DE1256666B - Verfahren zur Verfluessigung von Gasen - Google Patents

Verfahren zur Verfluessigung von Gasen

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DE1256666B
DE1256666B DEC36403A DEC0036403A DE1256666B DE 1256666 B DE1256666 B DE 1256666B DE C36403 A DEC36403 A DE C36403A DE C0036403 A DEC0036403 A DE C0036403A DE 1256666 B DE1256666 B DE 1256666B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
F25j
Deutsche Kl.: 17g-1
Nummer: 1 256 666
Aktenzeichen: C 364031 a/17 g
Anmeldetag: 15. Juli 1965
Auslegetag: 21. Dezember 1967
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen von Erdgas oder anderem Gas, bei welchem ein Gasstrom unter hohem Druck mittels Kaskaden- oder anderer Kühlung verflüssigt, in mindestens einer Stufe drosselentspannt, der hierbei flüssig verbleibende Anteil in einen Speicherbehälter auf im wesentlichen Atmosphärendruck entspannt und der in den Entspannungsstufen gasförmig anfallende Anteil verdichtet und wieder dem Gasstrom zugeführt wird.
Beim Verflüssigen von Gasen ist es bekannt, das Gas unter hohem Druck bei Umgebungstemperatur zuzuführen und Wärme zu entziehen, bis sich das Gas in flüssigem Zustand befindet. Aus der britischen Patentschrift 883 656 ist es weiterhin bekannt, das verflüssigte Gas in eine Entspannungskammer mit verringertem Druck einzuleiten, um einen Teil des Gases als Dampf zu entspannen und das restliche flüssige Gas noch weiter abzukühlen. Dieses Verfahren ist nur für verflüssigtes Erdgas verwendbar, das keine nichtkondensierbaren verunreinigenden so Bestandteile, wie Stickstoff oder Kohlendioxyd, enthält. Wenn Gas, das solche Verunreinigungen enthält, entspannt wird, verbleiben die nichtkondensierbaren Bestandteile als Gas und gelangen wieder in den Kreislauf, so daß das Gas immer mehr verunreinigt wird, was schließlich zur Verstopfung der Leitungen oder Wärmeaustauscher führt. Um diese Nachteile zu vermeiden, sind bei dem bekannten Verfahren zwei Gasströme vorhanden, einer für Gas mit Verunreinigungen und einer für Gas ohne Verunreinigungen. Obwohl dieses Verfahren zur Vermeidung der durch verunreinigtes Gas verursachten Probleme führt, ist es doch ziemlich kompliziert und äußerst unwirtschaftlich, da ein großer Teil des Gases als Kühlmittel verwendet wird.
Die bisher bekannten Verfahren erfordern also einen erheblichen Leistungsbedarf und kostspielige Einrichtungen zur Durchführung der Verflüssigung.
Die Aufgabe der Erfindung ist die Herabsetzung des Leistungsbedarfs zur Verflüssigung von Gasen, die Vereinfachung des Verfahrens und die Verringerung der erforderlichen Einrichtungen und Kosten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß von dem verflüssigten Gasstrom ein Nebenstrom abgezweigt wird, der im Wärmeaustausch mit den bei der stufenweisen Entspannung des Hauptgasstromes anfallenden Gasen weiter abgekühlt und nach Entspannung in die entsprechenden Entspannungsstufen des Hauptstromes mit diesem wieder vereinigt wird, während der verflüssigte Hauptstrom vor der stufenweisen Entspannung durch zusätzliche Verfahren zur Verflüssigung von Gasen
Anmelder:
Conch International Methane Limited,
Nassau (Bahama-Inseln)
Vertreter:
Dr.-Ing. H. Ruschke und Dipl.-Ing. H. Agular,
Patentanwälte, München 27, Pienzenauer Str. 2
Als Erfinder benannt:
Jackson Owen Carr, La Habra, Calif. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. Juli 1964 (382 774)
Kaskaden- oder andere Kühlung weiter abgekühlt wird.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist sehr wirtschaftlich und ermöglicht eine weit höhere Ausbeute bei geringerem Leistungsbedarf. Es gestattet auch billigere Einrichtungen und verursacht geringere Kosten.
Die Vermeidung von Gasverlust geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß aus dem Speicherbehälter abgezogenes Gas in mehreren Stufen verdichtet und auf Umgebungstemperatur gebracht wird, wobei ein Teil dieses Gases als Brennstoff abgeleitet wird, und daß das restliche Gas auf den Eingangsdruck des zu behandelnden Gasstromes weiterverdichtet und in diesen zurückgeführt wird. Die Rückführung in den Gasstrom bedeutet eine weitere Verwendung und Vermeidung von Gasverlusten. Eine genaue Steuerung in den letzten Stufen des Verfahrens ergibt sich dadurch, daß ein kleiner Teil des Hauptstromes nach der letzten Entspannungsstufe abgeleitet und nach Entspannung auf etwa atmosphärischen Druck in Wärmeaustausch mit dem Hauptstrom vor dessen Speicherung zur weiteren Kühlung desselben geführt wird.
In der Zeichnung ist ein Fließschema dargestellt, das zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung dient.
709 709/139
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Verfahren ist das zu verflüssigende Gas ein mageres Erdgas, das verhältnismäßig frei von Komponenten ist, die einen höheren Dampfdruck als Methan haben, welches der Hauptbestandteil ist und welches in die Strömungsleitung 1 mit einer Temperatur von 21° C und unter einem Druck von 42 ata eintritt. Der Kühlzyklus zur Umwandlung des verdichteten Gases in eine Flüssigkeit ist ein modifiziertes Kaskadensystem mit einer Folge von Kühlstufen einschließlich eines Propankühlzyklus, eines Äthylenkühlzyklus und eines Methankühlzyklus. Die Temperaturen und die jeweiligen Drücke in den verschiedenen Stufen sind in der Zeichnung angegeben.
Das eintretende Gas wird anfänglich auf eine Temperatur von etwa — 1°C in einem Wärmeaustauscher 2 und auf eine Temperatur von etwa — 35° C in einem Wärmeaustauscher 3 durch Wärmeaustausch mit verdampfendem Propan aus dem Propanzyklus gekühlt. Das Propan wird in einem Behälter 4 bei 21° C und bei einem Druck von 9,8 ata gespeichert und über eine Leitung 6 und ein Drosselventil 7 dem Wärmeaustauscher 2 zugeführt. Der Druck wird herabgesetzt, um die angegebene Temperatur in der Beschickungsgasleitung 1 zu erzeugen, wobei die Temperatur desPropans auf —4° C herabgesetzt wird, bei welcher Temperatur der Propandampf aus dem Mantel des Wärmeaustauschers 2 über eine Leitung 8 zu einer Leitung 9 geleitet wird. Von dieser gelangt er zur zweiten Verdichterstufe 11, in welcher der Druck von 4,2 auf 9,8 ata erhöht wird und bei 21° C durch Wärmeaustausch mit Kühlwasser im Wärmeaustauscher 12 kondensiert und zum Speicherbehälter 4 zurückgeführt wird. Ein Teil des Propans wird aus dem Mantel des Wärmeaustauschers 2 über eine Leitung 14 entnommen, weiter entspannt und durch ein Drosselventil 16 für die zweite Wärmeaustauschstufe im Austauscher 3 und zur ersten Verdichterstufe 17 zurückgeführt, in welcher sein Druck von 1,1 auf 4,2 ata erhöht wird. Bei diesem Druck wird es mit dem Propan aus der Leitung 9 für die zweite Verdichterstufe 11 vereinigt. Ein Teil des Propans aus der Leitung 6 wird ferner durch ein Drosselventil 18 geleitet, um seinen Druck zur Verwendung im Wärmeaustauscher 19 herabzusetzen zur Kühlung des Äthylens aus der letzten Verdichtungsstufe des Äthylenzyklus von einer Temperatur von 21° C, und vereinigt sich dann mit dem Strom aus der Leitung 8 in der Leitung 9, wie vorangehend beschrieben. Das Propan aus der Leitung 14 wird in ähnlicher Weise in seinem Druck durch ein Drosselventil 21 herabgesetzt und im Wärmeaustauscher 22 verdampft, bevor es sich mit dem Strom aus dem Wärmeaustauscher 3 vereinigt, für eine zweite Kühlstufe, durch welche die Temperatur des Äthylens in der Leitung 23 auf eine Temperatur von —3O,5°C herabgesetzt wird, bei welcher Temperatur es kondensiert und in einem Äthylenbehälter 24 gespeichert wird.
Das Erdgas in der Leitung 1 setzt dann seinen Weg durch mehrere ähnliche Stufen Äthylenwärmeaustausch in den Austauschern 25, 26, 27 und 28 mit weiteren Temperaturverringerungen in jeder Stufe fort, was durch Drosseln des Äthylens zur Herabsetzung der Drücke in den Drosselventilen im Strom des flüssigen Äthylens unmittelbar vor jedem dieser Wärmeaustauscher geschieht. Das Äthylen wird seinerseits in ähnlicher Weise in einer Reihe von Verdichtern (oder in einem mehrstufigen Verdichter) verdichtet, wobei die Zahl der Stufen und der Temperaturen für jede Stufe nach an sich bekannten Regeln gewählt wird. Hierbei ist zu erwähnen, daß die verschiedenen Drosselventile, z. B. die Ventile 18, 7, 21, 16 usw., einen Teil von herkömmlichen Pegelregelvorrichtungen bilden, die zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Flüssigkeitsspiegels in den jeweiligen Wärmeaustauschern verwendet werden.
ίο Nach dem Durchtritt durch den Wärmeaustauscher 28 hat das Beschickungsgas eine Temperatur von —97,8° C, und da es immer noch unter einem hohen Druck steht, liegt seine Temperatur unter seiner kritischen Temperatur, so daß es in der flüssigen Phase ist. Der Hauptstrom des nun flüssigen Erdgases nimmt seinen weiteren Weg nun durch drei weitere Wärmeaustauschstufen gegen verdampfendes flüssiges Äthylen in den Wärmeaustauschern 31, 32 und 33, um seine Temperatur auf etwa -1260C herabzusetzen, worauf es über ein Drosselventil 35 in eine Entspannungstrommel 36 geleitet wird. Erfindungsgemäß wird jedoch ein Teil des Stromes zwischen den Wärmeaustauschern 28 und 31 über eine Leitung 37 zum Wärmeaustausch mit den kalten entspannten Dämpfen aus den Entspannungstrommeln 36 und 38 umgelenkt, um die Kühlung in diesen Dämpfen rückzugewinnen und die in die Verdichter eintretenden Gase abzukühlen, wie nachfolgend beschrieben wird.
Nach dem Durchtritt durch das Drosselventil 35 wird das verflüssigte Beschickungsgas in der Entspannungstrommel 36 durch Verringerung des Druckes auf 4,9 ata entspannt, wodurch seine Temperatur auf —137,8° C herabgesetzt wird. Hierauf wird es über ein Drosselventil 39 in eine zweite Entspannungstrommel 38 eingeleitet, in welcher sein Druck auf 1,9 ata verringert wird, wodurch die Temperatur auf —152,2° C herabgesetzt wird.
Das verflüssigte Beschickungsgas aus der Leitung 37 wird im Wärmeaustauscher 41 mit den entspannten Dämpfen aus der Entspannungstrommel 36 in Wärmeaustausch gebracht, um die Temperatur des entspannten Dampfes in der Leitung 42 auf —101° C zu erhöhen und das flüssige Methan entsprechend zu kühlen, das dann durch ein Drosselventil 43 geleitet wird, um die Durchflußmenge zu regeln, die zum Hauptstrom in der Leitung 1 zurückgeleitet wird und von dieser zusammen mit dem Hauptstrom des verflüssigten Beschickungsgases in der Leitung 1 der Entspannungstrommel 36 zugeführt wird. In ähnlicher Weise wird verflüssigtes Beschickungsgas in der Leitung 37 über eine Leitung 44 zum Wärmeaustausch in einem Wärmeaustauscher 46 mit entspannten Dämpfen aus der Entspannungstrommel 38 entnommen und dann über ein Drosselventil 47 in eine Entspannungstrommel 38 geleitet. Das übrige verflüssigte Beschickungsgas in der Leitung 37 wird in einem Wärmeaustauscher 48 zur Kühlung der Dämpfe in der Leitung 49 verwendet, die nun im wesentlichen den atmosphärischen Druck haben.
Verflüssigtes Gas von —152,2° C aus der Entspannungstrommel 38 setzt seinen Weg über die Hauptleitung 1 zur Wärmeaustauscherendstufe 51 fort, in welcher seine Temperatur auf —157,2° C durch Wärmeaustausch mit verdampfender Flüssigkeit verringert wird, die aus der Leitung 1 über ein Drosselventil 52 entnommen wird. Durch eine Druckreduzier-Endstufe bzw. ein Drosselventil 53 wird der
Druck des verflüssigten Gases auf geringfügig über dem atmosphärigen Druck und seine Temperatur auf -1610C zur Speicherung in einer geeigneten Speicheranlage 54 herabgesetzt, die ein unterirdischer Großtank sein kann oder irgendeine andere geeignete Speicheranlage, in welcher es im wesentlichen als siedende Flüssigkeit mit einem geringfügig über dem atmosphärischen Druck liegenden Druck gespeichert wird. Da sich das flüssige Gas in einem siedenden Zustand befindet, treten Dämpfe über eine Leitung 56 aus dem Speichertank 54 aus und werden durch ein Niederdruckgebläse verdichtet, das sie in eine Leitung fördert, in welcher sie sich mit dem Dampfstrom aus der Leitung 49 für die erste Verdichterstufe vereinigen, welche durch die Methanverdichter 59, 60, 61 gebildet wird, jedoch auch aus einem mehrstufigen einzigen Verdichter bestehen kann, um den Druck des Methans in den Leitungen 49, 45 und 42 zu erhöhen. Nach dem Verlassen des Verdichters 61 wird das Methan, das nun einen Druck von ao 19,2 ata und eine Temperatur hat, die über der Umgebungstemperatur liegt, durch Kühlwasserwärmeaustausch im Austauscher 63 auf 21° C gekühlt, wobei ein Teil des Methans über eine Leitung 64 als Brennstoff für die Anlage verwendet werden kann. Das restliche Methan wird durch eine Leitung über eine zusätzliche Verdichterstufe 67 einer weiteren Leitung zugeführt und nach einer weiteren Wasserkühlung im Wärmeaustauscher 69 über eine Leitung 71 mit einer Temperatur von 21° C und dem Druck des eintretenden Erdgases zur Vereinigung mit dem Beschickungsgasstrom in der Leitung 1 zurückgeführt. Wie ersichtlich, werden vorhandene geringere Mengen Verunreinigungen von höherem Dampfdruck als Methan (z.B. Stickstoff) schließlich durch die Leitung 64 mit dem Beschickungsgasstrom entfernt, so daß keine besondere Behandlung erforderlich ist. Bei früheren Konzentrationen durch Verunreinigungen von hohem Dampfdruck können diese Verunreinigungen durch herkömmliche Mittel entfernt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Verflüssigen von Erdgas oder anderem Gas, bei welchem ein Gasstrom unter hohem Druck mittels Kaskadenkühlung oder anderer Kühlung verflüssigt, in mindestens einer Stufe drosselentspannt, der hierbei flüssig verbleibende Anteil in einen Speicherbehälter auf im wesentlichen Atmosphärendruck entspannt und der in den Entspannungsstufen gasförmig anfallende Anteil verdichtet und wieder dem Gasstrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von dem verflüssigten Gasstrom ein Nebenstrom abgezweigt wird, der im Wärmeaustausch mit den bei der stufenweisen Entspannung des Hauptgasstromes anfallenden Gasen weiter abgekühlt und nach Entspannung in die entsprechenden Entspannungsstufen des Hauptstromes mit diesem wieder vereinigt wird, während der verflüssigte Hauptstrom vor der stufenweisen Entspannung durch zusätzliche Kaskadenoder andere Kühlung weiter abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Speicherbehälter abgezogenes Gas in mehreren Stufen verdichtet und auf Umgebungstemperatur gebracht wird, wobei ein Teil dieses Gases als Brennstoff abgeleitet wird, und daß das restliche Gas auf den Eingangsdruck des zu behandelnden Gasstromes weiterverdichtet und in diesen zurückgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleiner Teil des Hauptstromes nach der letzten Entspannungsstufe abgeleitet und nach Entspannung auf etwa atmosphärischen Druck in Wärmeaustausch mit dem Hauptstrom vor dessen Speicherung zur weiteren Kühlung desselben geführt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 883 656.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 709/139 12.67 © Bundesdruckerei Berlin
DEC36403A 1964-07-15 1965-07-15 Verfahren zur Verfluessigung von Gasen Pending DE1256666B (de)

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