EP0711967A2 - Verfahren zum Verflüssigen einer unter Druck stehenden kohlenwasserstoffreichen Fraktion - Google Patents

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EP0711967A2 EP95117284A EP95117284A EP0711967A2 EP 0711967 A2 EP0711967 A2 EP 0711967A2 EP 95117284 A EP95117284 A EP 95117284A EP 95117284 A EP95117284 A EP 95117284A EP 0711967 A2 EP0711967 A2 EP 0711967A2
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/912—External refrigeration system

Definitions

  • the invention relates to a for liquefying a pressurized hydrocarbon-rich fraction, in which it is cooled and liquefied in heat exchange with process streams to be heated and is then expanded into a storage tank by means of a pressure relief valve, and the boiloff gas emerging from the storage tank, which may be one of the forms process streams to be heated, is compressed in one or more stages.
  • tank return gas that is to say the sum of the boiloff gas and the flash gas formed when the hydrocarbon-rich fraction is released into the storage tank.
  • a large number of processes for liquefying a pressurized hydrocarbon-rich fraction, in particular natural gas are known.
  • a process for liquefying natural gas is known in which a pressurized natural gas stream is brought into heat exchange with two refrigerants conducted in closed circuits.
  • the refrigerant of the first circuit is used for pre-cooling the natural gas and the refrigerant of the second circuit, and the refrigerant of the second circuit is used to liquefy the pre-cooled natural gas.
  • the flash or boiloff gas is compressed in this process after the heat exchange with the pre-cooled natural gas, at least partially liquefied in heat exchange with the refrigerants of the first and second circuits and expanded again.
  • the Boiloff gas compressors have so far been operated independently of the system load.
  • the liquid natural gas obtained in such a process is stored in large storage tanks. Storage usually takes place under atmospheric pressure.
  • the so-called Boiloff gas is continuously formed within these storage tanks, which is drawn off from these storage tanks and, if necessary, warmed against the natural gas stream to be cooled, before it is fed to a one- or multi-stage compression.
  • the Boiloff gas compressor (s) are operated independently of the system load, at times in which less Boiloff gas is formed, the internal pressure in the storage container and thus the compressor suction pressure is generated by the compressor (s) reduced or the compressors work under partial load or switch off. This leads to the fact that the amount of liquefied natural gas that is fed into the storage container is reduced due to the higher flash gas content at a lower storage container pressure.
  • the aim of the present invention is to provide a method in which, with a given refrigeration cycle, the maximum possible amount of a hydrocarbon-rich fraction can be fed to a storage tank at any time via an expansion valve.
  • the hydrocarbon-rich fraction under pressure is fed to an adsorption device A via line 1.
  • it is freed from freezable components, in particular from carbon dioxide and water, to the extent that the amounts of these components still contained in them cannot lead to the laying of lines and / or valves within the cold part of the system.
  • the pre-cleaned hydrocarbon-rich fraction is cooled in countercurrent to the process streams to be heated in the heat exchangers E1 and E2 and partially liquefied. It is fed to a separator D after removal from the heat exchanger E2, in which a separation of the C3+ hydrocarbons and the aromatics takes place.
  • the Boiloff gas generated within the storage container S is discharged via line 7 from the storage container S and, if necessary warmed in the heat exchangers E3, E2 and E1 against the hydrocarbon-rich fraction to be cooled.
  • the Boiloff gas is then fed to a compressor V, and is cooled by means of a further heat exchanger W after each compressor stage.
  • a one- or multi-stage compression of the heated Boiloff gas can be useful.
  • the compressed Boiloff gas is then fed via line 8, together with the fraction from line 3, to the adsorption device A as regeneration gas.
  • the regeneration gas loaded with the components afflicted with the adsorbent is discharged from the adsorption device A by means of line 8 '.
  • the cooling requirement required for cooling and liquefying the hydrocarbon-rich fraction is covered by an additional cooling circuit.
  • This refrigeration cycle is only shown schematically here, with the refrigerant or refrigerant mixture being led via lines 9 and 10 for cooling and partial liquefaction through heat exchangers E1, E2 and E3, relaxed in the expansion valves c and d and then relieved by means of line 9 ' is passed in counterflow to the hydrocarbon-rich fraction to be cooled through the heat exchangers E3, E2 and E1.
  • Mixtures of nitrogen and methane or mixtures of nitrogen, methane and C2 to C5 hydrocarbons have proven themselves as refrigerants.
  • such refrigeration circuits are part of the prior art, so that they do not need to be discussed in more detail.
  • the method according to the invention ensures that the internal pressure of the storage container S is at the optimum at all times. This means that the maximum possible amount of hydrocarbon-rich fraction can always be fed into the storage container S and stored in it.

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Abstract

Verfahren zum Verflüssigen einer unter Druck stehenden kohlenwasserstoffreichen Fraktion, bei dem diese im Wärmetausch mit anzuwärmenden Verfahrensströmen abgekühlt und verflüssigt wird und anschließend mittels eines Entspannungsventils (b) in einen Speicherbehälter (S) entspannt wird und wobei das aus dem Speicherbehälter (S) austretende Boiloff-Gas, das gegebenenfalls einen der anzuwärmenden Verfahrensströme bildet, ein- oder mehrstufig verdichtet wird, wobei der Durchsatz des Boiloff-Gas-Verdichters (V) über die Stellung des Entspannungsventils (b) mittels eines dieses Entspannungsventil regelnden FIC-Reglers (F) konstant auf Vollast gehalten wird, wobei der Druck nach dem Entspannungsventil (b) konstant gehalten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein zum Verflüssigen einer unter Druck stehenden kohlenwasserstoffreichen Fraktion, bei dem diese im Wärmetausch mit anzuwärmenden Verfahrensströmen abgekühlt und verflüssigt wird und anschließend mittels eines Entspannungsventils in einen Speicherbehälter entspannt wird und wobei das aus dem Speicherbehälter austretende Boiloff-Gas, das gegebenenfalls einen der anzuwärmenden Verfahrensströme bildet, ein- oder mehrstufig verdichtet wird.
  • Unter dem Begriff "Boiloff-Gas" sei im folgenden das sog. Tankrückgas, also die Summe aus Boiloff-Gas und dem beim Entspannen der kohlenwasserstoffreichen Fraktion in den Speicherbehälter entstehenden Flashgas, zu verstehen.
  • Es sind eine Vielzahl von Verfahren zum Verflüssigen einer unter Druck stehenden kohlenwasserstoffreichen Fraktion, insbesondere Erdgas, bekannt. So ist z.B. aus der DE-OS 28 20 212 ein Verfahren zum Verflüssigen von Erdgas bekannt, bei dem ein unter Druck stehender Erdgasstrom in Wärmetausch mit zwei in geschlossenen Kreisläufen geführten Kältemitteln gebracht wird. Das Kältemittel des ersten Kreislaufes wird hierbei zur Vorkühlung des Erdgases sowie des Kältemittels des zweiten Kreislaufes und das Kältemittel des zweiten Kreislaufes zur Verflüssigung des vorgekühlten Erdgases verwendet. Das anfallende Flash- bzw. Boiloff-Gas wird bei diesem Verfahren nach dem Wärmetausch mit dem vorgekühlten Erdgas verdichtet, mindestens teilweise in Wärmetausch mit den Kältemitteln des ersten und des zweiten Kreislaufes verflüssigt und wieder entspannt. Bei derartigen Verfahren werden die Boiloff-Gas-Verdichter bisher jedoch unabhängig von der Anlagenlast betrieben. Das in einem derartigen Verfahren gewonnene flüssige Erdgas wird in großen Speicherbehältern gelagert. Die Lagerung erfolgt in der Regel unter Atmosphärendruck. Abhängig von der Umgebungstemperatur wird innerhalb dieser Speicherbehälter fortwährend das sogenannte Boiloff-Gas gebildet, das aus diesen Speicherbehältern abgezogen und gegebenenfalls gegen den abzukühlenden Erdgasstrom angewärmt wird, bevor es einer ein- oder mehrstufigen Verdichtung zugeführt wird. Da, wie bereits erwähnt, der bzw. die Boiloff-Gas-Verdichter unabhängig von der Anlagenlast betrieben werden, wird zu Zeiten, in denen weniger Boiloff-Gas gebildet wird, durch den bzw. die Verdichter der Innendruck in dem Speicherbehälter und damit der Verdichtersaugdruck verringert bzw. die Verdichter arbeiten unter Teillast oder schalten ab. Dies führt dazu, daß sich die Menge an verflüssigtem Erdgas, die in den Speicherbehälter geführt wird, aufgrund des höheren Flashgasanteils bei niedrigerem Speicherbehälterdruck, verringert.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem, bei einem vorgegebenen Kältekreislauf, zu jedem Zeitpunkt die maximal mögliche Menge an einer kohlenwassertoffreichen Fraktion über ein Entspannungsventil einem Speicherbehälter zugeführt werden kann.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Durchsatz des Boiloff-Gas-Verdichters über die Stellung des Entspannungsventils mittels eines dieses Entspannungsventil regelnden FIC-Reglers konstant auf Vollast gehalten wird, wobei der Druck nach dem Entspannungsventil konstant gehalten wird.
  • Die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen davon seien anhand der Figur näher erläutert.
  • Über Leitung 1 wird die unter Druck stehende kohlenwassertoffreiche Fraktion einer Adsorptionsvorrichtung A zugeführt. In dieser wird sie von ausfrierbaren Komponenten, also insbesondere von Kohlendioxid und Wasser, soweit befreit, daß die noch in ihr enthaltenen Mengen an diesen Komponenten innerhalb des kalten Anlagenteiles nicht zu Verlegungen von Leitungen und/oder Ventilen führen können. Die vorgereinigte kohlenwassertoffreiche Fraktion wird im Gegenstrom zu anzuwärmenden Verfahrensströmen in den Wärmetauschern E1 und E2 abgekühlt und teilweise verflüssigt. Sie wird nach dem Abzug aus dem Wärmetauscher E2 einem Abscheider D zugeführt, in dem eine Abtrennung der C₃₊-Kohlenwasserstoffe sowie der Aromaten erfolgt. Diese werden am Sumpf des Abscheiders über Leitung 3 abgezogen, im Ventil a kälteleistend entspannt und anschließend im Gegenstrom zu der abzukühlenden kohlenwassertoffreichen Fraktion durch die Wärmetauscher E2 und E1 geführt. Die von den erwähnten Komponenten befreite kohlenwassertoffreiche Fraktion wird am Kopf des Abscheiders über Leitung 4 abgezogen, in den Wärmetauschern E2 und E3 weiter abgekühlt und letztendlich zur Gänze verflüssigt und unterkühlt. Über das Entspannungsventil b erfolgt das Entspannen auf den Innendruck des Speicherbehälters S. Der Druck, der innerhalb des Speicherbehälters S gespeicherten kohlenwassertoffreichen Fraktion, beträgt ca. 1 bar. Der Abzug von verflüssigter kohlenwassertoffreicher Fraktion aus dem Speicherbehälter S ist über Leitung 6 möglich. Das innerhalb des Speicherbehälters S entstehende Boiloff-Gas wird über Leitung 7 aus dem Speicherbehälter S abgeführt und gegebenenfalls in den Wärmetauschern E3, E2 und E1 gegen die abzukühlende kohlenwassertoffreiche Fraktion angewärmt. Anschließend wird das Boiloff-Gas einem Verdichter V zugeführt, wobei es nach jeder Verdichterstufe mittels eines weiteren Wärmetauschers W abgekühlt wird. Entsprechend dem Design der Anlage, in der das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt, kann eine ein- oder mehrstufige Verdichtung des angewärmten Boiloff-Gases sinnvoll sein. Das verdichtete Boiloff-Gas wird anschließend über Leitung 8, zusammen mit der Fraktion aus der Leitung 3, der Adsorptionsvorrichtung A als Regeneriergas zugeführt. Das mit den an dem Adsorptionsmittel behafteten Komponenten beladene Regeneriergas wird mittels Leitung 8' aus der Adsorptionsvorrichtung A abgeführt. Die Deckung des für die Abkühlung und Verflüssigung der kohlenwasserstoffreichen Fraktion benötigten Kältebedarfs erfolgt mittels eines zusätzlichen Kältekreislaufes. Dieser Kältekreislauf sei hier nur schematisch dargestellt, wobei über die Leitungen 9 und 10 das Kältemittel bzw. Kältemittelgemisch zur Abkühlung und teilweisen Verflüssigung durch die Wärmetauscher E1, E2 und E3 geführt wird, in den Entspannungsventilen c und d kälteleistend entspannt und anschließend mittels Leitung 9' im Gegenstrom zu der abzukühlenden kohlenwasserstoffreichen Fraktion durch die Wärmetauscher E3, E2 und E1 geleitet wird. Als Kältemittel haben sich Gemische aus Stickstoff und Methan oder Gemische aus Stickstoff, Methan sowie C₂- bis C₅-Kohlenwasserstoffen bewährt. Derartige Kältekreisläufe gehören jedoch zum Stand der Technik, sodaß auf sie nicht näher eingegangen werden muß.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet, daß der Innendruck des Speicherbehälters S zu jeder Zeit am Optimum liegt. Dies bedeutet, daß immer die maximal mögliche Menge an kohlenwasserstoffreicher Fraktion in den Speicherbehälter S geführt und in diesem gespeichert werden kann.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Verflüssigen einer unter Druck stehenden kohlenwasserstoffreichen Fraktion, bei dem diese im Wärmetausch mit anzuwärmenden Verfahrensströmen abgekühlt und verflüssigt wird und anschließend mittels eines Entspannungsventils (b) in einen Speicherbehälter (S) entspannt wird und wobei das aus dem Speicherbehälter (S) austretende Boiloff-Gas, das gegebenenfalls einen der anzuwärmenden Verfahrensströme bildet, ein- oder mehrstufig verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz des Boiloff-Gas-Verdichters (V) über die Stellung des Entspannungsventils (b) mittels eines dieses Entspannungsventil regelnden FIC-Reglers (F) konstant auf Vollast gehalten wird, wobei der Druck nach dem Entspannungsventil (b) konstant gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Druck stehende kohlenwasserstoffreiche Fraktion vor der Verflüssigung mittels einer Adsorptionsvorrichtung (A) von ausfrierbaren Komponenten, insbesondere von Kohlendioxid und Wasser, gereinigt wird und das verdichtete Boiloff-Gas als Regeneriergas für die Adsorptionsvorrichtung (A) dient.
EP95117284A 1994-11-11 1995-11-02 Verfahren zum Verflüssigen einer unter Druck stehenden kohlenwasserstoffreichen Fraktion Withdrawn EP0711967A3 (de)

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DE4440406A DE4440406C1 (de) 1994-11-11 1994-11-11 Verfahren zum Verflüssigen einer unter Druck stehenden kohlenwasserstoffreichen Fraktion

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