JP6517497B2 - 液化天然ガスの製造装置及び液化天然ガスの製造方法 - Google Patents
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Description
CO + 3H2 → CH4 + H2O
で表されるメタン合成反応を行う。これにより、COG中に含まれる一酸化炭素と水素がメタンと水に変換されるので、COGよりもメタン含有量が高められたSNGを得ることができる。SNGのメタン含有量は、COGのメタン含有量にもよるが、例えばおよそ40〜80vol%の範囲であり得、一般的にはおよそ60〜80vol%の範囲である。
前記原料ガスの少なくとも一部が液化するまで前記原料ガスを冷却するための冷却手段と、
前記冷却手段によって少なくとも一部が液化された原料ガスを精留するための精留塔と、
前記精留塔の塔頂部から留出する留出ガスを冷却してその一部を液化させ、残部のガスを排出するとともに、生じた液化成分を前記精留塔に戻すための、液体窒素を冷媒とするコンデンサーと、
前記精留塔での精留中における前記コンデンサー内の前記冷媒の液面位置を制御するための制御手段と、
を含む、製造装置。
窒素ガスから液体窒素を製造するための液体窒素製造装置と、
前記液体窒素製造装置及び前記コンデンサーに接続され、製造された液体窒素を保持するためのタンクと、
前記タンクから前記コンデンサーに向けて送出される液体窒素の一部をガス化させるための蒸発器と、
前記蒸発器によるガス化によって生成する窒素ガスを前記液体窒素製造装置に戻すための流路と、
を含む、[8]に記載の製造装置。
前記原料ガスの少なくとも一部が液化するまで前記原料ガスを冷却する冷却工程と、
少なくとも一部が液化された原料ガスを精留塔に導入して、これを精留する精留工程と、
を備え、
前記精留塔には、その塔頂部から留出する留出ガスを冷却してその一部を液化させ、残部のガスを排出するとともに、生じた液化成分を前記精留塔に戻すための、液体窒素を冷媒とするコンデンサーが付設されており、
前記精留工程は、前記コンデンサー内の前記冷媒の液面位置を制御する制御工程を含む、製造方法。
原料ガスの少なくとも一部が液化するまで原料ガスを冷却する冷却工程、及び
少なくとも一部が液化された原料ガスを精留塔に導入して、これを精留する精留工程
を含む。
まず、冷却工程に供される原料ガスについて説明すると、原料ガスは、上述のように、COGから合成されるSNG由来のガスである。上述のようにSNGはCOGのメタン合成反応によって得られる。SNGのガス組成は、COGのガス組成やメタン合成反応の条件に依存するが、例えば、メタン 約40〜約80vol%(例えば約60〜約80vol%)/水素 約15〜約55vol%(例えば約15〜約30vol%)/一酸化炭素 約50〜約200volppm/二酸化炭素 約10〜約100volppm/窒素 約5〜45vol%(例えば約5〜約15vol%)の範囲である。典型的な一例を挙げると、メタン 約73vol%/水素 約18vol%/一酸化炭素 約50volppm/二酸化炭素 約50volppm/窒素 約9vol%である。SNGは通常、上記に加えてさらに水を含む。水の含有量は通常、SNGの温度及び圧力における飽和水分濃度である。
本工程は、少なくとも一部が液化された原料ガスを精留塔2に導入し、リボイラー2aによる加熱によって精留を実施する工程である。精留による精製分離効率を高める観点から、原料ガスの精留塔2への導入は、図1に示されるように、塔中部に原料ガスの導入口を設け、塔中部からなされることが好ましい。精留時における精留塔2内の圧力の典型的な一例は約0.45MPaGである。
メタン回収率(vol%)=(製品LNG中のメタン体積/原料ガス中のメタン体積)×100
で定義されるメタン回収率を97vol%以上、さらには98vol%以上とすることもできる。
1)原料の窒素ガスを昇圧するための第1昇圧手段(循環窒素圧縮機等)。これにより原料の窒素ガスはまず、例えば約0.3MPaGから約0.5MPaG程度まで昇圧される。
2)上記1)で昇圧された窒素ガスを昇圧するための第2昇圧手段(循環窒素圧縮機等)。この昇圧手段により窒素ガスは、さらに約3MPaGまで昇圧される。
3)上記2)で昇圧された窒素ガスを常温程度まで冷却するための冷却手段(アフタークーラー)と、それに続く第3昇圧手段(タービンコンプレッサ等)。この昇圧手段により窒素ガスは、さらに約4.5MPaGまで昇圧される。
4)上記3)で昇圧された高圧窒素ガスを冷却するための冷却手段(アフタークーラー)と、それに続く、高圧窒素ガスをさらに冷却するための(好ましくはコールドボックス内に設置された)液化熱交換器。
5)液化熱交換器に供給された高圧窒素ガスの一部であって、液化熱交換器を通過した高圧窒素ガスを膨張させるための高温タービン。高温タービンに供給された高圧窒素ガスは、膨張により冷熱が生じており、液化熱交換器の冷媒として用いられる。
6)液化熱交換器に供給された高圧窒素ガスの他の一部であって、液化熱交換器を通過した高圧窒素ガス〔上記5)における高圧窒素ガスよりも液化熱交換器での熱交換時間が長く、従ってより低温である〕を膨張させるための低温タービン。低温タービンに供給された高圧窒素ガスは、約0.5MPaGまで膨張され、この際、冷熱が発生する。低温タービンに供給された後、この高圧窒素ガスは、上述のタンク120(液化フラッシュタンク)に供給される。液化熱交換器に供給された高圧窒素ガスの残部は、液化熱交換器において上記5)及び6)における高圧窒素ガスよりも長時間熱交換されることによって液化され、次いで約0.5MPaG程度まで減圧され、一部がガス化する。その後、気液混合状態で上述のタンク120に供給され、当該タンク内で気液分離される。当該タンク内の窒素ガスは、液化熱交換器の冷媒として使用できる。
表1に示される流量、圧力(冷却工程における圧力)及び組成を有するメタン、水素、一酸化炭素及び窒素からなる原料ガスから、図1及び図2に示される製造装置を用いて製品LNGを製造したときの当該製品LNGの流量、メタン純度及びメタン回収率をシミュレーションによって算出した。結果を表1に示す。シミュレーションは、各種LNG製造条件を次のとおりに設定して行った。実施例1〜3において、設定液面位置SVは同じ位置であり、また各実施例でのシミュレーションにおいて、液面位置PVは、精留の間、設定液面位置SVと常に同じ位置とした。
・リボイラーによる原料ガスの冷却温度:−134℃
・再度、主熱交換器1で冷却される際の原料ガスの冷却温度:−137℃
・精留塔に導入されるときの原料ガスの圧力:0.45MPaG
・精留時の精留塔内圧力:0.45MPaG
・コンデンサー3内の圧力:0.35MPaG
・オフガスのメタン濃度:3vol%
・主熱交換器1で冷却された後の製品LNGの温度:−161℃
・主熱交換器1で冷却された後の製品LNGの圧力:0.3MPaG
Claims (14)
- コークス炉ガスから合成される合成天然ガス由来の原料ガスから液化天然ガスを製造するための装置であって、
前記原料ガスの少なくとも一部が液化するまで前記原料ガスを冷却するための冷却手段と、
前記冷却手段によって少なくとも一部が液化された原料ガスを精留するための精留塔と、
前記精留塔の塔頂部から留出する留出ガスを冷却してその一部を液化させ、残部のガスを排出するとともに、生じた液化成分を前記精留塔に戻すための、液体窒素を冷媒とするコンデンサーと、
前記精留塔での精留中における前記コンデンサー内の前記冷媒の液面位置を制御するための制御手段と、
前記冷媒である液体窒素を製造し、これを前記コンデンサーに供給するための液体窒素供給系と、
を含み、
前記液体窒素供給系は、
窒素ガスから液体窒素を製造するための液体窒素製造装置と、
前記液体窒素製造装置及び前記コンデンサーに接続され、製造された液体窒素を保持するためのタンクと、
前記タンクから前記コンデンサーに向けて送出される液体窒素の一部をガス化させるための蒸発器と、
前記蒸発器によるガス化によって生成する窒素ガスを前記液体窒素製造装置に戻すための流路と、
を含む、製造装置。 - 前記精留塔での精留の間、前記制御手段は、前記冷媒の液面位置が一定になるように前記コンデンサーに導入される前記冷媒の流量を制御する、請求項1に記載の製造装置。
- 前記冷却手段と前記精留塔との間に、前記少なくとも一部が液化された原料ガスを減圧するための減圧手段をさらに含む、請求項1又は2に記載の製造装置。
- 前記冷却手段と前記精留塔との間に、前記少なくとも一部が液化された原料ガスを気体成分と液体成分とに分離するための気液分離器をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造装置。
- 前記精留塔は、その塔中部に前記原料ガスの導入口を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造装置。
- 前記合成天然ガスから二酸化炭素及び/又は水を除去するための前処理塔をさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造装置。
- 前記冷却手段は、前記液体窒素の気化により生じる窒素ガス及び前記残部のガスの少なくともいずれか一方と、前記原料ガスとの間での熱交換を行うための熱交換器を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造装置。
- コークス炉ガスから合成される合成天然ガス由来の原料ガスから液化天然ガスを製造するための方法であって、
前記原料ガスの少なくとも一部が液化するまで前記原料ガスを冷却する冷却工程と、
少なくとも一部が液化された原料ガスを精留塔に導入して、これを精留する精留工程と、
を備え、
前記精留塔には、その塔頂部から留出する留出ガスを冷却してその一部を液化させ、残部のガスを排出するとともに、生じた液化成分を前記精留塔に戻すための、液体窒素を冷媒とするコンデンサーが付設されており、
前記精留工程は、前記コンデンサー内の前記冷媒の液面位置を制御する制御工程を含み、
前記制御工程は、前記冷媒である液体窒素を製造し、これを前記コンデンサーに供給するための液体窒素供給系から液体窒素を前記コンデンサーに供給する液体窒素供給工程を含み、
前記液体窒素供給工程は、前記液体窒素供給系で製造された液体窒素の一部を前記コンデンサーに供給するとともに、残部をガス化して液体窒素製造用の原料として再利用することを含む、製造方法。 - 前記制御工程は、前記冷媒の液面位置が一定になるように前記コンデンサーに導入される前記冷媒の流量を制御することを含む、請求項8に記載の製造方法。
- 前記冷却工程と前記精留工程との間に、前記少なくとも一部が液化された原料ガスを減圧する減圧工程をさらに含む、請求項8又は9に記載の製造方法。
- 前記冷却工程と前記精留工程との間に、前記少なくとも一部が液化された原料ガスを気体成分と液体成分とに分離する気液分離工程をさらに含む、請求項8〜10のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記原料ガスは、塔中部から前記精留塔に導入される、請求項8〜11のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記合成天然ガスから二酸化炭素及び/又は水を除去する前処理工程をさらに備える、請求項8〜12のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記冷却工程は、前記液体窒素の気化により生じる窒素ガス及び前記残部のガスの少なくともいずれか一方と、前記原料ガスとの間での熱交換を行う熱交換工程を含む、請求項8〜13のいずれか1項に記載の製造方法。
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