DE102014018412A1 - Abfackelfreies Anfahren eines Erdgasverflüssigungsprozesses - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses, der der Verflüssigung eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere von Erdgas, dient, beschrieben, wobei der Verflüssigungsprozess wenigstens einen Kältekreislauf umfasst, gegen dessen anzuwärmendes Kältemittel der Kohlenwasserstoff-reiche Strom im indirekten Wärmetausch in wenigstens einem Wärmetauscher abgekühlt wird (Normalbetrieb). Erfindungsgemäß wird während der Inbetriebnahme des Verflüssigungsprozesses und so lange der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom nicht spezifikationsgerecht aus dem Verflüssigungsprozess abgegeben werden kann, wenigstens ein auf einem geeigneten Temperaturniveau befindlicher Kältemittelteilstrom anstelle des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes durch den wenigstens einen Wärmetauscher in einer Menge geführt, die während der Inbetriebnahme kontrolliert wird und die bei Erreichen des Normalbetriebes so bemessen ist, dass sie die im Normalbetrieb durch den zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom in den Kältekreislauf eingebrachte Wärmemenge kompensiert, und dem wenigstens einen Wärmetauscher wird der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom erst dann zugeführt, wenn eine spezifikationsgerechte Abgabe des verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes aus dem Verflüssigungsprozess möglich ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses, der der Verflüssigung eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere von Erdgas, dient, wobei der Verflüssigungsprozess wenigstens einen Kältekreislauf umfasst, gegen dessen anzuwärmendes Kältemittel der Kohlenwasserstoff-reiche Strom im indirekten Wärmetausch in wenigstens einem Wärmetauscher abgekühlt wird (Normalbetrieb).
  • Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl unterschiedlichster Konzepte zur Verflüssigung Kohlenwasserstoff-reicher Ströme, insbesondere von Erdgas, bekannt. Ihnen allen ist gemein, dass dem zu verflüssigenden (Erdgas)Strom Wärme entzogen wird, um ihn zu verflüssigen. Um dies zu erreichen, ist eine Wärmesenke in Form eines kalten Prozessstromes erforderlich, der üblicherweise durch einen im Regelfall geschlossenen Kältekreislauf zur Verfügung gestellt wird. Dazu muss das im Kältekreislauf zirkulierende Kältemittel selbst ebenfalls abgekühlt werden, bevor es als Wärmesenke benutzt werden kann. Der Wärmeentzug findet in einem oder mehreren Wärmetauschern statt, in dem bzw. in denen die Wärme zwischen dem zu verflüssigenden Strom und dem Kältemittel des Kältekreislaufes indirekt übertragen wird.
  • Als Wärmetauscher finden insbesondere Aluminium-Plattenwärmetauscher oder sogenannte gewickelte Wärmetauscher Anwendung. Diese Bauformen stellen sogenannte Mehrstromwärmetauscher dar. Dies bedeutet, dass diese Apparate für mehr als zwei Prozessströme, die im Wärmeaustausch stehen, gebaut werden können. Dieser Vorteil wird bei einer Vielzahl von Erdgasverflüssigungsverfahren genutzt, indem der Wärmeaustausch von abzukühlenden Kältemittelströmen und abzukühlenden, Kohlenwasserstoff-reichen Strömen sowie anzuwärmenden Kältemittelströmen in einem Wärmetauscher vollzogen wird.
  • Im Regelfall ist es jedoch nicht möglich, den Wärmetauscher ohne den abzukühlenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom zu betreiben, da dieser erforderlich ist, um die Wärmebilanz zu schließen. Bei einem Betrieb ohne den abzukühlenden Strom würde sich ein aufgrund eines unkontrollierten Abkühlens unerwünschter Betriebszustand einstellen, der unter anderem zu einer hohen mechanischen Belastung bis hin zur Überlastung des Wärmetauschers führen könnte. Aus den vorgenannten Gründen ist es im Regelfall nicht möglich, den Wärmetauscher bzw. die Verflüssigungsanlage ohne Zuführung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes anzufahren, also in einen betriebsbereiten Zustand zu versetzen, ohne den Apparat hohen mechanischen Belastungen auszusetzen. Da während dieser sogenannten Kaltfahrprozedur der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom nicht spezifikationsgerecht abgegeben werden kann, muss er im Regelfall über einen längeren Zeitraum ungenutzt abgefackelt werden. Analoge Überlegungen gelten für kurzzeitige Betriebsunterbrechungen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses, der der Verflüssigung eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere von Erdgas, dient, anzugeben, das die vorgenannten Nachteile während des Anfahrbetriebes, aber auch während einer Betriebsunterbrechung vermeidet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während der Inbetriebnahme des Verflüssigungsprozesses und so lange der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom nicht spezifikationsgerecht aus dem Verflüssigungsprozess abgegeben werden kann, wenigstens ein auf einem geeigneten Temperaturniveau befindlicher Kältemittelteilstrom anstelle des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes durch den wenigstens einen Wärmetauscher in einer Menge geführt wird, die während der Inbetriebnahme kontrolliert, vorzugsweise fortlaufend kontrolliert wird, und die bei Erreichen des Normalbetriebes so bemessen ist, dass sie die im Normalbetrieb durch den zu verflüssigenden Kohlenwasserstoffreichen Strom in den Kältekreislauf eingebrachte Wärmemenge kompensiert, und dem wenigstens einen Wärmetauscher der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom erst dann zugeführt wird, wenn eine spezifikationsgerechte Abgabe des verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes aus dem Verflüssigungsprozess möglich ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses weiterbildend wird vorgeschlagen, dass während einer Betriebsunterbrechung des Verflüssigungsprozesses und so lange der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom nicht spezifikationsgerecht aus dem Verflüssigungsprozess abgegeben werden kann, wenigstens ein auf einem geeigneten Temperaturniveau befindlicher Kältemittelteilstrom anstelle des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes durch den wenigstens einen Wärmetauscher in einer Menge geführt wird, dass die im Normalbetrieb durch den zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom in den Kältekreislauf eingebrachte Wärmemenge durch den Kältemittel-Teilstrom kompensiert wird.
  • Der Wärmetauscher wird dadurch betriebsbereit gehalten und dem wenigstens einen Wärmetauscher kann der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom kann unmittelbar wieder zugeführt werden, wenn eine spezifikationsgerechte Abgabe des verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes aus dem Verflüssigungsprozess möglich ist.
  • Erfindungsgemäß wird nunmehr anstelle des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoffreichen Stromes ein auf einem geeigneten Temperaturniveau befindlicher Kältemittelteilstrom durch den wenigstens einen Wärmetauscher geführt. Dies hat zur Folge, dass die während der Inbetriebnahme erfolgende Abkühlung des Wärmetauschers bis zu seinem betriebsbereiten Zustand ohne Zuhilfenahme des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes erfolgen kann und dieser folglich nicht abgefackelt werden muss. Im Falle einer Betriebsunterbrechung verbleibt der Wärmetauscher in einem betriebsbereiten Zustand. Die Zuführung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes kann daher während dieser Zeit problemlos unterbrochen werden und nach der Unterbrechung unmittelbar wieder zugeführt werden, was ebenfalls zur Folge hat, dass ein unerwünschtes Abfackeln vermieden werden kann. Die erstmalige oder erneute Zuführung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes zu dem Wärmetauscher erfolgt erst dann, wenn dieser soweit abgekühlt ist, dass eine spezifikationsgerechte Abgabe des verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes aus dem Verflüssigungsprozess möglich ist.
  • Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist es erforderlich, dass bei dem in Rede stehenden Wärmetauscher konstruktiv die Möglichkeit geschaffen wird, dass der vorbeschriebene Kältemittelteilstrom anstelle des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes durch den Wärmetauscher geführt werden kann. Sollte der Kältemittelteilstrom dabei die im Normalbetrieb von dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom genutzten Passagen des Wärmetauschers nutzen können, sind im Regelfall keine konstruktiven Maßnahmen erforderlich. Erforderlich sind jedoch in jedem Falle zusätzliche Leitungen mit Instrumentierung, über die der ersatzweise durch den Wärmetauscher geführte Kältemittelteilstrom aus dem Kältekreislauf abgezogen und nach Durchgang durch den Wärmetauscher wieder dem Kältekreislauf zugeführt wird.
  • Grundsätzlich kann der Verflüssigungsprozess als Kreislaufexpanderprozess, insbesondere als Single-N2-Expander-Prozess, Double-N2-Expander-Prozess, N2-Methan-Expander-Prozess oder Gemischkreislaufprozess ausgebildet sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Bei diesem erfolgt die Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes 20 mittels eines sogenannten Double-N2-Expander-Prozesses.
  • Der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom 20 wird im Normalbetrieb im Wärmetauscher E gegen das in dem noch zu beschreibenden Kältekreislauf zirkulierende Kältemittel abgekühlt und verflüssigt. Über Leitung 21 und Entspannungsventil V erfolgt die spezifikationsgerechte Abgabe des verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes aus dem Verflüssigungsprozess.
  • Der für die Abkühlung und Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes 20 erforderliche Kältekreislauf bzw. Double-N2-Expander-Prozess weist einen Kältemittel-Verdichter C, zwei Entspannungsturbinen X1 und X2, in denen das Kältemittel kälteleistend entspannt wird, sowie zwei Kältemittel-Rückverdichter C1 und C2 auf. Das im Kältemittel-Verdichter C auf den gewünschten Kreislaufdruck verdichtete Kältemittel 1 wird im Nachkühler E1, der der Abführung der Verdichtungswärme dient, gegen ein geeignetes externes Medium, bspw. Kühlluft oder -wasser, abgekühlt und anschließend dem Wärmetauscher E zugeführt. Im Normalbetrieb erfolgt eine Aufteilung des Kältemittelstromes 1 in zwei Kältemittelteilströme 2 und 4, die im Wärmetauscher E gegen sich selbst abgekühlt, auf unterschiedlichen Temperaturniveaus den Entspannungsturbinen X1 und X2 zugeführt, in diesen entspannt und anschließend über die Leitungen 3 und 5 im Gegenstrom zu dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom durch den Wärmetauscher E geführt werden.
  • Der aus dem Wärmetauscher E abgezogene vereinigte Kältemittelstrom 6 wird in die beiden Teilströme 7 und 9 aufgeteilt, die in den Kältemittel-Rückverdichtern C1 und C2 auf einen Zwischendruck verdichtet werden. Hierbei sind die Entspannungsturbinen X1 und X2 vorzugsweise mit den Kältemittel-Rückverdichtern C1 und C2 gekoppelt. Anschließend werden die verdichteten Kältemittelteilströme 8 und 10 zusammengeführt; der vereinigte Kältemittelstrom 11 wird im Wärmetauscher E2 gegen ein ein geeignetes externes Medium, bspw. Kühlluft oder -wasser, abgekühlt. Anschließend wird das Kältemittel über Leitung 12 erneut dem Verdichter C zugeführt.
  • Während der Inbetriebnahme oder einer Betriebsunterbrechung des Verflüssigungsprozesses – also zu einem Zeitpunkt, zu dem noch keine Zufuhr des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes 20 zum Wärmetauscher E erfolgt bzw. die Zufuhr des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes 20 zum Wärmetauscher E unterbrochen ist – wird über die gestrichelt gezeichnete Leitung 15, in der ein Regelventil V1 angeordnet ist, ein Teilstrom des zweiten Kältemittelteilstromes 4 anstelle des Kohlenwasserstoffreichen Stromes 20 durch den Wärmetauscher E geführt. Nach Abzug aus dem Wärmetauscher E wird dieser Kältemittelteilstrom an geeigneter Stelle den in den Kältemittel-Rückverdichtern C1 und C2 verdichteten Kältemittelteilströmen 8 und 10 zugemischt.
  • Parallel hierzu wird über Leitung 16 ein weiterer Kältemittelteilstrom dem zweiten Kältemittelteilstromes 4 vor dessen Zuführung in die zweite Entspannungsturbine X2 abgezogen und über das Regelventil V2 ebenfalls an geeigneter Stelle den in den Kältemittel-Rückverdichtern C1 und C2 verdichteten Kältemittelteilströmen 8 und 10 zugemischt.
  • Während der Inbetriebnahme des Verflüssigungsprozesses und so lange der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom 20/21 noch nicht spezifikationsgerecht aus dem Verflüssigungsprozess abgegeben werden kann, werden die Mengenströme der Kältemittel-Teilströme 3, 5, 15 und 16 so geregelt, dass der Wärmetauscher E auf die im Normalbetrieb gewünschte Betriebstemperatur abgekühlt wird. Erst dann wird der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom dem Verflüssigungsprozess bzw. Wärmetauscher E zugeführt, da erst ab diesem Zeitpunkt eine spezifikationsgerechte Abgabe des verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes 21 aus dem Verflüssigungsprozess möglich ist.
  • Während einer Betriebsunterbrechung des Verflüssigungsprozesses und einer damit verbundenen Unterbrechung der Zufuhr des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoffreichen Stromes 20 zum Wärmetauscher E werden die Mengenströme der Kältemittel-Teilströme 3, 5, 15 und 16 so bemessen, dass das Temperaturprofil innerhalb des Wärmetauschers E im Wesentlichen zu demjenigen des Normalbetriebes entspricht. Somit kann bei Beginn des Verflüssigungsbetriebs unmittelbar der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom 20 erneut dem Wärmetauscher E zugeführt und eine spezifikationsgerechte Abgabe des verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes 21 realisiert werden.
  • Neben dem in der 1 dargestellten Double-N2-Expander-Prozess kann die für die Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes benötigte Kälte, wie oben erwähnt, auch durch eine Vielzahl weiterer Prozesse zur Verfügung gestellt werden. Der anhand des vorbeschriebenen Ausführungsbeispieles erläuterte Erfindungsgedanke ist von einem Fachmann auf diese unterschiedlichen, Kältebereitstellenden Prozesse übertragbar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses ermöglicht es mit überschaubarem konstruktiven Aufwand, das unerwünschte Abfackeln eines zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes während der Inbetriebnahme des Verflüssigungsprozesses zu vermeiden. Die Erfindung kann darüber hinaus Anwendung finden, um den oder die Wärmetauscher bei einer plan- und unplanmäßigen Unterbrechung der Zuführung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes in einem betriebsbereiten Zustand zu halten. Dadurch kann die Wieder-Inbetriebnahmeprozedur nach einer derartigen Betriebsunterbrechung signifikant verkürzt werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses, der der Verflüssigung eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere von Erdgas, dient, wobei der Verflüssigungsprozess wenigstens einen Kältekreislauf umfasst, gegen dessen anzuwärmendes Kältemittel der Kohlenwasserstoff-reiche Strom im indirekten Wärmetausch in wenigstens einem Wärmetauscher abgekühlt wird (Normalbetrieb), dadurch gekennzeichnet, dass während der Inbetriebnahme des Verflüssigungsprozesses und so lange der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom nicht spezifikationsgerecht aus dem Verflüssigungsprozess abgegeben werden kann, wenigstens ein auf einem geeigneten Temperaturniveau befindlicher Kältemittelteilstrom anstelle des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes durch den wenigstens einen Wärmetauscher in einer Menge geführt wird, die während der Inbetriebnahme kontrolliert wird und die bei Erreichen des Normalbetriebes so bemessen ist, dass sie die im Normalbetrieb durch den zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom in den Kältekreislauf eingebrachte Wärmemenge kompensiert, und dem wenigstens einen Wärmetauscher der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom erst dann zugeführt wird, wenn eine spezifikationsgerechte Abgabe des verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes aus dem Verflüssigungsprozess möglich ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Betriebsunterbrechung des Verflüssigungsprozesses und so lange der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom nicht spezifikationsgerecht aus dem Verflüssigungsprozess abgegeben werden kann, wenigstens ein auf einem geeigneten Temperaturniveau befindlicher Teilstrom des Kältemittels anstelle des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes durch den wenigstens einen Wärmetauscher in einer Menge geführt wird, dass die im Normalbetrieb durch den zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom in den Kältekreislauf eingebrachte Wärmemenge durch den Kältemittel-Teilstrom kompensiert wird, und dem wenigstens einen Wärmetauscher der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom erst dann wieder zugeführt wird, wenn eine spezifikationsgerechte Abgabe des verflüssigten Kohlenwasserstoffreichen Stromes aus dem Verflüssigungsprozess möglich ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des durch den wenigstens einen Wärmetauscher geführten Kältemittelteilstromes fortlaufend kontrolliert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verflüssigungsprozess ein Kreislaufexpanderprozess ist, insbesondere ein Single-N2-Expander-Prozess, ein Double-N2-Expander-Prozess, ein N2-Methan-Expander-Prozess oder ein Gemischkreislaufprozess.
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WO2021037391A1 (de) 2019-08-23 2021-03-04 Linde Gmbh Verfahren zum betreiben eines wärmetauschers, anordnung mit wärmetauscher und anlage mit entsprechender anordnung

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DE102005000647A1 (de) * 2005-01-03 2006-07-13 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
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