DE1939114A1 - Verfluessigungsverfahren fuer Gase und Gasgemische,insbesondere fuer Erdgas - Google Patents

Verfluessigungsverfahren fuer Gase und Gasgemische,insbesondere fuer Erdgas

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Description

MESSER GRIESHEIM GMBH : . MG 514
Erfinder: M Streich
Verflüssigungsverfahren für Gase und Gasgemische, insbesondere für Erdgas .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung von Gasen oder Gasgemischen durch einen Kältekreislauf mit einem aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Kreislaufmedium, welches einer fraktionierten Kondensation unterworfen wird. Das Verfahren ist besonders für die Verflüssigung von Erdgas geeignet..
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 272 943 ist ein Verfahren dieser Art bekannt, bei dem die durch eine fraktionierte Kondensation aus zu verflüssigendem Erdgas gewonnenen Kreislaufmedien auf einen gemeinsamen mittleren Druck entspannt, vermischt, auf den Druck des der Anläge zuströmenden Erdgases zurückkomprimiert und diesem wieder zugemischt werden. Charakteristisch für dieses Verfahren ist, daß die einzelnen Kreislaufmedien auf einen gemeinsamen mittleren Druck entspannt werden. Aus der deutschen Offenlegungsschrift.1 501 ist es ferner bekannt, bei dem genannten Verfahren den Kältekreislauf als geschlossenen Kreis auszuführen.
Diese Verfahren haben gegenüber dem sogenannten klassischen Kaskadenverfahren einige Vorteile, da nur ein Kältekreislauf mit nur einem Verdichter benötigt wird. Dieser eine Kältekreislauf muß jedoch in eine große Anzahl von Einzelkreisläufen aufgeteilt werden, mit einer, entsprechend weitgehenden Aufteilung der Wärmeaustauscher und einer sich daraus ergebenden kompliziertenSchaltung, Auch ist der Energieverbrauch gegenüber dem klassischen Kaskadenverfahreji höher.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die durch fraktionierte Kondensation gewonnenen Kreislaufmedien aufzuteilen und je einen Teilstrom auf mittleren Druck, den anderen Teilstrom jedoch auf ungefähr atmosphärischen Druck zu entspannen, die entspannten Teilströme • wieder zu vereinigen, mit dem zu verflüssigenden Gasgemisch zu vermischen und zu komprimieren. Das Verfahren ist besonders für kleinere Erdgasverflüssigungsanlagen geeignet, da ein eigener Erdgasverdichter nicht benötigt wird. Ferner setzt es voraus, daß das Erdgas unter niedrigem Druck angeliefert wird. Diese Voraussetzungen sind jedoch nicht immer gegeben. So wird zum Beispiel das Erdgas vielfach schon * unter genügend hohem Druck angeliefert. Ferner führt die Vermischung von leichtem Erdgas und schweren Kohlenwasserstoffen immer zu einem Mehraufwand an Energie wegen der auftretenden Entropieerhöhung.
Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und das vorgeschlagene Verfahren universeller anwendbar zu machen.
Es wurde nun ein Verfahren zum Verflüssigen von Gasen oder Gasgemischen durch einen geschlossenen Mehrkomponentengemischkreislauf gefunden, bei dem das durch einen d Kompressor verdichtete Kreislaufmedium durch fraktionierte Kondensation in Abscheidern in Fraktionen mit unterschiedlichen Siedebereichen zerlegt wird und diese Fraktionen als Teilkreisläufe unter Kälteabgabe an das Kreislaufmedium und das zu verflüssigende Gas oder Gasgemisch verdampfen, wiedervereinigt und wiederverdichtet werden. Nach der Erfindung erfolgt die Verdampfung, und Wiederanwärmung auf etwa Umgebungstemperatur der verschiedenen Kondensatfraktionen separat und diese werden erst während der Wiederverdichtung wieder gemischt. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Verflüssigung von Erd- gas geeignet, da bereits zwei Teilkreisläufe aus einem
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einzigen Abscheider für die Verflüssigung genügen. Da die Entropieerhölmng durch die Vermischung von Kreislaufmedium und Erdgas vermieden wird, ist der Energiebedarf relativ gering.
Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Schaltschema des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Verflüssigung von Erdgas, wobei der im Erdgas enthaltene Stickstoff gasförmig abgetrennt werden soll.
Das zu verflüssigende Erdgas mit der Zusammensetzung N2 = 14,3 VoI 1° · CH4 = 82,4 " '■■--■■ C2H6 = 2,6 «'
C3H8 = 0,4 "
C4H10= 0,3 "."■
tritt unter einem Druck von 20 ata und einer Temperatur von +300C über Leitung 1 in die Anlage ein. In der Reinigungsanlage 2 wird es von Verunreinigungen, insbesondere^Wasser und Kohlendioxyd, befreit und durchläuft dann über Leitung 3 nacheinander die Wärmeaustauscher 4, 5 und 6. Dabei kühlt es sich auf ca. -1000C ab und die schweren Kohlenwasserstoffe kondensieren aus. Diese werden im Abscheider 7 abgetrennt und mittels Leitung 8 abgezogen. Der gasförmig gebliebene Anteil, vorwiegend Methan und Stickstoff, strömt durch Leitung 9 in den Wärmeaustauscher 10, wo er sich auf ca. -1200C abkühlt und teilweise verflüssigt.
Um die Stickstoffabtrennung in der Stickstoffkolonne 11 zu erleichtern, wird im Abscheider 12 die flüssige von der gasförmigen Phase getrennt. Die gasförmige Phase wird dabei an Stickstoff angereichert, während die flüssige Phase an Stickstoff verarmt. Beide Phasen gelangen über die Leitungen 13 und 14 in den Wärmeaustauscher 15, wo sie sich auf ca. -14O0C abkühlen und beheizen dann mittels der
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Schlangen 16 und 17 den Sumpf der Stickstoffkolonne 11, wobei sie sich weiter abkühlen. Die flüssige Phase wird dann über das Drosselventil 18 in die Mitte der Stickstoffkolonne 11 entspannt, während die gasförmige Phase zunächst im Tiefkühler 19 auf ca. -1830C abgekühlt und verflüssigt wird, bevor sie über das Drosselventil 20 in die Stickstoffkolonne 11 entspannt wird. ■
In der Stickstoffkolonne 1.1, die unter einem Druck von 4 ata steht, wird der im Erdgas enthaltene Stickstoff vollständig abgetrennt und über Leitung 21 vom Kopf der Stickstoffkolonne 11 mit einer Temperatur von -1830C abgezogen. Er gibt seine Kälte nacheinander im Tiefkühler 19 und den Wärmeaustauschern 15,j 10, 6, 5 und 4 ab und steht dann mit Umgebungstemperatur an der Anlagengrenze zur. Verfügung. Er kann auch zuvor auf atmosphärischen Druck entspannt werden. Das verflüssigte Erdgas wird über Leitung 22 aus der Stickstoffkolonne abgezogen. Es wird dann in bekannter Weise in einen auf der Zeichnung nicht weiter dargestellten Speicher entspannt, wobei die Flash- und Verdampfungsgase ebenfalls zur Kälteabgabe herangezogen werden können'.
Die für die Abkühlung und Verflüssigung erforderliche Kälte wird in einem geschlossenen Mehrkomponentengemischkreislauf erzeugt, der einer fraktionierten Kondensation unterworfen wird. Das Kreislaufmedium ist überwiegend aus Methan, Aethan, Propan und Butan zusammengesetzt. Es tritt unter einem Druck von 2 bzw. 7 ata und bei etwa Umgebungstemperatur in den Verdichter 24 -ein, wird auf ca. 25 ata verdichtet und im"Wasserkühler 25 auf +3O0C abgekühlt. Dann wird es im Wärmeaustauscher 4 weiter auf ca. O0C abgekühlt, wobei es sich zum Teil verflüssigt. Über Leitung 26 gelangt es in den Abscheider 27, wo die flüssige von der gasförmigen Phase getrennt wird. Die beiden getrennten Phasen bilden nun die Kreislaufmedien für die beiden Teilkreisläufe. Das Kreislaufmedium des Teilkreislaufes, der nRiriNAL
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aus· der flüssigen Phase gebildet wird, enthält nur wenig Methan und die schweren Fraktionen Aethan, Propan und Butan zu etwa gleichen Teilen.
Dieser Teilkreislauf wird zunächst mittels leitung 28 . zwecks weiterer Abkühlung durch den Wärmeaustauscher 5 geführt und dann im Drosselventil 29 auf 7t5 ata entspannt. Das Kreislaufmedium verdampft dann erfindungsgemäß unter diesem Druck unter Kälteabgabe in den Wärmeaustauschern 5 und 4 und gelangt zurück zum Verdichter 24«
Das Kreislaufmedium des Teilkreislaufes aus der gasförmigen Phase besteht überwiegend aus Methan und hat einen mittleren Gehalt an Aethan und Propan, während der Gehalt an Butan nur noch gering ist.
Es wird zunächst in den Wärmeaustauschern 5, 6, 10 und 15 auf ca. -14O0C abgekühlt und verflüssigt und dann nach der Erfindung im Drosselventil 31 auf etwa atmosphärischen Druck entspannt. Danach verdampft dieses Kreislaufmedium unter Kälteabgabe nacheinander in den Wärmeaustauschern 15, 10, 8, 6, 5 und 4 und gelangt/schließlich mittels Leitung 23 wieder in den Verdichter 24.
Der besondere Vorzug des Verfahrens besteht darin, daß es bereits mit einer einzigen Unterteilung des Kreislaufes auskommt und somit eine vielstufige Zergliederung in zahlreiche Teilkreislaufe vermeidet.

Claims (1)

  1. Ansprüche
    1. j Verfahren zum Verflüssigen von Gasen oder Gasgemischen
    durch einen geschlossenen Mehrkoinponentengemischkreislauf, bei dem das durch einen Kompressor verdichtete Kreislaufmedium durch fraktionierte Kondensation in Abscheidern in Fraktionen mit unterschiedlichen Siedebereichen zerlegt wird und diese Fraktionen als Teilkreisläufe unter Kälteabgabe an das Kreislaufmedium selbst und das zu verflüssigende Gas oder Gasgemisch verdampfen und wiederverdichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung und Y/iederanwärmung auf etwa Umgebungstemperatur der verschiedenen Köndensatfraktionen separat erfolgt und diese erst während der Wiederverdichtung wieder gemischt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreislaufmedium in nur zwei Teilkreisläufe zerlegt wird, wobei derjenige mit der höhersiedenden Fraktion (28) auf mittleren Druck, vorzugsweise 5-10 ata, und derjenige mit der niedrigersiedenden Fraktion (50) auf niedrigen Druck, vorzugsweise·! bis 5 ata, entspannt wird.
    • -
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verflüssigende Gasgemische Erdgas und das Kreislaufmedium ein Kohlenwasserstoffgemiach ist,
    4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem dem Erdgas Stickstoff entzögen werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdgas im Laufe seiner Abkühlung einer Vorzerlegung (12)
    unterworfen wird, bevor es weiter abgekühlt und in einer Stickstoffkolonne (11) weitgehend zerlegt wird.
    28.7.t969
    009886/1225
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