DE102007047765A1 - Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, beschrieben: Das Verfahren weist erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte auf: a) Entfernen (10) von bei der nachfolgenden Verflüssigung (11) unerwünschten Bestandteilen, weie Sauergasen, Wasser und/oder Quecksilber, aus der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (1), wobei dieser Verfahrensschritt nur dann realisiert wird, wenn die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion unerwünschte Bestandteile aufweist, b) Verflüssigen (11) der vorbehandelten, Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (2) unter Verwendung wenigstens eines Gemischkreislaufes (8, 9), c) Auftrennen (12) der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (3) in eine Methan-reiche Flüssigfraktion (LNG) (4) und eine im Wesentlichen Stickstoff und Methan enthaltende Brenngasfraktion (5) und d) Dampferzeugung (13) unter Verwendung der Brenngasfraktion (5), e) wobei der erzeugte Dampf (6) in wenigstens einer Kondensations-Dampfturbine eingesetzt wird und f) wobei mittels der Kondensations-Dampfturbine(n) der oder wenigstens einer der Verdichter (14) des oder wenigstens eines Gemischkreislaufes (8, 9) angetrieben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas.
  • Erdgasverflüssigungs- bzw. LNG-Anlagen werden üblicherweise an Land gebaut. Schwimmende Erdgasverflüssigungs- bzw. LNG-Anlagen – auch als Floating LNG- oder FLNG-Anlagen bezeichnet –, die allerdings bis heute die Planungsphase nicht überwunden haben, werden nach anderen Gesichtspunkten konzipiert und optimiert als dies bei an Land realisierten Erdgasverflüssigungs-Anlagen der Fall ist. Bei schwimmenden Erdgasverflüssigungs-Anlagen stehen insbesondere hohe Zuverlässigkeit, geringe Zahl von Systemen – hierunter sind die Abtrenneinheit für unerwünschte Bestandteile, die Verflüssigungseinheit, die Entspannungseinheit, etc. zu verstehen – und Kompaktheit im Vordergrund, während eine Minimierung des spezifischen Energieverbrauchs – dieses Merkmal gewinnt bei an Land realisierten Erdgasverflüssigungs-Anlagen zunehmend an Bedeutung – nicht das wichtigste Ziel darstellt.
  • Für die Realisierung von FLNG-Anlagen wurden als Verflüssigungsprozesse bereits Stickstoff-Expanderverfahren (siehe bspw. US-A 5,768,912 ), Stickstoff/Methan-Expanderverfahren (siehe bspw. US-A 6,412,302 ) und Verfahren mit Gemischkältekreisläufen (siehe bspw. US-A 6,658,891 ) vorgeschlagen.
  • Bei den vorgenannten Verflüssigungsprozessen treten jedoch unterschiedliche Probleme auf. Expanderverfahren besitzen einen vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad und sind darüber hinaus aufgrund der eingeschränkten Verfügbarkeit von großen Entspannungsturbinen auf eine Kapazität von weniger als 1 mtpa pro Strang begrenzt. Die in US-A 6,658,891 vorgeschlagene Lösung propagiert Elektro-Motoren als Verdichterantriebe, was jedoch eine komplexe Stromerzeugung und -verteilung erforderlich machen würde.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion vorgeschlagen, das folgende Verfahrensschritte aufweist:
    • a) Entfernen von bei der nachfolgenden Verflüssigung unerwünschten Bestandteilen, wie Sauergasen, Wasser und/oder Quecksilber, aus der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, wobei dieser Verfahrensschritt nur dann realisiert wird, wenn die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion unerwünschte Bestandteile aufweist,
    • b) Verflüssigen der vorbehandelten, Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion unter Verwendung wenigstens eines Gemischkreislaufes,
    • c) Auftrennen der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion in eine Methan-reiche Flüssigfraktion (LNG) und eine im Wesentlichen Stickstoff und Methan enthaltende Brenngasfraktion und
    • d) Dampferzeugung unter Verwendung der Brenngasfraktion,
    • e) wobei der erzeugte Dampf in wenigstens einer Kondensations-Dampfturbine eingesetzt wird und
    • f) wobei mittels der Kondensations-Dampfturbinen) der oder wenigstens einer der Verdichter des oder wenigstens eines Gemischkreislaufes angetrieben wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion stellt ein zuverlässiges und effizientes Konzept für eine schwimmende Erdgasverflüssigungs-Anlage dar. Im Gegensatz zu bisher projektierten FLNG-Anlagen weist das erfindungsgemäße Verfahren eine vergleichsweise geringe Zahl von Systemen auf und kann daher im Vergleich zu projektierten, schwimmenden Erdgasverflüssigungs-Anlagen als kompakter angesehen werden.
  • Die Verwendung von Dampfturbinen zum Antreiben des oder der Verdichter macht die in der US-A 6,658,891 vorgeschlagenen Elektro-Motoren überflüssig. Somit erübrigt sich eine aufwendige Stromerzeugung und -verteilung.
  • Die erfindungsgemäß vorzusehende Verwendung von Kondensations-Dampfturbinen, insbesondere von Kondensations-Dampfturbinen mit Seitenentnahme von Niederdruckdampf, hat den Vorteil, dass die Beheizung von Niedertemperaturverbrauchern, wie bspw. Aufkochern in der Regenerierung der Sauergaswäsche oder in der Fraktionierung schwererer Kohlenwasserstoffe – beide Prozesse bzw. Systeme werden ggf. in der noch zu beschreibenden Vorbehandlungseinheit realisiert –, einfach und kostengünstig in das Dampfsystem integriert werden können. Kondensations-Dampfturbinen weisen gegenüber Gegendruck-Dampfturbinen ein höheres nutzbares Druckgefälle auf und ermöglichen damit eine bessere Nutzung der in der Brenngasfraktion enthaltenen Primärenergie bei der Erzeugung von mechanischer Leistung zum Antrieb des bzw. der Kreislaufverdichter des bzw. der Gemischkreisläufe.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass
    • – das Verflüssigungsverfahren auf einem Schiff oder einer schwimmfähigen (Träger) Plattform realisiert wird,
    • – die Dampferzeugung in wenigstens zwei unabhängig voneinander betreibbaren Dampfkesseln realisiert wird,
    • – der oder die Verdichter des oder der Gemischkreisläufe redundant ausgeführt sind,
    • – der oder die Verdichter des oder der Gemischkreisläufe lediglich jeweils ein Gehäuse aufweisen und
    • – der erzeugte Dampf in wenigstens einer Kondensations-Dampfturbine mit Seitenentnahme von Niederdruckdampf eingesetzt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion sowie weitere Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, seien im Folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • In der Figur sind die einzelnen Systeme bzw. Komponenten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion lediglich als Black-Boxes dargestellt.
  • Die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion, bei der es sich beispielsweise um einen Erdgasstrom handelt, wird über Leitung 1 einer Vorbehandlungseinheit 10 zugeführt. In dieser erfolgt die Abtrennung derjenigen Bestandteile, die in der nachfolgenden Verflüssigungseinheit 11 unerwünscht sind. Es sind dies insbesondere Sauergase, Wasser und Quecksilber. Die Abtrennung dieser Bestandteile erfolgt mittels zum Stand der Technik zählender, als verlässlich anzusehender Prozesse.
  • Die vorbehandelte, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion wird anschließend über Leitung 2 der Verflüssigungseinheit 11 zugeführt. Unter Verwendung wenigstens eines Gemischkreislaufes – dargestellt durch die Leitungen 8 und 9 sowie die Kreislaufverdichter-Einheit 14, auf die im Folgenden noch näher eingegangen wird – erfolgt eine Verflüssigung der vorbehandelten, Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion.
  • Die nunmehr verflüssigte, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion wird über Leitung 3 einer Auftrennungs- bzw. End-Flash-Einheit 12 zugeführt und in dieser in eine Methan-reiche Flüssigfraktion sowie eine im Wesentlichen Stickstoff und Methan enthaltende Brenngasfraktion aufgetrennt. Die Methan-reiche Flüssigfraktion, die im Falle der Verflüssigung von Erdgas die sog. LNG-Produktfraktion darstellt, wird über Leitung 4 ihrer weiteren Verwendung bzw. einer Zwischenspeicherung zugeführt.
  • In der nicht vorveröffentlichten DE-A 10 2007 010 032 ist eine bevorzugte Ausgestaltung der in der Auftrennungs- bzw. End-Flash-Einheit 12 realisierten Auftrennung in Methan-reiche Flüssigfraktion sowie eine im Wesentlichen Stickstoff und Methan enthaltende Brenngasfraktion offenbart. Mit der Zitierung dieses Dokuments sei dessen Inhalt zur Gänze in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung integriert. Gemäß der in der DE-A 10 2007 010 032 beanspruchten Verfahrensweise wird die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion nach ihrer Verflüssigung und Unterkühlung einer Stripkolonne, die der Abtrennung der N2-reichen Fraktion dient, zugeführt. Hierbei dient ein Teilstrom der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion selbst als Sumpfheizung für die Stripkolonne. Dies macht das Vorsehen eines zusätzlichen Wärmetauschers bzw. Reboilers überflüssig.
  • Die im Wesentlichen Stickstoff und Methan enthaltende Brenngasfraktion wird über Leitung 5 der Dampferzeugungseinheit 13 zugeführt. In vorteilhafter Weise weist die Dampferzeugungseinheit 13 wenigstens zwei unabhängig voneinander betreibbare Dampfkessel auf. Dies erhöht die Ausfallsicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der FLNG-Anlage wesentlich.
  • Die bereits erwähnte Kreislaufverdichter-Einheit 14 weist neben dem bzw. den Verdichtern eine oder mehrere Kondensations-Dampfturbine mit Seitenentnahme von Niederdruckdampf auf. Der in der Dampferzeugungseinheit 13 erzeugte Dampf wird über Leitung 6 der Kreislaufverdichter-Einheit 14 zugeführt und in der oder den Kondensations-Dampfturbinen eingesetzt. Über Leitung 7 erfolgt eine Rückführung der kondensierten Dampffraktion in die Dampferzeugungseinheit 13. Mittels der Kondensations-Dampfturbinen) wird bzw. werden der oder die Verdichter der Kreislaufverdichter-Einheit 14 angetrieben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, dass der oder die Verdichter des oder der Gemischkreisläufe redundant ausgeführt sind. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Ausfallsicherheit. Von besonderem Vorteil ist es, wenn jeder Verdichterstrang, der neben dem eigentlichen Verdichter den Verdichterantrieb sowie die erforderlichen Zwischen- und Nachkühleinrichtungen samt Abscheidern aufweist, nur genau ein Verdichtergehäuse enthält.
  • Die Realisierung parallel angeordneter Kreislaufverdichter erhöht die Verfügbarkeit des erfindungsgemäßen Verflüssigungsverfahrens, da die Verdichterstränge unabhängig voneinander betrieben werden können. Die Verwendung von jeweils nur einem Verdichtergehäuse pro Verdichterstrang verringert darüber hinaus die Zahl des sog. Rotating Equipments – also der sich drehenden bzw. beweglichen Ausrüstungsteile – und verringert damit den Platz- und Wartungsbedarf des Verflüssigungsprozesses.
  • Die Verdichtung des oder der Kältemittelgemische des bzw. der Gemischkreisläufe erfolgt vorzugsweise mittels so genannter Topfverdichter bzw. Barrel-Type-Kompressoren.
  • Als Verflüssigungsprozess kann im Prinzip jeder Prozess, der sich wenigstens eines Gemischkreislaufes bedient, Anwendung finden. Von besonderem Vorteil ist hier die Realisierung eines Verflüssigungsprozesses, wie er in der DE-A 197 22 490 beschrieben ist. Auch die Verwendung von Kältemittelgemischen, die eine vergleichsweise hohe Dichte aufweisen, macht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Sinn. Ein derartiger Verflüssigungsprozess ist beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE-A 10 2007 029 882 bekannt. Mit der Zitierung dieser Dokumente sei deren Inhalt zur Gänze in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung integriert.
  • Der Wärmetausch zwischen dem oder den Kältemittelgemischen und der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion erfolgt vorzugsweise in einem oder mehreren gewickelten Wärmetauschern. Hierbei bestehen sowohl Bündel als auch Mantel des gewickelten Wärmetauschers vorzugsweise aus Edelstahl.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • - US 6412302 A [0003]
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    • - DE 102007010032 A [0016, 0016]
    • - DE 19722490 A [0022]
    • - DE 102007029882 A [0022]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, aufweisend folgende Verfahrensschritte: a) Entfernen (10) von bei der nachfolgenden Verflüssigung (11) unerwünschten Bestandteilen, wie Sauergasen, Wasser und/oder Quecksilber, aus der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (1), wobei dieser Verfahrensschritt nur dann realisiert wird, wenn die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion unerwünschte Bestandteile aufweist, b) Verflüssigen (11) der vorbehandelten, Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (2) unter Verwendung wenigstens eines Gemischkreislaufes (8, 9), c) Auftrennen (12) der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (3) in eine Methan-reiche Flüssigfraktion (LNG) (4) und eine im Wesentlichen Stickstoff und Methan enthaltende Brenngasfraktion (5) und d) Dampferzeugung (13) unter Verwendung der Brenngasfraktion (5), e) wobei der erzeugte Dampf (6) in wenigstens einer Kondensations-Dampfturbine eingesetzt wird und f) wobei mittels der Kondensations-Dampfturbinen) der oder wenigstens einer der Verdichter (14) des oder wenigstens eines Gemischkreislaufes (8, 9) angetrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verflüssigungsverfahren auf einem Schiff oder einer schwimmfähigen (Träger) Plattform realisiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampferzeugung (13) in wenigstens zwei unabhängig voneinander betreibbaren Dampfkesseln realisiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Verdichter des oder der Gemischkreisläufe (8, 9) redundant ausgeführt sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Verdichter des oder der Gemischkreisläufe (8, 9) lediglich jeweils ein Gehäuse aufweisen.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Dampf (6) in wenigstens einer Kondensations-Dampfturbine mit Seitenentnahme von Niederdruckdampf eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetausch zwischen dem oder den Kältemittelgemischen des oder der Gemischkreisläufe (8, 9) und der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion in einem oder mehreren gewickelten Wärmetauschern realisiert wird, wobei Bündel und Mantel des oder der gewickelten Wärmetauscher vorzugsweise aus Edelstahl besteht.
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