EP3771872A1 - Method and system for providing a natural gas product - Google Patents

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EP3771872A1
EP3771872A1 EP19020456.0A EP19020456A EP3771872A1 EP 3771872 A1 EP3771872 A1 EP 3771872A1 EP 19020456 A EP19020456 A EP 19020456A EP 3771872 A1 EP3771872 A1 EP 3771872A1
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EP
European Patent Office
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methane
temperature level
natural gas
rich fraction
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19020456.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Kamann
Andreas Bub
Lisa KÖPPL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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Priority to RU2020124284A priority patent/RU2020124284A/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for providing a natural gas product according to the respective preambles of the independent claims.
  • Natural gas is a gas mixture of hydrocarbons and other components.
  • the hydrocarbons include primarily methane, but also higher alkanes such as ethane, propane, butane and pentane in typically much smaller quantities.
  • Other components include acid gases such as carbon dioxide and sulfur compounds as well as nitrogen and helium.
  • the higher alkanes are typically obtained from natural gas in the form of a separate natural gas fraction.
  • the natural gas is first dried and "deacidified” by removing the acid gases (English sweetening).
  • the deacidified natural gas is subjected to a demethanization step, a methane-rich fraction and a fraction rich in hydrocarbons having at least two carbon atoms being obtained.
  • the methane-rich fraction is preferably poor in hydrocarbons having at least two carbon atoms and the one
  • the fraction rich in hydrocarbons with at least two carbon atoms is preferably poor in methane.
  • the term “rich” refers in particular to a content of at least 80%, 90%, 95%, 99%, 99.5% or 99.9%, and the term “poor” to a content of at most 20% %, 10%, 5%, 1%, 0.5% or 0.1%.
  • the percentages given herein relate to mol, volume or mass values.
  • the unit "bara” here denotes absolute pressure values in bar) the advantage of a separate refrigerant circuit is questionable, since due to the high feed gas pressure there is a sufficient enthalpy gradient for cold recovery even at higher pressures in the demethanization and therefore the required cold can be supplied by the expansion of the feed gas alone.
  • the methane-rich fraction is already at a higher pressure due to the comparatively high pressure in the demethanization, so that there is a lower shaft power requirement for the product gas compression.
  • the heat of compression of the product gas compression can be extracted from the natural gas product, i.e. the methane-rich fraction, in an aftercooler against a cooling medium, e.g. air or cooling water.
  • a cooling medium e.g. air or cooling water.
  • the aim of the present invention is therefore to provide improved means for cooling a natural gas product in a corresponding context.
  • the temperature of the natural gas product or of the methane-rich fraction can reach high values, for example from 80 to 120 ° C., after compression.
  • the majority of the compression heat can be dissipated by e.g. air cooling
  • the required product gas temperature which is e.g. 20 ° C, may not be achieved with the temperature level of the cooling medium available, especially in the warmer seasons.
  • an additional cooling system is therefore required, e.g. a propane refrigerant circuit, a refrigeration machine, an expander / booster combination and the like.
  • a separate cooling system for the separation ie for the demethanization itself, is not required, since the expansion of the feed gas to the pressure used in the demethanization is already sufficient Cold supplies.
  • an additional cooling system would have to be installed, which would then only be responsible for (post) cooling of the natural gas product after it has been compressed.
  • Such an additional cooling system requires additional machines, for example compressors and / or expanders, which would also have to be installed redundantly in order to ensure the required permanent availability.
  • such an additional cooling system would always have to be designed for the warmest ambient temperature, since this requires the greatest cooling capacity. In the cold season, the cooling system would have to be operated in standby mode and would not be required for operation. At At comparatively moderate ambient temperatures, only a comparatively small amount of cold would be required, ie the cooling system would have to be designed for a corresponding partial load operation.
  • Such flexibility typically requires either the installation of several small cooling units or the "destruction" of energy in a larger unit, since a compressor would have to be operated in recycling mode most of the time.
  • the present invention overcomes these disadvantages by using part of the methane-rich fraction after demethanization for (post) cooling of the natural gas product.
  • the great advantage of this solution is that no additional cooling system has to be installed, which includes the additional machines mentioned.
  • corresponding additional units would possibly also influence the overall system availability.
  • the existing product gas compressor, which is ultimately also used in the context of the present invention for the generation of cold, is installed redundantly in any case, which is why the overall system availability is not influenced.
  • a slight increase in the power requirement of the product gas compressor can be easily coped with by the gas turbines typically used, or a comparatively simple power adjustment is possible.
  • Partial load operation can be implemented largely without loss of energy (as described above for conventional partial load operation) or the installation of additional devices. Redundancy can be ensured by already installed redundant product gas compressors.
  • the present invention proposes a method for providing a natural gas product (English sales gas) in which a component mixture formed using natural gas (feed gas), which contains methane and hydrocarbons with at least two carbon atoms, is subjected to a demethanization step becomes.
  • the component mixture can in particular be natural gas that has previously been subjected to a suitable treatment, especially comprehensive the deacidification already mentioned.
  • the component mixture can be provided at a pressure above 30, 40, 50, 60 or 70 and, for example, up to 100, 150 or 200 bara or higher.
  • a methane-rich fraction (as top product) and a fraction rich in hydrocarbons with at least two carbon atoms (as bottom product) are formed.
  • the natural gas product is formed using at least part of the methane-rich fraction from the demethanization, which is initially still in a cold state.
  • the methane-rich fraction or a corresponding part thereof used to form the natural gas product is heated in one or more heating steps from a first temperature level to a second temperature level, then compressed in one or more compression steps from a first pressure level to a second pressure level, and then again afterwards post-cooled in one or more post-cooling steps.
  • the post-cooling takes place in the classic way with air or cooling water, but this is not sufficient in all cases to achieve the required temperature level.
  • the first temperature level ie the temperature level of the methane-rich fraction or a corresponding part thereof directly after demethanization
  • the second temperature level before compression
  • the first pressure level 20 to 60 bara the first pressure level 20 to 60 bara
  • the second pressure level 40 to 120 bara A temperature level directly after compression and before post-cooling can be 50 to 150 ° C, e.g. 80 to 120 ° C
  • the target temperature level of the natural gas product after post-cooling can be -10 to 40 ° C, e.g. approx. 20 ° C.
  • a coolant flow is used in the mentioned post-cooling step or in at least one of the several mentioned post-cooling steps, which is formed from part of the methane-rich fraction, which is left at the second temperature level or a temperature level below the second temperature level or brought to such a level .
  • a part will in particular "left” at the temperature level below the second temperature level if it is not subjected to the heating step or at least not to all heating steps, if several heating steps are used.
  • a corresponding coolant flow can, however, also be left at the second temperature level in that it is heated, but not compressed. It therefore does not experience any corresponding heating and can therefore be used as a coolant. This is explained immediately below.
  • the coolant flow can first be heated to the second temperature level together with a further part of the methane-rich fraction.
  • the coolant flow can, in particular, be conducted in variable proportions through all the heat exchangers used for heating the methane-rich fraction and thereby cooled accordingly. This is explained in more detail below.
  • part of the methane-rich fraction can be removed from a heat exchanger that is used in the one or more heating steps at a moderately cold temperature level of, for example, -20.degree.
  • This flow which is referred to here as the coolant flow, can be heated in a further heat exchanger in indirect heat exchange against all or part of the remaining methane-rich fraction, which has undergone complete heating and then compression.
  • the natural gas product can be cooled to the required temperature.
  • the correspondingly heated methane-rich gas at lower pressure used for cooling can then be passed to the suction side of the compressor used in the process and in this way mixed and compressed with the rest of the methane-rich fraction.
  • the coolant flow can also be partially or completely guided to the cold side of a first heat exchanger used for heating and thus cooled to the first temperature level or to a temperature level close to it. It is also possible to use different, in particular adjustable, proportions which are only cooled to the moderately cold temperature level and a correspondingly lower temperature level.
  • the heating of the coolant flow increases the power requirement in the compression due to the increased intake temperature only by up to 10%, e.g. by 6 to 7% if an admixture takes place before the compression.
  • This is somewhat less efficient (but, due to the lack of additional rotating units, significantly more reliable and therefore cheaper in terms of production costs) compared to a propane refrigeration machine, and significantly more efficient than a gas expander / booster circuit.
  • the post-cooling step or at least one of the post-cooling steps can include an indirect heat exchange of the coolant flow and all or part of the methane-rich fraction that is used to provide the natural gas product.
  • a part of the methane-rich fraction can also be cooled accordingly and then added to a non-cooled part in order to set the target temperature. In the latter case, there is no indirect heat exchange, but a mixing temperature is set by mixing.
  • the cooling itself can also take place in that the (colder) coolant flow is the entire or part of the (warmer) methane-rich fraction that is used in providing the natural gas product.
  • a mixing temperature can be controlled by setting the corresponding flow rates.
  • the coolant flow can be formed as that part of the methane-rich fraction which is "brought" to the second temperature level or the temperature level below the second temperature level by separating this part from a further part of the methane-rich fraction downstream of the compression step or at least one of the compression stages.
  • the coolant flow is formed by already heated fluid, which is then cooled down again.
  • the coolant stream can be cooled again in the heating step or at least one of the heating steps to which the second fraction or its part, which is used to provide the natural gas product, is subjected and then used to cool the natural gas product.
  • the feed gas for demethanization can be cooled in countercurrent to the natural gas product (i.e. the methane-rich fraction considered here).
  • the natural gas product i.e. the methane-rich fraction considered here.
  • one or more further coolant flows can be used for cooling.
  • the further coolant flow or at least one of the further coolant flows is or are therefore used to provide for the demethanization step.
  • means are provided which are set up to use a coolant flow in the post-cooling step or at least one of the post-cooling steps and to form the coolant flow from a part of the methane-rich fraction that is left at the second temperature level or a temperature level below the second temperature level or is brought to such a temperature level.
  • FIGS. 1 to 4 systems in accordance with preferred embodiments of the present invention are shown in simplified form and are denoted by 100, 200, 300 and 400. As common elements, these systems contain a demethanization column T1, a first and a second heat exchanger E1, E2, a third heat exchanger E3, a fourth heat exchanger E4 and, with the exception of the configuration according to FIG Figure 4 , a fifth heat exchanger E5. There are also an expansion turbine X1 and a compressor C1.
  • Coolant flows which are used in the demethanization column T1 and in the first and second heat exchangers E1 and E2 are marked with a to c. For example, they can include C2 or C3 refrigerants at different pressure levels.
  • a methane-rich fraction 2 and a fraction 3 rich in hydrocarbons with at least two carbon atoms are formed in the demethanization step by rectification in the demethanization column T1, which is operated with the third heat exchanger E3 as a bottom evaporator.
  • Fraction 3 which is rich in hydrocarbons with at least two carbon atoms, is removed from the process and is not considered further here.
  • a natural gas product 4 is formed using at least part of the methane-rich fraction 2, which is heated from a first temperature level to a second temperature level in the first and second heat exchangers E1, E2, which is then compressed from a first pressure level to a second pressure level in the compressor C1 , and which in turn is subsequently cooled in the fourth and fifth heat exchangers E4, E5.
  • a coolant flow 5 is used in the fifth heat exchanger of the system 100, which is formed from a part of the methane-rich fraction 2, which remains at a temperature level below the second temperature level.
  • the coolant stream 5 is separated from a further part of the methane-rich fraction 2 upstream of the heating step in the first heat exchanger E1.
  • the coolant flow is fed to the suction side of the compressor C1.
  • the coolant stream 5 can also be separated from a further part of the methane-rich fraction 2 downstream of the first heat exchanger E1, so that it is at the second temperature level.
  • a further stream 6 can be separated from the pressurized gas downstream of the compressor C1 and the fourth heat exchanger E4 and, after recooling in the first and second heat exchangers E1, E2, is expanded and returned as reflux to the demethanization column T1 in order to increase the yield of ethane or increase higher hydrocarbons.
  • a corresponding stream 5 ' can also be separated off upstream of the heating as a whole, ie directly from the top gas of the demethanization column T1.
  • the advantage of this solution is the higher possible pressure drop in the fifth heat exchanger E5 in the product gas path. Since the overhead temperature of the demethanization column T1 (e.g. approx.
  • a corresponding regulation is possible by setting the portion passed through the first heat exchanger and the second heat exchanger. Because the material flow 5 '''here is cooled directly in the first heat exchanger E1 and / or in the second heat exchanger E2 to the required product gas temperature at the system boundary or to a lower temperature level, no further (fifth) heat exchanger E5 is required for this. Due to the better heat integration of the stream 5 '''in the heat exchangers E1 and E2, the efficiency of the product gas cooling can be further improved, whereby the power requirement of the compressor C1 can be further reduced, for example 5%.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (100-400) zur Bereitstellung eines Erdgasprodukts, bei dem ein unter Verwendung von Erdgas gebildetes Komponentengemisch, das Methan und Kohlenwasserstoffe mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen enthält, einem Demethanisierungsschritt unterworfen wird, worin eine methanreiche Fraktion und eine an an Kohlenwasserstoffen mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen reiche Fraktion gebildet wird, wobei das Erdgasprodukt unter Verwendung zumindest eines Teils der methanreichen Fraktion gebildet wird, der in einem oder mehreren Erwärmungsschritten von einem ersten Temperaturniveau auf ein zweites Temperaturniveau erwärmt wird, der anschließend in einem oder in mehreren Verdichtungsschritten von einem ersten Druckniveau auf ein zweites Druckniveau verdichtet wird, und der anschließend in einem oder mehreren Nachkühlschritten nachgekühlt wird. Es ist vorgesehen, dass in dem Nachkühlschritt oder in zumindest einem der mehreren Nachkühlschritte ein Kühlmittelstrom verwendet wird, der aus einem Teil der methanreichen Fraktion gebildet wird, der auf einem Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus belassen oder auf ein solches Temperaturniveau gebracht wird. Eine entsprechende Anlage ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The present invention relates to a method (100-400) for providing a natural gas product, in which a component mixture formed using natural gas and containing methane and hydrocarbons having at least two carbon atoms is subjected to a demethanization step, in which a methane-rich fraction and a fraction of hydrocarbons With at least two carbon atoms-rich fraction is formed, wherein the natural gas product is formed using at least a portion of the methane-rich fraction, which is heated in one or more heating steps from a first temperature level to a second temperature level, which is then in one or more compression steps of one first pressure level is compressed to a second pressure level, and which is then cooled in one or more after-cooling steps. It is provided that in the post-cooling step or in at least one of the multiple post-cooling steps, a coolant flow is used which is formed from part of the methane-rich fraction that is left at a temperature level below the second temperature level or is brought to such a temperature level. A corresponding system is also the subject of the present invention.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur Bereitstellung eines Erdgasprodukts gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to a method and a system for providing a natural gas product according to the respective preambles of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Bei Erdgas handelt es sich um ein Gasgemisch aus Kohlenwasserstoffen und weiteren Komponenten. Zu den Kohlenwasserstoffen zählen vor allem Methan, aber auch höhere Alkane wie Ethan, Propan, Butan und Pentan in typischerweise deutlich geringeren Mengen. Zu den weiteren Komponenten zählen Sauergase wie Kohlendioxid und Schwefelverbindungen sowie Stickstoff und Helium.Natural gas is a gas mixture of hydrocarbons and other components. The hydrocarbons include primarily methane, but also higher alkanes such as ethane, propane, butane and pentane in typically much smaller quantities. Other components include acid gases such as carbon dioxide and sulfur compounds as well as nitrogen and helium.

Typischerweise werden die höheren Alkane aus dem Erdgas in Form einer separaten Erdgasfraktion gewonnen. Dazu wird das Erdgas zunächst getrocknet und durch Entfernung der Sauergase "entsäuert" (engl. Sweetening). Nach optionalen weiteren Verfahrensschritten wird das entsäuerte Erdgas einem Demethanisierungsschritt unterworfen, wobei eine methanreiche Fraktion und eine an Kohlenwasserstoffen mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen reiche Fraktion erhalten wird.The higher alkanes are typically obtained from natural gas in the form of a separate natural gas fraction. For this purpose, the natural gas is first dried and "deacidified" by removing the acid gases (English sweetening). After optional further process steps, the deacidified natural gas is subjected to a demethanization step, a methane-rich fraction and a fraction rich in hydrocarbons having at least two carbon atoms being obtained.

Entsprechende Prozesse sind in der Fachliteratur umfangreich beschrieben. Es wird z.B. auf den Artikel " Natural Gas" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Online-Veröffentlichung 15. Juli 2006, DOI: 10.1002/14356007.a17_073.pub2 verwiesen. Wird im Folgenden daher auf einen "Demethanisierer" oder eine entsprechende "Demethanisierung" Bezug genommen, so soll hierunter ein fachüblicher Trennschritt verstanden werden, der typischerweise eine Niedertemperaturrektifikation umfasst, und in dem eine methanreiche Fraktion und eine an Kohlenwasserstoffen mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen reiche Fraktion gebildet werden. Die methanreiche Fraktion ist vorzugsweise arm an Kohlenwasserstoffen mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen und die an Kohlenwasserstoffen mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen reiche Fraktion ist vorzugsweise arm an Methan. Der Begriff "reich" bezieht sich in diesem Zusammenhang insbesondere auf einen Gehalt von mindestens 80%, 90%, 95%, 99%, 99,5% oder 99,9%, und der Begriff "arm" auf einen Gehalt von höchstens 20%, 10%, 5%, 1%, 0,5% oder 0,1%. Die hierin angegebenen Prozentsätze beziehen sich auf Mol-, Volumen- oder Massenwerte.Corresponding processes are extensively described in the specialist literature. For example, the article " Natural Gas "in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, online publication July 15, 2006, DOI: 10.1002 / 14356007.a17_073.pub2 referenced. If in the following, therefore, reference is made to a “demethanizer” or a corresponding “demethanization”, this is to be understood as a separation step customary in the art, which typically comprises a low-temperature rectification, and in which a methane-rich fraction and a fraction rich in hydrocarbons with at least two carbon atoms are formed will. The methane-rich fraction is preferably poor in hydrocarbons having at least two carbon atoms and the one The fraction rich in hydrocarbons with at least two carbon atoms is preferably poor in methane. In this context, the term “rich” refers in particular to a content of at least 80%, 90%, 95%, 99%, 99.5% or 99.9%, and the term “poor” to a content of at most 20% %, 10%, 5%, 1%, 0.5% or 0.1%. The percentages given herein relate to mol, volume or mass values.

Herkömmliche Prozesse der genannten Art umfassen typischerweise die Verwendung eines Kältemittelkreislaufs, z.B. umfassend Propan, Propylen oder ein äquivalentes Kältemittel, um insbesondere eine Kühlung des Speise- bzw. Einsatzgases und die Kondensation höherer Kohlenwasserstoffe zu ermöglichen. Dies ermöglicht es, einen vergleichsweise hohen Druck in der Demethanisierung zu verwenden und damit die erforderliche Wellenleistung für die (Nach-)Verdichtung der gewonnenen methanreichen Fraktion, die typischerweise das Hauptprodukt der Anlage ist, entsprechend zu reduzieren.Conventional processes of the type mentioned typically include the use of a refrigerant cycle, e.g. comprising propane, propylene or an equivalent refrigerant, in order to enable, in particular, a cooling of the feed gas and the condensation of higher hydrocarbons. This makes it possible to use a comparatively high pressure in the demethanization and thus to reduce the required shaft power for the (re) compression of the methane-rich fraction obtained, which is typically the main product of the plant.

Bei hohen Speisegasdrücken, z.B. über 70 bara (die Einheit "bara" bezeichnet hier Absolutdruckwerte in bar), ist der Vorteil eines separaten Kältemittelkreislaufs aber fraglich, da aufgrund des hohen Speisegasdrucks auch bei höheren Drücken in der Demethanisierung ein ausreichendes Enthalpiegefälle zur Kältegewinnung vorliegt und daher die erforderliche Kälte alleine durch die Entspannung des Speisegases geliefert werden kann. Auch hier liegt die methanreiche Fraktion durch den vergleichsweise hohen Druck in der Demethanisierung bereits auf einem höheren Druck vor, so dass ein geringerer Wellenleistungsbedarf für die Produktgasverdichtung besteht.At high feed gas pressures, e.g. over 70 bara (the unit "bara" here denotes absolute pressure values in bar), the advantage of a separate refrigerant circuit is questionable, since due to the high feed gas pressure there is a sufficient enthalpy gradient for cold recovery even at higher pressures in the demethanization and therefore the required cold can be supplied by the expansion of the feed gas alone. Here, too, the methane-rich fraction is already at a higher pressure due to the comparatively high pressure in the demethanization, so that there is a lower shaft power requirement for the product gas compression.

Die Kompressionswärme der Produktgasverdichtung kann dem Erdgasprodukt, also der methanreichen Fraktion, in einem Nachkühler gegen ein Kühlmedium, z.B. Luft oder Kühlwasser, entzogen werden. Das bedeutet, dass die Temperatur des Erdgasprodukts nur vom Temperaturniveau des bereitgestellten Kühlmediums abhängig ist. In einigen Fällen kann jedoch, wie nachfolgend erläutert, eine Zieltemperatur mit herkömmlichen Kühlmitteln wie Kühlwasser nicht erreicht werden.The heat of compression of the product gas compression can be extracted from the natural gas product, i.e. the methane-rich fraction, in an aftercooler against a cooling medium, e.g. air or cooling water. This means that the temperature of the natural gas product only depends on the temperature level of the cooling medium provided. However, in some cases, as explained below, a target temperature cannot be achieved with conventional coolants such as cooling water.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, verbesserte Mittel zur Kühlung eines Erdgasprodukts in einem entsprechenden Kontext bereitzustellen.The aim of the present invention is therefore to provide improved means for cooling a natural gas product in a corresponding context.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Anlage mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention proposes a method and a system with the respective features of the independent claims. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims and the description below.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren kann die Temperatur des Erdgasprodukts bzw. der methanreichen Fraktion nach der Verdichtung hohe Werte, beispielsweise von 80 bis 120 °C, erreichen. Zwar kann hierbei der größte Teil der Verdichtungswärme durch z.B. Luftkühlung abgeführt werden, dennoch kann die erforderliche Produktgastemperatur, die z.B. 20 °C beträgt, mit dem Temperaturniveau des vorhandenen Kühlmediums insbesondere in der wärmeren Jahreszeit ggf. nicht erreicht werden.In the processes described above, the temperature of the natural gas product or of the methane-rich fraction can reach high values, for example from 80 to 120 ° C., after compression. Although the majority of the compression heat can be dissipated by e.g. air cooling, the required product gas temperature, which is e.g. 20 ° C, may not be achieved with the temperature level of the cooling medium available, especially in the warmer seasons.

Um ein entsprechendes Erdgasprodukt das ganze Jahr über auf der erforderlichen Temperatur bereitzustellen, ist daher ein zusätzliches Kühlsystem erforderlich, z.B. ein Propan-Kältemittelkreislauf, eine Kältemaschine, eine Expander-/Booster-Kombination und dergleichen. Wenn der Druck des Speisegases aber bereits vergleichsweise hoch ist und beispielsweise bei den erwähnten 70 bara liegt, ist ein separates Kühlsystem für die Trennung, d.h. für die Demethanisierung selbst, nicht erforderlich, da die Entspannung des Speisegases auf den in der Demethanisierung verwendeten Druck bereits ausreichend Kälte liefert.In order to provide a corresponding natural gas product at the required temperature all year round, an additional cooling system is therefore required, e.g. a propane refrigerant circuit, a refrigeration machine, an expander / booster combination and the like. However, if the pressure of the feed gas is already comparatively high and, for example, the above-mentioned 70 bara, a separate cooling system for the separation, ie for the demethanization itself, is not required, since the expansion of the feed gas to the pressure used in the demethanization is already sufficient Cold supplies.

Dies bedeutet, dass in solchen Fällen ein zusätzliches Kühlsystem installiert werden müsste, das dann ausschließlich für die (Nach-)Kühlung des Erdgasprodukts nach dessen Verdichtung zuständig wäre. Ein solches zusätzliches Kühlsystem erfordert zusätzliche Maschinen, z.B. Kompressoren und/oder Expander, die außerdem redundant installiert werden müssten, um die erforderliche Dauerverfügbarkeit sicherzustellen. Darüber hinaus müsste ein solches zusätzliches Kühlsystem stets für die wärmste Umgebungstemperatur ausgelegt sein, da bei dieser die größte Kühlleistung erforderlich ist. In der kalten Jahreszeit müsste das Kühlsystem im Standby-Modus betrieben werden und würde für den Betrieb an sich nicht benötigt. Bei vergleichsweise moderaten Umgebungstemperaturen wäre nur eine vergleichsweise geringe Kältemenge erforderlich, d.h. das Kühlsystem müsste für einen entsprechenden Teillastbetrieb ausgelegt werden. Eine derartige Flexibilität erfordert typischerweise entweder die Installation mehrerer kleiner Kühlaggregate oder aber die "Vernichtung" von Energie in einer größeren Einheit, da hier ein Kompressor die meiste Zeit im Recyclingmodus betrieben werden müsste.This means that in such cases an additional cooling system would have to be installed, which would then only be responsible for (post) cooling of the natural gas product after it has been compressed. Such an additional cooling system requires additional machines, for example compressors and / or expanders, which would also have to be installed redundantly in order to ensure the required permanent availability. In addition, such an additional cooling system would always have to be designed for the warmest ambient temperature, since this requires the greatest cooling capacity. In the cold season, the cooling system would have to be operated in standby mode and would not be required for operation. At At comparatively moderate ambient temperatures, only a comparatively small amount of cold would be required, ie the cooling system would have to be designed for a corresponding partial load operation. Such flexibility typically requires either the installation of several small cooling units or the "destruction" of energy in a larger unit, since a compressor would have to be operated in recycling mode most of the time.

Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile, indem sie einen Teil der methanreichen Fraktion nach der Demethanisierung zur (Nach-)Kühlung des Erdgasprodukts verwendet. Der große Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass kein zusätzliches Kühlsystem installiert werden muss, das unter anderem die erwähnten zusätzlichen Maschinen umfasst. Neben den zusätzlichen Kosten für deren Bereitstellung würden entsprechende zusätzliche Einheiten ggf. auch die Gesamtanlagenverfügbarkeit beeinflussen. Der vorhandene Produktgasverdichter, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung letztlich für die Kältegewinnung mitgenutzt wird, ist ohnehin redundant installiert, weshalb die Gesamtanlagenverfügbarkeit nicht beeinflusst wird. Ein geringfügiger Anstieg des Leistungsbedarfs des Produktgasverdichters kann von den typischerweise verwendeten Gasturbinen problemlos bewältigt werden bzw. ist eine vergleichsweise einfache Leistungsanpassung möglich.The present invention overcomes these disadvantages by using part of the methane-rich fraction after demethanization for (post) cooling of the natural gas product. The great advantage of this solution is that no additional cooling system has to be installed, which includes the additional machines mentioned. In addition to the additional costs for their provision, corresponding additional units would possibly also influence the overall system availability. The existing product gas compressor, which is ultimately also used in the context of the present invention for the generation of cold, is installed redundantly in any case, which is why the overall system availability is not influenced. A slight increase in the power requirement of the product gas compressor can be easily coped with by the gas turbines typically used, or a comparatively simple power adjustment is possible.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist also, nochmals zusammengefasst, keine Installation eines neuen Kältekreislaufs erforderlich. Es ist ferner kein zusätzliches rotierendes und statisches Equipment notwendig im Vergleich zu den alternativen Lösungen. Der Teillastbetrieb kann weitgehend ohne Energieverlust (wie oben für einen herkömmlichen Teillastbetrieb beschrieben) oder die Installation von Zusatzgeräten realisiert werden. Eine Redundanz kann durch bereits installierte redundante Produktgasverdichter sichergestellt werden.According to the present invention, to summarize again, no installation of a new refrigeration circuit is required. Furthermore, no additional rotating and static equipment is necessary compared to the alternative solutions. Partial load operation can be implemented largely without loss of energy (as described above for conventional partial load operation) or the installation of additional devices. Redundancy can be ensured by already installed redundant product gas compressors.

Insgesamt schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen eines Erdgasprodukts (engl. Sales Gas) vor, bei dem ein unter Verwendung von Erdgas gebildetes Komponentengemisch (Speisegas, engl. Feed Gas), das Methan und Kohlenwasserstoffe mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen enthält, einem Demethanisierungsschritt unterworfen wird. Das Komponentengemisch kann insbesondere Erdgas sein, das zuvor einer geeigneten Behandlung unterzogen wurde, insbesondere umfassend die bereits erwähnte Entsäuerung. Das Komponentengemisch kann bei einem Druck über 30, 40, 50, 60 oder 70 und z.B. bis zu 100, 150 oder 200 bara oder höher bereitgestellt werden.Overall, the present invention proposes a method for providing a natural gas product (English sales gas) in which a component mixture formed using natural gas (feed gas), which contains methane and hydrocarbons with at least two carbon atoms, is subjected to a demethanization step becomes. The component mixture can in particular be natural gas that has previously been subjected to a suitable treatment, especially comprehensive the deacidification already mentioned. The component mixture can be provided at a pressure above 30, 40, 50, 60 or 70 and, for example, up to 100, 150 or 200 bara or higher.

Im Demethanisierungsschritt, der mit Hilfe von Rektifikationseinrichtungen, wie sie grundsätzlich aus der Technik bekannt sind, durchgeführt wird, werden eine methanreiche Fraktion (als Kopfprdukt) und eine an Kohlenwasserstoffen mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen reiche Fraktion gebildet (als Sumpfprodukt). Zur Bedeutung des Begriffs "reich" und weiteren Eigenschaften der genannten Fraktionen sei auf die einleitenden Erläuterungen verwiesen. Das Erdgasprodukt wird unter Verwendung zumindest eines Teils der methanreichen Fraktion aus der Demethanisierung gebildet, der zunächst noch in kaltem Zustand vorliegt. Die methanreiche Fraktion oder ein entsprechender, zur Bildung des Erdgasprodukts verwendeter Teil davon wird in einem oder mehreren Erwärmungsschritten von einem ersten Temperaturniveau auf ein zweites Temperaturniveau erwärmt, anschließend in einem oder mehreren Verdichtungsschritten von einem ersten Druckniveau auf ein zweites Druckniveau verdichtet, und wiederum hieran anschließend in einem oder mehreren Nachkühlschritten nachgekühlt. Wie bereits erwähnt, erfolgt die Nachkühlung klassisch mit Luft oder Kühlwasser, was aber nicht in allen Fällen ausreicht, um ein erforderliches Temperaturniveau zu erreichen.In the demethanization step, which is carried out with the aid of rectification devices, as they are basically known from the art, a methane-rich fraction (as top product) and a fraction rich in hydrocarbons with at least two carbon atoms (as bottom product) are formed. For the meaning of the term “rich” and other properties of the fractions mentioned, reference is made to the introductory explanations. The natural gas product is formed using at least part of the methane-rich fraction from the demethanization, which is initially still in a cold state. The methane-rich fraction or a corresponding part thereof used to form the natural gas product is heated in one or more heating steps from a first temperature level to a second temperature level, then compressed in one or more compression steps from a first pressure level to a second pressure level, and then again afterwards post-cooled in one or more post-cooling steps. As already mentioned, the post-cooling takes place in the classic way with air or cooling water, but this is not sufficient in all cases to achieve the required temperature level.

Insbesondere können das erste Temperaturniveau (d.h. das Temperaturniveau der methanreichen Fraktion oder eines entsprechenden Teils hiervon direkt nach der Demethanisierung) -110 °C bis -90 °C, das zweite Temperaturniveau (vor der Verdichtung) -30 bis 60 °C, das erste Druckniveau 20 bis 60 bara und das zweite Druckniveau 40 bis 120 bara betragen. Ein Temperaturniveau direkt nach der Verdichtung und vor der Nachkühlung kann 50 bis 150 °C, z.B. 80 bis 120 °C, und das Zieltemperaturniveau des Erdgasprodukts nach der Nachkühlung kann -10 bis 40 °C, z.B. ca. 20 °C, betragen.In particular, the first temperature level (ie the temperature level of the methane-rich fraction or a corresponding part thereof directly after demethanization) -110 ° C to -90 ° C, the second temperature level (before compression) -30 to 60 ° C, the first pressure level 20 to 60 bara and the second pressure level 40 to 120 bara. A temperature level directly after compression and before post-cooling can be 50 to 150 ° C, e.g. 80 to 120 ° C, and the target temperature level of the natural gas product after post-cooling can be -10 to 40 ° C, e.g. approx. 20 ° C.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in dem genannten Nachkühlschritt oder in mindestens einem der mehreren genannten Nachkühlschritte ein Kühlmittelstrom verwendet, der aus einem Teil der methanreichen Fraktion gebildet wird, welcher auf dem zweiten Temperaturniveau oder einem Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus belassen oder auf ein solches gebracht wird. Ein solcher Teil wird insbesondere dann auf dem Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus "belassen", wenn er nicht dem Erwärmungsschritt oder zumindest nicht allen Erwärmungsschritten, falls mehrere Erwärmungsschritte verwendet werden, unterworfen wird. Ein entsprechender Kühlmittelstrom kann aber auch bei dem zweiten Temperaturniveau belassen werden, indem er zwar erwärmt, aber nicht mit verdichtet wird. Er erfährt daher keine entsprechende Erwärmung und kann daher als Kühlmittel verwendet werden Dies wird unmittelbar nachfolgend erläutert. Ein solcher Teil wird dagegen, wenn er zuvor bereits weiter erwärmt wurde, durch eine erneute Abkühlung auf ein Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus "gebracht". In solchen Fällen kann zunächst eine Erwärmung des Kühlmittelstroms zusammen mit einem weiteren Teil der methanreichen Fraktion auf das zweite Temperaturniveau durchgeführt werden. Der Kühlmittelstrom kann dabei je nach der benötigten Produkttemperatur in insbesondere variablen Anteilen durch sämtliche zur Erwärmung der methanreichen Fraktion verwendete Wärmetauscher geführt und dabei entsprechend abgekühlt werden. Dies wird weiter unten näher erläutert.According to the present invention, a coolant flow is used in the mentioned post-cooling step or in at least one of the several mentioned post-cooling steps, which is formed from part of the methane-rich fraction, which is left at the second temperature level or a temperature level below the second temperature level or brought to such a level . Such a part will in particular "left" at the temperature level below the second temperature level if it is not subjected to the heating step or at least not to all heating steps, if several heating steps are used. A corresponding coolant flow can, however, also be left at the second temperature level in that it is heated, but not compressed. It therefore does not experience any corresponding heating and can therefore be used as a coolant. This is explained immediately below. On the other hand, if such a part has already been further heated, it is "brought" to a temperature level below the second temperature level by a renewed cooling. In such cases, the coolant flow can first be heated to the second temperature level together with a further part of the methane-rich fraction. Depending on the required product temperature, the coolant flow can, in particular, be conducted in variable proportions through all the heat exchangers used for heating the methane-rich fraction and thereby cooled accordingly. This is explained in more detail below.

So kann beispielsweise ein Teil der methanreichen Fraktion vor einem Wärmetauscher, der in dem einen oder den mehreren Erwärmungsschritten verwendet wird, bei einem mäßig kalten Temperaturniveau um z.B. -20°C entnommen werden. Dieser Strom, der hier als Kühlmittelstrom bezeichnet wird, kann in einem weiteren Wärmetauscher im indirekten Wärmeaustausch gegen die gesamte oder einen Teil der restlichen methanreichen Fraktion, die die vollständige Erwärmung und dann die Verdichtung erfahren hat, erwärmt werden. Auf diese Weise kann das Erdgasprodukt auf die erforderliche Temperatur abgekühlt werden. Das zur Kühlung verwendete, entsprechend erwärmte methanreiche Gas auf niedrigerem Druck kann danach zur Saugseite des im Verfahren verwendeten Verdichters geleitet und auf diese Weise mit dem Rest der methanreichen Fraktion vermischt und verdichtet werden. Der Kühlmittelstrom kann aber, wie erwähnt, auch teilweise oder vollständig bis zur kalten Seite eines ersten, zur Erwärmung verwendeten Wärmetauschers geführt und damit auf das erste Temperaturniveau oder auf ein nahe bei diesem liegendes Temperaturniveau abgekühlt werden. Auch eine Verwendung unterschiedlicher, insbesondere einstellbarer, Anteile, die nur auf das mäßig kalte Temperaturniveau und ein entsprechendes tieferes Temperaturniveau abgekühlt werden, ist möglich.For example, part of the methane-rich fraction can be removed from a heat exchanger that is used in the one or more heating steps at a moderately cold temperature level of, for example, -20.degree. This flow, which is referred to here as the coolant flow, can be heated in a further heat exchanger in indirect heat exchange against all or part of the remaining methane-rich fraction, which has undergone complete heating and then compression. In this way the natural gas product can be cooled to the required temperature. The correspondingly heated methane-rich gas at lower pressure used for cooling can then be passed to the suction side of the compressor used in the process and in this way mixed and compressed with the rest of the methane-rich fraction. However, as mentioned, the coolant flow can also be partially or completely guided to the cold side of a first heat exchanger used for heating and thus cooled to the first temperature level or to a temperature level close to it. It is also possible to use different, in particular adjustable, proportions which are only cooled to the moderately cold temperature level and a correspondingly lower temperature level.

In dieser Ausführungsform erhöht die Erwärmung des Kühlmittelstroms den Leistungsbedarf in der Verdichtung aufgrund der erhöhten Ansaugtemperatur nur um bis zu 10%, z.B. um 6 bis 7%, wenn eine Beimischung vor der Verdichtung erfolgt. Dies ist etwas weniger effizient (aber aufgrund des Verzichts auf zusätzliche rotierende Einheiten deutlich zuverlässiger und damit hinsichtlich der Erstellungskosten günstiger) im Vergleich zu einer Propan-Kältemaschine, und deutlich effizienter als ein Gas-Expander-/Boosterkreislauf.In this embodiment, the heating of the coolant flow increases the power requirement in the compression due to the increased intake temperature only by up to 10%, e.g. by 6 to 7% if an admixture takes place before the compression. This is somewhat less efficient (but, due to the lack of additional rotating units, significantly more reliable and therefore cheaper in terms of production costs) compared to a propane refrigeration machine, and significantly more efficient than a gas expander / booster circuit.

Mit anderen Worten kann, wie soeben erwähnt, der Nachkühlschritt oder mindestens einer der Nachkühlschritte einen indirekten Wärmeaustausch des Kühlmittelstroms und der gesamten oder eines Teils der methanreichen Fraktion, die zur Bereitstellung des Erdgasprodukts verwendet wird, beinhalten. Ein Teil der methanreichen Fraktion kann aber auch entsprechend gekühlt und dann einem nicht gekühlten Teil beigemischt werden, um die Solltemperatur einzustellen. In letzterem Fall erfolgt also kein indirekter Wärmetausch, sondern die Einstellung einer Mischtemperatur durch Vermischung.In other words, as just mentioned, the post-cooling step or at least one of the post-cooling steps can include an indirect heat exchange of the coolant flow and all or part of the methane-rich fraction that is used to provide the natural gas product. A part of the methane-rich fraction can also be cooled accordingly and then added to a non-cooled part in order to set the target temperature. In the latter case, there is no indirect heat exchange, but a mixing temperature is set by mixing.

Die soeben getroffenen Erläuterungen nochmals zusammengefasst, und im Sprachgebrauch der Patentansprüche, kann der Kühlmittelstrom also als Teil der methanreichen Fraktion gebildet werden, der auf dem zweiten Temperaturniveau oder dem Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus verbleibt, indem dieser Teil von einem weiteren Teil der methanreichen Fraktion stromauf oder stromab des Erwärmungsschritts oder mindestens einer der Erwärmungsschritte, jedoch vor der Verdichtung, abgetrennt oder abgeteilt wird. Wie bereits erwähnt, kann dies durch Abtrennen dieses Stroms stromaufwärts eines Wärmetauschers oder zumindest stromaufwärts des letzten Wärmetauschers zum Erwärmen verwendeten Wärmetauschers erfolgen. In diesem Fall liegt der Kühlstrom auf einem Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus vor. Er kann aber auch auf dem zweiten Temperaturniveau belassen werden, indem er stromab des oder des letzten zur Erwärmung verwendeten Wärmetauschers abgezweigt wird. Dieser Kühlstrom kann, wie erwähnt, nach dem indirekten Wärmeaustausch einem weiteren Teil der methanreichen Fraktion stromauf der einen oder mehreren Verdichtungsstufen beigemischt werden.The explanations just made, summarized again, and in the parlance of the patent claims, the coolant flow can thus be formed as part of the methane-rich fraction that remains at the second temperature level or the temperature level below the second temperature level by separating this part from another part of the methane-rich fraction upstream or downstream of the heating step or at least one of the heating steps, but before the compression, is separated or partitioned. As already mentioned, this can be done by separating this flow upstream of a heat exchanger or at least upstream of the last heat exchanger used for heating. In this case, the cooling flow is at a temperature level below the second temperature level. However, it can also be left at the second temperature level by branching off downstream of the last heat exchanger or the last heat exchanger used for heating. As mentioned, this cooling flow can, after the indirect heat exchange, be admixed with a further part of the methane-rich fraction upstream of the one or more compression stages.

Die Kühlung selbst kann jedoch nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch dadurch erfolgen, dass der (kältere) Kühlmittelstrom der gesamten oder einem Teil der (wärmeren) methanreichen Fraktion, die bei der Bereitstellung des Erdgasprodukts verwendet wird, beigemischt wird. Eine Mischtemperatur kann durch Einstellen der entsprechenden Mengenströme gesteuert werden.However, according to one embodiment of the present invention, the cooling itself can also take place in that the (colder) coolant flow is the entire or part of the (warmer) methane-rich fraction that is used in providing the natural gas product. A mixing temperature can be controlled by setting the corresponding flow rates.

Der Kühlmittelstrom kann als der Teil der methanreichen Fraktion gebildet werden, der auf das zweite Temperaturniveau oder das Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus "gebracht" wird, indem dieser Teil von einem weiteren Teil der methanreichen Fraktion stromab des Verdichtungsschritts oder mindestens einer der Verdichtungsstufen abgetrennt wird. In diesem Fall wird der Kühlmittelstrom also durch bereits erwärmtes Fluid gebildet, das danach wieder abgekühlt wird.The coolant flow can be formed as that part of the methane-rich fraction which is "brought" to the second temperature level or the temperature level below the second temperature level by separating this part from a further part of the methane-rich fraction downstream of the compression step or at least one of the compression stages. In this case, the coolant flow is formed by already heated fluid, which is then cooled down again.

In dieser Ausführungsform kann der Kühlmittelstrom im Erwärmungsschritt oder mindestens einem der Erwärmungsschritte, dem die zweite Fraktion oder ihr Teil, der zur Bereitstellung des Erdgasprodukts verwendet wird, ausgesetzt ist, erneut abgekühlt und danach zur Abkühlung des Erdgasprodukts verwendet werden.In this embodiment, the coolant stream can be cooled again in the heating step or at least one of the heating steps to which the second fraction or its part, which is used to provide the natural gas product, is subjected and then used to cool the natural gas product.

Wie allgemein bekannt, kann das Speisegas für die Demethanisierung im Gegenstrom zum Erdgasprodukt (also zur hier betrachteten methanreichen Fraktion), gekühlt werden. Neben dem Erdgasprodukt können dabei ein oder mehrere weitere Kühlmittelströme zur Kühlung verwendet werden. Der weitere Kühlmittelstrom oder mindestens einer der weiteren Kühlmittelströme wird oder werden also zur Bereitstellung für den Demethanisierungsschritt verwendet.As is well known, the feed gas for demethanization can be cooled in countercurrent to the natural gas product (i.e. the methane-rich fraction considered here). In addition to the natural gas product, one or more further coolant flows can be used for cooling. The further coolant flow or at least one of the further coolant flows is or are therefore used to provide for the demethanization step.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Anlage, die dafür eingerichtet ist, ein Verfahren zur Gewinnung eines Erdgasprodukts durchzuführen, wobei die Vorrichtung dafür eingerichtet ist, ein aus Erdgas gebildetes Komponentengemisch, das Methan und Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen umfasst, einem Demethanisierungsschritt zu unterwerfen, wobei der Demethanisierungsschritt dafür eingerichtet ist, eine methanreiche Fraktion und eine an Kohlenwasserstoffen mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen reiche Fraktion zu bilden, und wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, das Erdgasprodukt unter Verwendung zumindest eines Teils der methanreichen Fraktion zu bilden, dies umfassend eine Erwärmung von einem ersten Temperaturniveau auf ein zweites Temperaturniveau in einem oder mehreren Erwärmungsschritten, anschließend eine Verdichtung von einem ersten Druckniveau auf ein zweites Druckniveau in einem oder mehreren Verdichtungsschritten, und wiederum anschließend eine Nachkühlung in einem oder mehreren Abkühlungsschritten.The present invention also relates to a plant which is set up to carry out a method for obtaining a natural gas product, the device being set up to subject a component mixture formed from natural gas and comprising methane and hydrocarbons having at least two carbon atoms to a demethanization step wherein the demethanization step is arranged to form a methane-rich fraction and a fraction rich in hydrocarbons having at least two carbon atoms, and means are provided which are arranged to form the natural gas product using at least a portion of the methane-rich fraction, comprising heating from a first temperature level to a second temperature level in one or more heating steps, then compression from a first pressure level to a second pressure level in one or more Compression steps, and then in turn an after-cooling in one or more cooling steps.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Mittel vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, in dem Nachkühlschritt oder zumindest einem der Nachkühlschritte einen Kühlmittelstrom zu verwenden und den Kühlmittelstrom aus einem Teil der methanreichen Fraktion zu bilden, der auf dem zweiten Temperaturniveau oder einem Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus belassen oder auf ein solches Temperaturniveau gebracht wird.According to the present invention, means are provided which are set up to use a coolant flow in the post-cooling step or at least one of the post-cooling steps and to form the coolant flow from a part of the methane-rich fraction that is left at the second temperature level or a temperature level below the second temperature level or is brought to such a temperature level.

Hinsichtlich weiterer Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die vorzugsweise dafür eingerichtet ist, ein Verfahren wie vorstehend beschrieben in unterschiedlichen Ausführungsformen durchzuführen, wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.With regard to further features and embodiments of the device according to the invention, which is preferably set up to carry out a method as described above in different embodiments, reference is made to the above statements.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, die bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung veranschaulichen.The invention will now be further explained with reference to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the invention.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

  • Abbildung 1 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Anlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. illustration 1 Figure 3 shows a simplified schematic diagram of a plant in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • Abbildung 2 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Anlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 2 Figure 3 shows a simplified schematic diagram of a plant in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • Abbildung 3 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Anlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 3 Figure 3 shows a simplified schematic diagram of a plant in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • Abbildung 4 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Anlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 4 Figure 3 shows a simplified schematic diagram of a plant in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

In den Figuren sind funktional oder baulich einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angesprochen. Nur aus Gründen der Übersichtlichkeit entfallen dabei wiederholte Erläuterungen. Werden nachfolgend erfindungsgemäße Anlagen erläutert, gelten die Erläuterungen in gleicher Weise auch für die entsprechenden Verfahren und umgekehrt.In the figures, elements which correspond to one another functionally or structurally are addressed with identical reference symbols. Repeated explanations are omitted for the sake of clarity. Are hereinafter inventive Annexes explained, the explanations apply in the same way to the corresponding procedures and vice versa.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Abbildungen 1 bis 4 sind Anlagen gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vereinfacht schematisch dargestellt und mit 100, 200, 300 und 400 bezeichnet. Als gemeinsame Elemente beinhalten diese Anlagen eine Demethanisierungskolonne T1, einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher E1, E2, einen dritten Wärmetauscher E3, einen vierten Wärmetauscher E4 und, mit Ausnahme der Ausgestaltung gemäß Figur 4, einen fünften Wärmetauscher E5. Darüber hinaus sind eine Expansionsturbine X1 und ein Verdichter C1 vorhanden.In FIGS. 1 to 4, systems in accordance with preferred embodiments of the present invention are shown in simplified form and are denoted by 100, 200, 300 and 400. As common elements, these systems contain a demethanization column T1, a first and a second heat exchanger E1, E2, a third heat exchanger E3, a fourth heat exchanger E4 and, with the exception of the configuration according to FIG Figure 4 , a fifth heat exchanger E5. There are also an expansion turbine X1 and a compressor C1.

In allen Fällen wird ein aus Erdgas gebildetes Komponentengemisch 1, das Methan und Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen umfasst, nach dem Abkühlen im ersten und zweiten Wärmetauscher E1 und E2 und nach teilweiser Expansion in der Expansionsturbine X1, wie in allen Figuren dargestellt, einem Demethanisierungsschritt in der Demethanisierungskolonne T1 unterzogen. Kühlmittelströme, die in der Demethanisierungskolonne T1 und im ersten und zweiten Wärmetauscher E1 und E2 verwendet werden, sind mit a bis c gekennzeichnet. Sie können z.B. C2- oder C3-Kältemittel auf unterschiedlichen Druckniveaus umfassen.In all cases, a component mixture 1 formed from natural gas, which comprises methane and hydrocarbons with at least two carbon atoms, after cooling in the first and second heat exchangers E1 and E2 and after partial expansion in the expansion turbine X1, as shown in all figures, is a demethanization step in subjected to the demethanization column T1. Coolant flows which are used in the demethanization column T1 and in the first and second heat exchangers E1 and E2 are marked with a to c. For example, they can include C2 or C3 refrigerants at different pressure levels.

Im Demethanisierungsschritt wird, wie bereits erwähnt, eine methanreiche Fraktion 2 und eine an Kohlenwasserstoffen mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen reiche Fraktion 3 durch Rektifikation in der Demethanisierungskolonne T1 gebildet, die mit dem dritten Wärmetauscher E3 als Sumpfverdampfer betrieben wird. Die an Kohlenwasserstoffen mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen reiche Fraktion 3 wird aus dem Verfahren ausgeführt und hier nicht weiter betrachtet.As already mentioned, a methane-rich fraction 2 and a fraction 3 rich in hydrocarbons with at least two carbon atoms are formed in the demethanization step by rectification in the demethanization column T1, which is operated with the third heat exchanger E3 as a bottom evaporator. Fraction 3, which is rich in hydrocarbons with at least two carbon atoms, is removed from the process and is not considered further here.

Ein Erdgasprodukt 4 wird unter Verwendung mindestens eines Teils der methanreichen Fraktion 2 gebildet, der von einem ersten Temperaturniveau auf ein zweites Temperaturniveau im ersten und zweiten Wärmetauscher E1, E2 erwärmt wird, der anschließend von einem ersten Druckniveau auf ein zweites Druckniveau im Verdichter C1 komprimiert wird, und der wiederum anschließend im vierten und fünften Wärmetauscher E4, E5 nachgekühlt wird.A natural gas product 4 is formed using at least part of the methane-rich fraction 2, which is heated from a first temperature level to a second temperature level in the first and second heat exchangers E1, E2, which is then compressed from a first pressure level to a second pressure level in the compressor C1 , and which in turn is subsequently cooled in the fourth and fifth heat exchangers E4, E5.

Gemäß Figur 1 wird im fünften Wärmetauscher der Anlage 100 ein Kühlmittelstrom 5 verwendet, der aus einem Teil der methanreichen Fraktion 2 gebildet wird, der auf einem Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus verbleibt. Der Kühlmittelstrom 5 wird von einem weiteren Teil der methanreichen Fraktion 2 stromaufwärts des Erwärmungsschritts in dem ersten Wärmetauscher E1 abgetrennt. Nach dem Erwärmen im fünften Wärmetauscher 5 wird der Kühlmittelstrom der Saugseite des Verdichters C1 zugeführt. Alternativ, aber hier nicht gesondert veranschaulicht, kann der Kühlmittelstrom 5 von einem weiteren Teil der methanreichen Fraktion 2 auch stromab des ersten Wärmetauschers E1 abgetrennt werden, so dass dieser auf dem zweiten Temperaturniveau vorliegt.According to Figure 1 a coolant flow 5 is used in the fifth heat exchanger of the system 100, which is formed from a part of the methane-rich fraction 2, which remains at a temperature level below the second temperature level. The coolant stream 5 is separated from a further part of the methane-rich fraction 2 upstream of the heating step in the first heat exchanger E1. After the heating in the fifth heat exchanger 5, the coolant flow is fed to the suction side of the compressor C1. Alternatively, but not separately illustrated here, the coolant stream 5 can also be separated from a further part of the methane-rich fraction 2 downstream of the first heat exchanger E1, so that it is at the second temperature level.

Ein weiterer Strom 6 kann vom Druckgas stromab des Verdichters C1 und des vierten Wärmetauschers E4 abgetrennt werden und wird nach einer Rückkühlung im ersten und zweiten Wärmetauscher E1, E2 entspannt und als Rückfluss in die Demethanisierungskolonne T1 zurückgeführt, um auf diese Weise die Ausbeute von Ethan bzw. höheren Kohlenwasserstoffen zu erhöhen.A further stream 6 can be separated from the pressurized gas downstream of the compressor C1 and the fourth heat exchanger E4 and, after recooling in the first and second heat exchangers E1, E2, is expanded and returned as reflux to the demethanization column T1 in order to increase the yield of ethane or increase higher hydrocarbons.

Wie für die Anlage 200 gemäß Figur 2 dargestellt, kann anstelle der Abtrennung eines Teils der methanreichen Fraktion stromauf des ersten Wärmetauschers E1 ein entsprechender Strom 5' auch stromauf der Erwärmung insgesamt, d.h. direkt vom Kopfgas der Demethanisierungskolonne T1 abgetrennt werden. Der Vorteil dieser Lösung besteht im höheren möglichen Druckgefälle im fünften Wärmetauscher E5 im Produktgasweg. Da die Überkopftemperatur der Demethanisierungskolonne T1 (z.B. ca. -100 °C) typischerweise deutlich niedriger ist als die erforderliche Produktgastemperatur an der Anlagengrenze, wird vorteilhafterweise nur ein Teil des warmen Hochdruckproduktgases bzw. der methanreichen Fraktion stromab der Verdichtung im Verdichter C1 zum fünften Wärmetauscher E5 geleitet und dort auf ein niedrigeres Temperaturniveau als erforderlich abgekühlt. Eine Zieltemperatur kann durch Mischen mit dem restlichen warmen Produktgas eingestellt werden. Dies kann bei der Auslegung des fünften Wärmetauschers E5 vorteilhafter sein, da, weil nicht der gesamte Produktstrom zum Wärmetauscher geleitet werden muss, dieser deutlich kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden kann.As for Appendix 200 according to Figure 2 shown, instead of separating off part of the methane-rich fraction upstream of the first heat exchanger E1, a corresponding stream 5 'can also be separated off upstream of the heating as a whole, ie directly from the top gas of the demethanization column T1. The advantage of this solution is the higher possible pressure drop in the fifth heat exchanger E5 in the product gas path. Since the overhead temperature of the demethanization column T1 (e.g. approx. -100 ° C) is typically significantly lower than the required product gas temperature at the system boundary, advantageously only part of the warm high-pressure product gas or the methane-rich fraction is downstream of the compression in compressor C1 to the fifth heat exchanger E5 passed and cooled there to a lower temperature level than necessary. A target temperature can be set by mixing with the remaining warm product gas. This can be more advantageous when designing the fifth heat exchanger E5, since because the entire product flow does not have to be conducted to the heat exchanger, it can be designed to be significantly smaller and more cost-effective.

Alternativ kann, wie für die Anlage 300 gemäß Figur 3 dargestellt, der Kühlmittelstrom, hier mit 5" bezeichnet, in Form einer Mischung aus Stoffströmen 5 und 5', die bereits zu den Figuren 1 und 2 erläutert wurden, gebildet werden. Hierbei kann eine Temperatur des Kühlmittelstroms 5" besonders flexibel eingestellt werden.Alternatively, as for the system 300 according to Figure 3 shown, the coolant flow, here denoted by 5 ″, in the form of a mixture of material flows 5 and 5 ', which already belong to the Figures 1 and 2 have been explained. Here, a temperature of the coolant flow 5 ″ can be set particularly flexibly.

In einer weiteren Alternative, wie für die Anlage 400 gemäß Figur 4 dargestellt, kann komprimiertes Produktgas in Form eines Stoffstroms 5''' teilweise oder vollständig zurück in den kalten Teil der Anlage geleitet und im ersten Wärmetauscher E1 und/oder im zweiten Wärmetauscher E2 abgekühlt werden, um auf diese Weise die erforderliche Temperatur zur Nachkühlung des Produktgases zu erzielen. Auch hier ist eine entsprechende Regelung durch Einstellen des durch den ersten Wärmetauscher und den zweiten Wärmetauscher geführten Anteils möglich. Weil hier der Stoffstrom 5''' direkt im ersten Wärmetauscher E1 und/oder im zweiten Wärmetauscher E2 auf die erforderliche Produktgastemperatur an der Anlagengrenze oder auf ein niedrigeres Temperaturniveau gekühlt wird, ist hierzu kein weiterer (fünfter) Wärmetauscher E5 erforderlich. Durch die bessere Wärmeintegration des Stromes 5''' in den Wärmetauschern E1 und E2 kann die Effizienz der Produktgaskühlung weiter verbessert werden, wodurch der Leistungsbedarf des Verdichters C1 weiter gesenkt werden kann, z.B. 5%.In a further alternative, as for the system 400 according to Figure 4 shown, compressed product gas in the form of a material flow 5 '''partially or completely returned to the cold part of the system and cooled in the first heat exchanger E1 and / or in the second heat exchanger E2 in order to achieve the required temperature for after-cooling the product gas to achieve. Here, too, a corresponding regulation is possible by setting the portion passed through the first heat exchanger and the second heat exchanger. Because the material flow 5 '''here is cooled directly in the first heat exchanger E1 and / or in the second heat exchanger E2 to the required product gas temperature at the system boundary or to a lower temperature level, no further (fifth) heat exchanger E5 is required for this. Due to the better heat integration of the stream 5 '''in the heat exchangers E1 and E2, the efficiency of the product gas cooling can be further improved, whereby the power requirement of the compressor C1 can be further reduced, for example 5%.

Claims (12)

Verfahren (100-400) zur Bereitstellung eines Erdgasprodukts, bei dem ein unter Verwendung von Erdgas gebildetes Komponentengemisch, das Methan und Kohlenwasserstoffe mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen enthält, einem Demethanisierungsschritt unterworfen wird, worin eine methanreiche Fraktion und eine an Kohlenwasserstoffen mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen reiche Fraktion gebildet wird, wobei das Erdgasprodukt unter Verwendung zumindest eines Teils der methanreichen Fraktion gebildet wird, der in einem oder mehreren Erwärmungsschritten von einem ersten Temperaturniveau auf ein zweites Temperaturniveau erwärmt wird, der anschließend in einem oder in mehreren Verdichtungsschritten von einem ersten Druckniveau auf ein zweites Druckniveau verdichtet wird, und der anschließend in einem oder mehreren Nachkühlschritten nachgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nachkühlschritt oder in zumindest einem der mehreren Nachkühlschritte ein Kühlmittelstrom verwendet wird, der aus einem Teil der methanreichen Fraktion gebildet wird, der auf dem zweiten Temperaturniveau oder auf einem Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus belassen oder auf ein solches Temperaturniveau gebracht wird.Process (100-400) for providing a natural gas product, in which a component mixture formed using natural gas and containing methane and hydrocarbons having at least two carbon atoms is subjected to a demethanization step, wherein a fraction rich in methane and a fraction rich in hydrocarbons having at least two carbon atoms is formed, wherein the natural gas product is formed using at least a portion of the methane-rich fraction, which is heated in one or more heating steps from a first temperature level to a second temperature level, which is then in one or more compression steps from a first pressure level to a second pressure level is compressed, and which is then after-cooled in one or more after-cooling steps, characterized in that in the after-cooling step or in at least one of the several after-cooling steps, a coolant flow is used which consists of a m part of the methane-rich fraction is formed, which is left at the second temperature level or at a temperature level below the second temperature level or is brought to such a temperature level. Verfahren (100-300) nach Anspruch 1, bei dem der Nachkühlschritt oder zumindest einer der mehreren Nachkühlschritte einen indirekten Wärmeaustausch des Kühlmittelstroms und der gesamten oder eines Teils der methanreichen Fraktion, die zur Bereitstellung des Erdgasprodukts verwendet wird, umfasst.The method (100-300) according to claim 1, wherein the post-cooling step or at least one of the plurality of post-cooling steps comprises an indirect heat exchange of the coolant flow and all or part of the methane-rich fraction which is used to provide the natural gas product. Verfahren (100-300) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kühlmittelstrom als der Teil der methanreichen Fraktion gebildet wird, der auf dem Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus belassen wird, indem dieser Teil von einem weiteren Teil der methanreichen Fraktion stromauf des Erwärmungsschritts oder zumindest eines der mehreren Erwärmungsschritte abgetrennt wird.The method (100-300) according to claim 1 or 2, wherein the coolant stream is formed as the part of the methane-rich fraction which is left at the temperature level below the second temperature level by removing this part from a further part of the methane-rich fraction upstream of the heating step or at least one of the plurality of heating steps is separated. Verfahren (100-300) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Kühlmittelstrom nach dem indirekten Wärmeaustausch mit einem weiteren Teil der methanreichen Fraktion stromauf der einen oder zumindest einer der mehreren Verdichtungsschritte vereinigt wird.Method (100-300) according to Claim 2 or 3, in which the coolant flow, after the indirect heat exchange, is combined with a further part of the methane-rich fraction upstream of the one or at least one of the several compression steps. Verfahren (400) nach Anspruch 1, bei dem der Kühlmittelstrom als der Teil der methanreichen Fraktion gebildet wird, der auf das Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus gebracht wird, indem dieser Teil von einem weiteren Teil der methanreichen Fraktion stromab des Verdichtungsschritts oder zumindest eines der mehreren Verdichtungsschritte abgetrennt wird.The method (400) according to claim 1, wherein the coolant stream is formed as the part of the methane-rich fraction which is brought to the temperature level below the second temperature level by removing this part from a further part of the methane-rich fraction downstream of the compression step or at least one of the several Compression steps is separated. Verfahren (400) nach Anspruch 5, bei dem der abgetrennte Kühlmittelstrom in dem Erwärmungsschritt oder zumindest einem der mehreren Erwärmungsschritte abgekühlt wird, dem die methanreiche Fraktion oder ihr Teil, der bei der Bereitstellung des Erdgasprodukts verwendet wird, unterworfen wird.The method (400) according to claim 5, wherein the separated coolant stream is cooled in the heating step or at least one of the plurality of heating steps to which the methane-rich fraction or its part used in providing the natural gas product is subjected. Verfahren (400) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Nachkühlschritt oder zumindest einer der mehreren Nachkühlschritte das Mischen des Kühlmittelstroms oder eines Teils hiervon mit der gesamten oder einem Teil der methanreichen Fraktion, die zum Bereitstellen des Erdgasprodukts verwendet wird, umfasst.The method (400) according to claim 5 or 6, wherein the post-cooling step or at least one of the plurality of post-cooling steps comprises mixing the coolant stream or a part thereof with all or part of the methane-rich fraction used to provide the natural gas product. Verfahren (100-400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das unter Verwendung von Erdgas gebildete Komponentengemisch, das Methan und Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen umfasst, in dem Erwärmungsschritt oder zumindest einem der mehreren Erwärmungsschritte abgekühlt wird, dem die methanreiche Fraktion oder der Teil hiervon, der zur Bereitstellung des Erdgasprodukts verwendet wird, unterworfen wird.The method (100-400) according to any one of the preceding claims, wherein the component mixture formed using natural gas, which comprises methane and hydrocarbons having at least two carbon atoms, is cooled in the heating step or at least one of the plurality of heating steps, which the methane-rich fraction or the part of which, which is used to provide the natural gas product, is subject. Verfahren (100-400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in dem Erwärmungsschritt oder in zumindest einem der mehreren Erwärmungsschritte, dem oder denen die methanreiche Fraktion oder der Teil hiervon, der zur Bereitstellung des Erdgasprodukts verwendet wird, unterworfen wird, ein oder mehrere weitere Kühlmittelströme gekühlt wird oder werden.The method (100-400) according to any one of the preceding claims, wherein in the heating step or in at least one of the plurality of heating steps to which the methane-rich fraction or the part thereof that is used to provide the natural gas product is subjected, one or more further coolant flows is or are cooled. Verfahren (100-400) nach Anspruch 9, wobei der weitere Kühlmittelstrom oder zumindest einer der weiteren Kühlmittelströme zum Bereitstellen von Kälte für den Demethanisierungsschritt verwendet wird oder werden.The method (100-400) according to claim 9, wherein the further coolant stream or at least one of the further coolant streams is or are used to provide cold for the demethanization step. Anlage, die dafür eingerichtet ist, ein Verfahren (100-400) zur Bereitstellung eines Erdgasprodukts durchzuführen, wobei die Anlage dafür eingerichtet ist, ein unter Verwendung von Erdgas gebildetes Komponentengemisch, das Methan und Kohlenwasserstoffe mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen umfasst, einem Demethanisierungsschritt zu unterwerfen, wobei der Demethanisierungsschritt dafür eingerichtet ist, eine methanreiche Fraktion und eine an Kohlenwasserstoffen mit zumindest zwei Kohlenstoffatomen reiche Fraktion zu bilden, und wobei die Anlage Mittel aufweist, die dafür eingerichtet sind, das Erdgasprodukt unter Verwendung zumindest eines Teils der methanreichen Fraktion zu bilden, umfassend das Erwärmen von einem ersten Temperaturniveau auf ein zweites Temperaturniveau in einem oder mehreren Erwärmungsschritten, anschließend das Verdichten von einem ersten Druckniveau auf ein zweites Druckniveau in einem oder mehreren Verdichtungsschritten, und wiederum anschließend das Nachkühlen in einem oder mehreren Nachkühlschritten, gekennzeichnet durch Mittel, die dafür eingerichtet sind, in dem Nachkühlschritt oder in zumindest einem der mehreren Nachkühlschritte einen Kühlmittelstrom zu verwenden und den Kühlmittelstrom unter Verwendung eines Teils der methanreichen Fraktion zu bilden, der auf dem zweiten Temperaturniveau oder einem Temperaturniveau unterhalb des zweiten Temperaturniveaus belassen oder auf ein solches gebracht wird.Plant that is set up to carry out a method (100-400) for providing a natural gas product, the plant being set up to subject a component mixture formed using natural gas, which comprises methane and hydrocarbons with at least two carbon atoms, to a demethanization step, wherein the demethanization step is arranged to form a methane-rich fraction and a fraction rich in hydrocarbons having at least two carbon atoms, and wherein the plant comprises means adapted to form the natural gas product using at least a portion of the methane-rich fraction, comprising the Heating from a first temperature level to a second temperature level in one or more heating steps, then the compression from a first pressure level to a second pressure level in one or more compression steps, and then in turn the post-cooling in e in one or more post-cooling steps, characterized by means which are set up to use a coolant flow in the post-cooling step or in at least one of the several post-cooling steps and to form the coolant flow using a portion of the methane-rich fraction which is at the second temperature level or a temperature level below the second temperature level is left or brought to such a level. Vorrichtung nach Anspruch 11, die Mittel aufweist, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet sind.Apparatus according to Claim 11, which has means which are set up to carry out a method according to one of Claims 1 to 10.
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"Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Online-Veröffentlichung", 15 July 2006, article "Natural Gas"

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