DE102009008230A1 - Process for liquefying a hydrocarbon-rich stream - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verflüssigen einer kohlenwasserstoffreichen Fraktion unter gleichzeitiger Abtrennung einer C-reichen Fraktion beschrieben, wobei die Abkühlung und Verflüssigung der kohlenwasserstoffreichen Fraktion im indirekten Wärmetausch gegen das Kältemittelgemisch eines Kältemittelgemischkreislaufes, in dem das Kältemittelgemisch wenigstens zweistufig verdichtet wird, und die Abtrennung der C-reichen Fraktion auf einem einstellbaren Temperaturniveau erfolgt, wobei das Kältemittelgemisch in eine gasförmige und eine flüssige Fraktion aufgetrennt wird, beide Fraktionen unterkühlt, im Wesentlichen auf den Saugdruck der ersten Verdichterstufe entspannt und zumindest teilverdampft werden. Erfindungsgemäß wird zumindest zeitweilig wenigstens ein Teilstrom (19, 24) der verflüssigten, vormals gasförmigen Fraktion des Kältemittelgemisches (15) entspannt (j, h) und der entspannten Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches (21) zugemischt.The invention relates to a process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction with simultaneous removal of a C-rich fraction, wherein the cooling and liquefaction of the hydrocarbon-rich fraction in indirect heat exchange against the refrigerant mixture of a mixed refrigerant cycle in which the refrigerant mixture is at least two-stage densified, and the separation of the C -rich fraction takes place at an adjustable temperature level, wherein the refrigerant mixture is separated into a gaseous fraction and a liquid fraction, both fractions are undercooled, substantially relaxed to the suction pressure of the first compressor stage and at least partially vaporized. According to the invention, at least temporarily, at least one partial flow (19, 24) of the liquefied, formerly gaseous fraction of the refrigerant mixture (15) is expanded (j, h) and admixed with the expanded liquid fraction of the refrigerant mixture (21).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion unter gleichzeitiger Abtrennung einer C2+-reichen Fraktion, wobei die Abkühlung und Verflüssigung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion im indirekten Wärmetausch gegen das Kältemittelgemisch eines Kältemittelgemischkreislaufes, in dem das Kältemittelgemisch wenigstens zweistufig verdichtet wird, und die Abtrennung der C2+-reichen Fraktion auf einem einstellbaren Temperaturniveau erfolgt, wobei das Kältemittelgemisch in eine gasförmige und eine flüssige Fraktion aufgetrennt wird, beide Fraktionen unterkühlt, im Wesentlichen auf den Saugdruck der ersten Verdichterstufe entspannt und zumindest teilverdampft werden.The invention relates to a method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction while simultaneously separating a C 2+ -rich fraction, wherein the cooling and liquefaction of the hydrocarbon-rich fraction in the indirect heat exchange with the refrigerant mixture of a mixed refrigerant cycle, in which the refrigerant mixture is compressed at least two stages , And the separation of the C 2+ -rich fraction is carried out at an adjustable temperature level, wherein the refrigerant mixture is separated into a gaseous and a liquid fraction, supercooling both fractions, substantially relaxed to the suction pressure of the first compressor stage and at least partially evaporated.

Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion ist beispielsweise aus der DE-A 19722490 bekannt. Derartige Verflüssigungsverfahren kommen beispielsweise bei der Erdgasverflüssigung zur Anwendung. Bei gattungsgemäßen Verflüssigungsverfahren ist es im Regelfall erforderlich, bestimmte Komponenten abzutrennen, da diese bei den erforderlichen tiefen Temperaturen fest ausfallen und/oder die spezifizierte Produktqualität verletzen würden. Im einfachsten Falle genügt es, lediglich einen Abscheider vorzusehen, der der Abtrennung der unerwünschten Komponenten aus der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dient. Die selektive Abtrennung leichterer Erdgasbestandteile, wie beispielsweise Ethan, stellt hingegen wesentlich höhere Anforderungen, sowohl an die Verfahrensführung als auch an die Regelbarkeit unter veränderlichen Randbedingungen.A generic method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction is for example from DE-A 19722490 known. Such liquefaction processes are used, for example, in natural gas liquefaction. In the case of generic liquefaction processes, it is generally necessary to separate off certain components, since they would precipitate at the required low temperatures and / or would violate the specified product quality. In the simplest case, it is sufficient to provide only one separator, which serves to separate the unwanted components from the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied. The selective separation of lighter natural gas constituents, such as ethane, on the other hand, places significantly higher demands on both the process control and the controllability under varying boundary conditions.

Bei Erdgasverflüssigungsprozessen kleiner bis mittlerer Kapazität – darunter seien Produktionsraten von 30.000 bis 1 Mio. jato LNG zu verstehen – kommen oftmals Gemischkreisläufe mit lediglich einem Kreislaufverdichter – diese werden auch als SMR(Single Mixed Refrigerant)-Prozesse bezeichnet – zur Anwendung. Diese haben den Nachteil, dass die flüssige Kältemittelphase lediglich bei einem Druckniveau verdampft werden kann. Das gezielte Einstellen und Regeln eines gewünschten Temperaturprofils ist folglich schwierig, da die Zahl der Eingriffsmöglichkeiten bzw. Freiheitsgrade bei derartigen Prozessen beschränkt ist. Entsprechende Temperaturprofile sind beispielsweise erforderlich, um die Teilkondensation der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion exakt bis zu einer bestimmten Temperatur voranzutreiben, die für die angestrebte Abtrennung der unerwünschten Komponenten benötigt wird.at Natural gas liquefaction processes of small to medium capacity - including Production rates of 30,000 to 1 million tonnes of LNG are to be understood often mixture cycles with only one cycle compressor - this are also referred to as SMR (Single Mixed Refrigerant) processes - for Application. These have the disadvantage that the liquid Refrigerant phase evaporated only at a pressure level can be. The targeted setting and regulation of a desired Temperature profiles is therefore difficult, since the number of intervention options or degrees of freedom in such processes limited is. Corresponding temperature profiles are required, for example, to the partial condensation of the liquefied hydrocarbons rich Fraction to drive exactly up to a certain temperature, for the desired separation of the unwanted Components is needed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion unter gleichzeitiger Abtrennung einer C2+-reichen Fraktion anzugeben, das die vorbeschriebenen Nachteile vermeidet. Insbesondere soll ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion angegeben werden, das zum einen robust ist und zum anderen eine effiziente und kontrollierbare Abtrennung von Ethan und höheren Kohlenwasserstoffen im Zuge eines Erdgasverflüssigungsprozesses ermöglicht. Daher ist der Verdampfungsverlauf eines Kältemittelgemischstroms so zu gestalten, dass dieser unmittelbar zur Regelung einer Abtrennung von Ethan und höheren Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden kann.Object of the present invention is to provide a generic method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction with simultaneous separation of a C 2+ -rich fraction, which avoids the disadvantages described above. In particular, a generic method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction is given, which is both robust and on the other hand allows an efficient and controllable separation of ethane and higher hydrocarbons in the course of a natural gas liquefaction process. Therefore, the course of evaporation of a mixed refrigerant stream is to be designed so that it can be used directly to control a separation of ethane and higher hydrocarbons.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion unter gleichzeitiger Abtrennung einer C2+-reichen Fraktion vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest zeitweilig wenigstens ein Teilstrom der verflüssigten, vormals gasförmigen Fraktion des Kältemittelgemisches entspannt und der entspannten Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches zugemischt wird.To solve this problem, a generic method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction with simultaneous removal of a C 2+ -rich fraction is proposed, which is characterized in that at least temporarily relaxes at least a partial stream of the liquefied, formerly gaseous fraction of the refrigerant mixture and the relaxed Liquid fraction of the refrigerant mixture is mixed.

Mittels einer Variation der Mengenverhältnisse der flüssigen Fraktion und der verflüssigten, vormals gasförmigen Fraktion kann das Temperaturprofil während der Verdampfung des aus den beiden vorgenannten Fraktionen gemischten Kältemittels derart beeinflusst werden, dass aufgabengemäß die Temperatur des gemischten Kältemittels im oberen Bereich des- bzw. derjenigen Wärmetauscher, die der Abkühlung und Teilkondensation der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dienen, immer unter der Temperatur der zu verflüssigenden Fraktion liegt. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht eine hinreichende Regelbarkeit der Temperatur der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion beim Eintritt in die für die Abtrennung der C2+-reichen Fraktion vorzusehende Abtrennvorrichtung bzw. Trennkolonne, so dass die Einstellung einer gewünschten Konzentration der C2+-Kohlenwasserstoffe im Verflüssigungsprodukt bzw. LNG (Liquefied Natural Gas) möglich ist.By means of a variation of the proportions of the liquid fraction and the liquefied, formerly gaseous fraction, the temperature profile during the evaporation of the refrigerant mixed from the two aforementioned fractions can be influenced in such a way that, according to the task, the temperature of the mixed refrigerant in the upper region of the respective heat exchanger, which serve to cool and partially condense the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied, always below the temperature of the fraction to be liquefied. The procedure of the invention enables a sufficient controllability of the temperature of the to be liquefied hydrocarbon-rich fraction entering the -rich for the separation of fraction C 2+ separation device to be provided or separation column, so that the setting of a desired concentration of the C 2+ hydrocarbons in Liquefied natural gas or LNG (Liquefied Natural Gas) is possible.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion unter gleichzeitiger Abtrennung einer C2+-reichen Fraktion, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass

  • – der Teilstrom der verflüssigten, vormals gasförmigen Fraktion des Kältemittelgemisches am kalten Ende des Wärmetausches zwischen der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion und dem Kältemittelgemisch und/oder bei einer geeigneten Zwischentemperatur abgezogen, entspannt und der entspannten Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches zugemischt wird, wobei eine geeignete Zwischentemperatur dann vorliegt, wenn das Kältemittelgemisch eine Unterkühlung von wenigstens 5°C, vorzugsweise von wenigstens 10°C gegenüber dem Siedezustand aufweist,
  • – der Wärmetausch zwischen der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion und dem Kältemittelgemisch in einem Mehrstromwärmetauscher, der vorzugsweise als Plattenwärmetauscher oder gewickelter Wärmetauscher ausgebildet ist, erfolgt,
  • – sofern die Abtrennung der C2+-reichen Fraktion in wenigstens einer Trennkolonne erfolgt, zumindest zeitweilig ein Teilstrom der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dem Kopfbereich und/oder dem Sumpfbereich der Trennkolonne zugeführt wird, und
  • – sofern die Abtrennung der C2+-reichen Fraktion in wenigstens einer Trennkolonne erfolgt, mittels eines der Trennkolonne zugeordneten Aufkochers die Trennkolonnen-Sumpftemperatur eingestellt wird.
Further advantageous embodiments of the method according to the invention for liquefying a hydrocarbon-rich fraction with simultaneous removal of a C 2+ -rich fraction, which form the subject of the dependent claims, are characterized in that
  • - The partial flow of the liquefied, formerly gaseous fraction of the refrigerant mixture at the cold end of the heat exchange between the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied and the refrigerant mixture and / or subtracted at a suitable intermediate temperature, relaxed and the relaxed liquid fraction of the refrigerant mixture is admixed, a suitable intermediate temperature being present when the refrigerant mixture has an undercooling of at least 5 ° C., preferably of at least 10 ° C., compared with the boiling state,
  • The heat exchange between the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied and the refrigerant mixture in a multi-flow heat exchanger, which is preferably designed as a plate heat exchanger or coiled heat exchanger takes place,
  • - provided that the separation of the C 2+ -rich fraction takes place in at least one separation column, at least temporarily a partial stream of the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied is fed to the head region and / or the bottom region of the separation column, and
  • - If the separation of the C 2+ -rich fraction is carried out in at least one separation column, the separation column sump temperature is adjusted by means of a Aufkochers associated with the separation column.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion unter gleichzeitiger Abtrennung einer C2+-reichen Fraktion sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, seien im Folgenden anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The inventive method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction with simultaneous removal of a C 2+ -rich fraction and further advantageous embodiments thereof, which are subject matters of the dependent claims, are described below with reference to in the 1 and 2 illustrated embodiments explained in more detail.

Nachfolgend wird bei der Erläuterung des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispieles nur auf die Unterschiede zu der in der 1 dargestellten Verfahrensweise eingegangen.The following is in the explanation of in the 2 illustrated embodiment only to the differences from in the 1 described procedure received.

Die in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion weisen eine Trennkolonne T auf, die der Abtrennung einer C2+-reichen Fraktion aus der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dient. Die zu verflüssigende Fraktion, die nachfolgend als Erdgasstrom bezeichnet wird, wird über Leitung 1 einem Mehrstromwärmetauscher E3 zugeführt.The in the 1 and 2 Embodiments of the method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction shown have a separation column T, the 2+ -rich fraction is used for the separation of a C from the to be liquefied hydrocarbon-rich fraction. The fraction to be liquefied, which is referred to below as natural gas stream, is fed via line 1 to a multi-flow heat exchanger E3.

Dieser ist vorzugsweise als gelöteter Aluminium-Plattenwärmetauscher ausgebildet. In Abhängigkeit von der Anlagengröße werden vorzugsweise 1 bis 6 parallele Wärmetauschereinheiten vorgesehen. Alternativ kann der Mehrstromwärmetauscher E3 als gewickelter Wärmetauscher ausgebildet sein. Hierbei werden Aluminium-Plattenwärmetauscher vorzugsweise für eine Verflüssigungskapazität von 30,000 bis 500,000 jato LNG, gewickelte Wärmetauscher vorzugsweise für eine Verflüssigungskapazität von 100,000 bis 1,000,000 jato LNG verwendet.This is preferably as a brazed aluminum plate heat exchanger educated. Depending on the size of the system are preferably 1 to 6 parallel heat exchanger units intended. Alternatively, the multi-flow heat exchanger E3 be formed as a wound heat exchanger. in this connection Aluminum plate heat exchangers are preferably for a liquefaction capacity of 30,000 to 500,000 jato LNG, wound heat exchangers preferably for a liquefaction capacity of 100,000 to 1,000,000 jato LNG used.

Der Erdgasstrom wird im Wärmetauscher E3 abgekühlt, partiell kondensiert und anschließend über Ventil a in den Kopfbereich der Trennkolonne T entspannt. Am Kopf der Trennkolonne T wird über Leitung 2 eine Methan-reiche Gasfraktion abgezogen, im Wärmetauscher E3 verflüssigt sowie unterkühlt und anschließend über Leitung 3, in der ein Regelventil e vorgesehen ist, abgezogen und ihrer weiteren Verwendung bzw. Zwischenspeicherung zugeführt. Diese Fraktion stellt das Verflüssigungsprodukt (LNG) dar. Aus dem Sumpf der Trennkolonne T wird über Leitung 4, die ebenfalls ein Regelventil d aufweist, eine C2+-reiche Flüssigfraktion abgezogen und ihrer weiteren Verwendung zugeführt.The natural gas stream is cooled in the heat exchanger E3, partially condensed and then expanded via valve a in the head region of the separation column T. At the top of the separation column T is via line 2 withdrawn a methane-rich gas fraction, liquefied in the heat exchanger E3 and undercooled and then via line 3 , in which a control valve e is provided, withdrawn and fed to their further use or intermediate storage. This fraction represents the liquefaction product (LNG). From the bottom of the separation column T is via line 4 , which also has a control valve d, a C 2+ -rich liquid fraction withdrawn and fed to their further use.

Mittels einer Zuführung eines Teilstromes des Erdgasstromes über Leitung 5 und Regelventil b kann die Kopftemperatur der Trennkolonne T und damit die Zusammensetzung der über Leitung 2 abgezogenen Methan-reichen Gasfraktion beeinflusst werden. Auch die Sumpftemperatur der Trennkolonne T sowie die Zusammensetzung der über Leitung 4 abgezogenen Flüssigfraktion können durch den Aufkocher E4 und/oder die Zugabe eines Teilstromes des Erdgasstromes über Leitung 6 und Entspannungsventil c beeinflusst werden.By means of a supply of a partial flow of the natural gas stream via line 5 and control valve b, the head temperature of the separation column T and thus the composition of the line 2 withdrawn methane-rich gas fraction can be influenced. Also, the bottom temperature of the separation column T and the composition of the line 4 withdrawn liquid fraction can through the reboiler E4 and / or the addition of a partial stream of the natural gas stream via line 6 and expansion valve c are affected.

Der Kältemittelgemischkreislauf besteht aus einer zweistufigen Verdichtereinheit, bestehend aus einer ersten und einer zweiten Verdichterstufe C1 bzw. C2. Den beiden Verdichterstufen ist jeweils ein Kühler E1 bzw. E2 nachgeschaltet. Des Weiteren sind ein Niederdruck-Abscheider D1, ein Mitteldruck-Abscheider D2 sowie ein Hochdruck-Abscheider D3 vorgesehen.Of the Refrigerant mixture cycle consists of a two-stage Compressor unit, consisting of a first and a second Compressor stage C1 or C2. The two compressor stages are each a cooler E1 or E2 downstream. Furthermore are a low-pressure separator D1, a medium-pressure separator D2 and a high-pressure separator D3 provided.

Aus dem Kopf des Niederdruck-Abscheiders D1, der der Sicherheit der ersten Verdichterstufe C1 dient, wird über Leitung 11 das in dem Kältekreislauf zirkulierende Kältemittelgemisch die ersten Verdichterstufe C1 zugeführt. In dieser wird das Kältemittelgemisch auf einen gewünschten Zwischendruck – dieser beträgt üblicherweise zwischen 7 und 35 bar, vorzugsweise zwischen 10 und 25 bar – verdichtet, anschließend im Kühler E1 abgekühlt, partiell kondensiert und über Leitung 12 dem Mitteldruck-Abscheider D2 zugeführt. Während aus diesem über Leitung 20 eine Flüssigfraktion, auf die im Folgenden noch eingegangen werden wird, abgezogen wird, wird die über Leitung 13 aus dem Kopf des Abscheiders D2 abgezogene Gasphase des Kältemittelgemisches der zweiten Verdichterstufe C2 zugeführt und in dieser auf den gewünschten Enddruck – dieser beträgt üblicherweise zwischen 30 und 80 bar, vorzugsweise zwischen 40 und 60 bar – verdichtet. Anschließend wird das Kältemittelgemisch im Kühler E2 abgekühlt, partiell kondensiert und über Leitung 14 dem Hochdruck-Abscheider D3 zugeführt. Die im Sumpf des Abscheiders D3 anfallende Flüssigfraktion wird über Leitung 16, in der ein Entspannungsventil k vorgesehen ist, vor den Mitteldruck-Abscheider D2 zurückgeführt.From the head of the low-pressure separator D1, which serves the safety of the first compressor stage C1, is via line 11 the refrigerant mixture circulating in the refrigeration cycle is supplied to the first compressor stage C1. In this, the refrigerant mixture to a desired intermediate pressure - this is usually between 7 and 35 bar, preferably between 10 and 25 bar - compressed, then cooled in the cooler E1, partially condensed and via line 12 fed to the medium-pressure separator D2. While out of this over line 20 a liquid fraction, which will be discussed below, is withdrawn, the via line 13 fed from the head of the separator D2 withdrawn gas phase of the refrigerant mixture of the second compressor stage C2 and in this to the desired final pressure - this is usually between 30 and 80 bar, preferably between 40 and 60 bar - compressed. Subsequently, the refrigerant mixture is cooled in the cooler E2, partially condensed and via line 14 fed to the high-pressure separator D3. The liquid fraction obtained in the bottom of the separator D3 is sent via line 16 in which a relaxation valve k ago is seen, returned before the medium-pressure separator D2.

Am Kopf des Abscheiders D3 wird über Leitung 15 der gasförmige Kältemittelanteil abgezogen, im Wärmetauscher E3 verflüssigt sowie unterkühlt und aus diesem über Leitung 17 abgezogen. Im Entspannungsventil g erfolgt eine Entspannung dieser Fraktion bzw. eines Teilstromes dieser Fraktion auf den niedrigsten Kreislaufdruck, bevor sie über Leitung 18 durch den Wärmetauscher E3 geführt und dabei vollständig verdampft wird. Über Leitung 10 wird die vollständig verdampfte Fraktion anschließend dem Abscheider D1 zugeführt.At the head of the separator D3 is via line 15 the gaseous refrigerant portion withdrawn, liquefied in the heat exchanger E3 and undercooled and from this via line 17 deducted. In the expansion valve g is a relaxation of this fraction or a partial flow of this fraction to the lowest circuit pressure, before they over line 18 passed through the heat exchanger E3 and thereby completely evaporated. Via wire 10 the fully evaporated fraction is then fed to the separator D1.

Bei der in der 1 dargestellten Verfahrensweise wird der flüssige Kältemittelanteil über Leitung 20 aus dem Sumpf des Abscheiders D2 abgezogen, dem Wärmetauscher E3 zugeführt und in diesem unterkühlt. Über Leitung 21 wird die unterkühlte Flüssigfraktion aus dem Wärmetauscher E3 abgezogen, im Ventil f auf den niedrigsten Kreislaufdruck entspannt und anschließend über Leitung 22 erneut dem Wärmetauscher E3 zugeführt. Die in ihm verdampfte Fraktion wird über Leitung 23 der bereits erwähnten, verdampften Fraktion in der Leitung 10 beigemischt.When in the 1 The procedure described, the liquid refrigerant content via line 20 withdrawn from the bottom of the separator D2, fed to the heat exchanger E3 and subcooled in this. Via wire 21 the supercooled liquid fraction is withdrawn from the heat exchanger E3, relaxed in the valve f to the lowest circuit pressure and then via line 22 again fed to the heat exchanger E3. The fraction evaporated in it becomes over line 23 the already mentioned, vaporized fraction in the line 10 added.

In den Ventilen f und g erfolgt üblicherweise eine Entspannung auf einen Druck, der bis auf unvermeidliche Druckabfälle dem Saugdruck der ersten Verdichterstufe C1 entspricht. Durch die geeignete Wahl der Zusammensetzung, Menge und/oder des Verdampfungsdruckes des Kältemittelgemisches können sowohl die Endtemperatur als auch der Mengenstrom der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion bzw. des zu verflüssigenden Erdgasstromes eingestellt werden.In The valves f and g is usually a relaxation at a pressure that goes up to unavoidable pressure drops corresponds to the suction pressure of the first compressor stage C1. By the suitable choice of composition, amount and / or evaporation pressure of the refrigerant mixture can both the final temperature and the mass flow of the hydrocarbon to be liquefied rich Fraction or set to be liquefied natural gas stream become.

Im Unterschied zu der in der 1 dargestellten Verfahrensweise wird bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die dem Wärmetauscher E3 zuzuführende Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches nicht bereits aus dem Abscheider D2, sondern aus dem Abscheider D3 über Leitung 20' abgezogen. Die im Sumpf des Abscheiders D2 anfallende Flüssigfraktion wird daher über Leitung 16', in der eine Pumpe P angeordnet ist, dem Abscheider D3 zugeführt.Unlike the one in the 1 is shown in the method in the 2 illustrated embodiment, the heat exchanger E3 to be supplied liquid fraction of the refrigerant mixture not already from the separator D2, but from the separator D3 via line 20 ' deducted. The resulting in the bottom of the separator D2 liquid fraction is therefore over line 16 ' in which a pump P is arranged, fed to the separator D3.

Die in der 2 dargestellte Verfahrensführung ist im Vergleich zu der in der 1 dargestellten Verfahrensführung etwas effizienter – sie ermöglicht eine Wirkungsgradverbesserung von 1 bis 5% –, benötigt jedoch eine Pumpe, die erhöhte Investitionskosten und einen größeren Wartungsaufwand verursacht. Die Verfahrensführung gemäß 1 wird daher vorzugsweise bei kleineren Anlagenkapazitäten (30,000 bis 500,000 jato LNG) zur Anwendung kommen, während die in der 2 dargestellte Verfahrensführung vorzugsweise bei größeren Anlagenkapazitäten (100,000 bis 1,000,000 jato LNG) realisiert werden wird.The in the 2 shown process control is compared to that in the 1 The procedure shown slightly more efficient - it allows an efficiency improvement of 1 to 5% - but requires a pump that causes increased investment costs and a greater maintenance. The procedure according to 1 will therefore preferably be used for smaller plant capacities (30,000 to 500,000 tpy LNG), while those in the 2 illustrated process management is preferably realized at larger plant capacities (100,000 to 1,000,000 yeq LNG).

Aufgrund der vorbeschriebenen Entspannung der flüssigen unterkühlten sowie der verflüssigten, vormals gasförmigen Fraktion des Kältemittelgemisches in den Ventilen f und g auf einen im Wesentlichen identischen Verdampfungsdruck ist der Temperaturverlauf des Kältemittelsstroms im Wärmetauscher E3 stromabwärts des Ventils f nicht frei wählbar. Die Zusammensetzungen der gasförmigen und flüssigen Kältemittelfraktionen wiederum sind durch die Gleichgewichte in den Abscheidern D2 und D3 gekoppelt. Daher kann die Ventilstellung des Ventils f nicht in ausreichendem Maße das Temperaturprofil im oberen bzw. wärmeren Teil des Wärmetauschers E3 beeinflussen.by virtue of the above-described relaxation of the liquid supercooled and the liquefied, formerly gaseous fraction of the refrigerant mixture in the valves f and g on a Essentially identical evaporation pressure is the temperature profile the refrigerant flow in the heat exchanger E3 downstream of the valve f not freely selectable. The compositions the gaseous and liquid refrigerant fractions in turn are due to the equilibria in the separators D2 and D3 coupled. Therefore, the valve position of the valve f can not sufficiently the temperature profile in the upper or affect warmer part of the heat exchanger E3.

Erfindungsgemäß wird deshalb zumindest zeitweilig wenigstens ein Teilstrom der verflüssigten, vormals gasförmigen Fraktion des Kältemittelgemisches 15 entspannt und der entspannten Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches in der Leitung 22 zugemischt. In den Figuren sind zwei mögliche Kältemittelgemisch-Teilströme 19 und 24 dargestellt, die nach einer Entspannung im Ventil h bzw. j dem entspannten Kältemittelgemisch in der Leitung 22 zugemischt werden können. In der Praxis wird in den meisten Fällen entweder Ventil h oder j vorgesehen werden. Grundsätzlich gilt jedoch, dass die Kältemittelgemisch-Teilströme 19 und 24 separat oder gemeinsam der Regelung der Temperatur bzw. des Temperaturprofils herangezogen werden können.According to the invention, therefore, at least temporarily, at least a partial flow of the liquefied, formerly gaseous fraction of the refrigerant mixture is at least temporarily 15 relaxed and the relaxed liquid fraction of the refrigerant mixture in the line 22 admixed. In the figures, two possible mixed refrigerant partial streams 19 and 24 shown after a relaxation in the valve h or j the relaxed refrigerant mixture in the line 22 can be mixed. In practice, either valve h or j will be provided in most cases. Basically, however, that the refrigerant mixture partial streams 19 and 24 can be used separately or together the regulation of the temperature or the temperature profile.

Hierbei wird bzw. werden die Kältemittelgemisch-Teilströme 19 bzw. 24 am kalten Ende des Wärmetausches E3 und/oder bei einer geeigneten Zwischentemperatur über Leitung 19 bzw. 24 abgezogen, im Ventil h bzw. j entspannt und der entspannten Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches 22 zugemischt. Eine geeignete Zwischentemperatur liegt dann vor, wenn das Kältemittelgemisch 15 eine Unterkühlung von wenigstens 5°C, vorzugsweise von wenigstens 10°C gegenüber dem Siedezustand aufweist.Here, or will the refrigerant mixture partial streams 19 respectively. 24 at the cold end of the heat exchange E3 and / or at a suitable intermediate temperature via line 19 respectively. 24 withdrawn, in the valve h and j relaxed and the relaxed liquid fraction of the refrigerant mixture 22 admixed. A suitable intermediate temperature is present when the refrigerant mixture 15 has a supercooling of at least 5 ° C, preferably of at least 10 ° C compared to the boiling state.

Mittels der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird eine hinreichende Regelbarkeit der Temperatur der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion bzw. des Erdgasstromes 1 beim Eintritt in die Trennkolonne T gegeben, wie sie für die Einstellung einer gewünschten Konzentration der C2+-Kohlenwasserstoffe im Verflüssigungsprodukt bzw. LNG erforderlich ist.By means of the procedure according to the invention, a sufficient controllability of the temperature of the hydrocarbon-rich fraction or natural gas stream to be liquefied is obtained 1 on entry into the separation column T, as required for the adjustment of a desired concentration of C 2+ hydrocarbons in the liquefaction product or LNG.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19722490 A [0002] - DE 19722490 A [0002]

Claims (6)

Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion unter gleichzeitiger Abtrennung einer C2+-reichen Fraktion, wobei die Abkühlung und Verflüssigung der Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion im indirekten Wärmetausch gegen das Kältemittelgemisch eines Kältemittelgemischkreislaufes, in dem das Kältemittelgemisch wenigstens zweistufig verdichtet wird, und die Abtrennung der C2+-reichen Fraktion auf einem einstellbaren Temperaturniveau erfolgt, wobei das Kältemittelgemisch in eine gasförmige und eine flüssige Fraktion aufgetrennt wird, beide Fraktionen unterkühlt, im Wesentlichen auf den Saugdruck der ersten Verdichterstufe entspannt und zumindest teilverdampft werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig wenigstens ein Teilstrom (19, 24) der verflüssigten, vormals gasförmigen Fraktion des Kältemittelgemisches (15) entspannt (j, h) und der entspannten Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches (21) zugemischt wird.A method for liquefying a hydrocarbon-rich fraction while simultaneously separating a C 2+ -rich fraction, wherein the cooling and liquefaction of the hydrocarbon-rich fraction in the indirect heat exchange with the refrigerant mixture of a mixed refrigerant cycle in which the refrigerant mixture is at least two-stage densified, and the separation the C 2+ -rich fraction takes place at an adjustable temperature level, wherein the refrigerant mixture is separated into a gaseous and a liquid fraction, both fractions are undercooled, substantially relaxed to the suction pressure of the first compressor stage and at least partially vaporized, characterized in that at least temporarily at least one substream ( 19 . 24 ) of the liquefied, formerly gaseous fraction of the refrigerant mixture ( 15 ) (j, h) and the relaxed liquid fraction of the refrigerant mixture ( 21 ) is mixed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (19, 24) der verflüssigten, vormals gasförmigen Fraktion des Kältemittelgemisches (15) am kalten Ende des Wärmetausches (E3) zwischen der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (1, 2) und dem Kältemittelgemisch (15, 17, 18, 20, 20', 22) und/oder bei einer geeigneten Zwischentemperatur abgezogen, entspannt (j, h) und der entspannten Flüssigfraktion des Kältemittelgemisches (21) zugemischt wird, wobei eine geeignete Zwischentemperatur dann vorliegt, wenn das Kältemittelgemisch (15) eine Unterkühlung von wenigstens 5°C, vorzugsweise von wenigstens 10°C gegenüber dem Siedezustand aufweist.Method according to claim 1, characterized in that the partial flow ( 19 . 24 ) of the liquefied, formerly gaseous fraction of the refrigerant mixture ( 15 ) at the cold end of the heat exchange (E3) between the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied ( 1 . 2 ) and the refrigerant mixture ( 15 . 17 . 18 . 20 . 20 ' . 22 ) and / or subtracted at a suitable intermediate temperature, relaxed (j, h) and the relaxed liquid fraction of the refrigerant mixture ( 21 ), wherein a suitable intermediate temperature is present when the refrigerant mixture ( 15 ) has a supercooling of at least 5 ° C, preferably of at least 10 ° C compared to the boiling state. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetausch zwischen der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion (1, 2) und dem Kältemittelgemisch (15, 17, 18, 20, 20', 22) in einem Mehrstromwärmetauscher (E3), der vorzugsweise als Plattenwärmetauscher oder gewickelter Wärmetauscher ausgebildet ist, erfolgt.Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the heat exchange between the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied ( 1 . 2 ) and the refrigerant mixture ( 15 . 17 . 18 . 20 . 20 ' . 22 ) in a multi-flow heat exchanger (E3), which is preferably designed as a plate heat exchanger or coiled heat exchanger takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abtrennung der C2+-reichen Fraktion in wenigstens einer Trennkolonne erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig ein Teilstrom (5) der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dem Kopfbereich der Trennkolonne (T) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 3, wherein the separation of the C 2+ -rich fraction takes place in at least one separation column, characterized in that at least temporarily a partial flow ( 5 ) is fed to the liquefied hydrocarbon-rich fraction to the top of the separation column (T). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Abtrennung der C2+-reichen Fraktion in wenigstens einer Trennkolonne erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig ein Teilstrom (6) der zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dem Sumpfbereich der Trennkolonne (T) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 4, wherein the separation of the C 2+ -rich fraction takes place in at least one separation column, characterized in that at least temporarily a partial flow ( 6 ) of the hydrocarbon-rich fraction to be liquefied is fed to the bottom region of the separation column (T). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abtrennung der C2+-reichen Fraktion in wenigstens einer Trennkolonne erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines der Trennkolonne (T) zugeordneten Aufkochers (E4) die Trennkolonnen-Sumpftemperatur eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 5, wherein the separation of the C 2+ -rich fraction takes place in at least one separation column, characterized in that by means of one of the separation column (T) associated Aufkochers (E4) the separation column sump temperature is adjusted.
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