DE1551617A1 - Naturgas-Verfluessigung mit gesteuertem BTU-Gehalt - Google Patents

Naturgas-Verfluessigung mit gesteuertem BTU-Gehalt

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DE1551617A1
DE1551617A1 DE19671551617 DE1551617A DE1551617A1 DE 1551617 A1 DE1551617 A1 DE 1551617A1 DE 19671551617 DE19671551617 DE 19671551617 DE 1551617 A DE1551617 A DE 1551617A DE 1551617 A1 DE1551617 A1 DE 1551617A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verflüssigung, Speicherung und Lieferung von Naturgas. Es ist bekannt, Naturgas zur Speicherung zu verflüssigen, aber es treten gewisse Probleme durch die gemischte Zusammensetzung der meisten Naturgase auf, die einen großen Anteil an Methan haben, zusammen mit gleichartigen Anteilen von Stickstoff und Kohlenwasserstoffen von höherem Molekulargewicht. Wenn das verflüssigte Naturgas (VNG) vergast wird,.um es dem Verbraucher zuzuleiten, haben die Bestandteile mit niedrigerem Siedepunkt die Neigung, zuerst zu verdampfen und da sie einen niedrigeren BTU-Gehalt haben,
— ι —
O09812/0SA7
% 1551817
hat der BTU-Gehalt des wieder in Gas verwandelten Gases dieNeigung, sich mit der Zeit zu ändern. Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Steuern des BTU-Gehaltes des wieder in Gas verwandelten Naturgases.
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf das gleiche Problem, das in der gleichzeitig laufenden deutschen Patent-Anmeldung Nr. C 31 6^0 Ia/17g behandelt ist, gegenüber der sie die Hauptvorteile eines erhöhten Betriebs-Wirkungsgrades und einer niedrigeren Kapitalinvestierung hat, Dies wird möglich gemacht durch die Verwendung eines einzelnen äußeren Kühlmittels anstelle von zwei oder mehr äußeren Kühlmitteln, die allgemein verwendet werden und durch dasVerfahren des Abtrennens der schwereren Kohlenwasserstoffbestandteile von dem Zuleitungsgas, nachdem es in eine Flüssigkeit umgewandelt wurde und während es sich noch auf hohem Druck befindet, wobei man sich hauptsächlich auf eine Druckverringerung des verflüssigten Gases verläßt, um die erforderliche Trennung zu bewirken.
Demgemäß schafft die Erfindung ein Verfahren zum Zuleiten von Naturgas, das verschiedene Kohlen-Wasserstoff-Bestandteile enthält, in ein Verteilungssystem mit einem gewünschten BTU-Wert, wobei das System die folgenden Schritte umfaßt:
009812/0547
a) Zufuhr eines Hauptstromes von Naturgas mit überatmosphärischem Druck, der weit über dem Normaldruck des Verteilungssystems liegt,
b) Verflüssigen des genannten Hauptstromes von Naturgas bei hohem Druck, um ein verflüssigtes Naturgas mit hohem Druck zu erzeugen,
c) Vermindern des Druckes des genannten verflüssigten Naturgases auf einen niedrigen Lagerdruck und Lagern bei diesem genannten niedrigen Druck,
d) Entfernen eines kleineren Anteiles des genannten verflüssigten Naturgases bei hohem Druck und Verringern seines Druckes zum Erzeugen von Entspannungsgasen Und einer schwereren Fraktion verflüssigter Kohlen-Wasserstoffe,
e) Wiederumwandeln in Gas der genannten schwereren Fraktion und Hinzufügen zu dem Verteilungssystem
in einer Menge, um den BTÜ-Wert des Auslaßgasstromes auf einem gewünschten Wert zu halten.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Hauptstroiq des Gases bei hohem Druck durch Wärmeaustausch mit einem einzigen äußeren Kühlmittel und durch selbstkUhlenden Wärmeaustausch mit zurückströmenden Entspannungsgasen verflüssigt, die von dem Zuleitungsgas abgeleitet werden,
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wobei weiterhin der Druck des verflüssigten Gases auf einen niedrigeren Lagerdruck in Stufen verringert wird und verdampftes Gas von der Lagerung zusammen mit entspanntem Gas von den Druckverringerungsstufen dem Verteilungssystem zugeführt wird und wobei der Schritt d), wie oben vor einer Druckverringerungsstufe durchgeführt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur ein sehr stark vereinfachtes schematisches Schaubild darstellt, welches das Prinzip der Erfindung zeigt.
Unter Hinweis auf die Zeichnung wird das Zufuhrgas typischerweise in einer Gashauptzuleitung 2 mit einem verhältnismässig hohen Druck im Bereich von 28.1 bis 7o.31 kg/cm , typischerweise 44,6 kg/cm und bei 52,2 C zugeleitet. Nach dem Hindurchlaufen durch ein übliches Dehydrierungsgerät ^, um jegliche Feuchtigkeit zu entfernen, wird das Gas ohne Verringerung seines Druckes in drei Wärmeaustauscherstufen 5, 6 und 7 gekühlt. Das verwendete Kühlmittel sollte in der Lage sein, das behandelte Zufuhrgas bei einem Druck von 44.6 kg/cm2 von 52.2°C bis - 87-40C abzukühlen, wobei sowohl die Propan- als auch die Äthylenstufen ersetzt werden, wie sie üblicherweise in vielen bekannten Systemen verwendet werden. Ein übliches Kühlmittel für diesen Zweck ist Freon 15 B-I. Dieses Kühlmittel wird durch die Leitung 8 von dem Vorrats-Buffertank 9
009812/05A7
S 1551817
in das Innere des Wärmeaustauschers 5 unter der Steuerung .eines geeigneten Entspannungs- und Niveausteuerungsventils
11 geleitet. Die typischen Betriebsbedingungen für das Kühlmittel in dem Wärmeaustauscher 5 sind -6,670C und 6*75 kg/cm2. Das Kühlmittel wird dann durch die Leitung
12 dem zweiten Wärmeaustauscher zugeleitet, in dem geeignete' Betriebsbedingungen -4O0C und 2,18 kg/cm2 herrschen. Danach wird das Kühlmittel durch die Leitung 15 dem Wärmeaustauscher 7 zugeleitet, wo es auf einerTemperatur von -87,4OC und O.I89 kg/cm gehalten werden kann. Ein verdampftes Kühlmittel von den Wärmeaustauschern 5, 6 und 7 wird auf den Leitungen 15, l6 und 17 zu dem Kühlmittelkompressor 18 zurückgeleitet, wobei der Dampf vom Wärmeaustauscher 7 durch die Wärmeaustauscher 6 und 5 geleitet wird und der vom Wärmeaustauscher 6 durch den Austauscher 5 geleitet wird, zum weiteren Austausch von Wärmeenogie, um den Wirkungsgrad zu verbessern.
Die Druck- und Temperaturverringerungen in den Austauschern 6 und 7 werden anschliessen durch entsprechende Einstellungen der Reduzierventile 21 und 22 bewirkt, wie das in der Technik allgemein bekannt ist.
Das Hauptzuleitungsgas in der Gashauptzuleitung· 2 kommt aus dem Wärmeaustauscher 7 im wesentlichen noch mit seinem anfänglichen Druck von 44.6 kg/cm heraus, befindet sich aber jetzt auf einer Temperatur von -87.4°C. Ein geringerer Anteil dieses Gases wird durch eine Leitung 2J
" 5 " 0098127064?
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abgenommen und in seinem Druck bei einem Ventil 24 unter der Steuerung eines Niveaureglers 26 reduziert, um in einer Schwerstoffentspannungstrommel 27 Entspannungsgase zu schaffen, die aus den höheren Bestandteilen bestehen, die auf einer Leitung 28 zurückgeleitet werden und auch eine schwerere Fraktion von flüssigen Kohlenwasserstoffen, die im Bodenteil der Trommel verbleiben und die in der Trommel mit einem Druck von 4j5.59.kg/em und mit einer Temperatur von -690C bleiben und die auf einer Leitung 29 abgezogen und durch ein Ventil 3I und Leitungen 32 und 47 zu einer Auslaßleitung 33 des Verteilungssystems unter der Steuerung eines Heizwertmessers 34 in eine Menge geleitet werden, die genügt,um den erforderlichen BTÜ-Gehalt auszumachen.
Kühlmittel vom Wärmeaustauscher 6 wird auch auf der Leitung 34 entnommen und es erfolgt ein Wärmeaustausch mit der kalten, schwereren Fraktion in der Trommel 27 mit Hilfe einer Kühlschlange 36, wonach die Rückführung zum Wärmeaustauscher 7 durch ein Ventil 37 und eine Leitung 40 erfolgt, und zwar unter der Steuerung eines Temperaturreglers 38,der seinerseits durch ein (nicht gezeigtes) Thermoelement gesteuert wird, das im Kesselteil der Trommel 27 liegt, aber von einem Signal auf einer Leitung 39 von einem Flüssigkeitsstandsregler 41, der zum Wärmeaustauscher 7 gehört, übersteuert werden kann, um sicherzustellen, daß das Flüssigkeitsniveau
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im Wärmeaus tauscher/ auf dem gewünschten Nieau bleibt.
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Entspannungsgase aus der Trommel 27 werden durch die Leitung 28 zur Hauptleitung 2 an einem Punkt unter dem Reduzierventil 42 zurückgeführt, durch das der Druck in der Hauptleitung von 44.64 auf 43.2 kg/cm verringert wird und Im Wärmeaustauscher 21 durch SelbstkUhlung noch weiter abgekühlt wird, zu welchem Zweck eine kleine Menge des Gases aus einer Leitung 2d durch ein Druck-
reduzierventil 45 abgenommen und auf 5*624 kg/cm Druck und eine Temperatur von -1330C durch eine Leitung 44 zurückgeleitet wird, die sich im wesentlichen durch die Wärmeaustauscher 5» 6 und 7 erstreckt, um die restliche Kühlfähigkeit des Gases in dieser Leitung auszunutzen, das schließlich aus dem Wärmeaustauscher 5 bei einem Punkt 44a
immer noch mit einem Druck von 5,62 kg/cm und einer Temperatur* von ungefähr -9«44 austritt, wo es der Leitung 33 des Verteilungssystems als Ausgang zugeleitet wird. Das Zuleitungsgas fließt weiter durch die Leitung 2d mit einer Temperatur von -129°C in den Wärmeaustauscher lo, wo wiederum ein geringerer Anteil des Gases durch alle oben beschriebenen Wärmeaustauscher in Serie hindurchgeleitet wird, um eine weitere Kühlwirkung zu erzielen,
wonach das Gas schließlich durch eine Leitung 47a als Niederdruckentspannungsgas bei 1,25 kg/cm und -37»4°C austritt und danach durch den Verdampferkompressor 48 auf 5,624 kg/cm2 Druck komprimiert und der Leitung 33 zur weiteren Verteilung zugeleitet wird.
Das VNG, das aus dem Wämeaustauscher 10 auf einer
Leitung 2e mit ungefähr 1,25 kg/cm2 und -1590C austritt,
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wird auf im wesentlichen atmosphärischen Druck in einem Reduzierventil 51 reduziert und einem VNG Lagertank 52 zugeleitet, der jede beliebige geeignete große Lagermöglichkeit sein kann, wie etwa ein unterirdischer Lagertank. Das Verdampfergas vom Tank 52 mit ungefähr I,o54 kg/cm2 Druck und -l6?°C wird mit Hilfe eines beliebigen geeigneten Kompressors 53 auf 1,265 kg/cm2 und -l6l°C komprimiert und wird in einer Leitung 54 geleitet, um zu dem Gas in der Leitung 47 zu kommen zu einem späteren weiteren Komprimieren durch den* Verdampfungskompressor 48 auf 5*624 kg/cm , mit welchem Druck es in die Verteilungsleitung 33 geleitet wird, wie das früher beschrieben wurde.
Die KühlmitteldäMpfe in den Leitungen 15, 16 und 17 werden darauf den folgenden Stufen eines Mehrstufen-Zentrifugalkompressors 18 zugeleitet, was ein weiterer Vorteil des vorliegenden Systems ist. In der Vergangenheit war es schwierig, Zentrlfugalkompressoren für Verfltissigungswerte zu benutzen, die so groß sind, wie die in einem typischen System in Betracht gezogenen, für das die Erfindung verwendet werden kann (5,0 MMSCFD) wegen ihres geringen EinlaßVolumens. Unter Verwendung eines Kühlmittels, wie etwa Freon 13 B-I hat jedoch der Wärmeaustauscher 8
einen Dampfdruck von 0.189 kg/cm und mit diesem niedrigen Saugdruck ist die Verwendung eines Zentrifugalkompressors durchführbar infolge der hohen Einlaßmenge 11ACFM" (tatsächliche Kubikfuß je Minute). Die Anordnung des
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Injizierens der anderen Zufuhrströme an den inneren Stufen erhöht die Einlassmenge 11ACFM" zu jeder Stufe, was bei der Verwendung von Zentrifugalkompressoren bei dieser Art von Arbeit wünschenswert ist. Das komprimierte Kühlmittel kommt auf der Leitung 54 mit ungefähr 25,9 kg/cm heraus und wird vorzugsweise durch einen "Wasserkühler 56 auf 57,8° C. gekühlt, wonach es. dem Vorrate-Buffertank 9 zugeführt wird, von wo es auf einer Leitung 8, wie vorher beschrieben, abgezogen wird.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das obige System zusätzlich dazu, dass es bezüglich des Kraftbedarfes einen hohen Wirkungsgrad hat, die Verwendung eines einzigen Kompressors gestattet, mit einer sich daraus ergebenden Verringerung der Kosten. Weiterhin können die Wärmeaustauscher für eine Verflüssigungsanlage in der Grössenordnung bis zu etwa 5,0 MMSCPD in einen einheitlichen Aufbau von Wärmeaustauschern eingebracht werden, die übereinander gestapelt sind, und zwar alles in einem Kühlgehäuseaufbau und in Gleitmontage zum leichten Transport. Es ist so klar, dass das oben beschriebene System wirtschaftlich in seinen Kosten und wirksam im Betrieb ist. Die Entfernung von Schwerstoffen während das Gas sich auf hohem Druck befindet und vor dem Unterkühlen hat den weiteren Vorteil, die Möglichkeit des Auftretens von Entfrostungsproblemen auf ein Minimum zu verringern, das diese Schwerstoffe in den folgenden Austauschern 21, 10 verursachen könnten, • die zum Unterkühlen des Gasstromes verwendet werden.
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Weiterhin kann das äussere Kühlsystem leicht entfroetet werden, wenn das notwendig ist, indem warmes Zuleitungsgas durch die Wärmeaustauscher 5, 6 und 7 geleitet wird, und das Entfrostungsprodukt in dem BTU Schweretoffgefäss 27 gesammelt wird. Wahlweise kann Methanol in den Zufuhrgasstrom zur Reifablagerungsentfernung und zum Sammeln in dem gleichen Gefäss eingeführt werden, wodurch die Zeit auf ein Minimum verringert wird, die notwendig ist, um die Verflüssigungseinheit stillzulegen oder zu umgehen. Es ist offensichtlich, dass die obige vereinfachte Konstruktion sich für eine Herstellung in der Werkstatt eignet, was zu verringerten Betriebskosten und verringerten Betriebs- und Gemeinkosten führt. Wenn das VNG, das in dem Tank 52 gespeichert ist, notwendig ist, um den normalen Vorrat zu ergänzen, der für das Verbraucherverteilungsnetz erforderlich ist, z.B. während der Spitzenbedarfszeiten, wird es aus dem Vorratstank herausgepumpt und in Jeder beliebigen geeigneten bekannten Art und Weise wieder vergast und der Verteilungsleitung zugeführt, ohne dass irgend eine weitere BTU-Behandlung erforderlich ist, da das Gas den richtigen BTU-Gehalt infolge des oben beschriebenen Verfahrens hat.
Es ist offensichtlich, dass die hier gezeigten Ausführungsformen nur Beispiele sind und dass verschiedene Abwandlungen in Bauweise und Anordnung innerhalb des Rahmens der Erfindung getroffen werden können, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.
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Claims (6)

  1. Patentansprüche :
    Verfahren zum Liefern von Naturgas* das verschiedene Kohlenwasserstoff-Bestandteile hat, in ein Verteilungenetz mit einem gewünschten BTU-Wert mit folgenden Schritten:
    a) Verflüssigen eines Hauptstromes von Naturgas mit hohem Druck« um ein VNG mit hohem Druck zu schaffen (5, 6, 7)
    b) Verringerung des Druckes des genannten VNG auf einen niedrigen Lagerdruck und Speichern bei dem genannten niedrigen Druck (52), dadurch gekennzeichnet, dass:
    ο) der Hauptstrom des Naturgases mit Uberatmosphäriaehern Druck (2) weit über dem Normaldruck des Verteilungssyetemes geliefert wird,
    d) ein kleinerer Anteil des genannten VNG bei hohem Druck (23) abgenommen und sein Druck verringert wird, um Entspannungsgase und eine schwerere Fraktion von verflüssigten Kohlen-Wasserstoffen (24, 27) zu erzeugen,
    e) diese schwerere Fraktion wieder zu vergasen und sie dem Verteilungssystem in einer Geschwindigkeit zuzuführen, um den BTU-Wert des Auslassgasstromes auf einem gewünschten Wert (32, 34) zu halten.
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  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) der Hauptstrom des Gases bei hohem Druck durch Wärmeaustausch mit einem einzigen äußeren Kühlmittel und durch selbstklihlenden Wärmeaustausch mit zurückfliessenden Entspannungsgasen verflüssigt wird, die von dem Zuleitungsgas abgeleitet werden,
    b) Der Druck des verflüssigten Gases auf einen niedrigen Speicherdruck in den Stufen (51, 52) verringert wird, '
    c) das Absiedegas von der Speicherung zusammen mit Entspannungsgas aus den Druckverringerungsstufen (44, 47* 54) dem verteilungssystem zugeleitet wird,
    d) der Schritt d) des Anspruches 1 vor einer Reduzierstufe (23, 24, 27) ausgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder Z, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsgase von dem genannten geringeren Anteil des VNG in den Hauptstrom zurüokgeleitet werden,
  4. 4. Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der überatmosphärische
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    Druck in der Größenordnung von 44.6 kg/cm2 liegt und das alleinige Kühlmittel in der Lage ist, das Zufuhrgas auf dem genannten Druck von 32.2°C bis -87.4PC zu halten.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) die Verflüssigung des Hauptstromes in verschiedenen Stufen durchgeführt wird, wobei das einzelne Kühlmittel auf einer niedrigeren Temperatur und niedrigerem Druck in jeder folgenden Stufe ist,
    b) ein Strom von KUhlmitteldampf aus jeder Stufe nach der ersten durch die vorangegangenen Stufen im Wärmeaustauschverhältnis damit gleitet wird, ohne öine beträchtliche Veränderung des Druckes, wobei jeder genannte Strom sich.auf dem Druck seiner entsprechenden Stufe befindet,
    c) die genannten entsprechenden Kühldampfströme durch Einzel-Mehrstufenzentrifugalkompression auf einen anfänglichen Betriebsdruck komprimiert werden, wobei mindestens etwas von der Kompressions.wärme
    entfernt wird, durch Wärmeaustausch mit einem äußeren Kühlmittel und das sich ergebende/lüssige Kühlmittel mit dem genannten Anfangsdruck zu der genannten Verflüssigung des Hauptstromes von Naturgas zugeführt wird.
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  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch mit einem einzelnen Kühlmittel in drei aufeinanderfolgenden Kühlstufen durchgeführt wird.
    7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstkühlung in zwei aufeinanderfolgenden Stufen nach dem äußeren Kühlen durchgeführt wird durch Entnehmen eines kleinen Anteiles von VNG aus denHauptstrom bei jeder der genannten zwei Stufen, Verringern des Druckes des genannten entnommenen VNG und Hindurchtreten im Wärmeaustauschverhältnis mit dem Hauptstrom durch alle vorangegangenen Stufen.
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