WO2010051971A2 - Verfahren zum abtrennen von stickstoff - Google Patents

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

Definitions

  • the invention relates to a process for separating a nitrogen-rich fraction from a feed fraction comprising essentially nitrogen and hydrocarbons, wherein the feed fraction is fractionally separated into a nitrogen-rich and a methane-rich fraction, the methane-rich fraction for the purpose of cooling the highest possible pressure against the cooled feed fraction is evaporated and superheated and the nitrogen-rich fraction at least temporarily and / or at least partially compressed and the rectification is supplied as a reflux stream.
  • the feed fraction essentially containing nitrogen and hydrocarbons, which may have been subjected to a pretreatment, such as sulfur removal, carbon dioxide removal, drying, etc., fed to a heat exchanger E1 and in this against process streams, to which in the following even closer will be received, cooled and partially condensed.
  • a pretreatment such as sulfur removal, carbon dioxide removal, drying, etc.
  • the partially condensed feed fraction is fed to a pre-separation column T1.
  • This pre-separation column T1 together with the low-pressure column T2, forms a double column T1 / T2.
  • a hydrocarbon-rich liquid fraction is withdrawn via line 2, subcooled in the heat exchanger E2 against process streams, which will be discussed in more detail below, and then fed via line 2 'and expansion valve a to the low-pressure column T2 in the lower region.
  • a liquid nitrogen-rich fraction is withdrawn from the upper region of the pre-separation column T1.
  • a partial stream of this fraction is added via line 3 * as reflux to the pre-separation column T1.
  • the withdrawn via line 3 nitrogen-rich fraction is supercooled in the heat exchanger E2 and supplied via line 3 "and expansion valve b of the low pressure column T2 above the feed point of the above-methane-rich fraction.
  • a nitrogen-rich gas fraction is withdrawn at the top of the low-pressure column T2.
  • Their methane content is typically less than 1% by volume.
  • the nitrogen-rich fraction is then heated and superheated before being withdrawn via line 4 "and either released into the atmosphere or optionally fed to another use.
  • a methane-rich liquid fraction which in addition to methane includes the higher hydrocarbons contained in the feed fraction withdrawn. Their nitrogen content is typically less than 5% by volume.
  • the methane-rich fraction is pumped by the pump P to the highest possible pressure - this is usually between 5 and 15 bar - pumped.
  • the methane-rich liquid fraction is heated and optionally partially evaporated. Via line 5 ', it is then fed to the heat exchanger E1 and completely evaporated and superheated in this against the feed fraction to be cooled, before it is withdrawn via line 5 "from the process.
  • NRUs Nemrogen Rejection Unit
  • a nitrogen content of more than 5 mol% exceeds typical specifications of natural gas pipelines in which the nitrogen / hydrocarbon mixture is transported.
  • gas turbines can only be operated up to a certain nitrogen content in the fuel gas.
  • Such NRUs are typically built similar to an air fractionator with a double column, such as described. With reference to Figure 1, as a central processing unit.
  • a partial flow of the nitrogen-rich fraction which is fed via line 9 a single or multi-stage compressor C, at least to the pressure of the pre-separation column T1, thus compressed to a pressure between 20 and 50 bar.
  • the compressed partial flow of the nitrogen-rich fraction is passed through the lines 9 'and 9 "through the heat exchangers E1 and E2 and cooled in this and partially or completely condensed.
  • the compressed partial flow of the nitrogen-rich fraction of the pre-separation column T1 and / or the low-pressure column T2 can be supplied as a reflux stream.
  • the compressed partial stream can be added via line 13 at least partially directly to the nitrogen-rich (product) fraction.
  • the compressor C is hitherto used exclusively for the purity of the nitrogen-rich gas fraction withdrawn via line 4 from the low-pressure column T2 comply with variable nitrogen content in the feed fraction.
  • a low nitrogen content in the feed fraction requires a higher compressor line than a mean nitrogen content. From a certain nitrogen limit in the feed fraction, however, the operation of the compressor C is no longer required.
  • a typical task is to process a feed fraction with time-increasing nitrogen content. This leads to the compressor C having to perform its full power at the beginning. With increasing nitrogen content in the feed fraction, the compressor performance can be increasingly reduced. From a certain nitrogen concentration in the feed fraction of the compressor is inoperative.
  • the object of the present invention is to provide a generic method for separating a nitrogen-rich fraction from a feed fraction containing essentially nitrogen and hydrocarbons, which allows a utilization of the compressor, regardless of the nitrogen concentration in the feed fraction, to those with the Compressor associated, substantial investment costs to amortize.
  • Hydrocarbon-containing feed fraction proposed, which is characterized in that at least temporarily relaxed at least a partial stream of the compressed nitrogen-rich fraction after condensation and for the purpose of cooling at least partially, preferably completely evaporated.
  • the nitrogen-rich fraction is advantageously compressed to a pressure between 20 and 80 bar and relaxed after condensation to a pressure between 1 and 20 bar.
  • At least temporarily, at least a partial flow of the compressed nitrogen-rich fraction is cooled after cooling and for the purpose of cooling at least partially, preferably completely evaporated.
  • the above-described compressor C is no longer used exclusively for the described purpose of use - generation of one or more return streams - but is also used for cooling.
  • the cooling power generated according to the invention is advantageously used to be able to deliver the rectified fractions obtained as liquid products.
  • the methane content of the rectified nitrogen-rich fraction is less than 1% by volume
  • the nitrogen content of the rectified methane-rich fraction is less than 5% by volume
  • the rectification separation of the feed fraction in a double column consisting of a pre-separation column and a low-pressure column, takes place in the upper region of the pre-separation column, preferably above the uppermost bottom of the pre-separation column
  • a partial flow of the compressed nitrogen-rich fraction can be withdrawn after cooling in the heat exchanger E1 and relaxed in the expansion turbine X cold performance.
  • the expanded partial stream is then fed via line 15 'also the nitrogen-rich fraction in line 4' and heated in the heat exchanger E1 for the purpose of cooling.
  • the additional cooling capacity is increased.
  • the withdrawn via line 15 from the heat exchanger E1 partial stream of the compressed nitrogen-rich fraction in the expansion turbine X can be expanded to a higher pressure, and warmed in a separate passage of the heat exchanger E1 and then an intermediate stage of the compressor C are supplied.
  • the methane-rich fraction withdrawn via line 5 from the bottom of the low-pressure column T2 can also be initially subcooled in the heat exchanger E2 and discharged via line 21 and valve i.
  • the compressor C can now be utilized optimally regardless of the nitrogen concentration in the feed fraction at any time. Especially with time-increasing nitrogen content in the feed fraction, the investment in the compressor is not worthless in the long run, but fulfills the additional, economically useful task of integrated LNG and / or LIN production.
  • the possible LNG and / or LIN production is smaller than at high nitrogen content.
  • the installed compressor capacity is therefore chosen according to an optimized product range over the lifetime of the system.
  • the methane-rich fraction not yet completely vaporized which is withdrawn from the heat exchanger E2 via line 5 ', is not fed directly to the heat exchanger E1, but to a circulation container D. Only the liquid fraction of the methane-rich fraction which accumulates in the circulating tank D and which is fed to the heat exchanger E1 via line 6 is partially evaporated in the heat exchanger E1 and then fed again to the circulation tank D via line 6 '. The withdrawn via line 7 at the top of the circulating tank D, fully evaporated methane-rich overhead product is then in Heat exchanger E1 overheats before it is withdrawn via line 7 'from the process.
  • the process control of the methane-rich fraction within the heat exchanger E1 is locally defined by dividing the path into an evaporation section and an overheating section.
  • the evaporation of the methane-rich fraction now takes place exclusively in the section of the heat exchanger E1, which is connected via line 6 to the sump of the circulating tank D.
  • a helium-rich fraction 8 is withdrawn in the upper region of the pre-separation column T1, preferably above the uppermost bottom of the pre-separation column T1 and by means of the valve c in the low-pressure column T2, preferably in the head region of the low-pressure column T2, is relaxed.
  • This embodiment of the method according to the invention has the advantage in helium-containing feed fractions that the inert gas helium can be discharged and the effects of operational fluctuations or changes in the helium content in the
  • Be used feed fraction by the backwash in the low-pressure column T2 are attenuated and not directly lead to contamination of the nitrogen-rich (product) fraction with an increased methane content.

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion beschrieben, wobei die Einsatzfraktion rektifikatorisch in eine Stickstoff-reiche und eine Methan-reiche Fraktion aufgetrennt wird, die Methan-reiche Fraktion zum Zwecke der Kälteerzeugung bei einem möglichst hohen Druck gegen die abzukühlende Einsatzfraktion verdampft und überhitzt wird und die Stickstoff-reiche Fraktion zumindest zeitweilig und/oder zumindest teilweise verdichtet und der Rektifikation als Rücklaufstrom zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom (16) der verdichteten (C) Stickstoff-reichen Fraktion (9') nach erfolgter Kondensation (E1) entspannt (f) und zum Zwecke der Kälteerzeugung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig verdampft (E1).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Abtrennen von Stickstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion, wobei die Einsatzfraktion rektifikatorisch in eine Stickstoff-reiche und eine Methan-reiche Fraktion aufgetrennt wird, die Methan-reiche Fraktion zum Zwecke der Kälteerzeugung bei einem möglichst hohen Druck gegen die abzukühlende Einsatzfraktion verdampft und überhitzt wird und die Stickstoff-reiche Fraktion zumindest zeitweilig und/oder zumindest teilweise verdichtet und der Rektifikation als Rücklaufstrom zugeführt wird.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion sei nachfolgend anhand des in der Figur 1 dargestellten Prozesses erläutert.
Über Leitung 1 wird die im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltende Einsatzfraktion, die ggf. einer Vorbehandlung, wie Schwefelentfernung, Kohlendioxid-Entfernung, Trocknung, etc., unterworfen wurde, einem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem gegen Verfahrensströme, auf die im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, abgekühlt und partiell kondensiert. Über Leitung 1' wird die partiell kondensierte Einsatzfraktion einer Vortrennkolonne T1 zugeführt.
Diese Vortrennkolonne T1 bildet zusammen mit der Niederdruckkolonne T2 eine Doppelkolonne T1/T2. Die thermische Kopplung der Trennkolonnen T1 und T2 erfolgt über den Kondensator/Aufkocher E3.
Aus dem Sumpf der Vortrennkolonne T1 wird über Leitung 2 eine Kohlenwasserstoffreiche Flüssigfraktion abgezogen, im Wärmetauscher E2 gegen Verfahrensströme, auf die im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, unterkühlt und anschließend über Leitung 2' und Entspannungsventil a der Niederdruckkolonne T2 im unteren Bereich zugeführt. Über Leitung 3 wird aus dem oberen Bereich der Vortrennkolonne T1 eine flüssige Stickstoff-reiche Fraktion abgezogen. Ein Teilstrom dieser Fraktion wird über Leitung 3* als Rücklauf auf die Vortrennkolonne T1 gegeben. Die über Leitung 3 abgezogene Stickstoff-reiche Fraktion wird im Wärmetauscher E2 unterkühlt und über die Leitung 3" und Entspannungsventil b der Niederdruckkolonne T2 oberhalb des Einspeisepunktes der vorbeschriebenen Methan-reichen Fraktion zugeführt.
Über Leitung 4 wird am Kopf der Niederdruckkolonne T2 eine Stickstoff-reiche Gasfraktion abgezogen. Deren Methan-Gehalt beträgt typischerweise weniger als 1 Vol-%. In den Wärmetauschern E2 und E1 wird die Stickstoff-reiche Fraktion anschließend angewärmt und überhitzt, bevor sie über Leitung 4" abgezogen und entweder in die Atmosphäre abgegeben oder ggf. einer anderen Verwendung zugeführt wird.
Über Leitung 5 wird aus dem Sumpf der Niederdruckkolonne T2 eine Methan-reiche Flüssigfraktion, die neben Methan die in der Einsatzfraktion enthaltenen höheren Kohlenwasserstoffe beinhaltet, abgezogen. Deren Stickstoff-Gehalt beträgt typischerweise weniger als 5 Vol-%. Die Methan-reiche Fraktion wird mittels der Pumpe P auf einen möglichst hohen Druck - dieser liegt üblicherweise zwischen 5 und 15 bar - gepumpt. Im Wärmetauscher E2 wird die Methan-reiche Flüssigfraktion angewärmt und ggf. teilverdampft. Über Leitung 5' wird sie anschließend dem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem gegen die abzukühlende Einsatzfraktion vollständig verdampft und überhitzt, bevor sie über Leitung 5" aus dem Prozess abgezogen wird.
Gattungsgemäße Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion werden in sog. NRUs (Nitrogen Rejection Unit) realisiert. Eine Stickstoff-Abtrennung aus Stickstoff/Kohlenwasserstoff-Gemischen wird immer dann durchgeführt, wenn ein erhöhter Stickstoff-Gehalt die bestimmungsgemäße Verwendung des
Stickstoff/Kohlenwasserstoff-Gemisches verhindert. So überschreitet bspw. ein Stickstoff-Gehalt von mehr als 5 Mol-% typische Spezifikationen von Erdgaspipelines, in denen das Stickstoff/Kohlenwasserstoff-Gemisch transportiert wird. Auch Gasturbinen können nur bis zu einem bestimmten Stickstoff-Gehalt im Brenngas betrieben werden. Derartige NRUs werden in der Regel ähnlich einem Luftzerleger mit einer Doppelkolonne, wie bspw. anhand der Figur 1 beschrieben, als zentraler Prozesseinheit gebaut.
Fällt nunmehr die Stickstoff-Konzentration der Einsatzfraktion unter einen Grenzwert - dieser beträgt je nach Aufgabenstellung zwischen 20 und 30 Vol-% - ist eine hinreichende Feinreinigung (< 1 Vol-% Methan) der über Leitung 4 aus der Niederdruckkolonne T2 abgezogenen Stickstoff-reichen Gasfraktion nicht mehr möglich, da der Rücklauferzeugung für die Kolonnen T1 und T2 thermodynamische Grenzen gesetzt sind. Insbesondere bei Prozessen mit zeitlich zunehmendem Stickstoff-Gehalt in der Einsatzfraktion - bspw. im Falle der Ölförderung mit Druckhaltung durch Stickstoff (EOR = Enhanced OiI Recovery), bei der das Erdölbegleitgas im Laufe von Jahren immer reicher an Stickstoff wird - wird deshalb ein Teil der über Leitung 4 " aus dem Prozess abzuziehenden Stickstoff-reichen (Produkt)Fraktion als Rücklaufmedium herangezogen.
Dazu wird zumindest zeitweilig ein Teilstrom der Stickstoff-reichen Fraktion, der über Leitung 9 einem ein- oder mehrstufigen Verdichter C zugeführt wird, zumindest auf den Druck der Vortrennkolonne T1 , folglich auf einen Druck zwischen 20 und 50 bar verdichtet. Der verdichtete Teilstrom der Stickstoff-reichen Fraktion wird über die Leitungen 9' und 9" durch die Wärmetauscher E1 und E2 geführt und in diesen abgekühlt und partiell oder vollständig kondensiert.
Über Leitung 10 und Entspannungsventil e und/oder Leitungen 1 1/12 und
Entspannungsventil d kann der verdichtete Teilstrom der Stickstoff-reichen Fraktion der Vortrennkolonne T1 und/oder der Niederdruckkolonne T2 als Rücklaufstrom zugeführt werden. Alternativ kann der verdichtete Teilstrom über Leitung 13 zumindest teilweise direkt der Stickstoff-reichen (Produkt)Fraktion zugegeben werden. Mittels dieser Verfahrensweise kann der Betriebsbereich der Doppelkolonne T1/T2 in Bezug auf den Stickstoff-Gehalt in der Einsatzfraktion wesentlich in Richtung eines niedrigen Stickstoff-Gehalts erweitert werden.
Der Verdichter C wird bisher ausschließlich dazu verwendet, die Reinheit der über Leitung 4 aus der Niederdruckkolonne T2 abgezogenen Stickstoff-reichen Gasfraktion bei variablem Stickstoff-Gehalt in der Einsatzfraktion einzuhalten. Ein niedriger Stickstoff-Gehalt in der Einsatzfraktion erfordert eine höhere Verdichterleitung als ein mittlerer Stickstoff-Gehalt. Ab einem gewissen Stickstoff-Grenzwert in der Einsatzfraktion ist der Betrieb des Verdichters C jedoch nicht mehr erforderlich. Eine typische Aufgabenstellung besteht darin, eine Einsatzfraktion mit zeitlich wachsendem Stickstoff-Gehalt zu verarbeiten. Dies führt dazu, dass der Verdichter C zu Beginn seine volle Leistung erbringen muss. Mit wachsendem Stickstoff-Gehalt in der Einsatzfraktion kann die Verdichterleistung zunehmend zurückgenommen werden. Ab einer bestimmten Stickstoff-Konzentration in der Einsatzfraktion ist der Verdichter funktionslos.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion anzugeben, das eine Auslastung des Verdichters, unabhängig von der Stickstoff-Konzentration in der Einsatzfraktion, ermöglicht, um die mit dem Verdichter verbundenen, erheblichen Investitionskosten zu amortisieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und
Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom der verdichteten Stickstoff-reichen Fraktion nach erfolgter Kondensation entspannt und zum Zwecke der Kälteerzeugung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig verdampft wird.
Hierbei wird die Stickstoff-reiche Fraktion in vorteilhafter weise auf einen Druck zwischen 20 und 80 bar verdichtet und nach erfolgter Kondensation auf einen Druck zwischen 1 und 20 bar entspannt.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom der verdichteten Stickstoff-reichen Fraktion nach erfolgter Abkühlung kälteleistend entspannt und zum Zwecke der Kälteerzeugung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig verdampft wird. Erfindungsgemäß wird der vorbeschriebene Verdichter C nunmehr nicht mehr ausschließlich für den beschriebenen Verwendungszweck - Erzeugung eines bzw. mehrerer Rücklaufströme - herangezogen, sondern wird darüber hinaus zur Kälteerzeugung eingesetzt.
Die erfindungsgemäß erzeugte Kälteleistung wird in vorteilhafter Weise dazu verwendet, die rektifikatorisch gewonnenen Fraktionen als Flüssigprodukte abgeben zu können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass
- die noch nicht vollständig verdampfte Methan-reiche Fraktion einem
Umlaufbehälter zugeführt, lediglich der in dem Umlaufbehälter anfallende Flüssiganteil der Methan-reichen Fraktion partiell verdampft und erneut dem Umlaufbehälter zugeführt und das vollständig verdampfte Kopfprodukt des Umlaufbehälters überhitzt wird,
der Methan-Gehalt der rektifikatorisch gewonnenen Stickstoff-reichen Fraktion weniger als 1 Vol-% beträgt,
der Stickstoff-Gehalt der rektifikatorisch gewonnenen Methan-reichen Fraktion weniger als 5 Vol-% beträgt, und
sofern die rektifikatorische Auftrennung der Einsatzfraktion in einer Doppelkolonne, bestehend aus einer Vortrennkolonne und einer Niederdruckkolonne, erfolgt, im oberen Bereich der Vortrennkolonne, vorzugsweise oberhalb des obersten Bodens der Vortrennkolonne, eine
Helium-reiche Fraktion abgezogen und in die Niederdruckkolonne, vorzugsweise in den Kopfbereich der Niederdruckkolonne, entspannt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, seien im Folgenden anhand des in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Bei der Beschreibung bzw. Erläuterung des in der Figur 2 dargestellten
Ausführungsbeispieles wird auf diejenigen Verfahrensabschnitte, die bereits anhand der Figur 1 erläutert werden, nicht nochmals im Detail eingegangen.
Im Unterschied zu der in der Figur 1 dargestellten Verfahrensweise wird bei der in der Figur 2 dargestellten Verfahrensweise nunmehr zumindest zeitweilig über Leitung 16 ein Teilstrom der verdichteten Stickstoff-reichen Fraktion 9", die im Wärmetauscher E1 kondensiert wurde, abgezogen, im Ventil f entspannt und über Leitung 17 der Stickstoff-reichen Fraktion in Leitung 4' zugeführt. Gemeinsam mit dieser wird der entspannte Teilstrom im Wärmetauscher E1 zum Zwecke der Kälteerzeugung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig verdampft. Nachdem die Stickstoff- reichen Fraktion im Verdichter C vorzugsweise auf einen Druck zwischen 20 und 80 bar verdichtet wird, erfolgt im Ventil f vorzugsweise eine Entspannung auf einen Druck zwischen 1 und 20 bar.
Über Leitung 15 kann darüber hinaus zumindest zeitweilig ein Teilstrom der verdichteten Stickstoff-reichen Fraktion nach erfolgter Abkühlung im Wärmetauscher E1 abgezogen und in der Entspannungsturbine X kälteleistend entspannt werden. Der entspannte Teilstrom wird anschließend über Leitung 15' ebenfalls der Stickstoff- reichen Fraktion in Leitung 4' zugeführt und im Wärmetauscher E1 zum Zwecke der Kälteerzeugung angewärmt. Mittels dieser Ausgestaltung wird die zusätzliche Kälteleistung erhöht.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der über Leitung 15 aus dem Wärmetauscher E1 abgezogene Teilstrom der verdichteten Stickstoff-reichen Fraktion in der Entspannungsturbine X auf einen höheren Druck entspannt, und in einer separaten Passage des Wärmetauschers E1 angewärmt und anschließend einer Zwischenstufe des Verdichters C zugeführt werden. Dadurch wird die Effizienz der Kälteerzeugung weiter verbessert. Mittels der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird erreicht, dass zumindest ein Teilstrom der über Leitung 5 aus dem Sumpf der Niederdruckkolonne T2 abgezogenen Methan-reichen Fraktion über Leitung 20 und Ventil h flüssig abgegeben werden kann. Alternativ oder ergänzend dazu kann über Leitung 18 und Ventil g ein Teilstrom der Stickstoff-reichen Fraktion flüssig abgegeben werden
Alternativ oder ergänzend zu einem Abziehen einer Methan-reichen Flüssigfraktion über Leitung 20 kann die über Leitung 5 aus dem Sumpf der Niederdruckkolonne T2 abgezogene Methan-reiche Fraktion auch zunächst im Wärmetauscher E2 unterkühlt und über Leitung 21 und Ventil i abgegeben werden.
Gleiches gilt für die über Leitung 18 abgegebene Stickstoff-reiche Flüssigfraktion, die ebenfalls zunächst im Wärmetauscher E2 unterkühlt und über Leitung 22 und Ventil k abgegeben werden.
Der Verdichter C kann nunmehr unabhängig von der Stickstoff-Konzentration in der Einsatzfraktion zu jedem Zeitpunkt optimal ausgelastet werden. Insbesondere bei zeitlich wachsendem Stickstoff-Gehalt in der Einsatzfraktion wird die Investition in den Verdichter nicht auf die Dauer wertlos, sondern erfüllt die zusätzliche, wirtschaftlich nutzvolle Aufgabe der integrierten LNG- und/oder LIN-Produktion.
Im Falle eines niedrigen Stickstoff-Gehalts in der Einsatzfraktion ist die mögliche LNG- und/oder LIN-Produktion kleiner als bei hohem Stickstoff-Gehalt. Die installierte Verdichterleistung wird daher nach einer optimierten Produktpalette über die Lebensdauer der Anlage gewählt.
Im Unterschied zu der in der Figur 1 dargestellten Verfahrensweise wird bei der in der Figur 2 dargestellten Verfahrensweise die noch nicht vollständig verdampfte Methanreiche Fraktion, die über Leitung 5' aus dem Wärmetauscher E2 abgezogen wird, nicht unmittelbar dem Wärmetauscher E1 zugeführt, sondern einem Umlaufbehälter D. Lediglich der in dem Umlaufbehälter D anfallende Flüssiganteil der Methan-reichen Fraktion, der über Leitung 6 dem Wärmetauscher E1 zugeführt wird, wird im Wärmetauscher E1 partiell verdampft und anschließend über Leitung 6' erneut dem Umlaufbehälter D zugeführt. Das über Leitung 7 am Kopf des Umlaufbehälters D abgezogene, vollständig verdampfte Methan-reiche Kopfprodukt wird anschließend im Wärmetauscher E1 überhitzt, bevor es über Leitung 7' aus dem Prozess abgezogen wird.
Die Prozessführung der Methan-reichen Fraktion innerhalb des Wärmetauschers E1 wird dadurch örtlich definiert, dass der Weg in einen Verdampfungsabschnitt und einen Überhitzungsabschnitt aufgeteilt wird. Die Verdampfung der Methan-reichen Fraktion erfolgt nunmehr ausschließlich in dem Abschnitt des Wärmetauschers E1 , der über Leitung 6 mit dem Sumpf des Umlaufbehälters D verbunden ist.
Die beschriebene Prozessführung ermöglicht eine sichere und stabile Verdampfung der Methan-reichen (Produkt)Fraktion auch unter veränderlichen Betriebsbedingungen, wie bspw. Änderung der Rohgasmenge, der Rohgaszusammensetzung, des Rohgasdrucks sowie im Falle von Reglerschwankungen. Diese Umstände ergeben sich bspw. sehr ausgeprägt in der Ölförderung mit Druckhaltung durch Stickstoff (EOR = Enhanced OiI Recovery), bei der das Erdölbegleitgas im Laufe von Jahren immer reicher an Stickstoff wird.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im oberen Bereich der Vortrennkolonne T1 , vorzugsweise oberhalb des obersten Bodens der Vortrennkolonne T1 , eine Helium-reiche Fraktion 8 abgezogen und mittels des Ventils c in die Niederdruckkolonne T2, vorzugsweise in den Kopfbereich der Niederdruckkolonne T2, entspannt wird. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat bei Helium-enthaltenden Einsatzfraktionen den Vorteil, dass das Inertgas Helium ausgeschleust werden kann und die Auswirkungen betrieblicher Schwankungen oder Änderungen des Helium-Anteils in der
Einsatzfraktion durch die Rückwäsche in der Niederdruckkolonne T2 gedämpft werden und nicht unmittelbar zu Verunreinigungen der Stickstoff-reichen (Produkt)Fraktion mit einem erhöhten Methan-Gehalt führen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Abtrennen einer Stickstoff-reichen Fraktion aus einer im Wesentlichen Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatzfraktion, wobei die Einsatzfraktion rektifikatorisch in eine Stickstoff-reiche und eine Methan- reiche Fraktion aufgetrennt wird, die Methan-reiche Fraktion zum Zwecke der
Kälteerzeugung bei einem möglichst hohen Druck gegen die abzukühlende Einsatzfraktion verdampft und überhitzt wird und die Stickstoff-reiche Fraktion zumindest zeitweilig und/oder zumindest teilweise verdichtet und der Rektifikation als Rücklaufstrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom (16) der verdichteten (C) Stickstoff-reichen
Fraktion (91) nach erfolgter Kondensation (E1) entspannt (f) und zum Zwecke der Kälteerzeugung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig verdampft wird (E1).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stickstoff-reiche Fraktion (9) auf einen Druck zwischen 20 und 80 bar verdichtet (C) und nach erfolgter Kondensation (E1) auf einen Druck zwischen 1 und 5 bar entspannt wird
(f).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig zumindest ein Teilstrom (15) der verdichteten (C) Stickstoff-reichen Fraktion (9') nach erfolgter Abkühlung (E1) kälteleistend entspannt (X), vorzugsweise auf einen Druck zwischen 10 und 20 bar entspannt (X), und zum Zwecke der Kälteerzeugung ggf. verdampft und angewärmt wird (E1).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die noch nicht vollständig verdampfte Methan-reiche Fraktion (51) einem Umlaufbehälter (D) zugeführt, lediglich der in dem Umlaufbehälter (D) anfallende Flüssiganteil der Methan-reichen Fraktion (51) partiell verdampft (E1) und erneut dem Umlaufbehälter (D) zugeführt und das vollständig verdampfte Kopfprodukt (7) des Umlaufbehälters (D) überhitzt wird (E1).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Methan-Gehalt der rektifikatorisch (T1/T2) gewonnenen Stickstoff-reichen Fraktion (4 - 4") weniger als 1 Vol-% beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff-Gehalt der rektifikatorisch (T1/T2) gewonnenen Methan-reichen Fraktion (5) weniger als 5 Vol-% beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die rektifikatorische Auftrennung der Einsatzfraktion in einer Doppelkolonne, bestehend aus einer Vortrennkolonne und einer Niederdruckkolonne, erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Bereich der Vortrennkolonne (T1), vorzugsweise oberhalb des obersten Bodens der Vortrennkolonne (T1), eine Helium-reiche Fraktion (8) abgezogen und in die Niederdruckkolonne (T2), vorzugsweise in den Kopfbereich der Niederdruckkolonne (T2), entspannt wird (c).
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