DE19540142C1 - Verfahren zum Verflüssigen oder Teilverflüssigen von unter Druck stehenden Gasen oder Gasgemischen - Google Patents

Verfahren zum Verflüssigen oder Teilverflüssigen von unter Druck stehenden Gasen oder Gasgemischen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen oder Teilverflüssigen von unter Druck stehenden Gasen oder Gasgemischen, insbesondere von Erdgas, bei dem das zu (teil)verflüssigende Gas bzw. Gasgemisch gegen wenigstens ein, vorzugsweise im Kreislauf geführtes, unter geringem Druck stehendes Kältemittel oder Kältemittelge­ misch (teil)verflüssigt wird und wobei das unter geringem Druck stehende Kältemittel oder Kältemittelgemisch nicht nur der (Teil)Verflüssigung des unter Druck stehenden Gases oder Gasgemisches sondern auch der Abkühlung des Kältemittels oder Kälte­ mittelgemisches auf der Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch-Hochdruckseite dient.
Für die Verflüssigung oder Teilverflüssigung von unter Druck stehenden Gasen oder Gasgemischen werden Kältekreisläufe verwendet. Oftmals steht das zu (teil)verflüssi­ gende Gas oder Gasgemisch unter einem höheren Druck als der maximale Druck im Kältekreislauf an. Als Kältemittel finden Stoffe, wie z. B. Stickstoff, oder Stoffgemische, wie z. B. Stickstoff, Methan, Ethan, Butan, Pentan, etc., Verwendung.
Das Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch wird hierbei vorzugsweise in einen Kreislauf geführt, wobei es zunächst ein- oder mehrstufig verdichtet und anschließend, gege­ benenfalls nach vorheriger Phasentrennung, kälteleistend entspannt wird. Aus energetischen Gründen erfolgt vor der kälteleistenden Entspannung des Kältemittels bzw. Kältemittelgemisches ein Abkühlen des Kältemittels bzw. Kältemittelgemisches auf der Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch-Hochdruckseite.
Aus der DE-OS 15 51 611 ist ein Verfahren zum Verflüssigen von Erdgas bekannt, bei dem man das Erdgas im Wärmetausch mit wenigstens zwei zur Kaskade geschalteten, geschlossenen Kühlmittelkreisläufen verflüssigt und tiefkühlt. Hierbei erfolgen die (Teil)Verflüssigung des zu verflüssigenden Erdgases als auch die Abkühlung des Kältemittels bzw. Kältemittelgemisches auf der Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch-Hochdruckseite im gleichen Wärmetauscher.
Für die Abkühlung bzw. (Teil)Verflüssigung des unter Druck stehenden Gases oder Gasgemisches werden ca. 20 bis 30% der von dem unter geringerem Druck stehen­ den Kältemittel oder Kältemittelgemisch lieferbaren Kälteenergie benötigt; die restlichen 70 bis 80% der von dem unter geringerem Druck stehenden Kältemittel oder Kältemittelgemisch lieferbaren Kälteenergie werden für die Abkühlung des Kältemittels bzw. Kältemittelgemisches auf der Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch- Hochdruckseite benötigt.
Die (Teil)Verflüssigung des unter Druck stehenden Gases oder Gasgemisches sowie die Abkühlung des Kältemittels oder Kältemittelgemisches auf der Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch-Hochdruckseite gegen das unter geringerem Druck stehende Kältemittel oder Kältemittelgemisch erfolgt heutzutage in der Regel in einem einzigen Wärmetauscher. Dieser ist deshalb für den höchsten Druck, also für denjenigen Druck, unter dem das zu (teil)verflüssigende Gas oder Gasgemisch ansteht, auszulegen. Dies bedeutet, daß, insbesondere bei Erdgasverflüssigungsverfahren bzw. -anlagen, sehr investitions- und betriebskostenintensive gewickelte Wärmetauscher eingesetzt werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verflüssigen oder Teil­ verflüssigen von unter Druck stehenden Gasen oder Gasgemischen, insbesondere von Erdgas, anzugeben, bei dem auf die Verwendung derart investitions- und betriebskostenintensiver Wärmetauscher verzichtet werden kann.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die (Teil)Verflüssigung des unter Druck stehenden Gases oder Gasgemisches in einem ersten Wärmetauscher und die Abkühlung des Kältemittels oder Kältemittelgemisches auf der Kältemittel- oder Kältemittelgemisch-Hochdruckseite in einem zweiten Wärmetauscher erfolgt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt nunmehr die (Teil)Verflüssigung des unter Druck stehenden Gases oder Gasgemisches durch das unter geringerem Druck stehende Kältemittel oder Kältemittelgemisch in einem separaten Wärmetauscher. Diese Verfahrensführung hat den Vorteil, daß der hierfür notwendige Wärmetauscher z. B. als einfacher gewickelter Wärmetauscher oder als Gegenstrom- Hochdruckwärmetauscher ausgeführt werden kann.
Die Abkühlung des Kältemittels oder Kältemittelgemisches auf der Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch-Hochdruckseite erfolgt in einem zweiten separaten Wärmetauscher. Hierbei ist im Regelfall die Verwendung von einfachen Niederdruck- Plattenwärme-tauschern, sog. "plate-fin-exchangern" ausreichend.
Dadurch, daß das zu (teil)verflüssigende, unter Druck stehende Gas oder Gasgemisch sowie das abzukühlende Kältemittel oder Kältemittelgemisch der Kältemittel- bzw. Kältemittel-Hochdruckseite nicht in bzw. durch einen einzigen, aber sowohl betriebs- als auch investitionskostenintensiven Wärmetauscher, sondern statt dessen durch zwei separate, jedoch wesentlich weniger betriebs- und investitionskostenintensive Wärmetauscher geleitet werden, ergibt sich in der Summe ein betriebs- und investitionskostenärmeres Verfahren.
Der Stand der Technik sowie das erfindungsgemäße Verfahren seien anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Verfahren, wie es z. B. zum Verflüssigen von unter Druck stehendem, sog. "fetten" Erdgas verwendet wird. Das Erdgas steht bei derartigen Verfahren unter einem Druck von 60 bis 150 bar an. Es hat, wenn erforderlich, vorgeschaltete Reini­ gungs- und Trocknungsschritte durchlaufen.
Das zu verflüssigende Erdgas wird mittels Leitung 1 dem Wärmetauscher E zugeführt und in diesem im Gegenstrom zu einem in einem Kältekreislauf zirkulierenden Kältemittel oder Kältemittelgemisch (Leitung 5) auf Entspannungstemperatur abgekühlt bzw. teilverflüssigt. Mittels Leitung 1′ und Entspannungsventil a wird das abgekühlte und teilverflüssigte Erdgas in einen Abscheider D entspannt. In diesem erfolgt z. B. eine Abtrennung von C3+-Komponenten. Diese werden über Leitung 2 aus dem Sumpf des Abscheiders D abgezogen, im Entspannungsventil b kälteleistend entspannt und mittels Leitung 2′ im Gegenstrom zu dem abzukühlenden Erdgasstrom durch den Wärmetauscher E geführt.
Am Kopf des Abscheiders D wird mittels Leitung 3 eine im wesentliche von C3+-Kom­ ponenten befreite, Methan-reiche Fraktion abgezogen, im Wärmetauscher E verflüssigt sowie unterkühlt und anschließend mittels Leitung 3′ und Entspannungsventil oder Flüssigexpander c in einen Flüssigerdgas-Speicherbehälter S zur (Zwischen)Speicherung entspannt.
Sollte es sich bei dem zu verflüssigenden Erdgas um ein sog. "mageres" Erdgas han­ deln, so kann auf den Abscheider D verzichtet werden. In diesem Falle würde das zu verflüssigende Erdgas über die Leitungen 1, 3′ sowie den gestrichelt gezeichneten Leitungsteil durch den Wärmetauscher E geführt werden; die Leitungen 1′, 2, 2′ und 3 sowie die Entspannungsventile a und b entfielen.
Wie bereits erwähnt, wird die für die Verflüssigung benötigte Kälte durch ein mittels Leitung 5 durch den Wärmetauscher E geführtes Kältemittel oder Kältemittelgemisch bereit gestellt. In der Regel sind die verwendeten Kältekreisläufe entweder als sog. Expander-Kältekreisläufe oder als sog. Mixed-Refrigerent-Cycle-Kältekreisläufe oder Kombinationen aus den beiden genannten Typen ausgelegt. Aus energetischen Gründen ist hierbei jedoch eine Abkühlung des Kältemittels oder Kältemittelgemisches auf der Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch-Hochdruckseite - dargestellt durch die Leitung 4 - vor dem kälteleistenden Entspannungsschritt sinnvoll bzw. notwendig.
Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die Verflüssigung des unter Druck stehenden Erdgases (Leitung 1) und die Abkühlung des Kältemittels oder Käl­ temittelgemisches auf der Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch-Hochdruckseite (Leitung 4) erfindungsgemäß in zwei separaten Wärmetauschern E1 und E2 erfolgt. Hierzu wird das für die Kältebereitstellung zur Verflüssigung und Abkühlung dienende Kältemittel oder Kältemittelgemisch in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei der erste Teilstrom (Lei­ tung 5′) der Kältebereitstellung im Wärmetauscher E1, in dem die (Teil)Verflüssigung des unter Druck stehenden Erdgases erfolgt, und der zweite Teilstrom (Leitung 5) der Kältebereitstellung im Wärmetauscher E2, in dem die Abkühlung des Kältemittels oder Kältemittelgemisches auf der Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch-Hochdruckseite erfolgt, dient.
Kann, wie bereits bei der in der Fig. 1 dargestellten Verfahrensführung erläutert, auf den Abscheider D verzichtet werden, so erfolgt die Verflüssigung des unter Druck stehenden Erdgases ausschließlich im Wärmetauscher E1.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auch, den gesamten Verflüssigungs­ prozeß als sog. Cold Box auszuführen. Dies hat zum einen Vorteile bezüglich Sicher­ heitsaspekten und verringert zum anderen die notwendigen Investitionskosten.
Wird das zu (teil)verflüssigende, unter Druck stehende Gas oder Gasgemisch gegen zwei oder mehrere, hintereinandergeschaltete Kältekreisläufe (teil)verflüssigt, so gilt Fig. 2 sinngemäß, jedoch mit der Aufteilung von zwei oder mehreren Kältemitteln oder Kältemittelgemischen in zwei Teilströme zur Kältebereitstellung in den Wärme­ tauschern E1 und E2.

Claims (1)

  1. Verfahren zum Verflüssigen oder Teilverflüssigen von unter Druck stehenden Gasen oder Gasgemischen, insbesondere von Erdgas, bei dem das zu (teil)ver­ flüssigende Gas bzw. Gasgemisch gegen wenigstens ein, vorzugsweise im Kreis­ lauf geführtes, unter geringem Druck stehendes Kältemittel oder Kältemittelge­ misch (teil)verflüssigt wird und wobei das unter geringem Druck stehende Kältemittel oder Kältemittelgemisch nicht nur der (Teil)Verflüssigung des unter Druck stehenden Gases oder Gasgemisches sondern auch der Abkühlung des Kältemittels oder Kältemittelgemisches auf der Kältemittel- bzw. Kältemittelgemisch-Hochdruckseite dient, dadurch gekennzeichnet, daß die (Teil)Verflüssigung des unter Druck stehenden Gases oder Gasgemisches in einem ersten Wärmetauscher (E1) und die Abkühlung des Kältemittels oder Kältemittelgemisches auf der Kältemittel- oder Kältemittelgemisch-Hoch­ druckseite in einem zweiten Wärmetauscher (E2) erfolgt.
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