DE10221230A1 - Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus einem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom - Google Patents

Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus einem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Abtrennung von C¶3+¶-Kohlenwasserstoffen aus einem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom, insbesondere einem Erdgasstrom, wobei der Kohlenwasserstoff-reiche Strom im Wärmetausch gegen wenigstens einen Kältemittel- und/oder Kältemittelgemischstrom abgekühlt, partiell kondensiert und in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion getrennt wird, die flüssige Fraktion durch Rektifikation in einen im Wesentlichen C¶3+¶-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Produktstrom und einen überwiegend leichter siedende Komponenten enthaltenden Restgasstrom zerlegt wird, die gasförmige Fraktion arbeitsleistend entspannt und in einer Wäsche aus dieser entspannten Fraktion C¶3+¶-Kohlenwasserstoffe abgetrennt und ebenfalls der Rektifikation zugeführt werden, beschrieben. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die aus der Wäsche austretende C¶2-¶-Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion (4, 4') zumindest teilweise einem Verflüssigungsprozess zugeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus einem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom, insbesondere einem Erdgasstrom, wobei der Kohlenwasserstoff-reiche Strom im Wärmetausch gegen wenigstens einen Kältemittel- und/oder Kältemittelgemischstrom abgekühlt, partiell kondensiert und in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion getrennt wird, die flüssige Fraktion durch Rektifikation in einen im Wesentlichen C3+-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Produktstrom und einen überwiegend leichter siedende Komponente enthaltenden Restgasstrom zerlegt wird, die gasförmige Fraktion arbeitsleistend entspannt und in einer Wäsche aus dieser entspannten Fraktion C3+- Kohlenwasserstoffe abgetrennt und ebenfalls der Rektifikation zugeführt werden.
  • Bei der Verflüssigung von Kohlenwasserstoff-reichen Strömen, wie beispielsweise Erdgas, werden die in dem Einsatzgastrom enthaltenen schweren Kohlenwasserstoffe im Regelfall mittels einer sog. HHC(Heavy Hydrocarbon Column)-Kolonne abgetrennt. Diese Abtrennung findet im Regelfall bei Drücken zwischen 50 und 60 bar statt; jedoch kann mittels einer derartigen Verfahrensweise keine hohe Ausbeute an C3+- Kohlenwasserstoffen erzielt werden. In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 102 05 366 wird ein Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes vorgeschlagen, das die Gewinnung einer C3+- reichen Fraktion mit einer vergleichsweise hohen Ausbeute ermöglicht.
  • Die darin beschriebene Verfahrensweise hat jedoch bei bestimmten Anwendungsfällen Nachteile, weswegen im vorliegenden Falle das beschriebene, gattungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Ausbeute von C3+-Kohlenwasserstoffen verbessert werden soll.
  • Erdgasverflüssigungsanlagen, in denen das gattungsgemäße Verfahren integriert werden kann, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Sie 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.
  • Die vorgenannten Peak Shaving Plants werden mit Expansionsturbinen oder Kältemittelmischungen in den Kältekreisläufen betrieben. Die Kältekreisläufe enthalten oft nur eine oder wenige Komponenten.
  • LNG Baseload Plants werden im Regelfall mit Kältekreisläufen betrieben, die aus Kohlenwasserstoffgemischen bestehen. Diese Gemischkreisläufe sind energetisch effizienter als Expander-Kreisläufe und ermöglichen bei den großen Verflüssigungsleistungen der Baseload Plants entsprechend relativ niedrige Energieverbräuche.
  • Bei diesen Anlagen müssen zur Erzeugung des Inventars der Gemischkreisläufe, zur Deckung von Verlusten im Betrieb und aufgrund von Produktanforderungen die im Erdgas enthaltenen schweren Kohlenwasserstoffe abgetrennt werden. Dies geschieht üblicherweise durch eine rektifikatorische Fraktionierung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes. Dabei wird nach einer Abkühlung und teilweiser Kondensation des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes mittels einer vorbeschriebenen HHC-Kolonne eine C3+-reiche Fraktion abgetrennt, bevor der verbleibende Strom der weiteren Abkühlung und Verflüssigung unterworfen wird.
  • Die in der HHC-Kolonne gewonnene C3+-reiche Fraktion wird anschließend rektifikatorisch in ihre Bestandteile zerlegt, wobei diese teilweise als Make-Up- Fraktionen - bspw. C2H6 oder C3H8 - für den oder die Gemischkreisläufe verwendet oder als Nebenproduktströme - bspw. als LPG-Produktstrom - gewonnen und ggf. einer Weiterverarbeitung zugeführt werden.
  • Diese Auftrennung der in der HHC-Kolonne gewonnenen C3+-reichen Fraktion wird bspw. mit folgenden Rektifikationskolonnen durchgeführt: Demethanizer, Deethanizer, Depropanizer und evtl. Debutanizer. Diese Kolonnen ermöglichen die Erzeugung folgender Fraktionen: Methan, Ethan und Ethan-Make-Up, Propan und Propan-Make- Up, LPG (Flüssiggas) sowie eine C5+-Fraktion.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren, wie es beispielsweise aus der DE-A 34 45 961 bekannt ist, anzugeben, das die Gewinnung eines im Wesentlichen C3+-Kohlenwasserstoffe enthaltenden Produktstromes mit möglichst hoher Ausbeute ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die aus der Wäsche austretende C2--Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion zumindest teilweise einem Verflüssigungsprozess zugeführt wird.
  • Erfindungsgemäß wird die in der Wäsche gewonnene C2--reiche Fraktion nunmehr nicht zunächst angewärmt und daran anschließend gegebenenfalls einer weiteren Verwendung zugeführt, sondern - ohne eine vorherige Anwärmung - unmittelbar dem Verflüssigungsprozess zugeführt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus einem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes sowie weitere Ausgestaltung desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Über Leitung 1 wird der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom, der unter einem Druck von 40 bis 150 bar vorliegt, einem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem gegen zwei Kältemittel(gemisch)ströme x und y abgekühlt und partiell kondensiert.
  • Über Leitung 1' wird der abgekühlte und partiell kondensierte Einsatzstrom dem Abscheider D1 zugeführt und in diesem in eine gasförmige sowie in eine flüssige Fraktion aufgetrennt.
  • Die im Kopf des Abscheiders D1 über Leitung 2 abgezogene gasförmige Fraktion wird in der Entspannungsturbine X1 arbeitsleistend entspannt und über Leitung 2' anschließend einer Waschsäule T1, auf die im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, zugeführt.
  • Die aus dem Sumpf des Abscheiders D1 über Leitung 5 abgezogene Flüssigfraktion wird zunächst im Ventil a entspannt, anschließend in den Wärmetauschern E2 und E1 angewärmt und sodann über Leitung 5' der Rektifiziersäule T2 zugeführt.
  • In der Rektifiziersäule T2 wird eine im Wesentlichen C3+-Kohlenwasserstoffe enthaltende Produktfraktion gewonnen und über Leitung 6 abgegeben. Ein Teilstrom dieser Fraktion wird über Leitung 6' abgezogen, im Wärmetauscher E3 gegen Fremdwärme angewärmt und der Rektifiziersäule T2 als Reboilerstrom zugeführt.
  • Der über Leitung 6 aus der Rektifiziersäule T2 abgezogene Produktstrom kann ggf. einer Nachbehandlung, insbesondere einer Zerlegung, wie sie beispielsweise in der vorerwähnten deutschen Patentanmeldung 102 5 66 beschrieben ist, zugeführt werden.
  • Die im Abscheider D1 gewonnene gasförmige Fraktion, die der Waschsäule T1 über Leitung 2' zugeführt wird, wird in der Waschsäule T1 in eine gasförmige, C2- Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion sowie eine schwerere Kohlenwasserstoff enthaltende Flüssigfraktion aufgetrennt.
  • Diese Flüssigfraktion wird aus dem Sumpf der Waschsäule T1 über Leitung 3 abgezogen, im Ventil b entspannt, in den Wärmetauschern E1 und E2 angewärmt und anschließend über Leitung 3' ebenfalls der Rektifiziersäule T2 zugeführt.
  • Die in der Waschsäule T1 gewonnene C2--Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion wird am Kopf der Waschsäule T1 über Leitung 4 abgezogen, im Verdichter C1 auf einen Druck zwischen 40 und 80 bar verdichtet und anschließend dem in der Figur nicht dargestellten Verflüssigungsprozess zugeführt.
  • Es ist selbstverständlich nicht zwingend erforderlich, dass die gesamte, am Kopf der Waschsäule T1 abgezogene C2--Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion der Verflüssigung zugeführt wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wäsche T1 bei einem höheren Druck als die Rektifikation T2 durchgeführt.
  • Ebenso wird die Wäsche T1 vorzugsweise mit einer flüssigen Waschmittelfraktion, die durch partielle Kondensation des in der Rektifikation T2 anfallenden Restgasstromes 7 gewonnen wird, durchgeführt.
  • Dieser am Kopf der Rektifiziersäule T2 über Leitung 7 abgezogene Restgasstrom wird im Wärmetauscher E1 abgekühlt, partiell kondensiert und über Leitung 7' einem Abscheider D2 zugeführt. Die in dem Abscheider D2 gewonnene Flüssigfraktion wird über Leitung 8, in der eine Pumpe P1 angeordnet ist, dem Kopf der Rektifiziersäule T2 zugeführt.
  • Die im Abscheider D2 anfallende gasförmige Fraktion wird über Leitung 9 abgezogen, im Wärmetauscher E2 gegen anzuwärmende Verfahrensströme sowie einen weiteren Kältemittel(gemisch)strom z abgekühlt, partiell kondensiert und anschließend einem Abscheider D3 zugeführt.
  • Aus diesem wird über Leitung 10 eine Flüssigfraktion, die die eigentliche Waschmittelfraktion bildet, abgezogen und mittels der Pumpe P2 auf den Druck der Waschsäule T1 gepumpt und dieser am Kopf als Waschmittel zugeführt.
  • Die bei der letzten partiellen Kondensation im Abscheider D3 anfallende gasförmige Fraktion wird aus diesem über Leitung 11 abgezogen, im Verdichter C2 auf den Druck der C2--Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fraktion in der Leitung 4' verdichtet und dieser sodann beigemischt.
  • Denkbar ist jedoch auch, die über Leitung 11 aus dem Abscheider D3 abgezogene Fraktion - ggf. nach vorheriger Anwärmung - als Fuelgas abzugeben bzw. innerhalb des Prozesses zu verwenden. Denkbar ist ferner, einen Teil dieser Fraktion der Verflüssigung zu unterwerfen und einen anderen Teil als Fuelgas zu verwenden. Beide Möglichkeiten sind in der Figur nicht dargestellt.
  • Die für die Abkühlung der vorbeschriebenen Verfahrensströme benötigten Kältemittel(gemisch)ströme x, y und z entsprechen vorzugsweise den in dem Verflüssigungsprozess verwendeten Kältemittel(gemisch)strömen.
  • Dies ermöglicht eine effizientere Auslegung des erfindungsgemäßen Verfahrens, da im Regelfall aufgrund des nachgeschalteten Verflüssigungsprozesses entsprechende Kältemittel(gemisch)ströme auf geeigneten Temperaturniveaus zur Verfügung stehen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus einem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom ermöglicht die Gewinnung eines im Wesentlichen C3+-Kohlenwasserstoff enthaltenden Produktstromes mit einer vergleichsweise hohen Ausbeute. Der Heizwert der dem Verflüssigungsprozess zugeführten C2--Kohlenwasserstoffe ist vergleichsweise niedrig, was jedoch in einer Vielzahl der Anwendungsfälle wünschenswert ist, um den Heizwert des entsprechenden Gasnetzes einzuhalten.

Claims (6)

1. Verfahren zur Abtrennung von C3+-Kohlenwasserstoffen aus einem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom, insbesondere einem Erdgasstrom, wobei der Kohlenwasserstoff-reichen Strom im Wärmetausch gegen wenigstens einen Kältemittel- und/oder Kältemittelgemischstrom abgekühlt, partiell kondensiert und in eine flüssige und eine gasförmige Fraktion getrennt wird, die flüssige Fraktion durch Rektifikation in einen im Wesentlichen C3+- Kohlenwasserstoffe enthaltenden Produktstrom und einen überwiegend leichter siedende Komponenten enthaltenden Restgasstrom zerlegt wird, die gasförmige Fraktion arbeitsleistend entspannt und in einer Wäsche aus dieser entspannten Fraktion C3+-Kohlenwasserstoffe abgetrennt und ebenfalls der Rektifikation zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Wäsche austretende C2--Kohlenwasserstoffe enthaltende Fraktion (4, 4') zumindest teilweise einem Verflüssigungsprozess zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine, der Abkühlung und partiellen Kondensation des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes dienende Kältemittel- und/oder Kältemittelgemischstrom ein auch in dem Verflüssigungsprozess verwendeter Kältemittel- und/oder Kältemittelgemischstrom ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wäsche (T1) bei einem höheren Druck als die Rektifikation (T2) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wäsche (T1) mit einer flüssigen Waschmittelfraktion (10), die durch partielle Kondensation (D3) des in der Rektifikation (T2) anfallenden Restgasstromes (7) gewonnen wird, durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der partiellen Kondensation (D3) des in der Rektifikation (T2) anfallenden Restgasstromes (7) gewonnene Gasfraktion (11) auf den Druck der dem Verflüssigungsprozess zugeführten C2--Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fraktion (4, 4') verdichtet (C2) und dieser zugemischt oder als Fuelgas-Fraktion abgegeben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der partiellen Kondensation (D3) des in der Rektifikation (T2) anfallenden Restgasstromes (7) gewonnene Gasfraktion (11) teilweise auf den Druck der dem Verflüssigungsprozess zugeführten C2--Kohlenwasserstoffe enthaltenden Fraktion (4, 4') verdichtet (C2) und dieser zugemischt und teilweise als Fuelgas-Fraktion abgegeben wird.
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