JP4977366B2 - 炭酸ガスの液化方法 - Google Patents

Description

本発明は、液化天然ガスの冷熱を利用して炭酸ガスを液化する方法に関する。

石油精製では、製品中の硫黄分除去用に大量の水素を製造、消費している。この水素を製造する際に、大量の炭酸ガスが副生される。例えば、水素製造装置の原料炭化水素をＣ₅Ｈ₁₂（ナフサ留分）で代表し、水蒸気改質にて水素を製造する場合、次式に示すように、製造水素比で約１／３倍容積の炭酸ガスが副生される。

水素製造装置の目的は、高純度水素を得るためであり、副生ガスである炭酸ガスは利用されずに大気放出されているが、昨今の地球温暖化防止の流れの中で、この炭酸ガスを回収し有効に活用することのニーズは高まっている。

一方、コンビナートへの液化天然ガス（ＬＮＧ）基地の設置等に伴い、有効に活用できる冷熱が、比較的容易に利用できる環境が整いつつある。

特許文献１には、ＬＮＧの冷熱を利用して炭酸ガスを液化炭酸ガスに変換し、これを移送した後に再び炭酸ガスに変換し、さらにこれを移送する技術が開示される。
特開２００３−１６１５７４号公報

上記技術を応用して、例えばＬＮＧ基地を備える石油精製プラントにて生じる炭酸ガスを、ＬＮＧの冷熱で液化し、液化炭酸ガスを炭酸ガスに変換して化学プラントの原料として利用すること、また、液化炭酸ガスが持つ冷熱を化学プラントの冷熱源として利用することが考えられる。

しかしながら、ＬＮＧ基地からの冷熱はＬＮＧ基地の出荷状況により大幅に変化しうる。従って、供給されるＬＮＧの冷熱と、炭酸ガス液化に必要な冷熱のバランスがとれず、炭酸ガス液化設備の運転が制約され、ひいては炭酸ガスを利用する側の化学プラント等の運転に影響が及ぶ場合がある。

本発明の目的は、供給されるＬＮＧの冷熱が変動した場合であっても、所望の量の炭酸ガスを液化することのできる炭酸ガスの液化方法を提供することである。

本発明により、
炭酸ガスを第一の部分と第二の部分とに分岐する工程と、
液化天然ガスの冷熱を利用して炭酸ガスの第一の部分を液化する第一の液化工程と、
冷凍機により得られる冷熱を利用して炭酸ガスの第二の部分を液化する第二の液化工程と
を有し、
第一の液化工程に供給される液化天然ガスの供給量が変動した際に、第二の液化工程における冷凍機の負荷を調節することにより、液化天然ガスの冷熱の変動を補う炭酸ガスの液化方法が提供される。

上記方法において、前記第一の液化工程が、
液化天然ガスにより中間冷媒を冷却する工程と、
該冷却された中間冷媒により炭酸ガスの第一の部分を冷却する工程とを有し、
該中間冷媒としてＣＨＦ₃を用いることが好ましい。
あるいはまた、上記方法において、前記第一の液化工程が、
ａ）液化天然ガスと、ガス状の中間冷媒とを熱交換させることにより、
ガス状の中間冷媒を冷却して凝縮させ液状の中間冷媒を得るとともに、一部が気化した液化天然ガスを得る工程と、
ｂ）工程ａから得られる液状の中間冷媒と、炭酸ガスの第一の部分とを熱交換させることにより、
炭酸ガスの第一の部分を冷却して液化し液化炭酸ガスを得るとともに、ガス状の中間冷媒を得る工程と、
ｃ）工程ｂから得られるガス状の中間冷媒と、工程ａから得られる一部が気化した液化天然ガスの気体部分とを熱交換させることにより、ガス状の中間冷媒を予冷する工程と
ｄ）工程ｃにおいて予冷したガス状の中間冷媒を、工程ａに供給する工程と
を有することができる。

本発明により、供給されるＬＮＧの冷熱が変動した場合であっても、所望の量の炭酸ガスを液化することのできる炭酸ガスの液化方法が提供される。

以下図面を用いて本発明の一形態について説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

図１は本発明の方法を行うに好適な装置の主要部を示すプロセスフロー図である。

本形態では、ＬＮＧにより中間冷媒を介して炭酸ガスを冷却して凝縮する。中間冷媒を用いることにより、炭酸ガスの固化を容易に防止することができる。

ＬＮＧタンク等から供給されるＬＮＧは、冷媒凝縮器１にて冷媒（中間冷媒）と熱交換し、冷媒ガスに冷熱を与える。ここで冷媒ガスは冷却され凝縮する。

冷媒凝縮器を出たＬＮＧは気液分離器２にて気液分離され、その液相はＬＮＧ気化器３に導かれ、気相は冷媒予冷器４ｂおよび４ａにこの順に導かれる。この気相は冷媒予冷器にて冷媒ガスと熱交換し、冷媒ガスが予備冷却される。気液分離器２から導出される液相のＬＮＧおよび冷媒予冷器４ａから排出される気相のＬＮＧは、ＬＮＧ気化器（温水式気化器）にて蒸気等の熱源により加熱されて全部が気体となり、天然ガスとして払い出される。

冷媒ガスは冷媒予冷器にて予冷され、冷媒凝縮器にて凝縮した冷媒液は、冷媒ドラム５を経て、冷媒ポンプ６により昇圧され、第一の液化器７に導かれる。

炭酸ガスは分岐されて一方が第一の液化器に導かれ、第一の液化器において冷媒液とこの炭酸ガスとが熱交換し、炭酸ガスが液化され、冷媒液が気化する。

また、分岐された残りの炭酸ガスは、第二の液化器８に導かれる。ここでは冷凍機９の冷熱によって炭酸ガスが液化される。例えば、ＬＮＧと熱交換させる上記冷媒と同種の冷媒を用い、この冷媒を冷凍機で冷却するとともに循環させ、その循環ラインに第二の液化器を設けて冷媒と炭酸ガスとの熱交換を行わせることができる。

ＬＮＧは、例えば、−１６０℃程度の温度とされ、その気化温度は約−１４７℃である。また炭酸ガスの固化温度は約−５６℃である（炭酸ガスの液化温度は例えば−２０℃である）。これらの温度を考慮し、ＬＮＧの気化に好適で、炭酸ガスの固化を防止するにも好適な中間冷媒として、エチレンおよびＣＨＦ₃（フロンＲ２３）がある。フロンＲ２３はエチレンより蒸気圧が低く、より操作圧を低くすることができるため、中間冷媒としてフロンＲ２３が好ましい。フロンＲ２３の気化温度は例えば−４５℃である。フロンＲ２３を冷媒として用いた場合、例えば、冷媒ガス（第一の気化器出口）温度を−４７℃、冷媒液（第一の気化器入口）温度を−６０℃とすることができる。

炭酸ガスとしては、石油精製における副生ガスに限らず、炭酸ガスを主成分とするガスを適宜用いることができる。液化炭酸ガスが凝縮しなかった気体を含む場合、適宜気液分離を行うことができる。

冷凍機としては、炭酸ガスを液化するに足る温度、例えば−５０℃〜−４５℃を得ることのできる公知の冷凍機を適宜選んで用いることができる。

このように、ＬＮＧの冷熱を利用して炭酸ガスを液化する設備（図１において、第一の液化器７から左側）と、冷凍機で得られる冷熱を利用して炭酸ガスを液化する設備（図１において、第二の液化器８から右側）とを用いる。これにより、ＬＮＧの供給量が変動しても、冷凍機の負荷を調節することでその変動を補うことが容易であり、所望の量の炭酸ガスを安定して液化することが容易である。

本発明は、例えばＬＮＧ基地を備える製油所において、利用することができる。得られる液化炭酸ガスは、例えば製油所に隣接する化学プラントにおいて化学品の原料として利用できる。

本発明の方法を実施するに好適な装置の例を示すプロセスフロー図である。

符号の説明

１ 冷媒凝縮器
２ 気液分離器
３ ＬＮＧ気化器
４ 冷媒予冷器
５ 冷媒ドラム
６ 冷媒ポンプ
７ 第一の液化器
８ 第二の液化器
９ 冷凍機

Claims (3)

1. 炭酸ガスを第一の部分と第二の部分とに分岐する工程と、
   液化天然ガスの冷熱を利用して炭酸ガスの第一の部分を液化する第一の液化工程と、
   冷凍機により得られる冷熱を利用して炭酸ガスの第二の部分を液化する第二の液化工程と
   を有し、
   第一の液化工程に供給される液化天然ガスの供給量が変動した際に、第二の液化工程における冷凍機の負荷を調節することにより、液化天然ガスの冷熱の変動を補う炭酸ガスの液化方法。
2. 前記第一の液化工程が、
   液化天然ガスにより中間冷媒を冷却する工程と、
   該冷却された中間冷媒により炭酸ガスの第一の部分を冷却する工程とを有し、
   該中間冷媒としてＣＨＦ₃を用いる
   請求項１記載の炭酸ガスの液化方法。
3. 前記第一の液化工程が、
   ａ）液化天然ガスと、ガス状の中間冷媒とを熱交換させることにより、
   ガス状の中間冷媒を冷却して凝縮させ液状の中間冷媒を得るとともに、一部が気化した液化天然ガスを得る工程と、
   ｂ）工程ａから得られる液状の中間冷媒と、炭酸ガスの第一の部分とを熱交換させることにより、
   炭酸ガスの第一の部分を冷却して液化し液化炭酸ガスを得るとともに、ガス状の中間冷媒を得る工程と、
   ｃ）工程ｂから得られるガス状の中間冷媒と、工程ａから得られる一部が気化した液化天然ガスの気体部分とを熱交換させることにより、ガス状の中間冷媒を予冷する工程と
   ｄ）工程ｃにおいて予冷したガス状の中間冷媒を、工程ａに供給する工程と
   を有する請求項１記載の炭酸ガスの液化方法。

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