Unter dem Begriff"Doppelkolonnen-Stickstoff-Abtrennprozess"seien die unterschiedlichsten Stickstoff-Abtrennprozesse zu verstehen, also unabhängig davon, ob es sich um einen reinen Doppelkolonnenprozess, einen Doppelkolonnenprozess mit Abscheidung der schweren Kohlenwasserstoffe, einen Doppelkolonnenprozess mit einer Stickstoff-Anreicherungskolonne mit oder ohne Abscheidung der schweren Kohlenwasserstoffe, einen Einfachkolonnenprozess mit oder ohne Vorabscheidung der schweren Kohlenwasserstoffe, etc. handelt.

Gattungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes sind hinlänglich bekannt ; siehe beispielsweise die DE-B 197 16 415. Diese beschreibt die Verflüssigung eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes gegen eine Kältemittelgemischkreislaufkaskade. Neben dem in der oben genannten DE-B 197 16 415 beschriebenen Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff- reichen Stromes sind dem Fachmann eine Vielzahl weiterer Verflüssigungsverfahren bekannt. Beispielhaft genannt seien Prozesse, bei denen der zu verflüssigende

Kohlenwasserstoff-reiche Strom gegen eine Kältemittelkreislaufkaskade oder mittels eines sog. Dual-Flow-Verflüssigungsprozesses verflüssigt wird.

Die Verdichtung des oder der in den Kältemittelkreisläufen und/oder Kältemittel (gemisch) kreisläufen zirkulierenden Kältemittel bzw. Kältemittelgemische erfolgt mittels energieintensiver Verdichter. Zur Gewinnung der für diese Verdichter benötigten elektrischen Energie werden Gasturbinen vorgesehen, die bisher im Regelfall von einem Teilstrom des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes gespeist werden. Zwar können die Verbrennungssysteme und damit das Brenngas derartiger Gasturbinen vergleichsweise hohe Stickstoffkonzentrationen tolerieren, sie haben jedoch den Nachteil, dass der NOx-Gehalt ihres Abgases vergleichsweise hoch ist, d. h. bspw. > 25 Mol-ppm NOx.

Es existieren bereits sog. Low-NOx-Gasturbinen (dies sind Gasturbinen, die mit einem sog."Dry-Low-NOx-Emission-Combustion-System"ausgerüstet sind), die jedoch mit einem vergleichsweise Stickstoff-armen Gasgemisch betrieben werden müssen. Der maximale Stickstoffgehalt des den Turbinen zugeführten Brenngases sollte je nach Turbinentyp 10-30 Mol-% nicht übersteigen, um den gewünschten NOx-Grenzwert von max. 25 Mol-ppm für das Gasturbinenabgas nicht zu überschreiten.

Darüber hinaus muss darauf geachtet werden, dass Veränderungen betreffend den sog. Low-Heating-Value (LHV), die sog. Specific Gravity und den Wobbe-Index des Kohlenwasserstoff-reichen Brennstoffgases auf bspw. 1 % innerhalb von bspw. 30 Sekunden limitiert sind, da nur dadurch ein stabiler Betrieb der Gasturbine garantiert werden kann, ohne dass es z. B. zu Instabilitäten hinsichtlich der Flamme kommt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Verfahrenskombination anzugeben, die eine Verringerung des Energieverbrauches des Stickstoff-Abtrennverfahrens bei gleichzeitiger Verringerung von dessen Investitionskosten ermöglicht.

Dies wird dadurch erreicht, dass die Abkühlung und partielle Kondensation der Stickstoff-enthaltenden, Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion gegen den oder wenigstens einen der Kältemittelkreisläufe und/oder Kältemittelgemischkreisläufe des Verfahrens zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes erfolgt.

Sofern die Verflüssigung des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes durch indirekten Wärmetausch mit den Kältemitteln einer Kältemittelgemischkreislaufkaskade erfolgt, wobei die Kältemittelgemischkreislaufkaskade aus wenigstens 3 unterschiedliche Kältemittelzusammensetzungen aufweisenden Kältemittelgemischkreisläufen besteht, und der erste der drei Kältemittelgemischkreisläufe der Vorkühlung (Vorkühlungskreislauf), der zweite Kältemittelgemischkreislauf der Verflüssigung (Verflüssigungskreislauf) und der dritte Kältemittelgemischkreislauf der Unterkühlung (Unterkühlungskreislauf) des zu verflüssigenden Kohlenwasserstoff-reichen Stromes dient, so erfolgt-entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahrenskombination-die Abkühlung und partielle Kondensation der Stickstoff-enthaltenden, Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion gegen den Vorkühlungskreislauf und den Unterkühlungskreislauf des Verfahrens zum Verflüssigen des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes.

Die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen derselben seien anhand des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Hierbei zeigen : Figur 1 : eine dreistufige Verdichtereinheit, die der Verdichtung des Stickstoff- enthaltenden, Kohlenwasserstoff-reichen Stromes dient Figur 2 : eine mögliche Ausführungsform eines Doppelkolonnen-Stickstoff- Abtrennpozesses.

Wie in der Figur 1 dargestellt, wird über Leitung 1 einer dreistufigen Verdichtereinheit- die drei Stufen der Verdichtereinheit sind mit V1, V2 sowie V3 bezeichnet-eine Stickstoff-enthaltende, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion zugeführt. Diese kann sich aus beliebigen, innerhalb des jeweiligen Verflüssigungsverfahrens anfallenden Stickstoff-enthaltenden, Kohlenwasserstoff-reichen Strömen, beispielsweise aus einem Stickstoff-Stripper, Boil-off-Gas, etc., zusammensetzen. Der Stickstoff-enthaltenden, Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion kann über Leitung 2 zumindest zeitweilig ein Stickstoff-reicher Strom-auf den im Folgenden noch näher eingegangen werden wird - zugemischt werden.

Die Stickstoff-enthaltende, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion, der gegebenenfalls der über Leitung 2 herbeigeführte Stickstoff-reiche Strom zugemischt wurde, wird bei geringfügig überatmosphärischem Druck über Leitung 3 der ersten Verdichterstufe V1 zugeführt. Nach erfolgter Verdichtung wird diese Fraktion über Leitung 4 einem Nachkühler 1 zugeführt und in diesem abgekühlt. Diese Prozedur wiederholt sich nach der 2. und 3. Verdichterstufe V2 bzw. V3 in den entsprechenden Nachkühlern E2 bzw.

E3. Die über Leitung 6 aus der Verdichtereinheit abgezogene Stickstoff-enthaltende, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion weist bei einer Temperatur von 5 bis 40 °C einen Druck zwischen 35 und 65 bar auf.

Die aus der Verdichtereinheit abgezogene Stickstoff-enthaltende, Kohlenwasserstoff- reiche Fraktion wird nunmehr-wie im Folgenden in der Figur 2 dargestellt-im Wärmetauscher E4 gegen den hochreinen Stickstoff-Strom, der dem Wärmetauscher E4 über Leitung 16 zugeführt wird und auf den im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, sowie erfindungsgemäß gegen einen Kältemittel (gemisch) strom x auf eine Temperatur zwischen-20 und-60 °C abgekühlt. Die in der Figur 2 dargestellten Wärmetauscher E4 bis E7 sind hierbei vorzugsweise als sog. Plattenwärmetauscher ausgebildet.

Die Stickstoff-enthaltende, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion wird anschließend über Leitung 8 einem weiteren Wärmetauscher E5 zugeführt und in diesem wiederum gegen den bereits erwähnten hochreinen Stickstoff-Strom in der Leitung 15 sowie einen weiteren Kältemittel (gemisch) strom y auf eine Temperatur zwischen-80 und-120 °C abgekühlt.

Sofern es sich bei dem Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes um ein Kältemittelgemischkreislaufkaskadenverfahren handelt, ist es zweckmäßig, für die Abkühlung der Stickstoff-enthaltenden, Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion diese im Wärmetauscher E4 gegen den Vorkühlungskreislauf x der Kältemittelgemischkreislaufkaskade und im Wärmetauscher E5 gegen den Unterkühlungskreislauf y der Kältemittelgemischkreislaufkaskade abzukühlen und partiell zu Icondensieren.

Anschließend wird die Stickstoff-enthaltende, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion über Leitung 9 dem Wärmetauscher E6 zugeführt, in diesem gegen einen Aufkocher, der aus der unteren Kolonne a der Doppelkolonne K über Leitung 11 abgezogen und dieser anschließend wieder aufgegeben wird, auf eine Temperatur von-120 bis-140 °C abgekühlt, bevor die Stickstoff-enthaltende, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion über Leitung 10 der unteren Kolonne a der Doppelkolonne K zugeführt wird. Die untere Kolonne a weist einen Arbeitsdruck von ca. 30 bar auf.

Aus dem Sumpf der unteren Kolonne a wird über Leitung 12 eine an Stickstoff abgereicherte, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion abgezogen und in dem bereits beschriebenen Wärmetauscher E5 auf eine Temperatur zwischen-155 und-160 °C abgekühlt, bevor diese Fraktion über Leitung 13 und Entspannungsventil 13'der oberen Kolonne b der Doppelkolonne K aufgegeben wird. Die obere Kolonne b weist einen Arbeitsdruck von ca. 2 bar auf.

Aus dem Kopfbereich der unteren Kolonne a der Doppelkolonne K wird über Leitung 14 eine an Stickstoff angereicherte, Kohlenwasserstoff-reiche Flüssig-oder ggf.

Gasfraktion abgezogen, im Wärmetauscher E7 abgekühlt, dabei ggf. partiell kondensiert und als Rücklauf auf den Kopf der oberen Kolonne b der Doppelkolonne K gegeben.

Am Kopf der oberen Kolonne b der Doppelkolonne K wird über Leitung 15 die bereits erwähnte hochreine Stickstoff-Gasfraktion, die einen Kohlenwasserstoffrestgehalt von z. B. < 100 ppm und eine Temperatur von-190 °C aufweist, abgezogen. Diese Gasfraktion wird zunächst im Wärmetauscher E7 angewärmt und anschließend den bereits beschriebenen Wärmetauschern E4 und E5 zugeführt und in diesen gegen die Stickstoff-enthaltende, Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion, die der Doppelkolonne K zur Auftrennung zugeführt wird, angewärmt.

Die angewärmte hochreine Stickstoff-Gasfraktion kann über Leitung 17 an die Atmosphäre abgegeben werden. Auch kann-wie bereits beschrieben-über Leitung 2 ein Teilstrom dieser Gasfraktion vor die Verdichterstation V1 bis V3 zurückgeführt werden.

Diese Verfahrensführung dient dazu, den Stickstoffgehalt der der Verdichterstation V1 bis V3 zugeführten Gasfraktion über einer gewünschten oder benötigten Mindestkonzentration von bspw. 15 % zu halten. Würde diese Mindestkonzentration unterschritten, könnte die gewünschte Stickstoff-Reinheit in dem an die Atmosphäre abgegebenen Stromes ohne einen zusätzlichen Vortrennschritt nicht erreicht werden.

Zudem wird der Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinfacht und stabilisiert, da die Schwankungen in der der Verdichterstation V1 bis V3 zugeführten Gasfraktion hinsichtlich des Stickstoffgehaltes minimiert werden können. Dies ist jedoch nur zu Lasten eines höheren Energieverbrauches möglich.

Über einen Seitenabzug (Leitung 18) wird aus dem unteren Bereich der oberen Kolonne b der Doppelkolonne K eine Methan-reiche Flüssigfraktion abgezogen, die beispielsweise einer Stickstoff-Stripp-Kolonne-die bspw. in einem LNG-Prozess integriert ist-zugeführt werden kann. Dies kann entweder mittels Gravitation oder durch Pumpen der Flüssigkeit erfolgen. Die Methan-reiche Flüssigfraktion weist- entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung-vorzugsweise einen Stickstoffgehalt von maximal 5 Vol.-% auf.

Wurde bisher für die Abkühlung des zu zerlegenden Stickstoff-enthaltenden, Kohlenwasserstoff-reichen Stromes im Regelfall der abgetrennte Kohlenwasserstoff- reiche Strom (bspw. der Methan-Strom) angewärmt und dabei wieder verdampft, so erfolgt die Kältebereitstellung nunmehr erfindungsgemäß durch die beiden Kältemittelkreisläufe bzw. Kältemittelgemischkreisläufe x und y. Abhängig von dem jeweils realisierten Verflüssigungsverfahren des Kohlenwasserstoff-reichen Stromes kann die Abkühlung und partielle Kondensation des aufzutrennenden Stickstoff- enthaltenden, Kohlenwasserstoff-reichen Stromes selbstverständlich auch gegen lediglich einen Kältemittelstrom oder Kältemittelgemischstrom erfolgen. Dadurch kann der Kohlenwasserstoff-reiche Strom in flüssiger Form (siehe Seitenabzug über Leitung 18) aus dem Prozess bzw. der Anlage abgezogen werden.