DE19705357A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgas-Stromes, durch indirekten Wärmetausch mit einem mehrkomponentigen Kältemittel, wobei der indirekte Wärmetausch in einem gewickelten Wärmetauscher erfolgt.
Die Verflüssigung eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgas-Stromes, erfolgt bei größeren LNG-Anlagen (Liquid Natural Gas) in einem zentralen Verflüssiger, der als ein gewickelter Wärmetauscher ausgebildet ist. Hierbei arbeiten herkömmliche LNG-Baseloadanlagen bei Verflüssigungsdrücken von < 30 bar. Ein Großteil der Investitionskosten für den Verflüssigungsteil einer LNG-Anlage werden durch diesen gewickelten Wärmetauscher verursacht.
Bei niedrigen Verflüssigungsdrücken können kostengünstigere Plattenwärmetauscher in Betracht gezogen werden, die jedoch aufgrund einer Vielzahl von Gründen, z. B. komplizierte Verrohrung, auch Nachteile gegenüber den gewickelten Wärmetauscher aufweisen, so daß deren Akzeptanz bisher eher gering ist. Bei höheren Verflüssigungsdrücken macht die Verwendung von Plattenwärmetauscher aus Wirtschaftlichkeitsgründen wenig Sinn.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgas- Stromes, anzugeben, bei dem die genannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Dies wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß
  • a) der Kohlenwasserstoff-reiche Strom durch einen indirekten Wärmetausch in einem gewickelten Wärmetauscher einen Großteil der Abkühlung erfährt,
  • b) der abgekühlte Kohlenwasserstoff-reiche Strom entspannt und
  • c) der abgekühlte und entspannte Kohlenwasserstoff-reiche Strom in einem Wärmetauscher beliebiger Bauart, mit Ausnahme eines gewickelten Wärmetauschers, weiter abgekühlt wird.
Entsprechend einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes wird der abgekühlte Kohlenwasserstoff-reiche Strom ein- oder mehrstufig entspannt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgas-Stromes, durch indirekten Wärmetausch mit einem mehrkomponentigen Kältemittel, besteht aus
  • a) einem ersten gewickelten Wärmetauscher, in dem der Kohlenwasserstoff-reiche Strom einen Großteil der Abkühlung erfährt,
  • b) wenigstens einer Entspannungseinrichtung, mittels der der abgekühlte Kohlenwasserstoff-reiche Strom entspannt wird, und
  • c) wenigstens einem weiteren Wärmetauscher, in dem bzw. in denen der Kohlenwasserstoff-reiche Strom bis auf die gewünschte Endtemperatur abgekühlt wird, wobei dieser bzw. diese weiteren Wärmetauscher keine gewickelten Wärmetauscher sind.
Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes sind dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die weiteren Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgebildet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt nun, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, die Entspannung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes nicht nach der Verflüssigung, sondern nachdem der Kohlenwasserstoff-reiche Strom einen Großteil der Abkühlung erfahren hat. Dies bedeutet, daß die Entspannung des bereits vorgekühlten Kohlenwasserstoff-reichen Stromes zu höheren Temperaturen hin verschoben wird, wobei die gewählte Temperatur, bei der die Entspannung erfolgt, abhängig von dem gewählten Verflüssigungsdruck sowie der genauen Zusammensetzung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes ist. Zudem wird der Abkühl- und Verflüssigungsprozeß nicht mehr in einem einzigen (gewickelten) Wärmetauscher realisiert, sondern in zwei separaten Wärmetauschern. Der erste Wärmetauscher ist hierbei als gewickelter Wärmetauscher ausgebildet, während der zweite und gegebenenfalls weitere Wärmetauscher vorzugsweise als Plattenwärmetauscher ausgebildet sind. Selbstverständlich können alternativ zu der genannten Wärmetauscherkonstruktion auch andere Arten von Wärmetauschern verwendet werden.
Ausgehend von einem zum Stand der Technik zählenden Verfahren, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, seien das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben anhand der Fig. 2 näher erläutert.
Hierbei zeigen die Fig. 1 und 2 ein, lediglich schematisch dargestelltes Verflüssigungsverfahren für einen Kohlenwasserstoff-reichen Strom, insbesondere für einen Erdgas-Strom, wie es z. B. im Rahmen einer LNG-Baseload-Anlage verwendet wird.
Bei dem Verfahren gemäß der Fig. 1 wird der über die Leitung 1 herangeführte Kohlenwasserstoff-reiche Strom, der zuvor unter Umständen in in der Figur nicht dargestellten Reinigungsstufen, wie z. B. einer Kohlendioxid-Wäsche und der Abscheidung von schwereren Kohlenwasserstoffen, von unerwünschten Komponenten befreit wurde, einem gewickelten Wärmetauscher E1 zugeführt. In diesem erfährt er im Gegenstrom zu den Kältemitteln eines mehrkomponentigen Kältemittelkreislaufes den Großteil seiner Abkühlung.
Dieser mehrkomponentige Kältemittelkreislauf, bei dem es sich z. B. um einen sog. MRC-Kältekreislauf (Mixed Refrigerant Cycle) handeln kann, ist in den Fig. 1 und 2 lediglich schematisch dargestellt.
Der in dem gewickelten Wärmetauscher E1 abgekühlte Kohlenwasserstoff-reiche Strom wird anschließend über Leitung 2 einem Entspannungsventil V1 zugeführt und in diesem entspannt. Prinzipiell kann diese Entspannung ein- oder aber auch mehrstufig erfolgen. Alternativ zu diesem Entspannungsventil V1 können auch ein oder mehrere Flüssigkeits-Expander - in der Figur nicht dargestellt - vorgesehen sein. Nach der Entspannung wird der abgekühlte Kohlenwasserstoff-reiche Strom über Leitung 3 einem weiteren Wärmetauscher E3 zugeführt.
In dem Wärmetauscher E3, der in der Regel als Plattenwärmetauscher ausgelegt ist, wird der entspannte Kohlenwasserstoff-reiche Strom gegen einen anzuwärmenden Verfahrensstrom, auf den im folgenden noch näher eingegangen wird, auf die zur LNG-Gewinnung notwendige Temperatur abgekühlt. Anschließend wird der Kohlenwasserstoff-reiche Strom über Leitung 4 einem zweiten Entspannungsventil V2 zugeführt, in diesem entspannt und über Leitung 5 auf den Kopf einer Trennkolonne T gegeben.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Trennkolonne T ist jedoch nur dann erforderlich, wenn der Stickstoffgehalt in dem zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff­ reichen Strom eine Abtrennung des Stickstoffes aus dem verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Strom erfordert.
Am Kopf der Trennkolonne T wird über Leitung 6 eine gasförmige, Stickstoff-reiche Fraktion abgezogen und ihrer weiteren Verwendung zugeführt. Über Leitung 7 wird aus dem Sumpf der Trennkolonne T eine flüssige Methan-reiche Fraktion abgezogen und mittels der Pumpe P über Leitung 8 ihrer weiteren Verwendung, wie z. B. einer Zwischenspeicherung in einem LNG-Tank, etc., zugeführt.
Die Trennkolonne T weist einen Reboiler (E3) auf, wozu aus ihrem unteren Bereich über Leitung 9 eine Flüssig-Fraktion abgezogen, im Wärmetauscher E3 im indirekten Wärmetausch gegen den zu unterkühlenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom verdampft und anschließend über Leitung 10 der Trennkolonne T unterhalb der Abzugsstelle wieder zugespeist wird.
Sollte die Trennkolonne T nicht erforderlich sein, würde der Wärmetauscher E3 entfallen und die Trennkolonne T durch einen Abscheider ersetzt. Die Flüssigfraktion aus diesem Abscheider würde direkt der Pumpe P bzw. der Zwischenspeicherung in einem LNG-Tank, etc., zugeführt.
Im Gegensatz zu dem Verflüssigungsverfahren, wie es in der Fig. 1 beschrieben ist, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verflüssigungsverfahren, wie es im folgenden anhand der Fig. 2 erläutert werden soll, die kälteleistende Entspannung des Kohlenwasserstoff-reichen Strom bei höheren Temperaturen. Auch wird der Abkühl- und Verflüssigungsprozeß nicht mehr in einem einzigen gewickelten Wärmetauscher, wie in der Fig. 1 dargestellt, realisiert, sondern in zwei separaten Wärmetauschern. Der erste Wärmetauscher ist hierbei als gewickelter Wärmetauscher ausgebildet, während der zweite Wärmetauscher vorzugsweise als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist. Dies hat zur Folge, daß der gewickelte Wärmetauscher E1 wesentlich kleiner baut und auch wesentlich billiger wird. Der gewickelte Wärmetauscher E1 der Fig. 1 wird nun durch einen "kleineren" gewickelte Wärmetauscher E1 sowie einen zusätzlichen Plattenwärmetauscher E2 ersetzt.
Während in dem "kleineren" gewickelten Wärmetauscher E1 die Vorkühlung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes erfolgt, dient der zusätzliche Plattenwärmetauscher E2 der weiteren Abkühlung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes. Diese Verfahrensweise führt aufgrund des nunmehr "kleineren" gewickelten Wärmetauschers E1 zu einer deutlichen Reduzierung der Investitionskosten für den Verflüssigungsteil einer LNG-Anlage.
Gemäß dem Verflüssigungsverfahren, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, wird der in dem gewickelten Wärmetauscher E1 verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Strom über Leitung 2' dem Entspannungsventil V1 zugeführt und in diesem entspannt. Selbstverständlich können alternativ zu dem Entspannungsventil V1 wiederum ein oder mehrere Flüssigkeits-Expander vorgesehen sein.
Der entspannte Kohlenwasserstoff-reiche Strom wird im Plattenwärmetauscher E2 weiter abgekühlt und verflüssigt und anschließend über Leitung 3' dem Plattenwärmetauscher E3 zugeführt. Die Wärmetauscher E2 und E3 können u. U. in einem Wärmetauscher integriert werden, wodurch die Kosten dieser Wärmetauscher weiter gesenkt werden können.
Nachfolgend seien nochmals die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber den bekannten, zum Stand der Technik zählenden Verfahren bzw. Vorrichtungen aufgelistet:
  • - Einsatz eines kostengünstigeren und kompakteren Plattenwärmetauschers anstelle des bisher verwendeten konventionellen gewickelten Wärmetauschers
  • - Verringerung der spezifischen Wärmeübertragungsfläche im kalten Teil.
  • - Bei Ersatz der Entspannungsventile V1 und V2 durch einen oder mehrere Flüssigkeits-Expander läßt sich die Leistung des Verflüssigungsprozesses weiter erhöhen.
  • - Integration der Wärmetauscher E2 und E3 in einem Plattenwärmetauscher führt zu einer Verringerung der Investitionskosten sowie des benötigten Platzbedarfs.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgas-Stromes, durch indirekten Wärmetausch mit einem mehrkomponentigen Kältemittel, wobei der indirekte Wärmetausch in einem gewickelten Wärmetauscher erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) der Kohlenwasserstoff-reiche Strom durch einen indirekten Wärmetausch in einem gewickelten Wärmetauscher einen Großteil der Abkühlung erfährt,
  • b) der abgekühlte Kohlenwasserstoff-reiche Strom entspannt und
  • c) der abgekühlte und entspannte Kohlenwasserstoff-reiche Strom in einem Wärmetauscher beliebiger Bauart, mit Ausnahme eines gewickelten Wärmetauschers, weiter abgekühlt wird.
2. Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgekühlte Kohlenwasserstoff­ reiche Strom ein- oder mehrstufig entspannt wird.
3. Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgas-Stromes, durch indirekten Wärmetausch mit einem mehrkomponentigen Kältemittel, bestehend aus
  • a) einem ersten gewickelten Wärmetauscher, in dem der Kohlenwasserstoff- reiche Strom einen Großteil der Abkühlung erfährt,
  • b) wenigstens einer Entspannungseinrichtung, mittels der der abgekühlte Kohlenwasserstoff-reiche Strom entspannt wird, und
  • c) wenigstens einem weiteren Wärmetauscher, in dem bzw. in denen der Kohlenwasserstoff-reiche Strom bis auf die gewünschte Endtemperatur abgekühlt wird, wobei dieser bzw. diese weiteren Wärmetauscher keine gewickelten Wärmetauscher sind.
4. Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die weiteren Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgebildet sind.
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DE19920312A1 (de) * 1999-05-03 2000-11-09 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes

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