EP4421432A1 - Process and apparatus for liquefying a feed gas containing hydrocarbons - Google Patents

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EP4421432A1
EP4421432A1 EP23020083.4A EP23020083A EP4421432A1 EP 4421432 A1 EP4421432 A1 EP 4421432A1 EP 23020083 A EP23020083 A EP 23020083A EP 4421432 A1 EP4421432 A1 EP 4421432A1
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EP
European Patent Office
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mixture refrigerant
compressor
refrigerant circuit
mixture
feed gas
Prior art date
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Pending
Application number
EP23020083.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Gwinner
Jan-Peter Bohn
Marcus Lang
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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    • F25B43/006Accumulators

Definitions

  • the invention relates to a process and a plant for liquefying a hydrocarbon-containing feed gas.
  • Mixture refrigerants made from different hydrocarbon components and nitrogen can be used, particularly in natural gas liquefaction. In such processes, these can be run in one, two or three mixture refrigerant circuits (Single Mixed Refrigerant, SMR; Dual Mixed Refrigerant, DMR; Mixed Fluid Cascade, MFC). Mixture refrigerant circuits with propane pre-cooling (C3MR) are also known. The term "single mixture refrigerant circuit" is also used below for designs with a single mixture refrigerant circuit.
  • aspects of the present disclosure relate in particular to small plants for the liquefaction of hydrocarbon-containing feed gases such as biogas, which can in principle operate according to the same principles as large natural gas liquefaction plants, but in particular have a simplified structure and should possibly meet other requirements, such as the ability to interrupt operation without problems or a more dynamic mode of operation.
  • hydrocarbon-containing feed gases such as biogas
  • Cooling processes for small gas liquefaction systems are currently comparatively inefficient and unreliable.
  • Conventional processes include liquefaction with cold liquid nitrogen, open and closed methane cycles, Joule-Thompson cycles or helium-based Sterling processes.
  • Compressors especially centrifugal compressors, such as those used in gas liquefaction plants to compress refrigerants, are typically equipped with gas seals. These have the particular function of preventing the compressed gas from escaping and protecting the compressors, which typically operate under considerable pressures and temperatures, from pressure drops.
  • the sealing gas used in the gas seals and the mechanical design of the gas seals must meet extremely high requirements such as freedom from particles on the one hand and dimensional tolerances and surface smoothness on the other.
  • the invention is based on the finding that the use of highly efficient encapsulated (hermetic) compressors in single-mix refrigerant circuits for low-temperature gas liquefaction, particularly on a small scale, Energy- and cost-efficient, reliable and self-sufficient operating options can be created because this eliminates the aforementioned requirements for a sealing gas system and a make-up system.
  • the present invention proposes a method for liquefying a hydrocarbon-containing feed gas, wherein the feed gas is cooled and at least partially liquefied in a heat exchanger in a pressurized state, wherein one, in particular exactly one, mixed refrigerant is heated and at least partially evaporated in the heat exchanger, wherein the mixed refrigerant is guided in one, in particular exactly one, mixed refrigerant circuit, and wherein the mixed refrigerant is compressed in the mixed refrigerant circuit using a compressor.
  • the compressor is designed as a hermetic compressor and/or one driven via a magnetic coupling.
  • aspects of the present invention may include the use of a specifically designed compressor system in a particularly energy-efficient single-mixture refrigerant circuit.
  • the compressor may be driven via a magnetic coupling, e.g. by an electric motor, or a completely hermetic compressor machine train with an encapsulated compressor and drive may be used.
  • hermetic compressor is used in the usual way. Instead of the term “hermetic compressor”, the term “fully hermetic compressor” can in principle also be used.
  • the drive motor and the compression elements are typically arranged in a pressure-resistant capsule. Both components can be arranged in the refrigerant flow and thereby cooled.
  • the encapsulation can be provided in such a way that it is not possible to open the compressor for repair purposes.
  • Hermetic compressors are conventionally used for applications such as climate chambers, refrigerators and freezers, smaller cold rooms and household heat pumps. A hermetic compressor can therefore be completely sealed off from the environment.
  • Hermetic compressors can be "linked” so that they work effectively even if a compressor does not deliver the required performance or fails. Is Therefore, although we refer here to "a” corresponding compressor in the singular, this should not exclude the use of further compressors, for example in serial and/or parallel arrangement or in redundancy.
  • the refrigerant system or the single refrigerant circuit can be designed for the expected high standstill pressure, although it must be ensured that the system can start up under appropriate conditions.
  • a drain tank designed for a correspondingly high pressure can be used to temporarily store the system's liquid inventory from cold system parts after a shutdown. In this way, the standstill pressure in the refrigerant system or the single refrigerant circuit is significantly reduced. The drained and (partially evaporated) refrigerant components can then be fed back into the refrigerant circuit after the compressor has started up.
  • the method proposed here can therefore, in corresponding embodiments, comprise a liquefaction mode in which the liquefaction of the hydrocarbon-containing feed gas is carried out, and a standby mode in which the liquefaction of the hydrocarbon-containing feed gas is not carried out, whereby the compressor is not operated in the standby mode or is operated at a lower power than in the liquefaction mode.
  • Embodiments of the present invention enable such an intermittent mode of operation and therefore also allow use for the liquefaction of feed gases that are only available periodically, so that the requirements can be met in a special way, particularly when operating small plants.
  • At least part of the mixture refrigerant can be transferred from the mixture refrigerant circuit to a drain vessel, and during a transition between the standby operation and the condensation operation, at least part of the mixture refrigerant can be transferred from the drain vessel back into the mixture refrigerant circuit.
  • this reduces losses and a pressure increase can be limited in terms of its height in the mixture refrigerant circuit as a whole or with regard to the location of the pressure increase (namely, e.g. only to the drain tank).
  • the transition between standby mode and condensation mode can in particular comprise a start-up phase in which the compressor is initially put into operation or operated with (again) increased power, and in which at least part of the mixture refrigerant is then successively transferred from the drain vessel back into the mixture refrigerant circuit.
  • a start-up phase in which the compressor is initially put into operation or operated with (again) increased power, and in which at least part of the mixture refrigerant is then successively transferred from the drain vessel back into the mixture refrigerant circuit.
  • At least part of the mixed refrigerant circuit can be designed to be sealed off, whereby in particular only the correspondingly sealed off parts have to withstand a pressure build-up. In such cases, the entire system does not need to be designed to be pressure-resistant, which would entail corresponding costs.
  • the hydrocarbon-containing feed gas can comprise biogas or gasification gas produced by gasification of another carbon-containing starting material such as waste, shale gas and/or natural gas.
  • another carbon-containing starting material such as waste, shale gas and/or natural gas.
  • Embodiments of the present invention therefore include that liquefaction capacities of no more than 10 tons per day are provided in one plant or that the hydrocarbon-containing feed gas is fed to the process in an amount of no more than 450 kilograms per hour.
  • a network of several plants in order to achieve higher liquefaction capacities is conceivable and can be provided.
  • the present invention is used in particular in embodiments with a single mixture refrigerant circuit, so that embodiments of the present invention can therefore comprise that exactly one mixture refrigerant circuit is used.
  • any mixture refrigerant can be used, i.e. a mixture with at least two of the components nitrogen, methane, ethane, propane, ethylene, butane or pentane in any relative amounts can be used as the mixture refrigerant, as far as technically feasible.
  • a plant for liquefying a hydrocarbon-containing feed gas is also the subject of the present invention, wherein the plant is designed to cool the feed gas in a pressurized state in a heat exchanger and to at least partially liquefy it, wherein the plant is designed to heat a mixture refrigerant in the heat exchanger and to at least partially evaporate it, and wherein the plant is designed to guide the mixture refrigerant in a mixture refrigerant circuit and to compress the mixture refrigerant in the mixture refrigerant circuit using a compressor.
  • the proposed system is characterized in that the compressor is designed as a hermetic compressor and/or that the compressor is driven using a magnetic coupling.
  • the present invention or corresponding embodiments of the invention comprise the combination of an efficient mixed refrigerant circuit comprising nitrogen, methane, ethane, propane, ethylene, butane or pentane with a hermetic compression system without refrigerant losses and, if required, a hermetically integrated lubrication system.
  • a hermetic compression system without refrigerant losses and, if required, a hermetically integrated lubrication system.
  • no external sealing gas is required and the system has no sealing gas losses from the process side (mixed refrigerant circuit) to the atmosphere or other systems.
  • the single mixture refrigerant circuit offers an energy-efficient way to reduce flash gas that is generated when liquefied gas is throttled into a storage vessel.
  • the flash gas can optionally be fed back to the feed gas after cold recovery (e.g. in biogas plants with low-pressure feed gas sources) or used in a low-pressure fuel gas system, for example.
  • Figure 1 illustrates a system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • a mixed refrigerant 102 is heated and at least partially evaporated, wherein the mixed refrigerant 102 is guided in a mixed refrigerant circuit, designated here as a whole by 20.
  • the mixed refrigerant 102 is compressed in the mixed refrigerant circuit 20 using a compressor 21, which in the illustrated example is driven by an electric motor 22.
  • the compressor 21 is designed as a hermetic compressor 21 and/or the compressor 21 is driven using a magnetic coupling.
  • the compressor 21 is fed from a storage tank 23, which is provided in particular to prevent liquid from being fed into the compressor 21.
  • a kickback line with a valve 28 branches off on the pressure side of the compressor 21.
  • the compressed mixture coolant 102 is cooled and partially condensed by means of an air cooler 24.
  • a two-phase mixture formed is fed into a separator tank 25. Gas extracted from the separator tank 25 is fed to the heat exchanger 10 on the warm side. Liquid also extracted from the separator tank 25 is fed to the heat exchanger 10 via an intermediate feed. Gas and liquid are combined and further cooled in the heat exchanger 10 and in particular fully liquefied.
  • the liquid formed is fed via a valve 26 into a flash tank 27, from which gas and liquid are taken, fed to the heat exchanger 10, and combined within the heat exchanger 10. After heating and evaporation in the heat exchanger 10, the mixed refrigerant 102 is fed back to the storage tank 23, thus closing the mixed refrigerant circuit 20.
  • FIG 2 a method according to a further embodiment of the present invention is illustrated and designated as a whole by 200. This comprises the already Figure 1 explained features and additionally a standby system, which is designated here with a total of 30.
  • the method 200 may include a liquefaction operation in which the liquefaction of the hydrocarbon-containing feed gas 101 is performed and a standby operation in which the liquefaction of the hydrocarbon-containing feed gas 101 is not performed.
  • the compressor 21 is not operated in the standby mode or is operated at a lower power than in the condensation mode. As already explained, during a transition between the condensation mode and the standby mode, at least part of the mixture refrigerant 102 from the mixture refrigerant circuit 20 can be transferred or drained into a drain vessel 31 in the standby system 30.
  • corresponding lines are provided upstream of the valve 26 with a valve 32, in the liquid line arranged downstream of the flash container 27 with a valve 33, and upstream of the valve 28 in the kickback line with a valve 34.
  • the mixture refrigerant 102 can be transferred from the drain vessel 31 back into the mixture refrigerant circuit 20, namely in the example illustrated here via a valve 35 into the storage tank 23.
  • the system is therefore equipped with a high-pressure drain tank or drain tank 31, which can hold the cold liquid mixture refrigerant 102 of the system. By draining the cold liquid from the system, the standstill pressure can be reduced during the standstill phases while the system warms up.
  • the drain tank 31 is designed for high pressure and the evaporation of the liquid over time is accepted.
  • the discharged mixture refrigerant 102 can be fed back into the process.
  • a kickback flow from the warm pressure side of the compressor 21 can be used to evaporate the remaining heavy components of the mixture refrigerant 102 in the drain tank 31.
  • the installation of the additional drain tank 31 reduces the design pressure of the system and reduces the effort required to restart the compressor 21 after longer downtimes. Even after long downtimes, no inventory losses need to be compensated for by a make-up system in such designs.

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Abstract

Es wird ein Verfahren (100, 200) zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases (101) vorgeschlagen, wobei das Einsatzgas (101) in druckbeaufschlagtem Zustand in einem Wärmetauscher (10) abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt wird, wobei in dem Wärmetauscher (10) ein Gemischkältemittel (102) erwärmt und zumindest teilweise verdampft wird, wobei das Gemischkältemittel (102) in einem Gemischkältemittelkreislauf (20) geführt wird, und wobei das Gemischkältemittel (102) in dem Gemischkältemittelkreislauf (20) unter Verwendung eines Verdichters (21) verdichtet wird. Als der Verdichter (21) wird dabei ein hermetischer Verdichter (21) verwendet und/oder der Verdichter (21) wird unter Verwendung einer Magnetkupplung angetrieben. Eine entsprechende Anlage (100, 200) ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.A method (100, 200) for liquefying a hydrocarbon-containing feed gas (101) is proposed, wherein the feed gas (101) is cooled and at least partially liquefied in a heat exchanger (10) in a pressurized state, wherein a mixed refrigerant (102) is heated and at least partially evaporated in the heat exchanger (10), wherein the mixed refrigerant (102) is guided in a mixed refrigerant circuit (20), and wherein the mixed refrigerant (102) is compressed in the mixed refrigerant circuit (20) using a compressor (21). A hermetic compressor (21) is used as the compressor (21) and/or the compressor (21) is driven using a magnetic coupling. A corresponding system (100, 200) is also the subject of the present invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases.The invention relates to a process and a plant for liquefying a hydrocarbon-containing feed gas.

Hintergrundbackground

Verfahren und Anlagen zur Verflüssigung von kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgasen wie Erdgas sind bekannt und beispielsweise im Artikel " Natural Gas" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlinepublikation 15. Juli 2006, DOI: 10.1002/14356007. a17_073.pub2, Abschnitt 3, "Liquefacti on", oder bei Wang und Economides, "Advanced Natural Gas Engineering", Gulf Publishing 2010, DOI: 10.1016/C2013-0-15532-8, Kapitel 6, "Liquefied Natural Gas (LNG) ", beschrieben.Processes and plants for the liquefaction of hydrocarbon-containing feed gases such as natural gas are known and are described, for example, in the article " Natural Gas" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, online publication July 15, 2006, DOI: 10.1002/14356007. a17_073.pub2, Section 3, "Liquefacti on", or at Wang and Economides, "Advanced Natural Gas Engineering", Gulf Publishing 2010, DOI: 10.1016/C2013-0-15532-8, Chapter 6, "Liquefied Natural Gas (LNG) ", described.

Insbesondere bei der Erdgasverflüssigung können Gemischkältemittel aus unterschiedlichen Kohlenwasserstoffbestandteilen und Stickstoff zum Einsatz kommen. Diese können in solchen Verfahren in einem, zwei oder drei Gemischkältemittelkreisläufen geführt werden (engl. Single Mixed Refrigerant, SMR; Dual Mixed Refrigerant, DMR; Mixed Fluid Cascade, MFC). Auch Gemischkältemittelkreisläufe mit Propanvorkühlung (C3MR) sind bekannt. Nachfolgend wird für Ausgestaltungen mit einem einzigen Gemischkältemittelkreislauf auch der Begriff "Einfach-Gemischkältemittelkreislauf' verwendet.Mixture refrigerants made from different hydrocarbon components and nitrogen can be used, particularly in natural gas liquefaction. In such processes, these can be run in one, two or three mixture refrigerant circuits (Single Mixed Refrigerant, SMR; Dual Mixed Refrigerant, DMR; Mixed Fluid Cascade, MFC). Mixture refrigerant circuits with propane pre-cooling (C3MR) are also known. The term "single mixture refrigerant circuit" is also used below for designs with a single mixture refrigerant circuit.

Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen insbesondere kleine Anlagen zur Verflüssigung von kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgasen wie Biogas, die zwar grundsätzlich nach denselben Prinzipien wie große Erdgasverflüssigungsanlagen arbeiten können, aber insbesondere vereinfacht aufgebaut sind und gegebenenfalls andere Anforderungen, wie beispielsweise eine unproblematische Unterbrechbarkeit des Betriebs bzw. dynamischere Betriebsweise, erfüllen sollten.Aspects of the present disclosure relate in particular to small plants for the liquefaction of hydrocarbon-containing feed gases such as biogas, which can in principle operate according to the same principles as large natural gas liquefaction plants, but in particular have a simplified structure and should possibly meet other requirements, such as the ability to interrupt operation without problems or a more dynamic mode of operation.

Es besteht der Bedarf nach Verbesserungen im Betrieb insbesondere entsprechender kleiner Anlagen zur Verflüssigung von kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgasen.There is a need for improvements in the operation of small plants in particular for the liquefaction of hydrocarbon-containing feed gases.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anlage zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, a method and a plant for liquefying a hydrocarbon-containing feed gas with the features of the independent patent claims are proposed. Embodiments are the subject of the dependent patent claims and the following description.

Abkühlprozesse für kleine Gasverflüssigungssysteme, z.B. in Biogasanlagen, sind derzeit vergleichsweise ineffizient und unzuverlässig. Herkömmliche Verfahren umfassen z.B. die Verflüssigung mit kaltem Flüssigstickstoff, offene und geschlossene Methankreisläufe, Joule-Thompson-Zyklen oder Sterling-Prozesse auf Heliumbasis.Cooling processes for small gas liquefaction systems, e.g. in biogas plants, are currently comparatively inefficient and unreliable. Conventional processes include liquefaction with cold liquid nitrogen, open and closed methane cycles, Joule-Thompson cycles or helium-based Sterling processes.

Verdichter, insbesondere Zentrifugalverdichter, wie sie in Gasverflüssigungsanlagen zur Verdichtung von Kältemitteln zum Einsatz kommen können, sind typischerweise mit Gasdichtungen ausgestattet. Diese haben insbesondere die Funktion, einen Austritt des verdichteten Gases zu verhindern und die typischerweise unter erheblichen Drücken und Temperaturen betriebenen Verdichter vor Druckabfall zu schützen. Das in den Gasdichtungen verwendete Dichtgas sowie die mechanische Ausgestaltung der Gasdichtungen müssen ausgesprochen hohen Anforderungen wie Partikelfreiheit einerseits bzw. Maßtoleranzen und Oberflächenglätte andererseits entsprechen.Compressors, especially centrifugal compressors, such as those used in gas liquefaction plants to compress refrigerants, are typically equipped with gas seals. These have the particular function of preventing the compressed gas from escaping and protecting the compressors, which typically operate under considerable pressures and temperatures, from pressure drops. The sealing gas used in the gas seals and the mechanical design of the gas seals must meet extremely high requirements such as freedom from particles on the one hand and dimensional tolerances and surface smoothness on the other.

Moderne, hocheffiziente Zyklen mit Einfach-Gemischkältemittelkreislauf, wie sie oben erwähnt wurden, die in größeren Verflüssigungsanlagen eingesetzt werden, haben den Nachteil, dass Verluste des Gemischkältemittels über das Dichtgassystem der üblicherweise verwendeten Zentrifugalkompressionsanordnungen unvermeidlich sind. Außerdem ist während längerer Stillstandszeiten eine teilweise Druckentlastung mit Freisetzung von Gemischkältemittel aus dem Gemischkältemittelkreislauf erforderlich. Diese Bestandsverluste müssen durch ein Nachspeisesystem ausgeglichen werden, das die Komponenten des Gemischkältemittels bereitstellt. Folglich müssen ein kostspieliges Dichtgassystem und ein Nachspeisesystem installiert werden, was die Wirtschaftlichkeit für kleine Anwendungen und einen autarken Betrieb in Frage stellt.Modern, high-efficiency single-mixture refrigerant cycles, as mentioned above, used in larger condensing plants have the disadvantage that losses of the mixture refrigerant via the seal gas system of the commonly used centrifugal compression arrangements are unavoidable. In addition, during longer shutdown periods, partial depressurization with release of mixture refrigerant from the mixture refrigerant circuit is required. These inventory losses must be compensated by a make-up system that provides the components of the mixture refrigerant. Consequently, a costly seal gas system and a make-up system must be installed, which calls into question the economics for small applications and self-sufficient operation.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass durch den Einsatz hocheffizienter gekapselter (hermetischer) Verdichter in Einfach-Gemischkältemittelkreisläufen für die Niedertemperaturgasverflüssigung insbesondere im kleinen Maßstab besonders energie- und kosteneffiziente, zuverlässige und autarke Betriebsmöglichkeiten geschaffen werden, weil hierdurch die genannten Anforderungen an ein Dichtgassystem und ein Nachspeisesystem wegfallen.The invention is based on the finding that the use of highly efficient encapsulated (hermetic) compressors in single-mix refrigerant circuits for low-temperature gas liquefaction, particularly on a small scale, Energy- and cost-efficient, reliable and self-sufficient operating options can be created because this eliminates the aforementioned requirements for a sealing gas system and a make-up system.

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases vor, wobei das Einsatzgas in druckbeaufschlagtem Zustand in einem Wärmetauscher abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt wird, wobei in dem Wärmetauscher ein, insbesondere genau ein, Gemischkältemittel erwärmt und zumindest teilweise verdampft wird, wobei das Gemischkältemittel in einem, insbesondere genau einem, Gemischkältemittelkreislauf geführt wird, und wobei das Gemischkältemittel in dem Gemischkältemittelkreislauf unter Verwendung eines Verdichters verdichtet wird. Wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, ist der Verdichter als hermetischer und/oder über eine Magnetkupplung angetriebener Verdichter ausgebildet.Against this background, the present invention proposes a method for liquefying a hydrocarbon-containing feed gas, wherein the feed gas is cooled and at least partially liquefied in a heat exchanger in a pressurized state, wherein one, in particular exactly one, mixed refrigerant is heated and at least partially evaporated in the heat exchanger, wherein the mixed refrigerant is guided in one, in particular exactly one, mixed refrigerant circuit, and wherein the mixed refrigerant is compressed in the mixed refrigerant circuit using a compressor. As proposed in the context of the present invention, the compressor is designed as a hermetic compressor and/or one driven via a magnetic coupling.

Aspekte der vorliegenden Erfindung können, mit anderen Worten, umfassen, dass ein spezifisch ausgestaltetes Verdichtersystem in einem besonders energieeffizienten Einfach-Gemischkältemittelkreislauf eingesetzt wird. Der Verdichter kann über eine Magnetkupplung z.B. durch einen Elektromotor, angetrieben werden, oder es kann ein vollständig hermetischer Verdichter-Maschinenstrang mit einem gekapselten Verdichter und Antrieb eingesetzt werden.In other words, aspects of the present invention may include the use of a specifically designed compressor system in a particularly energy-efficient single-mixture refrigerant circuit. The compressor may be driven via a magnetic coupling, e.g. by an electric motor, or a completely hermetic compressor machine train with an encapsulated compressor and drive may be used.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird der Begriff "hermetischer Verdichter" in fachüblicher Weise verwendet. Anstelle des Begriffs "hermetischer Verdichter" kann grundsätzlich auch der Begriff "vollhermetischer Verdichter" verwendet werden. Bei einem hermetischen Verdichter sind der Antriebsmotor und die verdichtenden Elemente typischerweise in einer druckfesten Kapsel angeordnet. Beide Komponenten können im Kältemittelstrom angeordnet und dadurch gekühlt werden. In bestimmten Ausgestaltung kann die Kapselung derart vorgesehen sein, dass ein Öffnen des Verdichters zu Reparaturzwecken nicht möglich ist. Herkömmlicherweise kommen hermetische Verdichter für Anwendungen wie Klimakammern, Kühl- und Gefrierschränke, kleinere Kühlräume und Haushaltswärmepumpen zum Einsatz. Ein hermetischer Verdichter kann also vollständig von der Umwelt abgeschottet sein. Hermetische Verdichter können "verkettet" werden, so dass sie auch dann effektiv arbeiten, wenn ein Verdichter nicht die erforderliche Leistung erbringt oder ausfällt. Ist daher hier von "einem" entsprechenden Verdichter im Singular die Rede, soll hierdurch nicht ausgeschlossen sein, dass weiterer Verdichter, beispielsweise in serieller und/oder paralleler Anordnung oder in Redundanz verwendet werden.In the context of the present disclosure, the term "hermetic compressor" is used in the usual way. Instead of the term "hermetic compressor", the term "fully hermetic compressor" can in principle also be used. In a hermetic compressor, the drive motor and the compression elements are typically arranged in a pressure-resistant capsule. Both components can be arranged in the refrigerant flow and thereby cooled. In certain embodiments, the encapsulation can be provided in such a way that it is not possible to open the compressor for repair purposes. Hermetic compressors are conventionally used for applications such as climate chambers, refrigerators and freezers, smaller cold rooms and household heat pumps. A hermetic compressor can therefore be completely sealed off from the environment. Hermetic compressors can be "linked" so that they work effectively even if a compressor does not deliver the required performance or fails. Is Therefore, although we refer here to "a" corresponding compressor in the singular, this should not exclude the use of further compressors, for example in serial and/or parallel arrangement or in redundancy.

Probleme im Zusammenhang mit der Verdampfung des Kältemittels und dem Druckanstieg während eines Anlagenstillstands lassen sich in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung unterschiedlich lösen. So kann einerseits das Kältemittelsystem bzw. der Einfach-Kältemittelkreislauf für den zu erwartenden hohen Stillstandsdruck ausgelegt werden, wobei allerdings sichergestellt werden muss, dass die Anlage unter entsprechenden Bedingungen anlaufen kann. Es kann ein Ablaufbehälter verwendet werden, der für einen entsprechend hohen Druck ausgelegt ist, um das flüssige Inventar der Anlage aus kalten Anlagenteilen nach einem Stillstand vorübergehend zu speichern. Auf diese Weise wird der Stillstandsdruck in dem Kältemittelsystem bzw. dem Einfach-Kältemittelkreislauf erheblich reduziert. Die abgelassenen und (teilweise verdampften) Kältemittelkomponenten können dann nach dem Start des Verdichters wieder in den Kältemittelkreislauf eingespeist werden.Problems related to the evaporation of the refrigerant and the pressure increase during a system shutdown can be solved in different ways in embodiments of the present invention. On the one hand, the refrigerant system or the single refrigerant circuit can be designed for the expected high standstill pressure, although it must be ensured that the system can start up under appropriate conditions. A drain tank designed for a correspondingly high pressure can be used to temporarily store the system's liquid inventory from cold system parts after a shutdown. In this way, the standstill pressure in the refrigerant system or the single refrigerant circuit is significantly reduced. The drained and (partially evaporated) refrigerant components can then be fed back into the refrigerant circuit after the compressor has started up.

Das hier vorgeschlagene Verfahren kann also in entsprechenden Ausgestaltungen einen Verflüssigungsbetrieb, in dem die Verflüssigung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases vorgenommen wird, und einen Standbybetrieb, in dem die Verflüssigung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases nicht vorgenommen wird, umfassen, wobei der Verdichter in dem Standbybetrieb nicht oder mit geringerer Leistung als in dem Verflüssigungsbetrieb betrieben wird. Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine derartige intermittierende Betriebsweise und erlauben daher einen Einsatz auch zur Verflüssigung von nur periodisch zur Verfügung stehenden Einsatzgasen, so dass die Anforderungen insbesondere beim Betrieb kleiner Anlagen in besonderer Weise erfüllt werden können.The method proposed here can therefore, in corresponding embodiments, comprise a liquefaction mode in which the liquefaction of the hydrocarbon-containing feed gas is carried out, and a standby mode in which the liquefaction of the hydrocarbon-containing feed gas is not carried out, whereby the compressor is not operated in the standby mode or is operated at a lower power than in the liquefaction mode. Embodiments of the present invention enable such an intermittent mode of operation and therefore also allow use for the liquefaction of feed gases that are only available periodically, so that the requirements can be met in a special way, particularly when operating small plants.

Bei einem Übergang zwischen dem Verflüssigungsbetrieb und dem Standbybetrieb kann in entsprechenden Ausgestaltungen der Erfindung zumindest ein Teil des Gemischkältemittels aus dem Gemischkältemittelkreislauf in ein Ablaufgefäß überführt werden, und bei einem Übergang zwischen dem Standbybetrieb und dem Verflüssigungsbetrieb kann zumindest ein Teil des Gemischkältemittels aus dem Ablaufgefäß wieder in den Gemischkältemittelkreislauf überführt werden. Wie erläutert, lassen sich hierdurch Verluste verringern und ein Druckanstieg kann hinsichtlich seiner Höhe in dem Gemischkältemittelkreislauf insgesamt oder hinsichtlich des Orts des Druckanstiegs (nämlich z.B. nur auf den Ablaufbehälter) begrenzt werden.During a transition between the condensation operation and the standby operation, in corresponding embodiments of the invention, at least part of the mixture refrigerant can be transferred from the mixture refrigerant circuit to a drain vessel, and during a transition between the standby operation and the condensation operation, at least part of the mixture refrigerant can be transferred from the drain vessel back into the mixture refrigerant circuit. As explained, this reduces losses and a pressure increase can be limited in terms of its height in the mixture refrigerant circuit as a whole or with regard to the location of the pressure increase (namely, e.g. only to the drain tank).

Der Übergang zwischen dem Standbybetrieb und dem Verflüssigungsbetrieb kann in Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Anlaufphase umfassen, in der zunächst der Verdichter in Betrieb gesetzt oder mit (wieder) erhöhter Leistung betrieben wird, und bei dem hieran anschließend sukzessive zumindest ein Teil des Gemischkältemittels aus dem Ablaufgefäß wieder in den Gemischkältemittelkreislauf überführt wird. Auf diese Weise lassen sich die Anforderungen an den Verdichterantrieb hinsichtlich der notwendigen Anlaufleistung in entsprechenden Ausgestaltungen reduzieren, so dass sich insbesondere ein geringeres Anlaufdrehmoment und geringere Erstellungskosten ergeben.In embodiments of the present invention, the transition between standby mode and condensation mode can in particular comprise a start-up phase in which the compressor is initially put into operation or operated with (again) increased power, and in which at least part of the mixture refrigerant is then successively transferred from the drain vessel back into the mixture refrigerant circuit. In this way, the requirements for the compressor drive with regard to the necessary start-up power can be reduced in corresponding embodiments, resulting in particular in a lower start-up torque and lower construction costs.

In allen Fällen kann vorgesehen sein, dass in dem Standbybetrieb eine Verdampfung zumindest eines Teils des Gemischkältemittels und ein hierdurch bedingter Druckaufbau in dem Gemischkältemittelkreislauf oder einem Teil hiervon zugelassen wird, wobei zumindest ein Teil von Komponenten in dem Gemischkältemittelkreislauf derart ausgebildet sind, dass sie dem Druckaufbau standhalten. Auf diese Weise können Verluste an Kältemittelinventar eliminiert werden.In all cases, it can be provided that in standby mode, evaporation of at least part of the mixture refrigerant and a resulting pressure build-up in the mixture refrigerant circuit or a part thereof is permitted, with at least some of the components in the mixture refrigerant circuit being designed in such a way that they withstand the pressure build-up. In this way, losses of refrigerant inventory can be eliminated.

In Ausgestaltungen der Erfindung kann zumindest ein Teil des Gemischkältemittelkreislauf abschottbar ausgebildet werden, wobei insbesondere nur entsprechend abgeschottete Teile einem Druckaufbau standhalten müssen. In solchen Fällen braucht nicht die gesamte Anlage mit entsprechenden Kosten entsprechend druckfest ausgestaltet werden.In embodiments of the invention, at least part of the mixed refrigerant circuit can be designed to be sealed off, whereby in particular only the correspondingly sealed off parts have to withstand a pressure build-up. In such cases, the entire system does not need to be designed to be pressure-resistant, which would entail corresponding costs.

In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas Biogas oder durch Vergasung eines anderen kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffs wie Abfällen erzeugtes Vergasungsgas, Shalegas und/oder Erdgas umfassen. Die vorliegende Erfindung eignet sich aus den mehrfach erläuterten Gründen insbesondere zum Einsatz in Verfahren, in denen entsprechende Einsatzgase nur periodisch produziert werden und daher ein intermittierender Verflüssigungsbetrieb besonders vorteilhaft ist.In embodiments of the present invention, the hydrocarbon-containing feed gas can comprise biogas or gasification gas produced by gasification of another carbon-containing starting material such as waste, shale gas and/or natural gas. For the reasons explained several times, the present invention is particularly suitable for use in processes in which corresponding feed gases are only produced periodically and therefore intermittent liquefaction operation is particularly advantageous.

Wie erwähnt eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere für vergleichsweise kleine Anlagen. Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung umfassen daher, dass Verflüssigungskapazitäten von nicht mehr als 10 Tonnen pro Tag in einer Anlage bereitgestellt werden bzw. das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas dem Verfahren in einer Menge von nicht mehr als 450 Kilogramm pro Stunde zugeführt wird. Ein Verbund mehrerer Anlagen, um höhere Verflüssigungskapazitäten zu erreichen, ist jedoch denkbar und kann bereitgestellt werden.As mentioned, the present invention is particularly suitable for comparatively small plants. Embodiments of the present invention therefore include that liquefaction capacities of no more than 10 tons per day are provided in one plant or that the hydrocarbon-containing feed gas is fed to the process in an amount of no more than 450 kilograms per hour. However, a network of several plants in order to achieve higher liquefaction capacities is conceivable and can be provided.

Wie erwähnt, wird die vorliegende Erfindung insbesondere in Ausgestaltungen mit Einfach-Gemischkältemittelkreislauf eingesetzt, so dass Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung also umfassen können, dass genau ein Gemischkältemittelkreislauf verwendet wird.As mentioned, the present invention is used in particular in embodiments with a single mixture refrigerant circuit, so that embodiments of the present invention can therefore comprise that exactly one mixture refrigerant circuit is used.

In Ausgestaltungen der Erfindung können grundsätzlich beliebige Gemischkältemittel verwendet werden, d.h. als das Gemischkältemittel kann ein Gemisch mit zumindest zwei der Komponenten Stickstoff, Methan, Ethan, Propan, Ethylen, Butan oder Pentan in beliebigen relativen Mengen verwendet werden, soweit technisch machbar.In embodiments of the invention, in principle any mixture refrigerant can be used, i.e. a mixture with at least two of the components nitrogen, methane, ethane, propane, ethylene, butane or pentane in any relative amounts can be used as the mixture refrigerant, as far as technically feasible.

Eine Anlage zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wobei die Anlage dafür eingerichtet ist, das Einsatzgas in druckbeaufschlagtem Zustand in einem Wärmetauscher abzukühlen und zumindest teilweise zu verflüssigen, wobei die Anlage dafür eingerichtet ist, in dem Wärmetauscher ein Gemischkältemittel zu erwärmen und zumindest teilweise zu verdampfen, und wobei die Anlage dafür eingerichtet das Gemischkältemittel in einem Gemischkältemittelkreislauf zu führen und das Gemischkältemittel in dem Gemischkältemittelkreislauf unter Verwendung eines Verdichters zu verdichten.A plant for liquefying a hydrocarbon-containing feed gas is also the subject of the present invention, wherein the plant is designed to cool the feed gas in a pressurized state in a heat exchanger and to at least partially liquefy it, wherein the plant is designed to heat a mixture refrigerant in the heat exchanger and to at least partially evaporate it, and wherein the plant is designed to guide the mixture refrigerant in a mixture refrigerant circuit and to compress the mixture refrigerant in the mixture refrigerant circuit using a compressor.

Die vorgeschlagene Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass der Verdichter als hermetischer Verdichter ausgebildet ist und/oder dass der Verdichter unter Verwendung einer Magnetkupplung angetrieben wird.The proposed system is characterized in that the compressor is designed as a hermetic compressor and/or that the compressor is driven using a magnetic coupling.

Zu weiteren Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Anlage und Ausgestaltungen hiervon sei auf die obigen Erläuterungen betreffend das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren und seine Ausgestaltungen ausdrücklich verwiesen, da diese hierfür in gleicher Weise gelten.For further features and advantages of a corresponding system and its configurations, please refer to the above explanations concerning the The method and embodiments proposed according to the invention are expressly referred to, since they apply equally to this purpose.

Nochmals zusammengefasst umfasst die vorliegende Erfindung bzw. umfassen entsprechende Ausgestaltungen der Erfindung die Kombination eines effizienten gemischten Kältemittelkreislaufs umfassend Stickstoff, Methan, Ethan, Propan, Ethylen, Butan oder Pentan mit einem hermetischen Kompressionssystem ohne Kältemittelverluste und, falls erforderlich, einem hermetisch integrierten Schmiersystem. Darüber hinaus ist kein externes Dichtgas erforderlich, und das System hat keine Sperrgasverluste von der Prozessseite (gemischter Kältemittelkreislauf) an die Atmosphäre oder andere Systeme.In summary, the present invention or corresponding embodiments of the invention comprise the combination of an efficient mixed refrigerant circuit comprising nitrogen, methane, ethane, propane, ethylene, butane or pentane with a hermetic compression system without refrigerant losses and, if required, a hermetically integrated lubrication system. In addition, no external sealing gas is required and the system has no sealing gas losses from the process side (mixed refrigerant circuit) to the atmosphere or other systems.

Das System kann unter anderem zur Verflüssigung kleinerer Methanmengen aus Erdgas oder anderen Methanquellen wie Biogas verwendet werden. Das Kältesystem benötigt kein Nachfüllsystem für gemischte Kältemittel oder ein Dichtgassystem und kann autark arbeiten. Ein Neustart des Systems gegen den Stillstandsdruck ist möglich, ohne dass das System in drucklosen Zustand versetzt werden muss.The system can be used, among other things, to liquefy small amounts of methane from natural gas or other methane sources such as biogas. The refrigeration system does not require a refill system for mixed refrigerants or a sealing gas system and can operate autonomously. The system can be restarted against the standstill pressure without having to depressurize the system.

Durch die Anpassung der Zusammensetzung des Gemischkältemittels bietet der Einfach-Gemischkältemittelkreislauf eine energieeffiziente Möglichkeit zur Reduzierung von Flashgas, das bei der Drosselung von Flüssiggas in einen Speicherbehälter entsteht. Um die Energieeffizienz des Prozesses zu erhöhen, kann das Flashgas optional (z.B. bei Biogasanlagen mit Niederdruck-Speisegasquellen) nach der Kälterückgewinnung zurück zum Speisegas geleitet oder z.B. in einem Niederdruck-Brenngassystem verwendet werden.By adjusting the composition of the mixture refrigerant, the single mixture refrigerant circuit offers an energy-efficient way to reduce flash gas that is generated when liquefied gas is throttled into a storage vessel. To increase the energy efficiency of the process, the flash gas can optionally be fed back to the feed gas after cold recovery (e.g. in biogas plants with low-pressure feed gas sources) or used in a low-pressure fuel gas system, for example.

Entsprechendes gilt auch für eine Anlage, die gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einer beliebigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durchzuführen.The same applies to a system which, according to an embodiment of the invention, is designed to carry out a method according to any embodiment of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

  • Figur 1 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Figur 2 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Embodiments of the invention are described below purely by way of example with reference to the accompanying drawings.
  • Figure 1 illustrates a system according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 illustrates a system according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen werden lediglich zu dem Zweck beschrieben, den Leser beim Verständnis der beanspruchten und zuvor erläuterten Merkmale zu unterstützen. Sie stellen lediglich repräsentative Beispiele dar und sollen hinsichtlich der Merkmale der Erfindung nicht abschließend und/oder beschränkend betrachtet werden. Es versteht sich, dass die zuvor und nachfolgend beschriebenen Vorteile, Ausführungsformen, Beispiele, Funktionen, Merkmale, Strukturen und/oder anderen Aspekte nicht als Beschränkungen des Umfangs der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, oder als Beschränkungen von Äquivalenten zu den Ansprüchen zu betrachten sind, und dass andere Ausführungsformen verwendet und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen.The embodiments described below are described solely for the purpose of assisting the reader in understanding the features claimed and discussed above. They are merely representative examples and are not intended to be exhaustive and/or limiting with respect to the features of the invention. It is to be understood that the advantages, embodiments, examples, functions, features, structures and/or other aspects described above and below are not to be considered as limitations on the scope of the invention as defined in the claims or as limitations on equivalents to the claims, and that other embodiments may be utilized and changes may be made without departing from the scope of the invention as claimed.

Unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung können weitere zweckmäßige Kombinationen der beschriebenen Elemente, Komponenten, Merkmale, Teile, Schritte, Mittel usw. umfassen, aufweisen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen, auch wenn solche Kombinationen hier nicht spezifisch beschrieben sind. Darüber hinaus kann die Offenbarung andere Erfindungen umfassen, die gegenwärtig nicht beansprucht sind, die aber in Zukunft beansprucht werden können, insbesondere wenn sie vom Umfang der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.Different embodiments of the invention may include, have, consist of, or consist essentially of other useful combinations of the described elements, components, features, parts, steps, means, etc., even if such combinations are not specifically described herein. Moreover, the disclosure may include other inventions that are not currently claimed, but that may be claimed in the future, particularly if they are included within the scope of the independent claims.

Erläuterungen, die sich auf Vorrichtungen, Apparate, Anordnungen, Systeme usw. gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen, können auch für Verfahren, Prozesse, Methoden usw. gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelten und umgekehrt. Gleiche, gleich wirkende, in ihrer Funktion einander entsprechende, baulich identisch oder vergleichbar aufgebaute Elemente, Verfahrensschritte usw. können mit identischen Bezugszeichen angegeben sein.Explanations relating to devices, apparatus, arrangements, systems, etc. according to embodiments of the present invention may also apply to methods, processes, methods, etc. according to the embodiments of the present invention and vice versa. Elements, method steps, etc. that are identical, act in the same way, correspond to one another in terms of their function, are structurally identical or comparable may be indicated with identical reference symbols.

Figur 1 veranschaulicht eine Anlage 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 1 illustrates a system 100 according to an embodiment of the present invention.

Die Anlage 100 ist zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases 101 eingerichtet, wobei das Einsatzgas 101 in druckbeaufschlagtem Zustand in einem Wärmetauscher 10 abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt wird. Das verflüssigte Einsatzgas wird über ein Ventil 11 in ein Tanksystem 50 eingespeist, wobei Flashgas bzw. verdampfte Anteile über ein Ventil 12 durch den Wärmetauscher 10 zurückgeführt werden können.The system 100 is designed to liquefy a hydrocarbon-containing feed gas 101, wherein the feed gas 101 is cooled and at least partially liquefied in a pressurized state in a heat exchanger 10. The liquefied feed gas is fed into a tank system 50 via a valve 11, wherein flash gas or vaporized portions can be returned through the heat exchanger 10 via a valve 12.

In dem Wärmetauscher 10 wird ein Gemischkältemittel 102 erwärmt und zumindest teilweise verdampft, wobei das Gemischkältemittel 102 in einem hier insgesamt mit 20 bezeichneten Gemischkältemittelkreislauf geführt wird. Das Gemischkältemittel 102 wird in dem Gemischkältemittelkreislauf 20 unter Verwendung eines Verdichters 21 verdichtet, der im veranschaulichten Beispiel mit einem Elektromotor 22 angetrieben wird. Der Verdichter 21 ist als hermetischer Verdichter 21 ausgebildet und/oder dass der Verdichter 21 wird unter Verwendung einer Magnetkupplung angetrieben.In the heat exchanger 10, a mixed refrigerant 102 is heated and at least partially evaporated, wherein the mixed refrigerant 102 is guided in a mixed refrigerant circuit, designated here as a whole by 20. The mixed refrigerant 102 is compressed in the mixed refrigerant circuit 20 using a compressor 21, which in the illustrated example is driven by an electric motor 22. The compressor 21 is designed as a hermetic compressor 21 and/or the compressor 21 is driven using a magnetic coupling.

Der Verdichter 21 wird aus einem Vorlagebehälter 23 gespeist, der insbesondere dazu bereitgestellt ist, um eine Flüssigkeitseinspeisung in den Verdichter 21 zu vermeiden. Druckseitig des Verdichters 21 zweigt eine Kickbackleitung mit einem Ventil 28 ab. Mittels eines Luftkühlers 24 wird das verdichtete Gemischkältemittel 102 abgekühlt und dabei teilkondensiert. Ein gebildetes Zweiphasengemisch wird in einen Abscheidebehälter 25 eingespeist. Aus dem Abscheidebehälter 25 abgezogenes Gas wird dem Wärmetauscher 10 warmseitig zugeführt. Über eine Zwischeneinspeisung wird dem Wärmetauscher 10 ebenfalls aus dem Abscheidebehälter 25 abgezogene Flüssigkeit zugeführt. Gas und Flüssigkeit werden vereinigt und in dem Wärmetauscher 10 weiter abgekühlt und dabei insbesondere vollverflüssigt.The compressor 21 is fed from a storage tank 23, which is provided in particular to prevent liquid from being fed into the compressor 21. A kickback line with a valve 28 branches off on the pressure side of the compressor 21. The compressed mixture coolant 102 is cooled and partially condensed by means of an air cooler 24. A two-phase mixture formed is fed into a separator tank 25. Gas extracted from the separator tank 25 is fed to the heat exchanger 10 on the warm side. Liquid also extracted from the separator tank 25 is fed to the heat exchanger 10 via an intermediate feed. Gas and liquid are combined and further cooled in the heat exchanger 10 and in particular fully liquefied.

Die gebildete Flüssigkeit wird über ein Ventil 26 in einen Flashbehälter 27 eingespeist, aus dem wiederum Gas und Flüssigkeit entnommen, dem Wärmetauscher 10 zugespeist, und innerhalb des Wärmetauschers 10 vereinigt. Nach Erwärmung und Verdampfung in dem Wärmetauscher 10 wird das Gemischkältemittel 102 wieder dem Vorlagebehälter 23 zugeführt und so der Gemischkältemittelkreislauf 20 geschlossen.The liquid formed is fed via a valve 26 into a flash tank 27, from which gas and liquid are taken, fed to the heat exchanger 10, and combined within the heat exchanger 10. After heating and evaporation in the heat exchanger 10, the mixed refrigerant 102 is fed back to the storage tank 23, thus closing the mixed refrigerant circuit 20.

Während längerer Stillstandszeiten erwärmt sich das System und der Flüssigkeitsvorrat aus den kalten Abschnitten des Gemischkältemittelkreislaufs 20 verdampft und erhöht den Stillstandsdruck. Dieser erhöhte Stillstandsdruck kann bei der Auslegung des Gemischkältemittelkreislaufs 20 und der zugehörigen Ausrüstung berücksichtigt werden. Darüber hinaus werden vorteilhafterweise die erhöhten Anforderungen für den Neustart aufgrund dieses hohen Gemischkältemittelkreislaufs 20 bei der Auswahl des Maschinenstrangs (Verdichter 21 und Antrieb 22) berücksichtigt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Ausgestaltung vorgesehen sein, wie sie nun in Bezug auf Figur 2 erläutert wird.During longer periods of downtime, the system and the liquid supply from the cold sections of the mixed refrigerant circuit heat up 20 evaporates and increases the standstill pressure. This increased standstill pressure can be taken into account when designing the mixed refrigerant circuit 20 and the associated equipment. In addition, the increased requirements for restarting due to this high mixed refrigerant circuit 20 are advantageously taken into account when selecting the machine train (compressor 21 and drive 22). Alternatively or additionally, a design can be provided as is now described with respect to Figure 2 is explained.

In Figur 2 ist ein Verfahren gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 200 bezeichnet. Dieses umfasst die bereits zu Figur 1 erläuterten Merkmale und zusätzlich ein Standbysystem, das hier insgesamt mit 30 bezeichnet ist.In Figure 2 a method according to a further embodiment of the present invention is illustrated and designated as a whole by 200. This comprises the already Figure 1 explained features and additionally a standby system, which is designated here with a total of 30.

Das Verfahren 200 kann einen Verflüssigungsbetrieb, in dem die Verflüssigung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases 101 vorgenommen wird, und einen Standbybetrieb, in dem die Verflüssigung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases 101 nicht vorgenommen wird, umfassen.The method 200 may include a liquefaction operation in which the liquefaction of the hydrocarbon-containing feed gas 101 is performed and a standby operation in which the liquefaction of the hydrocarbon-containing feed gas 101 is not performed.

Der Verdichter 21 wird in dem Standbybetrieb nicht oder mit geringerer Leistung als in dem Verflüssigungsbetrieb betrieben. Wie bereits erläutert kann bei einem Übergang zwischen dem Verflüssigungsbetrieb und dem Standbybetrieb zumindest ein Teil des Gemischkältemittels 102 aus dem Gemischkältemittelkreislauf 20 in ein Ablaufgefäß 31 in dem Standbysystem 30 überführt bzw. abgelassen werden.The compressor 21 is not operated in the standby mode or is operated at a lower power than in the condensation mode. As already explained, during a transition between the condensation mode and the standby mode, at least part of the mixture refrigerant 102 from the mixture refrigerant circuit 20 can be transferred or drained into a drain vessel 31 in the standby system 30.

Hierzu sind entsprechende Leitungen stromauf des Ventils 26 mit einem Ventil 32, in der stromab des Flashbehälters 27 angeordneten Flüssigkeitsleitung mit einem Ventil 33, und stromauf des Ventils 28 in der Kickbackleitung mit einem Ventil 34 vorgesehen.For this purpose, corresponding lines are provided upstream of the valve 26 with a valve 32, in the liquid line arranged downstream of the flash container 27 with a valve 33, and upstream of the valve 28 in the kickback line with a valve 34.

Bei einem Übergang zwischen dem Standbybetrieb und dem Verflüssigungsbetrieb kann zumindest ein Teil des Gemischkältemittels 102 aus dem Ablaufgefäß 31 wieder in den Gemischkältemittelkreislauf 20 überführt werden, und zwar in dem hier veranschaulichten Beispiel über ein Ventil 35 in den Vorlagebehälter 23.During a transition between the standby mode and the condensation mode, at least a portion of the mixture refrigerant 102 can be transferred from the drain vessel 31 back into the mixture refrigerant circuit 20, namely in the example illustrated here via a valve 35 into the storage tank 23.

Das System ist hier also mit einem Hochdruckablassbehälter bzw. Ablaufbehälter 31 ausgestattet, der das kalte flüssige Gemischkältemittel 102 des Systems aufnehmen kann. Durch das Ablassen der kalten Flüssigkeit aus dem System kann der Stillstandsdruck während der Stillstandsphasen beim Aufwärmen des Systems reduziert werden. Der Ablaufbehälter 31 ist für hohen Druck ausgelegt und die Verdampfung der Flüssigkeit im Laufe der Zeit wird akzeptiert.The system is therefore equipped with a high-pressure drain tank or drain tank 31, which can hold the cold liquid mixture refrigerant 102 of the system. By draining the cold liquid from the system, the standstill pressure can be reduced during the standstill phases while the system warms up. The drain tank 31 is designed for high pressure and the evaporation of the liquid over time is accepted.

Nach dem Neustart des Systems bei reduziertem Stillstandsdruck kann das abgelassene Gemischkältemittel 102 zurück in den Prozess geleitet werden. Für die Verdampfung der verbleibenden schweren Bestandteile des Gemischkältemittels 102 im Ablaufbehälter 31 kann ein der Kickbackstrom von der warmen Druckseite des Verdichters 21 verwendet werden. Die Installation des zusätzlichen Ablaufbehälter 31 reduziert den Auslegungsdruck des Systems und verringert den Aufwand für das Wiederanfahren des Verdichters 21 nach längeren Stillstandszeiten. Auch nach langen Stillstandszeiten müssen in einer derartigen Ausgestaltungen keine Bestandsverluste durch ein Nachspeisesystem ausgeglichen werden.After restarting the system at reduced standstill pressure, the discharged mixture refrigerant 102 can be fed back into the process. A kickback flow from the warm pressure side of the compressor 21 can be used to evaporate the remaining heavy components of the mixture refrigerant 102 in the drain tank 31. The installation of the additional drain tank 31 reduces the design pressure of the system and reduces the effort required to restart the compressor 21 after longer downtimes. Even after long downtimes, no inventory losses need to be compensated for by a make-up system in such designs.

Claims (12)

Verfahren (100, 200) zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases (101), wobei das Einsatzgas (101) in druckbeaufschlagtem Zustand in einem Wärmetauscher (10) abgekühlt und zumindest teilweise verflüssigt wird, wobei in dem Wärmetauscher (10) ein Gemischkältemittel (102) erwärmt und zumindest teilweise verdampft wird, wobei das Gemischkältemittel (102) in einem Gemischkältemittelkreislauf (20) geführt wird, wobei das Gemischkältemittel (102) in dem Gemischkältemittelkreislauf (20) unter Verwendung eines Verdichters (21) verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als der Verdichter (21) ein hermetischer Verdichter (21) verwendet wird und/oder dass der Verdichter (21) unter Verwendung einer Magnetkupplung angetrieben wird.Method (100, 200) for liquefying a hydrocarbon-containing feed gas (101), wherein the feed gas (101) is cooled and at least partially liquefied in a heat exchanger (10) in a pressurized state, wherein a mixture refrigerant (102) is heated and at least partially evaporated in the heat exchanger (10), wherein the mixture refrigerant (102) is guided in a mixture refrigerant circuit (20), wherein the mixture refrigerant (102) is compressed in the mixture refrigerant circuit (20) using a compressor (21), characterized in that a hermetic compressor (21) is used as the compressor (21) and/or that the compressor (21) is driven using a magnetic coupling. Verfahren (100, 200) nach Anspruch 1, das einen Verflüssigungsbetrieb, in dem die Verflüssigung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases (101) vorgenommen wird, und einen Standbybetrieb, in dem die Verflüssigung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases (101) nicht vorgenommen wird, umfasst, wobei der Verdichter (21) in dem Standbybetrieb nicht oder mit geringerer Leistung als in dem Verflüssigungsbetrieb betrieben wird.Method (100, 200) according to claim 1, which comprises a liquefaction operation in which the liquefaction of the hydrocarbon-containing feed gas (101) is carried out, and a standby operation in which the liquefaction of the hydrocarbon-containing feed gas (101) is not carried out, wherein the compressor (21) is not operated in the standby operation or is operated at a lower power than in the liquefaction operation. Verfahren (200), bei dem bei einem Übergang zwischen dem Verflüssigungsbetrieb und dem Standbybetrieb zumindest ein Teil des Gemischkältemittels (102) aus dem Gemischkältemittelkreislauf (20) in ein Ablaufgefäß (31) überführt wird, wobei bei einem Übergang zwischen dem Standbybetrieb und dem Verflüssigungsbetrieb zumindest ein Teil des Gemischkältemittels (102) aus dem Ablaufgefäß (31) wieder in den Gemischkältemittelkreislauf (20) überführt wird.Method (200) in which, during a transition between the condensation operation and the standby operation, at least a portion of the mixture refrigerant (102) is transferred from the mixture refrigerant circuit (20) into a drain vessel (31), wherein, during a transition between the standby operation and the condensation operation, at least a portion of the mixture refrigerant (102) is transferred from the drain vessel (31) back into the mixture refrigerant circuit (20). Verfahren (200) nach Anspruch 3, bei dem der Übergang zwischen dem Standbybetrieb und dem Verflüssigungsbetrieb eine Anlaufphase umfasst, in der zunächst der Verdichter (21) in Betrieb gesetzt oder mit erhöhter Leistung betrieben wird, und bei dem hieran anschließend sukzessive zumindest ein Teil des Gemischkältemittels (102) aus dem Ablaufgefäß (31) wieder in den Gemischkältemittelkreislauf (20) überführt wird.Method (200) according to claim 3, in which the transition between the standby mode and the condensation mode comprises a start-up phase in which the compressor (21) is initially put into operation or operated at increased power, and in which at least a portion of the mixture refrigerant (102) is subsequently transferred successively from the drain vessel (31) back into the mixture refrigerant circuit (20). Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, bei dem in dem Standbybetrieb eine Verdampfung zumindest eines Teils des Gemischkältemittels (102) und ein hierdurch bedingter Druckaufbau in dem Gemischkältemittelkreislauf (20) oder einem Teil hiervon zugelassen wird, wobei zumindest ein Teil von Komponenten in dem Gemischkältemittelkreislauf (20) derart ausgebildet sind, dass sie dem Druckaufbau standhalten.Method (100, 200) according to one of the preceding claims 2 to 4, in which, in the standby mode, evaporation of at least a portion of the mixture refrigerant (102) and a resulting pressure build-up in the mixture refrigerant circuit (20) or a portion thereof is permitted, wherein at least some of the components in the mixture refrigerant circuit (20) are designed such that they withstand the pressure build-up. Verfahren (100, 200) nach Anspruch 5, bei dem zumindest ein Teil des Gemischkältemittelkreislauf (20) abschottbar ist.Method (100, 200) according to claim 5, wherein at least a part of the mixture refrigerant circuit (20) can be sealed off. Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas (101) Biogas oder durch Vergasung eines anderen kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffs erzeugtes Vergasungsgas, Shalegas und/oder Erdgas umfasst.Process (100, 200) according to one of the preceding claims, wherein the hydrocarbon-containing feed gas (101) comprises biogas or gasification gas produced by gasification of another carbon-containing starting material, shale gas and/or natural gas. Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas (101) dem Verfahren (100, 200) in einer Menge von nicht mehr als 450 Kilogramm pro Stunde zugeführt wird.A process (100, 200) according to any one of the preceding claims, wherein the hydrocarbon-containing feed gas (101) is fed to the process (100, 200) in an amount of not more than 450 kilograms per hour. Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem genau ein Gemischkältemittelkreislauf (20) verwendet wird.Method (100, 200) according to one of the preceding claims, in which exactly one mixture refrigerant circuit (20) is used. Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem als das Gemischkältemittel (102) ein Gemisch mit zumindest zwei der Komponenten Stickstoff, Methan, Ethan, Propan, Ethylen, Butan oder Pentan verwendet wird.Method (100, 200) according to one of the preceding claims, in which a mixture with at least two of the components nitrogen, methane, ethane, propane, ethylene, butane or pentane is used as the mixture refrigerant (102). Anlage (100, 200) zur Verflüssigung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases (101), wobei die Anlage (100, 200) dafür eingerichtet ist, das Einsatzgas (101) in druckbeaufschlagtem Zustand in einem Wärmetauscher (10) abzukühlen und zumindest teilweise zu verflüssigen, wobei die Anlage (100, 200) dafür eingerichtet ist, in dem Wärmetauscher (10) ein Gemischkältemittel (102) zu erwärmen und zumindest teilweise zu verdampfen, wobei die Anlage (100, 200) dafür eingerichtet das Gemischkältemittel (102) in einem Gemischkältemittelkreislauf (20) zu führen und das Gemischkältemittel (102) in dem Gemischkältemittelkreislauf (20) unter Verwendung eines Verdichters (21) zu verdichten, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (21) als hermetischer Verdichter (21) ausgebildet ist und/oder dass der Verdichter (21) unter Verwendung einer Magnetkupplung angetrieben wird.Plant (100, 200) for liquefying a hydrocarbon-containing feed gas (101), wherein the plant (100, 200) is designed to cool the feed gas (101) in a pressurized state in a heat exchanger (10) and to at least partially liquefy it, wherein the plant (100, 200) is designed to heat a mixture refrigerant (102) in the heat exchanger (10) and to at least partially evaporate it, wherein the plant (100, 200) is designed to guide the mixture refrigerant (102) in a mixture refrigerant circuit (20) and to compress the mixture refrigerant (102) in the mixture refrigerant circuit (20) using a compressor (21). compress, characterized in that the compressor (21) is designed as a hermetic compressor (21) and/or that the compressor (21) is driven using a magnetic coupling. Anlage (100, 200) nach Anspruch 11, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.Plant (100, 200) according to claim 11, which is arranged to carry out a method according to one of claims 1 to 10.
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