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DE102011109234A1 - Liquefaction of methane-rich gas e.g. natural gas, involves cooling methane-rich gas, liquefying, separating low boiling component, compressing, cooling and storing - Google Patents

Liquefaction of methane-rich gas e.g. natural gas, involves cooling methane-rich gas, liquefying, separating low boiling component, compressing, cooling and storing Download PDF

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DE102011109234A1
DE102011109234A1 DE102011109234A DE102011109234A DE102011109234A1 DE 102011109234 A1 DE102011109234 A1 DE 102011109234A1 DE 102011109234 A DE102011109234 A DE 102011109234A DE 102011109234 A DE102011109234 A DE 102011109234A DE 102011109234 A1 DE102011109234 A1 DE 102011109234A1
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DE
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methane
gas
rich
boil
rich gas
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Application number
DE102011109234A
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German (de)
Inventor
Dr. Bauer Heinz
Jürgen Witte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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Abstract

Methane-rich gas is supplied to refrigerant and/or coolant mixture, cooled and liquefied. The methane-rich liquid is separated and stored in a storage container. The boil-off gas in the tank is partially liquefied. The methane-rich liquid is directly liquefied and compacted. The boil-off gas is compressed and separated, and methane-rich gas is cooled. The cooled boil-off gas is separated and low boiling component is separated and stored.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen eines Methan-reichen Gases, insbesondere von Erdgas, das wenigstens eine leichter als Methan siedende Komponente, insbesondere Helium, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Stickstoff aufweist, wobei

  • a) das Methan-reiche Gas gegen wenigstens ein Kältemittel und/oder wenigstens ein Kältemittelgemisch abgekühlt und verflüssigt,
  • b) die Methan-reiche Flüssigkeit einer Abtrennung von leichter siedenden Komponenten unterworfen,
  • c) die Methan-reiche Flüssigkeit in einen Lagerbehälter entspannt und
  • d) das in dem Lagerbehälter anfallendes Boil-off-Gas verdichtet und zumindest teilweise dem zu verflüssigenden Methan-reichen Gas zugemischt wird.
The invention relates to a method for liquefying a methane-rich gas, in particular of natural gas, which has at least one component boiling more readily than methane, in particular helium, hydrogen, carbon monoxide and / or nitrogen, wherein
  • a) the methane-rich gas is cooled and liquefied against at least one refrigerant and / or at least one refrigerant mixture,
  • b) subjecting the methane-rich liquid to separation of lower boiling components,
  • c) the methane-rich liquid is released into a storage container and
  • d) the accumulated in the storage tank Boil-off gas is compressed and at least partially admixed to be liquefied methane-rich gas.

Methan-reiche Gase, wie bspw. Erdgas, Synthesegas nach Methanisierung, Kokereigas nach Methanisierung, etc. erfordern ab einem gewissen Anteil leichter siedender Komponenten – hierunter seien nachfolgend insbesondere Helium, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Stickstoff zu verstehen – bei ihrer Verflüssigung geeignete Maßnahmen zur Ausschleusung dieser Leichtsieder, da diese im Falle der Verflüssigung von Erdgas üblicherweise unter für LNG-Anlagen üblichen Bedingungen nicht gemeinsam mit Methan verflüssigt werden können.Methane-rich gases, such as, for example, natural gas, synthesis gas after methanization, coking gas after methanation, etc. require from a certain proportion of low-boiling components - this being understood below in particular helium, hydrogen, carbon monoxide and / or nitrogen - in their liquefaction suitable measures for the discharge of these low boilers, since they can not be liquefied together with methane in the case of liquefaction of natural gas usually under conditions usual for LNG plants.

Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen eines Methan-reichen Gases – wie es bspw. in dem US-Patent 5,036,671 offenbart ist – zeichnet sich dadurch aus, dass dem eigentlichen Verflüssigungsprozess ein Abscheider, in den die Methan-reiche Flüssigkeit entspannt wird, nachgeschaltet ist. Am Kopf dieses Abscheiders wird eine gasförmige Fraktion abgezogen, die einen gegenüber dem zu verflüssigenden Methanreichen Gas deutlich erhöhten Gehalt an leichter siedenden Komponenten aufweist. Hierbei wird der Abscheider üblicherweise bei einem höheren Druck als der Lagerbehälter, dem die Methan-reiche Flüssigkeit zugeführt wird, betrieben. Während der Abscheider üblicherweise bei einem Druck zwischen 2 und 20 bar, vorzugsweise zwischen 3 und 10 bar, betrieben wird, weist der Lagerbehälter einen gegenüber der Umgebung nur leicht erhöhten Druck, vorzugsweise zwischen 100 und 300 mbarg, auf.A generic method for liquefying a methane-rich gas - as, for example, in the U.S. Patent 5,036,671 discloses - is characterized by the fact that the actual liquefaction process, a separator, in which the methane-rich liquid is expanded, is connected downstream. At the top of this separator, a gaseous fraction is withdrawn, which has a content of low-boiling components which is markedly increased compared with the methane-rich gas to be liquefied. Here, the separator is usually operated at a higher pressure than the storage container to which the methane-rich liquid is supplied. While the separator is usually operated at a pressure between 2 and 20 bar, preferably between 3 and 10 bar, the storage container has a relation to the environment only slightly elevated pressure, preferably between 100 and 300 mbarg on.

Daher lösen sich in der aus dem Abscheider abgezogenen Flüssigphase leichter siedende Komponenten, die bei der nachfolgenden Entspannung auf den Druck des Lagerbehälters ausgasen.Therefore, in the liquid phase withdrawn from the separator, lower-boiling components dissolve, which outgas in the subsequent expansion to the pressure of the storage container.

Um ein stetig wachsendes Ansammeln leichter siedender Komponenten im Lagerbehälter zu verhindern, werden diese zusammen mit durch Wärmeeinfall entstehendem Gasen (Boil-off-Gas) und ggf. beim Verladen des Flüssigprodukts aus einem Transporttank zurückströmendem Gas (Tank-return-Gas) in einem Verdichter auf den Eingangsdruck des zu verflüssigenden Methan-reichen Gases verdichtet, diesem zugemischt und nach erfolgter Verflüssigung erneut der Ausschleusung leichter siedender Komponenten in dem vorbeschriebenen Abscheider zugeführt. Die vorbeschriebene Verfahrensführung erfordert in der Regel eine mehrstufige Verdichtung und vergrößert die dem Verflüssigungsprozess unterworfene Gasmenge.In order to prevent a steadily increasing accumulation of low-boiling components in the storage container, these are combined with heat arising from heat bubbles (boil-off gas) and possibly when loading the liquid product from a transport tank back-flowing gas (tank-return gas) in a compressor compressed to the inlet pressure of the methane-rich gas to be liquefied, this mixed and fed again after liquefaction of the discharge of lower boiling components in the above-described separator. The above-described process control usually requires a multi-stage compression and increases the amount of gas subjected to the liquefaction process.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen eines Methan-reichen Gases anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermeidet.Object of the present invention is to provide a generic method for liquefying a methane-rich gas, which avoids the aforementioned disadvantages.

Zur Losung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren zum Verflüssigen eines Methan-reichen Gases vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass

  • e) die Methan-reiche Flüssigkeit unmittelbar nach ihrer Verflüssigung in den Lagerbehälter entspannt,
  • f) das Boil-off-Gas verdichtet und getrennt von dem zu verflüssigenden Methan-reichen Gas abgekühlt,
  • g) das abgekühlte Boil-off-Gas einer Abtrennung der leichter siedenden Komponenten unterworfen und
  • h) die bei der Abtrennung der leichter siedenden Komponenten anfallende Methan-reiche Flüssigfraktion dem Lagerbehälter zugeführt wird.
To solve this problem, a generic method for liquefying a methane-rich gas is proposed, which is characterized in that
  • e) the methane-rich liquid is released into the storage container immediately after it has been liquefied,
  • f) the boil-off gas is compressed and cooled separately from the methane-rich gas to be liquefied,
  • g) subjecting the cooled boil-off gas to a separation of the lower boiling components and
  • h) the resulting in the separation of the lower boiling components methane-rich liquid fraction is supplied to the storage container.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verflüssigen eines Methan-reichen Gases, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass

  • – das Boil-off-Gas auf einen Druck von maximal 15 bar, vorzugsweise auf einen Druck zwischen 6 und 10 bar verdichtet wird,
  • – das Boil-off-Gas zumindest partiell kondensiert wird,
  • – das abgekühlte Boil-off-Gas vor der Abtrennung der leichter siedenden Komponenten auf einen Druck, der wenigstens 2 bar, vorzugsweise 5 bar oberhalb des Lagerbehälterdrucks liegt, entspannt wird,
  • – sofern das Methan-reiche Gas schwerer als Methan siedende Komponenten enthält, diese schwerer siedenden Komponenten nach einer Vorkühlung des Methan-reichen Gases abgetrennt werden, wobei diese Abtrennung vorzugsweise in einer Rückhaltekolonne erfolgt und dieser Rückhaltekolonne vorzugsweise ein Teilstrom der Methan-reichen Flüssigkeit als Rücklauf aufgegeben wird,
  • – die Verflüssigung des Methan-reichen Gases und die Abkühlung des Boil-off-Gases in einem gewickelten Wärmetauscher und/oder einem Plattentauscher erfolgt, und/oder
  • – zumindest zeitweilig, vorzugsweise im Teillastbetrieb, ein Teilstrom des abgekühlten Methan-reichen Gases dem verdichteten Boil-off-Gas vor dessen Abkühlung zugemischt wird.
Further advantageous embodiments of the method according to the invention for liquefying a methane-rich gas, which form the subject of the dependent claims, are characterized in that
  • The boil-off gas is compressed to a maximum pressure of 15 bar, preferably to a pressure of between 6 and 10 bar,
  • The boil-off gas is at least partially condensed,
  • The cooled boil-off gas is depressurized prior to separation of the lower boiling components to a pressure which is at least 2 bar, preferably 5 bar, above the storage vessel pressure,
  • - If the methane-rich gas contains heavier than methane boiling components, these higher boiling components are separated after a pre-cooling of the methane-rich gas, this separation is preferably carried out in a retaining column and this retaining column preferably a partial stream of methane-rich liquid as reflux is given up,
  • - The liquefaction of the methane-rich gas and the cooling of the boil-off gas in a wound heat exchanger and / or a plate exchanger takes place, and / or
  • - At least temporarily, preferably in part-load operation, a partial stream of the cooled methane-rich gas is added to the compressed boil-off gas before it is cooled.

Erfindungsgemäß wird das Methan-reiche Gas unmittelbar nach seiner Verflüssigung in den Lagerbehälter entspannt und nicht wie bisher zunächst einer Abtrennung leichter siedender Komponenten unterworfen. Das Boil-off-Gas bzw. die Gasphase aus dem Lagerbehälter wird nunmehr getrennt von dem zu verflüssigenden Methan-reichen Gas abgekühlt und vorzugsweise zumindest partiell kondensiert.According to the invention, the methane-rich gas is released immediately after its liquefaction in the storage container and not as previously subjected to a separation of low-boiling components. The boil-off gas or the gas phase from the storage container is now cooled separately from the methane-rich gas to be liquefied and preferably at least partially condensed.

Das Boil-off-Gas muss hierbei vor seiner (erneuten) Abkühlung nicht auf den Eingangsdruck des zu verflüssigenden Methan-reichen Gases – dieser liegt üblicherweise zwischen 25 und 100 bar – verdichtet werden, sondern wird in vorteilhafter Weise lediglich auf einen Druck von maximal 15 bar, vorzugsweise auf einen Druck zwischen 6 und 10 bar verdichtet.The boil-off gas must not be compressed to the inlet pressure of the methane-rich gas to be liquefied - this is usually between 25 and 100 bar - before its (re) cooling, but is advantageously only to a maximum pressure of 15 bar, preferably compressed to a pressure between 6 and 10 bar.

Nach erfolgter Abkühlung und partieller Kondensation wird das Boil-off-Gas auf einen Druck, der wenigstens 2 bar, vorzugsweise 5 bar oberhalb des Lagerbehälterdrucks liegt, entspannt und einer Abtrennung der leichter siedenden Komponenten unterworfen. Die dabei anfallende, an leichter siedenden Komponenten reiche Gasphase wird abgezogen und einer gesonderten Verwendung zugeführt, bspw. als Brenn- oder Fackelgas, während die Flüssigphase dem Lagerbehälter zugeführt wird.After cooling and partial condensation, the boil-off gas is at a pressure which is at least 2 bar, preferably 5 bar above the storage tank pressure, relaxed and subjected to separation of the lower boiling components. The resulting rich in lower boiling components gas phase is withdrawn and fed to a separate use, for example. As fuel or flare gas, while the liquid phase is supplied to the storage container.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen eines Methan-reichen Gases sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The inventive method for liquefying a methane-rich gas and further advantageous embodiments thereof are described below with reference to in the 1 illustrated embodiment explained in more detail.

Das in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt beispielhaft einen Verflüssigungsprozess für Erdgas. Dieses Methan-reiche Gas wird über Leitung 1 mit einem Eingangsdruck zwischen 25 und 100 bar einem gewickelten Wärmetauscher zugeführt. Dieser besteht aus drei Wärmetauschersektionen, wobei die erste Wärmetauschersektion E1 der Abkühlung, die zweite Wärmetauschersektion E2 der Verflüssigung und die dritte Wärmtauschersektion E3 der Unterkühlung des Methanreichen Gases dient. Abkühlung, Verflüssigung und Unterkühlung des Methan-reichen Gases erfolgen bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gegen einen Kältemittelgemischkreislauf, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dieser Kältemittelgemischkreislauf wird weiter unten erläutert. Es sei betont, dass die Abkühlung, Verflüssigung und Unterkühlung des Methan-reichen Gases grundsätzlich gegen jeden beliebigen Kältemittelkreislauf und/oder Kältemittelgemischkreislauf erfolgen kann.That in the 1 illustrated embodiment shows an example of a liquefaction process for natural gas. This methane-rich gas is sent via pipe 1 fed to a wound heat exchanger with an inlet pressure between 25 and 100 bar. This consists of three heat exchanger sections, the first heat exchanger section E1 of the cooling, the second heat exchanger section E2 of the liquefaction and the third heat exchanger section E3 of the supercooling of the methane-rich gas. Cooling, liquefaction and supercooling of the methane-rich gas take place in the 1 illustrated embodiment against a refrigerant mixture cycle, as it is known from the prior art. This mixed refrigerant cycle will be explained later. It should be emphasized that the cooling, liquefaction and supercooling of the methane-rich gas can in principle be carried out against any refrigerant circuit and / or refrigerant mixture cycle.

Das in der ersten Wärmetauschersektion E1 abgekühlte Methan-reiche Gas wird über Leitung 2 und Entspannungsventil V3 einer Rückhaltekolonne T1 aufgegeben. Eine derartige Rückhaltekolonne ist vorzugsweise dann vorzusehen, wenn das Methanreiche Gas schwerer siedende Komponenten enthält, die in den nachfolgenden kalten Prozessstufen ausfrieren können. Diese schwerer siedenden Komponenten werden über Leitung 3 und Ventil V5 aus dem Sumpf der Rückhaltekolonne T1 abgezogen. Um diese Sumpffraktion zu stabilisieren, kann ein Teilstrom 1' des Methan-reichen Gases 1 über Ventil V4 der Rückhaltekolonne T1 als Strippfraktion zugeführt werden. The cooled in the first heat exchanger section E1 methane-rich gas is via line 2 and expansion valve V3 a retention column T1 abandoned. Such a retention column should preferably be provided when the methane-rich gas contains relatively high-boiling components which may freeze out in the subsequent cold process stages. These heavier boiling components are sent via pipe 3 and valve V5 withdrawn from the bottom of the retention column T1. To stabilize this bottoms fraction, a partial stream 1' of methane-rich gas 1 be fed via valve V4 of the retention column T1 as a strip fraction.

Aus dem Kopf der Rückhaltekolonne T1 wird über Leitung 4 das von schwerer siedenden Komponenten befreite Methan-reiche Gas abgezogen und in der zweiten Wärmetauschersektion E2 verflüssigt. Über Leitung 5, in der ggf. eine Pumpe P2 vorzusehen ist, wird ein Teil der am Ausgang der Wärmetauschersektion E2 vorliegenden Methan-reichen Flüssigkeit der Rückhaltkolonne T1 als Rücklauf zugeführt. Der Hauptstrom der in der zweiten Wärmetauschersektion E2 gewonnenen Methan-reichen Flüssigkeit wird in der dritten Wärmetauschersektion E3 unterkühlt und anschließend erfindungsgemäß über Leitung 6 und Entspannungsventil V1 direkt dem Lagerbehälter D1 zugeführt.From the top of the retention column T1 is via line 4 The methane-rich gas freed from high-boiling components is withdrawn and liquefied in the second heat exchanger section E2. Via wire 5 in which, if necessary, a pump P2 is to be provided, part of the methane-rich liquid present at the outlet of the heat exchanger section E2 is fed to the reflux column T1 as reflux. The main stream of the methane-rich liquid obtained in the second heat exchanger section E2 is subcooled in the third heat exchanger section E3 and then, according to the invention, via line 6 and expansion valve V1 fed directly to the storage container D1.

Eine Entnahme von Methan-reicher Flüssigkeit aus dem Lagerbehälter D1 ist mittels der Leitung 7, in der ggf. eine Pumpe P1 vorzusehen ist, möglich. Das im Lagerbehälter D1 anfallende Boil-off-Gas, das die leichter siedenden Komponenten enthält, wird über Leitung 8 abgezogen und im Verdichter C1 auf einen Zwischendruck, also einem Druck zwischen dem Eingangsdruck des Methan-reichen Gases und dem Lagerbehälterdruck, verdichtet. Dieser Zwischendruck beträgt vorzugsweise maximal 15 bar, insbesondere 6 bis 10 bar. Das verdichtete Boil-off-Gas wird über Leitung 8' der zweiten und dritten Wärmetauschersektion E2 und E3 zugeführt und in diesen – getrennt von dem zu verflüssigenden Methan-reichen Gas, das der zweiten und dritten Wärmetauschersektion über Leitung 4 zugeführt wird – abgekühlt und partiell kondensiert.A removal of methane-rich liquid from the storage container D1 is by means of the line 7 , in which possibly a pump P1 is to be provided, possible. The boil-off gas accumulating in the storage tank D1 containing the lower-boiling components is sent via line 8th withdrawn and compressed in the compressor C1 to an intermediate pressure, ie a pressure between the inlet pressure of the methane-rich gas and the storage tank pressure. This intermediate pressure is preferably at most 15 bar, in particular 6 to 10 bar. The compressed boil-off gas is over line 8th' the second and third heat exchanger section E2 and E3 supplied and in this - separated from the methane-rich gas to be liquefied, that of the second and third heat exchanger section via line 4 is supplied - cooled and partially condensed.

Nach Abzug aus der dritten Wärmetauschersektion E3 wird das Boil-off-Gas über Leitung 9 und Entspannungsventil V6 dem Abscheider D2 zugeführt. Im Entspannungsventil V6 wird das Boil-off-Gas vorzugsweise auf einen Druck, der wenigstens 2 bar, insbesondere 5 bar oberhalb des Lagerbehälterdrucks liegt, entspannt. Im Abscheider D2 erfolgt eine Abtrennung der leichter siedenden Komponenten, die in gasförmiger Form über Leitung 11 aus dem Abscheider D2 abgezogen werden. Die von leichter siedenden Komponenten weitgehend befreite Methan-reiche Flüssigfraktion wird aus dem Abscheider D2 über Leitung 10 abgezogen und über das Entspannungsventil V2 erneut dem Lagerbehälter D1 zugeführt.After deduction from the third heat exchanger section E3, the boil-off gas via line 9 and expansion valve V6 supplied to the separator D2. In the expansion valve V6, the boil-off gas is preferably at a pressure of at least 2 bar, in particular 5 bar above the Storage tank pressure is relaxed. In the separator D2 there is a separation of the lower boiling components, which in gaseous form via line 11 be withdrawn from the separator D2. The methane-rich liquid fraction, which is largely freed from low-boiling components, passes from the separator D2 via line 10 subtracted and fed via the expansion valve V2 again the storage container D1.

Über die die Leitungen 4 und 8' verbindende Leitung 12, in der ein Entspannungsventil V7 angeordnet ist, kann insbesondere im Teillastbetrieb die von dem verdichteten Boil-off-Gas hervorgerufene hydraulische Belastung in den zugehörigen Rohrabschnitten der zweiten und dritten Wärmetauschersektion E2 und E3 soweit erhöht werden, dass bei der aufwärtsgerichteten Teilkondensation des Boil-off-Gases in der dritten Wärmetauschersektion E3 stabile Strömungsverhältnisse gewährleistet werden.About the lines 4 and 8th' connecting line 12 , In which a relief valve V7 is arranged, in particular in part-load operation caused by the compressed boil-off gas hydraulic load in the associated pipe sections of the second and third heat exchanger section E2 and E3 can be increased so far that in the upward partial condensation of the Boil-off Gas in the third heat exchanger section E3 stable flow conditions are ensured.

Die vorbeschriebene Verfahrensführung entspricht im Wesentlichen einer Rektifikation zwischen leichter siedenden Komponenten und der Methan-reichen Flüssigkeit in zwei Gleichgewichtsstufen – diese sind der Lagerbehälter D1 und der Abscheider D2 – mit einer Rückverflüssigung zwischen den Gleichgewichtsstufen unter erhöhtem Druck. Durch die zweistufige Rektifikation kann die Trennschärfe zwischen leichter siedenden Komponenten und der Methan-reichen Flüssigkeit deutlich gesteigert werden. Dadurch wird der Massenstrom durch den Verdichter C1 stark reduziert. Durch den Verzicht auf eine Rückführung des Boil-off-Gases zu dem zu verflüssigenden Methan-reichen Gas vor dessen Abkühlung kann der Enddruck des Verdichters C1 erheblich verringert werden. Beides führt zu einer deutlichen Reduzierung von Invest- und Betriebskosten für den Verdichter C1.The process described above corresponds essentially to a rectification between lower boiling components and the methane-rich liquid in two equilibrium stages - these are the storage tank D1 and the separator D2 - with a re-liquefaction between the equilibrium stages under elevated pressure. Due to the two-stage rectification, the selectivity between lower-boiling components and the methane-rich liquid can be significantly increased. As a result, the mass flow through the compressor C1 is greatly reduced. By dispensing with recirculation of the boil-off gas to the methane-rich gas to be liquefied before it cools down, the final pressure of the compressor C1 can be considerably reduced. Both lead to a significant reduction of investment and operating costs for the compressor C1.

Nachfolgend sei der bereits erwähnte Kältemittelgemischkreislauf näher erläutert. Er umfasst eine zweistufige Verdichtereinheit C2 und C2', einen dieser Verdichtereinheit vorgeschalteten Abscheider B und zwei den beiden Verdichterstufen nachgeschaltete Abscheider C und D. Das in den drei Wärmetauschersektionen E1 bis E3 gegen das zu verflüssigende Methan-reichen Gas und das abzukühlende Boil-off-Gas verdampfte Kältemittelgemisch wird über Leitung 20 dem vorgenannten Abscheider B zugeführt. Die aus dem Kopf dieses Abscheiders über Leitung 21 abgezogene Gasphase wird der ersten Verdichterstufe der Verdichtereinheit C2 zugeführt und mittels dieser auf einen gewünschten Zwischendruck verdichtet. Über Leitung 22 wird das verdichtete Kältemittelgemisch nach Durchgang durch den Nachkühler E4 dem Abscheider C zugeführt. Aus dessen Sumpf wird eine höhersiedende Kältemittelgemischfraktion 24 abgezogen und in der ersten Wärmetauschersektion E1 abgekühlt. Nach Abzug aus dieser wird diese Kältemittelgemischfraktion im Ventil V kälteleistend entspannt, über Leitung 28 der ersten Wärmetauschersektion E1 zugeführt und in dieser gegen das abzukühlende Methan-reichen Gas verdampft.In the following, the already mentioned mixed refrigerant cycle will be explained in more detail. It comprises a two-stage compressor unit C2 and C2 ', a separator B upstream of this compressor unit and two separators C and D connected downstream of the two compressor stages. The three methane-rich gas to be liquefied in the three heat exchanger sections E1 to E3 and the boil-off tank to be liquefied. Gas vaporized refrigerant mixture is sent via line 20 fed to the aforementioned separator B. The out of the head of this separator via pipe 21 withdrawn gas phase is fed to the first compressor stage of the compressor unit C2 and compressed by means of this to a desired intermediate pressure. Via wire 22 the compressed refrigerant mixture is fed to the separator C after passing through the aftercooler E4. From the bottom of which is a higher-boiling refrigerant mixture fraction 24 withdrawn and cooled in the first heat exchanger section E1. After deduction from this refrigerant mixture fraction is relaxed in the valve V kälteleistend, via line 28 supplied to the first heat exchanger section E1 and evaporated in this against the cooled methane-rich gas.

Die aus dem Abscheider C über Leitung 23 abgezogene Gasphase wird in der zweiten Verdichterstufe C2' auf den gewünschten Enddruck des Kältemittelgemischkreislaufes verdichtet. Über Leitung 25 wird das verdichtete Kältemittelgemisch nach Durchgang durch den Nachkühler E5 dem Abscheider D aufgegeben. Die im Sumpf des Abscheiders anfallende Flüssigfraktion wird über Leitung 27, in der ein Regelventil V8 vorgesehen ist, vor den Eingang des Abscheiders C zurückgeführt. Am Kopf des Abscheiders D wird die tiefersiedende, gasförmige Kältemittelgemischfraktion 26 abgezogen und in der ersten Wärmetauschersektion E1 abgekühlt und teilkondensiert. Nach Abzug aus dieser wird diese Kältemittelgemischfraktion im Abscheider A wiederum in eine tiefersiedende, gasförmige Kältemittelgemischfraktion 29 und eine höhersiedende, flüssige Kältemittelgemischfraktion 31 aufgetrennt.The from the separator C via line 23 withdrawn gas phase is compressed in the second compressor stage C2 'to the desired final pressure of the refrigerant mixture cycle. Via wire 25 the compressed refrigerant mixture is passed to the separator D after passing through the aftercooler E5. The liquid fraction accumulating in the bottom of the separator is sent via line 27 , in which a control valve V8 is provided, returned to the input of the separator C. At the top of the separator D is the lower-boiling, gaseous mixed refrigerant fraction 26 withdrawn and cooled in the first heat exchanger section E1 and partially condensed. After deduction from this this refrigerant mixture fraction in the separator A is again in a lower-boiling, gaseous refrigerant mixture fraction 29 and a higher boiling liquid refrigerant mixture fraction 31 separated.

Letztere wird in der zweiten Wärmetauschersektion E2 abgekühlt, im Ventil V9 kälteleistend entspannt, über Leitung 32 der zweiten Wärmetauschersektion E2 zugeführt und in der ersten und zweiten Wärmetauschersektion E1 und E2 gegen das zu verflüssigende Methan-reiche Gas und das abzukühlende Boil-off-Gas verdampft. Die aus dem Abscheider A abgezogene tiefersiedende, gasförmige Kältemittelgemischfraktion 29 wird in der zweiten und dritten Wärmetauschersektion E2 und E3 abgekühlt, kondensiert und unterkühlt, im Ventil V10 kälteleistend entspannt, über Leitung 30 der dritten Wärmetauschersektion E3 zugeführt und in den drei Wärmetauschersektionen E1 bis E3 gegen das abzukühlende Methan-reiche Gas und das abzukühlende Boil-off-Gas verdampft.The latter is cooled in the second heat exchanger section E2, cooled in the valve V9 with cooling power, via line 32 supplied to the second heat exchanger section E2 and evaporated in the first and second heat exchanger section E1 and E2 against the methane-rich gas to be liquefied and the boil-off gas to be cooled. The withdrawn from the separator A lower boiling, gaseous refrigerant mixture fraction 29 is cooled in the second and third heat exchanger section E2 and E3, condensed and supercooled, cooled in the valve V10 depressurized, via line 30 supplied to the third heat exchanger section E3 and evaporated in the three heat exchanger sections E1 to E3 against the methane-rich gas to be cooled and the boil-off gas to be cooled.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (7)

Verfahren zum Verflüssigen eines Methan-reichen Gases, insbesondere von Erdgas, das wenigstens eine leichter als Methan siedende Komponente, insbesondere Helium, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Stickstoff aufweist, wobei a) das Methan-reiche Gas gegen wenigstens ein Kältemittel und/oder wenigstens ein Kältemittelgemisch abgekühlt und verflüssigt, b) die Methan-reiche Flüssigkeit einer Abtrennung von leichter siedenden Komponenten unterworfen, c) die Methan-reiche Flüssigkeit in einen Lagerbehälter entspannt und d) das in dem Lagerbehälter anfallende Boil-off-Gas verdichtet und zumindest teilweise dem zu verflüssigenden Methan-reichen Gas zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass e) die Methan-reiche Flüssigkeit (6) unmittelbar nach ihrer Verflüssigung (E1–E3) in den Lagerbehälter (D1) entspannt (V1), f) das Boil-off-Gas (8) verdichtet (C1) und getrennt von dem zu verflüssigenden Methan-reichen Gas (1, 4) abgekühlt (E2, E3), g) das abgekühlte Boil-off-Gas (9) einer Abtrennung (D2) der leichter siedenden Komponenten (11) unterworfen und h) die bei der Abtrennung (D2) der leichter siedenden Komponenten (11) anfallende Methan-reiche Flüssigfraktion dem Lagerbehälter (D1) zugeführt wird.A method for liquefying a methane-rich gas, in particular natural gas, which has at least one component boiling more readily than methane, in particular helium, hydrogen, carbon monoxide and / or nitrogen, where a) the methane-rich gas against at least one refrigerant and / or at least b) subjecting the methane-rich liquid to a separation of lower-boiling components, c) depressurizing the methane-rich liquid into a storage container, and d) compressing, and at least partially discharging, the boil-off gas accumulating in the storage container liquefied methane-rich gas, characterized in that e) the methane-rich liquid ( 6 ) immediately after its liquefaction (E1-E3) into the storage tank (D1) (V1), f) the boil-off gas ( 8th ) (C1) and separated from the methane-rich gas to be liquefied ( 1 . 4 ) cooled (E2, E3), g) the cooled boil-off gas ( 9 ) a separation (D2) of the lower boiling components ( 11 ) and h) which in the separation (D2) of the lower boiling components ( 11 ) is supplied to the storage tank (D1) resulting methane-rich liquid fraction. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Boil-off-Gas (8) auf einen Druck von maximal 15 bar, vorzugsweise auf einen Druck zwischen 6 und 10 bar verdichtet wird (C1).Process according to claim 1, characterized in that the boil-off gas ( 8th ) is compressed to a pressure of at most 15 bar, preferably to a pressure between 6 and 10 bar (C1). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Boil-off-Gas (8') zumindest partiell kondensiert wird (E3).Method according to claim 1 or 2, characterized in that the boil-off gas ( 8th' ) is at least partially condensed (E3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das abgekühlte Boil-off-Gas (9) vor der Abtrennung (D2) der leichter siedenden Komponenten (11) auf einen Druck, der wenigstens 2 bar, vorzugsweise 5 bar oberhalb des Lagerbehälterdrucks (D1) liegt, entspannt wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the cooled boil-off gas ( 9 ) before separation (D2) of the lower boiling components ( 11 ) to a pressure which is at least 2 bar, preferably 5 bar above the storage vessel pressure (D1) is relaxed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das Methanreiche Gas schwerer als Methan siedende Komponenten enthält, dadurch gekennzeichnet, dass diese schwerer siedenden Komponenten nach einer Vorkühlung (E1) des Methan-reichen Gases (2) abgetrennt werden, wobei diese Abtrennung vorzugsweise in einer Rückhaltekolonne (T1) erfolgt und dieser Rückhaltekolonne (T1) vorzugsweise ein Teilstrom der Methan-reichen Flüssigkeit als Rücklauf (5) aufgegeben wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 4, wherein the methane-rich gas heavier than methane-boiling components, characterized in that these higher-boiling components after a pre-cooling (E1) of the methane-rich gas ( 2 ), this separation preferably taking place in a retention column (T1) and this retention column (T1) preferably a substream of the methane-rich liquid as reflux ( 5 ) is abandoned. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verflüssigung (E1–E3) des Methan-reichen Gases (1, 4) und die Abkühlung (E2, E3) des Boil-off-Gases (8') in einem gewickelten Wärmetauscher und/oder einem Plattentauscher erfolgt.Method according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the liquefaction (E1-E3) of the methane-rich gas ( 1 . 4 ) and the cooling (E2, E3) of the boil-off gas ( 8th' ) takes place in a wound heat exchanger and / or a plate exchanger. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig, vorzugsweise im Teillastbetrieb, ein Teilstrom (12) des abgekühlten Methan-reichen Gases (1, 4) dem verdichteten (C1) Boil-off-Gas (8') vor dessen Abkühlung (E2, E3) zugemischt wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that at least temporarily, preferably in part-load operation, a partial flow ( 12 ) of the cooled methane-rich gas ( 1 . 4 ) the compressed (C1) boil-off gas ( 8th' ) is added before cooling (E2, E3).
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