" controlled variables (also referred to in the aforementioned publications as "Best Controlled Variables") therefore represents the central challenge in implementing a corresponding method.

Diese spezifische Regelgrößenauswahl erwies sich in der Praxis aus unterschiedlichen Gründen als schwierig. Einerseits ist in keiner Weise offensichtlich, welche und wie viele Freiheitsgrade in der Praxis zur Manipulation des Kältemittelgemischkreislaufs existieren. Üblicherweise zeigen Manipulationen von Füllständen, z. B. von Abscheidern, keinen stationären Einfluss auf entsprechende Anlagen. Dies trifft bei dem erläuterten LIMUM®-Kreislauf jedoch überraschenderweise nicht zu. Im Fall des LIMUM®-Kreislaufs werden die einzelnen Kältemittelgemischfraktionen zwischen Akkumulationspunkten in Form von Vorlagebehältern bzw. Abscheidern verschoben, so dass die Füllstände derselben einen Einfluss auf die Zusammensetzung des Kühlmittelgemisches und damit den stationären Betrieb haben. Da sich der Füllstand eines Abscheiders jeweils aus den Füllständen der anderen Abscheider ergibt, können zwei Füllstände unabhängig voneinander manipuliert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die jeweiligen Füllstände ausreichend unabhängig voneinander auf den Prozess wirken um zwei Regelgrößen zu kontrollieren. Eine weitere Schwierigkeit lag in der aufwendigen Modellierung des Kreislaufes unter Einbeziehung der Effekte der Verlagerung der Kühlmittelfraktionen zwischen den Abscheidern.This specific control variable selection proved to be difficult in practice for a variety of reasons. On the one hand, it is in no way obvious which and how many degrees of freedom exist in practice for manipulating the mixed refrigerant cycle. Usually show manipulations of levels, eg. B. of separators, no steady state influence on appropriate facilities. However, this is not the case in the above-LIMUM ® -cycle surprisingly. In the case of LIMUM ® -Kreislaufs the individual refrigerant mixture fractions between accumulation points in the form of storage containers and separators are moved so that the levels of them have an impact on the composition of the refrigerant mixture and stationary operation. Since the level of a separator results in each case from the levels of the other separator, two levels can be manipulated independently. It could be shown that the respective fill levels act sufficiently independently on the process to control two controlled variables. Another difficulty was the elaborate modeling of the cycle, including the effects of shifting the refrigerant fractions between the separators.

Anlagen zur Erdgasverflüssigung sind auf zwei Betriebsziele ausgerichtet. Zunächst ist, wie erwähnt, ein Erdgasstrom von den jeweiligen Ausgangsbedingungen in einen flüssigen, transportfähigen Zustand (–160°C bei nahezu Atmosphärendruck) zu überführen. Zusätzlich sind schwere Kohlenwasserstoffe abzutrennen. Der Abtrennungsschritt ist optional und findet üblicherweise nach der bereits teilweise erläuterten Vorkühlung des Erdgasstroms statt. Ungeachtet des Vorliegens von Störungen, wie beispielsweise schwankenden Umgebungstemperaturen, können diese Betriebsziele durch eine entsprechende Regelung erreicht werden, also, mit anderen Worten, durch Verwendung eines Satzes von Reglern, von denen jeder automatisch eine Stellgröße derart verändert, dass das jeweilige (Teil-)Ziel erreicht wird.Natural gas liquefaction plants are geared towards two operational objectives. First, as mentioned, a natural gas stream from the respective initial conditions in a liquid, transportable state (-160 ° C at near atmospheric pressure) to convict. In addition, heavy hydrocarbons must be separated. The separation step is optional and usually takes place after the already partially explained pre-cooling of the natural gas stream. Regardless of the presence of disturbances, such as fluctuating ambient temperatures, these operating goals can be achieved by appropriate regulation, in other words, by using a set of controllers, each of which automatically alters a manipulated variable such that the respective (sub) Goal is achieved.

Weil jedoch die hier interessierenden Anlagen zur Erdgasverflüssigung eine größere Anzahl an Stellgrößen aufweisen als Betriebsziele vorliegen, existieren zusätzliche Freiheitsgrade, die vorteilhafterweise dann zur Optimierung einer Gewinnfunktion, i. d. R. einer Ausbeute bzw. eines Durchsatzes einer entsprechenden Anlage, verwendet werden können. Online-Optimierungsverfahren unter Verwendung der zuvor erläuterten Regeltechniken (RTO, MPC), die hierbei herkömmlicherweise zum Einsatz kommen könnten, werden in Erdgasverflüssigungsanlagen aufgrund der bereits in der Einleitung erwähnten Nachteile in der Regel nicht angewendet.However, because the systems of interest here for natural gas liquefaction have a larger number of manipulated variables than operating objectives, there are additional degrees of freedom, which are then advantageously used to optimize a profit function, i. d. R. a yield or a throughput of a corresponding system, can be used. On-line optimization methods using the previously explained control techniques (RTO, MPC), which could conventionally be used here, are generally not used in natural gas liquefaction plants because of the disadvantages already mentioned in the introduction.

Ein wesentlicher Schritt bei der Implementierung eines Verfahrens basierend auf Self Optimizing Control besteht, wie erwähnt, in der Auswahl und/oder Kombination der geeigneten messbaren Prozessvariablen zu Regelgrößen, welche mittels der veränderlichen Stellgrößen über entsprechende Stellglieder auf ihren zuvor spezifizierten Sollwerten gehalten werden. Das technische Problem der Regelgrößenauswahl bzw. -kombination weist eine hohe kombinatorische Vielfalt auf und kann nur mit geeigneten Methoden unter Einbeziehung anlagenspezifischer Simulationen und prozesstechnischen Know-Hows gelöst werden.An essential step in the implementation of a method based on self-optimizing control is, as mentioned, in the selection and / or combination of suitable measurable process variables to controlled variables, which by means of the variable control variables via corresponding actuators on their previous specified setpoints. The technical problem of the control variable selection or combination has a high combinatorial diversity and can only be solved with suitable methods including plant-specific simulations and process know-how.

Erfindungsgemäß lässt sich durch die Definition geeigneter Regelgrößen unter Weglassung aufwendiger Online-Optimierungsschritte und -verfahren ein Betrieb in der Nähe des jeweiligen Optimums erreichen. Das Verfahren ist einfach zu implementieren, an unterschiedliche Anlagen anpassbar und zumindest teilweise mit vorhandenen Reglern entsprechender Anlagen, beispielsweise PID-Reglern, umsetzbar.According to the invention can be achieved by the definition of suitable control variables, omitting elaborate on-line optimization steps and procedures, an operation in the vicinity of the respective optimum. The method is simple to implement, adaptable to different systems and at least partially implementable with existing controllers of corresponding systems, for example PID controllers.

Wie bereits zuvor ansatzweise erläutert, wird in einem entsprechenden Verfahren eine Verdichtereinheit mit zwei Verdichterstufen verwendet. Hierbei wird das vollständig verdampfte Kältemittelgemisch aus den einzelnen Wärmetauscherstufen zunächst in der ersten Verdichterstufe mit geringerem Druck vorverdichtet, abgekühlt und einem ersten Abscheider zugeführt. Eine in dem ersten Abscheider erhaltene bzw. diesem entnommene flüssige Fraktion wird als die schwersiedende Fraktion verwendet. Eine dem ersten Abscheider gasförmig entnommene Fraktion wird hingegen in der zweiten Verdichterstufe mit höherem Druck nachverdichtet, abgekühlt und einem zweiten Abscheider zugeführt. Eine schließlich dem zweiten Abscheider gasförmig entnommene Fraktion wird als die zuvor erläuterte ”zweite” Fraktion verwendet.As already explained in the beginning, a compressor unit with two compressor stages is used in a corresponding method. Here, the completely evaporated refrigerant mixture from the individual heat exchanger stages is first precompressed in the first compressor stage with lower pressure, cooled and fed to a first separator. A liquid fraction obtained in the first separator is used as the high-boiling fraction. In contrast, a fraction taken off in gaseous form from the first separator is subsequently compressed in the second compressor stage at a higher pressure, cooled and fed to a second separator. A fraction finally taken off in gaseous form from the second separator is used as the "second" fraction explained above.

Eine dem zweiten Abscheider entnommene flüssige Fraktion wird zumindest teilweise erneut dem ersten Abscheider zugeführt. Die Menge der erneut dem ersten Abscheider zugeführten flüssigen Fraktion über die Zeit, also eine Flussrate aus dem zweiten in den ersten Abscheider, wird mittels eines Flussregelventils, nachfolgend der eindeutigen Zuordenbarkeit halber als ”Verdichterventil” bezeichnet, auf Grundlage eines Füllstands der flüssigen Fraktion in dem zweiten Abscheider eingestellt. Die erste Verdichterstufe erzeugt dabei typischerweise einen Druck von ca. 20 bar, die zweite Verdichterstufe einen Druck von ca. 45 bar. Das Verdichterventil entspannt die dem zweiten Abscheider entnommene flüssige Fraktion entsprechend.A liquid fraction taken from the second separator is at least partially recycled to the first separator. The amount of liquid fraction fed back to the first separator over time, ie a flow rate from the second to the first separator, is referred to as a "compressor valve" by means of a flow control valve, hereinafter referred to as "compressor valve", based on a liquid fraction level in the first fractionator second separator set. The first compressor stage typically produces a pressure of about 20 bar, the second compressor stage a pressure of about 45 bar. The compressor valve relaxes the second fraction taken from the liquid fraction accordingly.

Vorteilhafterweise erfolgt eine entsprechende Regelung dahingehend, dass das Verhältnis der Flussraten der der Vorkühlstufe zugeführten schwersiedenden Fraktion und der der Unterkühlungsstufe zugeführten leichtsiedenden Fraktion des Kältemittelgemischs als erfindungsgemäß ausgewählte Regelgröße (d. h. als die erläuterte ”Best Controlled Variable”) mittels einer Einstellung des Füllstands der flüssigen Fraktion in dem zweiten Abscheider als Stellgröße über eine Stellung des Verdichterventils als Stellglied geregelt wird. Entsprechende Regelstrategien lassen sich in vorhandenen Anlagen einfach und kostengünstig implementieren und können teilweise auf dort bereits vorhandene technische Einrichtungen zurückgreifen.Advantageously, a corresponding regulation is made such that the ratio of the flow rates of the precooling high-boiling fraction and supplied to the subcooling low-boiling fraction of the refrigerant mixture as inventively selected control variable (ie as the explained "Best Controlled Variable") by means of an adjustment of the liquid fraction level is regulated in the second separator as a control variable via a position of the compressor valve as an actuator. Corresponding control strategies can be implemented easily and inexpensively in existing systems and can in some cases resort to existing technical facilities there.

Im Rahmen eines entsprechenden Verfahrens werden zur kälteleistenden Entspannung der schwersiedenden Fraktion, der mittelsiedenden Fraktion und der leichtsiedenden Fraktion jeweils Entspannungsventile verwendet. Die Regelung des Verhältnisses der Flussraten der der Vorkühlstufe zugeführten schwersiedenden Fraktion und der der Unterkühlungsstufe zugeführten leichtsiedenden Fraktion des Kältemittelgemischs als Regelgröße (d. h. als der oben erläuterten ”Best Controlled Variable”) kann alternativ zu der zuvor erläuterten Strategie, nämlich der Verwendung des Füllstands des zweiten Abscheiders in der Verdichtereinheit, auch mittels einer Einstellung des Füllstands einer flüssigen Fraktion in dem Zwischenabscheider als Stellgröße über eine Stellung des zur Entspannung der mittelsiedenden Fraktion verwendeten Entspannungsventils als Stellglied erfolgen.In the context of a corresponding process, expansion valves are used in each case for the high-pressure expansion of the high-boiling fraction, the medium-boiling fraction and the low-boiling fraction. The regulation of the ratio of the flow rates of the high-boiling fraction fed to the pre-cooling stage and the low-boiling fraction of the refrigerant mixture fed to the subcooling stage as a controlled variable (ie as the "Best Controlled Variable" discussed above) can be alternative to the strategy explained above, namely the use of the fill level of the second Separator in the compressor unit, also by means of an adjustment of the level of a liquid fraction in the intermediate separator as a control variable via a position of the expansion valve used to relax the medium-boiling fraction carried out as an actuator.

Insbesondere bei der genannten Einstellung des Füllstands einer flüssigen Fraktion in dem Zwischenabscheider ergeben sich in Kombination mit weiteren Maßnahmen besondere Vorteile. Hierbei wird, wiederum in der Verdichtereinheit, ein Verhältnis der dem zweiten Abscheider entnommenen und dem ersten Abscheider erneut zugeführten flüssigen Fraktion und der dem zweiten Abscheider in Form der zweiten Fraktion entnommenen gasförmigen Fraktion über eine Stellung des Flussregelventils konstant gehalten, also fest eingestellt.In particular, in the aforementioned setting the level of a liquid fraction in the Zwischenabscheider arise in combination with other measures special advantages. In this case, again in the compressor unit, a ratio of the second separator removed and the first separator again supplied liquid fraction and the second separator in the form of the second fraction removed gaseous fraction kept constant over a position of the flow control valve, so fixed.

Vorteilhafterweise werden die zuvor erläuterten Maßnahmen mit einem Verfahren kombiniert, bei dem die Regelung ferner ein Verhältnis der Drücke des Kältemittelgemischs vor der ersten Stufe und nach der zweiten Stufe der Verdichtereinheit als Regelgröße mittels eines Durchsatzes der leichtsiedenden Fraktion des Kältemittelgemischs in der Unterkühlungsstufe als Stellgröße regelt. Als Stellglied kommt dabei ein Begrenzerventil zum Einsatz, das der Unterkühlungsstufe zugeordnet ist. Die Verwendung des Verhältnisses der Drücke des Kältemittelgemischs vor der ersten Stufe und nach der zweiten Stufe der Verdichtereinheit als Regelgröße bietet bereits für sich betrachtet, d. h. auch ohne die zuvor erläuterten Maßnahmen, beträchtliche Vorteile. Der Durchsatz an Erdgas kann hierbei gegenüber herkömmlich betriebenen Anlagen um bis zu 6% gesteigert werden.Advantageously, the above-described measures are combined with a method in which the control further regulates a ratio of the pressures of the refrigerant mixture before the first stage and after the second stage of the compressor unit as a controlled variable by means of a flow rate of the low-boiling fraction of the refrigerant mixture in the supercooling stage as a manipulated variable. As an actuator, a limiting valve is used, which is assigned to the subcooling stage. The use of the ratio of the pressures of the refrigerant mixture before the first stage and after the second stage of the compressor unit as a controlled variable already provides in itself, d. H. even without the measures described above, considerable benefits. The throughput of natural gas can be increased by up to 6% compared to conventionally operated systems.

Ein entsprechendes Regelungsverfahren beruht auf einer Gewinnfunktion in Form eines Durchsatzes des kohlenwasserstoffreichen Stroms in der Verflüssigungseinrichtung. Der Durchsatz des kohlenwasserstoffreichen Stroms in der Verflüssigungseinrichtung kann mittels eines der Unterkühlungsstufe nachgeordneten Begrenzerventils auf Grundlage einer Temperatur des kohlenwasserstoffreichen Stroms nach der Unterkühlungsstufe eingestellt werden. A corresponding control method is based on a gain function in the form of a throughput of the hydrocarbon-rich stream in the liquefaction unit. The flow rate of the hydrocarbon-rich stream in the liquefying means may be adjusted by means of a restrictor valve downstream of the subcooling stage based on a temperature of the hydrocarbon-rich stream after the subcooling stage.

Eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung für eine Verflüssigungseinrichtung zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms ist zur Durchführung eines Verfahrens wie zuvor erläutert eingerichtet und verfügt über entsprechend ausgebildete Regelmittel. Diese, wie auch die erfindungsgemäß vorgesehene Verflüssigungsanlage, profitiert von den zuvor erläuterten Vorteilen.A control device according to the invention for a liquefying device for liquefying a hydrocarbon-rich stream is designed to carry out a method as explained above and has appropriately designed control means. This, as well as the inventively provided liquefaction, benefits from the advantages explained above.

Nachfolgend werden die zuvor genannten Vorteile und weitere vorteilhafte Effekte der erfindungsgemäßen Maßnahmen nochmals zusammengefasst und kurz erläutert.Below, the advantages mentioned above and further advantageous effects of the measures according to the invention are summarized again and briefly explained.

Die vorgeschlagene Regelgrößenauswahl erlaubt einen nahezu maximalen Durchsatz an Erdgas, ohne jeweils Stellwerte neu definieren zu müssen, nachdem Störgrößen aufgetreten sind. Dies stellt einen bedeutenden Vorteil dar, da Bediener entsprechender Anlagen in der Regel nicht ohne weiteres in der Lage sind, richtige Stellwerte auszuwählen und diese korrekt einzustellen, und, wie erwähnt, Verflüssigungsanlagen in der Regel nicht über dynamische Optimierungseinrichtungen verfügen.The proposed control variable selection allows a nearly maximum throughput of natural gas, without having to redefine control values after disturbances have occurred. This represents a significant advantage because operators of such plants are generally not readily able to select and properly set correct control values and, as noted, liquefaction plants generally do not have dynamic optimization facilities.

Ein weiterer Vorteil besteht dabei darin, dass das Installationspersonal beim Inbetriebsetzen oder nach Wartung einer entsprechenden Anlage lediglich einmal die Sollwerte der Regler manuell einstellen muss. Nach diesem erstmaligen Einstellen kann ein optimaler Betrieb sichergestellt werden, der in Bezug auf Störungen relativ unempfindlich ist. Damit werden entsprechende Ressourcen frei. Leistungstests können einfach und unproblematisch durchgeführt werden.Another advantage is that the installation personnel only have to set the setpoint values of the controllers manually once during commissioning or after maintenance of a corresponding system. After this initial setting, optimum operation can be ensured which is relatively insensitive to disturbances. This frees up appropriate resources. Performance tests can be performed easily and without problems.

Ein wesentlicher Vorteil, der sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen realisieren lässt, ist ferner der, dass die jeweiligen Regelgrößer über einen sehr großen Störgrößenbereich an oder in der Näher ihrer jeweiligen Sollwerte gehalten werden können. Eine entsprechende Anlage ist daher sehr flexibel betreibbar. Eine aufwendige Vermeidung von Störeinflüssen kann zumindest zum Teil entfallen.A significant advantage, which can be realized by the measures according to the invention, is furthermore that the respective control variables can be kept at or near their respective nominal values over a very large disturbance variable range. A corresponding system is therefore very flexible operable. A complex avoidance of interference can be omitted at least in part.

Darüberhinaus eignet sich die erfindungsgemäße Lösung insbesondere zur Nachrüstung entsprechender Erdgasverflüssigungsanlagen, wodurch sich relativ einfach und kostengünstig eine höhere Flüssigerdgasausbeute realisieren lässt, ohne aufwendige Online-Optimierungstechniken wie MPC oder RTO implementieren zu müssen.Moreover, the solution according to the invention is particularly suitable for retrofitting appropriate natural gas liquefaction plants, whereby a relatively high and low-cost liquefied gas yield can be realized relatively easily, without having to implement costly online optimization techniques such as MPC or RTO.

Nachfolgend werden quantitative Ergebnisse dargestellt, welche einen Maximalverlust einer entsprechenden Anlage im Rahmen eines Worst-Case-Szenarios bezüglich eines Flüssiggasdurchsatzes angeben. Der Worst-Case-Verlust stellt dabei die maximale Abweichung zwischen dem besten erreichbaren Ergebnis und dem jeweils erzielten Ergebnis bei einer Störung mit einer bestimmten Größe dar. Hierbei sind die unter Verwendung einer konventionellen Regelstrategie (CONV) erzielten sowie die erfindungsgemäß erhaltenen Werte angegeben. CFRC (Compression and Flow Ratio Control) bezeichnet hier und im Folgenden die erste erfindungsgemäße Alternative, bei der das Flussratenverhältnis der leichtsiedenden zu der schwersiedenden Kältemittelgemischfraktion als Regelgröße über die Füllstandseinstellung im zweiten Abscheider der Verdichtereinheit als Stellgröße geregelt wird. CF2RC (Compression, Flow, and Flow Ratio Control) bezeichnet hier und im Folgenden die zweite erfindungsgemäße Alternative, bei der das Flussratenverhältnis der leichtsiedenden zu der schwersiedenden Kältemittelgemischfraktion über eine Füllstandseinstellung im Zwischenabscheider eingestellt wird und zusätzlich die dem zweiten Abscheider der Verdichtereinheit über die Zeit entnommenen Fraktionen, also die entsprechenden Flussraten, konstant eingestellt werden. In beiden Alternativen wird zusätzlich das Druckverhältnis des Kältemittelgemischs vor der ersten und nach der zweiten Verdichterstufe der Verdichtereinheit, wie zuvor erläutert, als Regelgröße verwendet. CONV CFRC CF2RC > 10% 5% 5% In the following, quantitative results are presented which indicate a maximum loss of a corresponding system in the context of a worst-case scenario with regard to a liquefied gas throughput. The worst-case loss represents the maximum deviation between the best achievable result and the result obtained in the case of a disturbance of a certain size. The values obtained using a conventional control strategy (CONV) and the values obtained according to the invention are indicated here. CFRC (Compression and Flow Ratio Control) refers here and below to the first alternative according to the invention, in which the flow rate ratio of the low-boiling to the high-boiling refrigerant mixture fraction is controlled as a controlled variable via the fill level setting in the second separator of the compressor unit as a manipulated variable. CF2RC (Compression, Flow, and Flow Ratio Control) refers here and below to the second alternative according to the invention, in which the flow rate ratio of the low-boiling to the high-boiling mixed refrigerant fraction is set via a filling level setting in the intermediate separator and, in addition, the time taken over the second separator of the compressor unit Fractions, ie the corresponding flow rates, are set constant. In both alternatives, in addition, the pressure ratio of the refrigerant mixture before the first and after the second compressor stage of the compressor unit, as explained above, used as a controlled variable. CONV CFRC CF2RC > 10% 5% 5%

Bei den Werten für die konventionelle Regelstrategie (CONV) ist zu berücksichtigen, dass diese im Regelbetrieb unter Verwendung einer Saugdruckregelung arbeitet. Um einen Vergleich der Regelstrategien zu ermöglichen, wurde diese deaktiviert.The values for the conventional control strategy (CONV) should be taken into account that they work in normal operation using a suction pressure control. To enable a comparison of the control strategies, this has been deactivated.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibungfigure description

1 zeigt eine Anlage zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms und eine Regeleinrichtung gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung. 1 shows a plant for liquefying a hydrocarbon-rich stream and a control device according to the prior art in a schematic representation.

2 zeigt eine Anlage zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms gemäß dem Stand der Technik in alternativer schematischer Darstellung. 2 shows an installation for liquefying a hydrocarbon-rich stream according to the prior art in an alternative schematic representation.

3 veranschaulicht ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage gemäß 1 entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 3 illustrates a method for operating a system according to 1 according to a particularly preferred embodiment of the invention.

4 veranschaulicht ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage gemäß 1 entsprechend einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 4 illustrates a method for operating a system according to 1 according to a further particularly preferred embodiment of the invention.

5 zeigt Leistungskennlinien einer Anlage, die gemäß Stand der Technik und gemäß besonders bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung betrieben wird. 5 shows performance characteristics of a plant which is operated according to the prior art and according to particularly preferred embodiments of the invention.

In den Figuren sind gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben. Der Übersichtlichkeit halber wird auf eine wiederholte Erläuterung verzichtet.In the figures, like elements are indicated by identical reference numerals. For the sake of clarity, a repeated explanation is omitted.

1 zeigt eine Anlage 100 zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms NG gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung, die mittels eines Verfahrens gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrieben bzw. mit einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ausgestattet werden kann. Die Anlage weist eine Verflüssigungseinrichtung 10 auf. In der Anlage realisierte Steuer- bzw. Regelmechanismen sind hier, wie auch in den nachfolgenden 3 und 4, mit gestrichelten Linien veranschaulicht. In der 1 sind Temperaturgeber mit T, Flussratengeber mit F, Füllstandsgeber mit L und Druckgeber mit P bezeichnet. Hierbei kann es sich um Sensoren zur Bereitstellung direkt gemessener Messwerte, aber auch um entsprechende Softsensoreinrichtungen handeln. Die einzelnen Regelstrategien sind stark schematisiert wiedergegeben. 1 shows a plant 100 for liquefying a hydrocarbon-rich stream NG according to the prior art in a schematic representation, which can be operated by means of a method according to a particularly preferred embodiment of the invention or equipped with a control device according to the invention. The plant has a liquefaction facility 10 on. In the plant realized control or regulating mechanisms are here, as well as in the following 3 and 4 , illustrated with dashed lines. In the 1 are temperature sensors with T, flow rate with F, level sensor with L and pressure transducer with P designated. These may be sensors for providing directly measured measured values, but also corresponding soft-sensing devices. The individual control strategies are shown very schematically.

Die Verflüssigungseinrichtung 10 weist drei Wärmetauscherstufen 11, 12, 13 auf. Die Wärmetauscherstufen 11, 12, 13 sind als Vorkühlstufe 11, Verflüssigungsstufe 12 und Unterkühlungsstufe 13 für einen kohlenwasserstoffreichen Strom NG, beispielsweise einen Erdgasstrom, ausgebildet. Der kohlenwasserstoffreiche Strom NG durchläuft nacheinander die Vorkühlstufe 11, die Verflüssigungsstufe 12 und die Unterkühlungsstufe 13, wird dort stufenweise auf die bereits zuvor erläuterten Temperaturen abgekühlt und verflüssigt, und verlässt als verflüssigter kohlenwasserstoffreicher Strom LNG die Verflüssigungseinrichtung 10. Die Flussrate des kohlenwasserstoffreichen Stroms NG, und damit der Durchsatz der Verflüssigungseinrichtung 100 bzw. die Menge des pro Zeiteinheit produzierten verflüssigten kohlenwasserstoffreichen Stroms LNG, z. B. von verflüssigtem Erdgas, wird über ein Begrenzerventil 14 nach Maßgabe einer entsprechenden Regelung 34 eingestellt. Als zugehörige Regelgröße wird die Temperatur des kohlenwasserstoffreichen Stroms LNG vor dem Begrenzerventil 14 verwendet. Das Begrenzerventil 14 ist damit Stellglied. Die Regelung 34 erlaubt also eine Einstellung einer Sollwerttemperatur des verflüssigten kohlenwasserstoffreichen Stroms LNG durch Einstellen eines Durchsatzes, und damit einer Verweildauer des kohlenwasserstoffreichen Stroms NG bzw. LNG in der Anlage 100 bzw. der Verflüssigungseinrichtung 10. Diese Einstellung des Durchsatzes ist dem Stand der Technik und den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen gemeinsam.The liquefaction facility 10 has three heat exchanger stages 11 . 12 . 13 on. The heat exchanger stages 11 . 12 . 13 are as pre-cooling stage 11 , Liquefaction stage 12 and subcooling stage 13 for a hydrocarbon-rich stream NG, for example a natural gas stream formed. The hydrocarbon-rich stream NG successively passes through the precooling stage 11 , the liquefaction stage 12 and the subcooling stage 13 , Is there gradually cooled and liquefied at the temperatures already explained above, and leaves as a liquefied hydrocarbon-rich stream LNG the liquefying 10 , The flow rate of the hydrocarbon-rich stream NG, and thus the flow rate of the liquefier 100 or the amount of liquefied hydrocarbon-rich stream LNG produced per unit time, e.g. B. of liquefied natural gas, is a limiter valve 14 according to a corresponding regulation 34 set. As an associated controlled variable, the temperature of the hydrocarbon-rich stream LNG is in front of the restrictor valve 14 used. The restrictor valve 14 is thus an actuator. The regulation 34 Thus, allows a setting of a setpoint temperature of the liquefied hydrocarbon-rich stream LNG by adjusting a flow rate, and thus a residence time of the hydrocarbon-rich stream NG or LNG in the system 100 or the liquefaction device 10 , This setting of the throughput is common to the prior art and the measures proposed according to the invention.

Den einzelnen Wärmetauscherstufen 11, 12, 13 weisen zur Entspannung der diesen zugeführten Kältemittelgemischfraktionen jeweils Entspannungsventile 16, 17 und 18 auf, die gemäß dem Stand der Technik jeweils über entsprechende, diesen zugeordnete Regelungen 31, 32 und 33 nach Maßgabe weiterer Größen eingestellt werden.The individual heat exchanger stages 11 . 12 . 13 have for relaxation of these supplied refrigerant mixture fractions each relaxation valves 16 . 17 and 18 in accordance with the prior art in each case via appropriate, associated with these regulations 31 . 32 and 33 be set according to other sizes.

Die Regelung 31 des Entspannungsventils 16 der Vorkühlstufe 11 arbeitet gemäß dem Stand der Technik auf Grundlage einer Temperatur des kohlenwasserstoffreichen Stroms LNG am Ausgang der Vorkühlstufe 11 (bzw. zwischen Vorkühlstufe 11 und Verflüssigungsstufe 12) und einer Temperatur des die Vorkühlstufe verlassenden Kältemittelgemischs 2, das i. d. R. gasförmig vorliegt und aus einer Verdampfung der Fraktionen in den Wärmetauscherstufen 11, 12 und 13 stammt. Hierdurch kann eine ausreichende Vorkühlung des kohlenwasserstoffreichen Stroms LG in der Vorkühlstufe 11 sichergestellt werden, ohne dass Kondensattropfen, also flüssiges Kältemittelgemisch, in die unten erläuterte Verdichtereinheit 40 gelangen können.The regulation 31 of the expansion valve 16 the pre-cooling stage 11 operates according to the prior art based on a temperature of the hydrocarbon-rich stream LNG at the exit of the precooling stage 11 (or between pre-cooling stage 11 and liquefaction stage 12 ) and a temperature of the refrigerant mixture leaving the precooling stage 2 , which is usually in gaseous form and from an evaporation of the fractions in the heat exchanger stages 11 . 12 and 13 comes. This allows a sufficient pre-cooling of the hydrocarbon-rich stream LG in the pre-cooling stage 11 be ensured without condensate, ie liquid refrigerant mixture in the below-described compressor unit 40 can reach.

Die Regelung 32 unter Verwendung des Entspannungsventils 17 der Verflüssigungsstufe 12 erfolgt nach dem Stand der Technik nach Maßgabe eines Füllstandes in dem unten erläuterten Zwischenabscheider 15, der wiederum seinerseits als Stellgröße für die Regelung der Temperatur des kohlenwasserstoffreichen Stroms LNG am Ausgang der Verflüssigungsstufe 12 (bzw. zwischen Verflüssigungsstufe 12 und Unterkühlungsstufe 13) verwendet wird.The regulation 32 using the expansion valve 17 the liquefaction stage 12 takes place according to the state of the art in accordance with a level in the below explained intermediate separator 15 , in turn, as a control variable for the control of the temperature of the hydrocarbon-rich stream LNG at the output of the liquefaction stage 12 (or between liquefaction stage 12 and subcooling stage 13 ) is used.

Die Regelung 33 unter Verwendung des Entspannungsventils 18 der Unterkühlungsstufe 13 erfolgt nach dem Stand der Technik nach Maßgabe einer Flussrate der die Kompressoreinheit verlassenden schwersiedenden Kältemittelgemischfraktion 21 (zur näheren Erläuterung siehe unten).The regulation 33 using the expansion valve 18 the subcooling stage 13 takes place according to the prior art in accordance with a flow rate of the compressor unit leaving high-boiling refrigerant mixture fraction 21 (for a more detailed explanation see below).

In einer zweistufigen Verdichtereinheit 40 mit einem Motor M wird ein in den Wärmetauscherstufen 11, 12 und 13 sukzessive vollständig verdampftes Kältemittelgemisch 2 in zwei Verdichterstufen 41 und 42 verdichtet und hieraus eine flüssige, schwersiedende Kältemittelgemischfraktion 21 und eine gasförmige Zwischenfraktion 24 erzeugt. Das in den Verdichterstufen 41 und 42 verdichtete Kältemittelgemisch, bzw. seine entsprechenden Anteile, gelangen jeweils in eine Kühleinheit 45 und 46 und nachfolgend in erste und zweite Abscheider 43, 44.In a two-stage compressor unit 40 with a motor M is a in the heat exchanger stages 11 . 12 and 13 successively completely evaporated refrigerant mixture 2 in two compressor stages 41 and 42 compressed and from this a liquid, high-boiling refrigerant mixture fraction 21 and a gaseous intermediate fraction 24 generated. That in the compressor stages 41 and 42 compressed refrigerant mixture, or its corresponding proportions, each arrive in a cooling unit 45 and 46 and subsequently in first and second separators 43 . 44 ,

In einer ersten Verdichterstufe 41 wird das Kältemittelgemisch 20 zunächst vorverdichtet. Eine hiernach in dem ersten Abscheider 43 vorliegende flüssige Fraktion wird als schwersiedede Kältemittelgemischfraktion 21 verwendet. Die in dem ersten Abscheider gasförmig vorliegende Fraktion wird der zweiten Verdichterstufe 42 zugeführt. In der zweiten Verdichterstufe 42 erfolgt eine Verdichtung auf einen höheren Druck. Der entsprechend verdichtete Anteil des Kätemittelgemischs 20 trennt sich in dem zweiten Abscheider 44 in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion. Ein Teil der flüssigen Fraktion kann dem zweiten Abscheider 44 über ein entsprechendes Verdichterventil 47 entnommen und dem ersten Abscheider 43 erneut zugeführt werden. Hierzu wird gemäß dem Stand der Technik eine Füllstandsregelung 37 verwendet. Die gasförmige Fraktion vom Kopf des Abscheiders wird als Zwischenfraktion 24 verwendet. Ferner sind Ventile 48 und 49 vorgesehen, die mit entsprechenden, nicht näher erläuterten Stelleinrichtungen ausgestattet sind. Ein weiterer Abscheider 19 stellt sicher, dass der Verdichtereinheit 40 kein flüssiges Kältemittelgemisch zugeführt wird.In a first compressor stage 41 becomes the refrigerant mixture 20 initially pre-compressed. A little later in the first separator 43 present liquid fraction is called schweresiedede mixed refrigerant fraction 21 used. The fraction which is gaseous in the first separator becomes the second compressor stage 42 fed. In the second compressor stage 42 a compression to a higher pressure takes place. The correspondingly compressed proportion of the Kätemittelgemischs 20 separates in the second separator 44 into a liquid and a gaseous fraction. Part of the liquid fraction may be the second separator 44 via a corresponding compressor valve 47 taken and the first separator 43 be fed again. For this purpose, according to the prior art, a level control 37 used. The gaseous fraction from the head of the separator is called an intermediate fraction 24 used. There are also valves 48 and 49 provided, which are equipped with appropriate, not explained adjusting devices. Another separator 19 Make sure the compressor unit 40 no liquid refrigerant mixture is supplied.

2 zeigt eine Anlage 200 zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms gemäß dem Stand der Technik in alternativer schematischer Darstellung, die der tatsächlichen baulichen Realisierung angelehnt ist. Die in 2 dargestellte Anlage weist die Elemente der Anlage 100, die in 1 dargestellt ist, auf, es kommt jedoch zusätzlich zum Ausdruck, dass die einzelnen Wärmetauscherstufen 11, 12, 13 als Teil einer gemeinsamen Verflüssigungseinrichtung 10, z. B. eines gewickelten Wärmetauschers, bereitgestellt sind. Die Anlage ist stark schematisiert dargestellt, auf eine Darstellung einer Reihe von Komponenten wurde der Übersichtlichkeit halber verzichtet. 2 shows a plant 200 for liquefying a hydrocarbon-rich stream according to the prior art in an alternative schematic representation, which is based on the actual structural realization. In the 2 shown plant has the elements of the system 100 , in the 1 is shown, but it is additionally expressed that the individual heat exchanger stages 11 . 12 . 13 as part of a common liquefaction facility 10 , z. B. a wound heat exchanger are provided. The system is shown in a very schematic manner, but a representation of a number of components has been omitted for the sake of clarity.

3 zeigt die Anlage 100 der 1, die gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrieben wird. Der Betrieb erfolgt unter Verwendung einer Regelung 36, bei der zumindest ein Verhältnis der Flussraten der der Vorkühlstufe 11 zugeführten schwersiedenden Fraktion 21 und der der Unterkühlungsstufe 13 zugeführten leichtsiedenden Fraktion 23 des Kältemittelgemischs 20 als Regelgröße verwendet wird. Als Stellgröße wird, wie erwähnt, ein Füllstand in dem zweiten Abscheider 44 verwendet, der über eine Verstellung des Verdichterventils 47 eingestellt wird. Dies entspricht der erläuterten ersten Alternative der Erfindung, auch als CFRC bezeichnet. 3 shows the plant 100 of the 1 , which is operated according to a particularly preferred embodiment of the invention. Operation takes place using a control 36 in which at least a ratio of the flow rates of the precooling stage 11 fed high-boiling fraction 21 and the subcooling stage 13 supplied low-boiling fraction 23 of the refrigerant mixture 20 is used as a controlled variable. As a manipulated variable, as mentioned, a level in the second separator 44 used, via an adjustment of the compressor valve 47 is set. This corresponds to the illustrated first alternative of the invention, also referred to as CFRC.

Eine weitere Regelung 38 erfolgt auf Grundlage eines Druckverhältnisses der Drücke des Kältemittelgemischs 20 vor der ersten 41 und nach der zweiten 42 Verdichterstufe der Verdichtereinheit 40. Auf Gundlage der Regelung wird die Flussrate der leichten Kältemittelgemischfraktion 23 in der Unterkühlungseinheit 13 über Ventil 18 eingestellt.Another regulation 38 is based on a pressure ratio of the pressures of the refrigerant mixture 20 before the first 41 and after the second 42 Compressor unit compressor stage 40 , Based on the scheme, the flow rate of the light refrigerant mixture fraction 23 in the subcooling unit 13 over valve 18 set.

Die Beeinflussung des der leichtsiedenden Kältemittelgemischfraktion 23 zugeordneten Entspannungsventils 18 und des zur Rückführung der flüssigen Fraktion aus dem zweiten Abscheider 44 in den ersten Abscheider 43 der Abscheidereinheit 40 dienenden Ventils 47 erfolgt damit gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform abweichend vom Stand der Technik, der in 1 dargestellt ist.The influence of the low-boiling refrigerant mixture fraction 23 associated expansion valve 18 and for returning the liquid fraction from the second separator 44 in the first separator 43 the separator unit 40 serving valve 47 takes place according to the in 3 illustrated embodiment differing from the prior art, in 1 is shown.

Ferner erfolgt eine Verstellung des der schwersiedenden Kältemittelgemischfraktion 21 zugeordneten Eintspannungsventils 16, nach Maßgabe einer Regelung 31', auf Grundlage einer Temperatur des Kältemittelgemischs 20 am Ausgang der Vorkühleinheit 11. Die Verstellung des der mittelsiedenden Kältemittelgemischfraktion 22 zugeordneten Entspannungsventils 17 erfolgt, nach Maßgabe einer Regelung 32', auf Grundlage eines Füllstands im Zwischenabscheider 15,Furthermore, an adjustment of the high-boiling refrigerant mixture fraction 21 associated single-voltage valve 16 , according to a regulation 31 ' , based on a temperature of the Refrigerant mixture 20 at the exit of the pre-cooling unit 11 , The adjustment of the medium-boiling refrigerant mixture fraction 22 associated expansion valve 17 carried out in accordance with a regulation 32 ' , based on a level in the intermediate separator 15 .

4 zeigt die Anlage 100 der 1, die gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrieben wird. Hierbei wird, wie zuvor, als Regelgröße das Flussratenverhältnis der leichtsiedenden 23 zu der schwersiedenden 21 Kältemittelgemischfraktion verwendet, jedoch über eine Füllstandseinstellung im Zwischenabscheider 15 eingestellt. Hierzu ist eine Regelung 35 vorgesehen. 4 shows the plant 100 of the 1 , which is operated according to another particularly preferred embodiment of the invention. Here, as before, as a control variable, the flow rate ratio of the low-boiling 23 to the high-boiling 21 Refrigerant mixture fraction used, but via a level adjustment in the intermediate separator 15 set. This is a rule 35 intended.

Zusätzlich wird das Verhältnis der dem zweiten Abscheider 44 der Verdichtereinheit 40 über die Zeit entnommenen Fraktionen, also das Verhältnis der entsprechenden Flussraten, konstant eingestellt. Zu diesem Zweck wird eine Regelung 36' verwendet. Es handelt sich also um die zweite Alternative, die auch mit CF2RC bezeichnet wird. Die Verstellung des der schwersiedenden Kältemittelgemischfraktion 21 zugeordneten Entspannungsventils 16 erfolgt wie in Zusammenhang mit 3 erläutert über eine Regelung 31'.In addition, the ratio of the second separator 44 the compressor unit 40 over the time taken fractions, ie the ratio of the corresponding flow rates, set constant. For this purpose, a scheme 36 ' used. So it's the second alternative, also called CF2RC. The adjustment of the high-boiling refrigerant mixture fraction 21 associated expansion valve 16 takes place as related to 3 explains about a regulation 31 ' ,

5 zeigt Leistungskennlinien einer Anlage zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, die gemäß dem Stand der Technik und gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung betrieben wird. In der oberen Reihe sind in den Graphen A1, A2 und A3 jeweils die Verhältnisse aus Produktstrom FLNG zu einem nominellen Produktstrom FLNG,0 in Prozent auf der Ordinate angegeben. Die untere Reihe zeigt in den Graphen B1, B2 und B3 jeweils einen Durchsatzverlust L in Prozent auf der Ordinate. Mit R/O sind die (theoretischen) Optimalwerte in Form einer durchgezogenen Linie bezeichnet, CONV (senkrechte Kreuze) bezeichnet, wie oben erläutert, Werte, die mittels eines Verfahrens gemäß einer Regelstrategie laut Stand der Technik erhalten werden. Mit CFRC (Dreiecke) und CF2RC (Sterne) sind Werte gemäß der oben erläuterten erfindungsgemäßen Regelstrategien bezeichnet. 5 shows performance characteristics of a plant for liquefying a hydrocarbon-rich stream, which is operated according to the prior art and according to preferred embodiments of the invention. In the upper row, in the graphs A1, A2 and A3, the ratios of product flow F LNG to a nominal product flow F LNG, 0 are indicated in percent on the ordinate. The bottom row shows in graphs B1, B2 and B3, respectively, a percentage loss of flow L on the ordinate. With R / O, the (theoretical) optimum values are denoted by a solid line, CONV (vertical crosses), as explained above, denotes values which are obtained by means of a method according to a control strategy according to the prior art. CFRC (triangles) and CF2RC (stars) denote values according to the control strategies of the invention discussed above.

In der ersten Spalte mit den Graphen A1 und B1 sind die jeweiligen Ordinatenwerte gegen unterschiedliche Umgebungstemperaturen Tamb (in K) auf der Abszisse aufgetragen. Die zweite Spalte mit den Graphen A2 und B2 zeigt die Ordinatenwerte bei unterschiedlichen Sollwerttemperaturen des verflüssigten Erdgases TSP LNG (in K) auf der Abszisse. Die dritte Spalte mit den Graphen A3 und B3 zeigt die Ordinatenwerte bei unterschiedlichen Werten für die Verdichtungsleistung der Kompressoreinheit (in MW). Die Abszissenwerte sind jeweils spaltenweise, die Ordinatenwerte jeweils zeilenweise identisch aufgetragen.In the first column with the graphs A1 and B1, the respective ordinate values are plotted against different ambient temperatures T amb (in K) on the abscissa. The second column with the graphs A2 and B2 shows the ordinate values at different setpoint temperatures of the liquefied natural gas T SP LNG (in K) on the abscissa. The third column with the graphs A3 and B3 shows the ordinate values at different values for the compression capacity of the compressor unit (in MW). The abscissa values are each column by column, the ordinate values in each case are applied identically line by line.

Wie ersichtlich, ermöglichen die vorgeschlagenen Sätze an Regelgrößen für das Verfahren eine verbesserte Betriebsfähigkeit, da hierdurch, im Gegensatz zur herkömmlichen Struktur (CONV), die Ergebnisse über einen weiten Bereich an Störwerten am oder in der Nähe des theoretischen Optimums gehalten werden können.As can be seen, the proposed sets of process variables allow for improved operability since, in contrast to the conventional structure (CONV), the results can be maintained at or near the theoretical optimum over a wide range of disturbances.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Anlage zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen StromsPlant for liquefying a hydrocarbon-rich stream
NGNG
kohlenwasserstoffreicher Stromhydrocarbon-rich stream
LNGLNG
verflüssigter kohlenwasserstoffreicher Stromliquefied hydrocarbon-rich stream
TT
Temperaturgebertemperature sensors
FF
FlussratengeberFlow rate transmitter
LL
Füllstandsgeberlevel sensor
PP
Druckgeberthruster
MM
Motorengine
1010
Verflüssigungseinrichtungliquefier
1111
Vorkühlstufeprecooling
1212
Verflüssigungsstufeliquefaction stage
1313
UnterkühlungsstufeHypothermia stage
1414
Begrenzerventil im ErdgaspfadLimit valve in the natural gas path
1515
Zwischenabscheiderintermediate screen
1616
Entspannungsventil VorkühlstufeExpansion valve pre-cooling stage
1717
Entspannungsventil VerflüssigungsstufeExpansion valve liquefaction stage
1818
Entspannungsventil UnterkühlungsstufeRelaxation valve subcooling stage
1919
Tröpfchenabscheiderdemister
2020
KältemittelgemischRefrigerant mixture
2121
schwersiedende Kältemittelgemischfraktionhigh-boiling refrigerant mixture fraction
2222
mittelsiedende Kältemittelgemischfraktionby means of boiling refrigerant mixture fraction
23 23
leichtsiedende Kältemittelgemischfraktionlow boiling refrigerant mixture fraction
2424
Zwischenfraktionintermediate fraction
31, 31'31, 31 '
Regelung mit Stellgröße Entspannungsventil VorkühlstufeControl with control value expansion valve pre-cooling stage
32, 32'32, 32 '
Regelung mit Stellgröße Entspannungsventil VerflüssigungsstufeControl with control value expansion valve condensing stage
3333
Regelung mit Stellgröße Entspannungsventil UnterkühlungsstufeControl with control value Expansion valve Subcooling stage
3434
Regelung mit Stellgröße BegrenzerventilControl with manipulated variable limiter valve
3535
Regelung Flussratenverhältnis mit Stellgröße Füllstand ZwischenabscheiderControl flow rate ratio with control variable level separator
36, 36'36, 36 '
Regelung Flussratenverhältnis mit Stellgröße Füllstand zweiter AbscheiderControl flow rate ratio with control value level second separator
3737
Regelung mit Stellgröße VerdichterventilControl with manipulated variable compressor valve
3838
Regelung DruckverhältnisControl pressure ratio
4040
Verdichtereinheitcompressor unit
4141
erste Verdichterstufefirst compressor stage
4242
zweite Verdichterstufesecond compressor stage
4343
erster Abscheiderfirst separator
4444
zweiter Abscheidersecond separator
4545
erster Kühlerfirst cooler
4646
zweiter Kühlersecond cooler
4747
VentilValve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ”Self-optimizing control: the missing link between steady-state optimization and control”, Computers and Chemical Engineering 24 (2000) 569–575 [0018] "Self-optimizing control: the missing link between steady-state optimization and control", Computers and Chemical Engineering 24 (2000) 569-575 [0018]
  • ”Near-Optimal Operation by Self-Optimizing Control: From Process Control to Marathon Running and Business Systems”, Computers and Chemical Engineering 19 (2004) 127–137 von Sigurd Skogestad [0018] "Near-Optimal Operation by Self-Optimizing Control: From Process Control to Marathon Running and Business Systems", Computer and Chemical Engineering 19 (2004) 127-137 to Sigurd Skogestad [0018]

Claims (10)

Verfahren zum Betrieb einer Anlage zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms (NG), bei dem der kohlenwasserstoffreichen Strom (NG) schrittweise durch Wärmetausch gegen Fraktionen (21, 22, 23) eines Kältemittelgemischs (20) in einem gemeinsamen Kältemittelgemischkreislauf einer Verflüssigungseinrichtung (10) in einer Vorkühlstufe (11) vorgekühlt, in einer Verflüssigungsstufe (12) verflüssigt und in einer Unterkühlungsstufe (13) unterkühlt wird, wobei • aus in der Vorkühlstufe (11), der Verflüssigungsstufe (12) und der Unterkühlungsstufe (13) sukzessive vollständig verdampftem Kältemittelgemisch (20) mittels einer Verdichtereinheit (40) eine flüssige schwersiedende Fraktion (21) und eine gasförmige zweite Fraktion (24) erzeugt wird, • die schwersiedende Fraktion (21) der Vorkühlstufe (11) zugeführt und dort gegen sich selbst abgekühlt und kälteleistend entspannt wird, • die zweite Fraktion (24) ebenfalls der Vorkühlstufe (11) zugeführt, dort abgekühlt und nach dem Abkühlen in einem der Vorkühlstufe (11) nachgeschalteten Zwischenabscheider (15) in eine flüssige mittelsiedende Fraktion (22) und eine gasförmige leichtsiedende Fraktion (23) fraktioniert wird, • die mittelsiedende Fraktion (22) der Verflüssigungsstufe (12) zugeführt und dort gegen sich selbst abgekühlt und kälteleistend entspannt wird, und • die leichtsiedende Fraktion (23) ebenfalls der Verflüssigungsstufe (12) zugeführt, dort abgekühlt, nach dem Abkühlen der Unterkühlungsstufe (13) zugeführt, und in der Unterkühlungsstufe (13) kälteleistend entspannt wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Regelung (35, 36) betrieben wird, bei der zumindest ein Verhältnis der Flussraten der der Vorkühlstufe (11) zugeführten schwersiedenden Fraktion (21) und der der Unterkühlungsstufe (13) zugeführten leichtsiedenden Fraktion (23) des Kältemittelgemischs (20) als Regelgröße verwendet wird.Process for the operation of a plant for liquefying a hydrocarbon-rich stream (NG), in which the hydrocarbon-rich stream (NG) is gradually transformed by heat exchange against fractions (NG) 21 . 22 . 23 ) of a refrigerant mixture ( 20 ) in a common refrigerant mixture cycle of a liquefying device ( 10 ) in a pre-cooling stage ( 11 ) pre-cooled, in a liquefaction stage ( 12 ) and in a subcooling stage ( 13 ) is supercooled, wherein • off in the pre-cooling stage ( 11 ), the liquefaction stage ( 12 ) and the subcooling stage ( 13 ) successively completely evaporated refrigerant mixture ( 20 ) by means of a compressor unit ( 40 ) a liquid high-boiling fraction ( 21 ) and a gaseous second fraction ( 24 ), • the high-boiling fraction ( 21 ) of the pre-cooling stage ( 11 ) and is cooled down there against itself and is released with a cooling power, • the second fraction ( 24 ) also the pre-cooling stage ( 11 ), cooled there and after cooling in one of the pre-cooling stage ( 11 ) downstream intermediate separator ( 15 ) into a liquid medium-boiling fraction ( 22 ) and a gaseous low-boiling fraction ( 23 ), • the medium-boiling fraction ( 22 ) of the liquefaction stage ( 12 ) and is cooled down there against itself and depressurized, and • the low-boiling fraction ( 23 ) also the liquefaction stage ( 12 ), cooled there, after cooling the subcooling stage ( 13 ), and in the subcooling stage ( 13 ) is released cold-tempered; characterized in that the method by means of a scheme ( 35 . 36 ), wherein at least one ratio of the flow rates of the precooling stage ( 11 ) fed high-boiling fraction ( 21 ) and the subcooling stage ( 13 ) supplied low-boiling fraction ( 23 ) of the refrigerant mixture ( 20 ) is used as a controlled variable. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Verdichtereinheit (40) mit zwei Verdichterstufen (41, 42) verwendet wird, wobei das vollständig verdampfte Kältemittelgemisch (20) zunächst in der ersten Verdichterstufe (41) mit geringerem Druck vorverdichtet, abgekühlt und einem ersten Abscheider (43) zugeführt wird, eine dem ersten Abscheider (43) gasförmig entnommene Fraktion in der zweiten Verdichterstufe (42) mit höherem Druck nachverdichtet, abgekühlt und einem zweiten Abscheider (44) zugeführt wird, eine dem zweiten Abscheider (44) gasförmig entnommene Fraktion als die zweite Fraktion (24) verwendet wird und die dem zweiten Abscheider (44) entnommene flüssige Fraktion zumindest teilweise erneut dem ersten Abscheider (43) zugeführt wird, wobei eine Menge der erneut dem ersten Abscheider (43) zugeführten flüssigen Fraktion mittels eines Abscheiderventils (47) auf Grundlage eines Füllstands der flüssigen Fraktion in dem zweiten Abscheider (44) eingestellt wird und die in dem ersten Abscheider (43) erhaltene flüssige Fraktion als die schwersiedende Fraktion (21) verwendet wird.Method according to Claim 1, in which a compressor unit ( 40 ) with two compressor stages ( 41 . 42 ), wherein the completely evaporated refrigerant mixture ( 20 ) first in the first compressor stage ( 41 ) precompressed at a lower pressure, cooled and a first separator ( 43 ), a first separator ( 43 ) fraction taken off in gaseous form in the second compressor stage ( 42 ) recompressed at higher pressure, cooled and a second separator ( 44 ), a second separator ( 44 ) taken gas fraction as the second fraction ( 24 ) and the second separator ( 44 ) removed liquid fraction at least partially the first separator ( 43 ), wherein an amount of the again the first separator ( 43 ) supplied by means of a Abscheiderventils ( 47 ) based on a liquid fraction level in the second separator ( 44 ) and in the first separator ( 43 ) obtained liquid fraction as the high-boiling fraction ( 21 ) is used. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Regelung (36) das Verhältnis der Flussraten der der Vorkühlstufe (11) zugeführten schwersiedenden Fraktion (21) und der der Unterkühlungsstufe (13) zugeführten leichtsiedenden Fraktion (23) des Kältemittelgemischs (20) als Regelgröße mittels einer Einstellung des Füllstands der flüssigen Fraktion in dem zweiten Abscheider (44) als Stellgröße über eine Stellung des Abscheiderventils (47) als Stellglied regelt.Method according to Claim 2, in which the control ( 36 ) the ratio of the flow rates of the pre-cooling stage ( 11 ) fed high-boiling fraction ( 21 ) and the subcooling stage ( 13 ) supplied low-boiling fraction ( 23 ) of the refrigerant mixture ( 20 ) as a controlled variable by means of an adjustment of the liquid fraction level in the second separator ( 44 ) as a manipulated variable via a position of the separator valve ( 47 ) as an actuator regulates. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zur kälteleistenden Entspannung der schwersiedenden Fraktion (21), der mittelsiedenden Fraktion (22) und der leichtsiedenden Fraktion (23) Entspannungsventile (31, 32, 33) verwendet werden und die Regelung (35) das Verhältnis der Flussraten der der Vorkühlstufe (11) zugeführten schwersiedenden Fraktion (21) und der der Unterkühlungsstufe (13) zugeführten leichtsiedenden Fraktion (23) als Regelgröße mittels einer Einstellung des Füllstands einer flüssigen Fraktion in dem Zwischenabscheider (15) als Stellgröße über eine Stellung des zur Entspannung der mittelsiedenden Fraktion (22) verwendeten Entspannungsventils (17) als Stellglied regelt.Process according to Claim 2, in which the high-boiling fraction ( 21 ), the middle-boiling fraction ( 22 ) and the low-boiling fraction ( 23 ) Expansion valves ( 31 . 32 . 33 ) and the scheme ( 35 ) the ratio of the flow rates of the pre-cooling stage ( 11 ) fed high-boiling fraction ( 21 ) and the subcooling stage ( 13 ) supplied low-boiling fraction ( 23 ) as a controlled variable by means of an adjustment of the level of a liquid fraction in the intermediate separator ( 15 ) as a manipulated variable on a position of the relaxation of the medium-boiling fraction ( 22 ) used relaxation valve ( 17 ) as an actuator regulates. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem zusätzlich eine Regelung (36') verwendet wird, die ein Verhältnis der dem zweiten Abscheider (44) entnommenen und dem ersten Abscheider (43) erneut zugeführten flüssigen Fraktion und der dem zweiten Abscheider (44) in Form der zweiten Fraktion (21) entnommenen gasförmigen Fraktion über eine Stellung des Abscheiderventils (47) konstant hält.Method according to claim 4, in which additionally a regulation ( 36 ' ) is used, which is a ratio of the second separator ( 44 ) and the first separator ( 43 ) re-supplied liquid fraction and the second separator ( 44 ) in the form of the second fraction ( 21 ) removed gaseous fraction via a position of the Abscheiderventils ( 47 ) keeps constant. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich eine Regelung (38) verwendet wird, die ein Verhältnis der Drücke des Kältemittelgemischs (20) vor der ersten Stufe (41) und nach der zweiten Stufe (42) der Verdichtereinheit (40) als Regelgröße mittels eines Durchsatzes der leichtsiedenden Fraktion (23) in der Unterkühlungsstufe (13) über das Entspannungsventil (18) als Stellgröße regelt. Method according to one of the preceding claims, in which additionally a regulation ( 38 ), which is a ratio of the pressures of the refrigerant mixture ( 20 ) before the first stage ( 41 ) and after the second stage ( 42 ) of the compressor unit ( 40 ) as a controlled variable by means of a throughput of the low-boiling fraction ( 23 ) in the subcooling stage ( 13 ) via the expansion valve ( 18 ) as a manipulated variable. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Durchsatz des kohlenwasserstoffreichen Stroms (NG) in der Verflüssigungseinrichtung (10) mittels eines der Unterkühlungsstufe (13) nachgeordneten Begrenzerventils (14) auf Grundlage einer Temperatur des kohlenwasserstoffreichen Stroms (NG) nach der Unterkühlungsstufe (13) eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, in which a throughput of the hydrocarbon-rich stream (NG) in the liquefying device ( 10 ) by means of one of the subcooling stage ( 13 ) downstream limit valve ( 14 ) based on a temperature of the hydrocarbon-rich stream (NG) after the subcooling stage ( 13 ) is set. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Durchsatz des kohlenwasserstoffreichen Stroms (NG) in der Verflüssigungseinrichtung (10) als Gewinnfunktion verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, in which a throughput of the hydrocarbon-rich stream (NG) in the liquefying device ( 10 ) is used as a profit function. Regeleinrichtung für eine Verflüssigungseinrichtung (10) zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms (NG), die zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist, mit Regelmitteln, die dafür ausgebildet sind, zumindest ein Verhältnis der Flussraten der der Vorkühlstufe (11) zugeführten schwersiedenden Fraktion (21) und der der Unterkühlungsstufe (13) zugeführten leichtsiedenden Fraktion (23) des Kältemittelgemischs (20) als Regelgröße zu verwenden.Regulating device for a liquefaction device ( 10 ) for liquefying a hydrocarbon-rich stream (NG), which is arranged to carry out a method according to any one of the preceding claims, with control means which are adapted to at least a ratio of the flow rates of the precooling stage (NG). 11 ) fed high-boiling fraction ( 21 ) and the subcooling stage ( 13 ) supplied low-boiling fraction ( 23 ) of the refrigerant mixture ( 20 ) as a controlled variable. Verflüssigungseinrichtung (10) zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms (NG), die zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist und eine Regeleinrichtung nach Anspruch 9 aufweist.Liquefaction facility ( 10 ) for liquefying a hydrocarbon-rich stream (NG), which is adapted to carry out a method according to one of claims 1 to 8 and having a control device according to claim 9.
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DE102016003588A1 (en) * 2016-03-23 2017-09-28 Linde Aktiengesellschaft Process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction
RU2811216C1 (en) * 2023-06-23 2024-01-11 Игорь Анатольевич Мнушкин Method for natural gas liquefaction

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