DE29823450U1 - Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes - Google Patents

Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes

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Description

H 98/006-GM = H 2235
15.03.99-Hr. Zahn/fi
Beschreibung
Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoffreichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, bei der der Wärmeaustausch zwischen dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom und wenigstens einem Kältemittelkreislauf und/oder wenigstens einem Kältemittelgemischkreislauf, der bzw. die der Abkühlung und Verflüssigung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes dienen, über mehrere Wärmetauscher erfolgt, und bei der der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom und wenigstens der oder einer der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder der oder einer der Kältemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes gegen ein Kühlmedium abgekühlt oder kondensiert werden.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, bei der der Wärmeaustausch zwischen dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom und wenigstens einem Kältemittelkreislauf und/oder wenigstens einem Kältemittelgemischkreislauf, der bzw. die der Abkühlung und Verflüssigung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes dienen, über mehrere Wärmetauscher erfolgt, und bei der wenigstens der oder einer der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder der oder einer der Kältemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes gegen ein Kühlmedium abgekühlt oder kondensiert werden.
Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art finden z. B. bei sog. LNG-Baseload-Anlagen Verwendung. Diese LNG-Baseload-Anlagen weisen in der Regel ein sog. Wärmerückgewinnungsverfahren auf. Dabei erfolgt die Vorkühlung des Kohlenwasserstoffreichen Stromes bzw. des Erdgasstromes, die Kondensation sowie die Vorkühlung des oder der Kältemittel(gemisch)kreisläufe, die Zwischen- und Nachkühlung der Kältemittelkompressoren in separaten Meereswasser- oder Luftwärmetauschern. Derartige Vorrichtungen erfordern somit eine Vielzahl von Wärmetauschern, eine entsprechende Verrohrung sowie einen entsprechenden Platzbedarf.
Entsprechend dem Stand der Technik werden hierzu im wesentlichen sog. TEMA-Wärmetauscher eingesetzt. Ein wesentlicher Nachteil dieses Wärmetauschertyps ist
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15.03.99 - Hr. Zahn/fi
die relativ große erforderliche Temperaturdifferenz zwischen den abzukühlenden Prozesströmen und dem Kühlmedium. Dies führt insbesondere bei LNG-Baseload-Anlagen zu einem erhöhten Energieverbrauch.
Ein weiterer Nachteil für diesen Wärmetauschertyp ist dann gegeben, wenn bei Einsatz von Meerwasser als Kühlmedium die Verwendung von Materialien, wie Titan oder Super-Duplex, erforderlich ist, was diesen Wärmetauschertyp vergleichsweise teuer macht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes anzugeben, mittels derer die genannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können; insbesondere soll die Zahl der Wärmetauscher sowie der benötigte Platzbedarf verringert werden.
Dies wird gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes dadurch erreicht, daß der Wärmeaustausch zwischen den genannten Verfahrensströmen - also dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom sowie dem oder einem der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder dem oder einem der Käitemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes - und dem Kühlmedium in lediglich einem Wärmetauscher erfolgt.
Eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom und dem Kühlmedium in lediglich einem Wärmetauscher und der Wärmeaustausch zwischen dem oder einem der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder dem oder einem der Kältemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes und dem Kühlmedium in lediglich einem weiteren Wärmetauscher erfolgt.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen dem oder einem der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder dem oder einem der Käitemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes und dem Kühlmedium in lediglich einem Wärmetauscher erfolgt.
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Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoffreichen Stromes benötigt somit entweder lediglich einen oder maximal zwei Wärmetauscher, in dem bzw. in denen der Wärmeaustausch zwischen den Verfahrensströmen und dem Kühlmedium erfolgt. Der Platzbedarf für lediglich einen bzw. maximal zwei Wärmetauscher ist naturgemäß geringer als der Platzbedarf für eine Vielzahl von Wärmetauschern, wie sie der Stand der Technik erfordert. Zudem benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes eine weitaus geringere Verrohrung.
Die Wärmetauscher sind gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entweder als Plattenwärmetauscher oder als sog. gewickelte Wärmetauscher ausgebildet.
Des weiteren kann - sofern der Wärmeaustausch zwischen dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom und dem Kühlmedium in lediglich einem Wärmetauscher und der Wärmeaustausch zwischen dem oder einem der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder dem oder einem der Kältemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes und dem Kühlmedium in lediglich einem weiteren Wärmetauscher erfolgt - einer der Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher und einer der Wärmetauscher als gewickelter Wärmetauscher ausgebildet sein.
Anhand der Figuren 1 bis 3 seien drei Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie deren Vorteile näher erläutert.
Bei der in der Figur 1 dargestellten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein vorbehandelter Erdgasstrom - der bereits getrocknet und im wesentlichen Kohlendioxid-frei ist- in einem ersten Wärmetauscher E1 gegen ein Kühlmedium, wie z. B. Wasser oder Meerwasser, das mittels Leitung 5 durch den Wärmetauscher E1 geführt wird, abgekühlt. Auf die weiteren Verfahrensströme, die diesen Wärmetauscher E1 durchströmen, wird im folgenden noch näher eingegangen werden. Der gekühlte Erdgasstrom wird über Leitung 2 einem zweiten Wärmetauscher E2 zugeführt. In diesem wird er gegen das Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch eines sog. Vorkühlkreislaufes, auf den ebenfalls im folgenden noch näher eingegangen werden wird, vorgekühlt.
Im Rahmen dieses Vorkühlschrittes erfolgt die Abtrennung von schweren Kohlenwasserstoffen aus dem zu verflüssigenden Erdgasstrom um das Ausfrieren diese Korn-
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ponenten bei der Unterkühlung des Erdgasstromes wirkungsvoll zu verhindern; dieser Verfahrensschritt ist jedoch der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht dargestellt.
Der vorgekühlte Erdgasstrom wird über Leitung 3 einem dritten Wärmetauscher E3 zugeführt und in diesem gegen den sog. Kühlkreislauf, auf den ebenfalls noch im folgenden näher eingegangen wird, verflüssigt und unterkühlt. Der so gewonnene Erdgasstrom, der bei dem Eintritt in den Wärmetauscher E1 bspw. einen Druck zwischen ca. 20 und ca. 70 bar aufweist, wird nunmehr über Leitung 4 aus dem Wärmetauscher E3 abgezogen und nach einer Entspannung im Ventil a z. B. einer Zwischenspeicherung zugeführt.
Der bereits erwähnte Vorkühlkreislauf enthält z. B. ein Kältemittelgemisch, bestehend aus Ethan und Propan. Dieses Kältemittelgemisch wird im Verdichter V1 verdichtet und anschließend über Leitung 6 dem Wärmetauscher E1 zugeführt. In dem Wärmetauscher E1 wird dieser verdichtete Kältemittelstrom im indirekten Wärmetausch mit dem Meereswasser in der Leitung 5 zur Gänze kondensiert. Daran anschließend wird dieser Kältemittelstrom über Leitung 7 dem zweiten Wärmetauscher E2 zugeführt. In diesem wird der Kältemittelstrom in zwei Teilströme aufgeteilt. Der erste Teilstrom wird entspannt, im Wärmetauscher E2 angewärmt und über Leitung 10 dem Abscheider D1 zugeführt. Dieser Abscheider D1 sowie die weiteren Abscheider D2, D3 und D4 dienen lediglich der Sicherheit der Verdichter V1, V2 und V3.
Der zweite Teilstrom wird im Wärmetauscher E2 gegen sich selbst unterkühlt, im Ventil b entspannt und anschließend über Leitung 8 wieder dem Wärmetauscher E2 zugeführt und in diesem angewärmt. Sodann wird der angewärmte zweite Teilstrom über Leitung 9 dem dem Verdichter V1 vorgeschalteten Abscheider D2 zugeführt.
Der bereits erwähnte eigentliche Kühlkreislauf weist zwei Verdichterstufen V2 und V3 auf. Das Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch dieses Kreislaufes besteht z. B. aus einer Mischung von Stickstoff, Methan, Ethan und Propan. Mittels dieses Kältekreislaufes wird das vorgekühlte Erdgas im Wärmetauscher E3 verflüssigt und unterkühlt. Dazu wird das in der ersten Verdichterstufe V3 verdichtete Kältemittelgemisch über Leitung 19 dem Wärmetauscher E1 zugeführt und gegen das Meereswasser in Leitung 5 vorgekühlt. Über Leitung 20 wird das Kältemittelgemisch anschließend dem Abscheider D3 und der zweiten Verdichterstufe V2 zugeführt.
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An dieser Stelle sei angemerkt, daß es sich bei den in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Verdichter(stufen) V1 bis V3 entweder um separate Verdichter handelt oder diese Verdichter(stufen) die Verdichterstufen eines einzelnen Verdichters darstellen.
Das nunmehr zweistufig verdichtete Kältemittelgemisch wird über Leitung 11 wiederum dem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem weiter abgekühlt. Über Leitung 12 wird es sodann dem zweiten Wärmetauscher E2 zugeführt und in diesem gegen den Vorkühlkreislauf weiter abgekühlt.
Das so abgekühlte Kältemittelgemisch des Kühlkreislaufes wird über Leitung 13 einer Trennkolonne oder einem Abscheider T zugeführt und in diesem in eine Flüssigphase 14 sowie eine Gasphase 16 aufgetrennt. Während die Flüssigphase die weniger flüchtigen Kältemittelkomponenten enthält, finden sich diese in der Gasphase 16.
Die Flüssigphase dient der Verflüssigung des bereits vorgekühlten Erdgasstromes in der Leitung 3, in dem sie über Leitung 14 dem Wärmetauscher E3 zugeführt wird, in diesem weiter abgekühlt, im Ventil e entspannt und anschließend über Leitung 15 wieder dem Wärmetauscher E3 zugeführt wird. Die Gasphase 16, die der Unterkühlung des verflüssigten Erdgases dient, wird über Leitung 16 dem Wärmetauscher E3 zugeführt, in diesem abgekühlt, im Ventil d entspannt und anschließend über Leitung 17 wieder dem Wärmetauscher E3 zugeführt. Die beiden Teilströme in den Leitungen 15 und 17 werden im Wärmetauscher E3 vereinigt und anschließend über Leitung 18 aus dem Wärmetauscher E3 abgezogen und dem bereits erwähnten Abscheider D4 sowie der Verdichterstufe V3 zugeführt.
Im Unterschied zu der in der Figur 1 erläuterten Vorrichtung, erfolgt bei der in der Figur 2 dargestellten Vorrichtung der Wärmetausch zwischen dem zu verflüssigenden Erdgasstrom in der Leitung 1 und dem oder einem Teilstrom des Kühlmediumstromes in der Leitung 1' in einem separaten Wärmetauscher E1\ während der Wärmetausch zwischen den Kältemittelströmen in den Leitungen 6, 11 und 19 und dem oder einem Teilstrom des Kühlmediumstromes in der Leitung 1 in dem Wärmetauscher E1 erfolgt.
Die "Aufteilung" des in der Figur 1 dargestellten Wärmetauschers E1 in zwei separate Wärmetauscher E1 und E1' ist dann erforderlich, wenn der Druck des zu verflüssigenden Erdgasstrom in der Leitung 1 vergleichsweise hoch ist. In diesem Falle würden sich insbesondere bei der Verwendung von Plattenwärmetauschern bei lediglich einem Wärmetauscher konstruktive Probleme ergeben, die durch die Aufteilung des Wärmetauschers E1 in zwei separate Wärmetauscher E1 und E1' vermieden werden.
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Bei der in der Figur 3 dargestellten Vorrichtung erfolgt kein Wärmetausch zwischen dem zu verflüssigenden Erdgasstrom in der Leitung 1 und dem Kühlmedium. Eine derartige Verfahrensweise kann dann realisiert werden, wenn der zu verflüssigende Erdgasstrom in der Leitung 1 bereits eine so niedrige Temperatur aufweist, daß eine Vorkühlung gegen das Kühlmedium unterbleiben bzw. nicht mehr erfolgen kann.

Claims (5)

  1. H 98/006-GM = H 2235
    15.03.99-Hr. Zahn/&Ggr;&igr;
    Schutzansprüche
    Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, bei der der Wärmeaustausch zwischen dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom und wenigstens einem Kältemittelkreislauf und/oder wenigstens einem Kältemittelgemischkreislauf, der bzw. die der Abkühlung und Verflüssigung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes dienen, über mehrere Wärmetauscher erfolgt, und bei der der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom und wenigstens der oder einer der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder der oder einer der Kältemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes gegen ein Kühlmedium abgekühlt oder kondensiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen den genannten Verfahrensströmen (1,6, 11, 19) und dem Kühlmedium (5) in lediglich einem Wärmetauscher (E1) erfolgt.
  2. 2. Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, bei der der Wärmeaustausch zwischen dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom und wenigstens einem Kältemittelkreislauf und/oder wenigstens einem Kältemittelgemischkreislauf, der bzw. die der Abkühlung und Verflüssigung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes dienen, über mehrere Wärmetauscher erfolgt, und bei der der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom und wenigstens der oder einer der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder der oder einer der Kältemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes gegen ein Kühlmedium abgekühlt oder kondensiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom (1) und dem Kühlmedium (51) in lediglich einem Wärmetauscher (EV) und der Wärmeaustausch zwischen dem oder einem der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder dem oder einem der Kältemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes (6,11,19) und dem Kühlmedium (5) in lediglich einem weiteren Wärmetauscher (E1) erfolgt.
    H 98/006-GM = H 2235
    15.03.99-Hr. Zahn/fi
  3. 3. Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgasstromes, bei der der Wärmeaustausch zwischen dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom und wenigstens einem Kältemittelkreislauf und/oder wenigstens einem Kältemittelgemischkreislauf, der bzw. die der Abkühlung und Verflüssigung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes dienen, über mehrere Wärmetauscher erfolgt, und bei der wenigstens der oder einer der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder der oder einer der Kältemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes gegen ein Kühlmedium abgekühlt oder kondensiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen dem oder einem der Kältemittelströme des Kältemittelkreislaufes und/oder dem oder einem der Kältemittelgemischströme des Kältemittelgemischkreislaufes (6,11,19) und dem Kühlmedium (5) in lediglich einem Wärmetauscher (E1) erfolgt.
  4. 4. Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher oder als gewickelter Wärmetauscher ausgebildet sind.
  5. 5. Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher und einer der Wärmetauscher als gewickelter Wärmetauscher ausgebildet ist.
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