CN106190379B - 液化天然气的制造装置以及液化天然气的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造装置以及使用该制造装置的制造方法，该制造装置是用于使用来自由焦炉气合成的合成天然气的原料气体来制造液化天然气的装置，包括：冷却机构，其用于冷却原料气体直至原料气体的至少一部分液化；精馏塔，其用于对至少一部分在冷却机构的作用下液化的原料气体进行精馏；冷凝器，其将液氮作为制冷剂，冷却从精馏塔的塔顶部蒸馏出的蒸馏气体而使其一部分液化，并排出剩余的气体，并且用于使产生的液化成分返回至所述精馏塔；以及控制机构，其用于控制在精馏塔中进行精馏时的冷凝器内的制冷剂的液面位置。

Description

液化天然气的制造装置以及液化天然气的制造方法
技术领域
本发明涉及将由焦炉气合成的合成天然气用作原料气体的液化天然气的制造装置以及制造方法。
背景技术
从地下天然产出的天然气的主要成分是甲烷，天然气是碳数为1～6的烃的混合气体，通常，其甲烷浓度为约85～95vol％。
合成天然气〔SNG；synthetic natural gas，也被称作代替天然气(substitutenatural gas)。〕是以液化石油气、石脑油、煤、焦炉气(COG；coke oven gas)等为原料而合成的、主要成分为甲烷的气体，通常，经过水蒸气改质、甲烷合成等处理而合成。COG是指，在煤的干馏时从焦炉中排出的气体。
在COG中含有甲烷(约30～33vol％)、氢气(约50～54vol％)、一氧化碳(约6～8vol％)以及氮气等，在从COG合成SNG的情况下，进行由下述式表示的甲烷合成反应：
CO+3H2→CH4+H2O
由此，由于在COG中包含的一氧化碳和氢气转换为甲烷和水，因此能够得到甲烷含有量比COG高的SNG。SNG的甲烷含有量虽然也基于COG的甲烷含有量，但是例如能够在大约40～80vol％的范围内，通常在大约60～80vol％的范围内。
COG大多在产生该COG的工厂内被用作燃料，然而，在世界范围内，不利用该COG而向大气中扩散的情况也颇多，现状是其回收利用率不高。对扩散的COG进行回收利用这一点，对于抑制全球气候变暖以及节约资源是极为有效的。
COG的回收利用方法之一，是向上述的SNG的转换及其利用。然而，由COG合成的SNG与天然气相比，由于含有较多的氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、水这样的副成分，因此，即便考虑将其作为能源进行利用或作为产品在市场流通，也优选去除这些副成分而提高热值。
另外，不以气体状态处理SNG，而将其液化而作为液化天然气(LNG；liquefiednatural gas)进行处理，这是因为能够将体积减少至约1/600，在向未设置输油管的地域的运输、海上运输、大量储藏等方面极为有利。
作为与本发明相关的专利文献，具有接下来的日本特开2013-036676号公报(专利文献1)、日本特开2009-052876号公报(专利文献2)以及中国专利第102277215号(专利文献3)。
专利文献1涉及将天然产出的天然气液化而成的LNG，并公开了如下技术：利用精馏来去除LNG罐内的LNG的一部分蒸发而产生的闪蒸汽(BOG)中的氮气。但是，该技术涉及将氮气分离去除并将气体状态的天然气作为产品取出的方法，并非用于制造去除氮气后的LNG。
专利文献2也涉及将天然产出的天然气液化而成的LNG。该文献公开了如下技术：对LNG中的氮气进行蒸馏而去除氮气并取出精制后的LNG。但是，该技术并不涉及从气体状态的原料气体中去除氮气的方法。
专利文献3涉及将由COG合成的SNG作为原料气体、通过对其进行精馏来去除氮气以及氢气而制造LNG的方法以及装置。然而，对于作为原料气体的SNG的流量、组成发生变动的情况没有任何考虑。在没有进行上述那样的考虑的情况下，可能导致副成分的去除变得不充分，对制造的LNG的纯度造成不良影响。
发明内容
本发明是鉴于以上情况而完成的，其目的在于提供能够在以由COG合成的SNG为原料的LNG的制造中获得高纯度的LNG的制造装置以及制造方法。
本发明提供以下所示的液化天然气(LNG)的制造装置以及液化天然气的制造方法。
[1]一种的液化天然气的制造装置，其使用来自由焦炉气合成的合成天然气的原料气体来制造液化天然气，其中，
所述液化天然气的制造装置包括：
冷却机构，其用于冷却所述原料气体，直至所述原料气体的至少一部分液化；
精馏塔，其用于对至少一部分在所述冷却机构的作用下液化的原料气体进行精馏；
冷凝器，其将液氮作为制冷剂，冷却从所述精馏塔的塔顶部蒸馏出的蒸馏气体而使其一部分液化，并排出剩余的气体，并且使产生的液化成分返回至所述精馏塔；以及
控制机构，其用于控制在所述精馏塔中进行精馏时的所述冷凝器内的所述制冷剂的液面位置。
[2]根据[1]所记载的制造装置，其中，在所述精馏塔内进行精馏的期间中，所述控制机构控制向所述冷凝器导入的所述制冷剂的流量，使得所述制冷剂的液面位置为恒定。
[3]根据[1]或者[2]所记载的制造装置，其中，在所述冷却机构与所述精馏塔之间还包括减压机构，该减压机构用于对至少一部分液化后的所述原料气体进行减压。
[4]根据[1]～[3]中任一者所记载的制造装置，其中，在所述冷却机构与所述精馏塔之间还包括气液分离器，该气液分离器用于将至少一部分液化后的所述原料气体分离为气体成分和液体成分。
[5]根据[1]～[4]中任一者所记载的制造装置，其中，在所述精馏塔的塔中部具有所述原料气体的导入口。
[6]根据[1]～[5]中任一者所记载的制造装置，其中，所述制造装置还包括用于从所述合成天然气中去除二氧化碳以及/或者水的预处理塔。
[7]根据[1]～[6]中任一者所记载的制造装置，其中，所述冷却机构包括热交换器，该热交换器用于进行因所述液氮的气化而产生的氮气以及所述剩余的气体中的至少任一方与所述原料气体之间的热交换。
[8]根据[1]～[7]中任一者所记载的制造装置，其中，所述制造装置还包括用于制造作为所述制冷剂的液氮并将其向所述冷凝器供给的液氮供给系统。
[9]根据[8]所记载的制造装置，其中，
所述液氮供给系统包括：
液氮制造装置，其使用氮气来制造液氮；
罐，其与所述液氮制造装置以及所述冷凝器连接，且用于保持制造出的液氮；
蒸发器，其用于使从所述罐朝向所述冷凝器送出的液氮的一部分气化；以及
流路，其用于使因所述蒸发器所造成的气化而生成的氮气返回至所述液氮制造装置。
[10]一种液化天然气的制造方法，在该制造方法中，使用来自由焦炉气合成的合成天然气的原料气体来制造液化天然气，其中，
所述制造方法包括：
冷却工序，在该冷却工序中，冷却所述原料气体，直至所述原料气体的至少一部分液化；以及
精馏工序，在该精馏工序中，将至少一部分液化后的原料气体导入精馏塔并对其进行精馏，
在所述精馏塔上附属设置有冷凝器，该冷凝器将液氮作为制冷剂，冷却从所述精馏塔的塔顶部蒸馏出的蒸馏气体而使其一部分液化，并排出剩余的气体，并且使产生的液化成分返回至所述精馏塔，
所述精馏工序包括控制所述冷凝器内的所述制冷剂的液面位置的控制工序。
[11]根据[10]所记载的制造方法，其中，所述控制工序包括：控制向所述冷凝器导入的所述制冷剂的流量，使得所述制冷剂的液面位置为恒定的步骤。
[12]根据[10]或者[11]所记载的制造方法，其中，在所述冷却工序与所述精馏工序之间还包括减压工序，在该减压工序中，对至少一部分液化后的所述原料气体进行减压。
[13]根据[10]～[12]中任一者所记载的制造方法，其中，在所述冷却工序与所述精馏工序之间还包括气液分离工序，在该气液分离工序中，将至少一部分液化后的所述原料气体分离为气体成分和液体成分。
[14]根据[10]～[13]中任一者所记载的制造方法，其中，所述原料气体被从所述精馏塔的塔中部导入到所述精馏塔。
[15]根据[10]～[14]中任一者所记载的制造方法，其中，所述制造方法还具备从所述合成天然气中去除二氧化碳以及/或者水的预处理工序。
[16]根据[10]～[15]中任一者所记载的制造方法，其中，所述冷却工序包括热交换工序，在该热交换工序中，进行因所述液氮的气化而产生的氮气以及所述剩余的气体中的至少任一方与所述原料气体之间的热交换。
[17]根据[10]～[16]中任一者所记载的制造方法，其中，所述控制工序包括液氮供给工序，在该液氮供给工序中，从用于制造作为所述制冷剂的液氮并将其向所述冷凝器供给的液氮供给系统向所述冷凝器供给液氮。
[18]根据[17]所记载的制造方法，其中，所述液氮供给工序包括：将由所述液氮供给系统制造出的液氮的一部分向所述冷凝器供给，并且使剩余的液氮气化而作为液氮制造用的原料进行再利用的步骤。
根据本发明，在以由COG合成的SNG为原料的LNG的制造过程中，能够获得高纯度的LNG。
附图说明
图1是示出本发明所涉及的LNG的制造装置的简要结构的一例的流程图。
图2是示出控制冷凝器内的制冷剂的液面位置的方法以及为此设置的控制机构的例子的图。
图3是示出本发明所涉及的LNG的制造装置的简要结构的另一例的流程图。
具体实施方式
以下，示出实施方式而详细地说明本发明所涉及的LNG的制造装置以及制造方法，但本发明并不局限于以下的实施方式。
本发明涉及利用来自由焦炉气(COG)合成的合成天然气(SNG)的原料气体来制造液化天然气(LNG)的装置以及方法，该方法包括以下的工序：
冷却工序，在该冷却工序中，冷却原料气体，直至原料气体的至少一部分液化；以及
精馏工序，在该精馏工序中，将至少一部分液化后的原料气体导入精馏塔并对其进行精馏。
在精馏塔上附属设置有冷凝器，该冷凝器以液氮为制冷剂，用于冷却从该塔顶部蒸馏出的蒸馏气体而使其一部分液化，并排出剩余的气体，并且使生成的液化成分返回至精馏塔。而且，上述精馏工序包括控制冷凝器内的制冷剂的液面位置的控制工序。
图1是示出本发明所涉及的LNG的制造装置的简要结构的一例的流程图，示出了适于实施上述本发明所涉及的制造方法的制造装置的一例。图中的箭头表示气体或者液体的流动。图1所示的制造装置包括：作为用于冷却原料气体的冷却机构的主热交换器1；在塔底部具有再沸器2a且用于对原料气体进行精馏的精馏塔2；配置在精馏塔2的塔顶部上且用于使从塔顶部蒸馏出的蒸馏气体回流的冷凝器3；作为配置在主热交换器1与精馏塔2之间(即，主热交换器1的下游侧且精馏塔2的上游侧)且用于对原料气体进行减压的减压机构的第一减压阀4；以及设置在用于将作为冷凝器用制冷剂的液氮直接导入冷凝器3内的流路(配管)40上的第二减压阀5。
在图1中虽未图示，在冷凝器3上附属设置有用于检测以及调整制冷剂(液氮)在冷凝器3内的液面位置的控制机构(液面位置控制部)(参照图2)。图1所示的第二减压阀5是该液面位置控制部的构成要素之一。
(1)冷却工序
首先，对供冷却工序使用的原料气体进行说明，如上述那样，原料气体是来自由COG合成的SNG的气体。如上述那样，SNG通过COG的甲烷合成反应来获得。SNG的气体组成取决于COG的气体组成、甲烷合成反应的条件，例如为甲烷约40～约80vol％(例如约60～约80vol％)/氢气约15～约55vol％(例如约15～约30vol％)/一氧化碳约50～约200volppm/二氧化碳约10～约100volppm/氮气约5～45vol％(例如约5～约15vol％)的范围。若举出典型的一例，则为甲烷约73vol％/氢气约18vol％/一氧化碳约50volppm/二氧化碳约50volppm/氮气约9vol％。SNG通常在含有上述气体之外还包含水。水的含有量通常为SNG的温度以及压力下的饱和水分浓度。
供冷却工序使用的原料气体可以是SNG本身，也可以是对SNG实施精制处理那样的预处理而成的气体。在SNG所含的二氧化碳以及/或者水的量比较多的情况下，从防止因在冷却工序中使二氧化碳以及/或者水凝固而导致配管阻塞的观点出发，优选在冷却工序之前进行去除二氧化碳以及/或者水的预处理工序。在进行预处理工序的情况下，在作为冷却机构的主热交换器1之前(上游侧)设置预处理塔即可。预处理塔例如可以是填充有沸石等吸附剂的吸附塔。对SNG实施所述吸附处理而获得的原料气体的组成除了降低二氧化碳以及/或者水的含有量以外，通常与SNG相同或者大致相同。
供冷却工序使用的原料气体的温度并没有特别地限制，例如可以是0～50℃左右(例如环境温度)。冷却工序中的原料气体的压力是使原料气体的至少一部分液化的程度的压力，典型的一例为约1MPaG。
冷却工序后的原料气体的温度(导入到精馏塔的原料气体的温度)只要是使原料气体的至少一部分液化的程度的温度即可，并没有特别地限制，典型的一例为，例如在原料气体的压力为1MPaG的情况下，约-137℃。
在冷却工序中，可以是通过一次冷却操作而冷却至所希望的温度，也可以分为多次冷却操作而冷却至所希望的温度。在图1所示的制造装置中，通过使原料气体穿过流路10首先导入主热交换器1，由此来进行第一级的冷却，继续穿过流路10而导入到位于精馏塔2的塔底部的再沸器2a，由此来进行第二级的冷却，接着穿过流路20而再次导入主热交换器1，由此来进行第三级的冷却。通过将未达到所希望的冷却温度的原料气体导入再沸器2a，能够将原料气体自身用作精馏操作用的热源，并且能够进一步冷却原料气体。例如举出原料气体的压力为约1MPaG的情况下的典型的一例，原料气体通过由主热交换器1进行的第一级的冷却而被冷却至-126℃，通过在再沸器2a中的第二级的冷却而被冷却至-134℃，通过由主热交换器1进行的第三级的冷却而被冷却至-137℃。由此，原料气体的一部分被液化。
冷却工序后的一部分被液化的原料气体在精馏工序中被导入精馏塔2而被精馏，但是优选在导入精馏塔2的近前位置调节为精馏时的压力。通常，由于精馏时的压力小于冷却工序的压力，因此上述调节通常为减压操作。作为减压机构，可以使用图1所示那样的减压阀(第一减压阀4)。减压机构配置在主热交换器1与精馏塔2之间(即，主热交换器1的下游侧且精馏塔2的上游侧)，更具体来说，配置在精馏塔2的近前附近。换言之，使用有减压机构的、至少一部分被液化后的原料气体的减压操作在冷却工序与精馏工序之间实施。
另外，也可以在主热交换器1与精馏塔2之间，更具体来说，在精馏塔2的近前附近设置气液分离器(未图示)，将冷却工序后的至少一部分被液化的原料气体分离为气体成分和液体成分。在冷却工序与精馏工序之间实施将原料气体分离为气体成分和液体成分的气液分离工序，并将气体成分和液体成分分别导入到精馏塔2，由此能够提高精馏的精制分离效率，并且能够提高通过精馏而从塔底部取出的产品LNG的纯度的稳定性。
关于减压工序与气液分离工序之间的顺序，优选在实施了减压工序之后实施气液分离工序。当在减压工序前实施气液分离工序时，分离出的液体在减压工序中一部分气体化，以该状态导入精馏塔2，因此可能无法充分获得提高精制分离效率这一效果。
(2)精馏工序
本工序是将至少一部分被液化后的原料气体导入精馏塔2并通过再沸器2a的加热来实施精馏的工序。从提高精馏的精制分离效率的观点出发，如图1所示，原料气体向精馏塔2的导入优选为，在塔中部设置原料气体的导入口，并从塔中部进行上述导入。精馏时的精馏塔2内的压力的典型的一例为约0.45MPaG。
通过精馏，作为副成分的氢气(大气压下的沸点：-252.9℃)、一氧化碳(大气压下的沸点：-191.3℃)以及氮气(大气压下的沸点：-195.8℃)因沸点差而与甲烷(大气压下的沸点：-161.5℃)分离，以作为高沸点成分的甲烷为主要成分的LNG从精馏塔2的塔底部穿过流路60而被取出。根据本发明，即便在SNG以及原料气体的流量、组成发生变动的情况下，也能够将精馏的高精制分离效率保持为恒定，由此，能够稳定地制造甲烷纯度高的LNG。根据本发明，可能制造出甲烷纯度为99.7vol％以上、进而为99.8vol％、进而为99.9vol％以上的LNG。另外，根据本发明，也可以使由下述式定义的甲烷回收率为97vol％以上、进而为98vol％以上：
甲烷回收率(vol％)＝(产品LNG中的甲烷体积/原料气体中的甲烷体积)×100。
从塔底部取出的LNG通常被冷却，并且减压至小于精馏塔2内的压力而成为产品LNG。产品LNG的温度的典型的一例为约-161℃。产品LNG的压力的典型的一例为约0.3MPaG。如图1所示，从塔底部取出的LNG的冷却也可以通过如下方式来进行：使LNG穿过流路60而导入主热交换器1。
另一方面，在精馏期间，从精馏塔2的塔顶部穿过流路30而蒸馏出的蒸馏气体是含有较多的作为副成分的氢气、一氧化碳以及氮气并且含有少量的甲烷的气体。以沸点比甲烷低的氢气、一氧化碳以及氮气为主要成分的该蒸馏气体在附属设置于精馏塔2的冷凝器3中与作为制冷剂的液氮3a进行热交换而被冷却，其一部分液化。该液化成分穿过流路31而返回至精馏塔2的塔顶部，从而进行回流操作。蒸馏气体的剩余部分、即未液化的气体成分是上述副成分的浓度比蒸馏气体高的成分。该气体成分穿过流路32而从冷凝器3排出、送出。
穿过流路32而从冷凝器3排出的该气体成分可以被用作制冷剂，如图1所示，可以适宜地用作用于冷却原料气体的、进而用于冷却从塔底部取出的LNG的主热交换器1用的制冷剂。在将该气体成分用作冷却原料气体的主热交换器1用的制冷剂的情况下，上述的冷却工序包括进行该气体成分与原料气体之间的热交换的热交换工序。作为制冷剂而被利用后的该气体成分在例如升温至常温之后，作为废气而被回收、或者被释放。废气中的甲烷浓度例如为3vol％左右。
在精馏期间，冷凝器3内的作为制冷剂的液氮3a通过与蒸馏气体之间的热交换而被升温，因此其一部分气化。因气化而产生的氮气穿过流路50而从冷凝器3排出。该氮气也可以用作制冷剂，如图1所示，可以适宜地用作用于冷却原料气体的、进而用于冷却从塔底部取出的LNG的主热交换器1用的制冷剂。在将该氮气用作用于冷却原料气体的主热交换器1用的制冷剂的情况下，上述的冷却工序包括进行该氮气与原料气体之间的热交换的热交换工序。作为制冷剂而被利用后的该氮气在例如升温至常温之后，被回收或者被释放。
在精馏期间，作为制冷剂的液氮3a，作为典型连续地穿过流路40而被导入到冷凝器3内。液氮3a的导入经由作为减压机构的第二减压阀5而进行。通过由第二减压阀5来进行的压力调整，能够控制导入到冷凝器3内的液氮3a的流量。
在本发明中，精馏工序包括控制冷凝器3内的液氮3a的液面位置的控制工序。该控制工序可以通过在冷凝器3上设置用于控制该液面位置的控制机构(控制部)来实施。
参照图2对使用了上述控制机构的液面位置的控制方法进行说明。控制机构可以由上述的作为减压机构的第二减压阀5、与第二减压阀5以及冷凝器3连接的液面位置检测调整计6构成。液面位置检测调整计6对冷凝器3内的液氮3a的液面位置进行检测，并且基于该检测结果来调整第二减压阀5的开度。
在精馏期间，优选利用控制机构来控制导入到冷凝器3的液氮3a的流量，使得冷凝器3内的液氮3a的液面位置恒定或者大致恒定。该流量的控制通过基于液面位置检测调整计6的检测结果的第二减压阀5的开度调整来进行。
参照图2进行更具体的说明，在由液面位置检测调整计6检测出的液氮3a的液面位置PV比预先确定好的设定液面位置SV低的情况下，液面位置检测调整计6增大第二减压阀5的开度，由此使液氮3a的导入流量增大而使液面位置PV与设定液面位置SV一致、或者几乎一致〔图2(a)〕。另一方面，在液面位置PV比设定液面位置SV高的情况下，液面位置检测调整计6减小第二减压阀5的开度，由此使液氮3a的导入流量减少而使液面位置PV与设定液面位置SV一致、或者几乎一致〔图2(b)〕。在液面位置PV与设定液面位置SV一致、或者几乎一致的情况下，液面位置检测调整计6不使第二减压阀5的开度发生变化。
尤其是如图1以及图2所示，通过采用使液氮3a经由第二减压阀5直接导入冷凝器3的方法，能够提高以上那样的液面位置的控制性。与此相对地，如专利文献3所记载的方法那样，在将循环的氮气用作制冷剂的情况下，液面位置的控制并不容易。
基于液面位置检测调整计6的液面位置PV的检测以及第二减压阀5的控制可以断续地进行，也可以连续地进行。另外，不一定需要控制为液面位置PV与设定液面位置SV完全一致，也可以在液面位置PV相对于设定液面位置SV收敛于一定程度的范围内的情况下，判断为液面位置PV维持为恒定。在该情况下，上述一定程度的范围内可以是设定液面位置SV中的距离冷凝器3底面的高度的±10％的范围内，优选为±5％的范围内。
设定液面位置SV预先被设定为使冷凝器3所具有的热交换器能够发挥足够高的热交换能力那样的位置。设定液面位置SV通常被设定在比上述热交换器的上表面靠下方的位置。
通过使用上述那样的控制机构(通过设置控制工序)，即便在SNG、以及原料气体的流量、组成发生变动的情况下，不进行其他特别的操作也能够将精馏的高精制分离效率保持为恒定，由此，能够稳定地制造甲烷纯度高的LNG。例如，在原料气体的流量、甲烷浓度上升的情况下，导入到冷凝器3的蒸馏气体的流量也变大，与此相伴地，冷凝器3内的液氮3a的消耗量也增大，但通过使液氮3a的液面位置恒定的控制，能够将冷凝器3的冷却能力保持为恒定，因此能够将精制分离效率维持为恒定。需要说明的是，当导入到冷凝器3的蒸馏气体的流量变大时，返回至精馏塔2的塔顶部的液化成分量也变多，因此从精馏塔2的塔底部取出的LNG量也变多。
通过将液氮3a的液面位置保持为恒定，能够抑制过度量的液氮3a的使用，因此对于减少精馏所需要的能量也是有利的。另外，如上述那样，当对从塔底部取出的LNG进行冷却时，在主热交换器1中，若采用与因液氮3a的气化而产生的氮气以及/或者废气进行热交换的结构，能够实现与压力比LNG低的气体之间的热交换，因此即便在主热交换器1内产生泄露的情况下，也不会向产品LNG侧混入杂质，能够维持产品LNG的高品质。与此相对地，如专利文献3所记载的方法那样，在使LNG与高压的氮气进行热交换的情况下，容易产生上述的混入。
由以上的说明可知，控制工序包括将作为制冷剂的液氮3a典型地连续地向冷凝器3供给的液氮供给工序。液氮3a例如能够从储藏预先制造出的液氮并且与流路40连接的液氮储藏罐进行供给。或者，也可以作为LNG制造装置的一部分而设置用于制造液氮并将其向冷凝器3供给的液氮供给系统(液氮供给设备)，由此来进行液氮3a的制造供给，并且连续制造LNG。图3示出能够实施后者的制造方法的LNG制造装置的优选的一例。
图3所示的LNG制造装置是能够一边进行液氮3a的制造供给一边连续制造LNG的装置，在图1所示的LNG制造装置中附加有用于制造液氮3a并将其向冷凝器3供给的液氮供给系统100。液氮供给系统100包括：用于制造液氮的液氮制造装置110；与液氮制造装置110以及冷凝器3连接且用于保持制造出的液氮的罐120；用于使从罐120朝向冷凝器3送出的液氮的一部分气体化的蒸发器130；用于使因基于蒸发器130的气体化而生成的氮气返回至液氮制造装置110的流路(配管)80。
图3所示的LNG制造装置在以下方面是有利的。如上所述，导入到冷凝器3内的液氮3a的流量的控制(用于使液面位置恒定或者大致恒定的控制)基本可以通过第二减压阀5的开度调整来进行，例如当原料气体的流量、甲烷浓度上升时，即便将第二减压阀5的开度全开，也可能因液氮的制造能力而无法将能够使冷凝器3内的液氮3a的液面位置保持恒定或者大致恒定的程度下的足够流量的液氮向冷凝器3供给。另外，例如当原料气体的流量、甲烷浓度上升时，需要与之相应地调节液氮制造装置的设定并增加液氮制造量时，在进行设定变更后，由于在液氮制造量达到规定量为止需要一定程度的时间，因此在到达规定量之前，可能无法将能够使冷凝器3内的液氮3a的液面位置保持恒定或者大致恒定的程度下的足够流量的液氮向冷凝器3供给。
根据图3所示的LNG制造装置，能够消除以上那样的担心。即，在图3所示的LNG制造装置中，液氮制造装置110能够以根据假定的原料气体的流量、组成的变动能够把握的、比为了使液氮3a的液面位置恒定或者大致恒定所需的液氮供给流量的最大值大的流量来制造液氮。由此，即便在所需的液氮供给流量达到最大值的情况下，也不存在上述的担心，能够毫无迟滞地将需要量的液氮向冷凝器3供给。
另一方面，在需要的液氮供给流量未达到最大值之前，液氮制造量相对于必要供给量而变得过剩，但根据图3所示的LNG制造装置，该过剩量不向冷凝器3供给而在蒸发器130中气化，可以作为液氮制造用的原料进行再利用。具体来说，液氮供给系统100具有将保持液氮的罐120和冷凝器3(更具体来说为流路40)连接起来的流路70、以及从流路70分支的流路80，在流路80上设有蒸发器130。因基于蒸发器130的气化而生成的氮气借助流路80而返回至液氮制造装置110的入口侧(原料导入侧)，并且作为液氮制造用的原料进行再利用。通过调整因蒸发器130而气化的液氮的量，能够控制向冷凝器3供给的液氮量。
液氮制造装置110可以是使用氮气来制造液氮的装置。液氮制造装置110构成为例如包括以下的装置(机构)。
1)用于使原料的氮气升压的第一升压机构(循环氮气压缩机等)。由此，原料的氮气首先升压至例如约0.3MPaG～约0.5MPaG左右。
2)用于使在上述1)中升压后的氮气升压的第二升压机构(循环氮气压缩机等)。利用该升压机构，氮气被进一步升压至约3MPaG。
3)用于将在上述2)中升压后的氮气冷却至常温程度的冷却机构(后冷却器)以及与其连续的第三升压机构(涡轮压缩机等)。利用该升压机构，氮气被进一步升压至约4.5MPaG。
4)用于对在上述3)中升压后的高压氮气进行冷却的冷却机构(后冷却器)以及与其连续的用于对高压氮气进一步冷却的(优选设置在冷芯盒内的)液化热交换器。
5)用于使供给至液化热交换器的高压氮气的一部分、即通过液化热交换器后的高压氮气膨胀的高温涡轮。供给至高温涡轮的高压氮气因膨胀而产生冷能，用作液化热交换器的制冷剂。
6)用于使供给至液化热交换器的高压氮气的另一部分、即通过液化热交换器后的高压氮气〔在液化热交换器中的热交换时间比上述5)中的高压氮气长，因此温度更低〕膨胀的低温涡轮。向低温涡轮供给的高压氮气膨胀至约0.5MPaG，此时，产生冷能。在向低温涡轮供给之后，该高压氮气向上述的罐120(液化闪蒸罐)供给。向液化热交换器供给的高压氮气的剩余部分通过在液化热交换器中进行比上述5)以及6)中的高压氮气时间长的热交换而液化，接着，减压至约0.5MPaG左右，一部分气化。之后，以气液混合状态向上述的罐120供给，并在该罐内被气液分离。该罐内的氮气可以用作液化热交换器的制冷剂。
向液氮制造装置110供给的原料的氮气，如上所述，可以包括因基于蒸发器130的气化而生成的氮气。此外，可以包括用作液化热交换器的制冷剂的热交换后的氮气、因基于冷凝器3中的热交换的液氮3a的气化而产生的氮气(优选用作主热交换器1的制冷剂，参照图3，能够穿过流路51而导入液氮制造装置110)以及非再利用品的新氮气中的1种或者2种以上。
例：
以下，示出实施例而更具体地说明本发明，但本发明并不被这些例子限定。
＜实施例1～3＞
通过模拟来计算出根据由具有表1所示的流量、压力(冷却工序中的压力)以及组成的甲烷、氢气、一氧化碳以及氮气构成的原料气体，使用图1以及图2所示的制造装置来制造产品LNG时的该产品LNG的流量、甲烷纯度以及甲烷回收率。表1示出该结果。模拟是通过如下所述地设定各种LNG制造条件而进行的。在实施例1～3中，设定液面位置SV为相同的位置，并且在各实施例中的模拟中，液面位置PV为在精馏期间始终与设定液面位置SV相同的位置。
·最先在主热交换器1冷却时的原料气体的冷却温度：-126℃
·基于再沸器的原料气体的冷却温度：-134℃
·再次在主热交换器1冷却时的原料气体的冷却温度：-137℃
·导入到精馏塔时的原料气体的压力：0.45MPaG
·精馏时的精馏塔内压力：0.45MPaG
·冷凝器3内的压力：0.35MPaG
·废气的甲烷浓度：3vol％
·在主热交换器1中冷却后的产品LNG的温度：-161℃
·在主热交换器1中冷却后的产品LNG的压力：0.3MPaG
[表1]
Figure BDA0000722612920000151
实施例1与实施例2中，虽然原料气体的流量相同，但组成不同。实施例3相对于实施例1以及2而言，原料气体的流量为一半，并且组成也不同。然而，在实施例1～3中的任一条件下，甲烷纯度均超过99.9vol％且恒定。另外，可以确认，在任一条件下，甲烷回收率均超过97vol％。

Claims (14)

1.一种液化天然气的制造装置，其使用来自由焦炉气合成的合成天然气的原料气体来制造液化天然气，其中，
所述液化天然气的制造装置包括：
冷却机构，其用于冷却所述原料气体，直至所述原料气体的至少一部分液化；
精馏塔，其用于对至少一部分在所述冷却机构的作用下液化的原料气体进行精馏；
冷凝器，其将液氮作为制冷剂，冷却从所述精馏塔的塔顶部蒸馏出的蒸馏气体而使其一部分液化，并排出剩余的气体，并且使产生的液化成分返回至所述精馏塔；
控制机构，其用于控制在所述精馏塔中进行精馏时的所述冷凝器内的所述制冷剂的液面位置；以及
液氮供给系统，其用于制造作为所述制冷剂的液氮并将其向所述冷凝器供给，
所述液氮供给系统包括：
液氮制造装置，其使用氮气来制造液氮；
罐，其与所述液氮制造装置以及所述冷凝器连接，用于保持制造出的液氮；
蒸发器，其用于使从所述罐朝向所述冷凝器送出的液氮的一部分气化；以及
流路，其用于使因所述蒸发器所造成的气化而生成的氮气返回至所述液氮制造装置。
2.根据权利要求1所述的液化天然气的制造装置，其中，
在所述精馏塔内进行精馏的期间中，所述控制机构控制向所述冷凝器导入的所述制冷剂的流量，使得所述制冷剂的液面位置为恒定。
3.根据权利要求1所述的液化天然气的制造装置，其中，
在所述冷却机构与所述精馏塔之间还包括减压机构，该减压机构用于对至少一部分液化后的所述原料气体进行减压。
4.根据权利要求1所述的液化天然气的制造装置，其中，
在所述冷却机构与所述精馏塔之间还包括气液分离器，该气液分离器用于将至少一部分液化后的所述原料气体分离为气体成分和液体成分。
5.根据权利要求1所述的液化天然气的制造装置，其中，
在所述精馏塔的塔中部具有所述原料气体的导入口。
6.根据权利要求1所述的液化天然气的制造装置，其中，
所述制造装置还包括用于从所述合成天然气中去除二氧化碳以及/或者水的预处理塔。
7.根据权利要求1所述的液化天然气的制造装置，其中，
所述冷却机构包括热交换器，该热交换器用于进行因所述液氮的气化而产生的氮气以及所述剩余的气体中的至少任一方与所述原料气体之间的热交换。
8.一种液化天然气的制造方法，在该制造方法中，使用来自由焦炉气合成的合成天然气的原料气体来制造液化天然气，其中，
所述液化天然气的制造方法包括：
冷却工序，在该冷却工序中，冷却所述原料气体，直至所述原料气体的至少一部分液化；以及
精馏工序，在该精馏工序中，将至少一部分液化后的原料气体导入精馏塔并对其进行精馏，
在所述精馏塔上附属设置有冷凝器，该冷凝器将液氮作为制冷剂，冷却从所述精馏塔的塔顶部蒸馏出的蒸馏气体而使其一部分液化，并排出剩余的气体，并且使产生的液化成分返回至所述精馏塔，
所述精馏工序包括控制所述冷凝器内的所述制冷剂的液面位置的控制工序，
所述控制工序包括液氮供给工序，在该液氮供给工序中，从用于制造作为所述制冷剂的液氮并将其向所述冷凝器供给的液氮供给系统向所述冷凝器供给液氮，
所述液氮供给工序包括：将由所述液氮供给系统制造出的液氮的一部分向所述冷凝器供给，并且使剩余的液氮气化而作为液氮制造用的原料进行再利用的步骤。
9.根据权利要求8所述的液化天然气的制造方法，其中，
所述控制工序包括：控制向所述冷凝器导入的所述制冷剂的流量，使得所述制冷剂的液面位置为恒定的步骤。
10.根据权利要求8所述的液化天然气的制造方法，其中，
在所述冷却工序与所述精馏工序之间还包括减压工序，在该减压工序中，对至少一部分液化后的所述原料气体进行减压。
11.根据权利要求8所述的液化天然气的制造方法，其中，
在所述冷却工序与所述精馏工序之间还包括气液分离工序，在该气液分离工序中，将至少一部分液化后的所述原料气体分离为气体成分和液体成分。
12.根据权利要求8所述的液化天然气的制造方法，其中，
所述原料气体被从所述精馏塔的塔中部导入到所述精馏塔。
13.根据权利要求8所述的液化天然气的制造方法，其中，
所述制造方法还具备从所述合成天然气中去除二氧化碳以及/或者水的预处理工序。
14.根据权利要求8所述的液化天然气的制造方法，其中，
所述冷却工序包括热交换工序，在该热交换工序中，进行因所述液氮的气化而产生的氮气以及所述剩余的气体中的至少任一方与所述原料气体之间的热交换。
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