DE102005000634A1 - Verfahren zum Abtrennen einer C2+-reichen Fraktion aus LNG - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abtrennen einer C¶2+¶-reichen Fraktion aus verflüssigtem Erdgas (LNG) beschrieben, das folgende Verfahrensschritte aufweist: DOLLAR A a) teilweises Verdampfen (E1, E2) des verflüssigten Erdgases (1, 1'), DOLLAR A b) Auftrennen (D1) des teilweise verdampften Erdgases (2) in eine erste C¶1¶-reiche Gasfraktion (4) und eine erste C¶2+¶-reiche Flüssigfraktion (3), DOLLAR A c) rektifikatorische Auftrennung (T) der ersten C¶2+¶-reichen Flüssigfraktion (3) in eine zweite C¶1¶-reiche Gasfraktion (8) und eine zweite C¶2+¶-reiche Flüssigfraktion (10), DOLLAR A d) Rückverflüssigen (E1) der ersten C¶1¶-reichen Gasfraktion (4) und DOLLAR A e) Zuführen wenigstens eines Teilstromes (6) der rückverflüssigten C¶1¶-reichen Gasfraktion (5) als Rücklauf zu der rektifikatorischen Auftrennung (T).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen einer C2+-reichen Fraktion aus verflüssigtem Erdgas (LNG).
  • Gattungsgemäße Verfahren sind bspw. dann vorzusehen, wenn der Heizwert von verflüssigtem Erdgas nicht den gewünschten Spezifikationen desjenigen Pipeline-Netzes, in das das Erdgas eingespeist werden soll, entspricht. In einem derartigen Fall wird dem verflüssigten Erdgas entweder eine Heizwert-erniedrigende Komponente, beispielsweise Stickstoff, zugesetzt oder es werden Komponenten, die eine Erhöhung des Heizwertes bewirken, aus dem verflüssigten Erdgas entfernt. Nachfolgend sei die vorgenannte zweite Alternative näher erläutert.
  • Aus der US-A 5,114,451 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer C2+- bzw. C3+-reichen Fraktion aus LNG bekannt, bei dem – im Gegensatz zu den bis dato realisierten Verfahren – ein Teilstrom der in der rektifikatorischen Auftrennung des (verflüssigten) Erdgases gewonnenen C1-reichen Gasfraktion rückverflüssigt und der rektifikatorischen Auftrennung als Rücklauf aufgegeben wird. Der Reststrom der C1-reichen Gasfraktion wird erst nach der Abtrennung des Teilstromes, der den vorbeschriebenen Rücklaufstrom bildet, auf den gewünschten Abgabe- bzw. Pipelinedruck verdichtet. Das in der US-A 5,114,451 beschriebene Verfahren ermöglicht zwar die Steigerung der Ethanausbeute auf wirtschaftlich interessante Werte, erkauft wird dies jedoch durch den Einsatz wenigstens eines kostenintensiven Verdichters.
  • Auch aus der US-A 3,420,068 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer C2+-reichen Fraktion aus LNG bekannt. Bei diesem wird auf eine Rückverdichtung der in der rektifikatorischen Auftrennung des teilweise verdampften Erdgases gewonnenen methanreichen Gasfraktion verzichtet, was zur Folge hat, dass lediglich durchschnittliche Ethanausbeuten erzielt werden können.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer C2+-reichen Fraktion aus verflüssigtem Erdgas (LNG) anzugeben, das eine Steigerung der Ausbeute der C2+-reichen Fraktion bei gleichzeitiger Reduzierung der Investitions- sowie Betriebskosten des Prozesses, insbesondere den Verzicht auf eine Verdichtung der methanreichen Gasfraktion ermöglicht.
  • Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Abtrennen einer C2+-reichen Fraktion aus verflüssigtem Erdgas (LNG) vorgeschlagen, das folgende Verfahrensschritte aufweist:
    • a) teilweises Verdampfen des verflüssigten Erdgases,
    • b) Auftrennen des teilweise verdampften Erdgases in eine erste C1-reiche Gasfraktion und eine erste C2+-reiche Flüssigfraktion,
    • c) rektifikatorische Auftrennung der ersten C2+-reichen Flüssigfraktion in eine zweite C1-reiche Gasfraktion und eine zweite C2+-reiche Flüssigfraktion,
    • d) Rückverflüssigen der ersten C1-reichen Gasfraktion und
    • e) Zuführen wenigstens eines Teilstromes der rückverflüssigten C1-reichen Gasfraktion als Rücklauf zu der rektifikatorischen Auftrennung.
  • Im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Verfahrensweisen wird nunmehr die in der Auftrennung des teilweise verdampften Erdgases gewonnene erste C1-reiche Gasfraktion rückverflüssigt und zumindest teilweise der rektifikatorischen Auftrennung als Rücklauf zu geführt. Die für die Rückverflüssigung der ersten C1-reichen Gasfraktion erforderliche Kälte kann hierbei ausschließlich von dem flüssigen Erdgasstrom, der einer Anwärmung bis höchstens zum Siedepunkt unterworfen wird, bereitgestellt werden. Da die der rektifikatorischen Auftrennung als Rücklauf aufgegebene C1-reiche Gasfraktion einen vergleichsweise geringen Ethangehalt aufweist, wird durch sie eine Rückwaschung von Ethan und schwereren Komponenten aus dem Kopfprodukt der rektifikatorischen Auftrennungen und damit die gewünschte Erhöhung der C2+-Ausbeute bewirkt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es daher, bei einer wirtschaftlich sinnvollen Verfahrensweise Ethan-Ausbeuten von mehr als 90 % zu realisieren. Dieser Wert liegt im Bereich der Ethan-Ausbeute, wie sie mit dem aufwendigen Verfahren gemäß US-A 5,114,451 erreicht werden kann, aber deutlich über dem Wert bei einer Verfahrensführung gemäß US-A 3,420,068.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, seien im Folgenden anhand des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Wie in der 1 dargestellt, wird aus einem LNG-Speicherbehälter S über Leitung 1 verflüssigtes und unterkühltes Erdgas, das mittels der Pumpe P1 auf einen Druck zwischen 15 und 30 bar gepumpt wird, dem Wärmetauscher E1 zugeführt. In diesem wird das verflüssigte Erdgas gegen die abzukühlende und rückzuverflüssigende C1-reiche Gasfraktion 4, auf die im Folgenden noch eingegangen werden wird, bis knapp vor den Siedepunkt angewärmt. Der Abstand vom Siedepunkt beträgt typischerweise 5 °C, höchstens 20 °C.
  • Anschließend wird das angewärmte Erdgas über Leitung 1' einem weiteren Wärmetauscher E2 zugeführt und in diesem gegen die abzukühlende zweite C1-reiche Gasfraktion 8, auf die im Folgenden noch eingegangen wird, angewärmt und teilweise verdampft.
  • Der teilverdampfte Erdgasstrom wird über Leitung 2 einem Abscheider D1 zugeführt. In diesem erfolgt eine Auftrennung des teilweise verdampften Erdgasstromes in eine erste C1-reiche Gasfraktion, die am Kopf des Abscheiders D1 über Leitung 4 abgezogen wird, und eine erste C2+-reiche Flüssigfraktion. Letztere wird über Leitung 3, in der eine Pumpe P3 vorgesehen ist, der Trennkolonne T und damit der rektifikatorischen Auftrennung zugeführt.
  • In der Trennkolonne T erfolgt eine rektifikatorische Auftrennung der vorbeschriebenen C2+-reichen Flüssigfraktion 3 in eine zweite C1-reiche Gasfraktion, die am Kopf der Trennkolonne T über Leitung 8 abgezogen wird, und eine zweite C2+-reiche Flüssigfraktion. Die Trennkolonne T kann Böden und/oder Packungen aufweisen.
  • Die vorgenannte zweite C2+-reiche Flüssigfraktion wird über die Leitung 10, in der ein Regelventil e vorgesehen ist, aus dem Sumpf der Trennkolonne T abgezogen und als sog. NGL(Natural Gas Liquids)-Fraktion aus dem Prozess abgegeben und ggf. einer weiteren Verwendung zugeführt. Ein Teilstrom dieser Fraktion wird im Wärmetauscher E3 teilweise verdampft und über Leitung 11 als Reboiler-Strom der Trennkolonne T zugeführt.
  • In vorteilhafter Weise erfolgt die rektifikatorische Auftrennung T auf einem höheren Druck als die Auftrennung D1 des teilweise verdampften Erdgases 2 in eine erste C1-reiche Gasfraktion 4 und eine erste C2+-reiche Flüssigfraktion 3. Hierbei wird in der Auftrennung bzw. Abscheider D1 vorzugsweise ein Druck zwischen 15 und 25 bar und in der rektifikatorischen Auftrennung T vorzugsweise ein Druck zwischen 30 und 40 bar realisiert. Zur Überwindung der Druckdifferenz zwischen Abscheider D1 und Trennkolonne T ist in der Leitung 3 eine Pumpe P3 vorzusehen.
  • Die bei der Auftrennung des teilweise verdampften Erdgasstromes 2 gewonnene erste C1-reiche Gasfraktion, die aus dem Kopf des Abscheiders D1 über Leitung 4 abgezogen wird, wird im Wärmetauscher E1 gegen den anzuwärmenden Erdgasstrom 1 rückverflüssigt, mittels der Pumpe P2 auf den in der Trennkolonne T herrschenden Druck gepumpt und anschließend über die Leitungsabschnitte 5 und 6 – wobei in dem Leitungsabschnitt 6 ein Regelventil d vorgesehen ist – der rektifikatorische Auftrennung T, vorzugsweise im Kopfbereich, als Rücklauf aufgegeben.
  • Die in der rektifikatorischen Auftrennung T gewonnene zweite C1-reiche Gasfraktion wird am Kopf der Trennkolonne T über Leitung 8 abgezogen und im Wärmetauscher E2 gegen den anzuwärmenden Erdgasstrom 1' zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig rückverflüssigt und über Leitung 8', in der ein Regelventil c angeordnet ist, einem Pumpenvorlagebehälter D2 zugeführt. Diesem wird über Leitungsabschnitt 7, in dem ebenfalls ein Regelventil b angeordnet ist, derjenige Teilstrom der ersten rückverflüssigten C1-reichen Fraktion zugeführt, der nicht der Trennkolonne T als Rücklauf aufgegeben wird.
  • Aus dem Pumpenvorlagebehälter D2 wird die C2+-abgereicherte LNG-Produktfraktion mittels der Pumpe P4 auf den gewünschten Abgabe- bzw. Pipelinedruck – dieser liegt in der Regel zwischen 50 und 150 bar – gepumpt und über Leitung 9, in der ebenfalls ein Regelventil a vorgesehen ist, aus dem Prozess abgeführt.
  • Sofern die in der rektifikatorischen Auftrennung T gewonnene zweite C2+-reiche Flüssigfraktion, die aus dem Sumpf der Trennkolonne T über Leitung 10 abgezogen wird, einer C2/C3-Trennung unterworfen werden soll, wird vorzugsweise wie in der 2 dargestellt verfahren.
  • Hierbei wird die zweite C2+-reiche Flüssigfraktion einer (zweiten) rektifikatorischen C2/C3-Trennung in der Trennkolonne T' unterworfen. Aus dem Sumpf der Trennkolonne T' wird über Leitung 18 eine C3+-reiche LPG-Produktfraktion abgezogen und ggf. einer weiteren Verarbeitung bzw. Verwendung zugeführt. Ein Teilstrom dieser Fraktion wird im Wärmetauscher E5 teilweise verdampft und über Leitung 19 als Reboiler-Strom der Trennkolonne T' zugeführt.
  • Am Kopf der Trennkolonne T' wird über Leitung 12 eine C2/C3-reiche Gasfraktion abgezogen, im Seitenaufkocher E4, der über die Leitungen 13 mit der Trennkolonne T verbunden ist, zumindest teilweise kondensiert und anschließend über Leitung 14 dem Pumpenvorlagebehälter D3 zugeführt.
  • Aus dem Pumpenvorlagebehälter D3 wird die kondensierte C2/C3-reiche Fraktion über Leitung 15 der Pumpe P5 zugeführt und mittels dieser auf den gewünschten Abgabedruck gepumpt. Ein Nebenstrom der gepumpten Fraktion wird über Leitung 16 und Regelventil f dem Kopf der Trennkolonne T' als Rücklauf aufgegeben, während der Hauptstrom der gepumpten Fraktion über Leitung 17 aus dem Prozess abgeführt und ggf. einer weiteren Verwendung bzw. Verarbeitung zugeführt wird.
  • Alternativ zu der anhand der 2 beschriebenen Verfahrensweise sind jedoch auch andere C2/C3-Trennprozesse realisierbar, beispielsweise der Abzug einer gasförmigen Kopfproduktfraktion aus dem Behälter D3.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen einer C2+-reichen Fraktion aus verflüssigtem Erdgas weiterbildend wird vorgeschlagen, dass die Abkühlung von Verfahrensströmen, die aus der Auftrennung T' der zweiten C2+-reichen Flüssigfraktion resultieren, gegen die erste C2+-reiche Flüssigfraktion und/oder gegen wenigstens eine Flüssigfraktion, die aus der rektifikatorischen Auftrennung unterhalb der Zuspeisung der ersten C2+-reichen Flüssigfraktion abgezogen wird, erfolgt.
  • Insbesondere dann, wenn die zweite C2+-reiche Flüssigfraktion 10 einer rektifikatorischen C2/C3-Trennung T' unterworfen wird, empfiehlt es sich, die in der rektifikatorischen C2/C3-Trennung T' gewonnene C2/C3-reiche Gasfraktion 12 im Wärmetausch gegen die erste C2+-reiche Flüssigfraktion 3 abzukühlen, vorzugsweise auf drucklose Lagertemperatur abzukühlen.
  • Der hierfür erforderliche Wärmetauscher kann beispielsweise zwischen der Pumpe P3 und der Trennkolonne T vorgesehen werden. Damit eine drucklose Lagerung realisiert werden kann, ist im Falle einer überwiegend aus Ethan bestehenden Gasfraktion, die am Kopf der rektifikatorischen C2/C3-Trennung T' gewonnen wird, eine Temperatur von etwa –100 °C erforderlich. Von Vorteil bei dieser Verfahrensführung ist, dass im gesamten Prozess auf Fremdkälte – also Kühlung unterhalb der Umgebungstemperatur – oder – thermodynamisch gleichwertig – Verdichtung verzichtet werden kann.
  • Wenn, wie anhand der in den 1 und 2 dargestellten Verfahren erläutert, alle Verfahrensströme flüssig eintreten (Strom 1) und wieder flüssig abgegeben werden (Ströme 9 und 10 bzw. 9, 17 und 18), erfolgt alle Kühlung letztlich aus der Unterkühlung des eingesetzten LNGs.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen einer C2+-reichen Fraktion aus verflüssigtem Erdgas (LNG) ermöglicht die Realisierung hoher Ethanausbeuten bei einem gleichzeitigen Verzicht auf kostenintensive Verdichter.
    •

Claims (9)

  1. Verfahren zum Abtrennen einer C2+-reichen Fraktion aus verflüssigtem Erdgas (LNG) aufweisend folgende Verfahrensschritte: a) teilweises Verdampfen (E1, E2) des verflüssigten Erdgases (1, 1'), b) Auftrennen (D1) des teilweise verdampften Erdgases (2) in eine erste C1-reiche Gasfraktion (4) und eine erste C2+-reiche Flüssigfraktion (3), c) rektifikatorische Auftrennung (T) der ersten C2+-reichen Flüssigfraktion (3) in eine zweite C1-reiche Gasfraktion (8) und eine zweite C2+-reiche Flüssigfraktion (10), d) Rückverflüssigen (E1) der ersten C1-reichen Gasfraktion (4) und e) Zuführen wenigstens eines Teilstromes (6) der rückverflüssigten C1-reichen Gasfraktion (5) als Rücklauf zu der rektifikatorischen Auftrennung (T).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückverflüssigung (E1) der ersten C1-reichen Gasfraktion (4) im Wärmetausch mit dem zu verdampfenden verflüssigten Erdgas (1) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rektifikatorische Auftrennung (T) auf einem höheren Druck als die Auftrennung (D1) des teilweise verdampften Erdgases (2) in eine erste C1-reiche Gasfraktion (4) und eine erste C2+-reiche Flüssigfraktion (3) erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrennung (D1) des teilweise verdampften Erdgases (2) in eine erste C1-reiche Gasfraktion (4) und eine erste C2+-reiche Flüssigfraktion (3) in einem Druckbereich zwischen 15 und 25 bar und die rektifikatorische Auftrennung (T) in einem Druckbereich zwischen 30 und 40 bar erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige Teilstrom (7) der rückverflüssigten C1-reichen Gasfraktion (5), der der rektifikatorischen Auftrennung (T) nicht als Rücklauf zugeführt wird, mit der in der rektifikatorischen Auftrennung (T) gewonnenen zweiten C1-reichen Gasfraktion (8, 8') vereinigt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in der rektifikatorischen Auftrennung (T) gewonnenen zweite C1-reichen Gasfraktion (8) zumindest teilweise rückverflüssigt wird (E2), wobei diese Rückverflüssigung vorzugsweise im Wärmetausch mit dem zu verdampfenden verflüssigten Erdgas (1') erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung von Verfahrensströmen, die aus der Auftrennung der zweiten C2+-reichen Flüssigfraktion (10) resultieren, gegen die erste C2+-reiche Flüssigfraktion (3) und/oder gegen wenigstens eine Flüssigfraktion (13), die aus der rektifikatorischen Auftrennung (T) unterhalb der Zuspeisung der ersten C2+-reichen Flüssigfraktion (3) abgezogen wird, erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite C2+-reiche Flüssigfraktion (10) einer rektifikatorischen C2/C3-Trennung (T') unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfkondensation der C2/C3-Trennung (T') in einem Seitenaufkocher (E4) gegen wenigstens eine Flüssigfraktion (13) erfolgt, die aus der rektifikatorischen Auftrennung (T) unterhalb der Zuspeisung der ersten C2+-reichen Flüssigfraktion (3) abgezogen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweite C2+-reiche Flüssigfraktion (10) einer rektifikatorischen C2/C3-Trennung (T') unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die in der rektifikatorischen C2/C3-Trennung (T') gewonnene C2/C3-reiche Gasfraktion (12) im Wärmetausch gegen die erste C2+-reiche Flüssigfraktion (3) abgekühlt, vorzugsweise auf drucklose Lagertemperatur abgekühlt wird.
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