JP6527714B2 - 液体燃料ガスの供給装置および供給方法 - Google Patents
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Description
(i)上記分離装置では、パイプラインからの常温〜約−50℃のLNG等が原料として供給され、精留塔に約−80〜−120℃に冷却されて導入される構成例が示されている。冷却用寒冷として精留塔から導出される製品ガスが利用される。このとき、供給されるLNG等あるいは製品ガスの要求量(供出量)は、一般に火力発電や都市ガス等の需要変動によって変動することがあり、利用できる寒冷量も変動することがある。こうした構成を含め従前の高圧天然ガスを原料とする装置においては、精留塔から導出された塔頂ガスや塔底液の利用だけでは、装置内で自給して利用できる冷却用寒冷が十分に確保できない場合がある。外部からの寒冷の導入は、設備の煩雑さに加えてエネルギー効率の大きなロスを招来する。
(ii)LNGは、原産地によって成分が変動することから、高圧のタンクに過冷却状態で加圧されて貯留されることが多い(例えば約−160℃,8.5Mpa)。従前の高圧天然ガスを原料とする装置では、その寒冷を上手く利用する方法が見いだせずに、上記分離装置のように、一旦加温された状態に処理されたLNGを精留塔の最適条件になるように再度別途の寒冷を用いて冷却し、調製された原料として精留塔に導入されていた。LNGの寒冷を効率よく利用できる装置や方法が要求されている。
(iii)また、分離されたメタンリッチガスを圧縮ガスとする製造プロセスにおいて、常温常圧のガスを加圧するには、大きなエネルギーを付加する必要があると同時に、圧縮に伴うガス温上昇を抑える寒冷が必要とされる。消費量や供給量が変動する条件において、圧縮エネルギーの確保および寒冷の効率的な利用と合せて、総合的なエネルギーの低減が大きな課題となっていた。
過冷却状態の加圧された液化天然ガスが、原料供給部,第1〜第3熱交換器,気化器,膨張機,再度第2熱交換器および気液分離器を介して、原料として前記蒸留塔に導入される原料供給流路と、
前記気体成分が分岐され、その一方の気体成分Aが、前記膨張機と連結された圧縮機および天然ガス供出部を介して前記天然ガスとして供出される天然ガス供出流路と、他方の気体成分Bが、前記第1熱交換器を介して還流液として蒸留塔上部に導入される還流流路と、
前記液体成分が、第3熱交換器および天然ガス液供出部を介して前記天然ガス液として供出される天然ガス液供出流路と、を備え、
前記第1熱交換器において、前記原料供給部から供給された液化天然ガスの寒冷によって前記気体成分Bが凝縮され、低温凝縮された当該液化天然ガスが前記気液分離器を介して原料として前記蒸留塔に導入され、
前記第2熱交換器において、前記第1熱交換器から導出された液化天然ガスの寒冷によって前記膨張機から導出された液化天然ガスが低温凝縮され、前記原料が作製され、
前記第3熱交換器において、前記第2熱交換器から導出された液化天然ガスの寒冷によって前記塔底部から導出された液体成分が減温され、前記天然ガス液が作製される、ことを特徴とする。
過冷却状態の加圧された液化天然ガスの全量が、原料供給部,第1〜第3熱交換器,気化器,膨張機,再度第2熱交換器および気液分離器を介して、原料として前記蒸留塔に導入され、
(1)前記原料供給部から供給された液化天然ガスが、前記第1熱交換器に導入され、前記気体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(2)前記第1熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記第2熱交換器に導入され、前記膨張機から導出された液化天然ガスとの熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(3)前記第2熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記第3熱交換器に導入され、前記液体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(4)前記第3熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記気化器に導入され、加温されて気化し、
(5)前記気化器から導出された液化天然ガスが、前記膨張機に導入され、断熱膨張によって減圧・減温され、
(6)前記膨張機から導出された液化天然ガスが、再度前記第2熱交換器に導入され、(2)における熱交換によって減温されて凝縮し、
(7)前記第2熱交換器から導出された凝縮液を含む液化天然ガスが、前記気液分離器に導入され、気液分離され、
(8)前記気液分離器において分離処理された気体が前記蒸留塔の中塔上部に、液体が前記蒸留塔の中塔下部に、原料として導入され、
前記気体成分が分岐され、その一方の気体成分Aが、前記膨張機と連結された圧縮機によって断熱圧縮され、加温加圧された天然ガスとして供出され、他方の気体成分Bが、前記(1)において、液化天然ガスの寒冷によって減温されて凝縮し、還流液として前記蒸留塔上部に還流されるとともに、
前記液体成分が、前記(3)において、液化天然ガスの寒冷によって減温された天然ガス液として供出されることを特徴とする。
前記塔底部から導出された液体成分の一部または全量が、第2蒸留塔に導入される第2蒸留流路と、
前記第2蒸留塔の第2塔頂部から導出された第2気体成分が分岐され、その一方の気体成分Cが、第2圧縮機,第2気化器および第2天然ガス供出部を介して第2天然ガスとして供出される第2天然ガス供出流路と、他方の気体成分Dが、前記第4熱交換器を介して第2還流液として第2蒸留塔上部に導入される第2還流流路と、
前記第2蒸留塔の第2塔底部から導出された第2液体成分が、第5熱交換器および液化石油ガス供出部を介して液化石油ガスとして供出される液化石油ガス供出流路と、を備え、
前記第4熱交換器において、前記第3熱交換器から導出された液化天然ガスの寒冷によって前記気体成分Dが凝縮され、前記第2還流液が作製され、
前記第5熱交換器において、前記第4熱交換器から導出された液化天然ガスの寒冷によって前記第2塔底部から導出された第2液体成分が減温され、前記液化天然ガスが作製される、
ことを特徴とする。
(1)前記原料供給部から供給された液化天然ガスが、前記第1熱交換器に導入され、前記気体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(2)前記第1熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記第2熱交換器に導入され、前記膨張機から導出された液化天然ガスとの熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(3)前記第2熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記第3熱交換器に導入され、前記液体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(4a)前記工程(1)〜(3)を経て前記第3熱交換器から導出された液化天然ガスが、さらに第4熱交換器に導入され、前記第2気体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(4b)前記第4熱交換器から導出された液化天然ガスが、第5熱交換器に導入され、前記第2液体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(4c)前記第5熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記気化器に導入され、加温されて気化した後、
(5)前記気化器から導出された液化天然ガスが、前記膨張機に導入され、断熱膨張によって減圧・減温され、
(6)前記膨張機から導出された液化天然ガスが、再度前記第2熱交換器に導入され、(2)における熱交換によって減温されて凝縮し、
(7)前記第2熱交換器から導出された凝縮液を含む液化天然ガスが、前記気液分離器に導入され、気液分離され、
(8)前記気液分離器において分離処理された気体が前記蒸留塔の中塔上部に、液体が前記蒸留塔の中塔下部に、原料として導入され、
前記第2気体成分が分岐され、その一方の気体成分Cが、第2圧縮機によって断熱圧縮され、加温加圧されたエタンリッチの第2天然ガスとして供出され、他方の気体成分Dが、前記工程(4a)において、液化天然ガスの寒冷によって減温されて凝縮し、第2還流液として前記第2蒸留塔上部に還流されるとともに、
前記第2液体成分が、前記工程(4b)において、液化天然ガスの寒冷によって減温された液化石油ガスとして供出され、または、該液化石油ガスとともに、前記蒸留塔の塔底部から導出された液体成分が、前記(3)において、液化天然ガスの寒冷によって減温された天然ガス液として供出されることを特徴とする。
上記の液体燃料ガスの供給装置は、LNGの寒冷、特に過冷却状態の加圧されたLNGの寒冷の全量を利用することができるという、熱エネルギーの収支において従前にない寒冷の有効利用を図ることができる。このとき、供給されるLNGは高圧状態にあり、蒸留塔に導入される原料としてLNGは、蒸留の最適条件となる圧力に設定されることが好ましい。本発明は、供給されるLNGを全量気化して寒冷を放出した後、これを断熱膨張・冷却して原料を作製することによって、こうした機能を実現するもので、LNGの供給量や組成あるいは温度や圧力等の変動があっても、蒸留塔における最適温度・圧力条件を確保するとともに、寒冷の伝達に伴うエネルギーロスを大幅に削減することが可能となった。
液体燃料ガスの供給装置において、LNGの供給量や組成あるいは供給温度や圧力等の変動に加え、作製されるメタンリッチの天然ガス(以下「NG」ということがある)や天然ガス液(以下「NGL」ということがある)の供出量あるいは供出温度や圧力が変動することがある。また、液体燃料ガスの供給装置における全エネルギーの効率向上のためには、動力源としての電気エネルギーを装置内で確保することが好ましい。本発明は、複数の膨張タービンを有する膨張機を用い、各タービンおよびその一部と連結する圧縮機の稼働量を調整することによって、上記変動に対応した最適条件の機能を確保するとともに、膨張タービンの一部に発電機を連結することによって、膨張タービンのみの稼働に応じた発電量を確保することができる。
蒸留塔の起動時において、塔内部での最適な気液平衡が形成されるまでに所定の時間が必要となる。特に還流液の作製が、安定な気液平衡の形成の律速条件の1つとなる。本発明は、原料として供給される低温のLNGを蒸留塔上部から導入することによって、こうした還流液の形成を補完し、迅速に安定な気液平衡を形成することを可能とした。
本発明に係る液体燃料ガスの供給装置(以下「本装置」という)は、液化天然ガス(LNG)が原料として蒸留塔に導入され、蒸留塔の塔頂部から導出された気体成分からメタンリッチの天然ガス(NG)が作製され、塔底部から導出された液体成分から天然ガス液(NGL)が作製される。過冷却状態の加圧されたLNGが、原料供給部,第1〜第3熱交換器,気化器,膨張機,再度第2熱交換器および気液分離器を介して、原料として蒸留塔に導入される原料供給流路と、気体成分が分岐され、その一方の気体成分Aが、膨張機と連結された圧縮機および天然ガス供出部を介してNGとして供出される天然ガス供出流路と、他方の気体成分Bが、第1熱交換器を介して還流液として蒸留塔上部に導入される還流流路と、液体成分が、第3熱交換器および天然ガス液供出部を介してNGLとして供出される天然ガス液供出流路と、を備える。第1熱交換器において、原料供給部から供給されたLNGの寒冷によって気体成分Bが凝縮され、還流液が作製される。第2熱交換器において、第1熱交換器から導出されたLNGの寒冷によって膨張機から導出されたLNGが低温凝縮され、原料が作製される。第3熱交換器において、第2熱交換器から導出されたLNGの寒冷によって塔底部から導出された液体成分が減温され、NGLが作製される。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、各部の温度、圧力、流量などの条件は、ガスの種類や流量等、その他の条件に応じて適宜変更することができる。
本装置の基本構成例(第1構成例)の概要を、図1に例示する。本装置は、過冷却状態の加圧されたLNGが原料として蒸留塔10に導入され、塔頂部11から導出された気体成分(塔頂ガス)からメタンリッチのNGおよび塔底部12から導出された液体成分(塔底液)からNGLが作製される。ここで、原料供給部1から供給されたLNGは、第1熱交換器21〜第2熱交換器22〜第3熱交換器23〜気化器30〜膨張機41の寒冷放出過程を介して気化され、気化されたLNGは、さらに第2熱交換器22〜気液分離器50を介して気液混合体が形成され、原料として蒸留塔10に導入される。LNGの流通から見れば、UターンしたLNGが向流的に寒冷の授受を行うLNG自身との交点が形成され、該交点において、放出過程にあるLNGの寒冷が、一旦気化されたLNG自身の減温凝縮用に用いられる。つまり、蒸留塔に導入される原料作製過程におけるLNGのフローにおいて、LNGの寒冷が放出のみならず、放出された寒冷の一部が受容されることによって、さらに有効に寒冷を利用することできる。
本装置を用い、原料として上表1に例示された組成のLNGを供給し、各部における温度(℃)・圧力(MPa)・流量(kg/h)・組成(G/L:気/液)を実証した。
(i)実証結果
LNG(−150℃,6.00MPa)が427,000kg/h供給されると、図2中の各部a〜rの温度・圧力・流量・組成は、下表2に例示されるような結果が得られた。
本装置の第2構成例の概要を、図3に示す。以下、基本構成と共通する要素は、説明を省略することがあるとともに、共通の名称および符号で示す。本装置は、基本構成例の原料供給流路において、膨張機41が並列に配設された膨張タービン41a,41bから構成され、気化器30から導出されたLPGが分岐されて各膨張タービン41a,41bに導入され、膨張タービン41aが圧縮機42と連結され、膨張タービン41bが発電機60と連結される構成を有する。LNGの供給量や組成あるいは供給温度や圧力等の変動、またはNGやNGLの供出量あるいは供出温度や圧力が変動に対応して、膨張タービン41aと41bの稼働量および圧縮機42の稼働量を調整することによって、蒸留塔10を含む本装置の最適条件の機能を確保することができる。また、膨張タービン41bに発電機60を連結することによって、膨張タービン41bの稼働量に応じた発電量を確保することができる。なお、ここでは、膨張機41が並列に配設された2つの膨張タービン41a,41bからなる構成例を示すが、膨張タービンの数量はこれに限定されるものではない。
本装置の第2構成例を用い、原料として上表1に例示された組成のLNGを供給し、各部における温度(℃)・圧力(MPa)・流量(kg/h)・組成(G/L:気/液)を実証した。LNG(−150℃,6.00MPa)が427,000kg/h供給されると、図2中の各部a〜rに加えて、図4中の各部s〜vの温度・圧力・流量・組成は、下表4に例示されるような結果が得られた。また、膨張タービン42に連結された発電機60からは約500KW/hの発電量を得ることができた。
本装置の第3構成例の概要を、図5に示す。第3構成例に係る本装置は、原料供給部1と蒸留塔上部14を接続する流路Ldを設け、起動時において、原料供給部1から供給されたLNGの一部が、蒸留塔上部14から蒸留塔10に原料として導入される構成を有する。蒸留塔10の起動時において、過冷却状態のLNGを塔内に導入することによって、安定な気液平衡の形成の律速条件の1つとなる塔内の還流の形成を補完し、迅速に蒸留塔10の立上げを図ることができる。具体的には、弁Lvを流路Ldに設け、基本構成例と同様、例えば上表1に例示する組成の低温高圧(例えば約−150℃,約6MPa)のLNGを低温低圧(例えば約−150℃,約2.3MPa)条件に絞り込んで蒸留塔上部14から導入することによって、塔内の気液平衡の形成の迅速化を図ることができる。
本発明に係る液体燃料ガスの供給方法は、上記本装置を用い、LNGが原料として蒸留塔に導入され、該蒸留塔の塔頂部から導出された気体成分からメタンリッチのNGが作製され、該塔底部から導出された液体成分からNGLが作製される。ここで、過冷却状態の加圧されたLNGの全量が、原料供給部,第1〜第3熱交換器,気化器,膨張機,再度第2熱交換器および気液分離器を介して、原料として蒸留塔に導入される。過冷却状態の加圧されたLNGの寒冷の全量を、第1〜第3熱交換器を介して順次放出し、LNGの全量が気化されることによって、LNGの寒冷を最大限利用することができる。気化されたLNGは、断熱膨張させ、さらに第2熱交換器においてLNG自身の寒冷によって減温凝縮させることによって、蒸留処理に最適な原料となるように調製することができるとともに、LNGの寒冷の有効利用を図ることができる。具体的には、以下の工程からなる構成例が挙げられる。なお、以下の説明において、本装置の各部については、図1に例示される符号で表示され、各気体や液体の条件は、上表2に例示された条件を適用することがあるが、これに限定されないことはいうまでもない。
(1)原料供給部1から供給されたLNGが、第1熱交換器21に導入され、塔頂部11から導出された気体成分Bとの熱交換によって、その寒冷を放出して加温される。例えば温度約−150℃,圧力約6MPaのLNGが第1熱交換器21において、その寒冷が放出されることによって、約−124℃まで加温される。同時に、約−104℃,約2.3MPaの気体成分Bが冷却され、約−104℃の凝縮液が作製される。作製された凝縮液は還流液として蒸留塔上部14に導入される。
(2)第1熱交換器21から導出されたLNGが、第2熱交換器22に導入され、膨張機41から導出されたLNGとの熱交換によって、その寒冷を放出して加温される。例えば約−124℃,約6MPaのLNGが第2熱交換器22において、その寒冷が放出されることによって、約−65℃まで加温される。同時に、約−36℃,約2.3MPaのLNGが冷却され、約−94℃の凝縮液(気液混合物)が作製される。作製された凝縮液は還流液として蒸留塔上部14に導入される。
(3)第2熱交換器22から導出されたLNGが、第3熱交換器23に導入され、塔底部12から導出された液体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温される。例えば約−65℃,約6MPaのLNGが第3熱交換器23において、その寒冷が放出されることによって、約−64℃まで加温される。同時に、約21℃,約2.3MPaの塔底液が冷却され、約10℃のNGLが作製される。
(4)第3熱交換器23から導出されたLNGが、気化器30に導入され、加温されて気化する。例えば約−64℃,約6MPaのLNGが、気化器30において、その寒冷が放出され、約15℃まで加温されることによって気化される。
(5)気化器30から導出されたLNGが、膨張機41に導入され、断熱膨張によって減圧・減温される。例えば約15℃,約6MPaのガス状のLNGが、膨張機41によって断熱膨張され、約−36℃,約2.3MPaまで減温・減圧される。一部液化(気液混合状態)されることがある。低下圧力は、LNGの組成および蒸留塔10の特性から蒸留の最適条件に設定される。
(6)膨張機41から導出されたLNGが、再度第2熱交換器22に導入され、上記(2)における熱交換によって減温されて凝縮する。例えば約−36℃に冷却されたLNGが、第2熱交換器22において、約−124℃,約6MPaのLNGの寒冷を受け、約−94℃まで減温されることによって液化(気液混合状態)される。冷却温度は、LNGの組成および蒸留塔10の特性から蒸留の最適条件に設定される。同時に、寒冷を放出したLNGは、約−65℃まで加温される。
(7)第2熱交換器22から導出された凝縮液を含むLNGが、気液分離器50に導入され、気液分離される。例えば約−94℃に冷却されたLNGは、気液分離器50において、容積比約3/5の気体と約2/5の液体に分離される。
(8)気液分離器50において分離処理された気体が、蒸留塔10の中塔上部に、分離処理された液体が蒸留塔10の中塔下部に、原料として導入される。このとき、分離処理された気体は、原料のLNGよりもメタンの濃度が高く、分離処理された液体は、原料のLNGよりもエタン等成分の濃度が高い(蒸留の前置処理といえる)。
(8a)蒸留塔に導入されたLNGは、メタンリッチの塔頂ガスとエタン等成分を主成分とする塔底液に分離される。
具体的には、例えば圧力約2.3MPa,塔頂温度約−104℃,塔底温度約21℃を形成する蒸留塔10において、中塔上部に導入された気体のLNGは、上昇流を形成し、メタンリッチの還流液を主とする下降流と気液接触することによって、メタンの純度が上昇する(塔頂ガス)。一方、中塔下部に導入された液体のLNGは、下昇流を形成し、リボイラ15によって加温されエタン等成分を含む上昇流と気液接触することによって、エタン等成分の純度が上昇する(塔底液)。
(8b)蒸留塔の塔頂部から導出された塔頂ガスからメタンリッチのNGが作製される。
塔頂部11から例えばメタン99.9%以上を含む約−104℃,約2.3MPaの塔頂ガスが導出され、その約90%が、気体成分Aとして圧縮機42によって例えば約−43℃,約6MPaに断熱圧縮されてメタンリッチのNGが作製され、天然ガス供出部2を介して供出される。膨張機41と連結された圧縮機42を用いることによって、追加のエネルギーを導入することなく、所望の製品NGを供出することができる。このとき、塔頂ガスの約10%は、気体成分Bとして第1熱交換器21に導入され、約−104℃の凝縮液が作製され、作製された凝縮液は還流液として蒸留塔上部14に導入される。
(8c)蒸留塔の塔底部から導出された塔底液からNGLが作製される。
塔底部12から例えばエタン等成分99.9%以上を含む約21℃,約2.3MPaの塔底液が導出され、第3熱交換器23を介して約10℃に冷却されてNGLが作製され、天然ガス液供出部3を介して供出される。LNGの寒冷を有効に利用することによって、所望の製品NGLを供出することができる。また、本装置では、図示しないが、塔底液を分岐し、一方において製品NGLを供出するとともに、他方においてリボイラ(図示せず)を介して塔底液を加温し、蒸留塔下部15に導入されることによって、高い蒸留機能を得ることができる。
上表1のように、原料であるLNG中には、主成分であるメタン以外にエタン,プロパン,ブタン等の沸点の異なった物質が含まれる。これらは、それぞれ燃料として利用されるだけでなく非常に有用な種々の化学材料として利用されることから、個別の需要が高い。本装置においては、上記構成例のような単一の蒸留塔ではなく、複数の蒸留塔を直列的に配設し、順次低沸点物質を主成分とする物質を取り出すことによって、NGやNGLのみならず、エタンリッチな天然ガス(sNG)や炭素数3以上の液体燃料ガス(LPG)を個別に任意の量供出させることができる。以下、上記第1構成例を基に2つの蒸留塔を配設した第4構成例、および上記第2構成例を基に2つの蒸留塔を配設した第5構成例について説明する。なお、上記第3構成例に対応する構成例および3以上の蒸留塔を配設する構成例については、説明を省略するが、第4構成例および第5構成例に付加された構成と同等の構成を付加することによって適用することが可能である。
本装置の第4構成例の概要を、図6に示す。以下、基本構成と共通する要素は、説明を省略することがあるとともに、共通の名称および符号で示す。第4構成例は、基本構成例(第1構成例)の原料供給流路において、第3熱交換器23の下流に第4熱交換器24および第5熱交換器25が設けられるとともに、蒸留塔(以下「第1蒸留塔」ということがある)10の塔底部12から導出された液体成分の少なくとも一部が、第2蒸留塔70に導入される第2蒸留流路と、第2蒸留塔70の第2塔頂部71から導出された第2気体成分が分岐され、その一方の気体成分Cが、第2圧縮機43,第2気化器31および第2天然ガス供出部4を介して第2天然ガスとして供出される第2天然ガス供出流路と、他方の気体成分Dが、第4熱交換器24を介して第2還流液として第2蒸留塔上部74に導入される第2還流流路と、第2蒸留塔70の第2塔底部72から導出された第2液体成分が、第5熱交換器25および液化石油ガス供出部5を介して液化石油ガスとして供出される液化石油ガス供出流路と、を備える構成を有する。基本構成例の機能に加え、2つの蒸留塔10,70を原料となるLNGに対して直列的に配設することによって、NGやNGLのみならず、sNGやLPGを個別に任意の量供出させることができる。さらに、第1熱交換器21〜第3熱交換器23を介して所定の寒冷を放出した後において、なお有効な寒冷が残存するLNGを、第4熱交換器24および第5熱交換器25に導入し、これらの熱交換器を介して第2蒸留塔70の塔頂ガスや塔底液との熱交換を行うことによって、外部エネルギーを殆ど必要とせずに、効果的にsNGやLPGを作製することができる。
本装置の第4構成例を用い、原料として上表1に例示された組成のLNGを供給し、各部における温度(℃)・圧力(MPa)・流量(kg/h)・組成(G/L:気/液)を実証した。
(i)実証結果
LNG(−150℃,6.00MPa)が427,000kg/h供給されると、図7中の各部a〜r2の温度・圧力・流量・組成は、下表5に例示されるような結果が得られた。なお、ここでは、蒸留塔10の塔底部12から導出した液体成分の全量を第2蒸留塔70に導入した場合(図中,q1=g2およびr1=0)を示すが、液体成分の一部を第3熱交換器23に供給することによって(図中,r1=q1−g2>0)NGLとして供出することもできる。
第4構成例に係る液体燃料ガスの供給方法は、上記第1構成例に係る液体燃料ガスの供給工程(1)〜(8)において、塔底部から導出された液体成分の少なくとも一部が第2蒸留塔に導入され、該第2蒸留塔の第2塔頂部から導出された第2気体成分からエタンリッチの第2天然ガスが作製され、該第2蒸留塔の第2塔底部から導出された第2液体成分から液化石油ガスが作製される工程を有する。このとき、上記工程(4)に代え、
(4a)上記工程(1)〜(3)を経て第3熱交換器から導出されたLNGが、さらに第4熱交換器に導入され、第2気体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(4b)第4熱交換器から導出されたLNGが、第5熱交換器に導入され、第2液体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(4c)第5熱交換器から導出されたLNGが、気化器に導入され、加温されて気化した後、
上記工程(5)〜(8)を経て原料として蒸留塔に導入される。
また、第2気体成分が分岐され、その一方の気体成分Cが、第2圧縮機によって断熱圧縮され、加温加圧された第2天然ガスとして供出され、他方の気体成分Dが、上記工程(4a)において、LNGの寒冷によって減温されて凝縮し、第2還流液として第2蒸留塔上部に還流されるとともに、第2液体成分が、上記工程(4b)において、LNGの寒冷によって減温された液化石油ガスとして供出される。
具体的には、以下の工程からなる供給方法が挙げられる。なお、以下の説明において、上記工程(1)〜(8c)と重複する場合には省略することがあり、本装置の各部については、図1あるいは図6に示される符号で表示される。また、各気体や液体の条件は、上表2に例示された条件を適用することがあるが、これに限定されないことはいうまでもない。
(4a)第3熱交換器23から供給されたLNGが、第4熱交換器24に導入され、塔頂部71から導出された気体成分Dとの熱交換によって、その寒冷を放出して加温される。例えば温度約−71℃,圧力約6MPaのLNGが第熱交換器24において、その寒冷が放出されることによって、約−51℃まで加温される。同時に、約−63℃,約2.3MPaの気体成分Dが冷却され、約−63℃の凝縮液が作製される。作製された凝縮液は第2還流液として第2蒸留塔上部74に導入される。
(4b)第4熱交換器24から導出されたLNGが、第5熱交換器25に導入され、第2蒸留塔70の塔底部72から導出された第2液体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温される。例えば約−71℃,約6MPaのLNGが第5熱交換器25において、その寒冷が放出されることによって、約−47℃まで加温される。同時に、約84℃,約2.3MPaの第2液体成分が冷却され、約20℃の液化石油ガスが作製されて供出される。
(4c)第5熱交換器25から導出されたLNGが、気化器30に導入され、加温されて気化する。例えば約−47℃,約6MPaのLNGが、気化器30において、その寒冷が放出され、約15℃まで加温されることによって気化される。
(9a)第2蒸留塔70に導入されたLNGは、エタンリッチの第2塔頂ガスとエタンよりも炭素数の大きな成分(以下「プロパン等成分」ということがある)を主成分とする第2塔底液に分離される。具体的には、例えば圧力約2.3MPa,塔頂温度約−63℃,塔底温度約84℃を形成する第2蒸留塔70において、中塔部73に導入された液体のLNGは、下昇流を形成し、第2塔底部75において加温され気化されたエタンおよびプロパン等成分を含む上昇流と気液接触することによって、プロパン等成分の純度が上昇する(第2塔底液)。塔内に形成された上昇流は、エタンを含むLNGおよびエタンリッチの還流液を主とする下降流と気液接触することによって、エタンの純度が上昇する(第2塔頂ガス)。
(9b)第2塔頂部71から導出された第2塔頂ガスからエタンリッチのsNGが作製される。第2塔頂部71から例えばエタン99.9%以上を含む約−63℃,約2.3MPaの第2塔頂ガスが導出され、その約20%が、気体成分Cとして第2圧縮機43によって例えば約−61℃,約6MPaに圧縮され、さらに第2気化器31によって加温され、例えば約35℃,約6MPaのエタンリッチのsNGが作製され、第2天然ガス供出部4を介して供出される。このとき、第2塔頂ガスの約80%は、気体成分Dとして第4熱交換器24に導入され、約−63℃の第2凝縮液が作製され、作製された第2凝縮液は第2還流液として第2蒸留塔上部74に導入される。
(9c)第2塔底部72から導出された第2塔底液からLPGが作製される。第2塔底部72から例えばエタン等成分99.9%以上を含む約84℃,約2.3MPaの第2塔底液が導出され、第5熱交換器25を介して約20℃に減温されてLPGが作製され、液化石油ガス液供出部5を介して供出される。LNGの寒冷を有効に利用することによって、所望の製品LPGを供出することができる。また、本装置では、図示しないが、蒸留塔10からの塔底液だけではなく、第2蒸留塔70からの第2塔底液についても、これを分岐した一方において製品(LPG)を供出するとともに、他方においてリボイラ(図示せず)を介して第2塔底液を加温し、第2蒸留塔下部75に導入されることによって、高い蒸留機能を得ることができる。
本装置の第5構成例の概要を、図8に示す。本装置は、第4構成例の原料供給流路において、膨張機41が並列に配設された膨張タービン41a,41bから構成され、気化器30から導出されたLPGが分岐されて各膨張タービン41a,41bに導入され、膨張タービン41aが圧縮機42と連結され、膨張タービン41bが発電機60と連結される構成を有する。以下、第1,第2および第4構成例と共通する要素は、説明を省略することがあるとともに、共通の名称および符号で示す。LNGの供給量や組成あるいは供給温度や圧力等の変動、またはNGやNGLの供出量あるいは供出温度や圧力が変動に対応して、膨張タービン41aと41bの稼働量および圧縮機42の稼働量を調整することによって、蒸留塔10および第2蒸留塔70を含む本装置の最適条件の機能を確保することができる。また、膨張タービン41bと発電機60との連結や膨張タービンの数量、あるいは複数の膨張タービンと圧縮機や発電機との連結については、第2構成例と同様である。
本装置の第5構成例を用い、原料として上表1に例示された組成のLNGを供給し、各部における温度(℃)・圧力(MPa)・流量(kg/h)・組成(G/L:気/液)を実証した。LNG(−150℃,6.00MPa)が427,000kg/h供給されると、図7中の各部a〜r2に加えて、図9中の各部s〜vの温度・圧力・流量・組成は、下表7に例示されるような結果が得られた。また、膨張タービン42に連結された発電機60からは約500KW/hの発電量を得ることができた。
2 天然ガス供出部
3 天然ガス液供出部
10 蒸留塔
11 塔頂部
12 塔底部
13 中塔部
14 蒸留塔上部
15 蒸留塔下部
21 第1熱交換器
22 第2熱交換器
23 第3熱交換器
30 気化器
41 膨張機
42 圧縮機
50 気液分離器
A 気体成分A
B 気体成分B
Claims (7)
- 液化天然ガスが原料として蒸留塔に導入され、該蒸留塔の塔頂部から導出された気体成分からメタンリッチの天然ガスが作製され、該塔底部から導出された液体成分から天然ガス液が作製される液体燃料ガスの供給装置であって、
過冷却状態の加圧された液化天然ガスが、原料供給部,第1〜第3熱交換器,気化器,膨張機,再度第2熱交換器および気液分離器を介して、原料として前記蒸留塔に導入される原料供給流路と、
前記気体成分が分岐され、その一方の気体成分Aが、前記膨張機と連結された圧縮機および天然ガス供出部を介して前記天然ガスとして供出される天然ガス供出流路と、他方の気体成分Bが、前記第1熱交換器を介して還流液として蒸留塔上部に導入される還流流路と、
前記液体成分が、第3熱交換器および天然ガス液供出部を介して前記天然ガス液として供出される天然ガス液供出流路と、を備え、
前記第1熱交換器において、前記原料供給部から供給された液化天然ガスの寒冷によって前記気体成分Bが凝縮され、前記還流液が作製され、
前記第2熱交換器において、前記第1熱交換器から導出された液化天然ガスの寒冷によって前記膨張機から導出された液化天然ガスが低温凝縮され、低温凝縮された当該液化天然ガスが前記気液分離器を介して原料として前記蒸留塔に導入され、
前記第3熱交換器において、前記第2熱交換器から導出された液化天然ガスの寒冷によって前記塔底部から導出された液体成分が減温され、前記天然ガス液が作製される、
ことを特徴とする液体燃料ガスの供給装置。 - 前記原料供給流路において、前記第3熱交換器の下流に第4熱交換器および第5熱交換器が設けられ、
前記塔底部から導出された液体成分の一部または全量が、第2蒸留塔に導入される第2蒸留流路と、
前記第2蒸留塔の第2塔頂部から導出された第2気体成分が分岐され、その一方の気体成分Cが、第2圧縮機,第2気化器および第2天然ガス供出部を介して第2天然ガスとして供出される第2天然ガス供出流路と、他方の気体成分Dが、前記第4熱交換器を介して第2還流液として第2蒸留塔上部に導入される第2還流流路と、
前記第2蒸留塔の第2塔底部から導出された第2液体成分が、第5熱交換器および液化石油ガス供出部を介して液化石油ガスとして供出される液化石油ガス供出流路と、を備え、
前記第4熱交換器において、前記第3熱交換器から導出された液化天然ガスの寒冷によって前記気体成分Dが凝縮され、前記第2還流液が作製され、
前記第5熱交換器において、前記第4熱交換器から導出された液化天然ガスの寒冷によって前記第2塔底部から導出された第2液体成分が減温され、前記液化天然ガスが作製される、
ことを特徴とする請求項1記載の液体燃料ガスの供給装置。 - 前記原料供給部から供給された液化天然ガスの全量が、前記第1〜第3熱交換器および前記気化器を介して常温加圧状態に処理された後、前記膨張機による断熱膨張によって減温・減圧処理され、再度前記第2熱交換器に導入されて更に低温凝縮処理された後、前記気液分離器に導入されて分離処理された気体が前記蒸留塔の中塔上部に、液体が前記蒸留塔の中塔下部に、原料として導入されることを特徴とする請求項1または2記載の液体燃料ガスの供給装置。
- 前記膨張機が並列に配設された複数の膨張タービンから構成され、前記気化器から導出された液化天然ガスが分岐されて各膨張タービンに導入され、そのうちの1または複数の膨張タービンが、同数の前記圧縮機と連結され、他の膨張タービンが、同数の発電機と連結されるとともに、前記圧縮機に前記気体成分Bが導入される構成を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液体燃料ガスの供給装置。
- 前記原料供給部と前記蒸留塔上部を接続する流路を設け、起動時において、前記原料供給部から供給された液化天然ガスの一部が、前記蒸留塔上部から蒸留塔に原料として導入されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の液体燃料ガスの供給装置。
- 液化天然ガスが原料として蒸留塔に導入され、該蒸留塔の塔頂部から導出された気体成分からメタンリッチの天然ガスが作製され、該塔底部から導出された液体成分から天然ガス液が作製される液体燃料ガスの供給方法であって、
過冷却状態の加圧された液化天然ガスの全量が、原料供給部,第1〜第3熱交換器,気化器,膨張機,再度第2熱交換器および気液分離器を介して、原料として前記蒸留塔に導入され、
(1)前記原料供給部から供給された液化天然ガスが、前記第1熱交換器に導入され、前記気体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(2)前記第1熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記第2熱交換器に導入され、前記膨張機から導出された液化天然ガスとの熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(3)前記第2熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記第3熱交換器に導入され、前記液体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(4)前記第3熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記気化器に導入され、加温されて気化し、
(5)前記気化器から導出された液化天然ガスが、前記膨張機に導入され、断熱膨張によって減圧・減温され、
(6)前記膨張機から導出された液化天然ガスが、再度前記第2熱交換器に導入され、(2)における熱交換によって減温されて凝縮し、
(7)前記第2熱交換器から導出された凝縮液を含む液化天然ガスが、前記気液分離器に導入され、気液分離され、
(8)前記気液分離器において分離処理された気体が前記蒸留塔の中塔上部に、液体が前記蒸留塔の中塔下部に、原料として導入され、
前記気体成分が分岐され、その一方の気体成分Aが、前記膨張機と連結された圧縮機によって断熱圧縮され、加温加圧された天然ガスとして供出され、他方の気体成分Bが、前記(1)において、液化天然ガスの寒冷によって減温されて凝縮し、還流液として前記蒸留塔上部に還流されるとともに、
前記液体成分が、前記(3)において、液化天然ガスの寒冷によって減温された天然ガス液として供出されることを特徴とする液体燃料ガスの供給方法。 - 過冷却状態の加圧された液化天然ガスの全量が、原料供給部,第1〜第3熱交換器,気化器,膨張機,再度第2熱交換器および気液分離器を介して、原料として蒸留塔に導入され、該蒸留塔の塔頂部から気体成分がメタンリッチの天然ガスとして導出され、該蒸留塔の塔底部から導出された液体成分が導出され、前記塔底部から導出された液体成分の一部または全量が第2蒸留塔に導入され、該第2蒸留塔の第2塔頂部から第2気体成分が導出され、該第2蒸留塔の第2塔底部から第2液体成分導出され、
(1)前記原料供給部から供給された液化天然ガスが、前記第1熱交換器に導入され、前記気体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(2)前記第1熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記第2熱交換器に導入され、前記膨張機から導出された液化天然ガスとの熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(3)前記第2熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記第3熱交換器に導入され、前記液体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(4a)前記工程(1)〜(3)を経て前記第3熱交換器から導出された液化天然ガスが、さらに第4熱交換器に導入され、前記第2気体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(4b)前記第4熱交換器から導出された液化天然ガスが、第5熱交換器に導入され、前記第2液体成分との熱交換によって、その寒冷を放出して加温され、
(4c)前記第5熱交換器から導出された液化天然ガスが、前記気化器に導入され、加温されて気化した後、
(5)前記気化器から導出された液化天然ガスが、前記膨張機に導入され、断熱膨張によって減圧・減温され、
(6)前記膨張機から導出された液化天然ガスが、再度前記第2熱交換器に導入され、(2)における熱交換によって減温されて凝縮し、
(7)前記第2熱交換器から導出された凝縮液を含む液化天然ガスが、前記気液分離器に導入され、気液分離され、
(8)前記気液分離器において分離処理された気体が前記蒸留塔の中塔上部に、液体が前記蒸留塔の中塔下部に、原料として導入され、
前記第2気体成分が分岐され、その一方の気体成分Cが、第2圧縮機によって断熱圧縮され、加温加圧されたエタンリッチの第2天然ガスとして供出され、他方の気体成分Dが、前記工程(4a)において、液化天然ガスの寒冷によって減温されて凝縮し、第2還流液として前記第2蒸留塔上部に還流されるとともに、
前記第2液体成分が、前記工程(4b)において、液化天然ガスの寒冷によって減温された液化石油ガスとして供出され、または、該液化石油ガスとともに、前記蒸留塔の塔底部から導出された液体成分が、前記(3)において、液化天然ガスの寒冷によって減温された天然ガス液として供出されることを特徴とする液体燃料ガスの供給方法。
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