EP4230937A1 - Verfahren und anlage zur erzeugung eines verflüssigten kohlenwasserstoffprodukts - Google Patents

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EP4230937A1
EP4230937A1 EP22020072.9A EP22020072A EP4230937A1 EP 4230937 A1 EP4230937 A1 EP 4230937A1 EP 22020072 A EP22020072 A EP 22020072A EP 4230937 A1 EP4230937 A1 EP 4230937A1
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EP
European Patent Office
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refrigerant
heat exchanger
pure substance
exchanger arrangement
pure
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Pending
Application number
EP22020072.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Garthe
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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Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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    • F25J2290/32—Details on header or distribution passages of heat exchangers, e.g. of reboiler-condenser or plate heat exchangers

Definitions

  • the present invention relates to a process and a plant for producing a liquefied hydrocarbon product according to the respective preambles of the independent patent claims.
  • the invention proposes a method and a plant for producing a liquefied hydrocarbon product with the respective features of the independent patent claims. Refinements of the invention are the subject matter of the dependent claims and the following description.
  • the present invention can be used in particular in connection with the liquefaction of natural gas after suitable processing, but is also suitable for the liquefaction of other hydrocarbon mixtures, in particular methane-rich hydrocarbon mixtures with a methane content of more than 80%, or possibly corresponding pure substances.
  • hydrocarbon feeds are referred to generically herein as "hydrocarbon feeds".
  • a hydrocarbon feed is therefore in particular processed natural gas, which does not have to consist exclusively of hydrocarbons, but can also contain nitrogen and other gas components such as noble gases (especially helium).
  • mixed refrigerants made of different hydrocarbon components and nitrogen can be used in natural gas liquefaction.
  • one, two or three mixed refrigerant circuits can be used (single mixed refrigerant, SMR; dual mixed refrigerant, DMR; mixed fluid cascade, MFC).
  • Mixed refrigerant circuits with propane pre-cooling (C3MR) are also known.
  • the present application can relate in particular to the latter case, in which case propane is used as the pure refrigerant.
  • pressure level and “temperature level” to characterize pressures and temperatures, which is intended to express that corresponding pressures and temperatures in a corresponding system do not have to be used in the form of exact pressure or temperature values.
  • pressures and temperatures typically range within certain ranges, for example ⁇ 10% around an average value.
  • Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another. In particular, for example, pressure levels include unavoidable or expected pressure losses. The same applies to temperature levels.
  • a "heat exchanger” for use in the context of the present invention can be of any type which is conventional in the art. It is used for the indirect transfer of heat between at least two fluid flows, e.g. in counterflow to one another. In the latter case, it is a "counterflow heat exchanger".
  • a corresponding heat exchanger can be formed from a single or several heat exchanger sections connected in parallel and/or in series, e.g. from one or more coiled heat exchangers or corresponding sections.
  • a counterflow heat exchanger which can be designed in particular as a (brazed) fin-plate heat exchanger made of aluminum (Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchanger, PFHE; designations according to the German and English edition of ISO 15547-2:3005),
  • heat exchangers are also used, in which a fluid to be cooled is guided in corresponding lines (for example a tube bundle) through a jacket space into which a fluid used for cooling is expanded.
  • a “pure substance refrigerant” is mentioned below, this is to be understood in particular as meaning a refrigerant that has more than 90 mole percent, in particular more than 95 mole percent or more than 99 mole percent, of a single component.
  • the component can in particular be ethylene, ethane, propylene or propane.
  • a “mixed refrigerant” is characterized in particular by the fact that it has a number of components, none of which is contained in a content of more than 80 mole percent, in particular more than 70 mole percent or more than 60 mole percent.
  • the components can be, in particular, nitrogen, methane, ethane, propane, butane and pentane and unsaturated equivalents of these compounds.
  • such a mixed refrigerant can be propane-free or have propane in a content of at most 10 mole percent, in particular at most 5 mole percent or at most 1 mole percent.
  • the present invention proposes a method for producing a liquid hydrocarbon product using a gaseous hydrocarbon feed, in which a pure substance refrigerant circuit operated with a pure substance refrigerant, which has a first heat exchanger arrangement, and a mixed refrigerant cycle operated with a mixed refrigerant, which has a second heat exchanger arrangement, are provided and wherein at least a portion of the hydrocarbon feed is first pre-cooled using the pure refrigerant cycle and then liquefied to the liquid hydrocarbon product using the mixed refrigerant cycle.
  • the pure substance refrigerant partial flows of the pure substance refrigerant at different feed pressure levels and at different Feed-in temperature levels are fed in, with the pure substance partial refrigerant flows being brought to the feed-in pressure levels and feed-in temperature levels by expansion starting from a common pre-expansion pressure level and different pre-expansion temperature levels (these terms are used in particular to refer to the pressure or temperature levels immediately upstream of the expansion, which can take place in particular by means of suitable valves).
  • the pre-expansion temperature levels are selected in such a way that the pure substance partial refrigerant flows are still in the supercooled state at the feed temperature levels.
  • At least part of the mixed refrigerant of the mixed refrigerant circuit is also cooled by means of the pure substance refrigerant circuit.
  • the pre-cooling of the hydrocarbon charge and the refrigerant mixture is carried out in particular by means of two series-connected heat exchangers of the first heat exchanger arrangement in the pure refrigerant circuit. As already expressed in other words, these are cooled by feeding in supercooled pure refrigerant fractions or partial flows at different evaporation pressure levels, the different feed temperature levels. Up to the lowest pressure level, all pure refrigerant fractions or partial flows are supercooled, in particular by the evaporation of the next lower pure refrigerant pressure level or the corresponding pure refrigerant partial flow, to such an extent that the pure refrigerant fractions are still supercooled after their expansion in corresponding valves, with an extent of supercooling being advantageous configurations given below.
  • a partial flow taken from the cold side of the first heat exchanger arrangement can also be further cooled, as explained below, using the mixed refrigerant circuit, so that it is also supercooled after corresponding expansion.
  • the pre-cooling of the hydrocarbon charge and the mixed refrigerant using the first heat exchanger arrangement or the pure substance refrigerant can be carried out within the scope of the present invention, in particular in the supercritical state, in order to avoid the need for a separator between the two heat exchanger arrangements.
  • the cooling (in heat exchanger E7) and the liquefaction (in heat exchanger E8) take place in indirect heat exchange against the refrigerant mixture of a mixed refrigerant circuit. More precisely, the cooling (in heat exchanger E7) takes place in the heat exchange against the fully evaporated mixed refrigerant of the mixed refrigerant circuit.
  • condensed Mixed refrigerant of the mixed refrigerant circuit is pre-cooled by means of a pure substance refrigerant circuit (comprising heat exchangers E1 to E4) and the composition of the mixed refrigerant and/or the compressor discharge pressure of the mixed refrigerant circuit are selected such that the refrigerant mixture is completely liquefied by the pure substance refrigerant circuit.
  • a cooling of the mixture refrigerant in the heat exchangers E1 to E4 above its critical pressure also leads to a single-phase state downstream of the heat exchanger E4.
  • the pure refrigerant circuit includes, among other things, the containers D1 to D5 and the jacket spaces of the heat exchangers E1 to E4.
  • the inventory of pure liquid refrigerant contained therein may represent a safety risk for the entire system.
  • the large devices D1 to D4 and E1 to E4 are usually brought individually to the construction site and cause high installation costs due to the time-consuming assembly.
  • the pure substance refrigerant circuit can be redesigned in such a way that a high degree of prefabrication can be achieved and the liquid inventory of refrigerant is significantly reduced.
  • compact heat exchangers such as plate heat exchangers without phase separators can be used to feed the individual pure refrigerant flows in the pure refrigerant circuit according to one embodiment of the present invention.
  • the footprint of a plate heat exchanger solution for the pure refrigerant circuit decreases significantly compared to traditional solutions using kettle-type heat exchangers.
  • the hydrocarbon inventory in the pure substance refrigerant circuit decreases in the process described. Due to the lower hydrocarbon inventory and due to the fact that plate heat exchangers are usually built in cold boxes with welded flange connections, which significantly reduces the potential for leakage, the entire process can be implemented with less safety-related effort.
  • the pure refrigerant is cooled in the first heat exchanger arrangement, with part of the pure refrigerant substreams being removed from the first heat exchanger arrangement at their pre-expansion temperature levels.
  • the pure component refrigerant flows can be branched off in particular from a common flow of the pure component refrigerant, which is fed to the first heat exchanger arrangement on the warm side, in particular via intermediate removals from the plate heat exchangers used here and between them.
  • part of the pure substance refrigerant cooled in the first heat exchanger arrangement is further cooled in the second heat exchanger arrangement, with the at least one of the pure substance refrigerant partial flows being formed at its pre-expansion temperature level using the pure substance refrigerant further cooled in the second heat exchanger arrangement.
  • a bypass can be used for better controllability of the temperature, as in figure 1 explained.
  • part of the pure refrigerant cooled in the first heat exchanger arrangement can be expanded to obtain a two-phase flow, the two-phase flow being subjected to phase separation to obtain a gas phase and a liquid phase, and the gas phase and the liquid phase then being fed to the first heat exchanger arrangement become.
  • the decoupling of the pure substance refrigerant circuit from the mixed refrigerant circuit and the simpler design of the heat exchanger arrangement used in the latter is also advantageous here.
  • the pure component refrigerant flows are each heated in the first heat exchanger arrangement from the feed temperature level to an extraction temperature level and to the extraction temperature level of the first Removed heat exchanger assembly. In particular, they are vaporized during this heating.
  • the feed-in temperature levels and the removal temperature levels of the pure component refrigerant flows each enclose temperature intervals, with the temperature intervals for the pure component refrigerant flows not overlapping one another. This corresponds in particular to the subcooling already mentioned above due to the evaporation of the respectively next lower pure substance refrigerant pressure level or the corresponding pure substance refrigerant partial flow.
  • the pure component refrigerant streams are jointly fed to compression and condensation after removal from the first heat exchanger arrangement before they are supercooled in the first heat exchanger arrangement, as is known per se in a corresponding pure substance refrigerant circuit.
  • the pure substance refrigerant partial streams are present at the infeed temperature levels in a state that is at least 3 K supercooled, in particular in a state that is at least 5 K, 7 K or 10 K supercooled.
  • plate (fin) heat exchangers can be used in the first heat exchanger arrangement.
  • a pure substance refrigerant circuit denoted overall by 10
  • a heat exchanger arrangement (“first" heat exchanger arrangement) having a first heat exchanger E1 and a second heat exchanger E2
  • a mixed refrigerant circuit denoted overall by 20
  • a third heat exchanger E3 and a fourth heat exchanger E4 (or corresponding Sections of a tube bundle heat exchanger) having a heat exchanger arrangement (“second" heat exchanger arrangement) shown.
  • a hydrocarbon charge in the example shown natural gas NG, is fed via a line 1, if necessary, to a compressor C3 and, in particular, compressed to a supercritical state (see flow point 2).
  • the hydrocarbon charge (see stream point 3) is pre-cooled in the heat exchangers E1 and E2 of the first heat exchanger arrangement (see stream point 4 and 5) and, following this pre-cooling, it is heavily supercooled in the heat exchangers E3 and E4 of the second heat exchanger arrangement (see stream point 6).
  • the pure substance refrigerant of the pure substance refrigerant circuit 10 is liquefied in a condenser E5 and fed to a buffer tank D1 (see current point 11).
  • the liquid pure refrigerant (see current point 12) is then supercooled in a heat exchanger E6 and fed to a heat exchanger E1 (see current point 13).
  • the complete pure substance refrigerant of the pure substance refrigerant circuit 10 is supercooled in the heat exchanger E1 at the highest pressure level (pressure level 1) in the pure substance refrigerant circuit (see current point 14).
  • the first part of stream 14 is expanded via a line 15 and a valve V1 to the second highest pressure in the pure substance refrigerant circuit 10 (pressure level 2, see stream point 16) and then completely evaporated in heat exchanger E1 (see stream point 17).
  • the supercooling of the pure refrigerant flow 16 takes place through the evaporation of the pure refrigerant flow 22 at the next lower pressure level, pressure level 3.
  • the second part of stream 14 (see stream point 20) is further supercooled in heat exchanger E2.
  • a partial flow thereof is withdrawn from the heat exchanger E2 via a line 21 (see flow point 21) and expanded to the third-highest pressure level in a valve V2.
  • the supercooled pure refrigerant 22 is then completely evaporated in the heat exchanger E1, see flow point 23.
  • the pure refrigerant 22 is supercooled by evaporating the pure refrigerant flow 32 at the next lower pressure level, pressure level 4.
  • the remaining portion of the pure refrigerant stream 20 is in turn further supercooled in the heat exchanger E2, see stream point 30.
  • a first partial stream thereof (see stream point 31) is expanded to the fourth pressure level in a valve V3 and fed supercooled into the heat exchanger E2, see stream point 32.
  • This pure refrigerant flow is completely evaporated in the heat exchanger E2, see flow point 33.
  • the pure refrigerant 32 is in turn supercooled by the evaporation of the pure refrigerant flow 44 at the next lower pressure level, pressure level 5.
  • the pure refrigerant flow 40 is further supercooled in the heat exchanger E3, which is located in the mixed refrigerant circuit, see flow point 41, 42 and 43.
  • a bypass around the heat exchanger E3 can be provided for better controllability of the temperature, see flow points 46 and 47 and valves V5A and V5B .
  • the pure refrigerant flow 44 is fed subcooled into the heat exchanger E2 and then completely evaporated in the example shown at the lowest pressure level (pressure level 5), see flow point 45.
  • phase separators allows a targeted and controllable distribution of the liquid and gas phase to the heat exchanger and thus prevents maldistribution and the associated thermal and mechanical stress.
  • these phase separators require a lot of space and usually store a large proportion of the liquid hydrocarbon inventory of the entire refrigerant circuit.
  • the use of phase separators can be used with the one presented here procedures are dispensed with.
  • the space required for a plate exchanger solution designed in this way as a pure substance refrigerant circuit is correspondingly significantly reduced in comparison to conventional kettle-type solutions.
  • the hydrocarbon inventory in the pure substance refrigerant circuit decreases considerably in the process described. Due to the lower hydrocarbon inventory and the fact that plate heat exchangers are typically built in cold boxes with welded flange connections, thus significantly reducing the potential for leakage, the entire process can be built with less safety engineering effort, as discussed above.
  • the entire mixed refrigerant flow 50 is compressed and after-cooled to a supercritical state in the two compressors C2A and C2B and the corresponding aftercoolers E7 and E8, see flow point 51, 52, 53 and 54.
  • the mixed refrigerant flow in the heat exchangers is similar to the hydrocarbon-rich fraction E1 and E2 pre-cooled and then fed into the heat exchanger E3.
  • a separator before the mixed refrigerant flow 56 is fed into the heat exchanger E3 is not required, since the mixed refrigerant flow 56 is supercritical.
  • the pure substance refrigerant stream 40 is not supercooled in the heat exchanger E3 in the mixed refrigerant circuit, but instead is fed into the heat exchanger E2 as a two-phase stream after direct expansion in the valve V4.
  • the pure refrigerant stream 44 must first be separated into a gas phase and a liquid phase in the phase separator D2. It can thus be ensured that the two-phase stream 44 is fed into the heat exchanger E2 in a controlled manner by being divided into the streams 44A and 44B. Incorrect distributions and thermal stresses on the heat exchanger E2 can thus be minimized.

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Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung eines flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts (LNG) wird vorgeschlagen, bei dem ein mit einem Reinstoffkältemittel betriebener Reinstoffkältemittelkreislauf (10), der eine erste Wärmetauscheranordnung (E1, E2) aufweist, und ein mit einem Gemischkältemittel betriebener Gemischkältemittelkreislauf (20), der eine zweite Wärmetauscheranordnung (E3, E4) aufweist, bereitgestellt werden, zumindest ein Teil des Kohlenwasserstoffeinsatzes (NG) zunächst unter Verwendung des Reinstoffkältemittelkreislaufs (10) vorgekühlt und anschließend unter Verwendung des Gemischkältemittelkreislaufs (20) zu dem flüssigen Kohlenwasserstoffprodukt (LNG) verflüssigt wird, in die erste Wärmetauscheranordnung (E1, E2) mehrere Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) des Reinstoffkältemittels auf unterschiedlichen Einspeisedruckniveaus und auf unterschiedlichen Einspeisetemperaturniveaus eingespeist werden, die Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) durch Entspannen ausgehend von einem gemeinsamen Vorentspannungsdruckniveau und unterschiedlichen Vorentspannungstemperaturniveaus auf die Einspeisedruckniveaus und Einspeisetemperaturniveaus gebracht werden, und die Vorentspannungstemperaturniveaus derart gewählt sind, dass die Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) auf den Einspeisetemperaturniveaus in unterkühltem Zustand vorliegen. Eine entsprechende Anlage ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Erzeugung eines verflüssigten Kohlenwasserstoffprodukts gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
    • Hintergrund
  • Verfahren und Anlagen zur Verflüssigung von Erdgas sind bekannt und umfangreich in der Fachliteratur beschrieben, beispielsweise im Artikel "Natural Gas" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlinepublikation 15. Juli 2006, DOI: 10.1002/14356007.a17_073.pub2, insbesondere Abschnitt 3, "Liquefaction", oder bei Wang und Economides, "Advanced Natural Gas Engineering", Gulf Publishing Company 2010, DOI: 10.1016/C2013-0-15532-8, insbesondere Kapitel 6, "Liquefied Natural Gas (LNG)".
  • Aus der US 3,763,658 B2 ist ein Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoffeinsatzes bekannt, das insbesondere bei Erdgasverflüssigungsprozessen Anwendung finden kann. In diesem Verfahren dient ein Gemischkältemittelkreislauf der Verflüssigung und Unterkühlung des Kohlenwasserstoffeinsatzes, während zusätzlich ein Reinstoffkältemittelkreislauf bereitgestellt ist, mittels welchem sowohl der zu verflüssigende Kohlenwasserstoffeinsatz vorgekühlt als auch das Gemischkältemittel des Gemischkältemittelkreislaufs vorkühlt und teilverflüssigt wird. Ein derartiges Verfahren eignet sich insbesondere für Erdgasverflüssigungsprozesse mit einer Leistung zwischen 1 und 6 Millionen Jahrestonnen Flüssigerdgas.
  • Aus der DE 10 2009 018 248 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoffeinsatzes bekannt, bei dem ein Gemischkältemittelkreislauf zum Einsatz kommt. Das Gemischkältemittel wird darin nach einer Verdichtung mittels eines Reinstoffkältemittelkreislaufs verflüssigt. Das verflüssigte Gemischkältemittel wird zur Verflüssigung des Kohlenwasserstoffeinsatzes eingesetzt und im Zuge dessen verdampft. Das verdampfte Gemischkältemittel wird zur Kühlung des Kohlenwasserstoffeinsatzes vor seiner eigentlichen Verflüssigung eingesetzt und anschließend der Verdichtung wieder zugeführt. Der Kohlenwasserstoffeinsatz wird hier also nicht mittels des Reinstoffkältemittelkreislaufs, sondern mittels des Gemischkältemittelkreislaufs vorgekühlt.
  • Entsprechende Verflüssigungsprozesse erfordern einen vergleichsweisen hohen apparativen Aufwand und Platzbedarf. Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, in diesem Sinne Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik zu schaffen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund schlägt die Erfindung ein Verfahren und eine Anlage zur Erzeugung eines verflüssigten Kohlenwasserstoffprodukts mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die vorliegende Erfindung kann insbesondere im Zusammenhang mit der Verflüssigung von Erdgas nach einer geeigneten Aufbereitung zum Einsatz kommen, eignet sich jedoch auch für die Verflüssigung anderer Kohlenwasserstoffgemische, insbesondere methanreicher Kohlenwasserstoffgemische mit einem Gehalt von mehr als 80% Methan, oder auch ggf. entsprechender Reinstoffe. Diese werden hier allgemein als "Kohlenwasserstoffeinsätze" bezeichnet. Ein Kohlenwasserstoffeinsatz ist also insbesondere aufbereitetes Erdgas, das nicht ausschließlich aus Kohlenwasserstoffen bestehen muss, sondern auch Stickstoff und weitere Gaskomponenten wie Edelgase (insbesondere Helium) enthalten kann.
  • Generell können bei der Erdgasverflüssigung Gemischkältemittel aus unterschiedlichen Kohlenwasserstoffbestandteilen und Stickstoff zum Einsatz kommen. Beispielsweise können dabei ein, oder zwei oder drei Gemischkältemittelkreisläufe eingesetzt werden (engl. Single Mixed Refrigerant, SMR; Dual Mixed Refrigerant, DMR; Mixed Fluid Cascade, MFC). Auch Gemischkältemittelkreisläufe mit Propanvorkühlung (C3MR) sind bekannt. Die vorliegende Anmeldung kann dabei insbesondere letzteren Fall betreffen, in welchem Fall die Verwendung von Propan als Reinstoffkältemittel erfolgt.
  • Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 10% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus.
  • Ein "Wärmetauscher" zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann in jeglicher fachüblichen Art ausgebildet sein. Er dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei z.B. im Gegenstrom zueinander geführten Fluidströmen. In letzterem Fall handelt es sich um einen "Gegenstromwärmetauscher". Ein entsprechender Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren gewickelten Wärmetauschern oder entsprechenden Abschnitten.
  • Neben einem Gegenstromwärmetauscher, der insbesondere als ein (gelöteter) Rippen-PlattenWärmetauscher aus Aluminium (Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger, PFHE; Bezeichnungen gemäß der deutschen und englischen Ausgabe der ISO 15547-2:3005) ausgebildet sein kann, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere auch Wärmetauscher zum Einsatz kommen, in dem ein abzukühlendes Fluid in entsprechenden Leitungen (beispielsweise einem Rohrbündel) durch einen Mantelraum geführt wird, in den ein zur Kühlung verwendetes Fluid entspannt wird.
  • Ist nachfolgend von einem "Reinstoffkältemittel" die Rede, sei hierunter insbesondere ein Kältemittel verstanden, das mehr als 90 Molprozent, insbesondere mehr als 95 Molprozent oder mehr als 99 Molprozent, einer einzigen Komponente aufweist. Bei der Komponente kann es sich insbesondere um Ethylen, Ethan, Propylen oder Propan handeln. Dagegen zeichnet sich ein "Gemischkältemittel" insbesondere dadurch aus, dass es mehrere Komponenten aufweist, von denen keine in einem Gehalt von mehr als 80 Molprozent, insbesondere mehr als 70 Molprozent oder mehr als 60 Molprozent, enthalten ist. Bei den Komponenten kann es sich insbesondere um Stickstoff, Methan, Ethan, Propan, Butan und Pentan sowie ungesättigte Äquivalente dieser Verbindungen handeln. Insbesondere kann ein derartiges Gemischkältemittel aber propanfrei sein oder Propan in einem Gehalt von höchstens 10 Molprozent, insbesondere höchstens 5 Molprozent oder höchstens 1 Molprozent, aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt insgesamt ein Verfahren zur Erzeugung eines flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts unter Verwendung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffeinsatzes vor, bei dem ein mit einem Reinstoffkältemittel betriebener Reinstoffkältemittelkreislauf, der eine erste Wärmetauscheranordnung aufweist, und ein mit einem Gemischkältemittel betriebener Gemischkältemittelkreislauf, der eine zweite Wärmetauscheranordnung aufweist, bereitgestellt werden, und bei dem zumindest ein Teil des Kohlenwasserstoffeinsatzes zunächst unter Verwendung des Reinstoffkältemittelkreislaufs vorgekühlt und anschließend unter Verwendung des Gemischkältemittelkreislaufs zu dem flüssigen Kohlenwasserstoffprodukt verflüssigt wird.
  • In die erste Wärmetauscheranordnung werden mehrere Reinstoffkältemittelteilströme des Reinstoffkältemittels auf unterschiedlichen Einspeisedruckniveaus und auf unterschiedlichen Einspeisetemperaturniveaus eingespeist, wobei die Reinstoffkältemittelteilströme durch Entspannen ausgehend von einem gemeinsamen Vorentspannungsdruckniveau und unterschiedlichen Vorentspannungstemperaturniveaus (mit diesen Begriffen werden insbesondere die Druck- bzw. Temperaturniveaus unmittelbar stromauf der Entspannung, die insbesondere mittels geeigneter Ventile erfolgen kann, verstanden) auf die Einspeisedruckniveaus und Einspeisetemperaturniveaus gebracht. Die Vorentspannungstemperaturniveaus sind dabei derart gewählt, dass die Reinstoffkältemittelteilströme auf den Einspeisetemperaturniveaus weiterhin in unterkühltem Zustand vorliegen. Mittels des Reinstoffkältemittelkreislaufs wird dabei auch zumindest ein Teil des Gemischkältemittels des Gemischkältemittelkreislaufs abgekühlt.
  • Die Vorkühlung des Kohlenwasserstoffeinsatzes und des Kältemittelgemisches erfolgt dabei insbesondere mittels zwei in Serie geschalteter Wärmetauscher der ersten Wärmetauscheranordnung im Reinstoffkältemittelkreislauf. Wie bereits zuvor mit anderen Worten ausgedrückt, werden diese durch die Einspeisung von unterkühlten Reinstoffkältemittelfraktionen bzw. -teilströmen auf unterschiedlichen Verdampfungsdruckstufen, den unterschiedlichen Einspeisetemperaturniveaus, gekühlt. Bis auf die niedrigste Druckstufe werden alle Reinstoffkältemittelfraktionen bzw. -teilströme insbesondere durch die Verdampfung der jeweils nächst niedrigeren Reinstoffkältemitteldruckstufe bzw. des entsprechenden Reinstoffkältemittelteilstroms so weit unterkühlt, dass die Reinstoffkältemittelfraktionen auch nach ihrer Entspannung in entsprechenden Ventilen unterkühlt vorliegen, wobei ein Umfang der Unterkühlung in vorteilhaften Ausgestaltungen unten angegeben ist.
  • Eine kaltseitig der ersten Wärmetauscheranordnung entnommener Teilstrom kann in einer Ausgestaltung, wie auch nachfolgend noch erläutert, ebenfalls noch weiter abgekühlt werden, und zwar unter Verwendung des Gemischkältemittelkreislaufs, so dass auch diese bzw. dieser nach entsprechender Entspannung unterkühlt vorliegt. Die Vorkühlung des Kohlenwasserstoffeinsatzes sowie des Gemischkältemittels unter Verwendung der ersten Wärmetauscheranordnung bzw. des Reinstoffkältemittels kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere bei überkritischen Zustand erfolgen, um die Notwendigkeit eines Abscheiders zwischen den beiden Wärmetauscheranordnungen zu vermeiden.
  • Bei dem in der oben erwähnten DE 10 2009 018 248 A1 beschriebenen Verflüssigungsverfahren, deren Bezugszeichen in diesem Absatz verwendet werden, erfolgen die Abkühlung (in Wärmetauscher E7) und die Verflüssigung (in Wärmetauscher E8) im indirekten Wärmetausch gegen das Kältemittelgemisch eines Gemischkältemittelkreislaufes. Genauer erfolgt die Abkühlung (in Wärmetauscher E7) im Wärmetausch gegen das vollständige verdampfte Gemischkältemittel des Gemischkältemittelkreislaufes. Verdichtetes Gemischkältemittel des Gemischkältemittelkreislaufes wird mittels eines Reinstoffkältemittelkreislaufes (umfassend Wärmetauscher E1 bis E4) vorgekühlt und die Zusammensetzung des Gemischkältemittels und/oder der Verdichterenddruck des Gemischkältemittelkreislaufes werden so gewählt, dass das Kältemittelgemisch durch den Reinstoffkältekreislauf vollständig verflüssigt wird. Alternativ dazu führt eine Abkühlung des Gemischkältemittels in den Wärmetauschern E1 bis E4 oberhalb seines kritischen Drucks ebenfalls zu einem einphasigen Zustand stromab des Wärmetauschers E4. Der Reinstoffkältemittelkreislauf umfasst u.a. die Behälter D1 bis D5 sowie die Mantelräume der Wärmetauscher E1 bis E4. Das darin enthaltene Inventar an flüssigem Reinstoffkältemittel (typischerweise ein brennbarer Kohlenwasserstoff aus der Gruppe Ethylen, Ethan, Propylen oder Propan) kann ggf. ein Sicherheitsrisiko für die gesamte Anlage darstellen. Die großen Apparate D1 bis D4 und E1 bis E4 werden üblicherweise einzeln auf die Baustelle gebracht und verursachen durch die zeitaufwändige Montage hohe Installationskosten.
  • Mit der vorliegenden Erfindung kann der Reinstoffkältemittelkreislauf derart umgestaltet werden, dass ein hohes Maß an Vorfertigung erreicht werden kann und das Flüssiginventar an Kältemittel erheblich reduziert wird.
  • Durch die Verwendung von unterkühlten Reinstoffkältemittelströmen bei der Einspeisung in die erste Wärmetauscheranordnung können im Reinstoffkältemittelkreislauf gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kompakte Wärmetauscher wie Plattenwärmetauscher ohne Phasentrenner zur Einspeisung der einzelnen Reinstoffkältemittelströme eingesetzt werden.
  • Der Platzbedarf einer Plattenwärmetauscherlösung für den Reinstoffkältemittelkreislauf nimmt im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen, bei denen Wärmetauscher vom Kettle-Typ verwendet werden, deutlich ab. Genauso sinkt das Kohlenwasserstoffinventar im Reinstoffkältemittelkreislauf bei der beschriebenen Verfahrensführung. Aufgrund des geringeren Kohlenwasserstoffinventars und aufgrund der Tatsache, dass Plattentauscher normalerweise in Coldboxen mit geschweißten Flanschverbindungen gebaut werden und sich somit potenzielle Leckagemöglichkeiten deutlich reduzieren lassen, kann der gesamte Prozess mit weniger sicherheitstechnischem Aufwand realisiert werden.
  • Die in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile lassen sich damit wie folgt zusammenfassen:
    1. a) Verwendung von kompakten Plattenwärmetauschern als Mehrstromwärmetauscher im Reinstoffkältemittelkreislauf ist möglich.
    2. b) Keine Phasentrenner an den Plattenwärmetauschern notwendig.
    3. c) Geringere Anzahl an Wärmetauschern im Reinstoffkältemittelkreislauf.
    4. d) Geringerer Platzbedarf für den Reinstoffkältemittelkreislauf.
    5. e) Kein Abscheider für Kältemittelstrom oder Kohlenwasserstoffeinsatz notwendig.
    6. f) Deutlich geringeres Kohlenwasserstoffinventar im Gesamtprozess.
    7. g) Geringerer Sicherheitsaufwand, da weniger brennbare und explosive Kohlenwasserstoffe in flüssiger Form in der Anlage vorhanden.
  • Alle genannten Vorteile führen zu einer besseren Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses im Vergleich zu bekannten Verfahren, beispielsweise gemäß US 3,763,658 B2 . Der gesamte Energieaufwand nimmt dabei nur leicht zu (weniger als 5%).
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest ein Teil des Reinstoffkältemittels in der ersten Wärmetauscheranordnung abgekühlt, wobei ein Teil der Reinstoffkältemittelteilströme auf ihren Vorentspannungstemperaturniveaus der ersten Wärmetauscheranordnung entnommen wird. Hierbei können die Reinstoffkältemittelteilströme insbesondere von einem gemeinsamen Strom des Reinstoffkältemittels, der der ersten Wärmetauscheranordnung warmseitig zugeführt wird, abgezweigt werden, und zwar insbesondere über Zwischenentnahmen der hier verwendeten Plattenwärmetauscher und zwischen diesen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Teil des in der ersten Wärmetauscheranordnung abgekühlten Reinstoffkältemittels in der zweiten Wärmetauscheranordnung weiter abgekühlt, wobei dem zumindest einer der Reinstoffkältemittelteilströme unter Verwendung des in der zweiten Wärmetauscheranordnung weiter abgekühlten Reinstoffkältemittels auf seinem Vorentspannungstemperaturniveau gebildet wird. Zur besseren Regelbarkeit der Temperatur kann ein Bypass verwendet werden, wie auch in Figur 1 erläutert.
  • In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann ein Teil des in der ersten Wärmetauscheranordnung abgekühlten Reinstoffkältemittels unter Erhalt eines Zweiphasenstroms entspannt werden, wobei der Zweiphasenstrom unter Erhalt einer Gasphase und einer Flüssigphase einer Phasentrennung unterworfen wird, und wobei die Gasphase und die Flüssigphase anschließend der ersten Wärmetauscheranordnung zugeführt werden. Dies stellt eine Alternative zu einer Abkühlung in der zweiten Wärmetauscheranordnung dar, so dass letztere modifiziert verwendet werden kann. Vorteilhaft ist hier auch die Entkopplung des Reinstoffkältemittelkreislaufs vom Gemischkältemittelkreislauf und die einfachere Bauweise der in letzterem verwendeten Wärmetauscheranordnung.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Reinstoffkältemittelteilströme jeweils in der ersten Wärmetauscheranordnung von dem Einspeisetemperaturniveau auf ein Entnahmetemperaturniveau erwärmt und auf dem Entnahmetemperaturniveau der ersten Wärmetauscheranordnung entnommen. Sie werden bei dieser Erwärmung insbesondere verdampft. Insbesondere schließen die Einspeisetemperaturniveaus und die Entnahmetemperaturniveaus der Reinstoffkältemittelteilströme jeweils Temperaturintervalle ein, wobei die Temperaturintervalle für die Reinstoffkältemittelteilströme einander nicht überlappen. Dies entspricht insbesondere der bereits oben erwähnten Unterkühlung durch die Verdampfung der jeweils nächst niedrigeren Reinstoffkältemitteldruckstufe bzw. des entsprechenden Reinstoffkältemittelteilstroms.
  • In Ausgestaltungen der Erfindung werden die Reinstoffkältemittelteilströme nach der Entnahme aus der ersten Wärmetauscheranordnung gemeinsam einer Verdichtung und Kondensation zugeführt, bevor sie in der ersten Wärmetauscheranordnung unterkühlt werden, wie an sich in einem entsprechenden Reinstoffkältemittelkreislauf bekannt.
  • Vorteilhafterweise liegen die Reinstoffkältemittelteilströme auf den Einspeisetemperaturniveaus in um mindestes 3 K unterkühltem Zustand vor, insbesondere in um mindestens 5 K, 7 K oder 10 K unterkühltem Zustand.
  • Wie mehrfach angesprochen, können in der ersten Wärmetauscheranordnung (Rippen-) Plattenwärmetauscher verwendet werden.
  • Zu der erfindungsgemäß bereitgestellten Anlage und ihren Merkmalen sei auf den entsprechenden unabhängigen Vorrichtungsanspruch und die obigen Erläuterungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens ausdrücklich verwiesen, da diese eine entsprechende Vorrichtung in gleicher Weise betreffen. Entsprechendes gilt insbesondere für eine Ausgestaltung einer entsprechenden Vorrichtung, die vorteilhafterweise zur Ausführung eines entsprechenden Verfahrens in einer beliebigen Ausgestaltung eingerichtet ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren, die Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, weiter erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
    • Figur 1 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
    • Figur 2 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
  • In der folgenden weiteren Beschreibung werden Verfahren gemäß Ausgestaltungen der Erfindung mit entsprechenden Verfahrensschritten beschrieben. Lediglich der Einfachheit halber, und zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen, werden dabei für Verfahrensschritte und Anlagenkomponenten (beispielsweise einen Abkühlschritt und einen hierzu verwendeten Wärmetauscher) dieselben Bezugszeichen und Erläuterungen verwendet.
    • Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • In Figur 1 und 2 sind Verfahren gemäß Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei für dieselben oder vergleichbare Komponenten bzw. Verfahrensschritte dieselben Bezugszeichen verwendet und nicht wiederholt erläutert werden. Die Verfahren insgesamt sind jeweils mit 100 bezeichnet.
  • Es sind jeweils ein insgesamt mit 10 bezeichneter Reinstoffkältemittelkreislauf mit einer einen ersten Wärmetauscher E1 und einen zweiten Wärmetauscher E2 aufweisenden Wärmetauscheranordnung ("erste" Wärmetauscheranordnung) und ein insgesamt mit 20 bezeichneter Gemischkältemittelkreislauf mit einer einen dritten Wärmetauscher E3 und einen vierten Wärmetauscher E4 (bzw. entsprechende Abschnitte eines Rohrbündelwärmetauschers) aufweisenden Wärmetauscheranordnung ("zweite" Wärmetauscheranordnung) dargestellt.
  • Über eine Leitung 1 wird ein Kohlenwasserstoffeinsatz, im dargestellten Beispiel Erdgas NG, falls notwendig einem Verdichter C3 zugeführt und insbesondere auf einen überkritischen Zustand verdichtet (siehe Strompunkt 2). Nach Abkühlung in einem Wärmetauscher E9 wird der Kohlenwasserstoffeinsatz (siehe Strompunkt 3) in den Wärmetauschern E1 und E2 der ersten Wärmetauscheranordnung vorgekühlt (siehe Strompunkt 4 und 5) und anschließend an diese Vorkühlung in den Wärmetauschern E3 und E4 der zweiten Wärmetauscheranordnung stark unterkühlt (siehe Strompunkt 6).
  • Das Reinstoffkältemittel des Reinstoffkältemittelkreislaufs 10 wird nach Verdichtung in einem Verdichter C1 (siehe Strompunkt 10) in einem Kondensator E5 verflüssigt und einem Pufferbehälter D1 zugeführt (siehe Strompunkt 11). Das flüssige Reinstoffkältemittel (siehe Strompunkt 12) wird anschließend in einem Wärmetauscher E6 unterkühlt und einem Wärmetauscher E1 zugeführt (siehe Strompunkt 13).
  • Das komplette Reinstoffkältemittel des Reinstoffkältemittelkreislaufs 10 wird in dargestellten Beispiel dem Wärmetauscher E1 auf dem höchsten Druckniveau (Druckniveau 1) im Reinstoffkältemittelkreislauf unterkühlt (siehe Strompunkt 14). Der erste Teil des Stroms 14 wird über eine Leitung 15 und ein Ventil V1 auf den zweithöchsten Druck im Reinstoffkältemittelkreislauf 10 entspannt (Druckniveau 2, siehe Strompunkt 16) und anschließend im Wärmetauscher E1 vollständig verdampft (siehe Strompunkt 17). Die Unterkühlung des Reinstoffkältemittelstroms 16 erfolgt durch die Verdampfung des Reinstoffkältemittelstroms 22 auf dem nächst niedrigeren Druckniveau, Druckniveau 3.
  • Der zweite Teil des Stroms 14 (siehe Strompunkt 20) wird im Wärmetauscher E2 weiter unterkühlt. Ein Teilstrom hiervon wird im dargestellten Beispiel dem Wärmetauscher E2 über eine Leitung 21 entzogen (siehe Strompunkt 21) und in einem Ventil V2 auf das dritthöchste Druckniveau entspannt. Das unterkühlte Reinstoffkältemittel 22 wird anschließend vollständig im Wärmetauscher E1 verdampft, siehe Strompunkt 23. Die Unterkühlung des Reinstoffkältemittels 22 erfolgt durch die Verdampfung des Reinstoffkältemittelstroms 32 auf dem nächst niedrigeren Druckniveau, Druckniveau 4.
  • Der restliche Anteil des Reinstoffkältemittelstroms 20 wird im Wärmetauscher E2 wiederum weiter unterkühlt, siehe Strompunkt 30. Ein erster Teilstrom davon (siehe Strompunkt 31) wird in einem Ventil V3 auf das vierte Druckniveau entspannt und unterkühlt in den Wärmetauscher E2 eingespeist, siehe Strompunkt 32. Auch dieser Reinstoffkältemittelstrom wird im Wärmetauscher E2 vollständig verdampft, siehe Strompunkt 33. Die Unterkühlung des Reinstoffkältemittels 32 erfolgt wiederum durch die Verdampfung des Reinstoffkältemittelstroms 44 auf dem nächst niederen Druckniveau, Druckniveau 5.
  • Der Reinstoffkältemittelstrom 40 wird im Wärmetauscher E3, der sich im Gemischkältemittelkreislauf befindet, weiter unterkühlt, siehe Strompunkt 41, 42 und 43. Zur besseren Regelbarkeit der Temperatur kann ein Bypass um den Wärmetauscher E3 vorgesehen werden, siehe Strompunkte 46 und 47 sowie Ventile V5A und V5B. Nach der Entspannung im Ventil V4 wird der Reinstoffkältemittelstrom 44 unterkühlt in den Wärmetauscher E2 eingespeist und anschließend im dargestellten Beispiel auf dem niedrigsten Druckniveau (Druckniveau 5) vollständig verdampft, siehe Strompunkt 45.
  • Alle Reinstoffkältemittelströme werden nach der vollständigen Verdampfung auf den einzelnen Druckstufen dem Verdichter C1 zugeführt und auf das höchste Druckniveau verdichtet. Aufgrund der Verwendung von unterkühlten Reinstoffkältemittelströme bei der Einspeisung in die Wärmetauscher E1 und E2 (siehe Strompunkt 16, 22, 32 und 44) können im Reinstoffkältemittelkreislauf kompakte Wärmetauscher, wie Plattenwärmetauscher ohne Phasentrenner, zur Einspeisung der einzelnen Reinstoffkältemittelströme eingesetzt werden, wie bereits erwähnt. Dabei ist zu beachten, dass in anderen als dem hier beschriebenen Verfahren Kältemittelströme sehr oft zweiphasig mit Hilfe von Phasentrennern in die Plattenwärmetauscher eingespeist werden. Die Verwendung von Phasentrennern erlaubt dabei eine gezielte und kontrollierbare Verteilung der Flüssig- und Gasphase auf die Wärmetauscher und verhindert dadurch Fehlverteilungen und damit einhergehende thermische und mechanische Spannung. Jedoch benötigen diese Phasentrenner viel Platz und speichern in der Regel einen großen Anteil des flüssigen Kohlenwasserstoffinventars des gesamten Kältemittelkreislaufes. Auf den Einsatz von Phasentrennern kann bei dem hier vorgestellten Verfahren verzichtet werden. Der Platzbedarf einer derartig ausgeführten Plattentauscherlösung als Reinstoffkältemittel-Kreislauf nimmt dementsprechend im Vergleich zu herkömmlichen Kettle-Typ-Lösungen deutlich ab. Genauso sinkt das Kohlenwasserstoffinventar im Reinstoffkältemittel-Kreislauf bei der beschriebenen Verfahrensführung erheblich. Aufgrund des geringeren Kohlenwasserstoffinventars und aufgrund der Tatsache, dass Plattentauscher normalerweise in Coldboxen mit geschweißten Flanschverbindungen gebaut werden und sich somit potenzielle Leckagemöglichkeiten deutlich reduzieren lassen, kann der gesamte Prozess mit weniger sicherheitstechnischem Aufwand gebaut werden, wie bereits oben ausgeführt.
  • Der gesamte Kältemittelgemischstrom 50 wird in den beiden Verdichtern C2A und C2B sowie den entsprechenden Nachkühlern E7 und E8 auf einen überkritischen Zustand verdichtet und nachgekühlt, siehe Strompunkt 51, 52, 53 und 54. Ähnlich wie bei der kohlenwasserstoffreichen Fraktion wird auch der Kältemittelgemischstrom in den Wärmetauschern E1 und E2 vorgekühlt und anschließend in den Wärmetauscher E3 eingespeist. Ein Abscheider vor der Einspeisung des Kältemittelgemischstrom 56 in den Wärmetauscher E3 wird nicht benötigt, da der Kältemittelgemischstrom 56 überkritisch vorliegt.
  • Fehlverteilungen aufgrund einer zweiphasigen Einspeisung des Kältemittelgemischstroms 56 oder eine separate Einspeisung einer Gasphase oder Flüssigkeit müssen nicht berücksichtigt werden. Somit können das Kohlenwasserstoff-Inventar und der Platzbedarf des Gemischkältemittelkreislaufs ähnlich wie beim Reinstoffkältemittelkreislauf reduziert werden. Der Kältemittelgemischstrom 56 wird in den Wärmetauschern E3 und E4 stark abgekühlt, siehe Strompunkt 57. Nach der Entspannung im Ventil V6 wird das zweiphasige Kältemittelgemisch als Kältemittel in den Wärmetauschern E4 und E3 verwendet. Nach der vollständigen Verdampfung wird der gesamte Kältemittelgemischstrom 50 überhitzt zum Kältemittelgemisch-Verdichter C2A und C2B zurückgeführt.
  • Die in Figur 2 veranschaulichte Prozessführung weist Gemeinsamkeiten mit dem soeben beschrieben Verfahren auf. Im Folgenden werden deshalb nur die Unterschiede beschrieben.
  • In der in Figur 2 veranschaulichten Alternative wird der Reinstoffkältemittelstrom 40 nicht im Wärmetauscher E3 im Gemischkältemittelkreislauf unterkühlt, sondern nach der direkten Entspannung im Ventil V4 als Zweiphasenstrom in den Wärmetauscher E2 eingespeist. Der Reinstoffkältemittelstrom 44 muss bei der Verwendung von Plattenwärmetauschern aber vorher in dem Phasentrenner D2 in eine Gasphase und Flüssigphase getrennt werden. So kann gewährleistet werden, dass der Zweiphasenstrom 44 kontrolliert durch die Aufteilung in die Ströme 44A und 44B in den Wärmetauscher E2 eingespeist wird. Fehlverteilungen und thermische Spannungen am Wärmetauscher E2 können so minimiert werden.
  • Nachteil dieser Alternative liegt im erhöhten flüssigen Kohlenwasserstoffinventar im Reinstoffkältemittel-Kreislauf. Vorteilhaft ist aber die Entkopplung des Reinstoffkältemittel-Kreislauf vom Kältemittelgemisch-Kreislauf und die einfachere Bauweise des Wärmetauschers E3, wie bereits oben erwähnt.

Claims (11)

  1. Verfahren (100) zur Erzeugung eines flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts (LNG) unter Verwendung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffeinsatzes (NG), bei dem
    - ein mit einem Reinstoffkältemittel betriebener Reinstoffkältemittelkreislauf (10), der eine erste Wärmetauscheranordnung (E1, E2) aufweist, und ein mit einem Gemischkältemittel betriebener Gemischkältemittelkreislauf (20), der eine zweite Wärmetauscheranordnung (E3, E4) aufweist, bereitgestellt werden,
    - zumindest ein Teil des Kohlenwasserstoffeinsatzes (NG) zunächst unter Verwendung des Reinstoffkältemittelkreislaufs (10) vorgekühlt und anschließend unter Verwendung des Gemischkältemittelkreislaufs (20) zu dem flüssigen Kohlenwasserstoffprodukt (LNG) verflüssigt wird,
    - in die erste Wärmetauscheranordnung (E1, E2) mehrere Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) des Reinstoffkältemittels auf unterschiedlichen Einspeisedruckniveaus und auf unterschiedlichen Einspeisetemperaturniveaus eingespeist werden,
    - die Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) durch Entspannen ausgehend von einem gemeinsamen Vorentspannungsdruckniveau und unterschiedlichen Vorentspannungstemperaturniveaus auf die Einspeisedruckniveaus und Einspeisetemperaturniveaus gebracht werden, und
    - die Vorentspannungstemperaturniveaus derart gewählt sind, dass die Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) auf den Einspeisetemperaturniveaus in unterkühltem Zustand vorliegen.
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, bei dem zumindest ein Teil des Reinstoffkältemittels in der ersten Wärmetauscheranordnung (E1, E2) abgekühlt wird, und bei dem ein Teil der Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32) auf ihren Vorentspannungstemperaturniveaus der ersten Wärmetauscheranordnung (E1, E2) entnommen wird.
  3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, bei dem ein Teil des in der ersten Wärmetauscheranordnung (E1, E2) abgekühlten Reinstoffkältemittels in der zweiten Wärmetauscheranordnung (E3, E4) weiter abgekühlt wird, und bei dem zumindest einer der Reinstoffkältemittelteilströme (44) unter Verwendung des in der zweiten Wärmetauscheranordnung (E3, E4) weiter abgekühlten Reinstoffkältemittels auf seinem Vorentspannungstemperaturniveau gebildet wird.
  4. Verfahren (100) nach Anspruch 2, bei dem ein Teil des in der ersten Wärmetauscheranordnung (E1, E2) abgekühlten Reinstoffkältemittels unter Erhalt eines Zweiphasenstroms entspannt wird, wobei der Zweiphasenstrom unter Erhalt einer Gasphase und einer Flüssigphase einer Phasentrennung (D2) unterworfen wird, und wobei die Gasphase und die Flüssigphase anschließend der ersten Wärmetauscheranordnung (E1, E2) zugeführt werden.
  5. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) jeweils in der ersten Wärmetauscheranordnung (E1, E2) von dem Einspeisetemperaturniveau auf ein Entnahmetemperaturniveau erwärmt und auf dem Entnahmetemperaturniveau der ersten Wärmetauscheranordnung (E1, E2) entnommen werden.
  6. Verfahren (100) nach Anspruch 5, bei dem die Einspeisetemperaturniveaus und die Entnahmetemperaturniveaus der Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) jeweils Temperaturintervalle einschließen, wobei die Temperaturintervalle für die Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) einander nicht überlappen.
  7. Verfahren (100) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) nach der Entnahme aus der ersten Wärmetauscheranordnung (E1, E2) gemeinsam einer Verdichtung (C1) und Kondensation zugeführt werden, bevor sie in der ersten Wärmetauscheranordnung (E1, E2) unterkühlt werden.
  8. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) auf den Einspeisetemperaturniveaus in um mindestes 3 K unterkühltem Zustand vorliegen.
  9. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in der ersten Wärmetauscheranordnung (E1, E2) Plattenwärmetauscher verwendet werden.
  10. Anlage zur Erzeugung eines flüssigen Kohlenwasserstoffprodukts (LNG) unter Verwendung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffeinsatzes (NG), die
    - einen für einen Betrieb mit einem Reinstoffkältemittel eingerichteten Reinstoffkältemittelkreislauf (10), der eine erste Wärmetauscheranordnung (E1, E2) aufweist, und einen für einen Betrieb mit einem Gemischkältemittel eingerichteten Gemischkältemittelkreislauf (20), der eine zweite Wärmetauscheranordnung (E3, E4) aufweist, umfasst,
    wobei die Anlage Mittel aufweist, die dafür eingerichtet sind,
    - zumindest einen Teil des Kohlenwasserstoffeinsatzes (NG) zunächst unter Verwendung des Reinstoffkältemittelkreislaufs (10) vorzukühlen und anschließend unter Verwendung des Gemischkältemittelkreislaufs (20) zu dem flüssigen Kohlenwasserstoffprodukt (LNG) zu verflüssigen,
    - in die erste Wärmetauscheranordnung (E1, E2) mehrere Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) des Reinstoffkältemittels auf unterschiedlichen Einspeisedruckniveaus und auf unterschiedlichen Einspeisetemperaturniveaus einzuspeisen,
    - die Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) durch Entspannen ausgehend von einem gemeinsamen Vorentspannungsdruckniveau und unterschiedlichen Vorentspannungstemperaturniveaus auf die Einspeisedruckniveaus und Einspeisetemperaturniveaus zu bringen werden,
    und wobei
    - die Vorentspannungstemperaturniveaus derart gewählt sind, dass die Reinstoffkältemittelteilströme (16, 22, 32, 44) auf den Einspeisetemperaturniveaus in unterkühltem Zustand vorliegen.
  11. Anlage nach Anspruch 10, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
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