DE19914239A1 - Verfahren zum Betreiben eines Prozesses für die Verflüssigung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Prozesses für die Verflüssigung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses für die Verflüssigung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, bei dem die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion verflüssigt und unterkühlt, die verflüssigte und unterkühlte Kohlenwasserstoff-reiche mittels Kondensation und/oder Rektifikation in eine Methan-reiche und eine Stickstoff-reiche Fraktion aufgetrennt, die Stickstoff-reiche Fraktion innerhalb des Verflüssigungsprozesses als Brenngasfraktion verwendet, die Methan-reiche Fraktion einem Speicherbehälter zugeführt und aus diesem diskontinuierlich einem Transportspeicherbehälter zugeführt und die in dem Speicherbehälter und/oder dem Transportspeicherbehälter anfallende(n) verdampfte(n) Methan-reiche(n) Fraktion(en) der Brenngasfraktion zugemischt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird während des Umfüllens der Methan-reichen Fraktion aus dem Speicherbehälter (S1) in den Transportspeicherbehälter (S2) die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion (1) bis auf eine Temperatur von wenigstens 1 DEG C, vorzugsweise zwischen 2 und 5 DEG C unterhalb derjenigen Temperatur, die während der Zeiten, zu denen kein Umfüllen der Methan-reichen Fraktion aus dem Speicherbehälter (S1) in den Transportspeicherbehälter (S2) erfolgt, erreicht wird, unterkühlt (E). DOLLAR A Zusätzlich kann zwischen dem Speicherbehälter (S1) und dem Transportspeicherbehälter (S2) eine Druckdifferenz von 10 bis 100 mbar, vorzugsweise von 20 bis 50 mbar eingestellt werden, wobei ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses für die Verflüssigung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, bei dem die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion verflüssigt und unter­ kühlt, die verflüssigte und unterkühlte Kohlenwasserstoff-reiche mittels Kondensation und/oder Rektifikation in eine Methan-reiche und eine Stickstoff-reiche Fraktion aufgetrennt, die Stickstoff-reiche Fraktion innerhalb des Verflüssigungsprozesses als Brenngasfraktion verwendet, die Methan-reiche Fraktion einem Speicherbehälter zugeführt und aus diesem diskontinuierlich einem Transportspeicherbehälter zugeführt und die in dem Speicherbehälter und/oder dem Transportspeicherbehälter anfallen­ de(n) verdampfte(n) Methan-reiche(n) Fraktion(en) der Brenngasfraktion zugemischt wird.
Gattungsgemäße Prozesse für die Verflüssigung von Kohlenwasserstoff-reichen Strömen kommen beispielsweise bei sog. LNG-Baseload-Anlagen zum Einsatz. In derartigen Anlagen werden große Mengen Erdgases, die gegebenenfalls über mehrere hundert Kilometer lange Leitungen der LNG-Baseload-Anlagen zugeführt werden, abgekühlt und verflüssigt und anschließend in flüssiger Form in großen Speicherbehäl­ tern zwischengelagert. Da zwischen dem Gewinnungs- und dem Verbraucherland des Erdgases oftmals eine große räumliche Distanz herrscht, wird das verflüssigte Erdgas mittels sog. LNG-Transportschiffe von der LNG-Baseload-Anlage zu einem, im Verbraucherland vorgesehenen Erdgas-Terminal transportiert. Die Verflüssigung des Erdgases ist erforderlich, da nur so ein Transport über längere Strecken realisiert werden kann.
Bei der Betankung der LNG-Transportschiffe aus dem oder den Speicherbehältern der LNG-Baseload-Anlage ergeben sich nun mehrere Probleme. Diese haben ihre Ursache darin, daß während des Umfüllens von flüssigem Erdgas aus einem Speicherbehälter der LNG-Baseload-Anlage in einen Transportspeicherbehälter des LNG-Transport­ schiffes - derartige Schiffe verfügen im Regelfall ebenfalls über mehrere separate Speicherbehälter - das verflüssigte Erdgas zum geringen Teil wieder verdampft und aus Kosten- sowie Umweltschutzgründen eine Rückgewinnung des verdampften Erdgas wünschenswert wäre.
Zu diesem Zwecke wurden bereits Verfahrensweisen vorgeschlagen, bei denen beispielsweise das verdampfte Erdgas wieder in den Verflüssigungsprozeß zurück­ geführt wird. Diese Verfahrensweise benötigt jedoch entsprechend groß dimensionierte Rückverdichter für das verdampfte Erdgas. Zudem wird bei einer derartigen Verfah­ rensweise der Verflüssigungsprozeß während des Zeitraumes, zu dem ein Umfüllen von verflüssigtem Erdgas aus einem Speicherbehälter in einen Transportspeicher­ behälter erfolgt und es in verstärktem Maße zu einem Verdampfen von Erdgas kommt, negativ beeinflußt. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß die genannten Verflüssi­ gungsprozesse derartiger LNG-Baseload-Anlagen für eine bestimmte Erdgasmenge, wie sie kontinuierlich über die erwähnten Ferngasleitungen zugeführt wird, optimiert und ausgelegt sind. Die Zu(rück)führung von verdampftem Erdgas in den zu verflüssi­ genden Erdgasstrom erhöht folglich die zu verflüssigende Erdgasmenge, was zur Folge hat, daß der Verflüssigungsprozeß nicht mehr bei den für die Normalmenge an Erdgas ermittelten optimalen Parametern betrieben werden kann.
Es ist daher üblich, daß das verdampfte Erdgas über einen entsprechenden Kamin ungenutzt an die Atmosphäre abgegeben bzw. abgefackelt wird. Die damit verbun­ denen Nachteile - wie Verlust an Erdgas, unnötige Verflüssigung des Erdgases, Umweltverschmutzung, etc. - sind offensichtlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses für die Verflüssigung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion anzugeben, daß die genannten Nachteile vermeidet.
Dies wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses für die Verflüssigung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dadurch erreicht, daß während des Umfüllens der Methan-reichen Fraktion aus dem Speicherbehälter in den Transportspeicherbehälter die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion bis auf eine Temperatur von wenigstens 1°C, vorzugsweise zwischen 2 und 5°C unterhalb derjenigen Temperatur, die während der Zeiten, zu denen kein Umfüllen der Methan-reichen Fraktion aus dem Speicherbehälter in den Transportspeicherbehälter erfolgt, erreicht wird, unterkühlt wird.
Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses für die Verflüssigung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion sind Gegenstände der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie mögliche Ausgestaltungen desselben seien anhand der Figur näher erläutert.
Über Leitung 1 wird ein zu verflüssigender Erdgasstrom dem Verflüssigungsprozeß zugeführt. Dieser ist in der Figur lediglich in Form einer Black-Box bzw. eines Wärmetauschers E dargestellt. Hierbei symbolisiert die im Gegenstrom zu dem verflüssigenden Erdgasstrom in der Leitung 1 führende Leitung 11 einen oder mehrere Kältemittel(gemisch) Kreislaufströme. Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit jedem der bekannten Verflüssigungsprozesses für die Verflüssigung einer Kohlenwasserstoff- reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, - wie beispielsweise einem Dual Flow Liquefaction Process, einem Single Flow Liquefaction Process, einem Propane Precooled Mixed Refrigerant Process oder einem Classical Cascade Process - realisierbar.
In einem derartigen Verflüssigungsprozeß wird das zu verflüssigende Erdgas 1, das beispielsweise einen Druck zwischen 50 und 60 bar aufweist, auf eine Temperatur von ca. -155°C abgekühlt und dabei verflüssigt. Der verflüssigte Erdgasstrom wird anschließend entweder in einer Joule-Thompson-Entspannung - in der Figur nicht dargestellt - oder in einer Entspannungsturbine T bis auf eine Temperatur von ca. -160°C entspannt. Der entspannte verflüssigte Erdgasstrom wird sodann über Leitung 2 einem Abscheider D - oder alternativ dazu einer Stickstoff-Abtrennkolonne, die bei entsprechenden Stickstoffgehalten im Erdgasstrom erforderlich würde, - zugeführt.
Am Kopf des Abscheiders D oder einer Stickstoff-Abtrennkolonne wird über Leitung 7 eine Stickstoff-reiche Fraktion abgezogen und als Brenngasfraktion innerhalb des Verflüssigungsprozesses verwendet. Der Stickstoffanteil in dieser Brenngasfraktion wird durch den Stickstoffanteil in dem zu verflüssigenden Erdgas bestimmt.
Aus dem Sumpf des Abscheiders D oder einer Stickstoff-Abtrennkolonne wird über Leitung 3 eine Methan-reiche Fraktion bzw. das flüssige Erdgasprodukt abgezogen und mittels der Pumpe P1 dem oder den Speicherbehältem S1 - in der Figur ist der Übersichtlichkeit halber lediglich ein Speicherbehälter dargestellt - zugeführt. Baseload-Anlagen weisen in der Regel eine Vielzahl von Speicherbehältern mit einer Kapazität von jeweils 40.000 bis 160.000 m3 auf. Die aufgrund des Wärmeeinfalles in dem Speicherbehälter S1 verdampfende Methan-reiche Fraktion wird kontinuierlich über Leitung 10 abgezogen und der Brenngasfraktion in der Leitung 7 zugemischt.
Kommt es zu einem Umfüllen des verflüssigten Erdgasproduktes aus dem Speicher­ behälter S1 über Leitung 4, in der eine Umfüllpumpe P2 vorgesehen ist, in den Transportspeicherbehälter S2 des LNG-Transportschiffes S, so wird erfindungsgemäß während dieser Zeit der Prozeß für die Verflüssigung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dahingehend modifiziert, daß die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion in der Leitung 2 eine Temperatur aufweist, die wenigstens 1°C, vorzugsweise wenigstens zwischen 2°C und 5°C unterhalb derjenigen Temperatur liegt, wie sie während des Verflüssigungsprozesses zu denjenigen Zeiten, zu denen kein Umfüllen erfolgt, erreicht wird.
Mittels dieses weiteren Unterkühlens der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion wird erreicht, daß die über Leitung 7 aus dem Abscheider D oder einer Stickstoff-Abtrennkolonne abgezogene Menge der Brenngasfraktion verringert wird. Dieser Brenngasfraktion, die über die Leitungen 7 und 9 ihrer weiteren Verwendung zugeführt wird, kann bei dieser Verfahrensweise - sofern erforderlich - über Leitung 8, in der vorzugsweise ein Regelventil V angeordnet ist, die zur Aufrechterhaltung des benötigten Mengenstromes erforderliche Menge einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion zugeführt werden. Bei dieser Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion handelt es sich vorzugsweise um einen Teilstrom der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff- reichen Fraktion, also des zu verflüssigenden Erdgases.
Da nicht nur die Temperatur der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion in der Leitung 2 erniedrigt, sondern auch die Temperatur der über Leitung 3 aus dem Abscheider D oder einer Stickstoff-Abtrennkolonne abgezogenen Methan-reichen Fraktion entsprechend erniedrigt wird, verringert sich die anfallende Gasmenge in dem Speicherbehälter S1. Damit verringert sich die Menge der aus dem Speicherbehälter S1 abzuziehenden Methan-reichen Fraktion, die über die Leitungen 10 und 6 der Brenngasfraktion in der Leitung 7 zugeführt wird. In der Leitung 6 ist gegebenenfalls ein Verdichter C vorzusehen, der zur Verdichtung der verdampften Fraktionen vor der Zuführung in die Brenngasfraktion in der Leitung 7 dient.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Speicherbehälter S1 und dem Transportspeicherbehälter S2 eine Druckdifferenz von 10 bis 100 mbar, vorzugsweise von 20 bis 50 mbar eingestellt wird, wobei in dem Transportspeicherbehälter S2 ein höherer Druck als in dem Speicher­ behälter S1 eingehalten wird.
Auch während des Umfüllens des Mediums von dem Speicherbehälter S1 in den Transportspeicherbehälter S2 kommt es zu einem Verdampfen des umzufüllenden Mediums, da sowohl über die Umfüllpumpe P2, die Leitung 4 als auch auf den Transportspeicherbehälter S2 Wärme einfällt. Das verdampfte Medium wird aus dem Transportspeicherbehälter S2 über Leitung 5 dem Eingang des Verdichters C zugeführt und über diesen ebenfalls der Brenngasfraktion in der Leitung 7 zugemischt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit sämtliche verdampften, also die in dem oder den Speicherbehältern S1 sowie Transportspeicherbehältern S2 anfallenden Fraktionen genutzt, indem sie der Brenngasfraktion in der Leitung 7 zugeführt werden. Ein Abfackeln des während des Beladevorganges anfallenden verdampften Erdgases kann somit unterbleiben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses für die Verflüssigung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, ermöglicht mit einfachen Mitteln eine Rückgewinnung der während des Prozesses sowie während des Befüllens eines LNG-Transportschiffes anfallenden Fraktion(en). Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet darüber hinaus das Abfackeln von verdampftem Erdgas, was zu einer Verringerung der unerwünschten, da schädlichen Kohlendioxid-Emission führt. Diese Vorteile werden erreicht, ohne daß das verdampfte Erdgas wieder in den Verflüssigungsprozeß zurückgeführt, also der erneuten Verflüssigung zugeführt wird.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben eines Verflüssigungsprozesses für die Verflüssigung einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere von Erdgas, bei dem die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion verflüssigt und unterkühlt, die verflüssigte und unterkühlte Kohlenwasserstoff-reiche mittels Kondensation und/oder Rektifikation in eine Methan-reiche und eine Stickstoff-reiche Fraktion aufgetrennt, die Stickstoff-reiche Fraktion innerhalb des Verflüssigungsprozesses als Brenngasfraktion verwendet, die Methan-reiche Fraktion einem Speicherbehäl­ ter zugeführt und aus diesem diskontinuierlich einem Transportspeicherbehälter zugeführt und die in dem Speicherbehälter und/oder dem Transportspeicherbehäl­ ter anfallende(n) verdampfte(n) Methan-reiche(n) Fraktion(en) der Brenngasfrak­ tion zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Umfüllens der Methan-reichen Fraktion aus dem Speicherbehälter (S1) in den Transportspeicher­ behälter (S2) die zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion (1) bis auf eine Temperatur von wenigstens 1°C, vorzugsweise zwischen 2 und 5°C unter­ halb derjenigen Temperatur, die während der Zeiten, zu denen kein Umfüllen der Methan-reichen Fraktion aus dem Speicherbehälter (S1) in den Transportspeicher­ behälter (S2) erfolgt, erreicht wird, unterkühlt wird (E).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während des Umfüllens der Methan-reichen Fraktion aus dem Speicherbehälter (S1) in den Transportspeicherbehälter (S2) eine Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion, vorzugs­ weise ein Teilstrom (8) der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion den Brenngasfraktionen (6, 7) zugemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischung des Teilstromes (8) der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion zu den Brenngasfraktionen (6, 7) mittels wenigstens eines Regelventiles (V) gesteuert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brenngasfraktion (7) zugeführten, in dem Speicherbehälter (S1) und/oder dem Transportspeicherbehälter (S2) anfallende(n) verdampfte(n) Methan-reiche(n) Fraktion(en) auf oder über den Druck der Brenngasfraktion (7) ein- oder mehrstufig verdichtet wird (C).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Speicherbehälter (S1) und dem Transportspeicherbehälter (S2) eine Druckdifferenz von 10 bis 100 mbar, vorzugsweise von 20 bis 50 mbar eingestellt wird, wobei in dem Transportspeicherbehälter (S2) ein höherer Druck als in dem Speicherbehälter (S1) eingestellt wird.
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