JP4240999B2 - 液化天然ガスの分離装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタン、エタン、プロパン、ブタンを含有する液化天然ガスを沸点の異なる成分へと分離する分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常約―１６０℃の液体として貯蔵されている液化天然ガスから、沸点差を利用してメタン、エタン、プロパン、ブタン等を分離する方法としては、従来次のような技術が知られていた。
【０００３】
すなわち、図３に示すように、［特許文献１］では液化天然ガスを分留装置（蒸留塔）を用いて分留し、分留装置の塔頂からメタン、塔中段からエタン、さらに塔底からプロパン等を留出させる。
また、図４に示すように、［特許文献２］では気化器等によって液化天然ガスを所定の分離温度とすることでその一部を気化させて、圧力を高く維持した気液分離器によってメタンを主成分とする気相とメタンより重質の留分から成る液相とに分離し、得られた液相留分を都市ガスの熱量調整に使用する。
【０００４】
しかし、［特許文献１］では、一の分留装置にてメタン、エタン、プロパン等を留出させることから分留装置内の気液流量が多量となる。このため、分留装置に加える熱量を増大させて分留装置内の気液分離効率を高める必要があるところ、単に塔底に備えられた加熱器（リボイラー）の交換熱量を増大させると設備費が著しく高騰するため、［特許文献１］では次のような構成としている。
【０００５】
すなわち、分留装置に導入する液化天然ガスを分留装置塔頂から排出されるガスと熱交換して、液化天然ガスの一部を気化させた後に分留装置へと導入する。そうすると、液化天然ガスは熱交換器で加熱された後分留装置に導入されるから、分留装置に加える熱量が増大するため、気液分離効率を増加させることができる。
【０００６】
さらに、分留装置塔頂から排出されるガスは露点にあるため、熱交換器（コンデンサー）で液化天然ガスと熱交換して冷却されると、一部が凝縮して気液混相となる。このため、凝縮した液相成分を分留装置へ還流して再度塔内の気液分離に供することで、気液分離効率を増加させている。
【０００７】
このように、［特許文献１］は上述の如く構成されるため、塔頂から出るガスを熱交換するための熱交換器（コンデンサー）や、熱交換器（コンデンサー）で凝縮した凝縮液を分留装置へと還流させるためのポンプ、配管、コントロールバルブが必要であり、さらにこれらを凝縮液の温度レヴェル（約―１４０℃程度）に併せて低温設計しなくてはならないという問題がある。
【０００８】
また、［特許文献２］は温度を調整して気液混相とした天然ガスを単に気液分離器で分離させるから、一の温度条件における気液平衡によって低沸点成分と高沸点成分とを分離させるに過ぎず、複数の温度条件において気液平衡を実現させて低沸点成分と高沸点成分とを分離（いわゆる精留）することはできないので、低沸点成分と高沸点成分を純度高く分離させることは難しい。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１８６８８６号公報
【特許文献２】
特開平８−２６９４６８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、設備費をかけることなく簡易な設備で構成され、かつ、液化天然ガスを純度高く低沸点成分と高沸点成分とに分離する分離装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、メタン、エタン、プロパン、ブタンを含有する液化天然ガスを気化する気化手段と、前記気化手段によって気化された気化天然ガスと前記液化天然ガスを所定の温度になるように混合する混合手段と、前記混合手段によって混合された混合体を低沸点成分及び高沸点成分に分離する分離手段とを備えた液化天然ガスの分離装置において、前記分離手段は蒸留塔であって、前記気化手段も混合手段も経ない気化前の前記液化天然ガスを前記蒸留塔塔頂部から直接蒸留塔の気液接触部へ導入し塔頂部を冷却することを特徴とする。
【００１２】
本発明にかかる液化天然ガスの分離装置は、液化天然ガスと気化天然ガスとを所定の温度になるように混合した後に分離手段に導入すると同時に、液化天然ガスを蒸留塔塔頂部から直接導入することから、液化天然ガスと塔頂部から排出されるガスとを熱交換するための熱交換器（コンデンサー）は不要となる。
さらに本発明は、蒸留塔塔頂部が効果的に冷却されて低沸点成分を得ることができるので、熱交換器（コンデンサー）が不要となって塔頂ガスが凝縮することはなく、凝縮液を塔頂に返送する還流をも不要とすることができる。
さらに本発明は、蒸留塔内において複数の温度条件における気液平衡を実現させて、液化天然ガスを精留させることができる。
【００１３】
本発明は、メタン、エタン、プロパン、ブタンを含有する液化天然ガスを気化する気化手段と、前記気化手段によって気化された気化天然ガスと前記液化天然ガスを所定の温度になるように混合する混合手段と、前記混合手段によって混合された混合体を低沸点成分及び高沸点成分に分離する分離手段とを備えた液化天然ガスの分離装置において、前記分離手段は、前記混合体を気相および液相に分離する分離槽と、前記分離槽で分離された前記液相を低沸点成分及び高沸点成分にさらに分離するとともに、前記分離槽で分離された前記気相をその塔頂部内の間接冷却部に導入し塔頂部を冷却するように構成された蒸留塔とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る液化天然ガスの分離装置は、前記混合体を、分離槽で気相と液相に分離した後、その液相を蒸留塔で低沸点成分及び高沸点成分にさらに分離するので、蒸留塔内にて分離すべき気液の流量を減少させることができる。
さらに、前記分離槽で分離された気相を蒸留塔塔頂部から導入して、塔頂から排出するガスと熱交換させることで、塔頂部を冷却することができる。
さらに本発明は、蒸留塔内において複数の温度条件における気液平衡を実現させて、液化天然ガスを精留させることができる。
【００１５】
本発明は、前記蒸留塔は、脱メタン塔又は脱エタン塔であることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る液化天然ガスの分離装置で蒸留塔として脱メタン塔用いると、塔頂からはメタンが、塔底からはエタン、プロパン、ブタン等が留出されることと成る。また、蒸留塔として脱エタン塔を用いると、塔頂からはメタンおよびエタンが、塔底からはプロパン及びブタン等が留出されることとなる。
このように、本発明では、脱メタン塔または脱エタン塔を用いることで、発電用燃料等として用いられるメタン、都市ガスの熱量調整に用いられ重質高発熱量ガスであるエタン、プロパン、ブタンをニーズに合わせて適宜分離することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
［第１実施形態］
図１に本発明にかかる液化天然ガスの分離装置の一例を示す。
図１は液化天然ガスからメタン、エタン、プロパン及びブタンなどを精製する装置事例である。装置は主として気化器１００、混合器２００、脱メタン塔３００、リボイラー４００、および熱交換器５００からなる。
また、各流路内を流れる流体の温度、圧力、流量、組成は、各流路に付された番号に対応して表中に示した。
【００１９】
液化天然ガスは、貯蔵タンクから気化器１００に送られ、気化器１００によって常温に気化される。気化器１００としては、現在液化天然ガスを気化するために最も多く用いられている気化器、例えばオープンラック式気化器やサブマージ式気化器を適用することができる。
【００２０】
流路１を流れる液化天然ガスは、流路２を流れる気化天然ガスと混合器２００において混合される。流路１と流路２の混合比は、混合器２００の出口温度が―６０℃程度になるように比率調節計Ｒによって調整される。本実施の形態では、流路１の液化天然ガス１６Ｔｏｎ／Ｈｒと、流路２の気化天然ガス４８Ｔｏｎ／Ｈｒが混合されて、―６０℃に調整される。
【００２１】
流路３を流れる混合液は脱メタン塔３００中段へと導入され、塔頂からメタン富化ガスが、塔底からはエタン、プロパン、ブタンが留出する。
また、液化天然ガスは流路４へとさらに分流され、冷媒として、約１７Ｔｏｎ／Ｈｒにて脱メタン塔塔頂へ送られる。
【００２２】
脱メタン塔３００塔底からはエタン、プロパン、ブタンを主成分とする塔底液が留出し、熱交換器５００によって塔頂ガスで冷却される。約１５Ｔｏｎ／Ｈｒの塔底液は流路５を経て、ＬＰＧタンクに送られて熱量調整用として使用されたり、蒸留塔へ送られて、さらにエタン、プロパン、ブタン個々に分留される。
【００２３】
脱メタン塔塔頂から留出する塔頂ガスは、純度の高いほぼ純粋なメタン（濃度９９％）から成り、熱交換器で冷却された後、軽質燃料として発電所ボイラー等へ送られる。また、塔底から流出する塔底液は、エタン、プロパン、ブタンのみから成り、メタンを全く含有しない。よって、体積あたりの熱量が高い良質な熱量調整液として用いることができる。
【００２４】
現在液化天然ガスを気化するために最も多く用いられているオープンラック式気化器やサブマージ式気化器は、液化天然ガスを気相へと完全に気化させるもので、液化天然ガスの一部を気化させて混相とするための温度調整機能などは備えていない。
本実施の形態であれば、既存の気化器を改造したり新設したりすることなく、気化器に混合器を設置することで、新たな設備投資を行うことなく液化天然ガスを分離するための混合液の調整が可能となる。
【００２５】
また、液化天然ガスを脱メタン塔塔頂から導入するので、塔頂留分を凝縮して塔内へと返送する還流が不要となり、ポンプ、配管、コントロールバルブ等が不要となる。
【００２６】
［第２実施形態］
図２に、本発明にかかる液化天然ガスの分離装置の１例を示す。
図２は液化天然ガスからメタン、エタン、プロパン及びブタンなどを精製する装置事例である。装置は主として気化器１００、混合器２００、分離槽３１０、ＬＰＧ蒸留塔３２０、リボイラー４００、および熱交換器５００からなる。
【００２７】
また、各流路内を流れる流体の温度、圧力、流量、組成は、各流路に付された番号に対応して表中に示した。
【００２８】
液化天然ガスは、気化器１００により常温に気化される。流路１の分流された液化天然ガスと、流路２の気化天然ガスは混合器２００において混合される。流路１と流路２の混合比は、混合器２００の出口温度が―８４℃程度になるように比率調節計Ｒによって調整される。
調整された混合液は分離槽へ送られ流路３の約４６Ｔｏｎ／Ｈｒの分離ガスと流路４の約３５Ｔｏｎ／Ｈｒの分離液とに分離される。
【００２９】
分離槽で分離された流路４の分離液はＬＰＧ蒸留塔３２０へ送られ、メタン、エタンを主成分とする塔頂ガスとプロパン、ブタンを主成分とする塔底液とに分離される。流路５の塔底液約７Ｔｏｎ／Ｈｒは流路３の分離槽分離ガスと熱交換器５００により冷却され、ＬＰＧタンクへと送られる。ＬＰＧ蒸留塔塔頂ガスは流路３の分離槽分離ガスと混合され、軽質燃料として発電所ボイラー等へ送られる。
【００３０】
液化天然ガスを分離して、熱調用としての混合エタン、プロパン、ブタン富化ガスのみを使用する場合は、ＬＰＧ蒸留塔３２０を省略し、流路４からそのまま熱調用ガスとして都市ガスなどのガス導管へと混合することも可能である。
【００３１】
またエタン、プロパン、ブタンを高い回収率で生産したい場合は、流路１の分流液化天然ガスと流路２の気化器１００により常温に気化された液化天然ガスとを混合器２００で混合した後、分離槽３１０を省略し直接蒸留塔へ導入し、エタン、プロパン、ブタンを回収することも出来る。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は以下の特有の効果を奏する。
すなわち、本発明は、液化天然ガスを気化する気化手段と、前記気化手段によって気化された気化天然ガスと前記液化天然ガスを所定の温度になるように混合する混合手段と、前記混合手段によって混合された混合体を低沸点成分及び高沸点成分に分離する分離手段とを備えた液化天然ガスの分離装置において、前記分離手段は蒸留塔であって、前記気化手段も混合手段も経ない気化前の前記液化天然ガスを前記蒸留塔塔頂部から直接蒸留塔の気液接触部へ導入し塔頂部を冷却することとしたため、塔頂ガスを凝縮するための熱交換器（コンデンサー）が不要となるとともに、凝縮させた塔頂留分を蒸留塔へと返送する還流も不要となって、ポンプ、配管、コントロールバルブを削減することができるという格段の効果を奏する。
さらに本発明は、蒸留塔内において複数の温度条件における気液平衡を実現させて、液化天然ガスを精留させることができるので、液化天然ガスを純度の高い低沸点成分と高沸点成分とに分離することができる。
【００３３】
本発明は、メタン、エタン、プロパン、ブタンを含有する液化天然ガスを気化する気化手段と、前記気化手段によって気化された気化天然ガスと前記液化天然ガスを所定の温度になるように混合する混合手段と、前記混合手段によって混合された混合体を低沸点成分及び高沸点成分に分離する分離手段とを備えた液化天然ガスの分離装置において、前記分離手段は、前記混合体を気相および液相に分離する分離槽と、前記分離槽で分離された前記液相を低沸点成分及び高沸点成分にさらに分離するとともに、前記分離槽で分離された前記気相をその塔頂部内の間接冷却部に導入し塔頂部を冷却するように構成された蒸留塔とを有するので、蒸留塔内にて分離すべき気液の流量を減少させることができる。
本発明は、混合手段と、分離槽で分離された前記気相を塔頂部内の間接冷却部に導入する構成とを併せ持つから、前述のように塔内の気液の流量を減少して蒸留塔の塔径や塔高、リボイラーをコンパクトに設計できることに加え、塔頂ガスを凝縮するための凝縮器（コンデンサー）や凝縮させた塔頂留分を蒸留塔へと返送する還流が不要となって、ポンプ、配管、コントロールバルブを削減することができる。
さらに本発明は、蒸留塔内において複数の温度条件における気液平衡を実現させて、液化天然ガスを精留させることができるので、液化天然ガスを純度の高い低沸点成分と高沸点成分とに分離することができる。
【００３４】
本発明は、前記蒸留塔は、脱メタン塔又は脱エタン塔であるため、発電用燃料等として用いられるメタン、重質高発熱量ガスであるエタン、プロパン、ブタン等を、精製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる液化天然ガス分離装置の概略図である。
【図２】本発明にかかる液化天然ガス分離装置の概略図である。
【図３】従来技術にかかる液化天然ガス分離装置の概略図である。
【図４】従来技術にかかる液化天然ガス分離装置の概略図である。
【符号の説明】
１００…気化器
２００…混合器
３００…脱メタン塔
３２０…ＬＰＧ蒸留塔
４００…リボイラー
５００…熱交換器

Claims (3)

  1. 液化天然ガスを気化する気化手段と、
    前記気化手段によって気化された気化天然ガスと前記液化天然ガスを所定の温度になるように混合する混合手段と、
    前記混合手段によって混合された混合体を低沸点成分及び高沸点成分に分離する分離手段とを備えた液化天然ガスの分離装置において、
    前記分離手段は蒸留塔であって、前記気化手段も混合手段も経ない気化前の前記液化天然ガスを前記蒸留塔塔頂部から直接蒸留塔の気液接触部へ導入し塔頂部を冷却することを特徴とする液化天然ガスの分離装置。
  2. 液化天然ガスを気化する気化手段と、
    前記気化手段によって気化された気化天然ガスと前記液化天然ガスを所定の温度になるように混合する混合手段と、
    前記混合手段によって混合された混合体を低沸点成分及び高沸点成分に分離する分離手段とを備えた液化天然ガスの分離装置において、
    前記分離手段は、
    前記混合体を気相および液相に分離する分離槽と、
    前記分離槽で分離された前記液相を低沸点成分及び高沸点成分にさらに分離するとともに、前記分離槽で分離された前記気相を塔頂部内の間接冷却部に導入し塔頂部を冷却するように構成された蒸留塔と、
    を有することを特徴とする液化天然ガスの分離装置。
  3. 前記蒸留塔は、脱メタン塔又は脱エタン塔であることを特徴とする請求項１または２記載の液化天然ガスの分離装置。
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