DE1915218B2 - Verfahren und vorrichtung zum verfluessigen von erdgas - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum verfluessigen von erdgasInfo
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Description
nnzeichnet, daß nach Kondensation der Es ist bereits ein Verfahren zur Abkühlung von
Kreislaufmedium benötigten Kohlenwasser- Erdgas und zur Gewinnung von Methan in flüssiger
stoffe das verbliebene, das gesamte zu verflüssi- Form bekanntgeworden, bei dem die Kälte durch
gende Methan und den entsprechenden Stickstoff 20 partielle Kondensation, Entspannung und Verdampsowie
kleine Mengen Äthan enthaltende Gasge- fung der einzelnen im Erdgas enthaltenen Fraktionen
misch durch Wärmeaustausch mit Kreislaufme- erzeugt wird und wobei der im Erdgas enthaltene
dium in eine stickstoffangereicherte gasförmige Stickstoff durch Rektifikation abgetrennt wird
und in eine erste stickstoffarme flüssige Fraktion (USA.-Patentschrift 3 218 816).
vorzerlegt wird, daß die stickstoffangereicherte 25 Die Nachteile dieses Verfahrens liegen darin, daß Fraktion durch Wärmeaustausch mit der Sumpf- Kreislaufmedium und Produkte in mehreren Stufen flüssigkeit der Drucksäule eines Doppelrektifika- getrennt werden, welches stets durch Verzweigung tors und mit Kreislaufmedium verflüssigt bzw. von Flüssigkeitsströmen oder Gasströmen geschieht, unterkühlt und in der Drucksäule in eine Rein- so daß hierzu ein großer Regelaufwand erforderlich Stickstofffraktion und eine zweite stickstoffarme 30 ist. Hinzu kommt, daß die tiefste benötigte Temperaflüssige Fraktion zerlegt wird, daß die beiden tür durch Verdampfung von Kreislaufmedium erstickstoffarmen Fraktionen nach Unterkühlung zeugt werden muß, d.h. durch Verdampfung von durch Wärmeaustausch mit Kreislaufmedium in Gemischen, von denen auch die tiefsiedenden noch der Niederdrucksäuie des Doppelrektifikators reich an Methan sind. Schließlich kaiin gemäß dievom restlichen Stickstoff oefreit werden und daß 35 Sem Verfahren der Stickstoff nicht ohne größere zum Einstellen des tiefsten Temperaturniveaus Methanverluste aus der Anlage entlassen werden, da die in der Drucksäule gewonnene Reinstickstoff- der gesamte Stickstoff im Brenngas, also im Gemisch fraktion entspannt und in Wärmeaustausch mit mit Methan, abgegeben wird.
vorzerlegt wird, daß die stickstoffangereicherte 25 Die Nachteile dieses Verfahrens liegen darin, daß Fraktion durch Wärmeaustausch mit der Sumpf- Kreislaufmedium und Produkte in mehreren Stufen flüssigkeit der Drucksäule eines Doppelrektifika- getrennt werden, welches stets durch Verzweigung tors und mit Kreislaufmedium verflüssigt bzw. von Flüssigkeitsströmen oder Gasströmen geschieht, unterkühlt und in der Drucksäule in eine Rein- so daß hierzu ein großer Regelaufwand erforderlich Stickstofffraktion und eine zweite stickstoffarme 30 ist. Hinzu kommt, daß die tiefste benötigte Temperaflüssige Fraktion zerlegt wird, daß die beiden tür durch Verdampfung von Kreislaufmedium erstickstoffarmen Fraktionen nach Unterkühlung zeugt werden muß, d.h. durch Verdampfung von durch Wärmeaustausch mit Kreislaufmedium in Gemischen, von denen auch die tiefsiedenden noch der Niederdrucksäuie des Doppelrektifikators reich an Methan sind. Schließlich kaiin gemäß dievom restlichen Stickstoff oefreit werden und daß 35 Sem Verfahren der Stickstoff nicht ohne größere zum Einstellen des tiefsten Temperaturniveaus Methanverluste aus der Anlage entlassen werden, da die in der Drucksäule gewonnene Reinstickstoff- der gesamte Stickstoff im Brenngas, also im Gemisch fraktion entspannt und in Wärmeaustausch mit mit Methan, abgegeben wird.
den der Rektifikation zuzuführenden Fraktionen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im
gebracht wird. 40 Zuge der Verflüssigung von Erdgas den in diesem
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfah- enthaltenen Stickstoff unter geringem Energieaufrens
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, wand abzutrennen.
daß von einem Abscheider (20) eines offenen Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach Kon-
Kältekreislaufsystems eine Leitung für verflüssig- densation der als Kreislaufmedium benötigten Kohtes
Kreislaufmedium über die dem Abscheider 45 lenwasserstoffe das verbliebene, das gesamte zu vernachgeschalteten
Wärmeaustauscher des Kreis- flüssigende Methan und den entsprechenden Sticklaufsystems,
ein Enspannungsventil (26) und die stoff sowie kleine Mengen Äthan enthaltende Gasge-Kältemittelseiten
der Wärmeaustauscher des misch durch Wäreaustausch mit Kreislaufmedium in Kreislaufsystems zurück zum Kreislaufkompres- eine stickstoffangereicherte gasförmige und in eine
sor geführt ist, daß eine weitere Leitung für das 5° erste stickstoffarme flüssige Fraktion vorzerlegt wird,
noch gasförmig gebliebene Gemisch der gesamten daß die stickstoffarme flüssige Fraktion durch Wär-Produkte
vom Kopf des Abscheiders (20) über meaustausch mit der Sumpfflüssigkeit der Druckeinen
Wärmeaustauscher (21) des Kreislaufsy- säule eines Doppelrektifikators und mit Kreislaufmestems
mit einem zweiten Abscheider (27) verbun- dium verflüssigt bzw. unterkühlt und in der Druckden
ist, dessen Kopf über eine Heizvorrichtung 55 säule in eine Reinstickstofffraktion und eine zweite
[28) für den Sumpf der Drucksäule (29) eines stickstoffarme flüssige Fraktion zerlegt wird, daß
Doppelrektifikators, einen Wärmeaustauscher die beiden stickstoffarmen Fraktionen nach Unter-(23)
des Kreislaufsystems und einen Tiefkühler kühlung durch Wärmeaustausch mit Kreislaufttie-(44
a) an die Druefcsäule f29) artgeSGhlossBn ist, dium in der Niederdfueksäule des DsppelreMfika*-
daß der Sumpf des Abscheiders (27) und der 60 tors vom restlichen Stickstoff befreit werden und daß
Sumpf der Drucksäuie (29) über Wärmeaustau- zum Einstellen des tiefsten T&m,peraturniveaus die in
scher (22, 23) des Kreislaufsystems, den Tiefküh- der Drueksäule gewonnene keinstickstöfffraktion
der (44 a) und ein Intspannungsventil (34 a) mit entspannt und in Wärmeaustausch mit den der Rektider
oberen Säule (35) des Doppelfektifikators fikation zuzuführenden Fraktionen gebracht wird,
verbunden sind und daß eine vom Kopf der 65 Der Vorteil des eifindun^gemäßen Verfahrens prucksäule (29) ausgehende Leitung über einen liegt darin, daß der Druek des Erdgases besonders Wärmeaustauscher ψ7α) zum Unterkühlen von energiesparend einerseits zur Erzeugung von Spitzenfltssigem Methan, die Kälteadttelseite des Tief- kälte und andererseits zur Stickstoffabtrenmiue aus-
verbunden sind und daß eine vom Kopf der 65 Der Vorteil des eifindun^gemäßen Verfahrens prucksäule (29) ausgehende Leitung über einen liegt darin, daß der Druek des Erdgases besonders Wärmeaustauscher ψ7α) zum Unterkühlen von energiesparend einerseits zur Erzeugung von Spitzenfltssigem Methan, die Kälteadttelseite des Tief- kälte und andererseits zur Stickstoffabtrenmiue aus-
genutzt wird. Dieser wird zum größten Teil der Hoehdrucksäule
eines Doppelrektifikatori in hochkonzentrierter Form entnommen und als solcher aus der
Anlage entlassen, während der Rest in Form einer unreinen Stickstofffraktion aus der Niederdrucksäule
des DoppelrektLKkators abgezogen und, gegebenenfalls
nach Zusetzung höherer Kohlenwasserstoffe, die
zur Einstellung des Heizwertes noch erforderlich sind, z. B. als Stadtgas abgegeben wird.
Λ Gemäß dem Verfahren wird das aus der Vorkühlstufe abziehende nur noch Median, Stickstoff und geringe Mengen Äthan enthaltende Gasgemisch zunächst einer Vorzerlegung in eine stickstoffangereicherte gasförmige und eine stickstoffarme flüssige Fraktion unterzogen, so daß also bereits in der Gasphase eine vorteilhafte Voranreicherung an Stickstoff erzielt wird. Erfmdungsgesnäß wird nunmehr die stickstoffangereicherte gasförmige Fraktion im Wärmeaustausch mit Sumpfflüssigkeit der Drucksäule und mit Kreislauf medium verflüssigt bzw. unterkühlt und in die Drucksäule entspannt, in der sie in eine zweite stickstoffarme, im wesentlichen nur noch Methan und geringe Mengen Äthan enthaltende flüssige Fraktion und in eine gasförmige Reinstickstofffraktion zerlegt wird. Die Sumpfflüssigkeit der Drucksäule wird zusammen mit der bei der Vorzerlegung anfallenden Flüssigkeit im Vorkühlkreis im Wärmeaustausch mit Kreislaufmedium unterkühlt und anschließend in die Niederdrucksäule des Doppelrektifikators entspannt, um hier vom restlichen Stickstoff befreit zu werden. Durch die Unterkühlung der der Rektifikation sowohl in der Drucksäule als auch in der Niederdrucksäule zuzuführenden Fraktionen im Wärmeaustausch mit Kreislaufmedium wird der Vorteil erzielt, daß die in die Säulen einzuführenden Flüssigkeitsmengen vergrößert werden können.
Λ Gemäß dem Verfahren wird das aus der Vorkühlstufe abziehende nur noch Median, Stickstoff und geringe Mengen Äthan enthaltende Gasgemisch zunächst einer Vorzerlegung in eine stickstoffangereicherte gasförmige und eine stickstoffarme flüssige Fraktion unterzogen, so daß also bereits in der Gasphase eine vorteilhafte Voranreicherung an Stickstoff erzielt wird. Erfmdungsgesnäß wird nunmehr die stickstoffangereicherte gasförmige Fraktion im Wärmeaustausch mit Sumpfflüssigkeit der Drucksäule und mit Kreislauf medium verflüssigt bzw. unterkühlt und in die Drucksäule entspannt, in der sie in eine zweite stickstoffarme, im wesentlichen nur noch Methan und geringe Mengen Äthan enthaltende flüssige Fraktion und in eine gasförmige Reinstickstofffraktion zerlegt wird. Die Sumpfflüssigkeit der Drucksäule wird zusammen mit der bei der Vorzerlegung anfallenden Flüssigkeit im Vorkühlkreis im Wärmeaustausch mit Kreislaufmedium unterkühlt und anschließend in die Niederdrucksäule des Doppelrektifikators entspannt, um hier vom restlichen Stickstoff befreit zu werden. Durch die Unterkühlung der der Rektifikation sowohl in der Drucksäule als auch in der Niederdrucksäule zuzuführenden Fraktionen im Wärmeaustausch mit Kreislaufmedium wird der Vorteil erzielt, daß die in die Säulen einzuführenden Flüssigkeitsmengen vergrößert werden können.
Zur Einstellung des tiefsten Temperaturniveaus schließlich dient die Druckstickslofffraktion, die aus
der Drucksäule abgezogen, entspannt und im Wärmeaustausch mit den der Rektifikation zuzuführenden
Fraktionen sowie im Vorkühlsystem angewärmt und aus der Anlage entlassen wird.
Flüssiges, nur noch geringe Mengen Äthan enthaltendes Methan wird der Niederdrucksäule entnommen,
im Wärmeaustausch mit der Druckstickstofffraktion unterkühlt, auf Speicherdruck entspannt und
einem Flüssigkeitsspeicher zugeführt.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß von einem Abscheider
eines offenen Kältekreislauf systems eine Leitung für verflüssigtes Kreislaufmedium über die dem Abscheider
nachgeschalteten Wärmeaustauscher des Kreislaufsystems, ein Entspannungsventil und die
Kältemittelseiten der Wärmeaustauscher des Kreislaufsystems zurück zum Kreislauf kompressor geführt
ist, daß eine weitere Leitung für das noch gasförmig gebliebene Gemisch der gesamten Produktion vom
Kopf des Abscheiders über einen Wärmeaustauscher des Kreislaufsystems mit einem zweiten Abscheider
verbunden ist, dessen Kopf über eine Heizvorrichtung für den Sumpf der Drucksäule eines Doppelrektifikators,
einen Wärmeaustauscher des Kreislaufsystems und einen Tiefkühler an die Drucksäule angeschlossen
ist, daß der Sumpf des Abscheiders und der Sumpf der Drucksäule über Wärmeaustauscher
des Kreislaufsystems, den Tiefkühler und ein Entspannungsveiitii
mit der oberen Säule des Doppelrek-
218
tifikators verbunden sind and daß ejae vom Kopf der Drucksäule ausgehende Leitung über einen Warane»
austauscaer zum Unterkühlen von flüssigem Methan,
die Kältemittelseite des Tiefkühlers und das Kreislaufsystem nach außen geführt ist
Das Verfahren gemäß der Erfindung wind nunmehr
an Hand einer schematischen DaisteEung des Verfahrensablaufes beispielsweise erläutert.
Das zu verarbeitende Erdgas hat folgende Zusammensetzung:
Molprozent
He 0,04
CO2 0,80
N2 14,30
O2 0,01
CH4 81,59
C2H. 2,60
C8H8 0,40
C4H10 0,16
C5H12 0,04
C6 0,06
100,00
Vor dem Eintritt in die Tieftemperaturanlage wer-
a5 den das CO2 durch eine Monoäthanolarninwäsche
und die Feuchtigkeit durch wechselbare Molekularsiebadsorber entfernt. Das Erdgas tritt nun mit einem
Druck von etwa 35 at durch Leitung 1 in die Tieftemperaturanlage ein, wird bei 2 mit Kreislaufgas
vermischt und im Wärmeaustauscher 3 abgekühlt. Dabei entsteht ein vorwiegend höhersiedende Kohlenwasserstoffe
enthaltendes Kondensat, das im Abscheider 4 vom Gas getrennt wird. Gas und Flüssigkeit
werden im Wärmeaustauscher 5 weiter abgekühlt. Die Flüssigkeit wird im Ventil 6 in das zurück
strömende Kreislaufgas entspannt, welches durch Verdampfen von tiefersiedenden Flüssigkeiten in den
bei tieferer Temperatur arbeitenden Wärmeaustauschern gebildet worden ist, dann in den Wärmeaustauschern
5 und 3 verdampft und angewärmt und schließlich über den Abscheider 7 der ersten Kompressorstufe
8 und der nachgeschalteten Kühlstufe 9 zugeführt. Die dabei gebildete Flüssigkeit sammelt
sich im Abscheider 10. Es folgt eine weitere Kom-
pressorstufe 11 mit Kühler 12 und Abscheider 13. Der gasförmig gebliebene Anteil wird bei 2 in das zu
verflüssigende Erdgas eingespeist. Die den Abscheidern 10 und 13 separat entnommenen Flüssigkeitsmengen werden im Wärmeaustauscher 3 unterkühlt
und durch die Ventile 14 bzw. 15 in das Kreislaufgas entspannt.
Das den Abscheider 4 verlassende, im Wärmeaustauschers partiell kondensierte Gas wird im Abscheider
16 von der gebildeten Flüssigkeit getrennt und im Wärmeaustauscher 17 wiederum einer partiellen
Kondensation unterworfen und gelangt über den Abscheider 18 und den weiteren Wärmeaustauscher
19 in den Abscheider 20. Die nunmehr gebildeten Flüssigkeitsmengen reichen aus, um den Kältebedarf
des Vorkühlungssystems zu decken. Sie werden unterkühlt, und zwar die Flüssigkeit aus dem Abscheider
16 im Wärmeaustauscher 17, die Flüssigkeit aus dem Abscheider 18 in den Wärmeaustauschern
19, 21 und 22 und die Flüssigkeit aus dem Abschei-
der 20 in den Wärmeaustauschern 21, 22 und 23. Es folgt die Entspannung ins Kreislaufgas mittels der
Ventile 24 bzw. 25 bzw. 26 und die Verdampfung in den dem betreffenden Ventil vorgeschalteten War-
<o
meaustauscher. Das gebildete Gasgemisch wird dann auf etwa 1,8 ata im Ventil 47 mit dem in dem Lagerais
Kreislauf gas, wie bereits geschildert, ins zu ver- tank 39 verdampften Gas, das durch das Kaltgasgeflüssigende
Erdgas zurückgeführt blase 41 auf etwa 1*8 ata verdichtet worden ist, ver-Das
den Abscheider 20 verlassende Gas enthält mischt und über Leitung 40a in den Wärmeaustaudas
gesamte zu verflüssigende Methan und den ent- 5 schert 44 a, 23, 22, 21»-19, .11,5 und 3 angewärmt,
sprechenden Stickstoff anteil sowie kleine Mengen Um den Heizwert dieses Gasgemisches dem das Erd-Äthan.
Es wird ?ün Wärmeaustauscher 21, soweit ab- gas anzugleichen, werden ihm über die Ventile 42
gekühlt, daß die Gasphase im Abscheider 27 und 43 höhersiedeiide, im Verlauf der Vorkühlüng
etwa 25% Stickstoff und die flüssige Phase entspre- kondensierende Kohlenwasserstoffe beigemischt. Im
chend dem Gleichgewicht etwa 5 °/o Stickstoff enthal- io Sumpf der oberen Säule 35 angesammeltes flüssiges
ten. Das Gas wird in einer Rohrschlange 28, die den - Methan, das nur noch etwa 0,5 % Stickstoff und
Sumpf der Drucksäule 29 eines Doppelrektifikators etwa 2%> Äthan enthält, wird im Wärmeaustauscher
beheizt, und anschließend in dem zum Vorkühlsy- 37 α durch gasförmigen Stickstoff aus dem Kopf der
stem gehörigen Wärmeaustauscher 23 verflüssigt Hochdrucksäule unterkühlt und in den Lagertank 39
bzw. unterkühlt. Die gesamte unterkühlte Fraktion 15 entspannt, welcher bei einem Überdruck von etwa
wird über Ventil 30 in die bei 22 ata arbeitende 350 mm Wassersäule betrieben wird. Der Drucksäule
Drucksäule 29 entspannt, in der als Kopfprodukt 29 wird als Kopfprodukl eine gasförmige Reiastiekeine
Reinstickstofffraktion, die nur noch etwa 5 °/o Stofffraktion unter einem Druck von 22 ata entnom-Methan
enthält und als Sumpfprodukt eine Flüssig- men, im Ventil 38 entspannt und zunächst im Wärkeit
gewonnen werden, deren Zusammensetzung ao meaustauscher 37 α gegen zu unterkühlendes Methan
etwa die gleiche ist wie die der im Abscheider 27 an- angewärmt. Der restliche Kälteinhalt wird im Wärfallenden
Flüssigkeit. Die Flüssigkeit aus dem Ab- meaustauscher 44 α auf die der Rektifikation zuströscheider
27 wird im Ventil 45 entspannt, im Wärme- menden Fraktionen übertragen und anschließend in
austauscher 22 und dann zusammen mit der Sumpf- den Wärmeaustauschern 23, 22, 21, 19, 17,5 und 3
flüssigkeit der Drucksäule in den Wärmeaustau- as ausgenutzt. Gegebenenfalls kann durch Ventil 4i
schern 23 und 44 α unterkühlt und über das Ventil Flüssigkeit in den durch Leitung 40 als Stadtgas ab-34
α in die bei etwa 2,5 ata arbeitende obere Säule 35 zugebenden Rückstrom entspannt werden, um ζ. Β
des Doppelrektifikators eingeführt. Als Kopfprodukt beim Anfahren der Anlage für den Betrieb des Warder
oberen Säule erhält man ein Gas mit etwa 8O°/o ineaustauschers 44 a zusätzliche Spitzenkälte zui
Methan. Dieses Gas wird nach seiner Entspannung 30 Verfügung zu haben.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1911218 \J
1 2
kühlers (44 α) und das Kreislaufsystem nach
_ _ , außen gefohlt ist
Patentansprüche:
Patentansprüche:
Verfahren zum Verflüssigen von Erdgas S Die Erfindung beträft ein VerfahEen zum Verfläsfraktionierte
Kondensation unter erhöh- sigen von Erdgas durch fraktionierte Kondensation Drock und zum Abtrennen von Stickstoff unter erhöhtem Druck und zum Abtrennen von
Rektifikation, bed dem die Kalte durch Stickstoff durch Rektifikation, bei dem die Kälte
offenen Kreislauf erzeugt wird, indem ein durch einen offenen Kreislauf erzeugt wird, indem
Kreislaufmedium dienendes Gemisch aus den io (ein als Kreislaufmediuni dienendes Gemisch aus den
Fraktionell verdichtet, im Gemisch einzelnen Fraktionen verdichtet, im Gemisch mit
Erdgas abgekühlt und stufenweise ver- <jcta Erdgas abgekühlt und stufenweise verflüssigt,
als Kreislaufmedium abgezweigt, unter- als Kreislaufmedium abgezweigt, unterkühlt, ententspannt,
im Wärmeaustausch mit den ab- spannt, im Wärmeaustausch mit den abzukühlenden
(enden Medien verdampft und angewärmt 15 Medien verdampft und angewärmt und wieder verwieder
verdichtet wird, dadurch ge- dichtet wird.
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