WO2016138978A1 - Method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction - Google Patents

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WO2016138978A1 PCT/EP2016/000231 EP2016000231W WO2016138978A1 WO 2016138978 A1 WO2016138978 A1 WO 2016138978A1 EP 2016000231 W EP2016000231 W EP 2016000231W WO 2016138978 A1 WO2016138978 A1 WO 2016138978A1
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Definitions

  • the invention relates to a process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in particular natural gas, wherein
  • the natural gas Before liquefaction, the natural gas is usually purified by means of a chemical wash, for example an amine wash, of sour gas components such as C0 2 and H 2 S. This saturates the natural gas with water (steam).
  • a chemical wash for example an amine wash
  • sour gas components such as C0 2 and H 2 S. This saturates the natural gas with water (steam).
  • steam water
  • DE 10 2006 021 620 therefore proposes a development of the process disclosed in DE 197 22 490 for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in which a partial flow of the liquid fraction of the refrigerant
  • Pre-cooling of the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied prior to their introduction into the water separation is used.
  • the object of the present invention is to provide a generic process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, which makes it possible to pre-cool the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied without using a complete precooling, ie without an additional compressor prior to drying.
  • the hydrocarbon-rich fraction should be pre-cooled to a temperature of at most 10 ° C, preferably at most 5 ° C above the hydrate temperature, without the wet hydrocarbon-rich fraction comes into thermal contact with temperatures below the hydrate point.
  • a generic method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction is proposed, which is characterized in that the heat exchange between the liquid fraction and the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied takes place via at least one heat exchange system.
  • the inventive method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction further forming is proposed that a partial flow of the liquid fraction of the refrigerant to a pressure of at least 0.3 bar, preferably at least 0.7 bar above the suction pressure of the second or last stage compressor relaxed and only the case accumulating liquid fraction is used for the precooling of the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied prior to its introduction into the water separation.
  • the pre-cooling of the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied before it is fed into the water separation takes place against a partial flow of the liquid fraction resulting from the partial condensation of the compressed refrigerant.
  • the heat exchange between this liquid fraction and the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied via a
  • Heat exchange system realized.
  • the heat exchange system is used for the indirect heat transfer between the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied and the sliding evaporating refrigerant.
  • the term "heat exchange system” is to be understood as any system in which an indirect heat transfer between at least two media takes place by means of a heat transfer fluid. Such a heat exchange system is known for example from US Patent 2,119,091.
  • Such heat exchange systems preferably use a boiling, in the temperature range between 0 and 30 ° C liquid present as heat transfer fluid, which may be, for example, ethane, ethylene, propane, propylene, butane, carbon dioxide or ammonia.
  • the heat exchange system is preferably composed of two straight tube bundles, two coiled heat exchangers, two plate exchangers or any one of them
  • Hydrocarbon-rich fraction the desired heat conversion.
  • the heat transfer fluid operates at a constant boiling temperature and thus at the same temperature. Even if the condensation of the
  • the hydrocarbon-rich fraction 2 to be liquefied is fed to a heat exchange system E4 and pre-cooled therein to a temperature of at most 10 ° C, preferably at most 5 ° C above its hydrate temperature.
  • the so pre-cooled is fed to a heat exchange system E4 and pre-cooled therein to a temperature of at most 10 ° C, preferably at most 5 ° C above its hydrate temperature.
  • Hydrocarbon-rich fraction 3 is fed to a separator D4, in whose sump the condensed water 4 is obtained.
  • the hydrocarbon-rich fraction 5 withdrawn at the top of the precipitator D4 will now be referred to only as
  • a zeolitic molecular sieve is usually used as the adsorbent.
  • the thus pretreated to be liquefied hydrocarbon-rich fraction 6 is then in
  • Heat exchanger E is cooled against the still to be explained refrigerant circuit, liquefied and possibly supercooled, so that via line 7 in the case of natural gas liquefaction, an LNG product stream can be withdrawn.
  • Mixture refrigerant circuit Such mixture refrigerant cycles usually have nitrogen and at least one C 1+ hydrocarbon as refrigerant.
  • the refrigerant to be compressed 10 is in the first compressor stage C1 to a
  • the cold-expanded refrigerant 16 is then completely evaporated in the heat exchanger E against the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied 6 and again fed to the separator D1 upstream of the first compressor stage C1; this serves to protect the compressor stage C1, since liquid components entrained in it are possibly separated off.
  • the aforementioned gas fraction 40 is partially condensed and im Separator D6 separated into a further gas fraction 41 and another liquid fraction 42.
  • the gas fraction 41 is cooled in the liquefaction and subcooling b and c of the heat exchanger E 'and partially condensed. Subsequently, it is depressurized in the expansion valve V7 and fully evaporated in countercurrent to the hydrocarbon-rich fraction 6 to be liquefied and possibly to be supercooled.
  • the liquid fraction 42 obtained in the separator D6 is further cooled in the liquefaction zone b of the heat exchanger E ', cooled in a high-performance manner in the expansion valve V6 and countercurrently to be liquefied

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Abstract

The invention relates to a method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in particular natural gas, wherein - the hydrocarbon-rich fraction is pre-cooled before liquefying, is subjected to water separation and a subsequent drying process, and the hydrocarbon-rich fraction is liquefied against at least one mixture refrigerant circuit, wherein - the refrigerant circulating in the mixture refrigerant circuit is compressed in at least two stages, then at least partially condensed and the fluid fraction generated in the process is mixed at least partially with the refrigerant compressed to an intermediate pressure. According to the invention, a partial flow of the fluid fraction (17) is used to pre-cool the hydrocarbon-rich fraction (1, 2) to be liquefied, before the introduction of same to the water separation (D4), wherein the heat exchange between the fluid fraction (17) and the hydrocarbon-rich fraction (1, 2) to be liquefied occurs via at least one heat exchange system (E4).

Description

Beschreibung  description
Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion Process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere Erdgas, wobei The invention relates to a process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in particular natural gas, wherein
- die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion vor ihrer Verflüssigung vorgekühlt, einer Wasserabtrennung und einem daran anschließenden Trocknungsprozess unterworfen und Pre-cooled the hydrocarbon-rich fraction before its liquefaction, subjected to a water separation and a subsequent drying process and
die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion gegen wenigstens einen  the hydrocarbon-rich fraction against at least one
Gemischkältekreislauf verflüssigt wird,  Mixed refrigeration cycle is liquefied,
- wobei das in dem Gemischkältekreislauf zirkulierende Kältemittel wenigstens zweistufig verdichtet, anschließend wenigstens partiell kondensiert und die dabei anfallende Flüssigfraktion zumindest teilweise dem auf einen - The refrigerant circulating in the mixture refrigeration cycle compressed at least two stages, then at least partially condensed and the resulting liquid fraction at least partially to a
Zwischendruck verdichteten Kältemittel zugemischt wird und  Intermediate pressure compressed refrigerant is admixed and
wobei ein Teilstrom der Flüssigfraktion der Vorkühlung der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vor deren Zuführung in die  wherein a partial stream of the liquid fraction of the precooling of the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied prior to their introduction into the
Wasserabtrennung dient.  Water separation is used.
Zur Verflüssigung Kohlenwasserstoff-reicher Gasfraktionen, insbesondere Erdgas, werden unter anderem Verfahren mit einem Kältemittelgemisch bestehend aus leichten Kohlenwasserstoffen sowie Stickstoff verwendet, wobei das Kältemittelgemisch gegen Umgebung unter erhöhtem Druck zumindest teilweise kondensiert wird. Um das Erdgas zu verflüssigen, wird das flüssige Kältemittel anschließend unter reduziertem Druck im indirekten Wärmeaustausch mit dem Erdgas verdampft. Da bei einem (nicht azeotropen) Gemisch die Tautemperatur bei gegebenem Druck immer oberhalb der Siedetemperatur liegt, findet die Kältemittelverdampfung je nach Zusammensetzung gleitend über einen Temperaturbereich statt, der sich je nach Verfahren über wenigstens 20 °C, teilweise sogar über 200 °C erstreckt. For the liquefaction of hydrocarbon-rich gas fractions, in particular natural gas, inter alia methods are used with a refrigerant mixture consisting of light hydrocarbons and nitrogen, wherein the refrigerant mixture is at least partially condensed against ambient under elevated pressure. In order to liquefy the natural gas, the liquid refrigerant is then evaporated under reduced pressure in indirect heat exchange with the natural gas. Since in a (not azeotropic) mixture the tau at a given pressure is always above the boiling point, the refrigerant evaporation takes place depending on the composition slidably over a temperature range which extends depending on the method over at least 20 ° C, sometimes even over 200 ° C.
Wenn die Investitionskosten für eine Erdgasverflüssigungsanlage niedrig gehalten werden sollen, wird ausschließlich ein Gemischkreislauf der vorbeschriebenen Art für den gesamten Temperaturbereich zwischen Umgebungstemperatur und LNG(Liquefied Natural Gas)-Produkttemperatur (ca. -160 °C) verwendet. Auf den Einsatz eines gesonderten Vorkühlkreislaufes für den Temperaturbereich zwischen Umgebungstemperatur und etwa -50 °C wird dabei verzichtet. If the investment costs for a natural gas liquefaction plant are to be kept low, only a mixture cycle of the type described above is used for the entire temperature range between ambient temperature and Liquefied Natural Gas (approx. -160 ° C) product temperature. On the use of a separate Vorkühlkreislaufes for the temperature range between ambient temperature and about -50 ° C is omitted.
Bei einer Verfahrensführung dieser Art, die üblicherweise als SMR(Single Mixed Refrigerant)-Prozess bezeichnet wird, steht also nur ein Kältemittel, bzw. dessen Teilströme, zur Verfügung, das eine gleitende Verdampfung aufweist. Ein derartiges Erdgas-Verflüssigungsverfahren ist bspw. aus der DE 197 22 490 bekannt. In a process control of this type, which is commonly referred to as SMR (Single Mixed Refrigerant) process, so only one refrigerant, or its partial flows, available, which has a sliding evaporation. Such a natural gas liquefaction process is known, for example, from DE 197 22 490.
Vor der Verflüssigung wird das Erdgas in der Regel mittels einer chemischen Wäsche, bspw. einer Aminwäsche, von Sauergaskomponenten wie C02 und H2S gereinigt. Dadurch wird das Erdgas mit Wasser(dampf) gesättigt. Um eine wirtschaftliche Auslegung der anschließenden Trocknung - diese basiert in der Regel auf Adsorption an einem zeolithischem Molekularsieb - zu erreichen, wird das Erdgas möglichst weit abgekühlt und durch partielle Wasserkondensation sowie anschließende Before liquefaction, the natural gas is usually purified by means of a chemical wash, for example an amine wash, of sour gas components such as C0 2 and H 2 S. This saturates the natural gas with water (steam). In order to achieve an economical design of the subsequent drying - which is usually based on adsorption on a zeolitic molecular sieve - the natural gas is cooled as far as possible and by partial water condensation and subsequent
Wasserabscheidung in der Wasserkonzentration soweit abgesenkt, bis die drohende Bildung von Hydraten oder Wassereis eine Grenze setzt. Diese Grenze wird je nach Gaszusammensetzung bei einer Temperatur bis zu 20 °C erreicht. Water separation in the water concentration lowered until the impending formation of hydrates or water ice sets a limit. This limit is reached at a temperature of up to 20 ° C, depending on the gas composition.
Unter vielen klimatischen Bedingungen ist es nicht möglich, das Erdgas gegen Luft und/oder Kühlwasser hinreichend nahe (höchstens 10 °C, vorzugsweise 5 °C über der Hydrattemperatur) an die vorgenannte Grenztemperatur abzukühlen. Under many climatic conditions, it is not possible to cool the natural gas sufficiently close to air and / or cooling water (at most 10 ° C., preferably 5 ° C. above the hydrate temperature) to the aforementioned limit temperature.
In der DE 10 2006 021 620 wird deshalb eine Weiterbildung des in der DE 197 22 490 offenbarten Verfahrens zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vorgeschlagen, bei dem ein Teilstrom der Flüssigfraktion des Kältemittels der DE 10 2006 021 620 therefore proposes a development of the process disclosed in DE 197 22 490 for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in which a partial flow of the liquid fraction of the refrigerant
Vorkühlung der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vor deren Zuführung in die Wasserabtrennung dient.  Pre-cooling of the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied prior to their introduction into the water separation is used.
Gemischkältemittel sind jedoch aufgrund der gleitenden Verdampfung wenig geeignet, um die optimale Temperatur des feuchten Erdgases vor der Trocknung auf However, mixed refrigerants are less suitable due to the sliding evaporation to the optimum temperature of the moist natural gas before drying on
wirtschaftliche Weise möglichst genau zu erreichen, ohne gleichzeitig zumindest in Teilen des verwendeten Wärmetauschers die Hydrattemperatur zu unterschreiten. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion anzugeben, das es ermöglicht, die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion ohne Verwendung eines vollständigen Vorkühlkreislaufs, d. h. ohne einen zusätzlichen Verdichter, vor der Trocknung vorzukühlen. Insbesondere soll die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion auf eine Temperatur von höchstens 10 °C, vorzugsweise höchstens 5 °C über der Hydrattemperatur vorgekühlt werden, ohne dass die feuchte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion mit Temperaturen unterhalb des Hydratpunktes in thermischen Kontakt kommt. economical way to achieve as accurately as possible without falling below the hydrate temperature at least in parts of the heat exchanger used. The object of the present invention is to provide a generic process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, which makes it possible to pre-cool the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied without using a complete precooling, ie without an additional compressor prior to drying. In particular, the hydrocarbon-rich fraction should be pre-cooled to a temperature of at most 10 ° C, preferably at most 5 ° C above the hydrate temperature, without the wet hydrocarbon-rich fraction comes into thermal contact with temperatures below the hydrate point.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Wärmeaustausch zwischen der Flüssigfraktion und der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion über wenigstens ein Wärmeaustauschsystem erfolgt. To solve this problem, a generic method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction is proposed, which is characterized in that the heat exchange between the liquid fraction and the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied takes place via at least one heat exchange system.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion weiterbildend wird vorgeschlagen, dass ein Teilstrom der Flüssigfraktion des Kältemittels auf einen Druck wenigstens 0,3 bar, vorzugsweise wenigstens 0,7 bar oberhalb des Saugdrucks der zweiten bzw. letzten Verdichterstufe entspannt und lediglich der dabei anfallende Flüssiganteil für die Vorkühlung der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vor deren Zuführung in die Wasserabtrennung verwendet wird. The inventive method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction further forming is proposed that a partial flow of the liquid fraction of the refrigerant to a pressure of at least 0.3 bar, preferably at least 0.7 bar above the suction pressure of the second or last stage compressor relaxed and only the case accumulating liquid fraction is used for the precooling of the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied prior to its introduction into the water separation.
Die Vorkühlung der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vor ihrer Zuführung in die Wasserabtrennung erfolgt gegen einen Teilstrom, der bei der partiellen Kondensation des verdichteten Kältemittels anfallenden Flüssigfraktion. Hierbei wird erfindungsgemäß der Wärmeaustausch zwischen dieser Flüssigfraktion und der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion über ein The pre-cooling of the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied before it is fed into the water separation takes place against a partial flow of the liquid fraction resulting from the partial condensation of the compressed refrigerant. Here, according to the invention, the heat exchange between this liquid fraction and the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied via a
Wärmeaustauschsystem realisiert. Das Wärmeaustauschsystem dient dem indirekten Wärmeübergang zwischen der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion und dem gleitend verdampfenden Kältemittel. Unter dem Begriff "Wärmeaustauschsystem" sei jedes System zu verstehen, bei dem ein indirekter Wärmeübergang zwischen wenigstens zwei Medien mittels eines Wärmeträgerfluids erfolgt. Ein derartiges Wärmeaustauschsystem ist beispielsweise aus dem US-Patent 2, 1 19,091 bekannt. Heat exchange system realized. The heat exchange system is used for the indirect heat transfer between the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied and the sliding evaporating refrigerant. The term "heat exchange system" is to be understood as any system in which an indirect heat transfer between at least two media takes place by means of a heat transfer fluid. Such a heat exchange system is known for example from US Patent 2,119,091.
Derartige Wärmeaustauschsysteme verwenden als Wärmeträgerfluid vorzugsweise einen siedenden, im Temperaturbereich zwischen 0 und 30 °C flüssig vorliegenden Reinstoff, bei dem es sich beispielsweise um Ethan, Ethylen, Propan, Propylen, Butan, Kohlendioxid oder Ammoniak handeln kann. Such heat exchange systems preferably use a boiling, in the temperature range between 0 and 30 ° C liquid present as heat transfer fluid, which may be, for example, ethane, ethylene, propane, propylene, butane, carbon dioxide or ammonia.
Das Wärmeaustauschsystem wird vorzugsweise aus zwei Geradrohrbündeln, zwei gewickelten Wärmetauschern, zwei Plattentauschern oder einer beliebigen The heat exchange system is preferably composed of two straight tube bundles, two coiled heat exchangers, two plate exchangers or any one of them
Kombination dieser Bauarten realisiert, wobei die vorgenannten Combination of these types realized, the above
Wärmetauscherkomponenten vorzugsweise in einem Druckbehälter, der das siedende Wärmeträgerfluid enthält, eingebaut sind. Heat exchanger components are preferably installed in a pressure vessel containing the boiling heat transfer fluid.
Durch geeignete Auswahl des Reinstoff-Wärmeträgerfluids sowie durch Regelung seines Betriebsdruckes und somit seiner Siedetemperatur kann die Kohlenwasserstoff- reiche Fraktion sehr nahe an die Hydrattemperatur abgekühlt werden, ohne mit einem unzulässig kalten Kältemittelstrom unmittelbar in thermischen Kontakt zu treten. Das Wärmeträgerfluid bewerkstelligt vergleichsweise effizient durch fortwährende By suitable selection of the pure substance heat transfer fluid as well as by regulating its operating pressure and thus its boiling temperature, the hydrocarbon-rich fraction can be cooled very close to the hydrate temperature without coming into direct thermal contact with an inadmissibly cold refrigerant flow. The heat transfer fluid accomplished comparatively efficient by ongoing
Kondensation an der Kältemittelseite und Verdampfung an der Seite der Condensation on the refrigerant side and evaporation on the side of the
Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion den angestrebten Wärmeumsatz. Im Gegensatz zu dem gleitend verdampfenden Gemischkältemittel arbeitet das Wärmeträgerfluid bei konstanter Siede- und damit Tautemperatur. Auch wenn die Kondensation des Hydrocarbon-rich fraction the desired heat conversion. In contrast to the lubricating mixture refrigerant, the heat transfer fluid operates at a constant boiling temperature and thus at the same temperature. Even if the condensation of the
Wärmeträgerfluids zumindest teilweise gegen Gemischkältemittel erfolgt, das unterhalb der Hydrattemperatur der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion verdampft, so werden die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion und das Gemischkältemittel wirksam durch das Wärmeträgerfluid thermisch getrennt.  Heat transfer fluid is at least partially against mixture refrigerant which evaporates below the hydrate temperature of the hydrocarbon-rich fraction, the hydrocarbon-rich fraction and the mixture refrigerant are effectively thermally separated by the heat transfer fluid.
Mittels der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann eine optimale Entlastung des Trocknungsprozesses durch Abkühlung der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoffreichen Fraktion bzw. des zu verflüssigenden Erdgases bis nahe an den Hydratpunkt und Wasserabscheidung ermöglicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen desselben seien anhand der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen, die sich lediglich im eigentlichen Verflüssigungsprozess unterscheiden, wird die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion 1 , die im Regelfall eine Temperatur zwischen 40 und 80 °C aufweist, im Wärmetauscher E3 gegen Kühlluft und/oder Kühlwasser auf eine Temperatur zwischen 30 und 60 °C abgekühlt. Anschließend wird die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion 2 einem Wärmeaustauschsystem E4 zugeführt und in diesem auf eine Temperatur von höchstens 10 °C, vorzugsweise höchstens 5 °C über ihrer Hydrattemperatur vorgekühlt. Die derart vorgekühlte By means of the procedure according to the invention, an optimal relief of the drying process by cooling the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied or the natural gas to be liquefied to near the hydrate point and water separation can be made possible. The inventive method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction and further advantageous embodiments thereof are explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in Figures 1 and 2. In the embodiments shown in Figures 1 and 2, which differ only in the actual liquefaction process, the hydrocarbon-rich fraction 1 to be liquefied, which usually has a temperature between 40 and 80 ° C, in the heat exchanger E3 against cooling air and / or Cooling water to a temperature between 30 and 60 ° C cooled. Subsequently, the hydrocarbon-rich fraction 2 to be liquefied is fed to a heat exchange system E4 and pre-cooled therein to a temperature of at most 10 ° C, preferably at most 5 ° C above its hydrate temperature. The so pre-cooled
Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion 3 wird einem Abscheider D4 zugeführt, in dessen Sumpf das auskondensierte Wasser 4 anfällt. Die am Kopf des Abscheiders D4 abgezogene Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion 5 wird nunmehr einem lediglich alsHydrocarbon-rich fraction 3 is fed to a separator D4, in whose sump the condensed water 4 is obtained. The hydrocarbon-rich fraction 5 withdrawn at the top of the precipitator D4 will now be referred to only as
Black-Box dargestellten Trocknungsprozess T zugeführt. Bei diesem handelt es sich im Regelfall um einen Adsorptionsprozess, bei dem als Adsorptionsmittel üblicherweise ein zeolithisches Molekularsieb verwendet wird. Die derart vorbehandelte, zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion 6 wird anschließend im Black box shown drying process T supplied. This is usually an adsorption process in which a zeolitic molecular sieve is usually used as the adsorbent. The thus pretreated to be liquefied hydrocarbon-rich fraction 6 is then in
Wärmetauscher E gegen den noch zu erläuternden Kältekreislauf abgekühlt, verflüssigt und ggf. unterkühlt, so dass über Leitung 7 im Falle einer Erdgas-Verflüssigung ein LNG-Produktstrom abgezogen werden kann. Heat exchanger E is cooled against the still to be explained refrigerant circuit, liquefied and possibly supercooled, so that via line 7 in the case of natural gas liquefaction, an LNG product stream can be withdrawn.
Die Verflüssigung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion erfolgt bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen gegen einen The liquefaction of the hydrocarbon-rich fraction takes place in the embodiments shown in Figures 1 and 2 against a
Gemischkältekreislauf. Derartige Gemischkältekreisläufe weisen als Kältemittel üblicherweise Stickstoff und wenigstens einen C1+-Kohlenwasserstoff auf. Das zu verdichtende Kältemittel 10 wird in der ersten Verdichterstufe C1 auf einen Mixture refrigerant circuit. Such mixture refrigerant cycles usually have nitrogen and at least one C 1+ hydrocarbon as refrigerant. The refrigerant to be compressed 10 is in the first compressor stage C1 to a
Zwischendruck verdichtet. Anschließend wird das verdichtete Kältemittel 1 1 im Compressed intermediate pressure. Subsequently, the compressed refrigerant 1 1 in
Nachkühler E1 partiell kondensiert und im Abscheider D2 in eine tiefersiedendeAftercooler E1 partially condensed and in the separator D2 into a deeper boiling
Gasfraktion 12 und eine höhersiedende Flüssigfraktion 15 aufgetrennt. Lediglich die tiefersiedende Gasfraktion 12 wird in der zweiten Verdichterstufe C2 auf den maximalen Kreislaufdruck verdichtet. Das verdichtete Kältemittel 13 wird im Gas fraction 12 and a higher-boiling liquid fraction 15 separated. Only the lower-boiling gas fraction 12 is compressed in the second compressor stage C2 to the maximum circuit pressure. The compressed refrigerant 13 is in
Nachkühler E2 erneut partiell kondensiert und im Abscheider D3 in eine Gasfraktion 14 sowie eine Flüssigfraktion 17/17' aufgetrennt. Bei dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Gasfraktion 14 sowie die vorerwähnte, höhersiedende Kältemittel-Flüssigfraktion 15, die mittels der Pumpe P auf den Druck der Kältemittel- Gasfraktion 14 gepumpt wird, gemeinsam im Wärmetauscher E gegen sich selbst abgekühlt und anschließend im Entspannungsventil V4 kälteleistend entspannt. Das kälteleistend entspannte Kältemittel 16 wird sodann im Wärmetauscher E gegen die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion 6 vollständig verdampft und erneut dem der ersten Verdichterstufe C1 vorgeschalteten Abscheider D1 zugeführt; dieser dient der Absicherung der Verdichterstufe C1 , da in ihm ggf. mitgeführte Flüssiganteile abgetrennt werden. Aftercooler E2 again partially condensed and separated in the separator D3 in a gas fraction 14 and a liquid fraction 17/17 '. In that shown in the figure 1 Embodiment, the gas fraction 14 and the above-mentioned, higher-boiling refrigerant liquid fraction 15, which is pumped by the pump P to the pressure of the refrigerant gas fraction 14, jointly cooled in the heat exchanger E against itself and then relaxed in the expansion valve V4 cold performance. The cold-expanded refrigerant 16 is then completely evaporated in the heat exchanger E against the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied 6 and again fed to the separator D1 upstream of the first compressor stage C1; this serves to protect the compressor stage C1, since liquid components entrained in it are possibly separated off.
Während bei der zum Stand der Technik zählenden Verfahrensweise die aus dem Abscheider D3 abgezogene Kältemittel-Flüssigfraktion 17' über das While in the prior art method, the withdrawn from the separator D3 refrigerant liquid fraction 17 'on the
Entspannungsventil V1 vollständig vor den Abscheider D2 zurückgeführt wird, wird nunmehr ein Teilstrom 17 dieser Flüssigfraktion für die Vorkühlung der zu Relaxation valve V1 is completely recycled before the separator D2, now a partial flow 17 of this liquid fraction for the pre-cooling of
verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion 1/2 herangezogen. Dazu wird der vorbeschriebene Teilstrom 17 der Flüssigfraktion im Ventil V2 vorzugsweise auf einen Druck wenigstens 0,3 bar, insbesondere wenigstens 0,7 bar oberhalb des Saugdrucks der zweiten Verdichterstufe C2 entspannt und der daraus resultierende zweiphasige Strom dem Abscheider D5 zugeführt. Die in ihm anfallende Gasfraktion 19 wird über Regelventil V3 vor den Abscheider D2 zurückgeführt, während der im Abscheider D5 anfallende Flüssiganteil 18 für die Vorkühlung der zu verflüssigenden liquefied hydrocarbon-rich fraction 1/2 used. For this purpose, the above-described partial flow 17 of the liquid fraction in the valve V2 is preferably expanded to a pressure of at least 0.3 bar, in particular at least 0.7 bar, above the suction pressure of the second compressor stage C2 and the resultant two-phase stream is fed to the separator D5. The resulting in him gas fraction 19 is returned via control valve V3 in front of the separator D2, while accumulating in the separator D5 liquid portion 18 for the pre-cooling to be liquefied
Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion 1/2 herangezogen und anschließend ebenfalls vor den Abscheider D2 zurückgeführt wird. Der Wärmeaustausch zwischen der Flüssigfraktion 17 bzw. dem nach der Hydrocarbon-rich fraction 1/2 used and then also returned to the separator D2. The heat exchange between the liquid fraction 17 and the after
Entspannung im Ventil V2 anfallenden Flüssiganteil 18 und der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion 1/2 erfolgt über das Wärmeaustauschsystem E4.  Relaxation in the valve V2 resulting liquid fraction 18 and the liquefied hydrocarbon-rich fraction 1/2 via the heat exchange system E4.
Bei dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden der aus dem In the embodiment shown in the figure 2 are from the
Abscheider D2 abgezogene höhersiedende Flüssiganteil 50 des Kältemittels und die aus dem Abscheider D3 abgezogene Kältemittel-Gasfraktion 40 getrennt in der Vorkühlzone a des Wärmetauschers E' abgekühlt. Während die höhersiedende Flüssigfraktion 50 im Ventil V5 kälteleistend entspannt und anschließend im Separator D2 withdrawn higher-boiling liquid portion 50 of the refrigerant and the withdrawn from the separator D3 refrigerant gas fraction 40 separately cooled in the pre-cooling zone a of the heat exchanger E '. While the higher-boiling liquid fraction 50 in the valve V5 cools relaxed and then in
Gegenstrom zu dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion 6 verdampft wird, wird die vorgenannte Gasfraktion 40 partiell kondensiert und im Abscheider D6 in eine weitere Gasfraktion 41 sowie eine weitere Flüssigfraktion 42 aufgetrennt. Die Gasfraktion 41 wird in den Verflüssigungs- und Unterkühlungszonen b und c des Wärmetauschers E' abgekühlt und partiell kondensiert. Anschließend wird sie im Entspannungsventil V7 kälteleistend entspannt und im Gegenstrom zu der zu verflüssigenden und ggf. zu unterkühlenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion 6 vollständig verdampft. Die im Abscheider D6 anfallende Flüssigfraktion 42 wird in der Verflüssigungszone b des Wärmetauschers E' weiter abgekühlt, im Entspannungsventil V6 kälteleistend entspannt und im Gegenstrom zu der zu verflüssigenden Countercurrent is evaporated to the liquefied hydrocarbon-rich fraction 6, the aforementioned gas fraction 40 is partially condensed and im Separator D6 separated into a further gas fraction 41 and another liquid fraction 42. The gas fraction 41 is cooled in the liquefaction and subcooling b and c of the heat exchanger E 'and partially condensed. Subsequently, it is depressurized in the expansion valve V7 and fully evaporated in countercurrent to the hydrocarbon-rich fraction 6 to be liquefied and possibly to be supercooled. The liquid fraction 42 obtained in the separator D6 is further cooled in the liquefaction zone b of the heat exchanger E ', cooled in a high-performance manner in the expansion valve V6 and countercurrently to be liquefied
Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion 6 vollständig verdampft. Sofern der in der Figur 2 dargestellte Wärmetauscher E' als sog. gewickelter Wärmetauscher ausgebildet ist, erfolgt die Verdampfung der vorgenannten Kältemittelströme 41 , 42 und 50 im Hydrocarbon-rich fraction 6 completely evaporated. If the heat exchanger E 'shown in FIG. 2 is designed as a so-called wound heat exchanger, the evaporation of the abovementioned refrigerant flows 41, 42 and 50 takes place in FIG
Außenmantel des gewickelten Wärmetauschers. Die im Wärmetauscher E' vereinigten und in ihm vollständig verdampften Kältemittelströme 41 , 42 und 50 werden über Leitung 43 dem der ersten Verdichterstufe C1 vorgeschalteten Abscheider D1 zugeführt. Outer jacket of the wound heat exchanger. The refrigerant streams 41, 42 and 50 combined in the heat exchanger E 'and completely evaporated therein are fed via line 43 to the separator D1 upstream of the first compressor stage C1.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere Erdgas, wobei Process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction, in particular natural gas, wherein
- die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion vor ihrer Verflüssigung vorgekühlt, einer Wasserabtrennung und einem daran anschließenden Trocknungsprozess unterworfen und  Pre-cooled the hydrocarbon-rich fraction before its liquefaction, subjected to a water separation and a subsequent drying process and
- die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion gegen wenigstens einen  - the hydrocarbon-rich fraction against at least one
Gemischkältekreislauf verflüssigt wird,  Mixed refrigeration cycle is liquefied,
- wobei das in dem Gemischkältekreislauf zirkulierende Kältemittel wenigstens zweistufig verdichtet, anschließend wenigstens partiell kondensiert und die dabei anfallende Flüssigfraktion zumindest teilweise dem auf einen  - The refrigerant circulating in the mixture refrigeration cycle compressed at least two stages, then at least partially condensed and the resulting liquid fraction at least partially to a
Zwischendruck verdichteten Kältemittel zugemischt wird, und  Intermediate pressure compressed refrigerant is admixed, and
- wobei ein Teilstrom der Flüssigfraktion der Vorkühlung der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vor deren Zuführung in die  - Wherein a partial flow of the liquid fraction of the precooling of the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied prior to their introduction into the
Wasserabtrennung dient,  Water separation serves,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch zwischen der characterized in that the heat exchange between the
Flüssigfraktion (17) und der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (1 , 2) über wenigstens ein Wärmeaustauschsystem (E4) erfolgt. Liquid fraction (17) and to be liquefied hydrocarbon-rich fraction (1, 2) via at least one heat exchange system (E4).
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom der Flüssigfraktion (17) auf einen Druck wenigstens 0,3 bar, vorzugsweise wenigstens 0,7 bar oberhalb des Saugdrucks der zweiten oder letzten Verdichterstufe entspannt wird (V2) und lediglich der dabei anfallende Flüssiganteil (18) der Vorkühlung der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (1 , 2) vor deren Zuführung die Wasserabtrennung (D4) dient. A method according to claim 1, characterized in that the partial flow of the liquid fraction (17) to a pressure of at least 0.3 bar, preferably at least 0.7 bar above the suction pressure of the second or last stage compressor is relaxed (V2) and only the resulting liquid content (18) the pre-cooling of the hydrocarbon-rich fraction (1, 2) to be liquefied before their supply, the water separation (D4) is used.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als A method according to claim 1 or 2, characterized in that as
Wärmeträgerfluid des Wärmeaustauschsystems (E4) ein siedender, im Heat transfer fluid of the heat exchange system (E4) a boiling, im
Temperaturbereich zwischen 0 und 30 °C flüssig vorliegender Reinstoff, vorzugsweise Ethan, Ethylen, Propan, Propylen, Butan, C02 oder NH3, verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeaustauschsystem (E4) aus zwei Geradrohrbündeln, zwei gewickelten Wärmetauschern, zwei Plattentauschern oder einer beliebigen Kombination dieser Bauarten realisiert wird, wobei die Wärmetauscherkomponenten vorzugsweise in einen Druckbehälter, der das siedende Wärmeträgerfluid enthält, eingebaut sind. Temperature range between 0 and 30 ° C liquid present pure substance, preferably ethane, ethylene, propane, propylene, butane, C0 2 or NH 3 , is used. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat exchange system (E4) of two Geradrohrbündeln, two wound heat exchangers, two plate exchangers or any combination of these types is realized, wherein the heat exchanger components preferably in a pressure vessel containing the boiling heat transfer fluid , are installed.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Gemischkältekreislauf zirkulierende Kältemittel Stickstoff und wenigstens einen C1+- Kohlenwasserstoff aufweist. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the refrigerant circulating in the mixture refrigeration cycle comprises nitrogen and at least one C 1+ - hydrocarbon.
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