WO1997046840A1 - Verfahren und vorrichtung zur verflüssigung von erdgas sowie zur rückverflüssigung von boiloffgas - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verflüssigung von erdgas sowie zur rückverflüssigung von boiloffgas Download PDF

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    • F25J2280/02—Control in general, load changes, different modes ("runs"), measurements

Definitions

  • the invention relates to a process for the liquefaction of natural gas and for the back-liquefaction of boiloff gas, the natural gas to be liquefied and the boiloff gas to be liquefied back preferably being liquefied or liquefied in liquid heat using a refrigerant, and the liquefaction of boiloff gas only during those periods in which do not liquefy the natural gas is provided
  • the invention further relates to a device for the liquefaction of natural gas and for the back-liquefaction of boiloff gas,
  • Such natural gas liquefaction plants can, for example, take advantage of the excess of liquid nitrogen in an air separation plant.
  • the liquefaction of the so-called pipeline natural gas, the natural gas to be liquefied, is generally brought about by means of a pipeline, with of course also any other possibility of supplying natural gas should be included - takes place after drying, provided that the natural gas is free of other components that tend to emit, such as carbon dioxide, aromatics, C 6+ hydrocarbons, etc.
  • the liquefied natural gas is usually stored in one or more storage containers (interim) from which it can be removed continuously or discontinuously. If the liquefaction process of the natural gas is interrupted for a longer period of time, no liquefied natural gas is removed from the storage container during this period This results in partial evaporation or an increase in pressure due to the heat input from the environment inside the storage tank, a certain maximum pressure not being allowed to be exceeded in accordance with the pressure design of the storage tank
  • boiloff gas In order to compensate for this increase in pressure, evaporated natural gas, the so-called boiloff gas, is removed from the storage tank so that this boiloff gas does not have to be discarded, a back-liquefaction of this boiloff gas is generally provided.
  • a back-liquefaction of this boiloff gas is generally provided.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for the back-liquefaction of vaporized natural gas or boiloff gas, which enables a simpler and therefore cheaper heat exchanger construction This is achieved according to the invention in that
  • the heat exchanger (s) in which the heat exchange between the refrigerant and the natural gas to be liquefied or the boiloff gas to be liquefied takes place as a two-flow heat exchanger
  • the supply of natural gas into or into the heat exchanger is interrupted and instead the boiloff gas to be liquefied is brought into heat exchange with the refrigerant.
  • the heat exchanger or exchangers in which or in which the heat exchange between the refrigerant and the natural gas to be liquefied or the boiloff gas to be liquefied takes place, as a two-flow heat exchanger executed.
  • the supply of natural gas into or into the heat exchanger is interrupted and instead only the boiloff gas to be liquefied is brought into heat exchange with the refrigerant.
  • the second coil which was previously necessary for the reliquefaction of the boiloff gas, can be dispensed with.
  • the method according to the invention can be used advantageously not only when using wound heat exchangers, but independently of the type of heat exchanger used.
  • a structurally simpler and therefore cheaper heat exchanger construction is made possible.
  • the invention further relates to a device for liquefying natural gas and for reliquefying boiloff gas.
  • the device according to the invention is characterized in that the heat transfer duct or the heat exchanger, which serves to liquefy the natural gas, is also used for the back liquefaction of the boiloff gas and
  • the natural gas is liquefied against a flow of refrigerant and then fed to a separator D via line 3 with the valve b open.
  • the liquefaction of the natural gas or the back-liquefaction of the boiloff gas can also take place in a plurality of heat exchangers connected in series.
  • the refrigerant required for the liquefaction of the natural gas is fed to the heat exchanger E via line 10 and discharged via line 11 from it.
  • Liquid nitrogen which can originate, for example, from an air separation plant, is particularly suitable as the refrigerant.
  • a variety of refrigerants that serve the same purpose are conceivable
  • the supercooled high-pressure natural gas passes through the separator D, is drawn off via the throttle valve d and line 5 and into one or more storage tanks S conducted Natural gas is withdrawn continuously or discontinuously in liquid or gaseous form from the storage container S.
  • the supply of (P ⁇ pel ⁇ ne-) natural gas into the heat exchanger E is now interrupted - valve a is closed for this purpose - and the boiloff gas flowing out of the storage tank S is fed into the heat exchanger E via the lines 6 and 2 when the valve e is open it back-liquefies against the evaporating refrigerant in line 10/11, the heat transfer channel or the heat exchangers (E), which serves to liquefy the natural gas, also being used for the back-liquefaction of the boiloff gas
  • the separator D shown in the figure can be dispensed with, so that the liquefied natural gas or the liquefied boiloff gas after leaving the heat exchanger E with the valve b open is led via line 3 into the storage container S.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Verflüssigung von Erdgas sowie zur Rückverflüssigung von Boiloffgas, wobei das zu verflüssigende Erdgas und das rückzuverflüssigende Boiloffgas im Wärmetausch mit einem Kältemittel, vorzugsweise Flüssig-Stickstoff, verflüssigt bzw. rückverflüssigt werden, und wobei die Rückverflüssigung von Boiloffgas nur während derjenigen Zeiträume, in denen keine Verflüssigung des Erdgases erfolgt, vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist der oder die Wärmetauscher (E), in dem bzw. in denen der Wärmetausch zwischen Kältemittel (10, 11) und zu verflüssigendem Erdgas (1, 2) oder rückzuverflüssigendem Boiloffgas (6, 2) erfolgt, als ein Zweistrom-Wärmetauscher (E) ausgeführt, und während derjenigen Zeiträume, in denen keine Verflüssigung des Erdgases erfolgt, wird die Zufuhr von Erdgas in den bzw. in die Wärmetauscher (E) unterbrochen und stattdessen das rückzuverflüssigende Boiloffgas (6, 2) in Wärmetausch mit dem Kältemittel (10, 11) gebracht.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Verflüssigung von Erdgas sowie zur Ruckverflussiouno von Boiloffgas
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung von Erdgas sowie zur Ruckverflussigung von Boiloffgas, wobei das zu verflüssigende Erdgas und das ruckzuverflussigende Boiloffgas im Warmetausch mit einem Kältemittel vorzugsweise Flussig-Stickstoff verflüssigt bzw ruckverflussigt werden, und wobei die Ruckverflussigung von Boiloffgas nur wahrend derjenigen Zeiträume, in denen keine Verflüssigung des Erdgases erfolgt, vorgesehen ist
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verflüssigung von Erdgas sowie zur Ruckverflussigung von Boiloffgas,
umfassend wenigstens einen Wärmetauscher, in dem das zu verflüssigende Erdgas und das ruckzuverflussigende Boiloffgas im Warmetausch mit einem Kältemittel vorzugsweise Flussig-Stickstoff, verflüssigt bzw ruckverflussigt werden
umfassend einen Speicherbehalter, in den das verflüssigte Erdgas und das ruckverflussigte Boiloffgas gefuhrt werden, und
umfassend Leitungen, die der Zu- und Abfuhrung des zu verflüssigenden Erdgases und des ruckzuverflussigenden Boiloffgases in den bzw aus dem Wärmetauscher dienen
Bei mengenmäßig kleinen bis kleinsten Erdgas-Verflussigungsanlagen - dies sind Größenordnungen von 50 bis 2000 m3/h - , wird in der Regel als Kältemittel flussiger Stickstoff verwendet
Derartige Erdgas-Verflussigungsanlagen können z B den Flussig-Stickstoff-Uberfluß einer Luftzeriegungsaniage ausnutzen Die Verflüssigung des sog Pipeline-Erdgases das zu verflüssigende Erdgas wird in der Regel mittels einer Pipeline herbeigeführt, wobei selbstverständlich auch jede andere Möglichkeit der Erdgaszufuhrung eingescnlossen sein soll - erfolgt nach αessen Trocknung, sofern das Erdgas frei von sonstigen zur Ausfπerung neigenden Komponenten wie z B Kohlendioxid Aromaten C6+-Kohlenwasserstoffen etc ist
Als Wärmetauscher 'ur das zu verflüssigende Erdgas bzw das ruckzuverflussigende Boiloffgas - der Begriff "Boiloffgas" wird im folgenden erläutert werden - sowie den Flussig-Stickstoffstrom werden oftmals sog gewickelte Wärmetauscher mit zwei Rohrschlangen verwendet Hierbei wird durch die Hauptrohrschlange das zu verflüssigende Erdgas und durch eine zweite Rohrschlange das ruckzuverflussigende Boiloffgas gefuhrt
Das verflüssigte Erdgas wird in der Regel in einem oder mehreren Speicherbehaitern (zwιschen)gelagert aus dem bzw denen es kontinuierlich oder diskontinuierlich entnommen werden kann Wird der Verflussigungsprozeß des Erdgases für einen längeren Zeitraum unterbrochen und erfolgt wahrend dieses Zeitraumes keine Entnahme von verflüssigtem Erdgas aus dem Speicherbehalter so kommt es aufgrund des Warmeeintrages aus der Umgebung innerhalb des Speicherbehalters zu einer Teilverdampfung bzw zu einem Druckanstieg, wobei entsprechend der Druckauslegung des Speicherbehalters ein bestimmter Maximaldruck nicht überschritten werden darf
Um diesen Druckanstieg zu kompensieren, wird verdampftes Erdgas, das sog Boiloffgas aus dem Speicherbehalter abgeführt Damit dieses Boiloffgas nicht ungenutzt verworfen werden muß, wird in der Regel eine Ruckverflussigung dieses Boiloffgases vorgesehen Zu diesem Zwecke ist, wie bereits erwähnt, im Falle eines gewickelten Wärmetauschers eine zweite Rohrschlange vorgesehen
Eine derartige zweite zur Ruckverflussigung bzw -kondensation des Boiloffgases vorzusehende Rohrschlange fuhrt zu einer erheblichen Verteuerung des verwendeten Wärmetauschers Auch bei der Verwendung anderer Warmetauschertypen ist für die Ruckverflussigung bzw -kondensation des Boiloffgases eine aufwendigere Konstruktion für die Passage des ruckzuverflussigenden Boiloffgases durch den Wärmetauscher erforderlich
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ruckverflussigung von verdampften Erdgas bzw Boiloffgas anzugeben, das bzw die eine einfachere und somit billigere Warmetauscherkonstruktion ermöglicht Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
der oder die Wärmetauscher, in dem bzw. in denen der Wärmetausch zwischen Kältemittel und zu verflüssigendem Erdgas oder rückzuverflüssigendem Boiloffgas erfolgt, als ein Zweistrom-Wärmetauscher ausgeführt ist, und
während derjenigen Zeiträume, in denen keine Verflüssigung des Erdgases erfolgt, die Zufuhr von Erdgas in den bzw. in die Wärmetauscher unterbrochen wird und stattdessen das rückzuverflüssigende Boiloffgas in Wärmetausch mit dem Kältemittel gebracht wird.
Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Verflüssigung von Erdgas sowie zur Rückverflüssigung von Boiloffgas werden der oder die Wärmetauscher, in dem bzw. in denen der Wärmetausch zwischen Kältemittel und zu verflüssigendem Erdgas bzw. rückzuverflüssigenden Boiloffgas erfolgt, als Zweistrom-Wärmetauscher ausgeführt. Dies ist möglich, da während derjenigen Zeiträume, in denen keine Verflüssigung des Erdgases erfolgt, die Zufuhr von Erdgas in den bzw. in die Wärmetauscher unterbrochen wird und stattdessen nur das rückzuverflüssigende Boiloffgas in Wärmetausch mit dem Kältemittel gebracht wird.
Somit kann bei der Verwendung eines gewickelten Wärmetauschers die zweite Rohrschlange, die bisher für die Rückverflüssigung des Boiloffgases notwendig war, entfallen.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur bei der Verwendung von gewickelten Wärmetauschern, sondern unabhängig von dem verwendeten Wärmetauschertyp mit Vorteil angewendet werden. Auch bei der Verwendung anderer Wärmetauschertypen wird eine konstruktiv einfachere und damit billigere Wärmetauscherkonstruktion ermöglicht.
Wie bereits eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur Verflüssigung von Erdgas sowie zur Rückverflüssigung von Boiloffgas.
Zur Lösung der erwähnten Aufgabe zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, daß der Warmeubergangskanal des oder der Wärmetauscher, der der Verflüssigung des Erdgases dient, auch für die Ruckverflussigung des Boiloffgases genutzt wird und
in den Leitungen, die der Zu- und Abfuhrung des zu verflüssigenden Erdgases und des ruckzuverflussigenden Boiloffgases in den bzw aus dem/den Warmetauscher(n) dienen, Absperrventile vorgesehen sind
Das erfindungsgemaße Verfahren sowie die erfindungsgemaße Vorrichtung und dessen bzw deren vorteilhafte Ausgestaltungen seien anhand der Figur naher erläutert Diese zeigt das erfindungsgemaße Verfahren bzw die erfindungsgemaße Vorrichtung zur Verflüssigung von Erdgas sowie zur Ruckverflussigung von Boiloffg as
Bei geöffnetem Ventil a wird über die Leitungen 1 und 2 Erdgas, in der Regel sog Pipeline-Erdgas, einem Wärmetauscher E zugeführt Dieses Pipeline-Erdgas muß frei von zur Ausfπerung neigenden Komponenten wie z B Kohlendioxid, Aromaten, C6+- Kohlenwasserstoff, etc , sein Die hierfür notwendigen Abtrennprozesse sind einem Fachmann wohlbekannt und der Übersichtlichkeit halber sowie aufgrund der Tatsache, daß sie nicht Gegenstand der Erfindung sind, in der Figur nicht dargestellt Das dem Wärmetauscher E zugefuhrte Erdgas weist in der Regel einen Druck bis zu 80 bar auf
Im Wärmetauscher E wird das Erdgas gegen eine Kaltemittelstrom verflüssigt und sodann über Leitung 3 bei geöffnetem Ventil b einem Abscheider D zugeführt Selbstverständlich kann die Verflüssigung des Erdgases bzw die Ruckverflussigung des Boiloffgases auch in mehreren, hintereinander geschalteten Wärmetauschern erfolgen. Das für die Verflüssigung des Erdgases benotigte Kältemittel wird dem Wärmetauscher E über Leitung 10 zu- und über Leitung 1 1 von ihm abgeführt Als Kältemittel eignet sich insbesondere flussiger Stickstoff, der z B aus einer Luftzerlegungsanlage stammen kann. Selbstverständlich sind eine Vielzahl von Kältemitteln, die den gleichen Zweck erfüllen, denkbar
Das unterkühlte Hochdruck-Erdgas durchlauft den Abscheider D, wird über das Drosselventil d und Leitung 5 abgezogen und in einen oder mehrere Speicherbehalter S geleitet Aus dem Speicherbehalter S wird Erdgas kontinuierlich oder diskontinuierlich in flussiger oder gasformiger Form entnommen
Wird die Verflüssigung von Erdgas für einen längeren Zeitraum unterbrochen und kommt es wahrend dieses Zeitraumes nicht zu einer Entnahme von flussigem oder gasformigen Erdgas aus dem Speicherbehalter S, so erfolgt im Speicherbehalter, aufgrund des Warmeemtrages aus der Umgebung, ein Druckanstieg Dieser fuhrt, je nach Druckauslegung des Speicherbehalters, dazu, daß nach einiger Zeit verdampftes Erdgas aus dem Speicherbehalter S abzulassen ist Wenn nun, wie bereits erwähnt, eine Entnahme von flussigem oder gasformigem Erdgas unerwünscht ist, so wurde das zwangsläufig abzuführende verdampfte Erdgas einen Verlust darstellen
Es ist daher wirtschaftlich sinnvoll, dieses verdampfte Erdgas - das sog Boiloffgas - wieder zu verflüssigen und dem Speicherbehalter S anschließend zuzuführen Aus diesem Grunde wird das Boiloffgas über Leitung 6 aus dem Speicherbehalter S abgezogen und in einem Wärmetauscher gegen ein verdampfendes Kältemittel ruckverflussigt bzw -kondensiert
Sinnvollerweise erfolgte bisher die Ruckverflussigung des Boiloffgases im selben Wärmetauscher wie die Verflüssigung des (Pιpelιne-)Erdgases, wenn auch mit den erwähnten Nachteilen
Erfindungsgemaß wird nunmehr die Zufuhr von (Pιpelιne-)Erdgas in den Wärmetauscher E unterbrochen - dazu wird Ventil a geschlossen - und das aus dem Speicherbehalter S abströmende Boiloffgas wird bei geöffnetem Ventil e über die Leitungen 6 und 2 in den Wärmetauscher E gefuhrt In ihm wird es gegen das verdampfende Kältemittel in Leitung 10/11 ruckverflussigt, wobei erfindungsgemaß der Warmeubergangskanal des oder der Wärmetauscher (E), der der Verflüssigung des Erdgases dient, auch für die Ruckverflussigung des Boiloffgases genutzt wird
Sodann wird das ruckverflussigte Boiloffgas bei geöffnetem Ventil b über Leitung 3 dem Abscheider D zugeführt Die Regelung der beiden Ventile c und d am Abscheider D erfolgt in der Art und Weise, daß der Druck im Speicherbehalter S im wesentlichen konstant gehalten wird. Aus dem Sumpf des Abscheiders D wird das ruckverflussigte Boiloffgas bei geöffnetem Drosselventil d über Leitung 5 wieder dem Speicherbehalter S zugeführt Aufgrund dieser Verfahrensweise ist gewährleistet, daß nur geringe Boüoffgasverluste eintreten, da lediglich ein mit Stickstoff angereicherter, mengenmäßig kleiner Gasstrom bei geöffnetem Ventil c über Leitung 4 abgegeben wird.
Im Prinzip kann auf den in der Figur dargestellten Abscheider D verzichtet werden, so daß das verflüssigte Erdgas bzw. das ruckverflüssigte Boiloffgas nach Verlassen des Wärmetauschers E bei geöffnetem Ventil b über Leitung 3 in den Speicherbehalter S geführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verflüssigung von Erdgas sowie zur Rückverflüssigung von
Boiloffgas, wobei das zu verflüssigende Erdgas und das ruckzuverflussigende Boiloffgas im Wärmetausch mit einem Kältemittel, vorzugsweise Flussig- Stickstoff, verflüssigt bzw. rückverflüssigt werden, und wobei die Rückverflüssigung von Boiloffgas nur während derjenigen Zeiträume, in denen keine Verflüssigung des Erdgases erfolgt, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der oder die Wärmetauscher (E), in dem bzw. in denen der Wärmetausch zwischen Kältemittel (10, 1 1 ) und zu verflüssigendem Erdgas (1 , 2) oder rückzuverflüssigendem Boiloffgas (6, 2) erfolgt, als ein Zweistrom- Wärmetauscher (E) ausgeführt ist, und
während derjenigen Zeiträume, in denen keine Verflüssigung des Erdgases erfolgt, die Zufuhr von Erdgas in den bzw. in die Wärmetauscher (E) unterbrochen wird und stattdessen das rückzuverflüssigende Boiloffgas (6, 2) in Wärmetausch mit dem Kältemittel (10, 11 ) gebracht wird.
2. Vorrichtung zur Verflüssigung von Erdgas sowie zur Rückverflüssigung von Boiloffgas,
umfassend wenigstens einen Wärmetauscher (E), in dem das zu verflüssigende Erdgas (1 , 2) und das rückzuverflüssigende Boiloffgas (6, 2) im Wärmetausch mit einem Kältemittel (10, 11), vorzugsweise Flussig-Stickstoff, verflüssigt bzw. rückverflüssigt werden,
umfassend einen Speicherbehälter (S), in den das verflüssigte Erdgas (3, 5) und das 'rückverflüssigte Boiloffgas (3, 5) geführt werden, und umfassend Leitungen (1 , 2, 3, 5 und 6), die der Zu- und Abführung des zu verflüssigenden Erdgases und des rückzuverflüssigenden Boiloffgases in den bzw. aus dem Wärmetauscher (E) dienen, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wärmeübergangskanal des oder der Wärmetauscher (E), der der Verflüssigung des Erdgases (1 , 2) dient, auch für die Rückverflüssigung des Boiloffgases (6, 2) genutzt wird, und
in den Leitungen (1 , 2, 3, 5 und 6), die der Zu- und Abführung des zu verflüssigenden Erdgases und des rückzuverflüssigenden Boiloffgases in den bzw. aus dem/den Wärmetauscher(n) (E) dienen, Absperrventile (a, b, d und e) vorgesehen sind.
Vorrichtung zur Verflüssigung von Erdgas sowie zur Rückverflüssigung von Boiloffgas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem bzw. den Wärmetauschern (E) und dem Speicherbehälter (S) wenigstens ein Abscheider (D) vorgesehen ist.
PCT/EP1997/002466 1996-05-30 1997-05-14 Verfahren und vorrichtung zur verflüssigung von erdgas sowie zur rückverflüssigung von boiloffgas WO1997046840A1 (de)

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