DE102020006396A1 - Verfahren und Anlage zur Erzeugung eines verflüssigten Kohlenwasserstoffprodukts - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung eines flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts (LNG) wird vorgeschlagen, bei dem ein gasförmiger Kohlenwasserstoffeinsatz (NG) zumindest zu einem Teil unter Verwendung eines Gemischkältemittels einer Abkühlung und unter Erhalt des flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts (LNG) einer Verflüssigung unterworfen wird, wobei das Gemischkältemittel zumindest zu einem Teil unter Verwendung eines Reinstoffkältemittels einer Vorkühlung unterworfen wird. Dabei wird die Vorkühlung des Gemischkältemittels unter Verwendung eines Gegenstromwärmetauschers (E1') durchgeführt und es werden dem Gegenstromwärmetauscher (E1') Reinstoffkältemittelströme des Reinstoffkältemittels auf unterschiedlichen Einspeisetemperaturniveaus und unterschiedlichen Einspeisedruckniveaus flüssig zugeführt und in dem Gegenstromwärmetauscher (E1') verdampft und überhitzt. Eine entsprechende Anlage (100) ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Erzeugung eines verflüssigten Kohlenwasserstoffprodukts gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
  • Hintergrund
  • Verfahren und Anlagen zur Verflüssigung von Erdgas sind bekannt und beispielsweise im Artikel „Natural Gas“ in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlinepublikation 15. Juli 2006, DOI: 10.1002/14356007.a17_073.pub2, insbesondere Abschnitt 3, „Liquefaction“, oder bei Wang und Economides, „Advanced Natural Gas Engineering“, Gulf Publishing 2010, DOI: 10.1016/C2013-0-15532-8, insbesondere Kapitel 6, „Liquefied Natural Gas (LNG)“, beschrieben.
  • Insbesondere können bei der Erdgasverflüssigung Gemischkältemittel aus unterschiedlichen Kohlenwasserstoffbestandteilen und Stickstoff zum Einsatz kommen. Beispielsweise können dabei ein, oder zwei oder drei Gemischkältemittelkreisläufe eingesetzt werden (engl. Single Mixed Refrigerant, SMR; Dual Mixed Refrigerant, DMR; Mixed Fluid Cascade, MFC). Auch Gemischkältemittelkreisläufe mit Propanvorkühlung (C3MR) sind bekannt.
  • Beispielsweise ist aus der WO 2010/121752 A2 ein Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoffgemischs bekannt, bei dem ein Gemischkältemittelkreislaufzum Einsatz kommt. Das Gemischkältemittel wird darin nach einer Verdichtung mittels eines Reinstoffkältemittelkreislaufs verflüssigt. Das verflüssigte Gemischkältemittel wird zur Verflüssigung des Kohlenwasserstoffgemischs eingesetzt und im Zuge dessen verdampft. Das verdampfte Gemischkältemittel wird zur Kühlung des Kohlenwasserstoffgemischs vor seiner eigentlichen Verflüssigung eingesetzt und anschließend der Verdichtung wieder zugeführt.
  • Die vorliegende Erfindung kann insbesondere im Zusammenhang mit der Verflüssigung von Erdgas nach einer geeigneten Aufbereitung zum Einsatz kommen, eignet sich jedoch auch für die Verflüssigung anderer Kohlenwasserstoffgemische, insbesondere methanreicher Kohlenwasserstoffgemische mit einem Gehalt von mehr als 80% Methan, oder auch ggf. entsprechender Reinstoffe.
  • Aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Verflüssigung von Kohlenwasserstoffgemischen der erläuterten Art erweisen sich häufig in der Praxis aus den nachfolgend erläuterten Gründen als verbesserungsbedürftig.
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, die Verflüssigung eines Kohlenwasserstoffgemischs der erläuterten Art zu verbessern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die Erfindung ein Verfahren und eine Anlage zur Erzeugung eines verflüssigten Kohlenwasserstoffprodukts mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einige Grundlagen der vorliegenden Erfindung näher erläutert und nachfolgend verwendete Begriffe definiert.
  • Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe „Druckniveau“ und „Temperaturniveau“, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 10% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus.
  • Ein „Wärmetauscher“ zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann in jeglicher fachüblichen Art ausgebildet sein. Er dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei z.B. im Gegenstrom zueinander geführten Fluidströmen. In letzterem Fall handelt es sich um einen „Gegenstromwärmetauscher“. Ein entsprechender Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren gewickelten Wärmetauschern oder entsprechenden Abschnitten.
  • Neben einem Gegenstromwärmetauscher, der insbesondere als ein (gelöteter) Rippen-Platten-Wärmetauscher aus Aluminium (Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger, PFHE; Bezeichnungen gemäß der deutschen und englischen Ausgabe der ISO 15547-2:3005) ausgebildet sein kann, kommt im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere auch ein Wärmetauscher zum Einsatz, in dem ein abzukühlendes Fluid in entsprechenden Leitungen (beispielsweise einem Rohrbündel) durch einen Mantelraum geführt wird, in den ein zur Kühlung verwendetes Fluid entspannt wird, welches in dem Mantelraum teilweise verdampft wird.
  • Ist nachfolgend von einem „Reinstoffkältemittel“ die Rede, sei hierunter ein Kältemittel verstanden, das mehr als 90 Molprozent, insbesondere mehr als 95 Molprozent oder mehr als 99 Molprozent, einer einzigen Komponente aufweist. Bei der Komponente kann es sich insbesondere um Ethylen, Ethan, Propylen oder Propan handeln. Dagegen zeichnet sich ein „Gemischkältemittel“ dadurch aus, dass es mehrere Komponenten aufweist, von denen keine in einem Gehalt von mehr als 80 Molprozent, insbesondere mehr als 70 Molprozent oder mehr als 60 Molprozent, enthalten ist. Bei den Komponenten kann es sich insbesondere um Ethan, Propan, Butan und Pentan sowie ungesättigte Äquivalente dieser Verbindungen handeln. Insbesondere kann ein derartiges Gemischkältemittel aber propanfrei sein oder Propan in einem Gehalt von höchstens 10 Molprozent, insbesondere höchstens 5 Molprozent oder höchstens 1 Molprozent, aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung kann, wie erwähnt, insbesondere im Zusammenhang mit der Verflüssigung von Erdgas nach einer entsprechenden Aufbereitung zum Einsatz kommen, eignet sich jedoch auch für die Verflüssigung anderer Kohlenwasserstoffgemische, insbesondere methanreicher Kohlenwasserstoffgemische mit einem Gehalt von mehr als 80% Methan, oder auch ggf. entsprechender Reinstoffe. Ein dem erfindungsgemäßen Verfahren zugeführtes, gasförmiges Kohlenwasserstoffgemisch oder ein entsprechender gasförmiger Reinstoff wird hier als „Kohlenwasserstoffeinsatz“ und die durch die Verflüssigung erhaltene Flüssigkeit, die den gesamten oder einen Teil des Kohlenwasserstoffeinsatzes enthalten kann, als „Kohlenwasserstoffprodukt“ bezeichnet.
  • Merkmale und Vorteile der Erfindung
  • Bei dem in der oben erwähnten WO 2010/121752 A2 beschriebenen Verflüssigungsverfahren, das auch unten unter Bezugnahme auf 1 erläutert ist, deren Bezugszeichen nachfolgend verwendet werden, erfolgen die Abkühlung (in Wärmetauscher E7) und die Verflüssigung (in Wärmetauscher E8) im indirekten Wärmetausch gegen das Kältemittelgemisch eines Gemischkältemittelkreislaufes. Genauer erfolgt die Abkühlung (in Wärmetauscher E7) im Wärmetausch gegen das vollständige verdampfte Gemischkältemittel des Gemischkältemittelkreislaufes. Verdichtetes Gemischkältemittel des Gemischkältemittelkreislaufes wird mittels eines Reinstoffkältemittelkreislaufes (umfassend Wärmetauscher E1 bis E4) vorgekühlt und die Zusammensetzung des Gemischkältemittels und/oder der Verdichterenddruck des Gemischkältemittelkreislaufes werden so gewählt, dass das Kältemittelgemisch durch den Reinstoffkältekreislauf vollständig verflüssigt wird. Alternativ dazu führt eine Abkühlung des Gemischkältemittels in den Wärmetauschern E1 bis E4 oberhalb seines kritischen Drucks ebenfalls zu einem einphasigen Zustand stromab des Wärmetauschers E4.
  • Der Reinstoffkältemittelkreislauf umfasst u.a. die Behälter D1 bis D5 sowie die Mantelräume der Wärmetauscher E1 bis E4. Das darin enthaltene Inventar an flüssigem Reinstoffkältemittel (typischerweise ein brennbarer Kohlenwasserstoff aus der Gruppe Ethylen, Ethan, Propylen oder Propan) kann ggf. ein Sicherheitsrisiko für die gesamte Anlage darstellen. Die großen Apparate D1 bis D4 und E1 bis E4 werden üblicherweise einzeln auf die Baustelle gebracht und verursachen durch die zeitaufwändige Montage hohe Installationskosten.
  • Mit der vorliegenden Erfindung kann der Reinstoffkältemittelkreislauf derart umgestaltet werden, dass ein hohes Maß an Vorfertigung erreicht werden kann und das Flüssiginventar an Kältemittel erheblich reduziert wird.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt dazu ein Verfahren zur Erzeugung eines flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts vor, bei dem ein gasförmiger Kohlenwasserstoffeinsatz zumindest zu einem Teil unter Verwendung eines Gemischkältemittels einer Abkühlung und unter Erhalt des flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts einer Verflüssigung unterworfen wird, wobei das Gemischkältemittel zumindest zu einem Teil unter Verwendung eines Reinstoffkältemittels einer Vorkühlung unterworfen wird. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Vorkühlung des Gemischkältemittels unter Verwendung eines Gegenstromwärmetauschers durchgeführt wird und dem Gegenstromwärmetauscher Reinstoffkältemittelströme des Reinstoffkältemittels auf unterschiedlichen Einspeisetemperaturniveaus und unterschiedlichen Einspeisedruckniveaus flüssig zugeführt und in dem Gegenstromwärmetauscher verdampft und überhitzt werden.
  • Erfindungsgemäß umfassen die in dem Gegenstromwärmetauscher verdampften Reinstoffkältemittelströme dabei insbesondere jeweils entspanntes und zuvor in dem Gegenstromwärmetauscher weitgehend unterkühltes Reinstoffkältemittel (in Form der nachfolgend erläuterten „ersten Reinstoffkältemittelteilströme“), so dass die Fluidtemperatur durch die Entspannung nur noch um höchstens 5 K, vorzugsweise 3 K sinken würde. Um eine Temperaturabsenkung und Gasbildung bei dieser Entspannung (durch Entspannen in das Zweiphasengebiet würde eine Gasphase entstehen, die die gleichmäßige Einspeisung in den Gegenstromwärmetauscher erschwert) vollständig zu verhindern, wird insbesondere flüssiges Kältemittel (in Form der nachfolgend erläuterten „zweiten Reinstoffkältemittelteilströme“) aus dem Mantelraum eines weiteren Wärmetauschers verwendet, das auf einen höheren Druck gebracht und in geeigneter Menge den ersten Kältemittelteilströmen vor der Entspannung zugemischt wird. Da der weitere Wärmetauscher beim niedrigsten Druck des Reinstoffkältekreislaufs betrieben wird, weist die hierin siedende Flüssigkeit die niedrigste Temperatur im Reinstoffkältekreislauf auf und ist somit geeignet, die erwünschte Unterkühlung vor der Entspannung sicherzustellen. Die hierfür jeweils geeigneten Mengen werden insbesondere über Ventile so geregelt, dass die Kältemitteltemperatur vor der Entspannung um mindestens 1 K, vorzugsweise mindestens 3 K unter der Siedetemperatur des Reinstoffkältemittels nach der Entspannung liegt.
  • Mit anderen Worten werden zur Bildung der Reinstoffkältemittelströme also jeweils vorteilhafterweise erste und zweite Reinstoffkältemittelteilströme des Reinstoffkältemittels vereinigt und anschließend entspannt, ohne dass es dabei zur Ausgasung kommt. Die Entspannung erfolgt insbesondere gemeinsam unter Erhalt der jeweiligen Einspeisetemperaturniveaus und der jeweiligen Einspeisedruckniveaus.
  • Die zu den Reinstoffkältemittelströmen vereinigten ersten und zweiten Reinstoffkältemittelteilströme werden jeweils auf einem Vormischdruckniveau und auf unterschiedlichen Vormischtemperaturniveaus bereitgestellt, wobei die zu den Reinstoffkältemittelströmen vereinigten ersten und zweiten Reinstoffkältemittelteilströme jeweils in Mengenverhältnissen bereitgestellt werden und das Vormischdruckniveau und die Vormischtemperaturniveaus jeweils derart gewählt sind, dass die Einspeisetemperaturniveaus um mehr als 1 K, vorteilhafterweise um mehr als 3 K, unterhalb der Siedetemperatur des Reinstoffkältemittels bei dem jeweiligen Einspeisedruckniveau liegt.
  • Die ersten Reinstoffkältemittelteilströme werden vorteilhafterweise durch Anteile des Reinstoffkältemittels gebildet, die auf dem Vormischdruckniveau in dem Gegenstromwärmetauscher jeweils auf die ersten Vormischtemperaturniveaus abgekühlt werden (siehe die vorigen Erläuterungen zur „weitgehenden Unterkühlung“), und die zweiten Reinstoffkältemittelteilströme werden vorteilhafterweise durch flüssige Anteile des Reinstoffkältemittels gebildet, die auf dem Vormischdruckniveau in dem Gegenstromwärmetauscher gemeinsam abgekühlt und verflüssigt, unter teilweiser Verdampfung in einen weiteren Wärmetauscher eingespeist, gemeinsam auf ein Druckniveau oberhalb aller Vormischdruckniveaus gebracht, und getrennt voneinander unter Erhalt ihrer jeweiligen Vormischtemperaturniveaus jeweils auf die Vormischdruckniveaus entspannt werden. Diese zweiten Reinstoffkältemittelteilströme dienen der erwähnten Temperatureinstellung, um die genannten Einspeisetemperaturniveaus zu erreichen. Bei dem zur Bildung des zweiten Reinstoffkältemittelteilströme handelt es sich also um Anteile von Flüssigkeit, die aus dem weiteren Wärmetauscher abgezogen wird. Der weitere Wärmetauscher ist insbesondere ein Rohrbündelwärmetauscher, in dessem Mantelraum Reinstoffkältemittel, das zuvor in dem Gegenstromwärmetauscher verflüssigt wurde, eingespeist und dabei ins Zweiphasengebiet entspannt wird. Der weitere Wärmetauscher dient zur weiteren Abkühlung des Gemischkältemittels stromab des Gegenstromwärmetauschers.
  • Das Gemischkältemittel wird bei der Einspeisung in den weiteren Wärmetauscher, d.h. bei der hier erfolgenden Entspannung, weiter abgekühlt.
  • Vorteilhafterweise werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung drei Reinstoffkältemittelteilströme, drei erste Reinstoffkältemittelteilströme und drei zweite Reinstoffkältemittelteilströme verwendet. Die Reinstoffkältemittelteilströme werden dabei in geeigneter Menge miteinander vereinigt, wobei der Einfachheit halber auf die unten unter Bezugnahme auf die 2 vorgenommenen Erläuterungen verwiesen wird. Insbesondere werden die drei Reinstoffkältemittelströme dabei auf Einspeisetemperaturniveaus von 5 bis 25 °C, -15 bis 5 °C und -25 bis -10 °C sowie auf Einspeisedruckniveaus von 6 bis 11 bar, 4 bis 6 bar und 2,5 bis 5 bar dem Gegenstromwärmetauscher zugeführt. Die ersten Reinstoffkältemittelteilströme werden dem Gegenstromwärmetauscher im Rahmen der Erfindung dabei vorteilhafterweise auf Temperaturniveaus von 10 bis 35 °C, -10 bis 15 °C und -20 bis 0 °C, den ersten Vormischtemperaturniveaus, und auf einem Druckniveau von 7 bis 20 bar, dem ersten Vormischdruckniveau, entnommen. Der zur Bildung der zweiten Reinstoffkältemittelteilströme verwendete Anteil des Reinstoffkältemittels wird vorteilhafterweise auf einem Druckniveau von 1,1 bis 2,5 bar in den weiteren Wärmetauscher eingespeist, wobei ein Anteil verdampft und zur Verdichtung zurückgeführt wird und der nicht verdampfte Anteil zur Bildung der zweiten Reinstoffkältemittelteilströme verwendet wird. Die Temperatur des flüssigen Anteils beträgt insbesondere -40 bis -20 °C. Die Druckerhöhung kann insbesondere mittels einer Pumpe auf ein Druckniveau von 10 bis 20 bar durchgeführt werden.
  • Die in dem Gegenstromwärmetauscher verdampften Reinstoffkältemittelströme werden zumindest zu einem Teil rückverdichtet, verflüssigt und in dem Gegenstromwärmetauscher wieder abgekühlt, wobei ebenfalls auf die unten unter Bezugnahme auf die 2 vorgenommenen Erläuterungen verwiesen wird.
  • Die in dem Gegenstromwärmetauscher verdampften Reinstoffkältemittelströme werden bei der Verdampfung vorteilhafterweise um mindestens 10 K, insbesondere um mindestens 15 K, überhitzt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst das Reinstoffkältemittel vorteilhafterweise zumindest einen Kohlenwasserstoff aus der Gruppe Ethylen, Ethan, Propylen und Propan, wobei ergänzend auf die obigen Erläuterungen verwiesen wird.
  • Zu der erfindungsgemäß bereitgestellten Anlage und ihren Merkmalen sei auf den entsprechenden unabhängigen Vorrichtungsanspruch und die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens ausdrücklich verwiesen, da diese eine entsprechende Vorrichtung in gleicher Weise betreffen. Entsprechendes gilt insbesondere für eine Ausgestaltung einer entsprechenden Vorrichtung, die vorteilhafterweise zur Ausführung eines entsprechenden Verfahrens in einer beliebigen Ausgestaltung eingerichtet ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren, die eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik veranschaulichen, weiter erläutert.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Anlage zur Veranschaulichung des Hintergrunds der Erfindung.
    • 2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage in schematischer Darstellung.
  • In der folgenden weiteren Beschreibung werden nicht erfindungsgemäße und gemäß Ausgestaltungen der Erfindung ausgebildete Anlagen und anhand dieser entsprechende Verfahrensschritte beschrieben. Lediglich der Einfachheit halber, und zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen, werden nachfolgend für Verfahrensschritte und Anlagenkomponenten (beispielsweise einen Abkühlschritt und einen hierzu verwendeten Wärmetauscher) dieselben Bezugszeichen und Erläuterungen verwendet.
  • Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • Einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Anlage zur Erdgasverflüssigung, wie sie in 1 dargestellt ist, wird aufbereitetes Erdgas NG zugeführt. Wie erwähnt, kann die vorliegende Erfindung aber auch im Zusammenhang mit der Verflüssigung anderer Gasgemische eingesetzt werden.
  • Das Erdgas NG wird in einem Wärmetauscher E7 abgekühlt und danach in einem Wärmetauscher E8 verflüssigt, bevor es über eine Turbine X1 bzw. ein Ventil (nicht dargestellt) entspannt und als Flüssigerdgas LNG aus dem Verfahren ausgeführt wird.
  • Der Wärmetauscher E8 wird unter Verwendung eines Gemischkältemittelkreislaufs betrieben, in dem ein Gemischkältemittel gasförmig in Verdichtern C2, C3 verdichtet und jeweils in Wärmetauschern bzw. Kühlern E9, E10 nachgekühlt wird. Das verdichtete Gemischkältemittel wird durch Wärmetauscher E1 bis E4 geführt und dabei verflüssigt. Nach anschließender weiterer Abkühlung in dem Wärmetauscher E8 wird das Gemischkältemittel in einer Turbine X2 bzw. einem Ventil (nicht dargestellt) entspannt. Sich in einem Behälter D6 abscheidende Flüssigkeit wird über ein Ventil V5 in den Wärmetauscher E8 eingespeist und dort verdampft. Das verdampfte Gemischkältemittel wird in dem Wärmetauscher E7 weiter erwärmt, wobei es das Erdgas kühlt, und anschließend wieder der Verdichtung in den Verdichtern C2, C3 zugeführt.
  • Die Wärmetauscher E1 bis E4 werden mittels eines Reinstoffkältemittels betrieben, das in einem Verdichter C1 verdichtet wird, bevor es in Wärmetauschern bzw. Kühlern verflüssigt (E5) und unterkühlt (E6) wird. Der dazwischengeschaltete Behälter D5 dient als Puffer. Das abgekühlte und insbesondere verflüssigte Reinstoffkältemittel wird über ein Ventil V1 in den Wärmetauscher E1 entspannt, wobei ein verdampfter Anteil über einen Behälter D1 zur Verdichtung in dem Verdichter C1 zurückgeführt wird. Ein in dem Wärmetauscher E1 flüssig verbleibender Anteil des Reinstoffkältemittels wird über ein Ventil V2 in den Wärmetauscher E2 entspannt, wobei ein verdampfter Anteil über einen Behälter D2 zur Verdichtung in dem Verdichter C1 zurückgeführt wird. Ein auch in dem Wärmetauscher E2 flüssig verbleibender Anteil des Reinstoffkältemittels wird über ein Ventil V3 in den Wärmetauscher E3 entspannt, wobei ein verdampfter Anteil über einen Behälter D3 zur Verdichtung in dem Verdichter C1 zurückgeführt wird. Ein auch in dem Wärmetauscher E3 flüssig verbleibender Anteil des Reinstoffkältemittels wird über ein Ventil V4 in den Wärmetauscher E4 entspannt, wobei ein verdampfter Anteil über einen Behälter D4 zur Verdichtung in dem Verdichter C1 zurückgeführt wird. In dem Wärmetauscher E4 verbleibt kein flüssiger Anteil des Reinstoffkältemittels.
  • Einer Anlage zur Erdgasverflüssigung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, wie sie in 2 dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet ist, wird ebenfalls aufbereitetes Erdgas NG zugeführt. Wie erwähnt, kann die Erfindung aber auch im Zusammenhang mit der Verflüssigung anderer Gasgemische eingesetzt werden.
  • Das Erdgas NG wird auch hier in einem Wärmetauscher E7 abgekühlt und danach in einem Wärmetauscher E8 verflüssigt, bevor es über eine Turbine X1 bzw. ein Ventil (nicht dargestellt) entspannt und als Flüssigerdgas LNG aus dem Verfahren ausgeführt wird.
  • Der Wärmetauscher E8 wird auch hier unter Verwendung eines Gemischkältemittelkreislaufs betrieben, in dem ein Gemischkältemittel gasförmig in Verdichtern C2, C3 verdichtet und jeweils in Wärmetauschern bzw. Kühlern E9, E10 nachgekühlt wird.
  • Das verdichtete Gemischkältemittel wird gemäß der hier veranschaulichten Ausgestaltung der Erfindung jedoch durch Wärmetauscher E1' und E4 geführt und dabei verflüssigt. Nach anschließender weiterer Abkühlung in dem Wärmetauscher E8 wird das Gemischkältemittel in einer Turbine X2 bzw. einem Ventil (nicht dargestellt) entspannt. Sich in einem Behälter D6 abscheidende Flüssigkeit wird über ein Ventil V5 in den Wärmetauscher E8 eingespeist und dort verdampft. Das verdampfte Gemischkältemittel wird in dem Wärmetauscher E7 weiter erwärmt, wobei es das Erdgas kühlt, und anschließend wieder der Verdichtung in den Verdichtern C2, C3 zugeführt.
  • Die Wärmetauscher E1' und E4 werden mittels eines Reinstoffkältemittels betrieben, das in einem Verdichter C1 verdichtet wird, bevor es in Wärmetauschern bzw. Kühlern verflüssigt (E5) und unterkühlt (E6) wird. Der dazwischengeschaltete Behälter D5 dient als Puffer. Das abgekühlte und insbesondere verflüssigte Reinstoffkältemittel wird dem Wärmetauscher E1' zugeführt. Auf Zwischentemperaturniveaus und am kalten Ende des Wärmetauschers E1' werden jeweils Anteile des Reinstoffkältemittels dem Wärmetauscher E1' entnommen und über Ventile V1 bis V4 entspannt. Der über das Ventil V4 entspannte Anteil von am kalten Ende dem Wärmetauscher E1' entnommenem Reinstoffkältemittel wird dem Wärmetauscher E4 zugeführt, wobei ein in dem Wärmetauscher E4 verdampfender Anteil über einen Behälter D4 zur Verdichtung in dem Verdichter C1 zurückgeführt wird. Ein in dem Wärmetauscher E4 flüssig verbleibender Anteil wird über eine Pumpe P1 und jeweils Ventile V1' bis V3' den in den Ventilen V1 bis V3 entspannten Anteilen des Reinstoffkältemittels vor deren Entspannung zugeführt. Nach der Entspannung in den Ventilen V1 bis V4 wird das Reinstoffkältemittel auf entsprechenden Druckniveaus zur Verdichtung in den Verdichter C1 zurückgeführt.
  • Typischerweise wird über das Ventil V1' höchstens 20% der Durchflussmenge durch das Ventil V1, über das Ventil V2' höchstens 30% der Durchflussmenge durch das Ventil V2, und über das Ventil V3 höchstens 50% der Durchflussmenge durch das Ventil V3 zugespeist.
  • In der in 2 veranschaulichten Ausgestaltung der Erfindung wird also die Vorkühlung des Gemischkältemittels unter Verwendung des Gegenstromwärmetauschers E1' durchgeführt wird, und dem Gegenstromwärmetauscher E1' werden Reinstoffkältemittelströme des Reinstoffkältemittels auf unterschiedlichen Einspeisetemperaturniveaus und unterschiedlichen Einspeisedruckniveaus flüssig zugeführt und in dem Gegenstromwärmetauscher E1' verdampft.
  • Zur Bildung der Reinstoffkältemittelströme werden jeweils erste Reinstoffkältemittelteilströme (direkt dem Gegenstromwärmetauscher E1' entnommen) und zweite Reinstoffkältemittelteilströme (über die Ventile V1', V2' und V3') des Reinstoffkältemittels vereinigt und unter Erhalt der jeweiligen Einspeisetemperaturniveaus und der jeweiligen Einspeisedruckniveaus gemeinsam entspannt werden (über die Ventile V1, V2 und V3). Die zu den Reinstoffkältemittelströmen vereinigten ersten und zweiten Reinstoffkältemittelteilströme werden jeweils auf einem Vormischdruckniveau und auf unterschiedlichen Vormischtemperaturniveaus bereitgestellt, die sich einerseits durch die Abkühlung in dem Gegenstromwärmetauscher E1' und andererseits durch die Entspannung in den weiteren Wärmetauscher E4, die Druckbeaufschlagung in der Pumpe P1 und die Entspannung über die Ventile V1', V2' und V3' ergeben.
  • Die zu den Reinstoffkältemittelströmen vereinigten ersten und zweiten Reinstoffkältemittelteilströme werden jeweils in den erläuterten Mengenverhältnissen bereitgestellt, und das Vormischdruckniveau und die Vormischtemperaturniveaus sind jeweils derart gewählt, dass die Einspeisetemperaturniveaus um mehr als 1 K unterhalb einer Siedetemperatur des Reinstoffkältemittels bei dem jeweiligen Einspeisedruckniveau liegen.
  • Die durch die vorliegende Erfindung erzielbaren Vorteile umfassen insbesondere, dass der kompakte Gegenstrom-(Mehrstrom-)Wärmetauscher E1' die Wärmetauscher E1 bis E3 gemäß 1 ersetzen kann. Da die Kältemittelströme nach V1 bis V3 als unterkühlte Flüssigkeiten vorliegen, entfällt hier die Berücksichtigung einer Gasphase z.B. durch einen Phasentrenner mit getrennter Einspeisung der Phasen in den Gegenstromwärmetauscher E1'. Da ferner die von dem Gegenstromwärmetauscher E1' zum Verdichter C1 zurückgeführten Stoffströme überhitzt sind, kann auf flüssigkeitsführende Saugbehälter vor dem Verdichter C1 verzichtet werden. Durch den Entfall der Behälter D1 bis D3 gemäß 1 und die Zusammenlegung der dortigen Wärmetauscher E1 bis E3 in dem Gegenstromwärmetauscher E1' werden Platzbedarf und Montagekosten erheblich reduziert. Das Inventar an flüssigem Reinstoffkältemittel wird um mindestens 30%, vorzugsweise 50% verringert.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Gegenstromwärmetauscher E1' insbesondere als gelöteter Rippen-Platten-Wärmetauscher vorgefertigt werden, soweit erforderlich in parallelen Einheiten. Die Wärmetauscher E1' und E7 können dabei insbesondere in einer Cold Box vormontiert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2010/121752 A2 [0004, 0015]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erzeugung eines flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts (LNG), bei dem ein gasförmiger Kohlenwasserstoffeinsatz (NG) zumindest zu einem Teil unter Verwendung eines Gemischkältemittels einer Abkühlung und unter Erhalt des flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts (LNG) einer Verflüssigung unterworfen wird, wobei das Gemischkältemittel zumindest zu einem Teil unter Verwendung eines Reinstoffkältemittels einer Vorkühlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass - die Vorkühlung des Gemischkältemittels unter Verwendung eines Gegenstromwärmetauschers (E1') durchgeführt wird, und - dem Gegenstromwärmetauscher (E1') Reinstoffkältemittelströme des Reinstoffkältemittels auf unterschiedlichen Einspeisetemperaturniveaus und unterschiedlichen Einspeisedruckniveaus flüssig zugeführt und in dem Gegenstromwärmetauscher (E1') verdampft und überhitzt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem - zur Bildung der Reinstoffkältemittelströme jeweils erste und zweite Reinstoffkältemittelteilströme des Reinstoffkältemittels vereinigt und unter Erhalt der jeweiligen Einspeisetemperaturniveaus und der jeweiligen Einspeisedruckniveaus gemeinsam entspannt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem - die zu den Reinstoffkältemittelströmen vereinigten ersten und zweiten Reinstoffkältemittelteilströme jeweils auf einem Vormischdruckniveau und auf unterschiedlichen Vormischtemperaturniveaus bereitgestellt werden, und - die zu den Reinstoffkältemittelströmen vereinigten ersten und zweiten Reinstoffkältemittelteilströme jeweils in Mengenverhältnissen bereitgestellt werden und das Vormischdruckniveau und die Vormischtemperaturniveaus jeweils derart gewählt sind, dass die Einspeisetemperaturniveaus um mehr als 1 K unterhalb einer Siedetemperatur des Reinstoffkältemittels bei dem jeweiligen Einspeisedruckniveau liegen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem - die ersten Reinstoffkältemittelteilströme durch Anteile des Reinstoffkältemittels gebildet werden, die auf dem Vormischdruckniveau in dem Gegenstromwärmetauscher (E1') jeweils auf die ersten Vormischtemperaturniveaus abgekühlt werden, und - die zweiten Reinstoffkältemittelteilströme durch Anteile des Reinstoffkältemittels gebildet werden, die auf dem Vormischdruckniveau in dem Gegenstromwärmetauscher (E1') gemeinsam abgekühlt, gemeinsam in einen weiteren Wärmetauscher (E4) eingespeist, gemeinsam auf ein Druckniveau oberhalb aller Vormischdruckniveaus gebracht, und getrennt voneinander unter Erhalt ihrer jeweiligen Vormischtemperaturniveaus jeweils auf die Vormischdruckniveaus entspannt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem drei Reinstoffkältemittelteilströme, drei erste Reinstoffkältemittelteilströme und drei zweite Reinstoffkältemittelteilströme verwendet werden.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die in dem Gegenstromwärmetauscher (E1') verdampften Reinstoffkältemittelströme zumindest zu einem Teil rückverdichtet, verflüssigt und in dem Gegenstromwärmetauscher (E1') wieder abgekühlt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die in dem Gegenstromwärmetauscher (E1') verdampften Reinstoffkältemittelströme bei der Verdampfung um mindestens 10 K überhitzt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Reinstoffkältemittel zumindest einen Kohlenwasserstoff aus der Gruppe Ethylen, Ethan, Propylen und Propan umfasst.
  9. Anlage (100) zur Erzeugung eines flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts (LNG), die dazu eingerichtet ist, einen gasförmigen Kohlenwasserstoffeinsatz (NG) zumindest zu einem Teil unter Verwendung eines Gemischkältemittels einer Abkühlung und unter Erhalt des flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts (LNG) einer Verflüssigung zu unterwerfen, wobei die Anlage (100) eine Vorkühlanordnung aufweist, die dazu eingerichtet ist, das Gemischkältemittel zumindest zu einem Teil unter Verwendung eines Reinstoffkältemittels vorzukühlen, dadurch gekennzeichnet, dass - die Vorkühlanordnung einen Gegenstromwärmetauscher (E1') umfasst, und - die Vorkühlanordnung dazu eingerichtet ist, dem Gegenstromwärmetauscher (E1') Reinstoffkältemittelströme des Reinstoffkältemittels auf unterschiedlichen Einspeisetemperaturniveaus und unterschiedlichen Einspeisedruckniveaus flüssig zuzuführen und die Reinstoffkältemittelströme in dem Gegenstromwärmetauscher (E1') zu verdampfen und zu überhitzen.
  10. Anlage (100) nach Anspruch 9, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
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