DE2235011A1 - Verfahren zum betreiben von versorgungs- und/oder speicheranlagen fuer erdgas oder erdgasaehnliche produkte - Google Patents

Verfahren zum betreiben von versorgungs- und/oder speicheranlagen fuer erdgas oder erdgasaehnliche produkte

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Wolfgang Dipl Ing Foerg
Hermann Dipl Phys Dr Linde
Walter Schramm
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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(H 692) H 72/36
14. Juli 1972
Verfahren zum Betreiben von Versorgungs- und/oder Speicheranlagen für Erdgas oder erdgas ähnliche Produkte .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Versorgungs- und/oder Speicheranlagen für Erdgas und/oder erdgasähnliche Produkte, denen gereinigtes Rohgas zugeführt wird, insbesondere von "peak-shaving"-Anlagen.
Es ist bereits bekannt, Verbraucher über eine Versorgungsanlage mit gereinigtem Erdgas zu versorgen, mit Erdgas also, von dem Verunreinigungen wie CO2 und HgO durch geeignete Reinigungs· schritte bereits abgetrennt wurden und das nunmehr im wesentlichen nur noch aus höher- und tiefersiedenden Kohlenwasserstoffen, wie Propan, Butan und Äthan sowie Insbesondere Methan und
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geringen Mengen Stickstoff besteht. Weiterhin ist es bekannt, Teile dieses zumeist kontinuierlich anfallenden gereinigten Erdgases in Zeiten geringen Verbrauches mittels sogenannter "peak-shaving"-Anlagen zu verflüssigen, zu speichern, es in Zeiten eines Spitzenbedarfs wieder zu verdampfen und zusätzlich in die Versorgungsanlagen einzuspeisen.
Die Nachteile dieses bekannten Verfahrens liegen darin, daß einmal das für Heizzwecke zu verwendende Erdgas vor der Einspeisung in die "peak-shaving"-Anlage unter Energieaufwand gereinigt werden muß, und daß zur Verflüssigung innerhalb der "peak-shaving"-Anlage ein erheblicher Kältebedarf erforderlich ist, da das zu verflüssigende Erdgas zumeist nur unter einem relativ geringen Druck vorliegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben von Versorgungs- und/oder Speicheranlagen, insbesondere von "peak-shaving"-Anlagen zu entwickeln, dessen Energiebedarf insgesamt gering ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die im Zuge der Trennung von methanhaltigen SpaItprodukten bei petrochemischen Anlagen anfallende komprimierte Methanfraktion zumindest teilweise verflüssigt und den Versorgungs- und/oder Speicheranlagen zugeführt wird.
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Die bei petrochemischen Anlagen anfallende komprimierte Methanfraktion, die bisher nach ihrer Entspannung zur Erzeugung thermischer Energie in den Spaltöfen der petrochemischen Anlage verbrannt wurde, eignet sich - wie überraschenderweise erkannt wurde - vorteilhaft zum Betreiben von Versorgungs- und/oder Speicheranlagen für Erdgas und/oder erdgasähnliche Produkte. Einmal verläßt sie die Anlage in gereinigtem Zustand, so daß sich Energie verbrauchende Reinigungsschritte erübrigen und sie direkt verflüssigt und den Speicheranlagen zugeführt werden kann, und zum anderen kann das Druckgefälle, das zwischen der anfallenden Methanfraktion und dem erforderlichen Speicherdruck vorliegt, vorteilhaft zur Erzeugung von Kälte herangezogen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit dadurch aus, daß nunmehr Speicheranlagen für flüssiges Erdgas oder flüssige erdgasähnliche Produkte nicht mehr mit Erdgas selbst, das als Rohgas vorliegt und vor seiner Verflüssigung noch zu reinigen ist,- sondern mit der bei der Zerlegung von methanhaltigen Spaltprodukten von petrochemischen Anlagen anfallenden Methanfraktion, die gereinigt und unter Druck zur Verfügung steht, betrieben werden, wobei zur Erzeugung von thermischer Energie in den Spaltöfen der petrochemischen Anlagen nunmehr ein billigerer Brennstoff, beispielsweise ungereinigtes Erdgas, Rohgas also, herangezogen werden kann, an dessen Reinheit für diesen Verwendungszweck keine wesentlichen Anforderungen zu stellen sind.
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Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Betreibung von "peak-shaving"-Anlagen. Zur Erzeugung des Flüssigkeitsvorrates dieser Anlagen werden nun nicht mehr Teilmengen des vorliegenden und vor der Verflüssigung zu reinigenden Rohgases, sondern die bei petrochemischen Anlagen anfallenden Methanfraktionen verwendet, die, da sie bereits gereinigt und komprimiert sind, unter wesentlich geringerem Aufwand als das Erdgas verflüssigt werden können, wobei es gegebenenfalls je nach dem Plüssiggasbedarf, z.B. der "peakshaving" -Anlage, auch möglich ist, nur eine Teilmenge der Methanfraktion zu verflüssigen und den Rest unmittelbar gasförmig an den Verbraucher abzugeben oder der petrochemischen Anlage zur Erzeugung von thermischer Energie zuzuführen.
Für einen solchen Fall eignet sich zur Verflüssigung eines Teiles der Methanfraktion ein offener Kältekreis, z.B. nach Georges Claude, wobei ein Teil der komprimierten Methanfraktion durch Wärmeaustausch mit dem arbeitslelstend entspannten anderen Teil soweit abgekühlt wird, daß er nach anschließender Drosselentspannung teilweise als Flüssigkeit vorliegt und nunmehr der Speicheranlage oder dem Speicher der "peak-shaving"-Anlage zugeführt wird. Die arbeitsleistende Entspannung der Teilfraktion kann hierbei je nach dem Flüssigkeitsbedarf und der Weiterverwendung der nicht verflüssigten Fraktion nur auf einen mittleren Druck, z.B. wenn die nicht verflüssigte Frak-
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tion einem Verbraucher unter einem mittleren Abgabedruck zur Verfügung gestellt werden soll oder auf den Enddruck, z.B. wenn die nicht verflüssigte Fraktion zur Erzeugung thermischer Energie im Spaltofen herangezogen werden soll., entspannt werden.
Hinsichtlieh der Plüssigkeitsausbeute ist es von Vorteil, die komprimierte Methanfraktion vor- ihrer teilweisen arbeitsleistenden Entspannung auf einen höheren Druck weiter zu verdichten, wobei als zusätzliche Verdichtungsenergie die bei der arbeitsleistenden Entspannung frei werdende Energie herangezogen werden kann. Zur Energieübertragung eignet sich hierbei in vorteilhafter Weise ein mit der Entspannungsturbine unmittelbar gekoppelter Kompressor. Eine solche Konzeption ermöglicht es ohne zusätzlichen Energieaufwand eine zum Betreiben der Versorgungs« und/oder Speicher- oder "peak-shaving"-Anlage erforderliche Flüssiggasmenge zu erzeugen.
Eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, bereits verflüssigtes und gespeichertes Erdgas mit höher- Und tiefersiedenden Kohlenwasserstoffen und geringen Mengen Stickstoff den Speicheranlagen zu entnehmen, im Wärmeaustausch mit der gasförmigen Methanfraktion der petrochemischen Anlage zu verdampfen und anzuwärmen und der petrochemischen Anlage zur Gewinnung thermischer Energie zuzuführen,
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wobei die Methanfraktion bei diesem Wärmeaustausch zumindest teilweise verflüssigt und einem anderen Speicherbehälter zugeleitet wird.
Dieser Verfahrensschritt ermöglicht es, Indirekt aus flüssigem Erdgas nahezu reines flüssiges Methan zu gewinnen, ohne daß hierzu, wie es bisher bei der direkten Abtrennung von Methan aus Erdgas der Fall ist, ein großer Rektifizieraufwand getrieben zu werden braucht.
Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen die in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
Figur 1: Ein Blockschema eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 2: Eine schematische Darstellung eines Kältekreises zur Verflüssigung eines Teiles der gemäß Figur 1
anfallenden Methanfraktion.
Figur 3: Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Verknüpfung einer petro-Qhemischen Anlage zur Gewinnung beispielsweise von Äthylen aus methanhaltigen Rohprodukten mit einer "peak-shaving"-Anlage zur Deckung des Spitzenbedarfes von Erdgas und/oder erdgasähnlichen Produkten im Blockschema.
Ein über Leitung 1 ankommendes Rohprodukt wird innerhalb der Vorrichtung 2 einer Spaltung mit anschließender Quenchung unterzogen und daraufhin über Leitung 3 einer ölfraktionierungsanlage 4 zur Abtrennung von schweren Heizölen, die über Leitung 5 gewonnen werden, zugeführt. Anschließend wird das von Heizölen befreite Spaltgas über Leitung β einem weiteren Vorrichtungsteil 7 zugeführt, in der es stufenweise verdichtet und gekühlt wird. Die hierbei abgetrennten leichteren Benzine werden über die Leitungen 8 und 9 gewonnen. Das verdichtete Spaltgas wird nunmehr über die Leitung 10 einer Waschvorrichtung 11 zugeleitet und einer Gaswäsche zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxyd zugeführt. Diese Wäsche kann, z.B. aus einer Alkazidwäsche mit nachfolgender Natronlaugenwäsche bestehen. Anfallendes H9S und CO0 strömen über die Leitung 12 ab. Nach der Wäsche wird das gereinigte und im wesentlichen nur noch tiefsiedende Kohlenwasserstoffe enthaltende Spaltgas über Leitung 1J> einer Tieftemperaturzerlegungsanlage 14 zugeführt. In der Tieftemperaturzerlegungsanlage werden Produkte, wie Äthylen, Propylen und andere, gewonnen, die über
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die Leitungen 15, 16, 17 abgezogen werden. Darüberhlnaus fällt aber auch eine komprimierte Methanfraktion an, die über Leitung 18 abgezogen und anstatt, wie bisher bekannt, dem Spaltofen 2 als Heizgas, nunmehr der Verflüssigungsanlage I9 zugeführt wird. In der Verflüssigungsanlage 19 wird die Methanfraktion zumindest teilweise verflüssigt s wobei der verflüssigte Anteil über Leitung 20 einem Flüssiggasspeicher 21 zugeleitet und der nicht verflüssigte Anteil direkt unter dem erforderlichen Abgabedruck über Leitung 22 in das Erdgasnetz 22 in das Erdgasnetz 23 eingespeist wird. Im Speicherbehälter 21 verdampfendes Methan wird über Leitung 24 ebenfalls in das Erdgasnetz 2J eingespeist. In Zeiten des Spitzenbedarfs an Erdgas, zu dessen Deckung die kontinuierlich anfallende Erdgasmenge, die vor ihrer Abgabe an den "\ferbraucher im Reiniger 25 noch einer HpO und COp Abtrennung unterzogen wird, nicht ausreicht, wird nunmehr flüssiges Methan aus dem Speicherbehälter 21 über Leitung 26 und das geöffnete Ventil 27 abgezogen, in einem Wärmeaustauscher 28 verdampft und angewärmt und unmittelbar ins Erdgasnetz 23 eingespeist.
Anstatt Methan wird in den Speicherofen 2 als Rohgas vorliegendes ungereinigtes Erdgas verbrannt, das diesem über Leitung 30 aus der ungereinigtes Erdgas führende Leitung 29 zugeführt wird.
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Insgesamt ergeben sich nach einer Verfahrensführung gemäß diesem Ausführungsbeispiel folgende Vorteile: Dadurch, daß die zur Deckung des Spitzenbedarfes an Erdgas betriebene Flüssiggasspeicheranlage, die "peak-shavingw-Anlage, mit der bei der petrochemisohen Anlage anfallenden Methanfraktion betrieben wird, entfällt einmal, da die Methanfraktion bereits gereinigt ist, die energieraubende Reinigung des Erdgases, die bei einer Betreibung der "peak· shaving"-Anlage mit Erdgas erforderlich geworden wäre, und zum anderen ist der Energiebedarf zur Verflüssigung des Methans wesentlich geringer als zur Verflüssigung des Erdgases, da das Methan unter einem wesentlich höheren Druck anfällt als das gereinigte Erdgas.
In Figur 2 ist die Ausführungsform eines Kältekreises schematisch dargestellt, mit dem die von der petrochemischen Anlage anfallende Methanfraktion teilweise verflüssigt wird, Hierbei sind gleiche Vorrlchtungsteile mit dem gleichen Bezugszeichen, wie in Figur 1 bezeichnet.
Aus der petrochemischen Anlage fällt eine Methanfraktion mit einem Volumen von 32.500 Nnrvh unter einem Druck von 11 ata an, die mittels eines Kompressors 31 zunächst auf einen Druck von 25 ata weiterverdichtet und in einem Wasserkühler 32 auf 300 K gekühlt wird. Nach Durchlaufen dee Querschnittes 33 des
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Wärmeaustauschers 34 werden 25 500 Nnr/h der nunmehr auf 201 K gekühlten Methanfraktlon in der Turbine 34a einer arbeitsleistenden Entspannung auf β ata unterzogen, wobei die bei der arbeit sleistsnden Entspannung freigesetzte Energie zum Betreiben des Kompressors verwendet wird. In den Querschnitten 35 und j56 der Wärmeaustauscher 37 und 34 wird die arbeitsleistend entspannte Teilfraktion im Wärmeaustausch mit der Rest- bzw. der Gesamtfraktion von 143 K auf 295 K angewärmt und direkt ins Erdgasnetz 23 unter einem Abgabedruck von 6 ata eingespeist. Der nicht der arbeitsleistenden Entspannung unterzogene Teil der Methanfraktion wird in den Querschnitten 38 bzw. 39 der Wärmeaustauscher 37 und 40 auf 171 K gekühlt und einer ersten Drosselentspannung auf β ata in dem Drosselventil 4l unterzogen, hierbei teilweise verflüssigt und dem Abscheider 42 zugeführt. Die flüssige Fraktion aus dem Abscheider wird im Querschnitt 43 des WärmeauBtaußöhers 37 auf 136 K unterkühlt, während dit nicht verflüsßigte Fraktion aus dem Abscheider 42 abgezogen, im Querschnitt 45 des Wärmeaustauschers 40 angewärmt, der arbeitsleistend entspannten Fraktion zugemischt und nach erfolgter weiterer Anwärmung ebenfalls unter dem Abgabedruck von 6 ata in das Erdgasnetz 23 eingespeist wird. Die unterkühlte Fraktion wird schließlich im Drosselventil 46 auf 1 ata entspannt und einem weiteren Abscheider 47 zugeführt, aus dem 2600 Nnr/h Methan in flüssiger Form bei einer Temperatur von 111 K entnommen und dem Speicher der "peak-shavingn-Anlage zugeführt werden. Der nicht verflüssigte Anteil der auf 1 ata drosselentspannten
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Methanfraktion wird im Querschnitt 48 im Wärmeaustausch mit zu unterkühlender Methanfraktion teilweise angewärmt und verläßt den Kältekreis über die Querschnitte 49, 50 und 51 der Wärmeaustauscher 40, 37 und 34 unter vollständiger Abgabe seiner Kälte. Diese Teilfraktion.wird schließlich im Kompressor 52 auf 6 ata verdichtet, im Wasserkühler 53 auf 295 K abgekühlt und schließlich über Leitung 54 ebenfalls, in das Erdgasnetz 23 eingespeist.
Diese Konzeption des Kältekreises ermöglicht es, eine Teilmenge der aus der petrochemischen Anlage anfallenden warmen komprimierten Methanfraktion, die zum kontinuierlichen Betreiben der "peak-shaving1- Anlage ausreicht, praktisch ohne Jeglichen zusätzlichen Energieverbrauch zu verflüssigen.
Für den Fall, daß größere Mengen an flüssigem Methan erforderlich sind, kann es auch von Vorteil sein, die Methanfraktion kalt aus der petrochemischen Anlage abzuziehen, wobei dann allerdings die Internen Kältekreise der petrochemischen Anlage, die in den"Zeichnungen nicht explizite dargestellt sind, entsprechend auszulegen sind.
Figur 3 schließlich zeigt eine andere Variante eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Variante ist für den Fall von Bedeutung, daß bereits verflüssigtes
.A
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Erdgas zur Verfügung steht, vom Verbraucher aber nahezu reines, verflüssigtes Methan verlangt wird. Anstatt das Erdgas, wie bereits bekannt, einer Rektifikation zur Methangewinnung zu unterziehen, wird es nunmehr aus dem Speicherbehälter 60 über Leitung 6l einem Wärmeaustauscher 62 zugeführt, im Querschnitt 6j5 dieses Wärmeaustauschers im Wärmeaustausch mit der von der petrochemischen Anlage über Leitung 64 anfallenden Methanfraktion verdampft und angewärmt und über Leitung 65 dem Spaltofen der petrochemisehen Anlage zur Erzeugung thermischer Energie zugeführt. Bei diesem Wärmeaustausch wird die Methanfraktion im Querschnitt 66 des Wärmeaustauschers 62 verflüssigt und über Leitung 67 einem Flüssig-Methan-Speicher 68 zugeleitet.
6 Patentansprüche
J> Blatt Zeichnungen
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Claims (6)

  1. - 13 - LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
    692) ■ H 72/36
    Pa tent ans prüc he
    IJ Verfahren zum Betreiben von Versorgungs- und/oder Speicheranlagen für Erdgas oder erdgasähnliche Produkte, denen gereinigtes Rohgas zugeführt wird, insbesondere von "peak-shaving" Anlagen., dadurch gekennzeichnet, daß die im Zuge der Trennung von methanhaltigen SpaItprodukten bei petrochemischen . Anlagen anfallende komprimierte Methanfraktion zumindest teilweise verflüssigt und den Versorgungs« und/oder Speicheranlagen zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, die Verflüssigung eines Teiles der Methanfraktion mit Hilfe eines offenen Kältekreises durchgeführt wird, wobei ein Teil der komprimierten Methanfraktion durch Wärmeaustausch mit dem arbeitsleistend entspannten anderen Teil soweit abgekühlt wird, daß er nach anschließender Drosselentspannung teilweise als Flüssigkeit vorliegt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die komprimierte Methanfraktion vor ihrer teilweisen arbeitsleistenden Entspannung weiterverdichtet wird.
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  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Weiterverdichtung der Methanfraktion die bei der arbeitsleistenden Entspannung eines Teilstromes der Methanfraktion freigesetzte Energie verwendet wird.
    V.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgas zumindest teilweise den petrochemischen Anlagen zur Gewinnung thermischer Energie zugeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Erdgas oder ein flüssiges erdgasähnliches Produkt aus den Versorgungs- und/oder Speicheranlagen entnommen, im Wärmetausch mit der gasförmigen Methanfraktion aus der petrochemischen Anlage verdampft, angewärmt und den petrochemischen Anlagen zur Gewinnung thermischer Energie zugeführt wird, während die Methanfraktion bei diesem Wärmetausch zumindest teilweise verflüssigt und einem Speicherbehälter zugeleitet wird.
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