Heutzutage werden die meisten Baseload-LNG-Anlagen als sog. Dual-Flow- Refrigeration-Prozesse ausgelegt. Hierbei wird die für die Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes bzw. des Erdgases benötigte Kälteenergie mittels zweier separater Kältemittelgemischkreisläufe, die zu einer Kältemittelgemischkreislaufkaskade geschaltet sind, bereitgestellt. Ein derartiges Verflüssigungsverfahren ist z. B. aus der GB-PS 895 094 bekannt.

Desweiteren sind Verflüssigungsverfahren bekannt, bei denen die für die Verflüssigung benötigte Kälteenergie mittels einer Kältemittelkreislaufkaskade, nicht jedoch einer Kältemittelgemischkreislaufkaskade bereitgestellt wird ; siehe z. B. LINDE- Berichte aus Technik und Wissenschaft, Heft 75/1997, Seite 3-8. Die darin beschriebene Kältemittelkreislaufkaskade besteht aus einem Propan-oder Propyten-, einem Ethan-oder Ethylen-und einem Methan-Kältekreislauf. Diese Kältemittelkreislaufkaskade kann zwar als energetisch optimiert angesehen werden, ist jedoch aufgrund der 9 Verdichterstufen vergleichsweise kompliziert.

Ferner sind, wie z. B. in der DE-AS 19 60 301 beschrieben, Verflüssigungsverfahren bekannt, bei denen die für die Verflüssigung benötigte Kälteenergie mittels einer Kaskade, bestehend aus einem Kältemittelgemischkreislauf sowie einem Propan- Vorkühlungskreislauf, bereitgestellt wird.

Alternativ zu den erwähnten Kältemittel-oder Kältemittelgemischkreislaufkaskaden kann die für die Verflüssigung benötigte Kälteenergie auch mittels lediglich eines Kältemittelgemischkreislaufes bereitgestellt werden. Diese sog."Single-Flow- Prozesse"benötigen im allgemeinen eine geringere Anzahl von Apparaten und Maschinen-verglichen mit den o. g. Kaskaden-, weshalb die Investitionskosten im Vergleich mit Prozessen mit mehreren Kältemittel (gemisch) kreisläufen geringer sind.

Desweiteren ist der Betrieb derartiger"Single-Flow-Prozesse"vergleichsweise einfach.

Nachteilig ist jedoch, daß der spezifische Energiebedarf für die Verflüssigung im Vergleich mit Prozessen mit mehreren Kältemittel (gemisch) kreisläufen höher ist.

Aus der US-PS 5 535 594 ist ein derartiger"Single-Flow-Prozeß"bekannt, bei dem der Kältemittelgemischkreislaufstrom mittels einer Destillationskolonne, die zwischen der vorletzten und der letzten Verdichterstufe des Kältemittelverdichters angeordnet ist, und mittels eines Rücklaufabscheiders, der nach der letzten Stufe des Kältemittelverdichters angeordnet ist, in zwei separate Kältemittelgemischkreislauf- ströme-eine höhersiedende sowie einen tiefersiedenden Kältemittelgemischfraktion- zerlegt wird.

Die höhersiedende Kältemittelgemischfraktion, also das Sumpfprodukt der Destillationskolonne, wird zur Vorkühlung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff- reichen Stromes und der tiefersiedenden Käitemittelgemischfraktion sowie zur Kühlung gegen sich selbst verwendet. Die tiefersiedende Kältemittelgemischfraktion, also das Kopfprodukt des Rücklaufabscheiders, wird, nachdem sie durch die höhersiedende Kältemittelgemischfraktion vorgekühlt worden ist, zur Verflüssigung und Unterkühlung des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes und zur Kühlung gegen sich selbst verwendet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes, insbesondere eines Erdgas-Stromes, mittels eines sog."Single-Flow-Prozesses"anzugeben, bei dem der spezifische Energiebedarf des"Single-Flow-Prozesses"unter Beibehaltung seiner Vorteile- geringe Investitionskosten sowie einfacher und robuster Betrieb-verbessert wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß a) das verdichtete Kältemittelgemisch wenigstens nach der vorletzten Verdichterstufe partiell kondensiert wird, b) in eine höhersiedende Flüssigfraktion und eine tiefersiedende Gasfraktion aufgetrennt wird, c) die tiefersiedende Gasfraktion auf den Enddruck verdichtet wird, d) die verdichtete tiefersiedende Gasfraktion partiel kondensiert wird, e) in eine tiefersiedende Gasfraktion und eine höhersiedende Fiüssigfraktion aufgetrennt wird, die höhersiedende Flüssigfraktion und dem partiel kondensierten Kä) temitteigemischstrom zugemischt wird, und g) die Gasfraktion die tiefersiedende Kältemittelgemischfraktion und die Flüssigfraktion die höhersiedende Kältemittelgemischfraktion des Kältemittelgemischkreislaufes bildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, daß die höhersiedende Flüssigfraktion vor der Zumischung zu dem partiel kondensierten Kältemittelgemischstrom entspannt wird.

Eine zu dieser beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrensweise alternative Verfahrensweise ist dadurch gekennzeichnet, daß a) das verdichtete Kältemittelgemisch nach jeder Verdichterstufe partiel kondensiert und jeweils in eine tiefersiedende Gasfraktion und eine höhersiedende Flüssigfraktion aufgetrennt wird, b) nur jeweils die Gasfraktion aus der partiellen Kondensation weiterverdichtet wird, c) die Flüssigfraktionen ab der zweiten Auftrennung dem partiel kondensierten Strom aus der ersten Verdichterstufe vor dessen Auftrennung zugemischt werden und d) die Gasfraktion aus der letzten Auftrennung die tiefersiedende Kältemittelgemischfraktion und die Flüssigfraktion aus der ersten Auftrennung die höhersiedende Kaltemittelgemischfraktion des Kältemittelgemischkreislaufes bildet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird die mittels der Auftrennung gewonnene Flüssigfraktion jeweils dem aufzutrennenden Strom der vorherigen Druckstufe vor dessen Auftrennung zugeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, daß die mittels der Auftrennung gewonnene Flüssigfraktion vor der Zuführung zu dem aufzutrennenden Strom der vorherigen Druckstufe entspannt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Auf möglicherweise notwendige Vorbehandlungsschritte des Kohlenwasserstoff- reichen Stromes vor der Verflüssigung, wie z. B. Sauergas-und/oder Quecksilber- Entfernung, Entfernung von schweren Kohlenwasserstoffen, etc., die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, wird im folgenden nicht näher eingegangen werden.

Der zu verflüssigende Kohlenwasserstoff-reiche Strom wird über Leitung 1 einem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem gegen den anzuwärmenden Kältemittelgemisch(kreislauf)strom vorgekühlt. Anschließend wird der vorgekühtte Kohlenwasserstoff-reiche Strom über Leitung 2 dem Wärmetauscher E2 zugeführt und in diesem gegen die zwei Teilströme des Kältemittelgemischkreislaufes, auf die im folgenden noch näher eingegangen werden wird, verflüssigt und unterkühtt.

Der aus dem Wärmetauscher E2 über Leitung 3 abgezogene verflüssigte und unterkühtte Kohlenwasserstoff-reiche Strom wird entweder in der Ftüssigexpansionsturbine T1 oder alternativ dazu in einem Entspannungsventil a, das in der Umgehungsleitung 4 vorgesehen ist, entspannt. Anschließend wird der verflüssigte und unterkühle Kohlenwasserstoff-reiche Strom einer weiteren Verarbeitung, wie z. B. einer Stickstoff-Abtrennung, zugeführt und/oder über das Ventil b und Leitung 5 in einen bei etwa Atmosphärendruck arbeitenden Speicherbehälter entspannt. Das Ventil b dient der Druckhaltung, womit eine Verdampfung des verflüssigten und unterkühlten Stromes am Austritt der Flüssigexpansionsturbine T1 verhindert wird.

Der aus dem Wärmetauscher E1 über Leitung 18 abgezogene Kãltemittelgemischstrom wird einem Saugbehälter D2 ; der dem Schutz der ersten Verdichterstufe dient, zugeführt. Aus diesem wird der zu verdichtende Kältemittelgemischstrom über Leitung 19 der ersten Stufe des Verdichters V zugeführt.

Der Verdichter V besitzt zwei oder mehr-im Falle der Figuren 1 und 2 drei- Verdichterstufen ; dargestellt durch die beiden strichpunktierten Linien.

Ein nach der ersten Verdichterstufe des Verdichters V eventuell anfallendes Kondensat wird über Leitung 20 einem Abscheider D3 zugeführt. In dieser Leitung 20 ist ein Kühler E3 vorgesehen. Die am Kopf des Abscheiders D3 anfallende Gasfraktion wird über Leitung 21 der Saugseite der zweiten Verdichterstufe des Verdichters V zugeführt. Die aus dem Abscheider D3 abgezogene Flüssigfraktion wird mittels der Pumpe P1 auf den Endruck der zweiten Verdichterstufe des Verdichters V gepumpt und über Leitung 22 dem Austrittsstrom dieser zweiten Verdichterstufe in Leitung 23 zugemischt.

Der verdichtete Kältemittelgemischstrom in Leitung 23 wird in einem weiteren Kühler E4 partiel kondensiert und dem Abscheider D4 zugeführt. Die Kühlung bzw.

Kondensation der jeweiligen Ströme aus den einzelnen Verdichterstufen in den Wärmetauschern bzw. Kühlern E3, E4 und E5 kann mit Meer-oder Kühlwasser, Luft oder jedem anderen geeigneten Kühimedium realisiert werden.

Die am Kopf des Abscheiders D4 anfallende Gasfraktion wird über Leitung 24 der letzten Verdichterstufe des Verdichters V zugeführt. Die höhersiedende Flüssigfraktion aus dem Abscheider D4 wird über Leitung 26 dem Wärmetauscher E1 zugeführt ; auf sie wird im folgenden noch näher eingegangen werden.

Der in der letzten Verdichterstufe des Verdichters V verdichtete Kältemittelstrom wird im Wärmetauscher E5 abgeküh ! t und partiel kondensiert. Anschließend wird der Kältemittelgemischstrom über Leitung 25 dem Abscheider D5 zugeführt. Am Kopf dieses Abscheiders D5 wird über Leitung 10 eine tiefersiedende Gasfraktion abgezogen und dem Wärmetauscher E1 zugeführt. Am Sumpf des Abscheiders D5 wird über Leitung 27 eine höhersiedende Fiüssigfraktion abgezogen, im Ventil f auf den Enddruck der zweiten Verdichterstufe entspannt und dem bereits partiell kondensierten Kaltemittelgemisch in der Leitung 23 zugemischt.

Die am Kopf des Abscheiders D5 über Leitung 10 abgezogene Gasfraktion bildet die tiefersiedende Kältemittelgemischfraktion des Kältemittelgemischkreislaufes, während die aus dem Abscheider D4 über Leitung 26 abgezogene Flüssigfraktion die höhersiedende Kältemittelgemischfraktion des Kältemittelgemischkreislaufes bildet.

Die tiefersiedende sowie die höhersiedende Kältemittelgemischfraktion werden über Leitung 10 bzw. 26, wie bereits erwähnt, dem Wärmetauscher E1 zugeführt. Die im Wärmetauscher Et vorgekühite tiefersiedende Kältemittelgemischfraktion wird über Leitung 11 dem Abscheider D1 zugeführt. Am Kopf dieses Abscheiders D1 wird über Leitung 12 eine gasförmige Fraktion abgezogen und dem Wärmetauscher E2 zugeführt, in diesem verflüssigt und unterkühlt und anschließend im Ventil c entspannt. So dann wird diese Fraktion über Leitung 14 wieder dem Wärmetauscher E2 zugeführt und gegen den zu kondensierenden bzw. zu unterkühlenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom sowie gegen sich selbst verdampft.

Aus dem Sumpf des Abscheiders D1 wird über Leitung 13 eine Flüssigfraktion abgezogen und dem Wärmetauscher E2 zugeführt, in diesem unterkühit und anschließend über Leitung 15 einer Flüssigexpansionsturbine T2 zugeführt und in dieser entspannt. Alternativ dazu kann diese unterkühlte Fraktion auch in einem in der Figur nicht dargestellten, parallel zu der Flüssigexpansionsturbine T2 angeordneten Ventil entspannt werden. Über Leitung 16, in der ein Ventil d vorgesehen ist, wird die entspannte Fraktion dem angewärmten Strom in der Leitung 14 beigemischt. Das Ventil d dient wiederum zur Druckhaltung, womit ein Verdampfen der Flüssigkeit am Austritt der Flüssigexpansionsturbine T2 verhindert wird.

Der vermischte Strom wird im Wärmetauscher E2 gegen den zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom sowie gegen die Flüssig-und die Gasfraktion des Abscheiders D1 in den Leitungen 13 bzw. 12 weiter verdampft und angewärmt.

Anschließend wird dieser Strom über Leitung 17 dem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem gegen den vorzukühlenden Kohlenwasserstoff-reichen Strom sowie gegen die vorzukühlende tiefersiedende und die vorzukühlende höhersiedende Käitemittelgemischfraktion angewärmt. Daraufhin wird dieser Kältemittelgemisch- strom, wie bereits beschrieben, über Leitung 18 dem Saugbehälter D2 zugeführt.

Die dem Wärmetauscher E1 über Leitung 26 zugeführte höhersiedende Kältmittelgemischfraktion wird im Wärmetauscher E1 abgekühlt und anschließend im Ventil e entspannt. So dann wird die entspannte höhersiedende Kältemittelgemischfraktion der tiefersiedenden Kältemittelfraktion in der Leitung 17 zugemischt.

Durch die Zerlegung des Kältemitteigemischstromes des"Single-Flow-Prozesses"in eine tiefersiedende und eine höhersiedende Kättemitteigemischfraktion wird der spezifische Energieverbrauch des Prozesses verbessert. Da für diese Auftrennung lediglich zwei Abscheider-nämlich Abscheider D4 und D5-verwendet werden, ist der für die Auftrennung benötigte apparative Mehraufwand gering. Die beiden genannten Abscheider können dabei gleichzeitig als Sammelbehälter für das Kältemittelgemisch bzw. die beiden Kältemittelgemischfraktionen dienen. Sie ersetzen damit einen Sammelbehälter, der auch bei einem"Single-Flow-Prozeß"ohne Zerlegung des Kältemittelgemisches vorzusehen wäre.

Wie bereits erwähnt, wird die Kühlung der Verdichteraustrittsströme in den Kühlern bzw. Wärmetauschern E3, E4 und E5 mittels geeigneter Kühlmittel, wie z. B. Meer- oder Kühlwasser, Luft, etc., durchgeführt. Um die Effizienz der Auftrennung in eine tiefersiedende und eine höhersiedende Kältemittelgemischfraktion zu erhöhen, wird im Falle von hohen Kühimitteltemperaturen der Kältemittelgemischstrom nach der vorletzten Verdichterstufe-zusätzlich zu der Kühlung im Wärmetauscher E4-in einem anderen Wärmetauscher-unter Verwendung eines sog. Kaltwassersatzes ("Chilled Water Unit") oder im z. B. Wärmetauscher E1-weiter abgekühlt und erst dann dem Abscheider D4 zugeführt wird.

Eine zu der in der Figur 1 dargestellten Verfahrensführung alternative Verfahrensführung ist in der Figur 2 dargestellt. Im folgenden sei nur auf die Unterschiede zwischen den Verfahrensführungen der Figuren 1 und 2 eingegangen.

Im Falle der Verfahrensweise gemäß der Figur 2 wird die höhersiedende Kältemittelgemischfraktion nicht aus der am Sumpf des Abscheiders D4 abgezogenen Flüssigkeit gebildet, sondern aus der am Sumpf des Abscheiders D3 über Leitung abgezogenen Flüssigkeit. Dies hat den Vorteil, daß die bei der Verfahrensführung gemäß der Figur 1 notwendige Pumpe P, die die aus dem Abscheider D3 über Leitung 22 abgezogene Flüssigkeit auf den Enddruck der zweiten Verdichterstufe pumpt, entfallen kann.

Die aus dem Sumpf des Abscheiders D4 über Leitung 33 abgezogene Flüssigfraktion, die bisher die höhersiedende Kältemittelgemischfraktion gebildet hat, wird im Ventil f entspannt und der Leitung 20 beigemischt und so vor den Abscheider D3 zurückgeführt. Die gasförmige Kopffraktion des Abscheiders D4 wird über Leitung 32 der letzten Verdichterstufe des Verdichters V zugeführt. Der Verdichter V weist hierbei drei Verdichterstufen auf ; dargestellt durch die beiden strichpunktierten Linien.

Der in der letzten Verdichterstufe des Verdichters V verdichtete Kältemittelstrom wird im Wärmetauscher E5 abgekühlt und partiel kondensiert. Anschließend wird der Kältemittelgemischstrom über Leitung 34 dem Abscheider D5 zugeführt. Die am Kopf des Abscheiders D5 über Leitung 10 abgezogene gasförmige Fraktion bildet, wie bei der Verfahrensweise gemäß der Figur 1, die tiefersiedende Kältemittelgemischfraktion des"Single-Flow-Prozesses". Die am Sumpf des Abscheiders D5 anfallende Flüssigfraktion wird über Leitung 35 und Ventil g vor den Abscheider D4 zurückgeführt.

Während die tiefersiedende Kältemittelgemischfraktion (10) im wesentlichen aus 5 bis 20 Mol-% N2, 30 bis 55 Mol-% CH4, 30 bis 55 Mol-% C2H6 oder C2H4, 0 bis 10 Mol-% C3H8 oder C3H6, und 0 bis 10 Mol-% iC4H10 oder nC4H10 besteht, weist die höhersiedende Kältemittelgemischfraktion (26,30) des Kältemittelgemisch- kreislaufes eine Zusammensetzung von 0 bis 5 Mol-% N2, 0 bis 15 Mol-% CH4, 25 bis 55 Mol-% C2H6 oder C2H4, 0 bis 20 Mol-% C3H8 oder C3H6, 30 bis 60 Mol-% iC4H10 oder nC4H10 und 0 bis 5 Mol-% C5H2 auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, daß falls für die Verdichtung des Kältemittelgemisches wenigstens zwei in Serie geschaltete Verdichter verwendet werden, diese lediglich durch eine Antriebsvorrichtung, z. B. eine Gasturbine, angetrieben werden. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt zu einer Verringerung der Investitionskosten.