EP1913319A2 - Verfahren und anlage zum verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen stroms - Google Patents

Verfahren und anlage zum verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen stroms

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EP1913319A2
EP1913319A2 EP06764322A EP06764322A EP1913319A2 EP 1913319 A2 EP1913319 A2 EP 1913319A2 EP 06764322 A EP06764322 A EP 06764322A EP 06764322 A EP06764322 A EP 06764322A EP 1913319 A2 EP1913319 A2 EP 1913319A2
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
fraction
liquid fraction
stream
gas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06764322A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Arne Fredheim
Manfred Boelt
Pentti Paurola
Christian Pfeiffer
Oystein Sorensen
Manfred Steinbauer
Rudolf Stockmann
Wolfgang Foerg
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FOERG Wolfgang
Shell Internationale Research Maatschappij BV
Original Assignee
FOERG Wolfgang
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for liquefying, in particular by precooling or by subcooling, a hydrocarbon-rich stream, in particular a natural gas stream, by means of at least one heat exchanger indirect heat exchange with the refrigerant mixture at least one refrigerant mixture cycle, wherein after releasing the refrigerant mixture is vaporized against the hydrocarbon-rich stream to be liquefied and against itself.
  • the refrigerant used here is a mixture which comprises two or more components of the following substances: nitrogen, methane, ethane or ethylene, propane or propylene, butane and optionally even higher hydrocarbons.
  • the refrigerant mixture is present before the compression as a two-phase current.
  • the separation of the two-phase stream into a gaseous stream and into a liquid stream can be effected by means of a separator and / or by means of a separation column.
  • the liquid content of the two-phase current can be up to fifteen percent.
  • the refrigerant mixture is compressed in a single-stage or multi-stage compressor, cooled in one or more, optionally different heat exchangers, liquefied and supercooled. After its expansion - in a valve or in an expansion turbine - the refrigerant mixture is totally evaporated, for example in the outer space of a wound heat exchanger in the falling stream and warmed five Kelvin to fifteen Kelvin above its dew point, so that it can be safely recompressed in the recycle compressor.
  • the present invention has the object, a method of the type mentioned and a system of the type mentioned in such a way that the above problems are avoided.
  • between about ninety percent and about 99 percent, preferably about 95 percent, of the mixed refrigerant stream to be vaporized evaporates, followed by separation of the partially vaporized refrigerant mixture stream into a gas fraction and a liquid fraction; the gas fraction is compressed to the desired final pressure, preferably by means of at least one cold intake compressor, the liquid fraction is pumped, and closing the two fractions are united.
  • the gas fraction and the liquid fraction can be combined either before or after their relaxation. If a combination of both fractions already before their relaxation, the liquid fraction is preferably pumped to the same pressure as the gas fraction.
  • the circulation medium or the refrigerant mixture is so far enriched with heavier components that no total evaporation is formed, but a residual liquid of about one percent to about ten percent, preferably about five percent, remains.
  • this wet steam must not be fed into the compressor or compressor; Rather, this wet steam is to be separated by means of at least one separator into a gas fraction and into a liquid fraction.
  • the compression of the gas fraction by means of at least one cold intake compressor.
  • the pumping of the liquid fraction is carried out by means of at least one suitable pump, wherein the liquid fraction is advantageously slightly supercooled before pumping.
  • the N [et] P [ositive] S [uction] H [ead] value must be taken into account.
  • the NPSH value of the pump is determined by the type of construction and the pump speed. The higher the pump speed, the greater the NPSH value of the pump.
  • the present invention relates to the use of a method according to the above-described type and / or at least one system according to the above-described type during liquefaction, in particular by pre-cooling or by sub-cooling, a hydrocarbon-rich stream, in particular a natural gas stream;
  • a hydrocarbon-rich stream in particular a natural gas stream;
  • the procedure according to the invention in all liquefaction in which the heat exchange between the hydrocarbon-rich stream to be liquefied and the refrigerant mixture takes place in one or more wound heat exchangers and / or in one or more plate exchangers, are used.
  • the procedure according to the invention can in principle be implemented in all mixture cycles, in particular in all so-called M [ixed] F [luid] C [ascade] processes, in the so-called C3-M [ixed] R [efrigerant] C [ycle] - Process (propane precooled mixed refrigerant process) of Air Products, the so-called dual-flow M [ixed] R [efrigerant] C [ycle] process of the company Shell and / or the so-called single-flow M [ixed] R [efrigerant] C [ycle] process of Linde or the Company Statoil.
  • these at least two mixed refrigerant circuits can be arranged one behind the other and / or in cascade.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of a plant according to the invention, in whose process, the liquid fraction is pumped to the same pressure as the gas fraction is compressed, whereupon the two fractions are combined;
  • Fig. 2 shows a schematic diagram of a second embodiment of a plant according to the invention, in whose process, the liquid fraction is pumped only to the extent that - after having done in a separate heat exchanger passage undercooling - this liquid fraction of the expanded gas fraction.
  • a to be liquefied hydrocarbon-rich stream such as a natural gas stream
  • a heat exchanger E is fed via line A.
  • this heat exchanger E is precooling or liquefaction or supercooling of the hydrocarbon-rich stream against a refrigerant mixture, which will be discussed in more detail below.
  • the hydrocarbon-rich stream after its pre-cooling or liquefaction or incipient Terkühlung withdrawn via line B from the heat exchanger E and fed to its further use.
  • the heat exchanger E is supplied to the pressurized refrigerant mixture and liquefied in the heat exchanger E and subcooled.
  • the supercooled refrigerant mixture is withdrawn from the heat exchanger E and in the expansion device 3, which is a valve or an expansion turbine, relaxed or cooled performance relaxed.
  • the refrigerant mixture in the heat exchanger E now - in contrast to the counting of the prior art liquefaction - according to the invention only vaporized so far that it at the output of the heat exchanger E a residual liquid of about one percent to about ten percent, preferably about five Percent.
  • This two-phase mixture is fed via line 4 to a separator D.
  • the gas fraction of the refrigerant mixture is withdrawn via line 5 and compressed by means of the cold-suction, single or multi-stage compressor V to the desired circuit pressure.
  • the liquid fraction of the refrigerant mixture is withdrawn from the bottom of the separator D via line 6 and also pumped by a pump P to the desired circuit pressure and then fed via line 5 withdrawn from the separator D and compressed gas fraction of the refrigerant mixture.
  • Fig. 1 The procedure shown in Fig. 1 is particularly suitable for retrofitting existing systems.
  • the liquid fraction is then fed to the heat exchanger E via (an additional in comparison to the process control of FIG. 1) line 7 and (in a comparison with the Schwarzsfiihrung according to FIG. 1 additional passage) in the heat exchanger E subcooled.
  • the procedure shown in FIG. 2 is particularly suitable for new plants.

Abstract

Um ein Verfahren sowie eine Anlage zum Verflüssigen, insbesondere durch Vorkühlen oder durch Unterkühlen, eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms, durch mittels mindestens eines Wärmeaustauschers (E) erfolgenden indirekten Wärmeaustausch mit dem Kältemittelgemisch mindestens eines Kältemittelgemischkreislaufs, wobei nach Entspannen (3) das Kältemittelgemisch gegen den zu verflüssigenden kohlenwasserstoffreichen Strom und gegen sich selbst verdampft wird, weiterzubilden, wird vorgeschlagen, - dass zwischen etwa neunzig Prozent und etwa 99 Prozent, vorzugsweise etwa 95 Prozent, des zu verdampfenden Kältemittelgemischstroms verdampfen, - dass anschließend ein Auftrennen (D --> 5, 6) des teilverdampften Kältemittelgemischstroms in eine Gasfraktion und in eine Flüssigfraktion erfolgt, - dass die Gasfraktion, insbesondere mittels mindestens eines kaltansaugenden (5) Verdichters (V), auf den gewünschten Enddruck verdichtet wird, - dass die Flüssigfraktion, insbesondere mittels mindestens einer Pumpe (P), gepumpt wird und - dass anschließend die Gasfraktion und die Flüssigfraktion vor oder nach dem, insbesondere jeweiligen, Entspannen (3 bzw. 9) vereinigt (1 bzw. 2') werden.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND ANLAGE ZUM VERFLÜSSIGEN EINES KOHLENWASSERSTOFFREICHEN STROMS
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zum Verflüssigen, insbesondere durch Vorkühlen oder durch Unterkühlen, eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms, durch mittels mindestens eines Wärmeaustauschers erfolgenden indirekten Wärmeaustausch mit dem Kältemittelgemisch mindestens eines Kältemittelgemischkreislaufs, wobei nach Entspannen das Kältemittelgemisch gegen den zu verflüssigenden kohlenwasserstoffreichen Strom und gegen sich selbst verdampft wird.
Stand der Technik
[0002] Erdgasverflüssigungsanlagen werden heutzutage in der Regel mit sogenannten Gemischkreisläufen als Kältekreisläufe betrieben. Als Kältemittel dient dabei ein Gemisch, das sich aus zwei oder mehreren Komponenten der folgenden Stoffe zusammensetzt: Stickstoff, Methan, Ethan oder Ethylen, Propan oder Propylen, Butan und gegebenenfalls noch höhere Kohlenwasserstoffe.
[0003] Aus der Druckschrift WO 03/106906 Al ist ein Verfahren zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms, mit gleichzeitiger Gewinnung einer C3+-reichen Fraktion mit hoher Ausbeute bekannt, wobei die Verflüssigung des kohlenwasserstoffreichen Stroms im Wärmetausch mit einer Kältemittelgemischkreislaufkaskade erfolgt.
[0004] In der Druckschrift DE 199 37 623 Al ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms, durch indirekten Wärmetausch mit mindestens einem Kältemittelgemischkreislauf offenbart. Mit der Zitierung der Druckschrift DE 199 37 623 Al sei deren Offenbarungsgehalt zur Gänze in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung integriert.
[0005] Bei diesem aus der Druckschrift DE 199 37 623 Al bekannten Verfahren liegt das Kältemittelgemisch vor der Verdichtung als Zwei-Phasen-Strom vor. Die Auftrennung des Zwei-Phasen-Stroms in einen gasförmigen Strom und in einen flüssigen Strom kann mittels eines Abscheiders und/oder mittels einer Trennkolonne erfolgen. Hierbei kann der Flüssiganteil des Zwei-Phasen-Stroms bis zu fünfzehn Prozent betragen.
[0006] Ein weiteres gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms, durch indirekten Wärmetausch ist in der Druckschrift DE 197 16415 C1 offenbart. Mit der Zitierung der Druckschrift DE 197 16 415 Cl sei deren Offenbarungsgehalt zur Gänze in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung integriert.
[0007] Bei diesem aus der Druckschrift DE 197 16 415 C1 bekannten Verfahren wird das Kältemittelgemisch in einem einstufigen oder mehrstufigen Kompressor verdichtet, in einem oder mehreren, gegebenenfalls unterschiedlichen Wärmeaustauschern gekühlt, verflüssigt und unterkühlt. Nach seiner Entspannung - in einem Ventil oder in einer Expansionsturbine - wird das Kältemittelgemisch beispielsweise im Außenraum eines gewickelten Wärmeaustauschers im Fallstrom total verdampft und fünf Kelvin bis fünfzehn Kelvin über seinen Taupunkt angewärmt, damit es sicher im Kreislaufkompressor wieder verdichtet werden kann.
[0008] Es hat sich nun herausgestellt, dass Wärmeaustauscher, in denen diese Totalverdampfung und Überhitzung des Kreislaufmediums bzw. des Kältemittelgemisches erfolgen, Leckagen - im Falle eines gewickelten Wärmeaustauschers in den gewickelten Rohren - entwickeln. Der Stress an den Rohren des gewickelten Wärmeaustauschers entsteht durch thermische und akustische Schwingungen, die sich im trockenen Teil des Wärmeaustauschers ausbilden.
[0009] Es hat sich aber auch herausgestellt, dass Wärmeaustauscher, die vollständig benetzt sind, keine Leckagen entwickeln. Dieser Effekt lässt sich insbesondere bei doppelstöckigen und dreistöckigen Wärmeaustauschern beobachten, bei denen die oberen, vollständig benetzten Wärmeaustauscher keine Leckagen entwickeln.
Darstellung der Erfindung
[0010] Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Anlage der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die vorgenannten Probleme vermieden werden.
[0011] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen sowie durch eine Anlage mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.
[0012] Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung verdampfen zwischen etwa neunzig Prozent und etwa 99 Prozent, vorzugsweise etwa 95 Prozent, des zu verdampfenden Kältemittelgemischstroms, anschließend erfolgt eine Auftrennung des teilverdampften Kältemittelgemischstroms in eine Gasfraktion und in eine Flüssigfraktion; die Gasfraktion wird, vorzugsweise mittels mindestens eines kaltansaugenden Verdichters, auf den gewünschten Enddruck verdichtet, die Flüssigfraktion wird gepumpt, und an- schließend werden die beiden Fraktionen vereinigt.
[0013] Entsprechend vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Anlage können die Gasfraktion und die Flüssigfraktion entweder vor oder nach ihrer Entspannung vereinigt werden. Erfolgt eine Vereinigung beider Fraktionen bereits vor ihrer Entspannung, wird die Flüssigfraktion vorzugsweise auf den gleichen Druck wie die Gasfraktion gepumpt.
[0014] In zweckmäßiger Weise wird das Kreislaufmedium bzw. das Kältemittelgemisch soweit mit schwereren Komponenten angereichert, dass keine Totalverdampfung entsteht, sondern eine Restflüssigkeit von etwa einem Prozent bis etwa zehn Prozent, vorzugsweise von etwa fünf Prozent, verbleibt. Dieser Nassdampf darf so jedoch nicht in den Kompressor bzw. in den Verdichter eingespeist werden; vielmehr ist dieser Nassdampf mittels mindestens eines Abscheiders in eine Gasfraktion und in eine Flüssigfraktion zu zerlegen.
[0015] In vorteilhafter Weise erfolgt das Verdichten der Gasfraktion mittels mindestens eines kaltansaugenden Verdichters. Das Pumpen der Flüssigfraktion erfolgt mittels mindestens einer geeigneten Pumpe, wobei die Flüssigfraktion in vorteilhafter Weise vor dem Pumpen geringfügig unterkühlt wird.
[0016] Bei der Auslegung bzw. beim Betrieb der Pumpe ist der N[et]P[ositive]S[uction] H[ead]-Wert zu berücksichtigen. Der NPSH- Wert der Pumpe ergibt sich aus der Art der Konstruktion und aus der Pumpendrehzahl. Je höher die Pumpendrehzahl ist, umso größer ist der NPSH- Wert der Pumpe.
[0017] Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Verwendung eines Verfahrens gemäß der vorstehend dargelegten Art und/oder mindestens einer Anlage gemäß der vorstehend dargelegten Art beim Verflüssigen, insbesondere durch Vorkühlen oder durch Unterkühlen, eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms; mithin ist die L[iquefied]N[atural]G[as]-Technologie ein bevorzugtes Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung.
[0018] Hierbei kann die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei allen Verflüssigungsverfahren, bei denen der Wärmetausch zwischen dem zu verflüssigenden kohlenwasserstoffreichen Strom und dem Kältemittelgemisch in einem oder mehreren gewickelten Wärmetauschern und/oder in einem oder mehreren Plattentauschern erfolgt, zur Anwendung kommen.
[0019] Ferner ist die erfindungsgemäße Verfahrensweise grundsätzlich bei allen Gemischkreisläufen realisierbar, insbesondere bei allen sogenannten M[ixed]F[luid]C[ascade] - Prozessen, beim sogenannten C3-M[ixed]R[efrigerant]C[ycle]-Prozess (propane precooled mixed refrigerant process) der Firma Air Products, beim sogenannten Dual- Flow-M[ixed]R[efrigerant]C[ycle]-Prozess der Firma Shell und/oder beim sogenannten Single-Flow-M[ixed]R[efrigerant]C[ycle]-Prozess der Firma Linde bzw. der Firma Statoil.
[0020] Prinzipiell gilt, dass, sofern beim erfindungsgemäßen Verfahren und/oder bei der erfindungsgemäßen Anlage zwei oder mehrere Kältemittelgemischkreisläufe zur Anwendung kommen, diese mindestens zwei Kältemittelgemischkreisläufe hintereinander und/oder kaskadenförmig angeordnet sein können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0021] Wie bereits vorstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die dem Anspruch 1, dem Anspruch 5 sowie dem Anspruch 9 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend anhand der durch Fig. 1 sowie durch Fig. 2 veranschaulichten beiden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
[0022] Es zeigt:
[0023] Fig. 1 in schematischer Prinzipdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, bei deren Verfahrensführung die Flüssigfraktion auf den gleichen Druck gepumpt wie die Gasfraktion verdichtet wird, woraufhin die beiden Fraktionen vereinigt werden; und
[0024] Fig. 2 in schematischer Prinzipdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, bei deren Verfahrensführung die Flüssigfraktion nur soweit gepumpt wird, dass - nach in einer eigenen Wärmetauscherpassage erfolgter Unterkühlung -diese Flüssigfraktion der entspannten Gasfraktion zugemischt wird.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
[0025] Zur Vermeidung überflüssiger Wiederholungen beziehen sich die nachfolgenden Erläuterungen hinsichtlich der Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung (soweit nicht anderweitig angegeben) sowohl auf das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, als auch auf das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.
[0026] Wie in Fig. 1 dargestellt, wird über Leitung A ein zu verflüssigender kohlenwasserstoffreicher Strom, beispielsweise ein Erdgasstrom, einem Wärmeaustauscher E zugeführt.
[0027] In diesem Wärmeaustauscher E erfolgt eine Vorkühlung oder eine Verflüssigung oder eine Unterkühlung des kohlenwasserstoffreichen Stroms gegen ein Kältemittelgemisch, auf das im Folgenden noch näher eingegangen werden wird. Der kohlenwasserstoffreiche Strom wird nach seiner Vorkühlung oder Verflüssigung oder Un- terkühlung über Leitung B aus dem Wärmeaustauscher E abgezogen und seiner weiteren Verwendung zugeführt.
[0028] Über Leitung 1 wird dem Wärmeaustauscher E das unter Druck stehende Kältemittelgemisch zugeführt und im Wärmeaustauscher E verflüssigt und unterkühlt. Über Leitung 2 wird das unterkühlte Kältemittelgemisch aus dem Wärmeaustauscher E abgezogen und in der Entspannungsvorrichtung 3, bei der es sich um ein Ventil oder um eine Entspannungsturbine handelt, entspannt bzw. kälteleistend entspannt.
[0029] Anschließend wird das Kältemittelgemisch im Wärmeaustauscher E nunmehr - im Gegensatz zu den zum Stand der Technik zählenden Verflüssigungsverfahren - erfindungsgemäß lediglich soweit verdampft, dass es am Ausgang des Wärmeaustauschers E eine Restflüssigkeit von etwa einem Prozent bis etwa zehn Prozent, vorzugsweise von etwa fünf Prozent, aufweist.
[0030] Dieses Zweiphasengemisch wird über Leitung 4 einem Abscheider D zugeführt. Am Kopf des Abscheiders D wird über Leitung 5 die Gasfraktion des Kältemittelgemisches abgezogen und mittels des kaltansaugenden, ein- oder mehrstufigen Verdichters V auf den gewünschten Kreislaufdruck verdichtet.
[0031] Die Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches wird aus dem Sumpf des Abscheiders D über Leitung 6 abgezogen und mittels einer Pumpe P ebenfalls auf den gewünschten Kreislaufdruck gepumpt und anschließend der über Leitung 5 aus dem Abscheider D abgezogenen und verdichteten Gasfraktion des Kältemittelgemisches zugeführt.
[0032] Die in Fig. 1 dargestellte Verfahrensweise eignet sich insbesondere zum Nachrüsten bereits existierender Anlagen.
[0033] Hinsichtlich der in Fig. 2 dargestellten Verfahrensführung bei der Anlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird inhaltlich auf Fig. 1 Bezug genommen.
[0034] Die Verfahrensführung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Verfahrensführung gemäß Fig. 1 dahin gehend, dass die über Leitung 6 aus dem Sumpf des Abscheiders D abgezogene Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches mittels der Pumpe P nicht auf den gewünschten Kreislauf druck gepumpt werden muss; vielmehr ist eine Druckerhöhung ausreichend, die die Druckverluste von Leitung 7, der eigenen (, in Fig. 2 mittleren) Passage des Wärmeaustauschers E, von Leitung 8 und der Entspannungsvorrichtung 9, bei der es sich um ein Ventil handeln kann, kompensiert.
[0035] Diese Verfahrensfühlung hat gegenüber der in der Fig. 1 dargestellten Verfahrensführung den großen Vorteil, dass die zwischen dem Verdichter V und dem Wärmeaustauscher E liegenden Leitungen und Wärmeaustauscher nicht auf etwa 101 Prozent bis etwa 110 Prozent ausgelegt werden müssen und dass die Pumpe P lediglich für eine entsprechend geringere Druckerhöhung auszulegen ist.
[0036] Die Flüssigfraktion wird anschließend über (eine in Vergleich zur Verfahrensführung gemäß Fig. 1 zusätzliche) Leitung 7 dem Wärmeaustauscher E zugeführt und (in einer in Vergleich zur Verfahrensfiihrung gemäß Fig. 1 zusätzlichen Passage) im Wärmeaustauscher E unterkühlt.
[0037] Nach Abzug aus dem Wärmeaustauscher E über (eine in Vergleich zur Verfahrensfiihrung gemäß Fig. 1 zusätzliche) Leitung 8 erfolgt eine geringfügige Entspannung im (in Vergleich zur Verfahrensführung gemäß Fig. 1 zusätzlichen) Ventil 9 auf den Druck der entspannten "Gasfraktion" in Leitung 2', wo die beiden Fraktionen vor der Zuführung in den Wärmeaustauscher E vereinigt werden.
[0038] Die in der Fig. 2 dargestellte Verfahrensweise eignet sich insbesondere für Neuanlagen.
[0039] Mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird nunmehr erreicht, dass aufgrund einer vollständigen Benetzung der Wärmeaustauscherrohre die Bildung von Leckagen vollständig oder zumindest weitestgehend vermieden werden kann, denn es kommt zu einer Vermeidung bzw. zu einer deutlichen Reduzierung von thermischen und akustischen Schwingungen in den Wärmeaustauscherpassagen.

Claims

Ansprüche
[0001] Verfahren zum Verflüssigen, insbesondere durch Vorkühlen oder durch Unterkühlen, eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms, durch mittels mindestens eines Wärmeaustauschers (E) erfolgenden indirekten Wärmeaustausch mit dem Kältemittelgemisch mindestens eines Kältemittelgemischkreislaufs, wobei nach Entspannen (3) das Kältemittelgemisch gegen den zu verflüssigenden kohlenwasserstoffreichen Strom und gegen sich selbst verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, dass die verfahrenstechnische Auslegung derart erfolgt,
- dass zwischen etwa neunzig Prozent und etwa 99 Prozent, vorzugsweise etwa 95 Prozent, des zu verdampfenden Kältemittelgemischstroms verdampfen,
- dass anschließend ein Auftrennen (D — > 5, 6) des teilverdampften Kältemittelgemischstroms in eine Gasfraktion und in eine Flüssigfraktion erfolgt,
- dass die Gasfraktion, insbesondere mittels mindestens eines kaltansaugenden (5) Verdichters (V), auf den gewünschten Enddruck verdichtet wird,
- dass die Flüssigfraktion, insbesondere mittels mindestens einer Pumpe (P), gepumpt wird und
- dass anschließend die Gasfraktion und die Flüssigfraktion vor oder nach dem, insbesondere jeweiligen, Entspannen (3 bzw. 9) vereinigt (1 bzw. 2') werden.
[0002] Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die, insbesondere vor Zuführen (6) zur Pumpe (P) geringfügig unterkühlte, Flüssigfraktion mittels der Pumpe (P)
- auf den gleichen Druck gepumpt wie die Gasfraktion verdichtet (V) wird oder
- auf einen Druck gepumpt wird, durch den
- durch der Flüssigfraktion zugeordnete Leitungen (7, 8),
- durch den Wärmeaustauscher (E), insbesondere durch mindestens eine eigene und/oder separate Passage des Wärmeaustauschers (E), und/oder
- durch mindestens eine der Flüssigfraktion zugeordnete Entspannungsvorrichtung (9), insbesondere durch mindestens ein Ventil, bedingte Druckverluste zumindest in etwa kompensiert werden.
[0003] Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigfraktion
- nach dem Pumpen (P) getrennt von der Gasfraktion dem Wärmeaustauscher (E), insbesondere der eigenen und/oder separaten Passage des Wärmeaustauschers (E), zugeführt (7) wird,
- im Wärmeaustauscher (E), insbesondere in der eigenen und/oder separaten Passage des Wärmeaustauschers (E), getrennt von der Gasfraktion unterkühlt wird,
- nach Abzug (8) aus dem Wärmeaustauscher (E), insbesondere aus der eigenen und/oder separaten Passage des Wärmeaustauschers (E), getrennt von der Gasfraktion mittels der der Flüssigfraktion zugeordneten Entspannungsvorrichtung (9), insbesondere geringfügig, auf in etwa den Druck der mittels mindestens einer der Gasfraktion zugeordneten Entspannungsvorrichtung (3), insbesondere mittels mindestens eines Ventils oder mittels mindestens einer Entspannungsturbine, entspannten Gasfraktion entspannt wird und
- vor Zuführen (2') zum Wärmeaustauscher (E) mit der entspannten (3) Gasfraktion vereinigt wird.
[0004] Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens zwei Kältemittelgemischkreisläufe zur Anwendung kommen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelgemischkreisläufe hintereinander und/oder kaskadenförmig angeordnet sind.
[0005] Anlage zum Verflüssigen, insbesondere durch Vorkühlen oder durch Unterkühlen, eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms, aufweisend
- mindestens einen Wärmeaustauscher (E), insbesondere mindestens einen gewickelten Wärmetauscher und/oder mindestens einen Plattentauscher, zum Verflüssigen des kohlenwasserstoffreichen Stroms gegen ein Kältemittelgemisch mindestens eines Kältemittelgemischkreislaufs und
- mindestens eine Entspannungsvorrichtung (3), insbesondere mindestens ein Ventil oder mindestens eine Entspannungsturbine, zum, insbesondere kälteleistenden, Entspannen des Kältemittelgemisches, gekennzeichnet durch
- ein nach dem Entspannen (3 bzw. 9) erfolgendes Verdampfen von zwischen etwa neunzig Prozent und etwa 99 Prozent, vorzugsweise von etwa 95 Prozent, des Kältemittelgemischstroms gegen den zu verflüssigenden kohlenwasserstoffreichen Strom und gegen sich selbst,
- mindestens einen Abscheider (D) zum Auftrennen (5, 6) des teilverdampften Kältemittelgemischstroms in eine Gasfraktion und in eine Flüssigfraktion,
- mindestens einen, insbesondere kaltansaugenden (5), Verdichter (V) zum Verdichten der Gasfraktion auf den gewünschten Enddruck,
- mindestens eine Pumpe (P) zum Abziehen (6) der Flüssigfraktion aus dem Abscheider (D), insbesondere aus dem Sumpf des Abscheiders (D), und
- ein anschließendes Vereinigen (1 bzw. 2') der Gasfraktion und der Flüssigfraktion vor oder nach dem, insbesondere separaten, Entspannen (3 bzw. 9). [0006] Anlage gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (P) zum
Pumpen der Flüssigfraktion
- auf den gleichen Druck wie die Gasfraktion oder
- auf einen Druck ausgelegt ist, durch den
- durch der Flüssigfraktion zugeordnete Leitungen (7, 8),
- durch den Wärmeaustauscher (E), insbesondere durch mindestens eine eigene und/oder separate Passage des Wärmeaustauschers (E), und/oder
- durch mindestens eine der Flüssigfraktion zugeordnete Entspannungsvorrichtung (9), insbesondere durch mindestens ein Ventil, bedingte Druckverluste zumindest in etwa kompensierbar sind. [0007] Anlage gemäß Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch
- ein getrennt von der Gasfraktion hinter der Pumpe (P) erfolgendes Zuführen (7) der Flüssigfraktion zum Wärmeaustauscher (E), insbesondere zur eigenen und/ oder separaten Passage des Wärmeaustauschers (E),
- ein getrennt von der Gasfraktion im Wärmeaustauscher (E), insbesondere in der eigenen und/oder separaten Passage des Wärmeaustauschers (E), erfolgendes Unterkühlen der Flüssigfraktion,
- ein getrennt von der Gasfraktion nach Abzug (8) aus dem Wärmeaustauscher (E), insbesondere aus der eigenen und/oder separaten Passage des Wärmeaustauschers (E), erfolgendes, insbesondere geringfügiges, Entspannen der Flüssigfraktion mittels der der Flüssigfraktion zugeordneten Entspannungsvorrichtung (9) auf in etwa den Druck der mittels der der Gasfraktion zugeordneten Entspannungsvorrichtung (3) entspannten Gasfraktion und
- ein Vereinigen der entspannten (9) Flüssigfraktion mit der entspannten (3) Gasfraktion vor Zuführen (2') zum Wärmeaustauscher (E).
[0008] Anlage gemäß mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens zwei hintereinander und/oder kaskadenförmig angeordnete Kältemittelgemischkreisläufe.
[0009] Verwendung eines Verfahrens gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder mindestens einer Anlage gemäß mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8 beim Verflüssigen, insbesondere durch Vorkühlen oder durch Unterkühlen, eines kohlenwasserstoffreichen Stroms, insbesondere eines Erdgasstroms.
[0010] Verwendung gemäß Anspruch 9 in der L[iquefied]N[atural]G[as]-Technologie, insbesondere beim M[ixed]F[luid]C[ascade]-Prozess, beim C3-M[ixed] R[efrigerant]C[ycle]-Prozess (propane precooled mixed refrigerant process), beim Dual-Flow-M[ixed]R[efrigerant]C[ycle]-Prozess und/oder beim Single- Flow-M[ixed]R[efrigerant]C[ycle]-Prozess.
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