DE10209799A1 - A method of liquefying a hydrocarbon-rich stream - Google Patents

A method of liquefying a hydrocarbon-rich stream

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlewasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, wobei die Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes im Wärmetausch gegen einen Kältemittelgemischstrom erfolgt, beschrieben. There is provided a process for liquefying a coal hydrogen-rich stream, especially a stream of natural gas, wherein liquefaction of the hydrocarbon-rich stream in heat exchange takes place against a mixed refrigerant stream described. DOLLAR A Erfindungsgemäß besteht der Kältemittelgemischstrom aus zwei Komponenten, wobei eine der Komponenten ein Bestandteil des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes und die andere Komponete ein schwerer Kohlenwasserstoff, zumindest wenigstens Propan oder Propylen, ist, und vor der Abkühlung und kälteleistenden Entspannung der beiden Komponenten erfolgt eine Auftrennung des Kältemittelgemisches in eine höher siedende und eine tiefer siedende Kältemittelfraktion. DOLLAR A According to the invention, the refrigerant mixture flow consists of two components, one of said components is a part of to be liquefied hydrocarbon-rich stream, and the other component attempts is a heavy hydrocarbon, at least at least propane or propylene, and is carried out prior to cooling and cold-performing expansion of the two components a separation of the refrigerant mixture into a higher boiling and lower boiling refrigerant fraction.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, wobei die Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes im Wärmetausch gegen einen Kältemittelgemischstrom erfolgt. The invention relates to a method for liquefying a hydrocarbon-rich stream, especially a stream of natural gas, wherein liquefaction of the hydrocarbon-rich flow is in heat exchange against a refrigerant mixture flow.
  • Erdgasverflüssigungsanlagen werden entweder als sog. LNG Baseload Plants - also Anlagen zur Verflüssigung von Erdgas zur Versorgung mit Erdgas als Primärenergie - oder als sog. Peak Shaving Plants - also Anlagen zur Verflüssigung von Erdgas zur Deckung des Spitzenbedarfs - ausgelegt. Natural gas liquefaction plants either as so-called baseload LNG Plants -. So plants for liquefying natural gas for supply of natural gas as a primary fuel - or as a so-called peak shaving Plants -. So plants for liquefying natural gas to meet peak demand - designed.
  • Die vorgenannten Peak Shaving Plants werden mit Expansionsturbinen oder Kältemittelmischungen in den Kältekreisläufen betrieben. The aforementioned Peak Shaving Plants are operated with expansion turbines or refrigerant mixtures in the cooling circuits.
  • LNG Baseload Plants werden im Regelfall mit Kältekreisläufen betrieben, die aus Kohlenwasserstoffgemischen bestehen. LNG Baseload Plants are operated normally with refrigeration systems, which consist of hydrocarbon mixtures. Diese Gemischkreisläufe sind energetisch effizienter als Expander-Kreisläufe und ermöglichen bei den großen Verflüssigungsleistungen der Baseload Plants entsprechend relativ niedrige Energieverbräuche. This mixture circuits are more energy efficient than expander circuits and allow for the large liquefaction performance of baseload Plants accordance with relatively low energy consumption.
  • In energetischer Hinsicht problematisch sind jedoch Verfahren zur Verflüssigung von Erdgas, die eine Verflüssigungsleistung im Bereich von wenigen hundert Nm 3 /h bis zu einigen zehntausend Nm 3 /h aufweisen. However, are problematic in terms of energy, process for the liquefaction of natural gas having a liquefaction capacity ranging from a few hundred Nm 3 / h up to a few tens of thousands Nm 3 / h. Bei diesen Verflüssigungsverfahren werden oftmals die vorbeschriebenen Expander-Prozesse realisiert, wobei jedoch energetische Nachteile in Kauf genommen werden müssen. These liquefaction process the above-expander processes are realized often, but energetic disadvantages must be taken into account.
  • Alternativ zu diesen Expander-Prozessen kommen auch sog. Single-Flow-Prozesse zur Anwendung; Alternatively, come to these Expander processes also called single-flow processes to the application. diese sind jedoch hinsichtlich ihres Betriebes sowie Equipments als vergleichsweise aufwendig einzustufen. but these are classified as relatively expensive in terms of their operation and equipment.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes anzugeben, das gegenüber einem Expander-Prozess einen geringeren Energieverbrauch aufweist, wobei jedoch der apparative Aufwand - verglichen mit herkömmlichen Kältemittelgemischkreisläufen - niedrig gehalten werden kann. Object of the present invention is to provide a generic method for liquefying a hydrocarbon-rich stream, in particular a natural gas stream, which has a lower energy consumption compared to an expander process, but the apparatus required - can be kept low - as compared with conventional refrigerant mixture circuits. Ferner sollen der verfahrenstechnische Aufwand und damit das erforderliche Personal für den Betrieb des Prozesses minimiert bzw. optimiert werden. Furthermore, the procedural complexity and therefore the necessary personnel are to be minimized for the operation of the process or optimized.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Kältemittelgemischstrom aus zwei Komponenten besteht, wobei eine der Komponenten ein Bestandteil des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes und die andere Komponente ein schwerer Kohlenwasserstoff, zumindest wenigstens Propan oder Propylen ist, und vor der Abkühlung und kälteleistenden Entspannung der beiden Komponenten eine Auftrennung des Kältemittelgemisches in eine höher siedende und eine tiefer siedende Kältemittelfraktion erfolgt. To achieve this object it is proposed that the refrigerant mixture flow consists of two components, one of said components is a part of to be liquefied hydrocarbon-rich stream and the other component is a heavy hydrocarbon, at least at least propane or propylene, and before the cooling and cold-performing expansion of the two components takes place a separation of the refrigerant mixture into a higher boiling and lower boiling refrigerant fraction.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes vereinigt die apparatetechnische Einfachheit eines Expander-Prozesses mit der betriebs- bzw. verfahrenstechnischen Einfachheit sowie den energetischen Vorteilen von Kältemittelgemischkreisläufen. The inventive method for liquefying a hydrocarbon-rich stream combines the simplicity of a technical apparatus expander process with the operational or procedural simplicity and the energetic advantages of mixed refrigerant circuits.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, dass die Verdichtung des Kältemittelgemisches mittels einer wenigstens zweistufigen Verdichtung erfolgt und die höher siedende Kältemittelfraktion der tiefer siedenden Kältemittelfraktion auf einer Zwischendruckstufe zugemischt wird. The process of the invention a further development it is proposed that the compression of the refrigerant mixture is carried out by means of an at least two-stage compression and the higher-boiling refrigerant fraction of the lower boiling refrigerant fraction is added at an intermediate pressure stage.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, seien im Folgenden anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. The inventive method and further developments thereof, which are subjects of the dependent claims are explained in more detail below with reference to the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 embodiments. Hierbei unterscheiden sich die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele lediglich dadurch, dass bei dem anhand der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Rückverflüssigung des aus dem Speicherbehälter abgezogenen Boil-Off-Gases erfolgt. Here, the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 only differ in that in the reference to the Fig. 2 embodiment illustrated takes place reliquefaction of the drawn off from the storage tank boil-off gas.
  • Gemäß der in der Fig. 1 dargestellten Verfahrensweise wird dem erfindungsgemäßen Verflüssigungsverfahren über Leitung 1 ein trockener, vorbehandelter Kohlenwasserstoff-reicher Strom, beispielsweise Erdgas, zugeführt und im Wärmetauscher E1 abgekühlt sowie teilweise kondensiert. According to the embodiment shown in FIG. 1 procedure is the liquefaction process according to the invention via line 1 to a dry, pretreated hydrocarbon-rich stream, such as natural gas, fed to and cooled in heat exchanger E1 and partially condensed. Der Kohlenwasserstoff- reiche Strom weist beispielsweise einen Druck zwischen 10 und 60 bar auf. The hydrocarbon-rich stream comprises, for example a pressure between 10 and 60 bar on.
  • Anschließend wird der Kohlenwasserstoff-reiche Strom über Ventil a sowie Leitung 2 in den Abscheider D1, in dem ggf. unerwünschte schwerere Komponenten, wie beispielsweise höhere Kohlenwasserstoffe, abgetrennt werden, entspannt. Subsequently, the hydrocarbon-rich stream through a valve and line 2 will be separated in the separator D1, where, if necessary, unwanted heavier components such as higher hydrocarbons, relaxed. Am Kopf des Abscheiders D1 wird eine C 2 -reiche Fraktion über Leitung 3 abgezogen, im Wärmetauscher E1 weiter abgekühlt, dabei verflüssigt und ggf. unterkühlt und anschließend über Leitung 4 und Entspannungsventil b dem (Zwischen)Speicherbehälter T zugeführt bzw. in diesen entspannt. On top of the separator D1, a C is subtracted 2 -rich fraction via line 3, further cooled in heat exchanger E1, thereby liquefied and optionally subcooled, and then via line 4 and expansion valve b supplied to the (intermediate) storage tank T or laid therein.
  • Über Leitung 5 kann aus dem (Zwischen)Speicherbehälter T eine Flüssigfraktion - im vorliegenden Falle also verflüssigtes Erdgas (LNG) - abgezogen und seiner weiteren Verwendung zugeführt werden. Via line 5 may be made of the (intermediate) storage tank T a liquid fraction - in the present case, therefore, liquefied natural gas (LNG) - withdrawn and its further use is supplied. Während der (Zwischen)Speicherung anfallendes Boil- Off-Gas wird aus dem (Zwischen)Speicherbehälter T über Leitung 9 abgezogen, im Wärmetauscher E1 gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt und über die noch zu beschreibende Fuel- bzw. Brenngasleitung 8 abgeführt. During the (intermediate) storage accumulating boil-off gas is withdrawn from the (intermediate) storage tank T via line 9, heated in heat exchanger E1 against be cooled process streams and discharged via the yet to be described Fuel- or fuel gas line. 8
  • Aus dem Sumpf des vorbeschriebenen Abscheiders D1 wird über Leitung 7 , in der ein Entspannungsventil c angeordnet ist, die ggf. aus dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom abgetrennte Flüssigfraktion abgezogen, im Wärmetauscher E1 gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt, in dem dem Wärmetauscher E1 nachgeschalteten Ventil d entspannt und anschließend über Leitung 8 als Fuel- bzw. Brenngas aus dem Prozess abgeführt. From the bottom of the above-described separator D1 is fed via line 7, in which a relief valve is disposed c, the possibly removed from the to be liquefied hydrocarbon-rich stream separated liquid fraction, heated in heat exchanger E1 against be cooled process streams in the heat exchanger E1 downstream valve d removed relaxed and then through line 8 as Fuel- or combustion gas from the process.
  • Die vorbeschriebene Abkühlung und Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes erfolgt erfindungsgemäß im Wärmetausch gegen einen Kältemittelgemischstrom, der aus zwei Komponenten besteht. The above-described cooling and liquefaction of the hydrocarbon-rich stream according to the invention takes place in heat exchange against a refrigerant mixture stream consisting of two components. Der entsprechende Kältekreislauf weist bei den Ausführungsformen gemäß der Fig. 1 und 2 jeweils eine zweistufige Verdichtereinheit, bestehend aus den Verdichterstufen C1 sowie C2, auf. The corresponding refrigeration circuit includes in the embodiments according to FIGS. 1 and 2 are each a two-stage compressor unit, consisting of the compressor stages C1 and C2, on. Jeder Verdichterstufe ist ein Luft- oder Wasserkühler E2 bzw. E3 nachgeschaltet. Each compressor stage is connected downstream of an air or water cooler E2 or E3. Ferner weist der Kältekreislauf einen sog. warmen Abscheider D2 auf. Further, the refrigeration cycle on a so-called. Separator warm D2. Das Vorsehen lediglich eines warmen Abscheiders reduziert - verglichen mit den bekannten Kältemittelgemischkreisläufen - den betriebstechnischen Aufwand des erfindungsgemäßen Verfahrens erheblich. The provision merely reduces a hot separator - compared to the known refrigerant mixture cycles - the operational expenses of the inventive process considerably.
  • In dem Abscheider D2 wird das Kältemittelgemisch in eine tiefer siedende sowie eine höher siedende Fraktion aufgetrennt. In the separator D2, the refrigerant mixture into a lower boiling and a higher boiling fraction is separated. Die tiefer siedende Fraktion wird dem Abscheider D2 an dessen Kopf über Leitung 23 entnommen, im Wärmetauscher E1 abgekühlt sowie teilweise kondensiert und anschließend am kalten Ende des Wärmetauschers E1 im Entspannungsventil f kälteleistend entspannt. The lower boiling fraction is removed from the separator D2 at the top via line 23, cooled in heat exchanger E1 and partially condensed and then f cold-expanded at the cold end of the heat exchanger E1 in expansion valve. Über Leitung 24 wird die entspannte Fraktion wieder dem Wärmetauscher E1 zugeführt, in ihm gegen abzukühlende Verfahrensströme verdampft sowie überhitzt und anschließend über Leitung 20 der ersten Stufe C1 der zweistufigen Verdichtereinheit zugeführt. Via line 24, the expanded fraction is fed back to the heat exchanger E1, evaporated in it against process streams to be cooled as well as superheated and then fed via line 20 of the first stage C1 of the two-stage compressor unit.
  • Nach Verdichtung in der ersten Verdichterstufe C1 erfolgt eine Abkühlung in dem nachgeschalteten Wärmetauscher E2. After compression in the first compressor stage C1, a cooling takes place in the downstream heat exchanger E2. Anschließend wird die verdichtete tiefer siedende Fraktion über Leitung 21 der zweiten Verdichterstufe C2 zugeführt - auf die Zumischung der höher siedenden Fraktion wird im Folgenden noch näher eingegangen werden - und auf den Kältemittelkreislaufenddruck, der beispielsweise zwischen 20 und 60 bar liegt, verdichtet. Subsequently, the compressed lower-boiling fraction is fed via line 21 to the second compressor stage C2 - to the admixing of the higher boiling fraction will be discussed in more detail below - and on the refrigerant circuit Ongoing pressure which is, for example, bar between 20 and 60, compacted. Auch der zweiten Verdichterstufe C2 ist ein Wärmetauscher E3 als Kühler nachgeschaltet. Also, the second compressor stage C2 is connected downstream of a heat exchanger E3 as a cooler. Das in dem Nachkühler E3 abgekühlte und teilweise kondensierte Kältemittelgemisch wird dann über Leitung 22 wieder dem Abscheider D2 zugeführt. The cooled in the aftercooler E3 and partially condensed mixed refrigerant is then fed via line 22 back to the separator D2.
  • Aus dem Sumpf des Abscheiders D2 wird über Leitung 25 eine höher siedende Flüssigfraktion abgezogen, im Wärmetauscher E1 abgekühlt und anschließend im Entspannungsventil e kälteleistend auf den gewünschten Zwischendruck entspannt. From the bottom of the separator D2, a higher boiling liquid fraction is withdrawn via line 25 cooled in heat exchanger E1 and then cold-expanded in expansion valve e to the desired intermediate pressure. Anschließend wird diese Fraktion über Leitung 26 wiederum dem Wärmetauscher E1 zugeführt, in ihm gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt sowie verdampft und anschließend über Leitung 27 der Verdichtereinheit vor deren zweiter Verdichterstufe C2 zugeführt. Subsequently, this fraction is in turn supplied via line 26 to the heat exchanger E1, warmed in it against process streams to be cooled and vaporized and subsequently fed via line 27 of the compressor unit in front of which the second compressor stage C2.
  • Die in der Fig. 2 dargestellte Verfahrensweise unterscheidet sich von der in der Fig. 1 Dargestellten lediglich dadurch, dass das über Leitung 9 aus dem (Zwischen)Speicherbehälter T abgezogene Boil-Off-Gas nunmehr einem Rückverflüssigungsverdichter C3 zugeführt, in diesem verdichtet und anschließend über Leitung 9 ' dem Wärmetauscher E1 zugeführt wird. The procedure shown in Fig. 2 differs from that shown in FIG. 1, is depicted only in that the fed via line 9 of the (intermediate) storage tank T withdrawn boil-off gas now a reliquefaction compressor C3, compressed therein and then is fed via line 9 'to the heat exchanger E1. Nunmehr kann ein gewünschter Teilstrom des Boil-Off-Gases in dem Wärmetauscher E1 rückverflüssigt und über Leitung 10 und Entspannungsventil g wieder dem (Zwischen)Speicherbehälter T zugeführt bzw. in diesen entspannt werden. Now, a desired partial stream of the boil-off gas re-liquefied in the heat exchanger E1 and via line 10 and expansion valve are again supplied to the g (intermediate) storage tank T or laid therein.
  • Ein derartiger Boil-Off-Rückverflüssigungskreislauf wird zweckmäßigerweise jedoch nur dann vorgesehen, wenn dies aufgrund der anfallenden Boil-Off-Gasmenge erforderlich und/oder sinnvoll ist. Such a boil-off reliquefaction cycle but is conveniently only provided if this is necessary because of the resulting boil-off gas quantity and / or useful.

Claims (4)

  1. 1. Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, wobei die Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes im Wärmetausch gegen einen Kältemittelgemischstrom erfolgt, dadurch gekennzeichnet , dass der Kältemittelgemischstrom aus zwei Komponenten besteht, wobei eine der Komponenten ein Bestandteil des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes und die andere Komponente ein schwerer Kohlenwasserstoff, zumindest wenigstens Propan oder Propylen ist, und vor der Abkühlung und kälteleistenden Entspannung der beiden Komponenten eine Auftrennung des Kältemittelgemisches in eine höher siedende und eine tiefer siedende Kältemittelfraktion erfolgt. 1. A method for liquefying a hydrocarbon-rich stream, especially a stream of natural gas, wherein liquefaction of the hydrocarbon-rich stream in heat exchange takes place against a mixed refrigerant stream, characterized in that the refrigerant mixture flow consists of two components, wherein one of the components to be liquefied, a part of the hydrocarbon-rich stream and the other component a heavy hydrocarbon, at least at least propane or propylene, and is carried out a separation of the refrigerant mixture into a higher boiling and lower boiling refrigerant fraction prior to cooling and cold-performing expansion of both components.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung des Kältemittelgemisches mittels einer wenigstens zweistufigen Verdichtung erfolgt und die höher siedende Kältemittelfraktion der tiefer siedenden Kältemittelfraktion auf einer Zwischendruckstufe zugemischt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the compression of the refrigerant mixture is carried out by means of an at least two-stage compression and the higher-boiling refrigerant fraction of the lower boiling refrigerant fraction is added at an intermediate pressure stage.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Strom zumindest teilweise zwischengespeichert wird und bei dieser Zwischenspeicherung anfallendes Boil-Off-Gas im Wärmetausch gegen den Kältemittelgemischstrom rückverflüssigt wird. 3. The method of claim 1 or 2, characterized in that the liquefied hydrocarbon-rich stream is at least partially stored intermediately and accumulating at this intermediate storage boil-off gas in heat exchange against the refrigerant mixture stream is liquefied again.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom bei tiefen Temperaturen entspannt und von bei dieser Entspannung anfallenden flüssigen Kohlenwasserstoffen befreit wird. 4. The method according to any one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the to be liquefied hydrocarbon-rich stream at low temperatures relaxed and is freed from products of that relaxation liquid hydrocarbons.
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