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DE2440215A1 - Liquefaction of low-boiling gases - by partial liquefaction with mixed liquid coolant and further cooling with expanded gas coolant - Google Patents

Liquefaction of low-boiling gases - by partial liquefaction with mixed liquid coolant and further cooling with expanded gas coolant

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DE2440215A1
DE2440215A1 DE2440215A DE2440215A DE2440215A1 DE 2440215 A1 DE2440215 A1 DE 2440215A1 DE 2440215 A DE2440215 A DE 2440215A DE 2440215 A DE2440215 A DE 2440215A DE 2440215 A1 DE2440215 A1 DE 2440215A1
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Germany
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heat exchange
gas
liquefaction
relaxed
compression
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DE2440215A
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German (de)
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Anton Dipl Ing Pocrnja
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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Abstract

Low boiling gases are liquified and further cooled by coolant circulated in multiple cycles, in which (A) cooling and at least partial liquefaction takes place by heat exchange with a liquid multi-component mixt., followed by (B) complete liquefactin and further cooling in heat exchange with an expanded gaseous coolant. Used in the liquefaction of natural gas supplies, esp. in base load plants. Plant is simplified and energy requirements reduced in comparison with known processes using initial cooling by a propane cycle followed by several multi-component cycles. Vaporisation of the multi-component mixt. occurs not at a fixed but at a sliding temp., which by choice of vaporisation pressure and compsn. allows the temp. range of vaporisation to be matched to the cooling curve of the gas. Temp. difference in heat exchange and hence energy losses, are low.

Description

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(H 823)(H 823)

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Verfahren zum Verflüssigen und Unterkühlen eines tiefsiedenden GasesProcess for liquefying and subcooling a low-boiling gas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen und' Unterkühlen eines tiefsiedenden Gases durch Kühlung mit in mehreren Kältekreisläufen geführten Kältemitteln.The invention relates to a method for liquefying and ' Subcooling of a low-boiling gas by cooling with refrigerants in several refrigeration circuits.

Es ist bereits ein Verfahren zum Verflüssigen und Unterkühlen von Erdgas bekannt geworden, bei dem das Erdgas im Wärmeaustausch mit einem Propankreislauf gekühlt und im Wärmeaustausch mit einem Gemischkreislauf verflüssigt und unterkühlt wird. Innerhalb des Propankreislaufes wird Propan verdichtet, verflüssigt und in drei Stufen entspannt. Nach jeder Entspannungsstufe wird ein Teil des Propans gegen Erd-A method for liquefying and subcooling natural gas is already known, in which the natural gas in the Heat exchange with a propane circuit cooled and liquefied in heat exchange with a mixture circuit and is hypothermic. Propane becomes propane within the propane circuit compressed, liquefied and relaxed in three stages. After each expansion stage, part of the propane is

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gas und das Mehrkomponentengemisch des Gemischkreislaufes verdampft wodurch das Erdgas vorgekUhlt und das Mehrkomponentengemisch ,das im wesentlichen aus Stickstoff, Methan, Äthan und Propan besteht, partiell kondensiert wird. Das partiell kondensierte Mehrkomponentengemisch wird daraufhin einer Phasentrennung unterzogen. Die hierbei anfallende flüssige Fraktion wird unterkühlt, entspannt und gegen sich verflüssigendes Erdgas, gegen die bei der Phasentrennung anfallende gasförmige Fraktion, die sich bei diesem Wärmeaustausch ebenfalls verflüssigt, und gegen sich selbst, wodurch die Unterkühlung erfolgt, verdampft. Die verflüssigte gasförmige Fraktion wird ebenfalls unterkühlt, entspannt und gegen Erdgas und sich selbst verdampft, wodurch das Erdgas und die verflüssigte gasförmige Fraktion unterkühlt werden. Nach der Verdampfung werden beide Fraktionen gemeinsam erneut dem Kreislaufkompressor des Gemischkreislaufes zugeführt. (DT-OS 1 9b0 301.).gas and the multi-component mixture of the mixture cycle evaporates whereby the natural gas is pre-cooled and the multi-component mixture, which essentially consists of nitrogen, methane, ethane and Propane exists, is partially condensed. The partially condensed multicomponent mixture then becomes one Phase separation subjected. The resulting liquid fraction is supercooled, relaxed and against liquefying Natural gas, against the gaseous fraction resulting from the phase separation, which also differs during this heat exchange liquefies, and evaporates against itself, whereby the hypothermia takes place. The liquefied gaseous Fraction is also supercooled, expanded and vaporized against natural gas and itself, thereby creating the natural gas and the liquefied gaseous fraction are supercooled. After evaporation, both fractions become common again the circuit compressor of the mixture circuit fed. (DT-OS 1 9b0 301.).

Dieses bekannte Verfahren ist energetisch ungünstig, da insbesondere der Wärmeumsatz im Gemischkreislauf sehr groß ist. Die gesamte zur Unterkühlung bzw. zur Verflüssigung und Unterkühlung der bei der Phasentrennung anfallenden Fraktionen erforderliche Kälte muß zusätzlich zu der zum Verflüssigen und Unterkühlen des Erdgases erforderlichen Kälte durch den Kreislauf aufgebracht werden. Hinzu kommt, daß.notwendigerweise die Verdampfung der beiden Fraktionen bei relativ niedrigem Druck stattfinden muß, mit der Folge, daß der Saugdruck des Kreislaufkompressors niedrig undThis known method is energetically unfavorable because in particular the heat conversion in the mixture circuit is very high. The entire for subcooling or for liquefaction and Subcooling of the fractions resulting from the phase separation required in addition to the cold Liquefaction and subcooling of the natural gas required cold to be applied by the circuit. Come in addition, that the evaporation of the two fractions must necessarily take place at relatively low pressure, with the result that the suction pressure of the cycle compressor is low and

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somit dessen effektive Verdichtungsarbeit hoch ist. Außerdem hat es sich gezeigt, daß aufgrund der Tatsache, daß in den kältesten Wärmeaustauschern ein flüssiges Gemisch verdampft wird, der Druckabfall in diesen Wärmeaustauschern nachteilig hoch ist.thus its effective compression work is high. In addition, it has been shown that due to the fact that that a liquid mixture is evaporated in the coldest heat exchangers, the pressure drop in these heat exchangers is disadvantageously high.

Auch der apparative Aufwand zur Durchführung des bekannten Verfahrens ist sehr hoch, da im Bereich der Vorkühlung zur Erreichung einer einigermaßen guten Annäherung der .Anwärmkurve des Propans an die Abkühlkurve des Erdgases mindestens drei Entspannungsstufen mit entsprechend vielen Entspannungsventilen und Wärmeaustauschern erforderlich sind.The outlay on equipment for carrying out the known method is also very high, since in the area of pre-cooling for Achieving a reasonably good approximation of the heating curve for propane to the cooling curve for natural gas at least three expansion stages with a corresponding number of expansion valves and heat exchangers are required are.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und doch energiegünstiges Verfahren zum Verflüssigen und Unterkühlen eines tiefsiedenden Gases zu entwickeln.The invention is based on the object of a simple and yet energy-efficient method for liquefying and supercooling to develop a low-boiling gas.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Abkühlung und zumindest teilweise Verflüssigung des Gases im Wärmeaustausch mit einem flüssigen Mehrkomponentengemisch und die vollständige Verflüssigung und Unterkühlung des Gases im Wärmeaustausch mit einem entspannten gasförmigen Kältemittel erfolgt. This object is achieved in that the cooling and at least partial liquefaction of the gas in heat exchange with a liquid multi-component mixture and the complete liquefaction and subcooling of the gas in heat exchange takes place with a relaxed gaseous refrigerant.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl aus apparativer als auch energetischer Sicht sehr vorteilhaft. Durch die Ver-The method according to the invention is very advantageous both from the point of view of equipment and energy. Through the

b U B » 1 0 / Γ: 1 3 2b U B »1 0 / Γ: 1 3 2

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wendung eines Qemischkreislaufes zur VorkUhlung und zumindest teilweisen Verflüssigung des Gases kann an das zu verflüssigende Gas mittels eines einzigen Kreislaufes bei konstantem Druck über eine große Temperaturdifferenz hinweg Kälte abgegeben werden. Dies ist bei dem bekannten Verfahren nicht der Fall. Hier sind zur Überbrückung einer ähnlichen Temperaturdifferenz mehrere voneinander verschiedene Druckstufen und dem zufolge auch mehrere Entspannungsventile und Wärmeaustauscher erforderlich. Hinzu kommt, daß beim Gegenstand der Erfindung im Bereich der Abkühlung und Verflüssigung des tiefsiedenden Gases die Verdampfung des flüssigen Mehrkomponentengemisches nicht bei konstanten sondern bei gleitenden Temperaturen stattfindet. Entsprechend dem Siedediagramm des Mehrkomponentengemisches ist dabei jeder Verdampfungstemperatur eine bestimmte Gemischzusammensetzung zugeordnet. Durch entsprechende Wahl des Verdampfungszuges und der Zusammensetzung des Mehrkomponentengemisches läßt sich der Temperaturbereich der Verdampfung daher sehr gut der Abkühlkurve des tiefsiedenden Gases anpassen. Die Temperaturdifferenzen in den Wärmeaustauschen sind klein und die Energieverluste daher gering.use of a mixture cycle for precooling and at least partial liquefaction of the gas can be transferred to the gas to be liquefied by means of a single circuit at constant Pressure can be given off cold over a large temperature difference. This is not the case with the known method the case. Here are to bridge a similar temperature difference several different pressure levels and consequently several relief valves and Heat exchanger required. In addition, the subject of the invention in the area of cooling and liquefaction of the low-boiling gas, the evaporation of the liquid multicomponent mixture does not occur at constant but at sliding rates Temperatures takes place. Each evaporation temperature corresponds to the boiling diagram of the multi-component mixture assigned a certain mixture composition. By choosing the evaporation train accordingly and the composition of the multicomponent mixture, the temperature range of the evaporation can therefore be determined very well adapt to the cooling curve of the low-boiling gas. The temperature differences in the heat exchanges are small and the energy losses are therefore low.

Die Tiefkühlung des Gases, also dessen vollständige Verflüssigung und Unterkühlung, erfolgt gemäß der Erfindung im Wärmeaustausch mit einem gasförmigen Kältemittel, welches nach einem weiteren Merkmai mit Vorteil zunächst im Wärmeaustauch mit dem Mehrkomponentengemisch gekühlt und darauf-The deep freezing of the gas, that is to say its complete liquefaction and subcooling, takes place according to the invention in Heat exchange with a gaseous refrigerant, which, according to a further feature, is advantageous initially in heat exchange cooled with the multicomponent mixture and then

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hin arbeitsleistend entspannt wird. Durch diese Maßnahme läßt sich auch im tiefsten Temperaturbereich eine sehr gute Anpassung der Anwärmkurve des Kältemittels an die Abkühlkurve den Gases zu erreichen, da beide Kurven in diesem Bereich relativ flach verlaufen und somit geringe Temperaturdifferenzen auch in dem kältest'en Hofeien gegeben sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Wärmeumsatz eines solchen Expanderkreislaufes relativ gering ist, da die gesamte durch die Entspannung erzeugte Kälte unmittelbar auf das zu behandelnde Gas übertragen werden kann. Es braucht nicht, wie es bei dem bekannten Verfahren der Fall ist, ein Teil der im Kreislauf erzeugten Kälte zur Verflüssigung und Unterkühlung des Kreislaufmediums selbst herangezogen werden. Darüberhinaus hat es sich gezeig;*,, daß im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren die Druckverluste in dem Wärmeaustauscher, in dem die Anwärmung des entspannten gasförmigen Kältemittels erfolgt, sehr gering sind. Außerdem kann die Entspannung des gasförmigen Kältemittels auf einen relativ hohen Enddruck erfolgen, was sich wiederum vorteilhaft auf die benötigte Verdichtungsarbeit des Kreislaufkompressors auswirkt. is relaxed while doing work. With this measure, a very good temperature range can also be achieved in the lowest temperature range Adjustment of the heating curve of the refrigerant to the cooling curve of the gas, as both curves in this The area is relatively flat and therefore there is little temperature difference are given even in the coldest court. A Another advantage is that the heat conversion of such an expander circuit is relatively low, since the entire Cold generated by the relaxation can be transferred directly to the gas to be treated. It doesn't need how it is the case with the known method, a part of the cold generated in the circuit for liquefaction and subcooling of the circulating medium itself. Moreover, it has been shown; * ,, that in contrast to the known Process the pressure loss in the heat exchanger, in which the warming up of the expanded gaseous refrigerant takes place, are very low. In addition, the expansion of the gaseous refrigerant to a relatively high final pressure take place, which in turn has a beneficial effect on the required compression work of the circuit compressor.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders vorteilhaft zur Verflüssigung von Erdgas in sogenannten "Base-Load-Anlagen." The method according to the invention is particularly suitable for liquefying natural gas in so-called "base-load systems".

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In diesem Falle wird zweckmäßigerweise ein Mehrkomponentengemisch verwendet, das sich aus Kohlenwasserstoffen mit einem, zwei, drei und vier und gegebenenfalls auch mehr Kohlenstoffatomen zusammensetzt, während als gasförmiges Kältemittel Stickstoff, also ein Gas, das tiefer als Erdgas siedet, in Frage kommt.In this case, a multi-component mixture is expediently used, which is composed of hydrocarbons with a, composed of two, three and four and possibly more carbon atoms, while as a gaseous refrigerant Nitrogen, a gas that boils lower than natural gas, is an option.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind den in den Figuren schematisch dargestellten Ausfiihrungsbeispielen zu entnehmen, wobei gleiche Vorrichtungsteile jeweils mit den gleichen Bezugsziffern dargestellt sind.Further explanations of the invention can be found in the exemplary embodiments shown schematically in the figures refer to, wherein the same parts of the device are shown with the same reference numerals.

Es zeigen:Show it:

Figur 1 eine Ausführungsform der Erfindung zur Verflüssigung von ErdgasFigure 1 shows an embodiment of the invention for liquefaction of natural gas

Figur 2 eine weitere Ausführungsform Figur J5 eine dritte AusführungsformFIG. 2 shows a further embodiment; FIG. J5 shows a third embodiment

Gemäß Figur 1, in der ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung zur Verflüssigung und Unterkühlung von Erdgas dargestellt ist, wird das zu behandelnde Erdgas unter einem Druck von etwa 50 ata über eine Leitung 1 der Anlage zugeführt. Nach seiner Abkühlung und vollständigen Verflüssigung in den Wärmeaustauschern 2 und 3 wird das Erdgas in einem WärmeaustauscherAccording to Figure 1, in which an exemplary embodiment of the invention for the liquefaction and subcooling of natural gas is shown, the natural gas to be treated is fed to the plant via a line 1 under a pressure of about 50 ata. After his Cooling down and complete liquefaction in the heat exchangers 2 and 3 is the natural gas in a heat exchanger

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4 unterkühlt und Über ein Ventil 5 in einen Speicherbehälter 6 entspannt. Das bei der Entspannung anfallende Flash-Gas wird in den Wärmeaustauschern 4, 3 und 2 gegen Erdgas angewärmt und über eine Leitung 7 als Brenngas aus der Anlage abgezogen.4 subcooled and via a valve 5 into a storage container 6 relaxed. The flash gas produced during the expansion is counteracted in the heat exchangers 4, 3 and 2 Natural gas is heated and drawn off as fuel gas from the system via a line 7.

Die für die Abkühlung und Verflüssigung des Erdgases erforderliche Kälte wird durch einen Gemischkreislauf und die zur Unterkühlung erforderliche Kälte durch einen Stickstoffexpanderkreislauf zur Verfügung gestellt.The one required for cooling and liquefying the natural gas Cold is generated by a mixture cycle and the cold required for subcooling by a nitrogen expander cycle made available.

Im Gemischkreislauf wird ein aus Methan, Äthan, Propan und Butan bestehendes Mehrkomponentengemisch im Kreislaufkompressor 8 komprimiert, im"Wasserkühler 9 teilweise kondensiert und im Abscheider 10 einer Phasentrennung unterzogen. Die im Abscheider 10 anfallende flüssige Fraktion wird im Ventil 11 entspannt und im Wärmeaustauscher 2 gegen abgekühltes Erdgas, gegen den Stickstoff des Expanderkreislaufes und gegen die im Abscheider 10 anfallende gasförmige Fraktion, die sich bei diesem Wärmeaustauscher verflüssigt, verdampft. Die im Abscheider 10 anfallende gasförmige Fraktion wird nach Ihrer Verflüssigung im Wärmeaustauscher 2 im Wärmeaustauscher 3 geßen sich selbst unterkühlt, in einem Entspannungsventil 12 entspannt und im Wärmeaustauscher J gegen sich verflüssigendes Erdgas, gegen den Stickstoff des Expander-In the mixed cycle, a multicomponent mixture consisting of methane, ethane, propane and butane is compressed in the cycle compressor 8, partially condensed in the "water cooler 9 and subjected to a phase separation in the separator 10. The liquid fraction obtained in the separator 10 is expanded in the valve 11 and counteracted in the heat exchanger 2 cooled natural gas, against the nitrogen expander cycle and against the accumulating in the separator 10 gaseous fraction which liquefies in this heat exchanger, evaporated. the resulting separator 10 gaseous fraction is GESS to liquefy in the heat exchanger 2 in the heat exchanger 3 en itself subcooled expanded in an expansion valve 12 and in the heat exchanger J against liquefying natural gas, against the nitrogen of the expander

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kreislaufes und gegen sich selbst verdampft. Nach weiterer Anwärmung im Wärmeaustauscher 2 wird sie zusammen mit der flüssigen Fraktion aus dem Abscheider 10 erneut dem Kreislaufkompressor 8 zugeführt.cycle and evaporated against itself. After further heating in the heat exchanger 2, it is together with the liquid fraction from the separator 10 is fed back to the circulation compressor 8.

Innerhalb des Stickstoffexpanderkreislaufes wird der im Bremsgebläse 15 auf den erforderlichen Enddruck verdichtete und im WasserkUhler 14 gekühlte Stickstoff zunächst in den Wärmeaustauscher 2 und 3 gegen das Mehrkomponentengemisch und dann in einem weiteren Wärmeaustauscher 15 gegen sich selbst gekühlt. Daraufhin wird der Stickstoff in einer Turbine l6 arbeltsleistend entspannt und im Wärmeaustauscher 4 gegen Erdgas, das sich bei diesem Wärmeaustausch unterkühlt, angewärmt. Die durch die arbeitsleistende Entspannung in der Turbine l6 freigesetzte Energie wird unmittelbar auf das mit der Turbine Io gekoppelte Bremsgebläse IJ übertragen. Im Wärmeaustauscher 15 wird der arbeitsleistend entspannte Stickstoff im Wärmeaustausch mit verdichtetem Stickstoff weiter angewärmt und der ersten Stufe 17 eines zweistufigen Kreislaufkompressors l8 zugeführt und auf einen mittleren Druck verdichtet. Dxraufhin wird der Stickstoff zunächst im Wasserkühler 19 und daraufhin im Wärmeaustauscher 2 gegen das Mehrkomponentengemisch erneut gekühlt. Anschließend erfolgt die weitere Verdichtung des Stickstoffs in der zweiten Kompressionsstufe 20 des Kreislaufkompressors l8. Nach erneuter Kühlung im WasserkUhler 21 wird der Stickstoff nunmehr der Endverdichtung im Bremsgebläse 13 zugeleitet. Die Zwischenkühlung des Stickstoffs nach seiner Verdichtung in der erstenWithin the nitrogen expander circuit, the nitrogen compressed in the brake fan 15 to the required final pressure and cooled in the water cooler 14 is first cooled in the heat exchangers 2 and 3 against the multicomponent mixture and then in a further heat exchanger 15 against itself. Thereupon, the nitrogen is expanded in a working manner in a turbine 16 and warmed in the heat exchanger 4 against natural gas, which is supercooled during this heat exchange. The energy released by the work-performing expansion in the turbine 16 is transmitted directly to the brake fan IJ coupled to the turbine Io. In the heat exchanger 15, the nitrogen which has been expanded to perform work is further heated in the heat exchange with compressed nitrogen and fed to the first stage 17 of a two-stage cycle compressor 18 and compressed to a medium pressure. The nitrogen is then first cooled again in the water cooler 19 and then in the heat exchanger 2 against the multicomponent mixture. The nitrogen is then further compressed in the second compression stage 20 of the cycle compressor 18. After renewed cooling in the water cooler 21, the nitrogen is now fed to the final compression in the brake fan 13. The intermediate cooling of the nitrogen after its compression in the first

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Verdichtungsstufe 17 im Wärmeaustauscher 2 erweist sich als sehr vorteilhaft, da aufgrund des durch die KUhlung verringerten Volumenstromes sich der Energiebedarf der zweiten Verdichtungsstufe 20 erheblich verringert und dieser auch kleiner ausgelegt werden kann.Compression stage 17 in the heat exchanger 2 proves to be very advantageous because it is reduced due to the cooling Volume flow, the energy requirement of the second compression stage 20 is significantly reduced and this is also smaller can be interpreted.

Es hat sich energetisch als besonders günstig erwiesen, daß Erdgas im Wärmeaustausch mit dem Mehrkomponentengemisch in den Wärmeaustauschern 2 und 3 bereits vollständig zu veflüssigen und den Stickstoffexpanderkreislauf ausschließlich zur Unterkühlung des Erdgases heranzuziehen.From an energetic point of view, it has proven to be particularly favorable that natural gas exchanges heat with the multicomponent mixture in the heat exchangers 2 and 3 already completely liquefied and the nitrogen expander circuit exclusively to be used for subcooling the natural gas.

Ein weiteres AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in Figur dargestellt. Ebenso wie im AusfUhrungsbeispiel nach Figur 1 erfolgt die Abkühlung und Verflüssigung des Erdgases in den Wärmeaustauschern 2 und 3 im Wärmeaustausch mit einem Gemischkreislauf und die Unterkühlung im Wärmeaustauscher 4 Im-Wärmeaustausch mit einem Stickstoffexpanderkreislauf, wobei nunmehr das Erdgas im Wärmeaustauscher 4 jedoch so stark unterkühlt wird, daß bei der anschließenden Entspannung im Ventil 5 kein Flash-Gas mehr anfällt. Im Unterschied zu Figur 1 erfolgt darüberhinaus in diesem Ausführungsbeispiel die Verdichtung des Stickstoffs im Kreislaufkompressor 18 einstufig.Another exemplary embodiment of the invention is shown in FIG shown. As in the exemplary embodiment according to FIG. 1 the cooling and liquefaction of the natural gas takes place in the heat exchangers 2 and 3 in heat exchange with a mixture circuit and the subcooling in the heat exchanger 4 Im heat exchange with a nitrogen expander circuit, but now the natural gas in the heat exchanger 4 is so strong is undercooled so that no more flash gas is produced during the subsequent expansion in valve 5. In contrast to FIG. 1 also takes place in this exemplary embodiment the compression of the nitrogen in the cycle compressor 18 in one stage.

Ein wesentlicher Unterschied beider Ausführungsformen liegt jedoch in der Konzeption des Gomischkreislaufes.There is an essential difference between the two embodiments but in the conception of the Gomisch cycle.

6098 10/01326098 10/0132

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LlNDc AKTIENGESELLSCHAFTLlNDc AKTIENGESELLSCHAFT

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Gemäß Figur 2erfolgt die Verdichtung des Mehrkomponentengemisches zweistufig in den Kompressionsstufen 22 und 23. Nach der ersten Verdichtungsstufe 23 wird das Mehrkomponentengemisch unter mittlerem Druck im Wasserkühler 24 partiell kondensiert und im Abscheider 23 einer Phasentrennung unterzogen. Die hierbei anfallende flüssige Fraktion wird im Wärmeaustauscher 2 gegen sich selbst unterkühlt, im Ventil 2b entspannt und daraufhin im Wärmeaustauscher 2 gegen den Stickstoff des Expanderkreislaufes, gegen Erdgas, gegen die gasförmige Fraktion aus dem Abscheider 25 und gegen sich selbst verdampft und angewärmt. Die im Abscheider 25 anfallende gasförmige Fraktion wird in der zweiten Kompressionsstufe 23 auf den Enddruck des Kreislaufes verdichtet, im Wasserkühler 27 gekühlt und im Wärmeaustauscher 2 verflüssigt. Daraufhin wird diese Fraktion im Wärmeaustauscher 3 unterkühlt, im Ventil 28 entspannt und im Wärmeaustauscher 3 Seßen den Stickstoffexpanderkreislauf, gegen sich verflüssigendes Erdgas und gegen sich selbst verdampft. Beide Fraktionen werden gemeinsam nunmehr erneut der ersten Kompressionsstufe 22 des Kreislaufkompressors zugeführt. Durch die beschriebene Konzeption ergeben sich folgende Vorteile: Durch die partielle Kondensation und Phasentrennung des Mehrkomponentengemisches bereits nach der ersten Kompressionstufe, also bei Zwischendruck, kann das Mehrkomponentengemisch im verstärktem Maße mit höhersieder.den Kohlenwasserstoffen,According to FIG. 2, the multi-component mixture is compressed in two stages in compression stages 22 and 23. After the first compression stage 23, the multi-component mixture is partially condensed under medium pressure in the water cooler 24 and subjected to a phase separation in the separator 23. The resulting liquid fraction is supercooled against itself in the heat exchanger 2, expanded in the valve 2b and then evaporated and heated in the heat exchanger 2 against the nitrogen of the expander circuit, against natural gas, against the gaseous fraction from the separator 25 and against itself. The gaseous fraction occurring in the separator 25 is compressed in the second compression stage 23 to the final pressure of the circuit, cooled in the water cooler 27 and liquefied in the heat exchanger 2. This fraction is then supercooled in the heat exchanger 3, expanded in the valve 28 and evaporated in the heat exchanger 3 S e ß en the nitrogen expander circuit, against liquefying natural gas and against itself. Both fractions are now fed together again to the first compression stage 22 of the cycle compressor. The concept described results in the following advantages: Due to the partial condensation and phase separation of the multicomponent mixture after the first compression stage, i.e. at intermediate pressure, the multicomponent mixture can be used to a greater extent with higher-boiling hydrocarbons,

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- 11 - .- 11 -.

wie z.B. Propan, Butan und gegebenenfalls noch höhersiedenden, angereichert werden, was sich wegen der relativ großen Verdampfungswärmen dieser höhersiedenden Kohlenwasserstoffe vorteilhaft auf die Kälteleistung des Kreislaufes auswirkt. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Erhöhung der Konzentration des Mehrkomponentengemisches an höheren Kohlenwasserstoffen bei einem Gemischkreislauf gemäß Figur 1 nicht ohne weiteres möglich ist. Hier wurden bei einer Konzentrationserhöhung höhere Kohlenwasserstoffe in den tiefsten Temperaturbereich des Kreislaufes mitgeschleppt, wodurch die Verdampfungstemperatur in diesem Bereich in unerwünschter Weise erhöht würde und gegebenenfalls durch Festaus Scheidungen Verstopfungen in den entsprechenden Wärmeaustauscherquerschnitten auftreten könnten. Durch die partielle Kondensation und Abtrennung der höher siedenden Kohlenwasserstoffe bereits nach der Zwischenverdichtung hingegen wird der Partialdruck dieser Kohlenwasserstoffe in dem in die tieferen Temperaturbereiche gelangenden Mehrkomponentengemisch so gering gehalten, daß dort keine unerwünschte Erhöhung der Verdampfungsteraperatur auftritt.such as propane, butane and possibly even higher boiling, which is due to the relatively high heat of evaporation this higher-boiling hydrocarbons has a beneficial effect on the refrigeration capacity of the circuit. It has been shown that such an increase in the concentration of the multicomponent mixture of higher hydrocarbons is not readily possible in a mixture circuit according to FIG. Here were at an increase in concentration higher hydrocarbons are dragged along in the lowest temperature range of the circuit, whereby the evaporation temperature in this area is undesirable Way would be increased and, if necessary, blockages in the corresponding heat exchanger cross-sections due to solid separations could occur. Due to the partial condensation and separation of the higher-boiling hydrocarbons already after the intermediate compression, however, the partial pressure of these hydrocarbons in the in the The multicomponent mixture reaching lower temperature ranges is kept so low that there is no undesirable increase the evaporation temperature occurs.

Ein weiteres AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in Figur dargestellt.Another exemplary embodiment of the invention is shown in FIG shown.

Gemäß dieser Figur erfolgt die Abkühlung und Verflüssigung des über Leitung 1 einziehenden Erdgases in den Wärmeaus-According to this figure, the cooling and liquefaction of the natural gas drawn in via line 1 takes place in the heat exhaust

Ö 0 Ö ö Ί CJ / C! 1 3Ö 0 Ö ö Ί CJ / C! 1 3

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tauschern 2, 3 und 29 gegen verdampfendes Mehrkomponentengemisch und die Unterkühlung im Wärmeaustauscher 4 gegen arbeitsleistend entspannten Stickstoff. Der Stickstoffexpanderkreislauf ähnelt sehr stark dem in Figur 2 dargestellten. Allerdings erfolgt hier die tiefste Abkühlung des Stickstoffs vcr seiner Entspannung in der Turbine 16 im Wärmeaustausch mit Mehrkomponentengemisch, welches im Wärmeaustauscher 29 verdampft. exchangers 2, 3 and 29 against evaporating multi-component mixture and the subcooling in heat exchanger 4 against work-performing relaxed nitrogen. The nitrogen expander cycle is very similar to that shown in FIG. However The deepest cooling of the nitrogen takes place here before it is expanded in the turbine 16 in the course of heat exchange Multi-component mixture which evaporates in the heat exchanger 29.

Der Gemischkreislauf gemäß der Figur 3 unterscheidet sich von dem in Figur 2 beschriebenen im wesentlichen dadurch, daß die bei der Zwischenkondensation des Mehrkomponentengemisches im Abscheider 25 anfallende gasförmige Fraktion nicht direkt in der Zweiten Kompressionsstufe 25 zugeführt, sondern im Wärmeaustauscher 2 nochmals partiell kondensiert und im Abscheider 30 einer weiteren Phasentrennung unterzogen wird. Die hierbei anfallende flüssige Fraktion wird im Wärmeaustauscher 3 unterkühlt und im Ventil 31 entspannt, während die im Abscheider 30 anfallende gasförmige Fraktion nunmehr in der zweiten Kompressionsstufe 23 auf den Kreislaufdruck verdichtet wird. Diese F -aktion wird in den Wärmeaustauschern 2, 3 und 29 verflüssigt und unterkühlt, im Ventil 32 entspannt und im Wärmeaustauscher 29 gegen den Stickstoff des Expanderkreislaufes gegen Erdgas und gegen sich selbst verdampft. The mixture circuit according to FIG. 3 differs from that described in FIG. 2 essentially in that the gaseous fraction obtained during the intermediate condensation of the multicomponent mixture in the separator 25 is not directly fed in the second compression stage 25, but im Heat exchanger 2 is partially condensed again and subjected to a further phase separation in separator 30. The resulting liquid fraction is supercooled in the heat exchanger 3 and expanded in the valve 31, while the in the separator 30 resulting gaseous fraction now in the second compression stage 23 is compressed to the circuit pressure. This F -action is used in the heat exchangers 2, 3 and 29 liquefied and supercooled, relaxed in valve 32 and evaporated in the heat exchanger 29 against the nitrogen of the expander circuit against natural gas and against itself.

t» ι1 ύ i 1 Π /t »ι 1 ύ i 1 Π /

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Claims (11)

2441121b LINDE AKTIENGESELLSCHAFT - ir - Patentansprüche2441121b LINDE AKTIENGESELLSCHAFT - ir - claims 1._' Verfahren zum Verflüssigen und Unterkühlen eines tiefsiedenden Gases durch Kühlung mit in mehreren Kältekreisläufen geführten Kältemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung und zumindest teilweise Verflüssigung des Gases im Wärmeaustausch mit einem flüssigen Mehrkomponentengemisch und die vollständige Verflüssigung und Unterkühlung des Gases im Wärmeaustausch mit einem entspannten gasförmigen Kältemittel erfolgt.1._ 'Process for liquefying and subcooling a low-boiling gas by cooling with several refrigeration circuits guided refrigerants, characterized in that the cooling and at least partial liquefaction of the Gas in heat exchange with a liquid multicomponent mixture and complete liquefaction and subcooling of the gas takes place in heat exchange with a relaxed gaseous refrigerant. 2. Verfahren nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Kältemittel nach seiner Verdichtung im Wärmeaustausch mit dem Mehrkomponentengemisch gekühlt und daraufhin arbeitsleistend entspannt wird.2. The method according to claim 1-, characterized in that the gaseous refrigerants cooled after their compression in heat exchange with the multi-component mixture and then is relaxed while doing work. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung des gasförmigen Kältemittels mehrstufig erfolgt und daß zumindest nach einer Verdichtungsstufe das gasförmige Kältemittel irr· Wärmeaustausch mit dem Mehrkomponentengemisch gekühlt wird.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that the compression of the gaseous refrigerant takes place in several stages and that at least after one compression stage the gaseous refrigerant exchanges heat with the Multi-component mixture is cooled. 609810/0132609810/0132 Z4 4U2IbZ4 4U2Ib LINDE AKTIENGESELLSCHAFTLINDE AKTIENGESELLSCHAFT - 14 -- 14 - 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Kältemittel ein Gas verwendet wird, dessen Siedepunkt tiefer liegt, als der Siedepunkt des zu verflüssigenden Gases.4. The method according to claims 1 to 3 »characterized in that that the gaseous refrigerant used is a gas whose boiling point is lower than the boiling point of the one to be liquefied Gas. 5- Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verflüssigende tiefsiedende Gas Erdgas und das gasförmige Kältemittel Stickstoff ist.5- method according to claims 1 to 4, characterized in that that the low-boiling gas to be liquefied is natural gas and the gaseous refrigerant is nitrogen. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß das zu verflüssigende tiefsiedende Gas im Wärmeaustausch mit dem Mehrkomponentengemisch vollständig verflüssigt wird.6. The method according to claims 1 to 5 *, characterized in that that the low-boiling gas to be liquefied is completely liquefied in heat exchange with the multicomponent mixture will. 7· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrkomponentengemisch nach seiner mindestens einstufigen Verdichtung in mindestens einer Kondensationsstufe partiell kondensiert wird und daß die in jeder Kondensationsstufe anfallende gasförmige Fraktion abgetrennt und im Wärmeaustausch mit der entspannten flüssigen Fraktion verflüssigt wird.7 · Process according to claims 1 to 6, characterized in that the multicomponent mixture according to its at least single-stage compression is partially condensed in at least one condensation stage and that in each condensation stage accumulating gaseous fraction separated and in heat exchange with the relaxed liquid fraction is liquefied. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die in jeder Kondensationsstufe anfallenden Fraktionen vor ihrer Entspannung unterkühlt werden.8. The method according to claims 1 to J, characterized in that the fractions obtained in each condensation stage are supercooled before they are relaxed. 6 03810/01326 03810/0132 2UU21S2UU21S LINDE AKTIENGESELLSCHAFTLINDE AKTIENGESELLSCHAFT - 15 -- 15 - 9.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung des Mehrkotnponentengemisches zweistufig erfolgt, daß das nach der ersten Verdichtungsstufe9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that that the compression of the mixture of multiple components takes place in two stages, that after the first compression stage anfallende Mehrkomponentengemisch partiell kondensiert und einer Phasentrennung unterzogen wird und daß die bei der Phasentrennung anfallende flüssige Fraktion unterkUhlt und entspannt wird, während die bei der Phasentrennung anfallende gasförmige Fraktion unmittelbar der zweiten Verdichtungsstufe zugeführt wird.resulting multicomponent mixture is partially condensed and subjected to a phase separation and that the The liquid fraction arising from the phase separation is supercooled and relaxed, while the liquid fraction arising from the phase separation gaseous fraction is fed directly to the second compression stage. 10.Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der partiellen Kondensation anfallende gasförmige Fraktion im Wärmeaustausch mit der entspannten flüssigen Fraktion partiell kondensiert wird und daß die hierbei anfallende flüssige Fraktion unterkühlt und entspannt wird, während die hierbei anfallende gasförmige Fraktion unmittelbar der zweiten Verdichtungsstufe zugeführt wird.10.Verfahren according to claim 9, characterized in that the resulting in the partial condensation gaseous fraction is partially condensed in heat exchange with the relaxed liquid fraction and that the resulting liquid fraction is supercooled and relaxed, while the resulting gaseous fraction immediately the second Compression stage is supplied. 11.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrkomponentengemisch aus Kohlenwasserstoffen mit einem, zwei, drei, vier und gegebenenfalls auch fünf und mehr Kohlenstoffatomen besteht.11. The method according to claims 1 to 10, characterized in that that the multicomponent mixture of hydrocarbons with one, two, three, four and optionally also five and consists of more carbon atoms. 6uy8 1 υ / '■ 1 326uy8 1 υ / '■ 1 32 , 4fr, 4fr LeerseiteBlank page
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