DE1501726A1 - Verfahren zur Verfluessigung von Erdgas - Google Patents

Verfahren zur Verfluessigung von Erdgas

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DE1501726A1 DE19661501726 DE1501726A DE1501726A1 DE 1501726 A1 DE1501726 A1 DE 1501726A1 DE 19661501726 DE19661501726 DE 19661501726 DE 1501726 A DE1501726 A DE 1501726A DE 1501726 A1 DE1501726 A1 DE 1501726A1
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Description

THE LUMMUS COMPANY, 385 Madison Avenue, New York, New York 10017 (V.St.A.)
Verfahren zur Verflüssigung von Erdgas
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verflüssigung von Erd- oder Naturgas und insbesondere auf ein Kombinationsverfahren, das ein Druckerhaltungsverfahren (z.B. auf einem Bohrfeld) mit einem Verflüssigungsverfahren vereinigt; bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das verflüssigte Erdgas an Ithan angereichert und es werden hinsichtlich des Energieverbrauchs sowohl bei den Arbeitsstufen des Druckerhaltungsverfahrens als auch bei den Arbeitsstufen des Verflüssigungsverfahrens wesentliche technische Vorteile und eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit erzielt«
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein komprimierter Gasstrom in zwei Ströme aufgeteilt, von denen der
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eine oder erste Strom nicht mehr als etwa ein Drittel des gesamten Gasvolumens umfaßt; dieser Strom wird durch Wärmeaustausch mit einem Kühl- oder Kältemittel auf seinen Taupunkt abgekühlt 5 der gekühlte Strom wird auf Atmosphärendruck entspannt, wodurch etwa die Hälfte dieses Stroms (eine an Äthan reichere Fraktion) verflüssigt wird; der gasförmig gebliebene Anteil wird mit dem anderen Strom vereinigt und die vereinigten Ströme werden auf den gewünschten Bohrlochkopfdruck verdichtet.
Es ist bekannt, Erdgas auf einen Punkt oberhalb seines kritischen Drucks zu verdichten, das komprimierte Gas durch eine Anzahl von 7/ärmeaustauschern zu leiten, ein flüssiges Kühl- oder Kältemittel in dem Gas zu entspannen, um es auf etwa seinen Taupunkt abzukühlen, und das Gas in Stufen auf Atmosphärendruck zu entspannen und hierdurch den Hauptanteil des Gases zu verflüssigen. Das verflüssigte Erdgas (in der Fachliteratur zuweilen als "LHG" (Liquefied Katural Gas) bezeichnet) kann dann in wirtschaftlicher und sicherer Weise gelagert oder transportiert werden.
Es ist vorteilhaft, im Verlauf der Wiederverdampfung von verflüssigtem Erdgas eine Trennung zwischen Methan und den schwereren Kohlenwasserstoffen, insbesondere Äthan, vorzunehmen, vorausgesetzt, daß derartiges Äther o.dgl. in hinreichender Menge anwesend ist, um diese Betr-bsstufe lohnend zu machen. Das Äthan kann thermisch zu Äthylen
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umgewandelt v/erden. Die Kühlleistung für die Keinigung des äthylenhaltigen Stroms sowie für die Herbeiführung der Abtrennung des Ä'thans und irgendwelcher höhei^siedender Kohlenwasserstoffe von dem Methan wird aus der Wiederverdampfung des verflüssigten Erdgases erhalten. Es ist für eine derartige Ausnutzung des verfügbaren Kältepotentials wünschenswert und anzustreben, daß der Äthangehalt des verflüssigten Erdgases in der Gegend von 10 Vol.-% oder mehr liegt, ,je nach gewissen ITnktoren, die im einzelnen in dem
Patent . „. *...«.. (Patentanmeldung „ )
erläutert r;xnd. Leider enthalten jedoch sogenannte nichtangerdiiherte (non-assosiated) oder trockene Gase im natürlich vorkommenden Zustand selten so viel Äthan.
Es wurde gefunden, daß ein verflüssigtes Erdgasprodukt höheren üthangehalts aus ärmeren oder trockeneren Gasen erhalten und die Verflüssigungsanlage technisch und wirtschaftlich günstiger betrieben v/erden können, wenn das Verflüssigungsverfahren bzw. die Verflüssigungsanlage mit einem Verfa.-rei- bzw, einer AnIa, c *:ur Druckerhaiturig eines Ül- oder ilcncei:srtufeldes vereinigt v.irj. Die Erfindung richtet sie;: auf diese Kombination, nit der die vorstehend •^rläutertf-i: Vorteile erreicht werden.
ilaur tauf gäbe der Erfindung is'ü demgemäß die Sciiaffung eixjf'S verbpsierteii Kombinationsverfahrens zur Verflüssigung
BAD OrtlviiNAL
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von Erdgas und zur Bohrlochdruckerhaltung, das die Erzeugung eines an JLthan und schwereren Kohlenwasserstoffen angereicherten verflüssigten Erdgasproduktes gestattet und wesentliche Energieeinsparungen mit sich bringt.
Andere Merkmale und technische Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform hervor.
Bekanntlich erfordern Druckerhaltungsverfahren die Handhabung recht großer Gasvolumina. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird, damit die technischen und wirtschaftlichen Vorteile voll zur Geltung kommen, nur ein Teil des verfügbaren Gasvolumens in die Verflüssigung geleitet. Es wurde gefunden, daß dieser Anteil ein Viertel bis ein Drittel des Einpreßgasvolumens nicht überschreiten sollte, oder mit anderen Worten, daß das Volumen des Einpreßgases nicht weniger als das Zwei- bis Dreifache des Gasvolumens, das der Verflüssigung zugeführt wird, betragen sollte.
Die Erfindung wird nachstehend anhandeiner Ausführungsform in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung weiter erläutert. Die Zeichnung zeigt ein vereinfachtes schematisch.es Jäließbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Es ist ersichtlich, daß einige dsr nachstehend beschriebenen Merkmale freigestellt sind und nur zur Veranschaulichung herangezogen wurden, und daß entsprechende Änderungen im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden können.
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Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungeform *wird Erdgas von beispielsweise etwa 4,2" atti (60 psig), das durch eine Leitung 30 zugeführt wird, zunächst in einem Kompressor 1 auf etwa 84-100 atü (1200-1400 psig) verdichtet. Das verdichtete Gas fließt durch eine Leitung 32 ab und wird dann zur Entfernung von schwereren Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf durch einen ersten Kühler 2 und einen mit Kältemittel gespeisten Unterkühler 3t in dem eine Kondensation dieser Komponenten eintritt, geführt; danach fließt das Gas über eine Leitung 34 in einen Abscheider 4. fasser und schwerere Kohlenwasserstoffe werden durch eine Leitung 35 abgezogen, und der Überkopfstrom fließt durch ein· Leitung 36 aus dem Abscheider 4 ab. Am Punkt 38 wird der Strom aufgeteilt; ein G-asvolumen von etwa dem Zwei- bis Dreifachen des Volumens, das als verflüssigtes Erdgas gewonnen werden soll, wird durch eine Leitung 52 abgezweigt und in den Kälteweg der Verflüssigungsanlage geleitet.
Das durch die Leitung 52 strömende Gas wird zunäehet in einem Entsäuerer 5 zur Entfernung von fläurekoeponenten behandelt; diese Säureentfernungeeinrichtung weist.einen Rückflußkreis aus Leitungen 54 und 58 und einer Bückflußpumpe 56 auf. Der durch eine Leitung 60 abfließende übertopfanteil wird in einen Gljcoltrockner 6 eingeführt, in dta Jeglicher Restwasserdampf von dem Glycol absorbiert und durch eine Leitung 62 entfernt wird. Der durch eine Leitung
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fließende Überkopf et rom wird in einer Bit Kältemittel gespeisten Unterkühleinrichtung 7 auf -180C (O°f) abgekühlt und über eine Leitung 68 in einen Abscheider 3 geführt, wo gegebenenfalls anfallend·» Kohlenwasserstof!kondensat, Schmieröl oder Spuren an Glycol entfernt werden. Das Überkopf gas wird dann durch Leitungen 70, 70* zu Trocknern 9 geführt, die mit einem Trockenmittel beschickt sind, worauf die Ströme in einer Leitung 72 wieder vereinigt werden.
Ein Teil des Gases wird benutzt, um in einem Wärmeaustauscher 10 Brenn- oder Heizgas, das durch eine Leitung strömt, wieder aufzuwärmen, wobei sich das Gas selbst abkühlt; danach kehrt das Gas über eine Leitung 13 beim Punkt 76 zu dem Hauptstrom zurück. Der Best des Gases strömt durch eine Leitung 74 und eine Unterkühleinrichtung 11.
Der widervereinigte Strom wird nach bekannten Arbeitsmethoden in drei Stufen entspannt, was schematisoh durch eine Entspannungseinrichtung 16 angedeutet ist. Verflüssigtes Erdgas wird durch eine Leitung 22 abgezogen und lur Lagerung oder Versendung geleitet.
Die in diesen drei Stufen gebildeten Gate, die im wesentlichen aus reinem Methan und nicht-kondensierbaren Bestandteilen bestehea, strom** aureh Leitung* 17· 18 mA 20 »b. InXoXfs dir partial!·* ftadampfuag »ei *·» 1ä*#»*jw ■ *g ist das durch die Leitung 22 abgezogen· verflüssigte lat£ü>» beträchtlich reicher an Ithan, als das eingesetzte Gas; eine
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typische Steigerung des Äthangehalts beträgt von 4 % in dem Eohgas auf 9 % in dem verflüssigten Erdgas. Die Gase in den Leitungen 17» 18 und 20 werden in einem Kompressor 21 wieder verdichtet, ausgenommen Brenn- oder Heizgas, das durch Leitungen 14 und 19 abgenommen wird und den gesamten Bedarf für Kompressorenantriebe u.dgl. deckt. Die in den Leitungen 14 und 19 fließenden Gase werden, nach Kälterückgewinnung in dem Austauscher 10, durch Leitungen 80 bzw. 82, einen Austauscher 34 r.nd Leitungen 86 bzw. 38 abgeführt j bei dieser Anordnung steht Gas unter zwei verschiedenen Drücken zur Verfügung. Es ist zu beachten, daß durch diese Arbeitsweise ei re beträchtliche Uen^e an iv-ompressionsenergie eingespart wird, da das Heizgasvolumen für Kompressorantriebe allein im Mittel 18 - 20 % des Gesamtvolumens an verflüssigtem Gas ausmacht, abhängig natürlich von der Gesamtmenge an Gas, die cehanähabt wird, und dem gewünschten Einpreßdruck.
Das wJederverdichtete Gas wird aus dem Kompressor 21 über eine Leitung 23 mit dem komprimierten Feldgas, das nicht £u dem Kälteteil geführt wordenfist, in einer Leitung am Punkt 42 vereinigt. Die durch eine Leitung 44 abfließenden vereinigten Ströme werden in einem Kompressor 24 auf den gewünschten Eiiipre "druck verdichtet, über eine Leitung 46 zu einem Kühler 2r geführt und dann über eine Leitung 50
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zu den entsprechenden Bohrlochköpfen des Feldes oder Systems, das zur Druckerhaltung oder Wiederunterdrucksetzung behandelt wird (nicht dargestellt), geleitet. Ein typischer Druck zur Druckerhaltung oder Wiederunterdrucksetzung beträgt etwa 14-0 atü (2000 psig).
Aus den vorstehenden Erläuterungen ist ersichtlich, daß das Verfahren gemäß der Erfindung insbesondere folgende Vorteile aufweist: Der primäre Gaskompressor 1 und die zugeordnete Einrichtung bedienen oder handhaben das gesamte Gasvolumen sowohl für die Verflüssigung als auch für die Druckerhaltungsbehandlung; hierdurch werden sowohl die Kapitalkosten als auch die Betriebskosten wesentlich gesenkt. Weiterhin führt die Entfernung der durch Entspannung abgetrennten Gase oder Dämpfe in den Leitungen 17» 18· und 20, deren Menge beispielsweise etwa das 1,38-fache der Menge an verflüssigtem Gas ausmacht und die im wesentlichen aus Methan und Nichtkondensierbaren bestehen, zu mehr als einer Verdoppelung des Ithangehalts des verflüssigten Erdgases. Wie eingangsjerwahnt, ist dies äußerst vorteilhaft für die Bückgewinnung des Kältevorrats in dem Wiedervergasungsverfahren.
Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird Energie in zweifacher Weise bzw. auf zwei besonderen Wegen eingespart. Durch Benutzung der Entspannungsgase (Leitungen 17, 18, 20) als Brennstoffgas (Leitungen 14, 19)
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für die gesamte Anlage, und nicht nur für die Vθrflüβ·igung, ist jede Abhängigkeit von äußeren Energiequellen oder Betriebsmitteln beseitigt· In Fällen, wo das Oas einen hohen Anteil an nicht-kondensierbaren Bestandteilen, wie fltieketoff, enthält, wird eine weitere Einsparung erzielt, da die bei der Entspannung gebildeten Gase oder Dämpfe nicht su dem Einsatzmaterial zurückgeführt zu werden brauchen, was zu einem höheren Hückführ- oder Umwälzvolumen führen würde, sondern direkt in den Einpreßgasstrom eingeführt werden«
Es ist ersichtlich, daß die vorstehenden Einzelheiten und Zahlenwerte zur Veranschaulichung einer besonderen Ausführungsform der Erfindung herangezogen wurden, daß die Erfindung aber nicht auf diese besondere Ausführungsform beschränkt ist und hinsichtlich der Maßnahmen, Materialien und Anordnungen der Teile entsprechende Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Hahmen der Erfindung zu verlassen.
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Claims (3)

  1. Pat ent ansp rüche
    Verfahren zur Verflüssigung von Erdgas durch Entspannen von gekühltem und verdichtetem Erdgas auf einen Druck in Nähe des AtaaoBphärendrueka Bit einhergehender Erzeugung einer verflüssigten Fraktion und einer gasförmigen Fraktion, dadurch gekennzeichnet, daß man nur einen Teil des Erdgases durch die Verflüssigungsstufen führt, die Verflüssigung unter derart geregelten Bedingungen durchführt, daß die verflüssigte Fraktion an Athan angereichert wird, einen Teil der gasförmigen Fraktion zur Deckung des Energiebedarfs sowohl der Verflüssigung als auch eines zugeordneten Bohrlochdruckerhaitungsverfahrens benutzt, und den Best der gasförmigen Fraktion und das nicht verflüssigte Erdgas verdichtet und zur Aufrechterhaltung des Bohrlochkopfdrucks verwendet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Erdgases, der durch die Verflüssigungs- ■tuftn geführt wird, nicht «ehr «le etwa ein Drittel des GesiÄtvoltmena des Bf6gat«s betrügt.
    3« Yarfakran nach Anspru·» 1 ©da* 2, dadurch gakanaseiohntt, daft »an tob dta Gas, da· durch dl· Verfluegi-
    BAD ORiGiNAL
    gungsstufen geleitet wird, etwa die Hälfte zu der verflüssigten Fraktion verflüssigt.
    4» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3i dadurch gekennzeichnet, daß man nach anfänglicher Verdichtung des Erdgases Wasser und schwerere Kohlenwasserstoffe als Propan daraus entfernt.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem durch die Verflüssigungsstufen zvr leitenden Gas vor dessen Kühlung saure Gase und Jeglichen Restwasserdampf entfernt.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5» d&durcb gekennzeichnet, daß man die gasförmige Fraktion vor ihrer Vereinigung mit dem nicht verflüssigten Erdgas getrennt wieder verdichtet.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Erdgas anfänglich auf etwa 84 - 100 atü (1200-1400 psie) verdichtet und die vereinigen Ströme auf etwa 140 atü (2000 psig) komprimiert.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gelrennzeiclinet, daß man bei der Entspannung eine gasförmige Fraktion abtrennt., die im wesentlichen aus Methan und nicht-kondensierbaren Bestandteilen besteht.
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    ASU
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