DE1626325C

DE1626325C - Process and device for liquefying low-boiling gases

Info

Publication number: DE1626325C
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Rudolf 8000 München-Solln Becker
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Ein- weder durch Drosselung oder, vorzugsweise nach richtung zum Verflüssigen von tiefsiedenden Gasen, weiterer Abkühlung, wiederum arbeitsleistend in das bei dem das zu verflüssigende Gas auf überkritischen Naßdampfgebiet hinein entspannt wird.
Druck verdichtet, bis unter oder in die Nähe der Unter dem Begriff »erster Schritt« sind demnach kritischen Temperatur, vorzugsweise durch rück- 5 alle Maßnahmen zusammengefaßt, die im oder auf strömendes kaltes Gas, abgekühlt und anschließend dem Wege ins Flüssigkeitsgebiet mit dem zu verentspannt wird und danach der verflüssigte Anteil flüssigendem Gas vorgenommen werden, während des Gases vom dampfförmigen getrennt wird. mit dem Begriff »zweiter Schritt« diejenigen Maß-The invention relates to a method and a device either by throttling or, preferably after the direction for liquefying low-boiling gases, further cooling, again in a work-performing manner in which the gas to be liquefied is expanded to supercritical wet steam area.
Pressure is compressed until below or in the vicinity of the critical temperature, preferably by means of backward 5 measures, which are cooled in or on the flowing cold gas and then relieved of the way into the liquid area with the and then the liquefied portion of the liquid gas is made while the gas is separated from the vaporous one. with the term »second step« those measures

Es ist ein Verfahren zur Verflüssigung von Luft nahmen bezeichnet werden, mit denen die Grenzbekannt (deutsche Patentschrift 115 421),bei dem io kurve zum Naßdampfgebiet überschritten wird,
die Luft verdichtet, abgekühlt und anschließend Der Ausgangspunkt der arbeitsleistenden Entarbeitsleistend in einer Turbine entspannt wird und spannung im oder ins Flüssigkeitsgebiet liegt hierbei bei dem sich im Zuge der arbeitsleistenden Ent- unter oder in der Nähe der kritischen Temperatur, spannung die Luft teilweise verflüssigt. Da bei jedoch stets schon so tief, daß im Verlauf der Entdiesem Verfahren die Kühlung der Luft ausschließ- 15 spannung in zwei Schritten die Flüssigkeitsgrenzlich durch den nicht verflüssigten, entspannten Anteil kurve im T,s-Diagramm des zu verflüssigenden Gases der Luft erfolgt, endet die Kühlung bereits bei einer deutlich links vom kritischen Punkt überschritten Temperatur, die noch ziemlich weit oberhalb der wird. Dies hat zur Folge, daß der wesentliche Teil kritischen Temperatur liegt. Als Folge hiervon wird der arbeitsleistenden Entspannung innerhalb des bei der nachfolgenden arbeitsleistenden·Entspannung ao Flüssigkeitsgebietes liegt. Dieser Sachverhalt erdie Grenze zum Naßdampfgebiet im T,s-Diagramm scheint zunächst ungewöhnlich, da bekannt ist, daß der Luft rechts vom kritischen Punkt überschritten die Kälteleistung einer arbeitsleistenden Entspannung und lediglich ein verhältnismäßig geringer Teil der mit sinkender Temperatur schnell abnimmt und eingespeisten Luft verflüssigt. In einem solchen Falle innerhalb des Flüssigkeitsgebietes nur Bruchteile sind jedoch Flüssigkeitsschläge in der Entspannungs- 35 derjenigen beträgt, die im Gebiet des überhitzten maschine nicht zu vermeiden, die, wie seit langem be- Dampfes, etwa im Falle des Claude-Verfahrens, kannt ist, zu einer schnellen Zerstörung der Maschine erreicht werden kann. Bei Methan z. B. ist die Kälteführen, leistung, die durch arbeitsleistende Entspannung desIt is a process for the liquefaction of air to be designated, with which the limit is known (German patent specification 115 421), in which the io curve to the wet steam area is exceeded,
the air is compressed, cooled and then the starting point of the work-performing de-work is relaxed in a turbine and the tension in or into the liquid area is where the air is partially liquefied in the course of the work-performing de-work below or in the vicinity of the critical temperature. However, since it is always so deep that in the course of the Entdiesem process the cooling of the air takes place in two steps, the liquid is limited by the non-liquefied, relaxed portion of the curve in the T, s diagram of the gas to be liquefied in the air, ends the cooling is already exceeded at a temperature clearly to the left of the critical point, which is still well above the. The consequence of this is that the essential part is at the critical temperature. As a consequence of this, the work-performing relaxation will lie within the fluid area for the subsequent work-performing relaxation. This state of affairs er the boundary to the wet steam area in the T, s diagram initially seems unusual, as it is known that the air to the right of the critical point exceeds the cooling capacity of a work-performing expansion and only a relatively small part of the air that is fed in decreases rapidly with falling temperature and liquefies. In such a case within the liquid area, however, there are only fractions of liquid hammer in the relaxation 35 of those that cannot be avoided in the area of the overheated machine, which has been known for a long time, for example in the case of the Claude method, rapid destruction of the machine can be achieved. For methane z. B. is the cold lead, performance that is achieved through the relaxation of the work

Aus diesem Grunde haben schon Linde und Gases von 100 auf 50 ata theoretisch gewonnen Claude bei den von ihnen entwickelten Verfahren 30 werden kann, bei einer Ausgangstemperatur von zur Gasverflüssigung stets vermieden, eine solche, an 0° C mehr als das 1Ofache derjenigen, die sich bei sich energiemäßig günstige, arbeitsleistende Ent- einer Ausgangstemperatur von —120° C erzielen spannung in das Naßdampfgebiet hinein zu benutzen. läßt (kritische Temperatur: —82,5° C).
Während beim Linde-Prozeß deshalb ausschließlich Unter diesem Gesichtspunkt läßt das erfindungseine Drosselentspannung in das Naßdampfgebiet 35 gemäße Verfahren zunächst nicht die erwünschte hinein vorgesehen ist, wird beim Verfahren nach Senkung der Energiekosten erwarten. Überraschen-Cl au de die energiemäßig günstige Kälteerzeugung derweise wird jedoch der Nachteil der verhältnisdurch arbeitsleistende Entspannung dadurch aus- mäßig kleinen Kälteleistung der arbeitsleistenden genutzt, daß die durch arbeitsleistende Entspannung Entspannung durch ein sehr günstiges Mengenim Gebiet des überhitzten Dampfes erzeugte Kälte ₄₀ verhältnis von Flüssigkeit zu Dampf nach vollzogener auf die zu verflüssigende und noch nicht entspannte Entspannung mehr als ausgeglichen, so daß auf diese Luft übertragen wird. Der bei der Abkühlung Weise der Gesamtenergiebedarf zur Verflüssigung erreichte Punkt liegt beim Linde-Prozeß — da hier einer bestimmten Gasmenge beim erfindungsgemäßen ähnlich dem eingangs geschilderten Verfahren aus- Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren tatschließlich mit dem nicht verflüssigten Teil der ₄₅ sächlich gesenkt wird. Außerdem werden mit dem entspannten Luft gekühlt wird — noch ziemlich weit erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu den oberhalb der kritischen Temperatur. Beim Verfahren bekannten Verfahren wesentlich kleinere Gasmengen nach Claude dagegen wird bereits eine tiefere umgewälzt, die wiederum kleinere Maschinen und Temperatur erreicht, die einen größeren Anteil an Heizflächen und somit eine Verminderung des bauverflüssigter Luft ermöglicht, als mit dem Linde- ₅₀ liehen Aufwandes zur Folge haben.
Prozeß mit einfacher Entspannung zu erzielen ist. Die Entspannung des komprimierten und unterFor this reason, Linde and Gases have already theoretically won from 100 to 50 ata. Claude can always avoid gas liquefaction at an initial temperature of 30 ° C with the method they have developed, which is more than 10 times that which is at 0 ° C With energy-wise favorable, work-producing energy-efficiency, an output temperature of -120 ° C can be achieved by using voltage in the wet steam area. leaves (critical temperature: -82.5 ° C).
While in the Linde process, therefore, only from this point of view, the method according to the invention does not initially allow the desired method to be provided in the wet steam region 35, but in the method it is expected that energy costs will be reduced. Surprise-Cl au de the energetically favorable cooling, however, the disadvantage of relatively through work-performing expansion is derweise characterized Removing excessively small cooling capacity used of the work-performing that the through work-performing expansion relaxation through a very favorable Mengenim area of the superheated steam generated cold ₄₀ ratio of liquid to Steam after completed on the relaxation to be liquefied and not yet relaxed more than balanced, so that air is transferred to this. The point reached in the cooling way of the total energy requirement for liquefaction is in the Linde process - since here a certain amount of gas is actually reduced with the non-liquefied part of ₄₅ compared to the known process with the method according to the invention, similar to the method described above. In addition, with the relaxed air is cooled - still quite far according to the method according to the invention compared to those above the critical temperature. In the method known method according to Claude, on the other hand, a lower amount of gas is already circulated, which in turn achieves smaller machines and temperature, which allows a larger proportion of heating surfaces and thus a reduction in the building liquefied air than with the Linde ₅₀ borrowed effort result .
Process can be achieved with simple relaxation. The relaxation of the compressed and under

Diese bekannten Verflüssigungsverfahren sind oder in die Nähe der kritischen Temperatur abge-These known liquefaction processes have dropped to or in the vicinity of the critical temperature.

schon in vielfachen Abwandlungen bekanntgeworden. kühlten Gases erfolgt erfindungsgemäß in zweialready known in many variations. cooled gas takes place according to the invention in two

Trotzdem besteht nach wie vor der Wunsch nach Schritten, wobei der erste Schritt eine arbeitsleistendeNevertheless, there is still a desire for steps, the first step being a work-performing one

verbesserten Verfahren zur Verflüssigung von tief- ₅₅ Entspannung und der zweite Schritt eine weitereimproved process for the liquefaction of _deep-55 relaxation, and the second step, a further

siedenden Gasen, insbesondere nach solchen, mit Entspannung ist, bei der die Grenzkurve zum Naß-boiling gases, especially after those, with relaxation, in which the limit curve to the wet

deren Hilfe der Energiebedarf von Großanlagen, wie dampfgebiet deutlich links vom kritischen Punkt imwhose help the energy demand of large systems, such as the steam area clearly to the left of the critical point in the

sie z. B. zur Verflüssigung von Naturgas gebaut wer- T.s-Diagramm des betreffenden Gases überschrittenshe z. B. built for the liquefaction of natural gas, T.s diagram of the gas in question is exceeded

den, gesenkt werden kann. wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform deswhich can be lowered. will. In the preferred embodiment of the

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch 60 erfindungsgemäßen Verfahrens ist diese zweite Enteine günstige Wahl der Art sowie des Temperatur- spannung eine Drosselentspannung, vor der das Gas und Druckbereiches der Entspannung den Energie- noch weiter abgekühlt werden kann und die in eine bedarf von Gasverflüssigungsanlagen zu senken und Abscheidevorrichtung hinein erfolgt, in der der verhierbei den Flüssigkeitsanteil nach vollzogener Ent- flüssigte Anteil des Gases vom gasförmigen getrennt spannung möglichst groß zu machen. 65 wird.The invention is based on the object, by means of the method according to the invention, this second division Favorable choice of the type as well as the temperature voltage a throttle expansion before which the gas and pressure area of relaxation the energy can be cooled even further and that in a The need for gas liquefaction plants is reduced and the separation device is added to it, in which the loss occurs the liquid portion after the completed liquid portion of the gas is separated from the gaseous one to make tension as great as possible. 65 turns.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gas Bei einer anderen Ausführungsform des erfin-This object is achieved in that the gas in another embodiment of the invention

in einem ersten Schritt arbeitsleistend im oder ins dungsgemäßen Verfahrens erfolgt die arbeitsleistendeIn a first step, performing work in or in the process according to the invention, the work-performing step takes place

Flüssigkeitsgebiet und in einem zweiten Schritt ent- Entspannung in mehreren Stufen. Wenn hierbei dieFluid area and, in a second step, relaxation in several stages. If the

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letzte Stufe der arbeitsleistenden Entspannung schon dabei auf Umgebungstemperatur erwärmt. Die stick-last stage of work-performing relaxation already warmed to ambient temperature. The stick-

von einer verhältnismäßig tiefen Temperatur aus stoffreiche Methanfraktion wird der Anlage durchfrom a relatively low temperature from the substance-rich methane fraction is the plant through

erfolgt, beispielsweise indem die vorhergehende Ent- die Leitung 21 mit 1 ata und Umgebungstemperaturtakes place, for example by the preceding Ent- the line 21 with 1 ata and ambient temperature

Spannungsstufe zur Kühlung des in der letzten Stufe entnommen und kann als Heizgas verwendet' werden,Voltage stage for cooling the taken in the last stage and can be used as heating gas',

zu entspannenden Gases ausgenutzt wird, kann bei 5 Die 25 000 Nm³/h Methan werden entweder in dento be exploited gas can be used at 5 The 25 000 Nm ³ / h methane either in the

dieser letzten Stufe der arbeitsleistenden Entspan- Kreislauf über die Leitung 22 und den Turbo-this last stage of the work-performing expansion cycle via line 22 and the turbo

nung die Grenzlinie zum Naßdampfgebiet über- kompressor 23 zurückgeführt oder, falls eine Ver-the boundary line to the wet steam area via compressor 23 is returned or, if a compression

schritten werden, da dann der gasförmige Anteil des wendung als Heizgas möglich ist, dem Kreislaufsteps, since the gaseous portion of the fuel can then be used as heating gas, the cycle

entspannten Mediums so klein ist, daß nennenswerte durch die Leitung 24 entnommen. Im letzteren Fallrelaxed medium is so small that significant removed through line 24. In the latter case

Schaden in der Entspannungsmaschine durch Flüs- io würde der Turbokompressor 23 entfallen, und esDamage in the expansion machine by liquid would be omitted, the turbo compressor 23, and it

sigkeitsschläge nicht mehr zu befürchten sind. In müßte mehr Naturgas von 30 ata dem Kreislauf zu-there is no longer any need to fear sustained blows. In would have to add more natural gas of 30 ata to the cycle.

diesem besonderen Fall ist die letzte Stufe der geführt werden.This particular case is the final stage of being led.

arbeitsleistenden Entspannung identisch mit dem Die Anlage nach F i g. 2 unterscheidet sich haupt-work-performing relaxation identical to the The plant according to F i g. 2 differs mainly

zweiten Entspannungsschritt des erfindungsgemäßen sächlich durch den Wärmeaustauscher 25 und diesecond expansion step of the invention neutrally through the heat exchanger 25 and the

Verfahrens. 15 Turbine 26 der Anlage nach Fig. 1. Die arbeits-Procedure. 15 turbine 26 of the system according to Fig. 1. The working

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung leistende Entspannung im Flüssigkeitsgebiet wird inFurther details and advantages of the invention providing relaxation in the fluid area is given in

können den in den Zeichnungen schematisch darge- diesem Fall zweistufig durchgeführt,the schematically shown in the drawings can be carried out in two stages in this case,

stellten Ausführungsbeispielen entnommen wer- Die unter die kritische Temperatur abgekühlteThe exemplary embodiments are taken from the cooled below the critical temperature

den. In Flüssigkeit mit überkritischem Druck wird vor derthe. In liquid with supercritical pressure before the

F i g. 1 und 2 sind Anlagen zur Durchführung des 20 Turbine 13 geteilt. Ein Teil wird in F i g. 1 in derF i g. 1 and 2 are systems for implementing the turbine 13 divided. A part is shown in FIG. 1 in the

Verfahrens am Beispiel der Naturgasverflüssigung Turbine 13 arbeitsleistend entspannt. Der andere TeilMethod using the example of natural gas liquefaction turbine 13 relaxed while performing work. The other part

dargestellt; in wird im Wärmeaustauscher 25 durch den in dershown; in is in the heat exchanger 25 by the in the

F i g. 3 sind die Ausführungsbeispiele nach F i g. 1 Turbine 13 entspannten Teil, der durch die LeitungF i g. 3 are the exemplary embodiments according to FIG. 1 turbine 13 relaxed part that goes through the pipe

und 2 stark vereinfacht im T,s-Diagramm dargestellt. 14 zum Wärmeaustauscher 25 geführt wird, weiterand 2 shown in greatly simplified form in the T, s diagram. 14 is passed to the heat exchanger 25, further

F i g. 1 zeigt eine Anlage zur Verflüssigung von 35 abgekühlt, anschließend in der Turbine 26 ebenfalls Naturgas mit einstufiger arbeitsleistender Entspan- auf 30 ata entspannt, wieder im Wärmeaustauscher nung im Flüssigkeitsgebiet. 120 000 Nm³/h Naturgas 15 abgekühlt und über die Drossel 16 in die Trennwerden mit einem Druck von 30 ata, dem Druck der säule 17 auf 1 ata entspannt.F i g. 1 shows a system for liquefying 35 cooled, then in the turbine 26 also natural gas with single-stage work-performing expansion expanded to 30 ata, again in the heat exchanger voltage in the liquid area. 120,000 Nm ³ / h natural gas 15 is cooled and the pressure of the column 17 is expanded to 1 ata via the throttle 16 in the separating areas.

Quelle, der Anlage durch die Leitung 1 zugeführt. F i g. 3 zeigt die Verfahren zur Verflüssigung vonSource, fed to the system through line 1. F i g. 3 shows the processes for liquefying

Zusammen mit 255 000 NmVh auf 30 ata entspann- 30 Naturgas nach den in F i g. 1 und 2 dargestelltenTogether with 255,000 NmVh to 30 ata, 30 natural gas according to the in F i g. 1 and 2 shown

tem Gas und 25 000 Nm³/h auf 30 ata verdichtetem Anlagen stark vereinfacht im T.s-Diagramm.tem gas and 25,000 Nm ³ / h on 30 ata compressed systems, greatly simplified in the Ts diagram.

Methan wird das Naturgas in dem Turbokompres- Von A nach B wird Naturgas von 30 ata iso-Methane becomes the natural gas in the turbo compressor From A to B natural gas of 30 ata is iso-

sor 2 auf den überkritischen Druck von 200 ata ver- therm auf 200 ata im Turbokompressor 2 verdichtet,sor 2 compressed to the supercritical pressure of 200 ata thermally to 200 ata in turbo compressor 2,

dichtet. 170000NmVh werden über die Leitung 3 170000 Nm³/h davon werden von B nach C aufseals. 170000NmVh are over the line 3 170000 Nm ³ / h of which are from B to C on

zur Turbine 4 geführt, dort wieder auf den mittleren 35 30 ata in der Turbine 4 entspannt und von Cled to the turbine 4, there again relaxed on the middle 35 30 ata in the turbine 4 and from C

Druck von 30 ata entspannt und zusammen mit nach A wieder isobar im Gegenströmer 6 erwärmt.Pressure of 30 ata relaxed and heated again isobarically in countercurrent 6 together with after A.

85000 Nm³/h durch die Leitung 5 zugemischtem Gas 230000 Nm³/h werden von B nach D isobar auf eine85,000 Nm ³ / h of gas mixed in through line 5 230,000 Nm ³ / h are isobaric from B to D on one

im Wärmeaustauscher 6 erwärmt und durch die unterkritische Temperatur abgekühlt, in der Turbineheated in the heat exchanger 6 and cooled by the subcritical temperature, in the turbine

Leitung 7 wieder mit dem neu der Anlage zugeführ- 13 von D nach E bis auf 30 ata arbeitsleistend ent-Line 7 again with the new 13 from D to E up to 30 ata

ten Naturgas vermischt. 40 spannt und dann geteilt. Ein Teil erwärmt sich immixed natural gas. 40 spans and then divided. A part heats up in the

Der Rest des auf überkritischen Druck verdichte- Wärmeaustauscher 9 bis auf C und im Wärmeten Naturgases, 230000 NmVh, wird in zwei Teil- austauscher 6 bis auf Ά Der andere Teil wird im ströme geteilt, von denen der eine durch die Lei- Wärmeaustauscher 15 von E nach F abgekühlt und tung 8 den Wärmeaustauschern 6 und 9 und der anschließend in der Drossel 16 auf 1 ata nach G andere durch die Leitung 10 den Wärmeaustauschern 45 entspannt. Der entstehende Dampf wird in den 11 und 12 zugeführt wird. Im Gegenstrom zu ver- Wärmeaustauschern 15, 12 und 11 von H isobar flüssigtem und gasförmigem Naturgas werden die auf / erwärmt. Ein Teil, das gasförmige Methan, beiden Teilströme unter die kritische Temperatur kann dann von / auf A im Turbokompressor 23 abgekühlt. Dann werden beide Teilströme zusammen wieder isotherm auf 30 ata verdichtet werden,
in der Turbine 13 auf 30 ata entspannt, ohne 50 Die unterbrochenen Linien im T,s-Diagramm daß die Flüssigkeitsgrenzkurve unterschritten wird. geben den unterschiedlichen Verlauf des Verfahrens 85 000 Nm³/h der entspannten Flüssigkeit strömen mit zweistufiger arbeitsleistender Entspannung gegenüber die Leitung 14 zum Wärmeaustauscher 9, er- über dem Verfahren mit einstufiger Entspannung wärmen sich im Gegenstrom zu auf überkritischen wieder. In diesem Fall würde ein Teil des von B Druck verdichtetem Gas und werden über die Lei- 55 nach D abgekühlten Gases im Wärmeaustauscher 25 tung 5 dem in der Turbine 4 entspannten Gas bei- von D nach K noch weiter abgekühlt, von K auf L gemischt. in der Turbine 26 arbeitsleistend entspannt und vonThe remainder of the heat exchanger 9 compressed to supercritical pressure up to C and in the heated natural gas, 230000 NmVh, is divided into two partial exchangers 6 except for Ά The other part is divided in the streams, one of which through the Lei heat exchanger 15 of E to F cooled and device 8 the heat exchangers 6 and 9 and then in the throttle 16 to 1 ata after G others through the line 10 the heat exchangers 45 relaxed. The resulting steam is fed into FIGS. 11 and 12. In countercurrent to heat exchangers 15, 12 and 11 of H isobar liquid and gaseous natural gas, they are heated up. One part, the gaseous methane, of both partial flows below the critical temperature can then be cooled from / to A in the turbo compressor 23. Then both partial flows will be isothermally compressed again to 30 ata,
in the turbine 13 expanded to 30 ata, without 50 The broken lines in the T, s diagram that the liquid limit curve is undershot. give the different course of the process 85,000 Nm ³ / h of the relaxed liquid flow with two-stage work-performing relaxation compared to the line 14 to the heat exchanger 9, over the process with single-stage relaxation warm up in countercurrent to supercritical again. In this case, some of the gas compressed from B pressure and, via the line 55 to D cooled gas in the heat exchanger 25, the gas expanded in the turbine 4 would be further cooled from D to K , mixed from K to L. . relaxed in the turbine 26 performing work and from

Die restlichen 145 000 NmVh der auf 30 ata ent- L nach F' im Wärmeaustauscher 15 weiter abgekühltThe remaining 145,000 NmVh are cooled down further to 30 ata from L to F ' in the heat exchanger 15

spannten Flüssigkeit werden im Wärmeaustauscher werden. Der Punkt F hätte sich also auf der Flüssig-strained liquid will be in the heat exchanger. The point F would have been on the liquid

15 abgekühlt und über die Drossel 16 in die Trenn- 60 keitsgrenzkurve bis F' zu einer tieferen Temperatur15 cooled and through the throttle 16 in the separation 60 keits limit curve to F ' to a lower temperature

säule 17 auf 1 ata entspannt. Aus der Trennsäule 17 hin verschoben, und die Drosselentspannung würdecolumn 17 relaxed to 1 ata. Moved out of the separation column 17, and the throttle expansion would be

werden durch die Leitung 18 100000 NmVh flüssiges dann zum Punkt G' führen, was eine Erhöhung der will then lead to point G ' through line 18 100000 NmVh liquid, which increases the

Methan, durch die Leitung 19 25 000 NmVh gas- verflüssigten Methanmenge zur Folge hätte,Methane, through the line 19 25 000 NmVh would result in gas-liquefied methane volume,

förmiges Methan und durch die Leitung 20 Ob eine mehrstufige arbeitsleistende Entspannungshaped methane and through the line 20 whether a multi-stage work-performing relaxation

20000NmVh einer stickstoffreichen Methanfraktion 65 gegenüber einer einstufigen Vorteile hat, ist allein20000NmVh of a nitrogen-rich methane fraction 65 has advantages over a single-stage is alone

abgezogen. Das gasförmige Methan und die stick- eine wirtschaftliche Frage. Denn mit jeder höherendeducted. The gaseous methane and the stick- an economic question. Because with each higher

stoff reiche Methanfraktion werden getrennt durch Stufenzahl verschiebt sich zwar der Punkt G nachSubstance-rich methane fractions are separated by the number of stages, although point G shifts to

die Wärmeaustauscher 15, 12 und 11 geführt und links, wird also der Anteil des verflüssigten Methansthe heat exchangers 15, 12 and 11 out and left, so the portion of the liquefied methane

größer, aber die Anlagekosten steigen ebenfalls mit wachsender Stufenzahl. Die günstigste Stufenzahl wird demnach von Fall zu Fall verschieden gewählt werden. Die Stufenzahl ist allerdings schon durch die mit steigender Stufenzahl fallenden Durchsatzmengen der Entspannungsturbinen begrenzt.larger, but the investment costs also increase with the number of stages. The cheapest number of stages will therefore be chosen differently from case to case. The number of stages is, however, already through the throughput rates of the expansion turbines, which fall with increasing number of stages, are limited.

Aus dem T,s-Diagramm läßt sich die Erhöhung des Wirkungsgrades einer Gasverflüssigung durch das erfindungsgemäße Verfahren erkennen. Bei der Entspannung ins Naßdampfgebiet hinein wird der Punkt G bzw. G' auf der Naßdampfisobaren 1 ata erreicht. Dieser Punkt liegt infolge der Abkühlung bis unter die kritische Temperatur wesentlich näher an der Flüssigkeitsgrenzkurve als die entsprechenden Punkte der bekannten Verfahren. Je näher der Punkt G bzw. G' jedoch an die Flüssigkeitsgrenzkurve heranrückt,- desto höher ist der verflüssigte Anteil des Gases nach der Entspannung und desto kleiner der dampfförmige. Das bedeutet, daß erstens ein größerer Teil des der Anlage zugeführten Gases ao als flüssiges Endprodukt abgezogen werden kann und zweitens weniger Niederdruckdampf von 1 ata wieder auf Mittel- bzw. Hochdruck verdichtet werden muß.The increase in the efficiency of a gas liquefaction by the method according to the invention can be seen from the T, s diagram. During the expansion into the wet steam area, point G or G ' on the wet steam isobar 1 ata is reached. As a result of the cooling down to below the critical temperature, this point is much closer to the liquid limit curve than the corresponding points of the known processes. However, the closer the point G or G ' approaches the liquid limit curve, the higher the liquefied portion of the gas after the expansion and the smaller the vaporous portion. This means that, firstly, a larger part of the gas ao supplied to the system can be withdrawn as a liquid end product and, secondly, less low-pressure steam of 1 ata has to be compressed again to medium or high pressure.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur zur Verflüssigung von Naturgas, sondern auch zur Verflüssigung anderer Gase vorteilhaft angewendet werden, z. B. zur Verflüssigung größerer Luftmengen. The inventive method can not only be used to liquefy natural gas, but also to Liquefaction of other gases can be used advantageously, e.g. B. to liquefy larger amounts of air.

3030th

Claims

Patent claims:

1. Process for liquefying low-boiling gases, in which the liquefied Gas compressed to supercritical pressure, down to below or near the critical temperature, preferably by backflowing cold gas, cooled and then let down and then the liquefied part of the gas is separated from the vaporous part, characterized in that that the gas is either working in or into the liquid region in a first step and either in a second step by throttling or, preferably after further cooling, again to perform work in the wet steam area is relaxed into it.

2. The method -according to claim 1, characterized in that that the gas between the two expansion steps even with throttle expansion is further cooled.

3. The method according to claim 1, characterized in that the work-performing relaxation takes place in several stages in the fluid area.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the on Supercritical pressure-compressed gas is only cooled by work-performing expanded gas.

5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the gas compressed to supercritical pressure is divided into three partial flows, the first of which relaxed while performing work, then brought into heat exchange with the second partial flow and is returned in the circuit back into the gas stream supplied to the system, the second partial flow through the first partial flow and through relaxed work at medium pressure Gas and the third partial flow through expanded, non-liquefied at low pressure Gas is cooled.

6. The method according to one or more of claims 1 to 5, wherein the supercritical Pressure compressed and gas cooled to below or in the vicinity of the critical temperature is relaxed work-performing in the fluid area, characterized in that part of the so relaxed gas to cool a partial flow of the compressed to supercritical pressure Gas is used and the other part by expanded, non-liquefied at low pressure Gas is further cooled and then relaxed.

7. The method according to one or more of claims 1 to 6, wherein in a first relaxation stage part of the compressed air to supercritical pressure and cooled down to below or in the vicinity of the critical temperature Gas in the liquid area relaxes and another part through that in the first expansion stage expanded gas is cooled, characterized in that this the latter part in a second relaxation stage while performing work relaxed and through; on lower ones Pressure relieved, non-liquefied gas is cooled and then released.

8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the gas, which is relaxed and cooled again to perform work in the liquid area, via a . Throttle valve is relaxed in a separation column.

9. The method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the liquefied part of the gas is removed from the cycle and the non-liquefied part in the Heat exchange with the liquefied gas of higher pressure heated to ambient temperature and the system leaves or is returned to the cycle.

10. The method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that in the liquefaction of natural gas in addition to liquid methane, gaseous methane and a nitrogen-rich methane fraction drawn off from the separation column and in the heat exchange with liquefying natural gas and the nitrogen-rich methane fraction of the plant is removed.

11. The method according to claim JO, characterized in that that the gaseous methane is removed from the system or returned to the cycle will.

12. Device for performing the method according to one or more of the claims 1 to 6 and 8 to 11, characterized in that the inlet of an expansion machine (13) each with a flow cross-section two heat exchangers (9. 12) is connected, in which the compressed to supercritical pressure Gas is cooled below or in the vicinity of the critical temperature, and that the outlet of the expansion machine (13) on the one hand with the other flow cross section of one (9) of these two heat exchangers and on the other hand via a further heat exchanger (15). in which that on medium pressure

expanded gas is further cooled, and via a throttle valve (16) with a separation column (17) is connected, from which the liquefied gas is withdrawn.

13. Device for performing the method according to one or more of the claims 1 to 5 and 7 to 11, characterized in that the inlet of a first expansion machine (13) on the one hand, each with a flow cross-section of two heat exchangers (9, 12), in which the supercritical pressure compressed gas is cooled below or near the critical temperature, and on the other hand with the admission of a second

Tension machine (26) is connected via a third heat exchanger (25) that the Outlet of the first expansion machine (13) also via the third heat exchanger

(25) with the other flow cross-section of one (9) of the two with the inlet of the first expansion machine (13) connected to the heat exchanger and that further the outlet of the second expansion machine

(26) via .a heat exchanger (15) in which the gas, which has been expanded to medium pressure, is still is further cooled, and is connected to a separation column (17) via a throttle valve (16) which the liquefied gas is withdrawn.

1 sheet of drawings 009 6 / 4'Ίΐ 5