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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verflüssigung eines stickstoffreichen Einsatzstroms durch Verdichten und Abkühlen.
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Stand der Technik
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In den vergangenen Jahrzehnten hat sich Erdgas weltweit als drittwichtigster Primärenergieträger nach Erdöl und Kohle etabliert. 2004 betrug der Anteil von Erdgas am weltweiten Primärenergiebedarf rund 21%. Zahlreiche Studien prognostizieren Erdgas zukünftig ein deutliches Wachstum im Vergleich zu anderen Energieträgern.
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Der Transport von Erdgas erfolgt zunehmend in flüssiger Form, weil es in diesem Aggregatzustand nur ein Sechshundertstel seines Ausgangsvolumens einnimmt. Die Erdgasverflüssigung erfolgt beispielsweise in Offshoreanlagen, der Transport in Tankschiffen. Flüssigerdgas (Liquefied Natural Gas, LNG) ist das leichteste der üblicherweise eingesetzten verflüssigten Gase, die ferner sogenannte Natural Gas Liquids (NGL, überwiegend Ethan mit Anteilen von Propan) und Liquefied Petroleum Gas (LPG, überwiegend Propan mit signifikanten Anteilen Butan) umfassen. LNG ist hinsichtlich seiner Komponenten nicht standardisiert, weist jedoch überwiegend Methan auf. Dieses definiert den Siedepunkt von LNG bei Atmosphärendruck von ca. –160°C.
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Zur Verflüssigung von Erdgas sind, hauptsächlich für die Verdichtung, beträchtliche Energiemengen erforderlich. Andererseits wird jedoch, beispielsweise in Kraftwerken, Erdgas im gasförmigen Aggregatzustand verfeuert. Daher muss LNG vor der Verwendung üblicherweise rückverdampft und auf Umgebungstemperatur erwärmt werden. Eine effiziente Nutzung der hierbei freiwerdenden Verdampfungskälte ist wünschenswert, um damit zumindest einen Teil der zuvor bei der Verflüssigung aufgewandten Energie zurückgewinnen zu können.
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Es ist bekannt, beispielsweise aus Luftzerlegungsanlagen stammenden Stickstoff durch Verdichten und Abkühlen gegen verdampfendes LNG zu verflüssigen.
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Die größte Kältemenge zur Verflüssigung kann dem LNG dabei dann entnommen werden, wenn dieses auf Atmosphärendruck verdampft wird. Dies ist jedoch nicht immer sinnvoll, insbesondere dann nicht, wenn das gasförmige Erdgas in ein Leitungsnetz eingespeist werden soll. In diesem Fall ist stets ein gewisser Leitungsdruck (Transportdruck) erforderlich. Dieser Transportdruck liegt über dem Atmosphärendruck, überschreitet jedoch in der Regel 7 bar nicht. In anderen Einsatzbereichen werden Enddrücke von z. B. 50 bar benötigt. In diesen Fällen ist es sinnvoll, das LNG mittels einer Kombination von Erwärmung und Expansion nicht auf Atmosphärendruck, sondern nur den jeweils erforderlichen Enddruck zubringen, um nachfolgend eine erneute Verdichtung zu vermeiden. Bei Enddrücken von LNG oberhalb ca. 50 bar ist es energetisch sinnvoll, den zu verflüssigenden Stickstoff überkritisch abzukühlen, d. h. auf Temperatur- bzw. Druckwerte zu bringen, die oberhalb des kritischen Punkts liegen.
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In derartigen Fällen ist die Eintrittstemperatur des LNG in einer entsprechenden Anlage erhöht. Daher reicht häufig die durch das LNG bereitstellbare Kühlleistung nicht aus, um den Stickstoff auf die gewünschten Temperaturen zu kühlen.
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Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, verbesserte Möglichkeiten zur Verflüssigung stickstoffreicher Einsatzströme zu schaffen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verflüssigung eines stickstoffreichen Einsatzstroms durch Verdichten und Abkühlen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verflüssigung eines stickstoffreichen Einsatzstroms durch Verdichten und Abkühlen umfasst, zum Abkühlen des stickstoffreichen Einsatzstroms wenigstens einen ersten Wärmetauscher, in dem als Kältemittel zumindest ein methanreicher Strom eingesetzt wird, und wenigstens einen zweiten Wärmetauscher, in dem als Kältemittel zumindest ein Teil einer verflüssigten Fraktion des stickstoffreichen Einsatzstroms eingesetzt wird, zu verwenden. Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, den zumindest einen zweiten Wärmetauscher auch mit einer bereits verflüssigten Fraktion, die aus dem Einsatzstrom erhalten wird, zu betreiben.
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Wie unten näher ausgeführt, ist das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise als Kreislaufprozess realisiert, wobei der stickstoffreiche Einsatzstrom in den Kreislaufprozess eingespeist wird und diesem kontinuierlich Anteile durch entsprechendes Abzweigen von Teilströmen entnommen werden können. Ein nachfolgend als ”Hauptstrom” bezeichneter Fluidstrom, in den der stickstoffreiche Einsatzstrom eingespeist wird, wird dabei verdichtet und zunächst durch den ersten und anschließend durch den wenigstens einen zweiten Wärmetauscher geführt. Vor, zwischen und nach dem ersten und/oder dem wenigstens einen zweiten Wärmetauscher können Teilströme abgezweigt und beispielsweise als Produktströme entnommen und/oder als Kältemittel in die Wärmetauscher zurückgeführt werden. Jeder Teilstrom wird dabei letztlich ”aus dem Einsatzstrom” erhalten, selbst wenn er nicht direkt hieraus abgezweigt wurde.
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Auch die verflüssigte Fraktion entstammt wenigstens einem derartigen abgezweigten Teilstrom. Der wenigstens eine Teilstrom kann dabei an unterschiedlichen Positionen stromab des wenigstens einen zweiten Wärmetauschers abgezweigt werden. Die zur Verflüssigung erforderliche Kälte wird jeweils durch Entspannung erzeugt. Der wenigstens eine Teilstrom kann von dem Hauptstrom bei hohem Druck direkt stromab des wenigstens einen zweiten Wärmetauschers abgezweigt und unabhängig von dem Hauptstrom oder von weiteren Teilströmen entspannt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Teilstrom aber auch von einem hier als ”Entnahmestrom” bezeichneten, von dem Hauptstrom abgezweigten Teilstrom abgezweigt werden. Der Entnahmestrom wird zuvor insgesamt in einer geeigneten Entspannungseinrichtung, beispielsweise einem Flüssigkeitsexpander (Dense Liquid Expander, DLE) wie unten erläutert, entspannt. Der Teilstrom seinerseits muss daher nicht mehr oder nur noch in geringerem Umfang entspannt werden. Der Rest des Entnahmestroms kann beispielsweise als Flüssigstickstoffprodukt dem Kreislauf entnommen werden.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wird also Einsatzstromzusätzlich zu dem methanreichen Strom, z. B. LNG, eine verflüssigte Fraktion des stickstoffreichen Einsatzstroms als Kältemittel eingesetzt. Da diese aus dem stickstoffreichen Einsatzstrom erhalten wurde, weist sie eine deutlich niedrigere Temperatur als der methanreiche Strom auf. Dies ermöglicht eine effizientere Abkühlung eines entsprechenden Stroms, beispielsweise bevor dieser als Entnahmestrom weiteren Vorrichtungen, beispielsweise einem Flüssigkeitsexpander, zugeführt wird.
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Wie eingangs erwähnt, ist bei Verwendung hoher LNG-Drücke auch die Eintrittstemperatur des LNG hoch, so dass durch eine reine Gasphase der stickstoffreiche Strom gegebenenfalls nicht weit genug abgekühlt bzw. unterkühlt werden kann. Die Erfindung eignet sich daher in besonderer Weise für Verfahren, in denen Flüssigkeitsexpander zur Bereitstellung weiterer Kälteleistung eingesetzt werden.
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Ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einer ”Verflüssigung” die Rede, sei darunter nicht nur eine vollständige Verflüssigung verstanden. Die Erfindung deckt auch eine Teilverflüssigung entsprechender stickstoffreicher Einsatzströme ab.
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Ein ”stickstroffreicher Einsatzstrom” ist ein Gas oder Gasgemisch, das im Wesentlichen aus Stickstoff besteht oder einen beträchtlichen Anteil Stickstoff aufweist. Entsprechende stickstoffreiche Einsatzströme können beispielsweise aus einer Tieftemperaturzerlegung von Luft stammen und weisen in diesem Fall noch Anteile von Edelgasen, insbesondere Helium und Neon, sowie Sauerstoff auf. Weitere Gase können einem stickstoffreichen Einsatzstrom ebenso enthalten sein. Vorteilhafterweise ist ein stickstoffreicher Einsatzstrom jedoch weitgehend frei von Kohlendioxid und/oder Wasser, um ein Zusetzen von Wärmetauschern bei der Verflüssigung eines entsprechenden Einsatzstroms zu vermeiden.
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Von dem Begriff ”Wärmetauscher” seien im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch explizit Wärmetauschstufen umfasst, die als Teil einer baulich zusammengefassten Wärmetauschereinheit vorgesehen sind. Diese können auch jeweils in Reihe und/oder parallel geschaltet werden.
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In einem entsprechenden Wärmetauscher werden ein oder mehrere Kältemittel eingesetzt. Der Begriff ”Kältemittel” umfasst im Rahmen dieser Anmeldung dabei sämtliche Ströme, die entgegen dem genannten Hauptstrom durch den ersten und/oder den wenigstens einen zweiten Wärmetauscher geführt werden. Hierbei handelt es sich um den kohlenwasserstoffreichen Strom, aber auch flüssige und gasförmige Fraktionen, die aus dem stickstoffreichen Einsatzstrom erhalten werden. Letztere stellen Kältemittel in einem offenen Kältemittelkreislauf dar.
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Die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile umfassen auch einen sehr viel stabileren Betrieb einer entsprechenden Anlage, weil eine Einspeisung von flüssigem Stickstoff in einen Wärmetauscher dort herkömmlicherweise auftretende Temperaturschwankungen und damit thermische Spannungen weitgehend vermeidet. Gegenüber einem reinen Gasbetrieb kann daher ein sehr viel zuverlässiger Betrieb einer entsprechenden Anlage bewirkt werden. Die Lebensdauer wird aufgrund der geringeren thermischen Spannungen und der damit reduzierten mechanischen Belastungen signifikant verlängert.
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In dem zumindest einen zweiten Wärmetauscher kann neben der verflüssigten Fraktion vorteilhafterweise auch zumindest ein Teil einer gasförmigen Fraktion des Einsatzstroms als Kältemittel eingesetzt werden. Beispielsweise können die verflüssigte und die gasförmige Fraktion aus dem bei dem hohen Druck von dem Hauptstrom abgezweigten Teilstrom erzeugt werden, indem dieser in einem Entspannungsventil entspannt wird. Hierdurch erfolgt eine teilweise Verflüssigung. Die Temperatur der erhaltenen gasförmigen Fraktion weist jedoch ebenfalls eine verringerte Temperatur auf und kann zur Abkühlung eingesetzt werden. Die verflüssigte und die gasförmige Fraktion können jedoch auch aus einem Teilstrom erhalten werden, der von dem insgesamt entspannten und hierdurch abgekühlten Entnahmestrom abgezweigt wird. Eine derartige Entspannung kann dabei in einer geeigneten Entspannungseinrichtung, beispielsweise in dem erwähnten Flüssigkeitsexpander, erfolgen. Der Teilstrom kann in diesem Fall stromab, vorzugsweise am oder nahe dem Ausgang des Flüssigkeitsexpanders, abgezweigt werden. Auch können beide Alternativen realisiert sein, d. h. ein erster Teilstrom kann stromauf und ein zweiter Teilstrom stromab des Flüssigkeitsexpanders abgezweigt werden.
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Wie ebenfalls erwähnt, kann in einem entsprechenden Verfahren als methanreicher Strom vorteilhafterweise in verflüssigter Form bereitgestelltes Erdgas verwendet werden. Das Verfahren kann daher insbesondere zur erläuterten Energierückgewinnung bei der Rückverdampfung von LNG eingesetzt werden. Die Erfindung kann jedoch mit jedem methanreichen Kälteträger arbeiten. Beispielsweise kann verflüssigtes Pyrolyse- und/oder Biogas eingesetzt werden. Ein entsprechend einsetzbarer methanreicher Strom weist zumindest eine Menge an Methan auf, die den Siedepunkt definiert.
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Das Verfahren eignet sich in besonderer Weise für Fälle, in denen der methanreiche Strom einen hohen Druck aufweist oder mit einem hohen Druck erzielt wird, weil durch die Verwendung von flüssigem Stickstoff eine Kälteleistung bereitgestellt werden kann, die durch den methanreichen Strom alleine nicht erzielbar ist. So können beispielsweise methanreiche Ströme mit einem Druck von wenigstens 5, 10, 20, 30, 40 oder 50 bar zum Abkühlen des Einsatzstroms verwendet werden.
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Somit eignet sich das Verfahren in besonderer Weise für den Betrieb mit einem Flüssigkeitsexpander. Über diesen kann die jeweils erforderliche Spitzenkälte erzeugt und damit Verdichterleistung eingespart werden. Eine Entspannung über entsprechende Expander anstelle von Ventilen erhöht bekanntermaßen die thermische Leistung. Im Ergebnis kann die Flüssiggasproduktion bei gleichem Kompressionsaufwand um mehrere Prozentpunkte gesteigert werden. Mit anderen Worten müssen die Verdichter bzw. Verdichterstufen in einer entsprechenden Anlage mit geringerer Leistung betrieben werden, wenn ein entsprechender Flüssigkeitsexpander vorgesehen ist. Wie erläutert, kann auch aus dem in dem Flüssigkeitsexpander entspannten Entnahmestrom ein Teilstrom abgezweigt und zur Kühlung in dem wenigstens einen zweiten Wärmetauscher verwendet werden. Ein verbleibender Anteil des Entnahmestroms kann beispielsweise als Flüssiggasprodukt abgegeben werden.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Verdichtung mittels eines Verdichters und/oder entsprechender Stufen eines Stufenverdichters, wobei jeweils eine Zwischenkühlung mittels der genannten Wärmetauscher erfolgt. Dies ermöglicht eine besonders energieeffiziente und vollständige Abkühlung bei maximaler Ausnutzung der durch den jeweiligen Kälteträger bereitgestellten Kälte.
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Insbesondere erweist sich als vorteilhaft, den wenigstens einen Verdichter und/oder den Stufenverdichter sowie den wenigstens einen ersten und den wenigstens einen zweiten Wärmetauscher in Form wenigstens eines Kühlkreislaufs zu betreiben, aus welchem jeweils ein verflüssigter Anteil des Einsatzstroms entnommen werden kann. Entsprechende Kühlkreisläufe sind grundsätzlich bekannt und beispielsweise in der
US 5,137,558 A dargestellt. Ein stickstoffreicher Einsatzstrom durchläuft in derartigen Kühlkreisläufen als Hauptstrom mehrmals entsprechende Kompressoren und Wärmetauscher und wird hierbei sukzessive abgekühlt. Eine verflüssigte Fraktion kann kontinuierlich entnommen werden, die Menge an entnommenem, verflüssigtem Einsatzstrom wird durch eine entsprechende Einspeisung ausgeglichen. Dies ermöglicht eine konstante Bereitstellung entsprechender Produkte.
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Wie eingangs erläutert, ist es aus energetischen Gründen insbesondere sinnvoll, den stickstoffreichen Einsatzstrom jeweils auf einen Druck und eine Temperatur oberhalb des kritischen Punkts von Stickstoff zu verdichten und abzukühlen. Der Druck des stickstoffreichen Einsatzstromes wird dabei dem Druck des methanreichen Stroms, z. B. von LNG, angepasst. Hierdurch können die maximal auftretenden Temperaturdifferenzen im Wärmeaustauscher minimiert werden. Je geringer die maximale Temperaturdifferenz, desto geringer sind der Energieverbrauch und die thermischen Spannungen. Eine entsprechende Anlage ist damit energieeffizienter und langlebiger.
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Die Menge der dem zumindest einen zweiten Wärmetauscher als Kälteträger zugeführten verflüssigten Fraktion des Einsatzstroms wird vorteilhafterweise mittels wenigstens eines Ventils, das stromab des jeweiligen Abzweigs des wenigstens einen Teilstroms, d. h. stromab des zumindest einen zweiten Wärmetauschers, der den Kälteträger zuvor abgekühlt hat, und/oder stromab der Entspannungseinrichtung, die den Entnahmestrom entspannt, in einer entsprechenden Leitung für den wenigstens einen Teilstrom vorgesehen ist, eingestellt. Hierdurch wird ermöglicht, eine definierte Menge in den jeweiligen Wärmetauscher zurückzuführen und damit dessen Kälteleistung gezielt anzupassen. Temperaturschwankungen können hierdurch vermieden werden. Über ein entsprechendes Ventil kann auch ein entsprechender Teil des Einsatzstroms entspannt werden, so dass sich ein definierter Teil verflüssigt.
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Zur Bereitstellung verflüssigter und gasförmiger Fraktionen des Einsatzstroms kann vorteilhafterweise auch wenigstens ein Abscheider verwendet werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass dem Wärmetauscher beispielsweise die verflüssigte Fraktion des Einsatzstroms ohne nennenswerte Anteile gasförmiger Komponenten zugeführt wird, so dass stets eine definierte Kälteleistung in den Wärmetauscher eingebracht wird. Ein entsprechender Abscheider kann als Pufferbehälter betrieben werden, so dass stets eine ausreichende Menge der verflüssigten Fraktion vorliegt. Ein derartiger Abscheider kann auch einem erläuterten Entspannungsventil nachgeschaltet sein.
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In einem entsprechenden Verfahren erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn auch dem wenigstens einen ersten Wärmetauscher zumindest ein Teil einer verflüssigten Fraktion des stickstoffreichen Einsatzstroms zugeführt wird. Wie bereits zuvor erläutert, ist durch die Verwendung der verflüssigten Fraktion ein sicherer Betrieb des zumindest einen zweiten Wärmetauschers unter weitgehender Vermeidung von Temperaturschwankungen möglich. Dies kann auch in dem wenigstens einen ersten Wärmetauscher bewirkt werden, auch wenn damit nicht unmittelbar energetische Vorteile erzielt werden sollten. Als besonders vorteilhaft erweist sich in diesem Zusammenhang die Einstellung einer Menge der verflüssigten Fraktion auf Grundlage festgestellter und/oder prognostizierter Temperaturen. Dies kann beispielsweise unter Berücksichtigung von Außentemperaturen, Volumenströmen, Druckänderungen und dergleichen erfolgen. Hierzu kann eine Regelung vorgesehen sein. Insbesondere Temperaturschwankungen, die sich auf die Lebensdauer der verwendeten Wärmetauscher negativ auswirken können, lassen sich hierdurch sicher vermeiden. Hierbei kann auf aufwendige bauliche Maßnahmen und eine entsprechend Regelungstechnik verzeichtet werden.
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Eine Vorrichtung zur Verflüssigung eines stickstoffreichen Einsatzstroms ist zur Durchführung eines zuvor erläuterten Verfahrens ausgebildet. Sie weist zum Abkühlen des stickstoffreichen Einsatzstroms wenigstens einen ersten Wärmetauscher, in dem ein methanreicher Strom als Kältemittel einsetzbar ist, und wenigstens einen zweiten Wärmetauscher, in dem zumindest ein Teil einer verflüssigten Fraktion des stickstoffreichen Einsatzstroms als Kältemittel einsetzbar ist, auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst vorteilhafterweise die zuvor bereits im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläuterten Elemente und profitiert daher auch von den bereits genannten Vorteilen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert, die Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
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2 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine Vorrichtung 100 zur Verflüssigung eines stickstoffreichen Einsatzstroms gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt.
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Ein Einsatzstrom GAN, z. B. ein stickstoffreicher Strom aus einer Luftzerlegungsanlage, wird in der Anlage verdichtet und abgekühlt, so dass der Anlage letztlich ein verflüssigtes Produkt LIN entnommen werden kann.
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Die Abkühlung erfolgt in Form eines Kreislaufs, in den der Einsatzstrom GAN kontinuierlich eingespeist wird. In den Kreislauf sind ein erster Wärmetauscher HX1 und ein zweiter Wärmetauscher HX2 eingebunden. Der erste Wärmetauscher HX1 wird im Gegenstrom von einem verflüssigten und/oder verdampfenden Kälteträger LNG, z. B. Flüssigerdgas, als Kältemittel durchströmt, das einen zuvor erläuterten Druck aufweisen kann. Die beiden Wärmetauscher HX1 und HX2 können jeweils aus einem oder mehreren Apparaten (parallel und/oder in Serie) bestehen. Ein einzelner Wärmetauscher mit entsprechenden Stufen HX1 bzw. HX2 kann ebenfalls verwendet werden.
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Der Kreislauf zur Abkühlung des Einsatzstroms GAN umfasst ferner einen ersten Verdichter C1 und einen zweiten Verdichter C2. Die Verdichter C1 und C2 können auch als Verdichterstufen eines Stufenverdichters ausgebildet sein.
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Ein im Rahmen dieser Anmeldung als ”Hauptstrom” bezeichneter Strom wird in dem Verdichter oder der Verdichterstufe C2 komprimiert und durchläuft dann zunächst den ersten Wärmetauscher HX1. Ein Teilstrom des dort abgekühlten Hauptstroms kann mittels eines ersten Ventils V1 abgezweigt und einem ersten Abscheider S1 zugeführt werden.
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Da die in der 1 dargestellte Vorrichtung in Form eines Kreislaufs betrieben wird, liegt bereits ein Teil des Hauptstroms in verflüssigter oder teilweise verflüssigter Form vor. Gegebenenfalls erfolgt auch eine Entspannung über das Ventil V1. Daher scheidet sich eine verflüssigte Fraktion L am Boden des Abscheiders S1 ab. Vom Kopf des Abscheiders kann eine gasförmige Fraktion G entnommen werden. Sowohl die verflüssigte Fraktion L als auch die gasförmige Fraktion G können dem Abscheider S1 entnommen und dem ersten Wärmetauscher HX1 im Gegenstrom zugeführt werden. Die verflüssigte Fraktion kann beispielsweise nach dem Verdampfen in dem Wärmetauscher HX1 mit der gasförmigen Fraktion G vereinigt werden. Die vereinigten Fraktionen können anschließend in den zweiten Verdichter C2 – bzw. eine zweite Verdichterstufe C2 eines entsprechenden Stufenverdichters – eingespeist werden. Durch die Einspeisung der entsprechenden Fraktion(en) G, L in den ersten Wärmetauscher HX1 können, wie erläutert, dort Temperaturschwankungen ausgeglichen werden.
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Ein nicht über das erste Ventil V1 abgezweigter Anteil des in dem ersten Wärmetauscher HX1 abgekühlten Hauptstroms durchläuft den zweiten Wärmetauscher HX2. In entsprechender Weise kann nach dem zweiten Wärmetauscher HX2 über ein zweites Ventil V2 erneut ein Anteil des dort abgekühlten Einsatzstroms GAN abgezweigt und in einem zweiten Abscheider S2 in eine verflüssigte Fraktion L und eine gasförmige Fraktion G aufgetrennt werden. Beide Fraktionen durchlaufen den zweiten Wärmetauscher HX2 im Gegenstrom und werden in Verdichter bzw. Verdichterstufe C1 eingespeist. Zuvor können die Fraktionen – gegenbenenfalls nach Verdampfen der verflüssigten Fraktion L und Vereinigung mit der gasförmigen Fraktion G – noch den ersten Wärmetauscher HX1 durchlaufen und dort ebenfalls zur Kühlung beitragen. Die Einspeisung insbesondere der verflüssigten Fraktion L in den zweiten Wärmetauscher HX2 ermöglicht eine Kühlung, die durch den methanreichen Strom LNG alleine, insbesondere bei hohem Druck, nicht erzielbar wäre.
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Die Vorrichtung kann einen Flüssigkeitsexpander E aufweisen, der vorteilhafterweise dazu eingerichtet ist, eine dichte Flüssigkeit zu entspannen. Über diesen kann, wie erläutert, die jeweils erforderliche Spitzenkälte erzeugt und damit Verdichterleistung eingespart werden. Hierbei kann vorteilhafterweise, wie aus 1 ersichtlich, auch nur jeweils ein Teilstrom abgezweigt und entspannt werden, im Rahmen dieser Anmeldung als ”Entnahmestrom” bezeichnet. Der Hauptstrom kann hingegen auf hohem Druck bleiben. Wurde durch diese Abkühlung die Temperatur des Einsatzstroms weit genug abgesenkt, kann der Druck über den genannten Expander abgebaut und eine niedrigere Austrittstemperatur erreicht werden. In dem erläuterten Kreislauf können beliebige Anteile zurückzuführender, zu entnehmender und/oder als Kältemittel zu verwendender Teilströme über die Ventile V1 bis V3 eingestellt werden, so dass die jeweils erforderlichen Temperaturen präzise und zuverlässig eingstellt werden können.
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In 2 ist eine Vorrichtung 100 zur Verflüssigung eines stickstoffreichen Einsatzstroms gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt.
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Die Vorrichtung 200 verfügt über die wesentlichen Komponenten der Vorrichtung 100, welche mit identischen Bezugszeichen wie dort angegeben sind, und wird in vergleichbarer Weise betrieben.
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Im Unterschied zu der Vorrichtung 100 wird in der Vorrichtung 200 jedoch ein Teilstrom des Entnahmestroms stromab des Flüssigkeitsexpanders E abgezweigt und über ein Ventil V4 in den Abscheider S2 geleitet. Da die wesentliche Entspannung bereits in dem Flüssigkeitsexpander E erfolgt ist, kann das Ventil V4 auch entfallen bzw. nur noch zur Regelung einer Durchflussmenge eingesetzt werden.
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Die in der 2 bezüglich der Vorrichtung 200 gezeigte Anordnung erweist sich in Anlagen als besonders vorteilhaft, welche bereits von Hause aus über entsprechende Flüssigkeitsexpander E verfügen, weil dann die bessere Effizienz eines solchen Flüssigkeitsexpanders E ausgenutzt werden kann.
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Wie erwähnt, lassen sich die in der 1 bezüglich der Vorrichtung 100 und die in der 2 bezüglichd der Vorrichtung 200 gezeigten Lösungen auch kombinieren, so dass sowohl direkt stromab des zweiten Wärmetauschers HX2 als auch stromab des Flüssigkeitsexpanders E Teilströme abgezweigt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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