DE1182256B

DE1182256B - Verfahren zum Verflüssigen von Naturgas

Info

Publication number: DE1182256B
Application number: DENDAT1182256D
Authority: DE
Inventors: DeLury Alexander Russell Young Kansas City Mo und William Wood Bodle Deerfield 111 James (V St A)
Original assignee: Conch International Methane Limited Nassau Bahamas (Großbntan men)
Priority date: 1957-11-25
Publication date: 1964-11-26
Also published as: GB852844A; US3020723A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: F 25 j

Wl Deutsche Kl.: 17 g -1

Nummer: 1182256

Aktenzeichen: C164591 a/17 g

Anmeldetag: 11. März 1958

Auslegetag: 26. November 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen von Naturgas, bei dem das Gas als Behandlungsstrom bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck zugeführt und der Behandlungsstrom verflüssigt wird, indem man ihn in Wärmeaustausch mit wenigstens einem Kühlmittel bringt, das eine Kompressions- und eine Expansionsstufe durchläuft, und bei dem anschließend der Druck der erhaltenen Flüssigkeit auf einen für die Speicherung oder den Transport geeigneten Wert vermindert wird.

Es gibt viele Gründe, die eine Verflüssigung des Naturgases wünschenswert machen. Der Hauptgrund ist die bei entsprechendem Druck erfolgende Volumenminderung auf ein Sechshundertstel des Volumens bei der Umwandlung aus dem gasförmigen Zustand in den flüssigen Zustand und die hierdurch mögliche Speicherung und Förderung in Behältern von wirtschaftlich günstigen und praktisch ausführbaren Formen.

Die Verflüssigung des Naturgases ist insbesondere wichtig beim Transport des Gases vom Gewinnungsort oder aus einem Vorrat zu einer entfernten Verbrauchsstelle, besonders wenn der Vorrat nicht unmittelbar mit der Verbrauchsstelle durch eine Rohrfernleitung oder eine -ähnliche Anlage zum Transport des gasförmigen Brennstoffes verbunden werden kann. Schiffstransport im gasförmigen Zustand ist unwirtschaftlich, selbst wenn das Gas stark zusammengedrückt wird, da es praktisch unmöglich ist, Behälter genügender Festigkeit und wirtschaftlich vertretbarer Kapazität herzustellen.

Zum Großversand ist es erwünscht, das verflüssigte Naturgas bei Atmosphärendruck oder vorzugsweise bei einem etwas höheren Druck in entsprechend isolierten Behältern mit großem Fassungsvermögen zu verschiffen, wobei die Drücke jedoch nicht so groß sein dürfen, daß sie die wirtschaftliche Kapazität des Behälters unnötig begrenzen. Je nach der Menge der in dem Naturgas vorhandenen^öKer- ^SSen^ff schwereren KöTiKrwasse'fstoffe Hat'"das ver-

flüssigte. „ Naturgas beC17Ätmosp£ärendruek _. einen

Siedepunkt zwischen —151° und—161° C. '

Die bekannten Gasvefflüssigungsverfahren können in zwei wesentliche Gruppen eingeteilt werden. Das erste arbeitet mit innerer Unterkühlung, d. h., die Wärme wird dem komprimierten Gas entzogen, und die Unterkühlung erfolgt durch Entspannung. Das zweite Verfahren arbeitet lediglich durch Wärmeentzug. Nach diesem letztgenannten Prinzip arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wärme bis zur völligen Verflüssigung des Naturgases abgeführt wird, indem Verfahren Zum Verflüssigen von Naturgas

Anmelder:

Conch International Methane Limited,

Nassau, Bahamas (Großbritannien)

Vertreter: .

Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin 33,

und Dipl.-Ing. H. Agular,

München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Als Erfinder benannt:

James DeLury,

Alexander Russell Young, Kansas City, Mo.,

William Wood Bodle, Deerfield, JIl. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. November 1957
(698 667)

man das Gas in an sich bekannter Weise nacheinander mit mehreren voneinander getrennten Kühlmitteln unterschiedlicher Siedepunkte, insbesondere Propan, Äthan und Methan, in Wärmeaustausch bringt, und daß die Kühlmittel stufenweise in geschlossenen Kreisläufen geführt sind und die Expansionsstufe wenigstens eines Kühlmittels eine Hochdruckstufe und eine Niederdruckstufe aufweist, wobei der Behandlungsstrom beim Wärmeaustausch zuerst die Hochdruck- und dann die Niederdruckstufe durchläuft.

Nach einem bekannten Verfahren zur Verflüssigung und Trennung von Luft in Sauerstoff und Stickstoff werden diese Bestandteile als sehr kalte Gasströme erhalten und in Wärmeaustauschern zur Vorkühlung der zu verflüssigenden Luft verwendet. Nur zur zusätzlichen Kühlung;kommen Äthan- und Methan-Kühlmittelzyklen zur Anwendung.

Eine andere Methode sieht zur Verflüssigung von Naturgas verschiedene nacheinander verwendete Kühlmittel vor, wobei ein Kühlmittel zur Kondensation des anderen besteht. Dabei kommt jedoch nur ein einziges Kühlmittel in Wärmeaustausch mit dem Naturgasstrom. ·

Auch wurde bereits bei der Verflüssigung von Gasen in der Weise gearbeitet, daß zunächst als Kühlmittel derjenige Teil des Gases dient, der nicht

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verflüssigt worden ist, während eine weitere Kühlstufe durch den kalten Teil einer Kaltgaskühlmaschine unmittelbar oder unter Verwendung eines Zwischenmittels gebildet wird.

Das Verfahren der Erfindung zur Verflüssigung von Naturgas erfordert zum Kühlen einen geringen Kraftbedarf und nur eine kleine Behandlungsanlage. Das Verfahren kann kontinuierlich mit wenig Mühe und geringem Materialaufwand ausgeführt werden flüssige Propan 14 zwecks anschließender Aufteilung über eine Leitung 18 in; einem; Mengenanteil geführt, der über eine Leitung 20 einem Entspannungsventil 22 zugeleitet wird, in dem der Druck auf etwa 4;kg/cm²; gesenkt! wird, _a so ^; daß eine Einführung in den^tLHochdruckstufen-PröpanwärfneaustäUscher 24 erfolgen kann. Bei dem Druck von 4 kg/cm² wird das Propan auf einer Temperatur von —4° C gehalten. Der'sich bei der Expansion und bei der Ab-

und erfordert zur Äüsfürirung von Reparaturen oder io führung von Wärme aus dem Behandlungsstrom inAuswechslungen keine Stillegung. Als Kühlmittel folge des im Wärmeaustauscher erfolgenden Siedens werden Stoffe verwendet, die leicht erhältlich sind entwickelnde Dampf sammelt sich und strömt über

oder als Nebenprodukte bei diesem Verfahren anfallen. Darüber hinaus liefert das Verfahren ein verhältnismäßig reines verflüssigtes Gas bei Atmospären-Jruck, das sicher: im ^Betrieb ist unH~3as-sieh--den bestehenden Verhältnissen hinsichtlich der Gasanalyse oder der Erhöhung der Kapazität bei Stilllegung benachbarter Leitungen anpassen läßt. Vor allem durch die Unterteilung der einzelnen Kühlmittelkreisläufe wird, eine.· gute und besonders schnelle Wärmeabführung erreicht.

Andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung an Hand der Zeichnungen, in denen eine nicht begrenzende beispielhafte Äusführung dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 ein Strömungsbild des Verfahrens zur Verflüssigung von Naturgas und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eine Abänderung in den Kühlanlagen.

Im dargestellten Beispiel ist das Gas ein gereinigtes Schwachgas mit ■· beispielsweise etwa 91 Molprozent Methan, etwa 17 'Molprozent Äthan, weniger als 2 Molprozent Propan, weniger als 1 Molprozent eine Leitung 26 bei einem Druck von etwa 4 kg/cm² zu einer zwischen dem Niederdruckkompressor 52 und dem Hochdruckkompressor 28 vorhandenen Leitung 51. Das flüssige Propan wird innerhalb des Wärmeaustauschers 24 mittels einer das Ventil 22 verstellenden Regelvorrichtung 30 auf einer gewünschten Standhöhe gehalten.

Beim kontinuierlichen Durchgang des Stromes durch den Wärmeaustauscher 24 wird Wärme aus Naturgas abgeführt, so daß sich die Temperatur des Gasstromes von 38 auf etwa 0° C verringert, und zwar bei einem nur geringen Druckabfall. Wird der Behandlungsstrom bei einer Temperatur zugeführt, die wesentlich tiefer als 38° C ist, dann kann die beschriebene Hochdruck-Propankühlstufe zugunsten einer einzigen Wärmeaustauschstufe durch die Niederdruckstufe des Propan-Kühlmittelkreislaufs weggelassen werden.

^ In der Niederdruckstufe P^ wird flüssig^ J?jOgan aus dem Wärmeaustauscher 24 überTJellohrleitung 32 zwecks Unterteilung zugeführt, wobei ein Teil zu einem Entspjinnungsventilj34 .geleitet wird, in .dem

p p g p pjgj _;g ,

höhere Kohlenwasserstoffe und möglicherweise bis 35 ejn^^rutkvenminderang auf "etwas oberhalb Außenzu 2 Molprozent Stickstoff. Das nach dem Verfahren^ luftdruck erfolgt, "beispielsweise auf i,3 kg/cm², und behandelte Najar-gas kann aßör~McE~Ws~zä~7J)ZoSet- feme·.' Einführung in den Niederdruck-Wärmeaustauscher 36 stattfindet. Bei diesem Druck wird das Propan auf einer Temperatur von etwa —37° C

^^g^^w Kohlenwjisserstoffe, bis zu ^)^folpröient~lStickstöff"'ühd bis zu 5 Molprozent

oder Schwefelwasserstoff enthalten, 40 gehalten.

jedoch beträgt üblicherweise die Methanmenge 75 bis 80 Molprozent und oft über 90 Molprozent des Naturgases. .*-:>..;

D^as Ngjairjas 10 wird über den Rohrstrang 12 der Vefrmlsigungsanlage bei erhöhtem Druck und einer erhöhten Temperatur, beispielsweise bei etwa 50 kg/cm² und 38° C, zugeführt. Der zur Umwandt Tung~des" verdichteten Gases auf einen verflüssigten Zustand mittels eines modifizierten Stufensystems

45 Der in der Leitung 37 vorhandene Behandlungsstrom strömt in den Niederdruck-Propanwärmeaustauscher 36 bei 0° C ein und verläßt den Wärmeaustauscher bei etwa — 34° C und einem Druck von etwa 49 kg/cm². Das innerhalb des Wärmeaustauschers 36 vorhandene flüssige Propan wird mittels j eines das Ventil 34 regelnden'Hebelreglers 38 auf der gewünschten Standhöhe gehalten. j Der in Rohrleitung 32 befindliche andere Teil des

und eines modifizierten Expansionssystems dienende 50 Propans strömt in Leitung 40 zu einem Entspan-Kühlzyklus wird in eine Folge von Kühlstufen unter- nungsventil 42, in welchem derJDruckauf die_gleiche teilt, die aus einem Propan-Kühlmittelkreislauf P, DlTOffijöll^'gelenlF'wird wiegln demjyentii,34, ,,eKe.» einem Äthan-Kühlmittelkreislauf E und einem eine Einführung in .den Wärmeaustauscher 44 erfolgt, Methan-Kühlmittelkreislauf M bestehen. Jeder Zyklus in" dein""'wieder verdichtete ^ÄthanJämpfe,,Jn,„.dem bewirkt eine Temperatursenkung des komprimierten 55 Athankühlz^usTzwecks Verflüssigung gekühlt wer-Gases in dem Bereich, in dem jede Zyklusunter- den. Das Propan wird wiederum mittels einer das teilung hinsichtlich der zur Erzielung der gewünschten Kühlung erforderlichen Leistungsaufwendung

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mit höchstem Wirkungsgrad betrieben werden kann.

Der Propän-Kühlmittelkreislauf

Der Propan-Kühlmittelkreisläuf P kann in eine Hochdruckstufe F₁, eine Niederdruckstufe P₂ und einen Äthan-Kondensationskreislauf P₃ unterteilt werden. ^u;

^; In der Hochdruckstufe P₁ wird das in einem Behälter 16 bei etwa 13 kg/cm² und' 38° C gehaltene Ventil 42 einstellenden Standregelvorriclnnmg 46 auf einer gewünschten Standhöhe innerhalb des Wärmeaustauschers 44 gehalten.

Die bei der Druckverminderung in den Ventilen 34 und 42 und die beim Sieden in den Wärmeaustauschern 36 und 44 auftretenden Dämpfe werden gesammelt und gemeinsam in den Rohrleitungen und 50 der Eingangsse'ite des Niederdruckkompressors 52 zugeführt. Die aus den Leitungen 48 und bei einem Druck von annähernd 1,3 kg/cm² und bei einer¹ Temperatur von —37° C abströmenden Dämpfe enthalten eine beträchtliche Kältemenge, die

wiedergewonnen werden kann, indem die Dämpfe durch den Wärmeaustauscher 54 in Wärmeaustausch mit dem in Rohrleitung 32 befindlichen flüssigen Propan geleitet werden, um die Flüssigkeit von einer Temperatur von —4 auf etwa —22° C zu kühlen. Die Temperatursenkung des flüssigen Propans verringert die entstehende Dampf menge bei der anschließenden Entspannung in den Ventilen 34 und 42. Gleichzeitig wird die Temperatur der in den Kreislauf wieder eingeleiteten Dämpfe von —37 auf etwa —12° C gehoben. Diese Temperatur ist günstiger bei der anschließenden Behandlung mittels der Kompressoren, da sonst durch die kalten Dämpfe Schmiermittelprobleme entstehen.

Der in Leitung 50 vorhandene Propandampf wird in dem Niederdruckkompressor 52 verdichtet, um den Druck auf einen Wert zu erhöhen, der dem Druck des aus dem Wärmeaustauscher 24 abströmenden Dampfes (etwa 4 kg/cm²) entspricht, so daß die beiden Propandampf ströme zwecks anschließender Behandlung im Hochdruckkompressor 28 miteinander vereinigt werden können. Der Hochdruckkompressor 28 erhöht den Druck der Propandämpfe auf einen Wert, bei dem die Dämpfe beispielsweise mittels eines Wasserkühlers leicht kondensiert werden können. In dem dargestellten Beispiel wird der Druck auf etwa 13 kg/cm² zwecks anschließender Verflüssigung und Speicherung im Behälter 16 erhöht. Die Kompressionswärme in dem ersten Kompressor 52 erhöht die Temperatur des in Rohrleitung 50 befindlichen Teiles des Propandampfes von —12 auf etwa 33° C. Nach Zumischen des Abflusses aus dem Wärmeaustauscher 24 hat der kombinierte Strom eine Temperatur von etwa 17° C. Nach dem Wiederverdichten in dem zweiten Kompressor 28 steigt die Temperatur auf etwa 71° C.

Durch Kombination der Wämeaustauschstufen hoher und niederer Temperatur wird nur ein Bruchteil des Dampfes auf den niederen Druck gesenkt, so daß nur ein Bruchteil wieder verdichtet werden muß und bei der Ausführung des Kühlzyklus an Kraft gespart wird. Durch Aufteilung des Propankühl-, mittels zwischen einem Kühlzyklus niederer Temperatur und einem Kühlzyklus hoher Temperatur kann die Wärme aus dem Behandlungsstrom bei für jedes Kühlmittel wirksameren Temperaturen entfernt werden, so daß der zur Erzielung der gewünschten Temperaturverringerung des Behandlungsstromes erforderliche Kraftbedarf weiterhin verringert wird. Wenn die gesamte Wärme mit dem Kühlmittel beispielsweise bei — 37° C abgeführt werden soll, ist weniger Wärme zu übertragen, und es wäre das gesamte Propan mit einem Druck von etwa 1 kg/cm² auf den höheren Druck zu verdichten.

Die Kompressionswärme muß aus dem dem Niederdruckkompressor zugeführten Propan nicht entfernt werden, da die Temperatur nicht so hoch ist, daß sie bei der anschließenden Behandlung Schwierigkeiten bereitet, und auch nicht hoch genug für eine Wasserkühlung ist. Nach dem Verdichten des gesamten Propans auf etwa 13 kg/cm² durchströmt dieses einen Wärmeaustauscher 55, in welchem die Kompressionswärme mit Wasser als Wärmeaustauschflüssigkeit abgeführt werden kann. Vorzugsweise wird die Temperatur der Dämpfe so weit gesenkt, daß die in dem Propan verbliebenen Schmieröldämpfe kondensieren, eine Kondensation des Propans jedoch verhindert wird, beispielsweise auf 5 bis 10° Q oberhalb des Taupunktes des Propans. Dadurch können Spuren von Schmieröl, aus dem Gasstrom' abgetrennt werden, ohne daß eine Mischung mit dem kondensierten Propan erfolgt. Beispielsweise wird das Propan im Wärmeaustauscher 55 auf etwa 43° C gekühlt. '

Das aus dem Wärmeaustauscher 55 ausströmende neu verdichtete Propan wird dann, in einem Flüssigkeitsabscheider 56, beispielsweise in einem Füllkörperkessel, behandelt, um Öl und andere Verunreinigungen aus dem Propan-Kühlmittelkreislauf zu sammeln und abzuscheiden. ■

Das verdichtete und gereinigte Propan wird über eine Rohrleitung 58 einem P^^p_ankondensator 60

zugeleitet, - in welchem ein Wärmeaustausch "mit" einem Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, erfolgt, um die Temperatur des Propans auf seine Kondensationstemperatur bei den bestehenden Druckverhältnissen (38° C bei 13,0 kg/cm²) zu verringern, worauf das flüssige Propan 14 zum* Behälter 16 zurückgeführt wird.

Der Äthan-Kühlmittelkreislauf

Der Äthan-Kühlmittelkreislauf E ist ähnlich wie der Propan-Kühlmittelkreislauf in eine Hochdruckstufe E₁ und eine Niederdruckstufe E₂ unterteilt.

Bei einer stufenweise arbeitenden Kühlanlage dieser Art ist es erwünscht, zur Vermeidung von Kondensation auf den Wärmeaustauschflächen und zur Beibehaltung einer optimalen Wärmeübertragung den Feuchtigkeitsgehalt des Behandlungsstromes möglichst weit herabzusetzen, ehe das Naturgas der Verflüssigungsanlage zugeleitet wird. In dem dargestellten Beispiel jvurde das Schwachgas vor Behandlung im Propan-KuhlmittelkreisTäuf"mrreinem Trocknungsmittel behandelt und dadurch der Feuch-;

tigkertsgelSrräuTelnen Taupunkt von etwa —40° Cj

herabgesetzt. Hierdurch ergibt sich eine sehr geringe¹

Relativfeuchtigkeit. Wenn dagegen der Behandlungsstrom nicht eine Temperatur ypn 38° C, sondern eine Temperatur von —29° C hat, dann erzeugt die gleiche Feuchtigkeitsmenge eine verhältnismäßig hohe Relativfeuchtigkeit, bei der ein Trocknungsmittel ebenfalls wirksam verwendet werden kann, um die Feuchtigkeit zu entfernen, ehe eine Behandlung des Naturgases im Äthan-Kühlmittelkreislauf erfolgt. Dies wird durch die Verwendung von zwischen dem Propan- und dem Äthah-Kühlmittelkreislaui eingeschalteten jTrockenyjgjnchJungen_6J- erreicht. Die

Trockenvorrichtungen 'könnerTTn beliebiger Weise aufgestellt und in den verschiedenen Stufen der Anlage verwendet werden. '

In der Hochdruckstufe des Äthan-Kühlmittelkreislaufs wird flüssiges Äthan 62, das in einem Behälter

64 beispielsweise auf 10 kg/cm² und —33° C gehalten wird, über eine Rohrleitung 66 einem Warmeaustauscher 68 zugeführt, in dem die Temperaturauf —47° C gesenkt wird. Das gekühlte flüssige Äthän strömt bei einem Druck von 10 kg/cin² .über die Rohrleitung 70 zu einem EntspanhungsveiitÜ 72, ;das den Druck auf etwa 4 kg/cm² senkt, und weiter in den Hochdruck-Wärmeaustauscher 74,. wobei ,die Temperatur des Äthans in' dem Wärmeaustauscher auf etwa —61° C gehalten wird. Der in Leitung 75 befindliche Hauptstrom strömt bei —34° C und einem etwas geringeren Druck als 49 kg/cm² in den Wärmeaustauscher 74 ein und verläßt ihn über die Rohrleitung 78 bei ' —59° C, wobei ein geringer

etwa 37° C und einem Druck von etwa 3,4 bis 3,5 kg/cm² zugeführt.

Das aus dem Hochdruckkompressor 84 bei 93° C und 11 kg/cm² Druck ausströmende Äthan durchströmt einen Wasserkühler 112 und verläßt diesen mit einem Druck von 10 kg/cm² und einer Temperatur von 38° C. Aus dem Wärmeaustauscher werden die wieder verdichteten Äthandämpfe über eine Rohrleitung 114 dem Wärmeaustauscher 86 zugeleitet, in

Druckabfall erfolgt. Das bei der Entspannung im
Ventil 72 und in dem Wärmeaustauscher 74 verdampfende Äthan wird über die Rohrleitung 80 der
Zwischenstufe zwischen dem Niederdruckkompressor
82 und dem Hochdruckkompressor 84 zugeführt. Die
in dem Dampf vorhandene Kälte wird in dem
Wärmeaustauscher 68 wiedergewonnen, um das aus
dem Behälter 64 dem Wärmeaustauscher 74 zugeführte flüssige Äthan zu kühlen. Anschließend
passiert der Dampf einen zweiten Wärmeaustauscher io welchem sie auf etwa 8° C gekühlt werden, während 86, um die Kompressionswärme aus dem Äthan zu das Umlaufgas aus den Wärmeaustauschern 90 und entfernen, das über die Kompressoren 82 und 84 92 von — 42 auf — 7° C und die aus dem Wärmewieder in den Kreislauf geleitet wird, so daß das ver- austauscher 74 kommenden Dämpfe von —40 auf dichtete Äthan eine Temperatur wie in dem Propan- —5° C erwärmt werden. Vom Wärmeaustauscher 86 kreislauf hat, die etwas oberhalb der Verflüssigungs- 15 gelangen die Äthandämpfe in den Abscheider 116, temperatur, aber unterhalb der Kondensationstempe- um die Schmieröle abzuscheiden, die vielleicht von ratur der in dem Äthanstrom vorhandenen Schmier- dem Äthan beim Verdichten mitgenommen worden mitteldämpfe liegt. sind. Aus dem Abscheider 116 wird das verdichtete

Das im Wärmeaustauscher 74 befindliche flüssige Äthan über die Rohrleitung 118 dem in dem Propan-Äthan wird von dem auf den Hebelregler 88 an- 20 Kühlmittelkreislauf vorhandenen Äthankondensator sprechenden Ventil 72 auf einem gewünschten Stand 44 zugeleitet.^a^ÄAan^trömtjnden.JCondensator gehalten. Eine genügende Menge flüssiges Äthan " ' ' —— -

wird aus dem Wärmeaustauscher 74 über die Rohrleitung 94 abgeleitet, um den Wärmeaustauscher 90 und den Methankühler 92 zu versorgen. Der zum Wärmeaustauscher 90 fließende Teil strömt über ein Druckentspannungsventil 96, das den Druck auf etwa 1,3 kg/cm² zwecks Einführung in den Wärmeaus-

>densaTlDeT

— 33° C und .bei. einem _Druck_yon im "zu ."clem Behälter ö4 zurückzukehren. Der Behandlungsstrom strömt weiter von dem Wärmeaustauscher 90 über die Rphrleitung 120 zu einem Hochdruck-Methanwärmeaustauscher 122, dem er mit —77° G und einem Druck von etwa

tauscher 90 reduziert. Bei diesem Druck wird das in |'|4S75"bis 4JT₅O kg/cm² in einem im wesentlichen flüssidem Wärmeaustauscher 90 vorhandene Äthan auf 3» '^βη^Ζ^1ϊ^°"'^^^^Λϊ"™^Γ'"^ΚΛ^^ϊ"'~°^ϊ"'^κ;ί5* -^1ί1/|0 ¹^ ^Λτα*~ einer Temperatur von etwa -84⁰C gehalten. Im
Beispiel strömt der Behandlungsstrom bei etwa
— 59° C in den Wärmeaustauscher ein und verläßt

diesen bei etwa — 82° C.

Der andere Teil des flüssigen Äthans wird über die 3£ Rohrleitung 97 dem Druckentspannungsventil 98 zugeleitet, in dem das Äthan auf den im Wärmeaustauscher 90 vorhandenen Druck gesenkt wird, um in den Kühler 92 eingeführt zu werden, in welchem die wieder verdichteten Methandämpfe eine Temperatursenkung erfahren. Beide Wärmeaustauscher 90 und 92 haben Standregler 100 und 102, auf deren Stand die Ventile 96 und 98 ansprechen, um die gewünschte Standhöhe des flüssigen Methans in den Wärmeaustauschern aufrechtzuerhalten.

Die aus den Wärmeaustauschern 90 und 92 kommenden Dämpfe werden in der Rohrleitung 104 miteinander vereinigt, und die Kälte aus diesen Dämpfen wird dadurch wiedergewonnen, daß die

_ä____ ^ _.. yäiSp^W^^j^JÜ^Qy^-

läßt. Der"vorhandene gesamte Stickstoff bleibt dabei für gewöhnlich in dem verflüssigten Material gelöst. Der verflüssigte Behandlungsstrom kann zwar unmiffel6*ar'"äu|" den gewünschten Druck (etwas "öber-

halb des Äußenluftdruckes)„zwecks„Aufbewahrung ^^^"rt^ii T151

^^^^^) unmittelbar entspannt werden, jedoch wird bei Vorhandensein wesentlicher Stickstoffmengen dieser unter Ver-' wendung einer entsprechenden Vorrichtung aus dem verflüssigten Stoff entfernt. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine Flüssigkeit mit einem höheren Brennstoffgehalt, sondern es ist auch möglich, Dämpfe aus dem Speicher als Kühlmittel zu verwenden und den Kühlmittelkreislauf zum Wiederverflüssigen der aus dem Vorrat aufsteigenden Dämpfe zu verwenden. Zu diesem Zweck wird der Behandlungsstrom, der jetzt eine Flüssigkeit mit einer Temperatur von und einem Druck zwischen 45 und

kalten Dämpfe über einen Wärmeaustauscher 106 in 5° —104° C Wärmeaustausch mit dem Äthanteil gehalten werden, 47 kg/cm² ist, in einer Kolonne 124 behandelt, die in der über den Wärmeaustauscher 74 zu den Wärme- ihrem im unteren Teil befindlichen Aufwärmeraustauschern 90 und 92 strömt, um die Temperatur abschnitt Rohrschlangen 126 aufweist, in denen der des Äthans von —61 auf —70° C zu senken. Die kalte und verdichtete Strom des verflüssigten Natur-Dämpfe strömen dann bei etwa — 69° C über die 55 gases zu einer außerhalb des Aufwärmers befind-Rohrleitungen 108 und 110 zu den bereits be- liehen Rohrleitung 128 geführt wird, in deren Druckschriebenen Wärmeaustauschern 68 und 86 und entspannungsventil 130 der Druck des verflüssigten schließlich zur Niederdruckseite des Kompressors 82. Stromes auf etwa 9 kg/cm² gesenkt wird. Dies' ergibt Das aus den Wärmeaustauschern 90 und 92 strö- eine Temperatursenkung des Behandlungsstromes auf mende Äthan befindet sich etwa auf Außenluftdruck 60 etwa —123° C zwecks Wiedereinführung in einen

Zwischenabschnitt eines Rektifizierabschnittes 132. Bei der Druckminderung wird ein Teil des verflüssigten Naturgases verdampft. Ein Rückflußkühler 134

und wird zum Einströmen in den Kompressor 82 auf etwa —7° C erwärmt. Die erste Kompressionsstufe hebt die Äthandämpfe auf einen Druck von 3,4 kg/cm² und eine Temperatur von etwa 50° C.

Das aus der ersten Kompressionsstufe stammende 65 dem Methan aus dem Methan-Kühlmittelkreislauf Äthan wird mit dem aus dem Wärmeaustauscher 74 gekühlt wird, befindet sich am Auslaß nahe dem kommenden Dampf vereinigt und gemeinsam der Kopf der Kolonne, um die aus der Kolonne auszweiten Kompressionsstufe bei einer Temperatur von tretenden Dämpfe zu. kondensieren.

in Form eines Wärmeaustauschers, der mit sieden-

ίο

Die bei einem Druck von 9 kg/cm² aus dem untexen Teil der Kolonne ausströmende Flüssigkeit hat eine Temperatur von etwa —120° C, also etwa 10° C kühler als die zugeführte Flüssigkeit. In der Kolonne enthält die bei etwa —123° C entspannte Flüssigkeit den Stickstoff in Lösung. Beim Abwärtsströmen in der Kolonne wird die Flüssigkeit in Berührung mit den in der Kolonne aufsteigenden Dämpfen gebracht. Die schwereren Dämpfe kondensieren auf diese Weise, erwärmen die Flüssigkeit und treiben die Stoffe niedrigen Siedepunktes, z. B., Stickstoftaind/-oderHeliurnj ab. Im oberen Abschnitt der Kolonne "werderTcße aus der Entspannung und dem Überlauf stammenden Dämpfe in Berührung mit der nach

größere Kühlmittelmenge erforderlich. Es ist daher zweckmäßig, die Abtrennung bei einem Druck von vorzugsweise oberhalb 5 kg/cm² und unterhalb 49 kg/cm² vorzunehmen, was etwas und unmittelbar von dem Stickstoffgehalt abhängt. Der Abstrom aus der Vorrichtung 132 in Rohrleitung 136 kann nach Durchgang durch Wärmeaustauscher, in denen die Kälte wiedergewonnen wird, als Brennstoff verwendet werden.

Der Methan-Kühlmittelkreislauf

Methan kommt aus dem Niederdruck-Äthanwärmeaustauscher 92 im Äthan-Kühlmittelkreislauf

unten strömenden kalten Flüssigkeit gebracht, so daß 15 bei etwa — 82° C und einem Druck von etwa

die schwereren Bestandteile kondensiert- werden, während die schwerer ton^e^ie^arj!n_jTJämpJe, hauptsächlich Stickstoff und etwas Methan, weiter durch den Rückflußkühler nach oben strömen und

85 kg/cm², wobei das Methan als dichtes Strömungsmittel (zum Unterschied von einer Flüssigkeit oder einem Dampf) vorliegt, da es sich oberhalb des kritischen Druckes befindet. Derartig hohe Drücke bei etwa —100° C in die Rohrleitung 136 gelangen. 20 sind in dieser Phase des Kühlmittelkreislaufs zweck-Der Behandlungsstrom strömt über die Leitung"*¹! mäßig, weil sie mit verhältnismäßig geringem zusätz- 138 bei —120° C und einem Druck von 9 kg/cm² in lichem Aufwand erzielt werden können und sich dareinen in dem Methan-Kühlmittelkreislauf gelegenen aus viele Vorteile und wirtschaftliche Verbesserungen Wärmeaustauscher 140, verläßt diesen bei etwa ergeben. Beispielsweise kann das Äquivalent der — 135° C über die Rohrleitung 142 und strömt zu 25 latenten Kondensationswärme aus dem dichten Ströeinem Wärmeaustauscher 144, in den das verflüssigte mungsmittel bei einer verhältnismäßig hohen Tempe-Methangas bei —135° C einströmt und bei etwa ratur entfernt werden, so daß eine beträchtliche —154° C ausströmt. Von hier wird die kalte Flüssig- Nettoersparnis an Kühlkraft erzielt wird. Bei Ankeit in einen vorzugsweise etwas oberhalb Atmo- Wendung höherer Drücke kann das Material auf sphärendruck befindlichen Speicherbehälter 148 ent- 30 niedrigere Drücke mit einem geringeren Dampfanteil

g p

im Vergleich zu dem Strömungsmittel entspannt werden, so daß die in den Kreislauf wieder einzuleitende

m vorTi.de.nen Mngajle Dampf menge und auch der zum Kühlen erforder-

ss'erstoffe äBhahgCD'ef*"Speicher- _f liehe Kraftaufwand verringert wird. Bei hohen '^hSmer ei jedoclrljDrücken ist außerdem die Kühlkurve für Methan

spannt, so daß die Temperatur auf etwa__^154__bis' .--l_61£_CLge^enkt wird, was wji_dem„D^uck_und__der indem Naturgasstrom vorTia.nde.nen Mengajler höher* ^^^^^^'ff äBhhCD'f*"Sih

"beMlterl48 kann^e'^eicherSrnmer sein, jedocl wird vorzugsweise das Erzeugnis aus dem Speicher-" behälter 148 in isolierte Speicherbehälter oder zu Transportvorrichtungen (nicht dargestellt) geleitet. Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Möglich-

sjDrücken ist außerdem die Kühlkurve für Methan = gleichförmiger und geradliniger, so daß sie eine leistungsfähigere Wärmeübertragung bei entsprechender Kraftersparnis ermöglicht. Es ist jedoch eine

g g Stelle vorhanden, bei der sich die Drucklinien ein-

keit, das in dem Speicher absiedende Methan und/ 40 ander so nähern, daß es unwirtschaftlich wird, bei oder das in die Kammer 148 verdampfende Methan noch höheren Drücken zu arbeiten. Dieser Bereich als einen Teil des Kühlmittels in dem Methan-Kühl- liegt für Methan bei etwa 84,0 bis 91,0 kg/cm²,
mittelkreislauf zu verwenden, so daß das Methan- Methanflüssigkeit aus dem Wärmeaustauscher 92

kühlmittel aus dem behandelten Strömungsmaterial strömt durch die Leitung 150 zum Wärmeaustauscher ergänzt wird. Deshalb ist ein im wesentlichen völliges 45 152, in dem sich die Flüssigkeit in Wärmeaustausch Entfernen von Stickstoff aus dem der Kammer 148 mit den Methandämpfen befindet, die von dem zugeführten Produkt erwünscht, da sonst der Stick- Rückflußkühler 134, dem Wärmeaustauscher 144 stoff in das gespeicherte verflüssigte Methangas ge- und dem Auslauf in der Leitung 136 wieder in Umlangt und dann als erstes als Dampf auftritt, wodurch lauf gesetzt werden. Das in den Wärmeaustauscher die Verwendung dieser Dämpfe in dem Methan- 50 bei — 82° C einströmende Methan verläßt diesen bei

Kühlmittelkreislauf ausgeschlossen wird. Auch nach Verdampfen des Stickstoffs bliebe etwas Stickstoff unvermeidlich in Lösung und würde mit dem Produkt gespeichert, so daß der Stickstoff in die Kühl-

etwa —90° C und strömt dann durch die Rohrleitung 154 zu dem Wärmeaustauscher 122. Vor dem Einströmen in den Wärmeaustauscher 122 wird der Druck in dem Ventil 156 auf etwa 21,0 kg/cm² ver

anlage gelangt und sich in dem Umlauf anreichert. 55 ringert, wodurch das in dem Wärmeaustauscher be-

Ferner würde auch zuviel Methan mit dem Stickstoff abgeleitet werden.

Der Druck im Rektifizierabschnitt 132 kann ziemlich weit von dem genannten Wert 9 kg/cm² ab-

findliche Methankühlmittel auf einer Temperatur von etwa —106° C gehalten wird. Das flüssige Methan wird in dem Wärmeaustauscher von einem Standregler 158, auf den das Ventil 156 anspricht, auf dem

weichen. Vorteilhaft wird mit einem so hohen Druck 60 gewünschten Stand gehalten.

gearbeitet, daß ein Umlauf der Dämpfe durch die verschiedenen Wärmeaustauscher hindurch zwecks Wiedergewinnung der Kälte und zwecks anschließender Verwendung als Brennstoff gesichert ist. Im allgemeinen soll der Druck höher als etwa 5 kg/cm² sein. Wird der Rektifizierabschnitt 132 mit viel höheren Drücken als etwa 9 kg/cm² betrieben, so sind die inerten Gase schwieriger zu entfernen, und es ist eine

Aus dem Wärmeaustauscher 122 gelangt das Methankühlmittel über die Rohrleitung 160 zu einem Wärmeaustauscher 162, in dem es durch Wärmeaustausch mit den aus dem Wärmeaustauscher 144 kommenden Dämpfen von —156° C und den aus dem Rückflußkühler 134 und Wärmeaustauscher 140 kommenden Dämpfen von —137° C von —106 auf — 121° C gekühlt wird; Das gekühlte Methan von

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— 121° C strömt über die Leitung 164 und wird in zwei Mengenanteile geteilt, von denen der eine vor dem Einführen in den Wärmeaustauscher 140 zu einem Entspannungsventil 166 strömt, in welchem eine Druckverminderung auf etwa 5 kg/cm² und ein entsprechender Temperaturabfall auf —137° C erfolgt, während der andere Teil in einem Ventil 168 auf den gleichen Druck entspannt wird, ehe eine Zuführung in den am Kopf der Vorrichtung 132 befind-

—156 auf —115° C erhöht, und wird dann dem Wärmeaustauscher 152 zugeführt, in dem eine weitere Erhöhung der Temperatur auf — 90° C erfolgt. Aus diesem Wärmeaustauscher 152 strömt der 5 Dampf durch die Rohrleitung 186 zu einem als Vorkühler für das verdichtete Methan ausgebildeten Wärmeaustauscher 188, in welchem die Temperatur des wieder in den Umlauf zu bringenden Methans auf -2O⁰C erhöht wird. Der Methandampf wird i d

liehen Rückflußkühler 134 erfolgt. In dem Wärme- io zusammen mit den Dämpfen aus der Leitung 180 austauscher 140 wird der Flüssigkeitsstand durch mittels des Niederdruckkompressors 182 verdichtet, eine Regelvorrichtung 170/ die das Ventil 166 ein- Der Dampf aus dem Rücklauf kühler 134 und aus stellt, geregelt. dem Wärmeaustauscher 140 strömt in der Leitung

Flüssiges Methan von —137° C und einem Druck 189 zu den Wärmeaustauschern 162 und 152, verläßt von etwa 5 kg/cm² wird im Überschuß zu der er- 15 den letzteren bei etwa 23° C und strömt dann in der forderlichen Menge aus dem Wärmeaustauscher 140 Rohrleitung 190 zu der zwischen den Kompressoren

182 d 194 l i

durch die Leitung 172 zu einem Ventil 174 geleitet, durch welches das flüssige Methan bei einem Druck von etwa 2 kg/cm² und einer Temperatur von

182 und 194 gelegenen Zwischenrohrleitung 192. Dämpfe aus dem Wärmeaustauscher 122 strömen durch die Leitung 196 zum Wärmeaustauscher 188,

—156° C in den Wärmeaustauscher 144 überströmt. 20 den sie bei —12° C verlassen, und strömen weiter Dieser weist den üblichen Standregler 176 auf, der durch die Leitung 198 zu der zwischen den Kom-

pressoren 194 und 202 befindlichen Zwischenrohrleitung 200.

Der erste Kompressor 182 bringt den Dampf aus ihbh d

den über das Ventil 174 einströmenden Strom- regelt. Das Methan wird in einem Behälter 148 gespeichert und kann dem Methan-Kühlmittelkreislauf

zugeleitet werden. Vorzugsweise wird der Methan- 25 dem Speicherbehälter und aus dem Wärmeaus-Kühlmittelkreislauf durch die Speicherung und den tauscher 144 auf einen Druck von etwa 5 kg/cm² bei Überlauf in dem Speicher ergänzt. Hierbei können °

die sich in dem Speicher entwickelnden-und ab-

p
siedenden Dämpfe dem Methankühlmittel aus den

etwa 70° C. Diese Kühlmittelmenge kann im Wärmeaustauscher 204 mit Wasser gekühlt werden, um die Temperatur des Methans auf etwa 46° C zu ver

verschiedenen Einheiten des Methan-Kühlmittelkreis- 30 ringern. Der verdichtete Methananteil wird dann mit

laufs wieder zugesetzt werden, da die Dämpfe aus dem aus dem Rückflußkühler 134 und dem Wärme-

dem Speicher eine ähnliche Beschaffenheit haben wie austauscher 140 wieder in den Kreislauf zurück-

das als Kühlmittel verwendete Methan. Die in dem geführten Dampf vereinigt und im zweiten Kom-

Einlaß zu den Kompressionsstufen vorhandene pressor 194 auf einen Druck von etwa 20 kg/cm² und

Methanmenge ist daher im Überschuß zu der Menge 35 eine Temperatur von 115° C erhöht. Dies entspricht

vorhanden, die lediglich durch das Absieden des dem Druck des aus dem Wärmeaustauscher 122 strö-

Kühlmittels erhalten wird. Jeglicher Überschuß an menden Dampfes, so daß eine Vereinigung in der

verflüssigtem Methan über die als Kühlmittel ver- Rohrleitung 200 erfolgen kann. Vor der Vereinigung

wendete Menge kann jedoch aus dem letzten Wärme- durchströmen die wieder verdichteten Gase einen

austauscher 144 durch die Rohrleitung 178 als Pro- 40 Wasserkühler 206, um die Temperatur auf etwa

dukt in den Speicherbehälter 148 geleitet werden. 43° C zu senken. Nach der Vereinigung mit dem aus

Gewöhnlich entspricht die abgeleitete Menge der dem Wärmeaustauscher 122 strömenden Dampf wird

dem Kreislauf aus dem Speicher zugeführten Dampf- das Methan in dem Endkompressor 202 auf einen

menge. Druck von etwa 85 kg/cm² verdichtet und strömt mit

Eine Reinigung des Kühlmittels ist also nicht not- 45 einer Temperatur von 120° C ab. wendig, da frische, Methananteile ständig als Kühl- Das verdichtete Methan wird im Wärmeausmittel in den Methan-Kühlmittelkreislauf eingeleitet tauscher 208 mit Wasser gekühlt, um die Temperatur werden. Es ist auch nicht erforderlich, das ab- auf 38° C zu senken, wobei die mit dem Methan mitsiedende Produkt dem in der Anlage zu verflüssigen- genommenen Schmiermitteldämpfe kondensieren und den Zufuhrgas zuzusetzen. Infolgedessen wird nicht 50 dann im Abscheider 210 abgeschieden werden. Die nur die zu behandelnde Materialmenge verringert, einen Druck von 85 kg/cm² und eine Temperatur von sondern die Kapazität der Anlage wird auch günstig 38° C aufweisenden, verdichteten Dämpfe werden beeinflußt, ohne daß eine Erweiterung der Ab- dann in der Rohrleitung 212 einem in dem Propanmessung oder eine Erhöhung der zum Betrieb er- Kühlmittelkreislauf verwendeten Wärmeaustauscher forderlichen Kraft notwendig wird. Die aus dem 55 214 zugeleitet, der das aus der Leitung 18 kommende Produkt absiedenden Dämpfe können jedoch dem Propankühlmittel aufnimmt. Dieses wird über das Gasstrom zwecks Wiederverflüssigung .-zugesetzt Ventil 216 in den Wärmeaustauscher bei einem werden. -.. Druck von 4 kg/cm² und einer Temperatur von

Die aus dem Speicherbehälter in den Kühlmittel- —4° C geleitet, also dem Druck und der Temperatur kreislauf rückgeführten Dämpfe werden durch Rohr- 60 des Wärmeaustauschers 24 im Propan-Kühlmittel-

leitung 180 unmittelbar der Niederdruckseite des kreislauf. Das wieder verdichtete Methan strömt in

Kompressors 182 zugeführt. Der Kompressor 182 den Wärmeaustauscher 214 bei einer Temperatur von

bringt den Druck von etwa 1 auf etwa 5 kg/cm², 38° C ein, verläßt ihn bei 0° C und strömt dann

während die Temperatur auf etwa 70° C erhöht durch die Rohrleitung 218 zum Wärmeaustauscher wird. 65 188, in dem ein Wärmeaustausch mit den aus den

Der aus dem Wärmeaustauscher 144 kommende Wärmeaustauschern 144, 140 und 122 und aus dem

Kühldampf wird durch Rohrleitung 184 zum Wärme- Rücklaufkühler 134 kommenden Dämpfen erfolgt,

austauscher .162 geleitet, der die Temperatur von Das Methan verläßt den Wärmeaustauscher bei

— 50° C und strömt durch die Rohrleitung 220 zum Methanaustauscher 92.

Das aus dem Behandlungsstrom durch die Rohrleitung 136 abgesonderte Gas wird auch in den Wärmeaustauschern 152 und 188 in Wärmeaustausch gebracht, um vor seiner Verwendung als Brennstoff seine Kühlwirkung auszunutzen. Falls dem Brennstoffbedarf durch diese Zufuhr nicht entsprochen wird, können zusätzliche Mengen an Methan bei erhöhtem Druck aus der Rohrleitung 10 oder aus der Rohrleitung 192 über die Rohrleitung 222 abgelassen werden, nachdem das wieder in den Kreislauf zurückgeführte Methan auf einen Zwischendruck verdichtet worden ist, der ausreicht, um den Dampf zur Verwendung weiterzuleiten.

Die Methandämpfe werden in dem beschriebenen Verfahren durch drei Kompressionsstufen hindurchgeleitet, und zwar entsprechend dem Abzug der Dämpfe an drei verschiedenen Druckhöhen aus dem Erzeugnis und aus den Wärmeaustauschern, so daß es notwendig ist, nur diejenigen Teile der Dämpfe zu verdichten, die auf niedrigere Druckhöhen entspannt worden sind. Das Wiederverdichten des Methans ergibt eine höhere Temperatur, die durch die Kompressionswärme entsteht, verglichen mit den entsprechenden Druckänderungen bei Äthan und Propan. In dem Methan-Kühlmittelkreislauf ist es daher vorteilhaft, nach jeder Kompressionsstufe eine Wasserkühlung einzuschalten, da sonst die Austauschtemperaturen übermäßig hoch werden. Nach der ersten Kompressionsstufe wird beispielsweise eine Temperatur von etwa 70° C erreicht, die am Auslaß der zweiten Kompressionsstufe zu einer Temperatur oberhalb 193° C führen würde, wenn die Kompressionswärme nicht in großen Mengen abgeleitet wird. Dieses Ansteigen der Temperatur würde zu Schmierproblemen führen, und außerdem würde die ,Antriebsleistung je Kompressionsstufe übermäßig hoch werden. Die gleichen Verhältnisse treten nicht unbedingt in den Propan- und Äthankompressionszyklen auf, in denen die Kompression nicht so groß ist, daß eine Wasserkühlung nach jeder Kompressionsstufe notwendig wird.

Je nach der Zusammensetzung des zu behandelnden Gases treten in den Arbeitsverhältnissen Abweichungen auf. Diese Abweichungen ergeben sich zwischen einem Reichgas, das unmittelbar aus der GewinnungszOne kommt und beispielsweise 8 bis 20 Gewichtsprozent höhere Kohlenwasserstoffe, einschließlich Äthan, Propan und Butan, enthält, und einem Schwachgas, aus dem die schwereren Kohlenwasserstotte, einschließlich Propan, Butan und etwas Äthan, in der Benzinanlage entfernt worden sind. Bei einem Reichgas wird der Taupunkt schneller erreicht als bei einem Schwachgas, weil einige der schwereren Kohlenwasserstoffe bei einem Druck von 50 kg/cm² und einer Temperatur von 38° C kondensieren. Unter diesen Verhältnissen erfolgt selbst in dem ersten I Wärmeaustauscher im Propan-Kühlmittelkreislauf si eine geringe Kondensation, bei der latente Wärme j und auch Eigenwärme bei ziemlich hohen Temperaj türen entfernt werden. Ein Reichgas kondensiert fast völlig bei etwa —68° C und einem Druck von 49 kg/cm², während ein Schwachgas unter den gleichen Druckverhältnissen bei etwa — 82° C kondensiert. Bei Atmosphärendruck siedet das Reichgas bei etwa —156° C, ein Schwachgas bei etwa -161° C.

Bei der Behandlung eines Schwachgases wird der größte Teil der Wärme bei niedrigen Temperaturen entfernt. Bei einem Reichgas wird der größte Teil der Wärme bei höheren Temperaturen entfernt. Es ist also zweckmäßig, in den Wärmeaustauschern genügend Sicherheitsfaktoren zu berücksichtigen, so daß jede Gasart in dem Verfahren behandelt werden kann. Bei einem Reichgas entfernen die ersten Wärmeaustauscher latente und fühlbare Wärme,

ίο während in den anschließenden Wärmeaustauschern nur fühlbare Wärme abgeführt wird. Die ersten Wärmeaustauscher werden daher größer gebaut als die nachfolgenden Wärmeaustauscher, um eine größere Wärmeaustauschfläche zu haben. Die entgegengesetzte Wirkung wird bei der Behandlung eines Schwachgases dadurch gesichert, daß die ersten Wärmeaustauscher in dem Propan-Kühlmittelkreislauf kleiner ausgeführt werden, während die letzten Wärmeaustauscher eine größere Wärmeaustauschfläche aufweisen, damit die latente und die fühlbare Wärme abgeleitet werden können.

Insbesondere bei der Behandlung eines Reichgases erfolgt eine geringe Kondensation von höheren Kohlenwasserstoffen in Verfahrensstufen, die weit vor der Verflüssigung des Methanbestandteils liegen. Vorrichtungen, beispielsweise Abscheider, können in Zwischenstufen und an verschiedenen anderen Stufen des Kühlzyklus verwendet werden, um das Kondensat abzuziehen. Durch derartige Vorrichtungen kann ein Reichgas im Laufe der Behandlung zu einem Schwachgas werden, und mittels derartiger Vorrichtungen können Butan, Propan und Äthan zur Verwendung als Flüssiggas oder als Ausgangsstoffe in der Petroleumindustrie gesammelt werden.

Ein wichtiges Kennzeichen der Erfindung besteht in der Unterteilung des Kühlzyklus in einzelne Kühlmittelkreisläufe, so daß gesonderte Kühlmittel in Bereichen verwendet werden können, in denen diese Kühlmittel als Wärmeaustauschmittel am wirksamsten sind. Auf diese Weise kann der Anlage Kühlwirkung mit geringsten Leistungskosten je Tonne Kühlmittel zur Verfügung gestellt werden. Propan wurde als Kühlmittel für den Temperaturbereich von 38 bis — 37° C gewählt, da es bei der Wärmeübertragung in diesem Bereich sehr leistungsfähig ist. Äthan wurde als Kühlmittel für den Temperaturbereich von —29 bis —95° C gewählt, und Methan wurde als Kühlmittel für den Temperaturbereich unterhalb — 80° C gewählt. Außer der Leistungsfähigkeit des für jeden dieser Bereiche bestimmten Kühlmittels bildet die Kombination von Propan, Äthan und Methan ein zur Verflüssigung von Naturgas besonders geeignetes System, da alle diese Kühlmittel als Nebenerzeugnis des Verflüssigungsverfahrens erhalten werden, so daß eine unbegrenzte Menge davon bei geringen Kosten und Mühen vorhanden ist.

Hinsichtlich dieser Kühlmittel ist es nicht erwünscht, deren Verwendungsbereich so weit auszudehnen, daß die Kühlmittel Vor den Kompressoren unter Verhältnissen arbeiten, die unterhalb Atmosphärendruck liegen. Beispielsweise ist es unerwünscht, den Propan-Kühlmittelkreislauf unter —40° C auszudehnen, weil sonst ein Vakuum an der Niederdruckseite des Kompressors entsteht. Hierdurch würde Luft in die Kühlanlage gesaugt werden und das Arbeiten der Anlage würde möglicherweise gefährdet.

Vorzugsweise wird die Entspannung der Kühlmittel auf einen Mindestwert von 1,12 kg/cm² begrenzt, so daß die Kühlmittel ständig unter einem genügend hohen Druck bleiben, der ein Eindringen von Luft verhindert und das Kühlmittel zurück zu den Kompressoren fördert.

An Stelle von Propan, Äthan und Methan können auch noch andere Kühlmittel verwendet werden, die nicht gleichwertig sind. Beispielsweise kann an Stelle von Äthan Äthylen verwendt werden. Freon-Verbindüngen lassen sich für das Äthan oder für das Kühlmittel in einem Teil des Methan-Kühlmittelkreislaufs verwenden, da Freon-Verbindungen im Bereich zwischen — 101 und —128° C eingesetzt werden können. Die letzterwähnten Stoffe sind jedoch teure Kühlmittel und sind in einigen Ländern schwer zu erhalten.

Das Verfahren kann außerdem unter Druckver-„hältnissen ausgeführt werden, die von dem Druck yjm~j?9Tig7cm^^

schiede Tmberrabeir-wena-über-haupt, nur wenig Einfluß auf die Reihenfolge der Stufen und das Arbeitsverfahren, mit der Ausnahme jedoch, daß der Kondensationspunkt bei höheren Drücken zum Einlaß und bei niederen Drücken zum Auslaß verschoben wird.

Bei dem zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegebenen Ausführungsbeispiel werden Wärmeaustauscher verwendet, in die die Kühlflüssigkeiten über ein Entspannungsventil eingeführt werden. Es können aber auch andere Vorrichtungen verwendet werden, um die Wärmeaustauscher mit kalter Kühlflüssigkeit zu versorgen. Eine derartige andere Vorrichtung ist schematisch in F i g. 2 dargestellt, in der der unter Druck stehende Kühlmittelstrom in einer Leitung 300 über ein Entspannungsventil 302 einem Behälter 304 zuströmt. Das in dem Behälter 304 befindliche kalte Kühlmittel 306 wird dem Wärmeaustauscher 308 in solchen Mengen zugeführt, daß die erwünschte Kühlung erfolgt. Der übrige Teil wird in der Rohrleitung 310 dem nächsten Wärmeaustauscher 312 zugeführt. Die in dem Behälter 304 vorhandene Kühlmittelmenge wird von dem Regler 314 geregelt. Es ist zwar eine größere Ausrüstung erforderlich, doch können in diesem Verfahren kleinere Wärmeaustauscher verwendet werden, die selbständige Wärmeaustauschereinheiten sein können. . ..?,■.

Claims

,...'. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verflüssigen von Naturgas, bei dem das Gas "als Behändlungsstrom bei erhöhter Temperatur und bei erhöhtem Druck zu-• geführt und der Behandlungsstrom verflüssigt wird, indem man ihn in" Wärmeaustausch mit wenigstens einem Kühlmittel bringt, "das eine Kompressions- und eine Expansionsstufe durchläuft und bei dem anschließend der Druck der erhaltene^FJ^ssigkeiLau^ejnejiJÜLdie-Speiche-Jrüng oder den Transpojt geeigneten Wert verringert wird, dadurch gekennzeichnet, —daß~die~Wärme bis zur völligen Verflüssigung des Naturgases abgeführt wird, indem man das Gas in an sich bekannter Weise nacheinander mit mehreren voneinander getrennten Kühlmitteln unterschiedlicher Siedepunkte, insbesondere Propan, Äthan und Methan, in Wärmeaustausch bringt, und daß die Kühlmittel stufenweise in geschlossenen Kreisläufen geführt sind und die Expansionsstufe wenigstens eines Kühlmittels eine Hochdruckstufe und eine Niederdruckstufe aufweist, wobei der Behandlungsstrom beim Wärmeaustausch zuerst die Hochdruck- und dann die Niederdruckstufe durchläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsstufe jedes Kühlmittels eine Hochdruck- und eine Niederdruckstufe aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kühlmittelkreislauf, in dem die Expansiönsstufe eine Hochdruck- und eine Niederdruckstufe aufweist, das flüssige Kühlmittel von einem Wärmeaustauscher der Hochdruckstufe zu einem Wärmeaustauscher der Niederdruckstufe wandert.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes auf das erste folgende Kühlmittel durch sämtliche ihm in der Stufenfolge vorangehenden Kühlmittel gekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmitteldämpfe aus den Expansionsstufen vor der Wiederkompression zur Ausnutzung der Kälte unter Erwärmung der Dämpfe in Wärmeaustausch gebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederkornpression in mehreren Stufen durchgeführt wird, wobei der Einlaßdruck der Endstufe im wesentlichen gleich dem Druck des expandierten Kühlmitteldampfes aus der Hochdruckstufe der Expansionsstufe ist, und die Dämpfe aus dieser Hochdruckstufe unmittelbar vor die Endstufe der Wiederkompression geleitet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Verflüssigung, jedoch vor'der Verminderung; des auf der Hüssigkeit_lajtei^er£,Drffck"e"s^äuf einen für die "Speicherung und den Transport" geeigneten Dfffiik^Stfckstö^

""siedende Gase aus-dem«Behandlungsstrom-abdestilliert werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 844 910, 950 854; USA.-Pätentschriften Nr. 2 456 386, 2 500 118, 556 850, 2 679145, 2705 406, 2 811843.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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