DE1551597A1

DE1551597A1 - Gasverflüssigungsverfahren

Info

Publication number: DE1551597A1
Application number: DE1967M0073405
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr.rer.nat. Dipl.-Phys. 6369 Massenheim; Markbreiter Stephen J. Whitestone Queens; Weiss Irving Kings; N.Y. Knapp (V.St.A.)
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1966-04-05
Filing date: 1967-03-31
Publication date: 1970-04-23
Also published as: GB1115689A; FR1517491A; AT277179B; DD71567A1; ES338696A1; US3360944A

Description

MEBSER GRIESIIEIM GMBH ' MG 550

Kennwort: San Diego-Process

Gasverflüssigungsverfahren

Die Erfindung betrifft ein Gasverflüssigungsverfahren, insbesondere die Verflüssigung von Erdgas, und zwar soll nicht der gesamte Erdgasstrom verflüssigt werden, sondern nur ein Teil.

Erdgas besteht normalerweise in der Hauptsache aus Methan und geringeren Mengen schwerer Kohlenwasserstoffe wie Äthan, Propan und Butan. Ferner hat es wechselnde Gehalte an Stickstoff, Helium, Kohlendioxid, Schwefelwasserotoff und Wasser,

Obgleich das Verfahren der Erfindung zur Verflüssigung von verschiedenen leichtsiedenden Gasen angewandt werden kann, wie z.B. von Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Helium, Äthan, Äthylen und Propan, betrifft die Erfindung voi* allem die Verflüssigung von Erdgas, da gerade diese Art der Gasverflüssigung in vielen Teilen der V/elt von großer wirtschaftlicher Bedeutung ist.

Die Verflüssigung von Erdgas ist vorteilhaft, weil sich etwa 600 Volumenteile Erdgas unter atmosphärischem Druck bei der Verflüssigung auf 1 Volumenteil verringern. Die Lagerung von Erdgas in Tanks und sein Transport in Behältern wird somit erst wirtschaftlich, wenn es verflüssigt ist. Der Transport von Erdgas über weite Strecken erfolgt durch Rohrleitungen, wobei das Erdgas unter hohem Druck steht und gasförmig ist. Bei dieser /rt von Transport ist es wichtig, mit einem im wesentlichen konstanten hohen Ausnutzungofaktor zu arbeiten. Da jedoch der Bedarf an Gas zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten großen Schwankungen unterworfen ist, ist es wünschenswert, Gas zu lagern, wenn der Bedarf niedrig ist, um das gelagerte Gas zusammen mit dem aus dem Rohrnetz gelieferten zu benutzen, wenn der Bedarf bei Spitzennachfrage groß ist.

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Neue Ur.:·^ L₁. -. ' S < AU. ^ fir. I Ιλ../ J cJcü Ancierungsges. ν. 4. 9.

Es sind verschiedene Verfahren zur Gasverflüssigung bekannt, bei denen jedoch eine vollständige Verflüssigung des Gases angestrebt wird« Infolgedessen ist eine äußere Energiezufuhr erforderlich. Es ist ferner ein Verfahren zur TeilverflUssigung von Erdgas bekannt, bei dem die Druckenergie des der An·» lage zuströmenden Erdgases zur Verflüssigung ausgenützt wird. Nach diesem Verfahren ist jedoch nur eine Verflüssigung von maximal 8 bis 10 $> des Gesamtgases möglich. Ein anderes Ver- . fahren dieser Art hat sehr hohe Drücke des Erdgases zur Voraussetzung und arbeitet mit einer ieentropischen Entspannung des gesamten Gases«

Der Erfindung liegt die Aufgabe augrunde, ein Verfahren zur Teilverflüssigung eines unter hohem Druck stehenden Gases zu schaffen, bei dem keine äußere Energiezufuhr erforderlich ist und ein hoher Anteil des Gesamtstromes verflüssigt werden kann.

Es wurde nun ein Verfahren zum Verflüssigen und Speichern eines Teils eines unter :·ίχχ:οτχ Druck kontinuierlich zuströmenden Gases gefunden, bei dem die,-,Ver fluss igung einzig mit Hilfe von der bei

jyit spannung
der arbeitsleistenden/des Gases entstehenden Kälte erfolgt« Das kontinuierlich zuströmende Gas wird dazu in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen der erste arbeitsleistend entspannt und in Wärmeaustausch mit dem zweiten Teilstrom gebracht wird, der dabei zumindest teilweise kondensiert und durch Drosselung bis auf den Speicherdruck entspannt wird₉ während die Drosselgase ebenfalls zur Kälteabgabe herangezogen werden.

Nach der Erfindung erfolgt die Aufteilung in einen weitgehend zu verflüssigenden kleineren Strom und in einen mindestens dreimal so ,großen Hauptstrom und der kleinere Strom wird nach Verflüssigung und Tiefkühlung auf einen Druck von wenigen Atmosphären durch Drosselung entspannt, wobei die Drosselgase zur Tiefkühlung des kleineren Stromes im Gegenstrom und indirekten Y/äremeaustausch dienen, während die flüssige Phase in einen Lagerbehälter auf praktisch atmosphärischen Druck entspannt wird, dessen Verdarapfungsgase ebenfalls zur Tiefkühlung des kleineren Stromes im Gegenstrom und indirekten Wärmeaustausch dienen, wohingegen

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der arbeitsleistend entspannte Hauptstrom den kleineren Teilstrom im Gegenstrom durch indirekten Wärmeaustausch verflüssigt.

Enthält das zu behandelnde Gas Wasser und andere kondensierbare Bestandteile, wie z. B. C0_o< wie es bei Erdgas der Fall ist, so besteht ein besonderer Vorteil des Verfahrens darin, daß gemäß der Erfindung nach der Reinigung des Gesamtstroiaes von 1^0 in umschaltbaren Adsorbern nur noch der zur Verflüssigung bestimmte · Teilstrom von den weiteren kondensierbaren Bestandteilen gereinigt werden muß.

Bei einigen vorteilheften Ausführungsformen der Erfindung wird die bei der arbeitsleistenden Entspannung des Hauptstromes frei werdende Energie dazu benutzt, entweder den entspannton Hauptstrom oder den Gesamtstrom, gegebenenfalls vor seiner Behandlung zum Feuchtigkeitsentzug, auf einen erhöhten Druck zu bringen. Man kann auch beide Maßnahmen miteinander kombinieren. Ein zusätzlicher Kältegewinn wird dadurch möglich, daß man einen kleinen Teil dor tiefgekühlten Flüssigphase des kleineren Stromes durch Druckminderung verdampft und den so erzeugten Dampf in indirekten Wärmeaustausch zum Rost der Flüssigphase bringt. Der wirtschaftliche Mindestdruck für die Erdgasverflüssigung nach dem erfin-

o dungsgemäßen Verfahren beträgt etwa 10,5 kg/cm .

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich au3 der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung, welche durch die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 das Verfahrensschema einer Anlage zur teilweisen Verflüssigung von Erdgas, wobei das verflüssigte Erdgas in einem Tank gespeichert wird, welcher nur unter wenig mehr als atmosphärischem Druck steht, so daß das gespeicherte Gas zur Ergänzung des Leitungsgases während der Zeiten des opitzenbedarfs verwendet werden kann.

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- 4 - Ί ÖÖ'I Öd/

Flg. 2 - eine Alternative zum Verfahren gemäß Fig. 1,

bei der der Druck des Gesamtgases bei Eintritt in die Anlage erhöht wird.

Bei dem Verfahren nach Fig. 1 liefert eine Rohrleitung über die Abzweigung 10 Erdgas (volumetrische Zusammensetzung auf Trockenbaaie = 87,5 % Methan, 9,2 $> aonatige Kohlenwasserstoffe, 2,7 % Stickstoff und 0,6 fo Kohlendioxid sowie Spuren von Schwefelverbindungen) unter dem hohen Druck von etwa 21 kg/cm und mit normaler Temperatur von ungefähr J>2 C an den Trockner 11, in welchem die gesamte ursprüngliche Feuchtigkeit des Gases (ca. 0,208 g/Nnr ) bis auf "Spuren entfernt wird« Es sind verschiedene · Mittel zur V/aaser-Abacheidung bekannt, die zum Trocknen des Gases verwandt werden können; als ein typisches Beispiel zeigt die Zeichnung einen Trockner 11, welcher aus zwei Behältern 11 A und 11 B besteht, welche mit Molekularsieb-Kugeln gefüllt sind, die Wasser und Schwefelverbindungen von dem Gas adsorbieren, welches durch das Llolekularsieb-Kugel-Bett in beiden Behältern geleitet wird. Durch Ventile am Eintritt und am Austritt jedes der beiden Behälter 11 A und 11 B, die parallel geschaltet sind, geateuert, fließt das Erdgas durch einen der beiden Behälter, während der andere gegen den Gasstrom abgesperrt regeneriert wird. Dabei wird das Wasser aus den Molekularsieb-Kugeln, in denen es sich während der vorhergehenden Schaltphase angesammelt hat, wieder ausgetrieben. Sobald die Adaorptionafähigkeit des Molekularsiebes in dem Behälter, durch den das Erdgas fließt, erschöpft ist, schalten die Steuerventile um, so daß das Erdgas nun durch den Behälter fließt, der regeneriert wurde, während nun der andere Behälter regeneriert wird.

Erdgas mit nur noch Spuren von Feuchtigkeit fließt aus dem Trockner 11 in die Leitung 12, aus welcher ein kleiner Teil - 18 # des Gasstroms über das Steuerventil 14 in die Leitung 13 abgeleitet wird. Der in die Leitung 13 einfließende Gasstrom ist im wesentlichen zur Verflüssigung und Lagerung in einem Tank bestimmt, der unter nur wenig über atmosphärischem Druck steht. Die Leitung 13 bringt das Gas zum Kohlendioxid-Adsorber 15» der in jeder beliebigen Bauart gestaltet sein kann. Im vorliegenden Fall

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ioo ι ο a/

zeigt die Zeichnung den Adsorber 15 aus zwei Behältern bestehend - 15 A und 15B-, von denen jeder ein Bett von Molekularsieb-Kugeln enthält, die geeignet sind, sowohl Kohlendioxid als auch Bestspuren von Feuchtigkeit im Gas zu adsorbieren. Wie der Trockner 11^ so sind auch die Behälter 15 A und 15 B des Adsorbers 15 mit Steuerventilen am Eintritt und am Austritt versehen, so daß das Gas aus der Leitung 13 abwechselnd durch einen Behälter zum Abscheiden von Kohlendioxid und Feuchtigkeit strömen kann, während der andere Behälter regeneriert wird. Dabei wird das adsorbierte Kohlendioxid und die Feuchtigkeit aus dem Molekularsieb, das zuvor zur Entfernung dieser Verunreinigungen aus dem Gas benutzt wurde, wieder entfernt.

Das so gereinigte Gas fließt aus dem Adsorber 15 durch die Leitung 16 in den Wärmeaustauscher 17» wo es im Gegenstrom und indirekten Wärmeaustausch gegen noch zu beschreibende Kühlströme gekühlt wird. Das Gas aus der Leitung 16 verläßt den Wärmeaustauscher 17 mit einer Temperatur von - 82 C, was einige Grade unter dem Taupunkt des Gases in der Leitung 16 ist, und fließt in den Abscheider 18, in welchem verflüssigtes Äthan und die Kohlenwasserstoffe mit höherem Siedepunkt, welche ursprünglich im Gas enthalten sind, von dem noch immer gasförmigen Methan getrennt werden. Die abgeschiedenen flüssigen Kohlenwasserstoffe werden aus dem Abscheider 18 durch die Leitung 19 abgeleitet, während das gasförmige Methan über die Leitung 20 in den Verflüssiger 21 fließt. Das Methan fließt im Gegenstrom und indirekten Wärmeaustausch zu später noch genannten Kühlströmen durch den Verflüssiger 21 und fließt vollkommen verflüssigt in die Leitung 22.

Aus der Leitung 22 strömt flüssiges Methan mit einer Temperatur von ca. - 107 C durch den Tiefkühler 23» im Gegenstrom und indirekten Wärmeaustausch zu noch zu beschreibenden Kühlströmen und fließt mit einer Temperatur von etv/a - 129° C durch die Leitung 24 ab. Das tiefgekühlte flüssige Methan wird von einem DrucJc von ungefähr 19,7 kg/cm durch das Entspannungeventil 25 in der Leitung 24 auf etwa 6 kg/cm entspannt und in den Abscheider 26 geleitet. Flüssiges Methan, welches sich im Abscheider 26 an-

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sammelt, fließt durch die Leitung 27 und wird durch das Entspannungsventil 20 auf einen Druck von etwa 1,05 kg/cm entspannt und im Tank 29 gelagert, in welchem das flüssige Methan durch die Leitung 27 mit einer Temperatur von ca. - 161° C einströmt.

Das Drosselgas aus der Druckminderung des flüssigen Methans, welches in den Abscheider 26 abgeleitet wurde, fließt aus diesem durch die Leitung 30, danach durch den Tiefkühler 23, den Verflüssiger 21 und den Wärmeaustauscher 17, um Kälte an das einfließende Erdgas abzugeben, bevor dieses Methan-Dro3selgas in jeder gewünschten Weise verwendet werden kann, wie z.B. als Brennstoff für die Elektrizitäts-Erzeugung oder als Beimischung zum Gas der Leitung 46, was im Nachstehenden beschrieben wird.

In ähnlicher V/eise fließt kaltes Methan-Gas, das aus der Entspannung des flüssigen Methans aus der Leitung 27 in den Tank und aus dem Sieden durch das Eindringen von Wärme in den Tank stammt, aus dem Tank 29 über das Gebläse 31 und die Leitung 32 in den Tiefkühler 23» dann in den Verflüssiger 21 und den Wärmeaustauscher 17f um seine Kälte an das einfließende Erdgas abzugeben. Auch das Methan-Gas in der Leitung 32, das aus dem Austauscher kommt, kann zur Energie-Erzeugung oder zu jedem anderen gewünschten Zweck verwendet werden. Es könnte wünschenswert sein, die Menge an Methan-Gas aus der Entspannung des flüssigen Methans aus der Leitung 27 in den Tank 29 so gering wie möglich zu halten; in diesem Fall kann die Leitung 27 durch den Wärmeaustauscher 33 laufen und im Gegenstrom und indirekten Wärmeaustausch gegen eine kleine Menge Plüssigprodukt (meist nicht mehr als 10 $) geführt werden. Dieses PlUssigprodukt wird aus der Leitung 27 durch die Leitung 27 A abgeleitet und durch das Entspannungsventil 27 B auf den Druck der Leitung 32 entspannt, so daß sich die Leitung 27 A in die Leitung 32 entleeren kann. So wird die Kälte, welche durch die Verdampfung in der Leitung 27 A erzeugt wurde, zum weiteren Tiefkühlen der Flüssigkeit in der Leitung 27 verwendet, so daß weniger Dampf entsteht, wenn diese Flüssigkeit in den Tank 29 entspannt wird.

Der Großteil der Kälte für das Verfahren wird jedoch von dem größeren verbleibenden Teil des Erdgases von 82 % gestellt, wel-

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chee nicht verflüssigt wurde. Dieses Gas in der Leitung 12 wird zunächst im Wärmeaustauscher 17 im Gegenntrom und indirekten Wärmeaustausch zu den darin befindlichen Kühlströmen gekühlt, von denen zwei, nämlich die Methangasströme 30 und 32, schon "beschrieben wurden. Das kalte Erdgas der Leitung 12 fließt nach seinem Austritt aus dem Wärmeaustauscher 17 mit einer Temperatur von - 73° C in den Abscheider 34,in der kondensiertes Athan und Kohlenwasserstoffe mit höherem Siedepunkt aus dem kalten Gas abgeschieden und über die Leitung 35 aus dem Abscheider 34 abgezogen werden. Das kalte Gas verläßt den Abscheider 34 durch die Leitung 36 und wird in der Turbine 37 arbeitsleistend entspannt. Das entspannte Gas fließt in die Leitung 38 unter einem Druck von ungefähr 4,2 kg/cm und mit einer Temperatur von - 115 G. Danachströmt es durch den Verflüssiger 21 im Gegenstrom und Indirekten Wärmeaustausch zu dem Methan in Leitung 20, das verflüssigt wird, und dann weiter in den Abscheider 39. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe in der Leitung 19 werden durch das i)ntspannungsventil 40 entspannt und fließen in den Abscheider 39 unter einem Druck von ca. 4,2 kg/cm . iibenso werden die flüssigen Kohlenwasserstoffe in der Leitung 35 durch das Entspannungsventil 4,1 entspannt und fließen in den Abscheider 39.

Die Gasphase der Ströme, die sich im Trenner 39 angesammelt haben, fließt durch die Leitung 42 ab, während die flüssige Phase durch die Leitung 43 abgeleitet wird. Beide Ströme, sowohl der Gasstrom 42 als auch der flüssige Strom 43» durchfließen als Kühlströme den V.'ärmeaustauscher 17 in Gegenstrom und indirekten .Värmeaustausch mit dem Erdgasstrora, der für die Lagerung im Tank 29 verflüssigt wird. Der flüssige Strom 43 verdampft im Austauscher 17. Das so entstehende Gas fließt in die Leitung 44 ab, in die auch der wärme Gasstrom 42 nach Austritt aus dem Austauscher 17 einfließt. Die vereinigten Gasströme in der Leitung 44 durchfließen den Turbokompres8or 45, der direkt mit der Turbine 37 gekoppelt ist und schaffen somit eine ausgeglichene Belastung der Turbine 37. Der Gasstrom wird im Kompressor 45 auf einen Druck von ungefähr 5,8 kg/crn^ verdichtet und wird dann durch die Leitung 46 zu jeder gewünschten Verbrauchestelle geführt, sei es zur Krafterzeugung oder für irgendeinen anderen Verwendungszweck. Um die Belastung in der Tur-

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bine 37 zu steuern, kann komprimiertes Gas aus der Leitung 46 durch die Leitung 47 geführt und durch das Entspannungsventil 48 zurück in die Leitung 44, welche den Kompressor 45 beschickt, entspannt werden. Wenn man will, kann man einen Teil oder den ganzen flüssigen Strom in der Leitung 43 durch die Leitung 49 führen und in die Leitung 27 fließen lassen, indem man das Ventil 50 öffnet, um ihn mit dem verflüssigten Gas zu vereinigen, und so den Heizwert zu steuern.

Das im Tank 29 wMhrend Zeiten geringen oder normalen Bedarfs angesammelte flüssige Methan steht als Ergänzung zum Hohrleitungsgas in Zeiten von Spitzenbedarf, der die Kapazität der Rohrleitung übersteigt, zur Verfügung. In solchen Zeiten des Spitzenbedarfs wird flüssiges Methan aus dem Tank 29 über die Leitung 51 und die Pumpe 52 entnommen, welche die Flüssigkeit unter Druck setzt, so daß sie durch die Heizschlange 53 fließt, in welcher sie vollkommen verdampft wird. Das so geschaffene Methangas unter erhöhtem Druck wird dann in die Leitung 54 und durch diese zu Jedem beliebigen Verteilernetz geführt. Während der Zeiten des Spitzenbedarfs kann der Methangas-Strom 32, welcher aus dem Wärmeaustauscher 17 kommt, auch verdichtet und zur Deckung des Spitzenbedarfs in das Verteilernetz gespeist werden.

Natürlich könnte auch mehr flüssiges Methan durch das Verfahren, das in Abbildung 1 gezeigt ist, erzeugt werden, falls der Druck des Gases, das den Kompressor 45 und die Leitung 30 verläßt, gesenkt wird, doch wurde darauf hingewiesen, daß der Kompressor 45 und die Leitung 30 beide Gas unter ungefähr 5,8 kg/cm liefern, um zu zeigen, daß das Verfahren der Erfindung auch dann verwendet werden kann, wenn der nicht verflüssigte Gasteil unter hohem Druck stehen muß (unter geringerem Druck als dem hohen, unter dem das Erdgas in die Anlage eintritt). Während das zuvor beschriebene Verfahren an bestimmte spezifische Drücke gebunden ist, kann der Druckunterschied zwischem den in die Leitung 10 eintretenden Rohgas und dem aus der Leitung 46 entnommenen Gas sehr groß sein; er hän^t bei jeder Anlage von dem zur Verfügung stehenden Hohgas und der wirtschaftlichen Verwendung des Entnahmegases ab. Jedoch ist es für das Verfahren unerläßlich, daß der Druck des entnommenen Gases aus der Leitung 46 niedriger ist als der Druck des in die Leitung 10 eintretenden Rohgases» ,Ebenso muß der Druck des <?röße-

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.ren entspannten Teils dea Gases in der- Leitung 33 geringer sein als der Druck des verdichteten Gasprodukts in der Leitung 46, damit der Verdichter 45 die von der Turbine 37 gelieferte Energie" aufnehmen kann.

In der Pig. 2 besitzen diejenigen Teile, welche denen in der Pig. 1 entsprechen, dieselbe Bezeichnung. In dem in PIg₀ 2 dargestellten Verfahren ist jeweils der Druck des durch die Leitung eintretenden Erdgases und der des Gases, da3 nicht verflüssigt, sondern durch die Leitung 44 abgeleitet wird_f niedriger als der jeweilige Druck des Gases, das durch die Leitung 10 eintritt und durch die Leitungen 30 und 46 der Fig, I abgeführt wird«,

Im Verfahren gemäß Pig_e 2 wird Erdgas aus einer Rohrleitung über.

die Zweigleitung 10 unter einem hohen Druck von 15,1 kg/cm eingeliefert mit einer normalen Temperatur von ca. 21 C; jedoch wird dieses Gas zunächst in zwei aufeinander folgenden Stufen auf einen noch höheren Druck verdichtet, bevor im Trockner 11 seine Feuchtigkeit entfernt wird. In dem Verdichter der ersten

Stufe 45 A wird der Druck des Gasstroms auf etwa 19,7 kg/cm angehoben und im Verdichter der zweiten Stufe 45 B erreicht der

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Druck ungefähr 26,4 kg/cm . Ein kleinerer Teil, etwa 22 % des Gases, das den Trockner 11 durch die Leitung 12 verläßt, wird in der Leitung 13 abgezweigt und über das Ventil 14 durch den COp-Abscheider 15 geleitet. Von dort fließt das gereinigte Gas durch die Leitung 16,.den Wärmeaustauscher 17 den Abscheider 18, die Leitung 20, den Verflüssiger 21, die Leitung 22, den Tiefkühler 23, die Leitung 24, das Entspannungsventil 25, den Abscheider 26, die Leitung 27, den Wärmeaustauscher 33 und das Entspannungsventil 28 in den Tank 29, wie schon ausführlich bei Pig. 1 beschrieben·

Der Hauptteil des aus dem Trockner 11 in die Leitung 12 fließenden Gases strömt durch den Austauscher 17, den Abscheider 34 und die Leitung 36 zur Turbine der ersten Stufe 37 A, in welchem der

Gasdruck auf ungefähr 6₅1 kg/cm vermindert wird und seine Temperatur auf ca. - 107° C. Das entspannte Gas fließt durch die Lei-

tung 38 in die Leitung 55, in welche auch Droseelgae aus dem AbROheider 26 einfließt, nachdem en durch die Leitung 30 den Tiefkühler 23 passiert hat. Der vereinigte Strom der Leitung 55 wird in Verflüssiger 21 auf eine Temperatur von ca. -87⁰C aufgewärmt und dann durch die Turbine der zweiten Stufe 37 B

ο geführt, in welcher der Druck deo Gases auf ungefähr 2,5 kg/cm erniedrigt und decken Temperatur nochmals bis auf -107⁰C gesenkt wird. Das Gas, das die Turbine 37 B verläßt, fließt durch die Leitung '36 und den Verflüssiger 21 in den Abr-cheider 39 in der gleichen Veise, wie daß entspannte Gas durch die Leitung 38 und den Verflüssiger 21 in den Abscheider 39 beim Verfahren gernäß Pig» 1 floß. Das Gas und die flüssigen Phasen im Trenner 39 verlassen dienen durch die Leitungen 42 und 43, fließen durch den Wärmeaustauscher 17, in welchem sie an das einfließende Erdgas Kälte abgeben und fließen durch die Leitung 44 unter er.nera Druck von ca. 2,4 kg/cm und sind so zur Beschickung in ein Gasverteilungsnetz eines V/ohnviertele geeignet.

Daß in Pig. 2 gezeigte Verfahren der Erfindung eignet sich für jede Anlage, in welcher der Druckunterschied zwischen dem Rohgas in der Leitung 10 und dem Austrittsdruck des Gases aus der Leitung 44 nicht groß genug ist, um genügend Kälte zu gewinnen. Um in solchen Fällen den Druck zu erhöhen, wird das Rohgas der Leitung 10 durch einen zweistufigen Verdichter 45 A und 45 B geleitet, welcher durch die in den Turbinen 37 A und 37 B frei werdende Energie angetrieben wird.

Wenn man die Verfahren der Fig. 1 und 2 vergleicht, wird man finden, daß die von dem Hauptstrom des aus dem Trockner 11 austretenden Erdgases in der Turbine 37 geleistete Arbeit von dem Verdichter 45 hauptsächlich zur V/iederverdichtung des entspannten Erdgases verwandt wird, während die Arbeitsleistung aus der zweistufigen Entspannung in den Turbinen 37 A und 37 B, die von dem Hauptteil des aus den Trockner 11 strömenden Erdgases geleistet wird, von den zweistufigen Verdichter 45 A und 45 B dazu verwendet wird, den Druck des gesamten in das Verfahren geschickten Erdgases zu erhöhen. Kurz gesagt, verflüssigt das Verfahren dieser Erfindung einen kleineren Teil eines unter hohem Druck angelieferten Gares durch Kühlung mit Kälte, wel-

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ohe durch die Entspannung eines Hauptteils desselben unter Arbeiteleistung gewonnen wurde, wobei die durch die Arbeitsleistung gewonnene Energie zur Verdichtung eines Teils oder des ganzen Gases verwandt wird.

Es wird jedem Fachmann klar oein, daß die allgemeinen Grundoätze der Erfindung in Abwandlungen der Anordnung zum Entspannen und Verdichten, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt wurden, angewandt werden können. Zum Beispiel kann das Gas aus dem Verdichter 45 A der Fig. 2 auch direkt in den Trockner 11 fließen, und der Verdichter 45 B könnte dann zur Erhöhung deo Gasdrucks in der Leitung 44 verwandt werden.

In gleicher Weise könnte die zweistufige Entopannungs- und Verdichtungseinrichtung der Fig. 2 durch eine einstufige Entspannunga- und Verdichtungseinrichtung ersetzt werden; in diesem Fall würde das Erdgas in der Leitung 10, nachdem es durch den Verdichter geflossen ist, direkt zum Trockner 11 gehen und das entspannte Gas, das durch die Leitungen 38 und 55 fließt, würde direkt in den Abscheider 39 fliessen. Umgekehrt könnte die einstufige Entapannungs- und Verdichtungseinrichtung der Fig. 1 durch eine zweistufige Entspannungs- und Verdichtungseinrichtung ersetzt werden, in welchem Fall das teilweise verdichtete Gas in der Leitung 46 durch den Kompresoor der zweiten Stufe fliessen würde und das teilweise entspannte Gas in der Leitung 38 würde, nachdem es den Tiefkiihler 21 verläßt, in der Turbine der Stufe zwei weiter entspannt, würde dann durch eine besondere Leitung wieder in den ^Tiefkühler 21 fliessen und von dort in den Abscheider 39 gespeist.

Ee ist bekannt, für den Betrieb von Entspannung3naschinen das zu entspannende Gas nicht auf eine so tiefe Temperatur zu kühlen, daß wKhrend der Entspannung die Temperatur des Gases so tief sinkt, deß entweder Verunreinigungen, wie zum Beispiel Kohlendioxid, in fester Form ausfallen oder eich verflüssigen, oder daß daa Gas selbst beginnt, sich zu verflüssigen. Ein solches Pestwerden oder Sichverflüosigen innerhalb der Expansionsmaschine würde deren Leistung mindern. Daher ist es besser, den Haupt-

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teil des Gases vor seiner Entspannung auf eine Temperatur zu kühlen, welche gewöhnlich zwischen ungefähr -54 C und - 90 C liegt, so daß sich während der Entspannung dee gekühlten Hauptstroms des Gases weder eine feste Substanz noch eine Flüssigkeit innerhalb der Entspannungsniaschine bilden kann.

Da das verflüssigte Gas in der Praxis häufig über eine weite Entfernung von der Verflüssigungsanlage bis zum Lagertank flie3-sen muß und da die Flüssigkeits-Säule in Tank dem Einfliessen der Flüssigkeit einen gewissen V/iderntand entgegensetzt, muß im Abscheider 26 möglichst ein Druck von 1,05 kg/cm aufrechterhalten werdan.

Selbstverständlich sind noch eine ganze Anzahl anderer Möglichkeiten der Abwandlung der hier beschriebenen Erfindung gegeben, ohne daß deshalb deren Ziel und Geiat eich ändern. Daher sollte der Anspruch keinen anderen Einschränkungen als den darin genannten unterworfen sein.

Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, läßt sich das Verfahren der Erfindung mit einfachen Anlagen durchführen« Die Investitionskosten, Wartungskosten und die Kosten für den Energiebedarf sind gering.

4.4.1968
Ba/Go

Claims

MESSEH GRIESHEIM GMBH MG 550

Neue Ansprüche

Verfahren zum Verflüssigen und Speichern eines Teils eines unter Druck kontinuierlich zuströmenden Gases, einzig mit Hilfe von der bei der arbeitsleistenden Entspannung des Gases entstehenden Kälte, wobei das kontinuierlich zuströmende Gas in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der erste arbeitsleistend entspannt und in Wärmeaustausch mit dem zweiten Teilstrom gebracht wird, der dabei zumindest teilweise kondensiert und durch Drosselung bis auf den Speicherdruck entspannt wird, während . die Drosselgase ebenfalls zur Kälteabgabe herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung in. einen weitgehend zu verflüssigenden kleineren Strom und in einen mindestens dreimal so großen Hauptstrom erfolgt und der kleinere Strom nach Verflüssigung und Tiefkühlung auf einen Druck von wenigen Atmosphären durch Drosselung entspannt wird, wobei die Drosselgase zur Tiefkühlung des kleineren Stromes im Gegenstrom und indirekten Wärmeaustausch dienen, während die flüssige Phase in einen Lagerbehälter auf praktisch atmosphärischen Druck entspannt wird, dessen Verdampfungsgase ebenfalls zur Tiefkühlung des kleineren Stromes im Gegenstrom und indirekten Wärmeaustausch dienen, wohingegen der arbeitsleistend entspannte Hauptstrom den kleineren Teilstrom im Gegenstrom durch indirekten Wärmeaustausch verflüssigt.

Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zu behandelnde Gas Wasser und andere kondensierbare Verunreinigungen enthält und der Gosamtstrom vor der Aufteilung in Teilströme in umschaltbaren Adsorbern von Wasser befreit wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Aufteilung lediglich noch der kleinere Strom in umschaltbaren Adsorbern von

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Urve.iiK.,-,1 (An., §1 Abe.2 Nr.lSatt3de₈Änderup_e«ee.y.4..9.

anderen kondensierbaren Verunreinigungen, inobesondere Kohlendioxid, gereinigt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der arbeitsleistenden Entspannung des Haupt-Btromeo freiwerdende Energie dazu dient, den entspannten Hauptstrom vor Verlassen der Anlage zu verdichten.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet» daß die bei. der arbeitsleistenden Entspannung des Hauptstromes freiwerdende Energie dazu dient, den Druck des Gesamt stromes vor seiner Behandlung zum Feuchtigkeitsentzug zu erhöhen.

Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Druck des Geoaratstromes als auch der Druck des entspannten Hauptstromes erhöht wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gokennzeichnet, daß das zu behandelnde Gas Erdgas ist, welches unter einem Druck von mindestens 10,5 kg/cm steht.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleiner Teil der tiefgekühlten Flüssigphase durch Druckminderung verdampft und in indirekten Wärmeaustausch zum Rest der Flüssigphase gebracht wird, bevor dieser Rest in den Lagerbehälter entspannt wird.

18.4.1968
Ba/Go/Pu

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