TWI616631B - 供給液體燃料氣體之設備及方法 - Google Patents

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永田大祐
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富田伸二
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Abstract

本發明係關於一種具有高能效的供給液體燃料氣體之設備及方法，其有效使用LNG之冷度，且能夠在幾乎不需要外部能量之情況下根據充當源材料之LNG的組成或需求量之波動來確保該液體燃料氣體之供給量，其中- 由源材料供給部分1供給之LNG經由冷度釋放過程經由第一熱交換器、第二熱交換器、第三熱交換器、汽化器及膨脹器汽化，且汽化之LNG通過該第二熱交換器及氣液分離器，形成氣液混合物，以作為源材料導引至蒸餾塔中；- 將分支部分置於流動通道中用於自該蒸餾塔之塔頂部導引出氣體組分，由在該分支部分處的分支產生之一種氣體組分A經由與該膨脹器41連接之壓縮機及天然氣供給部分供給出，且由在該分支部分處的分支產生之另一種氣體組分B作為回流液經由該第一熱交換器導引至該蒸餾塔之上部中；- 自該蒸餾塔之塔底部導引出的液體組分作為NGL經由該第三熱交換器及天然氣液供給部分供給出。

Description

供給液體燃料氣體之設備及方法
本發明係關於一種設備及一種供給液體燃料氣體之方法，該方法使用液化天然氣(其在下文中可稱為「LNG」)作為源材料且使用其冷度，且特別適用作用於供給含有甲烷作為主要組分的液體燃料氣體之設備及方法，該液體燃料氣體用作發電用燃料或其類似物。
天然氣(NG)對於運輸及儲存設施而言以液化天然氣(LNG)形式儲存，且在其汽化之後主要用於熱力發電或城市燃氣。此外，在『葉岩氣革命』之後，廉價LNG在LNG現貨市場已可獲得，且出於此原因，使用獲自不同來源國的LNG之情況的數目增加。
此外，例如在NG用作發電用燃料的情況下，鑒於藉由增加燃燒能量增加發電量，當甲烷含量為100%時為適宜的。另一方面，具有較大碳數之組分(諸如乙烷)(其在下文中可稱為「乙烷或其類似物之組分」)不僅在化工廠中作為源材料為有價值的，而且由於LPG之使用量可藉由使用該組分作為製成具有較高卡路里的LNG而減少為有利的。鑒於該等情況，需要在LNG消耗場所(LNG接收基地)中提供具有將LNG分離成富甲烷氣體及乙烷或其類似物之組分的高能效之方法。
舉例而言，參考圖10，已知一種分離高壓天然氣之設備， 其在氣體管道中使用高壓天然氣或城市燃氣作為源材料，且其以產低溫間距配備有精餾塔110，該精餾塔在其下側上的源材料氣體中儲存液態高沸點組分且在其上側上儲存富甲烷氣體；熱交換器102，其冷卻源材料氣體；再沸器101，其冷卻已通過熱交換器102之源材料氣體；源材料氣體膨脹裝置(源材料氣體膨脹閥103)，其使已通過再沸器101之源材料氣體絕熱膨脹；第一產物氣體流動通道M，其將存在於精餾塔之上部中的富甲烷氣體經由熱交換器102導引至外部作為第一產物氣體；及第二產物氣體流動通道E，其將存在於精餾塔之下部中的高沸點組分經由熱交換器102導引至外部作為第二產物氣體(參見例如文獻1：JP-A-2013-064077)。此處，參考數字110a表示精餾塔110之頂部；參考數字110b表示精餾塔110之底部；且符號S表示源材料氣體流動通道。
然而，諸如上文所描述之分離高壓天然氣之設備可能產生各種問題，諸如以下。
(i)在上述分離設備中，展示構造實例，其中來自管道的常溫至約-50℃之LNG或其類似物供給為源材料且在冷卻至約-80℃至-120℃之後導引至精餾塔中。自精餾塔導引出的產物氣體用作冷卻用冷度。在此方法中，所供給的LNG或其類似物或產物氣體之需求量(供給量)一般可能由於熱力發電或城市燃氣之需求的波動而波動，且可用冷度的量亦可能變動。在使用高壓天然氣作為源材料之包含此類構造的習知設備中，當僅使用自精餾塔導引出的塔頂氣體或塔底液體時，不能充分確保在設備內可由自供給獲得的冷卻用冷度的情況。自外部引入冷度除設備煩瑣之外還招致極大的能效損失。
(i)因為LNG之組分視產地而波動，LNG通常加壓及儲存於過冷狀態下的高壓槽(例如，約-160℃，8.5MPa)中。在使用高壓天然氣作為源材料之習知設備中，不可發現熟練使用其冷度之方法，且如在上述分離設備中，LNG在加工成加熱狀態後藉由使用分離冷度再次冷卻以便符合精餾塔之最佳條件及導引至精餾塔中作為調整後的源材料。需要有效使用LNG之冷度之設備及方法。
(iii)此外，在將分離之富甲烷氣體製成壓縮氣體的製造過程中，必須添加較大能量以便加壓具有常溫及常壓之氣體，且亦需要用於抑制氣體溫度伴隨壓縮而上升之冷度。在消耗量及供給量波動之條件下，能量總體減少、冷度高效使用及能量全面減少存在很大問題。
本發明之一目標為提供一種具有高能效的供給液體燃料氣體之設備及方法，其有效使用LNG之冷度，且能夠藉由有效使用在製備液體燃料氣體中所需的冷度、壓縮能量及膨脹能量在幾乎不需要外部能量之情況下根據充當源材料之LNG的組成或需求量之波動來確保液體燃料氣體之供給量。此外，本發明之另一目標為提供一種具有高能效的供給液體燃料氣體且能夠藉由使用LNG作為源材料有效取出諸如富甲烷NG、天然氣液(其在下文中可稱為「NGL」)、富乙烷NG及液化石油氣之各種液體燃料氣體之設備及方法。
作為為解決前述問題而重複之急切研究的結果，本發明人已發現前述目標可藉由以下展示之供給液體燃料氣體之設備及方法達成，從而完成本發明。
本發明之特徵在於一種供給液體燃料氣體之設備，其中液化天然氣作為源材料導引至蒸餾塔中，隨後由自蒸餾塔之塔頂部導引出的氣體組分製備富甲烷天然氣，且由自蒸餾塔之塔底部導引出的液體組分製備天然氣液，該設備具有：-源材料供給流動通道，其中過冷狀態之加壓液化天然氣作為源材料經由源材料供給部分、第一熱交換器、第二熱交換器、第三熱交換器、汽化器、膨脹器、再次第二熱交換器及氣液分離器導引至蒸餾塔中；-天然氣供給流動通道，其中由氣體組分之分支產生的一種氣體組分A作為天然氣經由與膨脹器連接之壓縮機及天然氣供給部分供給出；-回流流動通道，其中由氣體組分之分支產生的另一種氣體組分B作為回流液經由第一熱交換器導引至蒸餾塔之上部中；及-天然氣液供給流動通道，其中液體組分作為天然氣液經由第三熱交換器及天然氣液供給部分供給出，其中●在第一熱交換器中，氣體組分B藉由由源材料供給部分供給之液化天然氣的冷度進行冷凝，從而製備回流液，●在第二熱交換器中，自膨脹器導引出的液化天然氣藉由自第一熱交換器導引出的液化天然氣之冷度進行低溫冷凝，從而製備源材料，及●在第三熱交換器中，自塔底部導引出的液體組分藉由自第二熱交換器導引出的液化天然氣之冷度發生溫度降低，從而製備天然氣液。
本發明之特徵亦在於一種供給液體燃料氣體之方法，其中液化天然氣作為源材料導引至蒸餾塔中，隨後由自蒸餾塔之塔頂部導引出的氣體組分製備富甲烷天然氣，且由自蒸餾塔之塔底部導引出的液體組分製 備天然氣液，其中全部量之過冷狀態的加壓液化天然氣作為源材料經由源材料供給部分、第一熱交換器、第二熱交換器、第三熱交換器、汽化器、膨脹器、再次第二熱交換器及氣液分離器導引至蒸餾塔中；(1)將由源材料供給部分供給之液化天然氣導引至第一熱交換器中，且藉由釋放其冷度經由與氣體組分熱交換來加熱；(2)將自第一熱交換器導引出的液化天然氣導引至第二熱交換器中，且藉由釋放其冷度經由與自膨脹器導引出的液化天然氣熱交換來加熱；(3)將自第二熱交換器導引出的液化天然氣導引至第三熱交換器中，且藉由釋放其冷度經由與液體組分熱交換來加熱；(4)將自第三熱交換器導引出的液化天然氣導引至汽化器中，且藉由加熱汽化；(5)將自汽化器導引出的液化天然氣導引至膨脹器中，且藉由絕熱膨脹進行壓力及溫度之降低；(6)將自膨脹器導引出的液化天然氣再次導引至第二熱交換器中，且藉由由步驟(2)中之熱交換發生溫度降低來冷凝；(7)將自第二熱交換器導引出的含有冷凝物之液化天然氣導引至氣液分離器中，進行氣液分離；(8)在氣液分離器中分離之氣體作為源材料導引至蒸餾塔之中間塔的上部中，且在氣液分離器中分離之液體作為源材料導引至蒸餾塔之中間塔的下部中；- 由氣體組分之分支產生的一種氣體組分A在與膨脹器連接之壓縮機 中進行絕熱壓縮，且作為加熱且加壓之天然氣供給出；- 由氣體組分之分支產生的另一種氣體組分B經由藉由步驟(1)中之液化天然氣的冷度發生溫度降低來冷凝，且作為回流液回流至蒸餾塔之上部中；及- 液體組分藉由步驟(3)中之液化天然氣的冷度發生溫度降低，作為天然氣液供給出。
諸如上文所描述之構造有可能提供一種具有高能效的供給液體燃料氣體之設備及方法，其有效使用LNG之冷度，且能夠藉由有效使用在製備液體燃料氣體中所需的冷度、壓縮能量及膨脹能量在幾乎不需要外部能量之情況下根據充當源材料之LNG的組成或需求量之波動來確保液體燃料氣體之供給量。
具體言之，LNG之冷度可藉由經由第一至第三熱交換器依次釋放全部量的過冷狀態之加壓LNG的冷度及在製備回流液、在絕熱膨脹之後呈氣液混合狀態之源材料及NGL中使用冷度來完全使用。
此外，藉由在其用於溫度降低及LNG自身在汽化後冷凝之釋放過程中使用LNG之冷度，在製備導引至蒸餾塔中的源材料之過程中在LNG流動中形成以逆流方式給予及接收冷度之交叉點，從而可進一步更有效使用LNG之冷度。
本發明之特徵亦在於上文所描述之供給液體燃料氣體之設備，其進一步具有：- 第四熱交換器及第五熱交換器，其提供於源材料供給流動通道中之第三熱交換器下游； - 第二蒸餾流動通道，其中將部分或全部量之自塔底部導引出的液體組分導引至第二蒸餾塔中；- 第二天然氣供給流動通道，其中由自第二蒸餾塔之第二塔頂部導引出的第二氣體組分之分支產生的一種氣體組分C作為第二天然氣經由第二壓縮機、第二汽化器及第二天然氣供給部分供給出；- 第二回流流動通道，其中由自第二蒸餾塔之第二塔頂部導引出的第二氣體組分之分支產生的另一種氣體組分D作為第二回流液經由第四熱交換器導引至第二蒸餾塔之上部中；及- 液化石油氣供給流動通道，其中自第二蒸餾塔之第二塔底部導引出的第二液體組分作為液化石油氣經由第五熱交換器及液化石油氣供給部分供給出，其中˙氣體組分D在第四熱交換器中藉由自第三熱交換器導引出的液化天然氣之冷度來冷凝，從而製備第二回流液，及˙自第二塔底部導引出的第二液體組分在第五熱交換器中藉由自第四熱交換器導引出的液化天然氣之冷度發生溫度降低，從而製備液化天然氣。
本發明之特徵亦在於上文所描述之供給液體燃料氣體之方法，其中- 將部分或全部量之自塔底部導引出的液體組分導引至第二蒸餾塔中；- 由自第二蒸餾塔之第二塔頂部導引出的第二氣體組分製備富乙烷第二天然氣； - 由自第二蒸餾塔之第二塔底部導引出的第二液體組分製備液化石油氣；替代步驟(4)，(4a)在通過步驟(1)至(3)之後將自第三熱交換器導引出的液化天然氣進一步導引至第四熱交換器中，且藉由釋放其冷度藉由與第二氣體組分熱交換來加熱；(4b)將自第四熱交換器導引出的液化天然氣導引至第五熱交換器中，且藉由釋放其冷度藉由與第二液體組分熱交換來加熱；(4c)將自第五熱交換器導引出的液化天然氣導引至汽化器中，且藉由加熱汽化；其後，在通過步驟(5)至(8)之後所得物作為源材料導引至蒸餾塔中；- 由第二氣體組分之分支產生的一種氣體組分C藉由第二壓縮機進行絕熱壓縮，且作為加熱且加壓之第二天然氣供給出；- 由第二氣體組分之分支產生的另一種氣體組分D經由藉由步驟(4a)中之液化天然氣的冷度發生溫度降低來冷凝，且作為第二回流液回流至第二蒸餾塔之上部中；及- 第二液體組分作為液化石油氣藉由由步驟(4b)中之液化天然氣的冷度發生溫度降低來供給出。
諸如上文所描述之構造有可能提供一種具有高能效的供給液體燃料氣體且能夠藉由使用LNG作為源材料有效取出富甲烷NG及NGL以及諸如富乙烷NG及液化石油氣之各種液體燃料氣體之設備及方法。特定 言之，藉由將兩個串聯蒸餾塔相對於充當源材料之LNG安置，每種液體燃料氣體可單獨以任意量供給出，且藉由以任意比率摻合此等氣體所獲得之液體燃料氣體亦可根據要求說明書供給出。
此外，過冷狀態之加壓LNG在經由第一至第三熱交換器釋放預定量之冷度之後仍具有有效冷度。藉由在製備富乙烷氣體、丙烷及其類似物中經由第四熱交換器及第五熱交換器使用此殘餘冷度，本發明有可能在幾乎不需要外部能量之情況下有效製備各種液體燃料氣體，諸如LPG。
本發明之特徵亦在於上文所描述之供給液體燃料氣體之設備，其中將全部量之由源材料供給部分供給的液化天然氣經由第一至第三熱交換器及汽化器加工成常溫加壓狀態，其後經由藉由膨脹器之絕熱膨脹發生溫度降低及壓力降低，藉由再次導引至第二熱交換器中進一步進行低溫冷凝，且藉由導引至氣液分離器中進行分離，隨後在氣液分離器中分離之氣體作為源材料導引至蒸餾塔之中間塔的上部中，且在氣液分離器中分離之液體作為源材料導引至蒸餾塔之中間塔的下部中。
上文所描述之供給液體燃料氣體之設備可達成有效使用冷度(在過去尚未可使用)給予及接收熱能，因為可使用全部量之LNG冷度，尤其過冷狀態之加壓LNG的冷度。在此過程期間，所供給之LNG處於高壓狀態，且導引至蒸餾塔中的充當源材料之LNG較佳設定為具有達到最佳蒸餾條件之壓力。
本發明藉由使全部量之所供給LNG汽化以釋放其冷度且其後對此冷度進行絕熱膨脹及冷卻以製備該材料來實現此類功能。此有可能確保蒸餾塔中之最佳溫度及壓力條件，甚至在LNG之供給量、組成、溫度 或壓力發生波動時，且有可能在極大程度上減少伴隨冷度傳輸之能量損失。
本發明之特徵亦在於上文所描述之供給液體燃料氣體之設備，其中膨脹器由複數個串聯配置之膨脹渦輪機組成；自汽化器導引出的液化天然氣經分支而導引至每個膨脹渦輪機中；一個或複數個膨脹渦輪機與相同數目的壓縮機連接；其他膨脹渦輪機與相同數目的發電機連接；及氣體組分A導引至壓縮機中。
在供給液體燃料氣體之設備中，除LNG之供給量、組成或輸送溫度及壓力波動之外，所製備之富甲烷天然氣(其在下文中可稱為「NG」)或天然氣液(其在下文中可稱為「NGL」)之供給量或供給溫度及壓力可能發生波動。此外，為改良供給液體燃料氣體之設備中的總能效，較佳確保電能在該設備內作為驅動電源。
本發明有可能根據上述波動藉由使用具有複數個膨脹渦輪機之膨脹器及調整每個渦輪機及與其一部分連接之壓縮機的操作量來確保最佳條件之功能，且亦有可能根據僅膨脹渦輪機之操作藉由連接發電機與膨脹渦輪機之一部分來確保發電量。
本發明之特徵亦在於上文所描述之供給液體燃料氣體之設備，其進一步具有連接於源材料供給部分與蒸餾塔之上部之間的流動通道，從而當啟動設備時，由源材料供給部分供給的液化天然氣之一部分作為源材料經由蒸餾塔之上部導引至蒸餾塔中。
當啟動蒸餾塔時，需要預定時間段直至在塔內部中形成最佳氣液平衡。特定言之，部分回流液為形成穩定氣液平衡之速率限制條件之一。本發明允許藉由經由蒸餾塔之上部引入作為源材料供給之低溫LNG來 補充形成此類回流液，從而可快速形成穩定氣液平衡。
1‧‧‧源材料供給部分
2‧‧‧天然氣供給部分
3‧‧‧天然氣液供給部分
4‧‧‧第二天然氣供給部分
5‧‧‧液化石油氣供給部分
10‧‧‧蒸餾塔
11‧‧‧塔頂部
12‧‧‧塔底部
13‧‧‧中間塔部分
14‧‧‧上部
15‧‧‧下部
21‧‧‧第一熱交換器
22‧‧‧第二熱交換器
23‧‧‧第三熱交換器
24‧‧‧第四熱交換器
25‧‧‧第五熱交換器
30‧‧‧汽化器
31‧‧‧第二汽化器
41‧‧‧膨脹器
41a‧‧‧膨脹渦輪機
41b‧‧‧膨脹渦輪機
42‧‧‧壓縮機
43‧‧‧第二壓縮機
50‧‧‧氣液分離器
60‧‧‧發電機
70‧‧‧第二蒸餾塔
71‧‧‧第二塔頂部
72‧‧‧第二塔底部
73‧‧‧中間塔部分
74‧‧‧上部
75‧‧‧下部
101‧‧‧再沸器
102‧‧‧熱交換器
103‧‧‧源材料氣體膨脹閥
110‧‧‧精餾塔
110a‧‧‧精餾塔之頂部
110b‧‧‧精餾塔之底部
圖1為說明根據本發明之供給液體燃料氣體之設備之基本構造實例的示意圖；圖2為如在根據本發明之供給液體燃料氣體之設備之基本構造實例中所例示的驗證結果；圖3為說明根據本發明之供給液化氣體之設備之第二例示性結構的示意圖；圖4為如在根據本發明之供給液化氣體之設備之第二例示性結構中所例示的驗證結果；圖5為說明根據本發明之供給液化氣體之設備之第三例示性結構的示意圖；圖6為說明根據本發明之製造液化氣體之設備之第四例示性結構的示意圖；圖7為如在根據本發明之製造液化氣體之設備之第四例示性結構中所例示的驗證結果；圖8為說明根據本發明之製造液化氣體之設備之第五例示性結構的示意圖；圖9為如在根據本發明之製造液化氣體之設備之第五例示性結構中所例示的驗證結果；及圖10為說明根據習知技術分離高壓天然氣之設備的示意圖。
在根據本發明之供給液體燃料氣體之設備(在下文中稱為「本發明設備」)中，液化天然氣(LNG)作為源材料導引至蒸餾塔中，隨後由自蒸餾塔之塔頂部導引出的氣體組分製備富甲烷天然氣(NG)，且由自蒸餾塔之塔底部導引出的液體組分製備天然氣液(NGL)。該設備包括源材料供給流動通道，其中過冷狀態之加壓LNG作為源材料經由源材料供給部分、第一熱交換器、第二熱交換器、第三熱交換器、汽化器、膨脹器、再次第二熱交換器及氣液分離器導引至蒸餾塔中；天然氣供給流動通道，其中由氣體組分之分支產生的一種氣體組分A作為NG經由與膨脹器連接之壓縮機及天然氣供給部分供給出；回流流動通道，其中由氣體組分之分支產生的另一種氣體組分B作為回流液經由第一熱交換器導引至蒸餾塔之上部中；及天然氣液供給流動通道，其中液體組分作為NGL經由第三熱交換器及天然氣液供給部分供給出。
氣體組分B在第一熱交換器中藉由由源材料供給部分供給之LNG的冷度進行冷凝，從而製備回流液。自膨脹器導引出的LNG在第二熱交換器中藉由自第一熱交換器導引出的LNG之冷度進行低溫冷凝，從而製備源材料。自塔底部導引出的液體組分在第三熱交換器中藉由自第二熱交換器導引出的LNG之冷度發生溫度降低，從而製備NGL。在下文中，將參考隨附圖式描述本發明之具體實例。
此處，在本發明具體實例中，各部分之諸如溫度、壓力及流動速率之條件可根據諸如氣體之種類及流動速率之其他條件適當改變。
圖1中將例示本發明設備之基本構造實例(第一構造實例) 之概述。在本發明設備中，過冷狀態之加壓LNG作為源材料導引至蒸餾塔10中；由自塔頂部11導引出的氣體組分(塔頂部氣體)製備富甲烷NG；及由自塔底部12導引出的液體組分(塔底部液體)製備NGL。此處，由源材料供給部分1供給之LNG經由冷度釋放過程經由第一熱交換器21、第二熱交換器22、第三熱交換器23、汽化器30及膨脹器41汽化，且該汽化之LNG通過第二熱交換器22及氣液分離器50，形成氣液混合物，作為源材料導引至蒸餾塔10中。鑒於LNG之通道，形成LNG與自身之交叉點，返回的LNG在交叉點處以逆流方式給予及接收冷度。在交叉點處，釋放過程中LNG之冷度用於降低溫度及LNG自身在汽化後冷凝。換言之，在製備導引至蒸餾塔中的源材料之過程中的LNG流中，不僅釋放而且接收LNG之冷度，亦即，接收所釋放冷度之一部分，從而可進一步更有效使用冷度。
具體言之，提供源材料供給流動通道，其中過冷狀態之加壓LNG作為源材料經由源材料供給部分1、第一熱交換器21、第二熱交換器22、第三熱交換器23、汽化器30、膨脹器41、再次第二熱交換器22及氣液分離器50導引至蒸餾塔10中。低溫高壓LNG(例如，約-150℃，約6MPa)由源材料供給部分1以液體形式供給，且在依次經由第一至第三熱交換器21至23釋放冷度之後藉由汽化器30汽化。
可最大程度地使用LNG之冷度。汽化LNG藉由膨脹器41進行絕熱膨脹，發生溫度降低且亦發生壓力降低至最佳作為源材料之預定壓力(例如約2.3MPa)，以便形成氣態低溫及低壓LNG。
氣態LNG再次藉由第二熱交換器22進一步發生溫度降低至最佳作為源材料之預定溫度。此時的預定溫度係指具有預定組成之LNG在 最佳壓力下冷凝形成氣液共存狀態之溫度。舉例而言，在具有以下表1中所例示之組成的LNG之情況下，在約2.3MPa下約-80℃為適合的。冷凝LNG藉由氣液分離器50分離成氣體及液體，且導引至蒸餾塔10中。
此時，較佳為藉由導引至氣液分離器50中而分離之氣體作為源材料導引至蒸餾塔10之中間塔部分13的上部(中間塔的上部)中，且藉由導引至氣液分離器50中而分離之液體作為源材料導引至蒸餾塔10之中間塔部分13的下部(中間塔的下部)中。藉由將低溫液體LNG與稍後描述之回流液一起導引至中間塔的下部中且將低溫氣態LNG導引至中間塔的上部中，可使氣液分離器50起預置蒸餾塔作用，從而可進一步提高分離成甲烷組分及除甲烷以外的組分之效率。
此時，較佳為將全部量之由源材料供給部分1供給的LNG經由第一至第三熱交換器21至23及汽化器30加工成常溫加壓狀態，其後經由藉由膨脹器41之絕熱膨脹發生溫度降低及壓力降低，藉由再次導引至第二熱交換器22中進一步進行低溫冷凝，且藉由導引至氣液分離器50中進行分離，隨後藉由導引至氣液分離器50中而分離之氣體作為源材料導引至蒸餾塔10之中間塔部分13的上部(中間塔的上部)中，且藉由導引至氣液分離器50中而分離之液體作為源材料導引至蒸餾塔10之中間塔部分13的下部(中間塔的下部)中。
即使在LNG之供給量、組成、溫度或壓力發生波動時，可確保蒸餾塔10中之最佳溫度及壓力條件，且可在極大程度上減少伴隨冷度傳輸之能量損失。然而，當所供給之冷度的量超出足以製備所需NG及NGL的量時，可在源材料供給流動通道之中間抽出冷度用於其他目的。
此應用於例如以下情況，其中供給含有大量甲烷之LNG；可用LNG之冷度的量較大；可由蒸餾塔10製備大量NG；且NGL可用較小量之冷度製備。
在本發明設備中，分支部分安置於流動通道中用於導引出來自蒸餾塔10之塔頂部11的氣體組分(塔頂部氣體)。本發明設備在一個分支部分中配備有天然氣供給流動通道，其中由在分支部分處的分支產生之氣體組分A經由與膨脹器41連接之壓縮機42製成富甲烷NG且經由天然氣供給部分2供給出。塔頂部氣體為具有低溫及低壓(例如，約-100℃及約2.3MPa)之富甲烷NG，因此必須進行溫度升高及壓力升高之處理，以便作為具有預定溫度及壓力(例如，約-30℃及約6MPa)之產物NG取出。
在本發明設備中，所要產物NG可在不引入額外能量之情況下藉由與膨脹器41連接之用於製備源材料的壓縮機42對由分支產生之一種氣體組分A進行絕熱壓縮來供給出。
然而，當以與產物NG相等的低溫低壓狀態導引出塔頂部氣體時，塔頂部氣體直接自塔頂部11供給出而無需進行此類處理。
此外，壓縮機42意謂不僅包含單體構造，而且包含複數個壓縮機串聯配置之構造(在諸如具有較大壓縮比的情況下)或複數個壓縮機並聯配置之構造(在諸如獨立於膨脹器41進行壓縮比調整的情況下)。
本發明設備在另一個分支部分中配備有回流流動通道，其中由在分支部分處的分支產生之氣體組分B作為回流液經由第一熱交換器21導引至蒸餾塔之上部14中。分支氣體組分B導引至第一熱交換器21中，藉由確保足夠冷凝熱量以及降溫能量經由與具有最大量之冷度的LNG熱交 換來有效冷凝，且其後用作送至蒸餾塔10中之回流液，從而達成LNG之冷度的有效使用且亦進行緩衝功能以確保在由氣體組分A製備之產物氣體的供給量發生波動時蒸餾塔10之穩定效能。
具體言之，例如當產物NG的量減少時，蒸餾塔10可在塔頂部氣體之導引出的流動速率無波動之情況下藉由降低氣體組分A之供給流動速率(例如，約500,000至400,000kg/h)及提高氣體組分B之流動速率(例如，約500,000至600,000kg/h)來操作。
藉由增加呈維持蒸餾塔10之蒸餾效率的狀態之回流液，NG產量可降低，且可獲得NGL之產量的上升。相反地，當產物NG的量增加時，NG產量可提高，且NGL產量可藉由降低氣體組分B之流動速率及降低回流液的量來降低。
本發明設備配備有天然氣液供給流動通道，其中自蒸餾塔10之塔底部12導引出的液體組分(塔底部液體)經由第三熱交換器23製成NGL且經由天然氣液供給部分3供給出。塔底部液體為具有常溫及低壓(例如，約25℃及約2.3MPa)之NGL，使得必須進行溫度降低處理(及視情況而定進一步壓力降低處理)，以便作為具有預定溫度及壓力(例如，約-10℃及約2.3MPa)之產物NGL取出。
在本發明設備中，所要產物NGL可在不引入額外能量之情況下藉由與具有冷度之LNG熱交換對塔底部液體進行有效溫度降低來供給出。
此處，當具有3個或更多個碳數之組分(諸如丙烷)之充當源材料的LNG之量較大時，塔底部液體實際上可在不降低溫度之情況下作 為產物NGL供給出。此外，在本發明設備中(雖然圖式中未說明)，一方面塔底部液體可經分支以供給產物NGL，且另一方面塔底部液體可經由再沸器(圖式中未說明)加熱以導引至蒸餾塔之下部15中，從而可獲得高蒸餾功能。
如上文所描述，在本發明設備中，由源材料供給部分1供給之LNG依次在第一熱交換器21中釋放一部分冷度以使塔頂部氣體(氣體組分B)冷凝來製備回流液，進一步在第二熱交換器22中釋放一部分冷度以使自膨脹器41導引出的LNG進行低溫冷凝來製備源材料，且在第三熱交換器23中釋放殘餘量之冷度以使塔底部液體發生溫度降低來製備NGL。由源材料供給部分1供給之LNG係指例如已儲存於高壓槽中的過冷狀態之加壓LNG。藉由完全使用此冷度，可構築具有高能效的供給液體燃料氣體之設備。
在本發明設備中供給的LNG具有例如以下表1中所例示之組成，其中組分根據產地波動且LNG在不同溫度及壓力條件下儲存於高壓槽中。具體言之，LNG儲存在約-120℃至-160℃之溫度條件及約5MPa至10MPa之壓力條件下。
此處，根據本發明之LNG意謂包含諸如除習知地提及之LNG之外已描述之葉岩氣，或意謂不僅包含精製LNG而且包含非精製LNG。
第一至第三熱交換器21至23不受特別限制；然而，可使用例如板翅式熱交換器、殼管式熱交換器或其類似物。特定言之，在低溫液體LNG與低溫氣態NG之間進行熱交換之第一熱交換器21中及在低溫液體LNG與低溫氣態LNG之間進行熱交換之第二熱交換器22中，冷度可藉由使用具有較大傳熱面積之板翅式熱交換器來更有效給予及接收。此外，在低溫液體LNG與常溫液體NGL之間進行熱交換之第三熱交換器23中，冷度可藉由使用具有較小通道阻力且具有較大傳熱面積之殼管式熱交換器來更有效給予及接收。
在使用本發明設備之情況下，具有以上表1中所例示之組成的LNG係作為源材料供給，以便驗證各部分中之溫度(℃)、壓力(MPa)、流動速率(kg/h)及組成(G/L：氣體/液體)。
(i)驗證結果
當以427,000kg/h供給LNG(-150℃，6.00MPa)時，圖2中部分a至r中之每一者中的溫度、壓力、流動速率及組成的結果如以下表2中所例示。
(ii)隨後，將本發明設備中能量之輸入及輸出與習知「分離設備」進行比較驗證。在源材料LNG之壓力使用分離膨脹器降低至預定壓力且分離之NG使用壓縮機分別加壓以使用外部冷度製備回流液之習知「分離設備」中，在與本發明設備相同的條件下向蒸餾塔供給LNG且供給出在相同條件下的NG及NGL之情況下估計習知「分離設備」中所需的外部能量之供給量，且將結果與本發明設備中所需的外部能量之供給量進行比較。如將自以下表3所理解，已獲得如下結果：當與習知「分離設備」進行比較時，本發明設備中外部能量之供給量更小，總和量為9,393kW(如在電力方面轉換)。
圖3中將展示本發明設備之第二構造實例之概述。在下文中，基本構造之彼等常見的構成元件將用常見稱謂及參考符號指示，且可省略其描述。
本發明設備具有一種構造，其中在基本構造實例之源材料供給流動通道中，膨脹器41由並聯配置之膨脹渦輪機41a、41b組成；自汽化器30導引出的LPG經分支以導引至膨脹渦輪機41a、41b中之每一者中；膨脹渦輪機41a與壓縮機42連接；且膨脹渦輪機41b與發電機60連接。在包括蒸餾塔10之本發明設備之最佳條件下的功能可藉由根據LNG之供給量、組成、供給溫度、壓力及其類似者的波動或供給出的NG及NGL之供給量、供給溫度、壓力及其類似者的波動來調整膨脹渦輪機41a、41b之操作量及壓縮機42之操作量而確保。
此外，藉由連接發電機60與膨脹渦輪機41b，可確保對應於膨脹渦輪機41b之操作量的發電量。此處，展示一構造實例，其中膨脹器41由並聯配置之兩個膨脹渦輪機41a、41b組成；然而，膨脹渦輪機之數 目不限於此。
本發明設備意謂包括膨脹器由兩個或更多個膨脹渦輪機41a、41b...41n(圖式中未說明)組成之構造。藉由連接一或多個膨脹渦輪機與相同數目之壓縮機，可調整膨脹器之操作量(LNG之絕熱膨脹之量、溫度及壓力)，且可根據供給出的NG之供給量、供給溫度、壓力及其類似者的波動來調整壓縮機之操作量(壓縮比)。
舉例而言，壓縮機之壓縮比可藉由連接具有不同膨脹功能之兩個膨脹渦輪機與具有不同壓縮比之兩個壓縮機及藉由改變壓縮機之操作量比率同時維持總膨脹功能恆定來改變壓縮機之操作量而變化。
此時，可在氣體組分A分支且導引至每個串聯壓縮機中時獲得高壓縮比，且可在氣體組分A分支且導引至每個並聯壓縮機中時獲得高調整精確度之壓縮比。此外，藉由連接一或多個膨脹渦輪機與相同數目之發電機，可調整膨脹器之操作量，且可根據所需發電量調整發電機之操作量。
舉例而言，發電量可藉由連接具有不同膨脹功能之兩個膨脹渦輪機與具有不同發電能力之兩個發電機及藉由改變發電機之操作量比率同時維持總膨脹功能恆定來改變發電機之操作量而變化。
在使用本發明設備之第二構造實例的情況下，具有以上表1中所例示之組成的LNG係作為源材料供給，以便驗證各部分中之溫度(℃)、壓力(MPa)、流動速率(kg/h)及組成(G/L：氣體/液體)。當以427,000kg/h供給LNG(-150℃，6.00MPa)時，除圖2中部分a至r中之每一者之外，獲得圖4中部分s至v中之每一者中的溫度、壓力、流動速率及 組成，如以下表4中所例示。此外，可自與膨脹渦輪機42連接之發電機60獲得約500kW/h之發電量。
圖5中將展示本發明設備之第三構造實例之概述。根據第三構造實例之本發明設備具有一種構造，其中提供連接於源材料供給部分1與蒸餾塔之上部14之間的流動通道Ld，從而當啟動設備時，由源材料供給部分1供給的LNG之一部分作為源材料經由蒸餾塔10之上部14導引至蒸餾塔10中。藉由在啟動蒸餾塔10時將過冷狀態之LNG導引至該塔中，可補充該塔中回流之形成，回流形成為形成穩定氣液平衡之速率限制條件之一，從而可快速啟動蒸餾塔10。
具體言之，在該塔中可藉由在流動通道Ld中提供閥Lv且經由蒸餾塔10之上部14引入例如具有低溫及高壓(例如，約-150℃及約6MPa)且具有以上表1中所例示之組成的LNG同時以與基本構造實例中相同之方式限制在低溫低壓條件(例如，約-150℃及約2.3MPa)下來達成氣液平衡之快速形成。
根據本發明之供給液體燃料氣體之方法使得藉由使用上文所描述之本發明設備，LNG作為源材料導引至蒸餾塔中，隨後由自蒸餾塔之塔頂部導引出的氣體組分製備富甲烷NG，且由自蒸餾塔之塔底部導引出的液體組分製備NGL。
此處，全部量之過冷狀態的加壓LNG作為源材料經由源材料供給部分、第一熱交換器、第二熱交換器、第三熱交換器、汽化器、膨脹器、再次第二熱交換器及氣液分離器導引至蒸餾塔中。可藉由經由第一至第三熱交換器依次釋放全部量之過冷狀態的加壓LNG之冷度以使全部量之LNG汽化來最大程度地使用LNG之冷度。
汽化LNG進行絕熱膨脹且在第二熱交換器中藉由LNG自身之冷度進一步發生溫度降低及冷凝，從而LNG可調整變為最佳用於蒸餾處理之源材料，且另外，可有效使用LNG之冷度。具體言之，可提出包括以下步驟之構造實例作為一實例。
此處，在以下描述中，本發明設備中之每個部分用圖1中所例示之參考符號指示，且以上表2中所例示之條件可應用為每種氣體或液體之條件；然而，不言而喻，本發明不限於此。
藉由以下步驟將儲存在過冷狀態下之加壓LNG製備成氣態LNG。
(1)將由源材料供給部分1供給之LNG導引至第一熱交換器21中，且藉由釋放其冷度經由與自塔頂部11導引出的氣體組分B熱交換來加熱。舉例而言，溫度為約-150℃且壓力為約6MPa之LNG藉由在第一熱交換器21中釋放其冷度來加熱至約-124℃。同時，使溫度為約-104℃且壓力為約2.3MPa之氣體組分B冷卻以製備約-104℃之冷凝物。所製備之冷凝物作為回流液導引至蒸餾塔之上部14中。
(2)將自第一熱交換器21導引出的LNG導引至第二熱交換器22中，且藉由釋放其冷度經由與自膨脹器41導引出的LNG熱交換來加熱。舉例而 言，溫度為約-124℃且壓力為約6MPa之LNG藉由在第二熱交換器22中釋放其冷度來加熱至約-65℃。同時，使溫度為約-36℃且壓力為約2.3MPa之LNG冷卻以製備約-94℃之冷凝物(氣液混合物)。所製備之冷凝物作為回流液導引至蒸餾塔之上部14中。
(3)將自第二熱交換器22導引出的LNG導引至第三熱交換器23中，且藉由釋放其冷度經由與自塔底部12導引出的液體組分熱交換來加熱。舉例而言，溫度為約-65℃且壓力為約6MPa之LNG藉由在第三熱交換器23中釋放其冷度來加熱至約-64℃。同時，使溫度為約21℃且壓力為約2.3MPa之塔底部液體冷卻以製備約10℃之NGL。
(4)將自第三熱交換器23導引出的LNG導引至汽化器30中且藉由加熱汽化。舉例而言，溫度為約-64℃且壓力為約6MPa之LNG藉由在汽化器30中釋放其冷度來汽化，且加熱至約15℃。
(5)通過以下步驟將自汽化器導引出的氣態LNG作為源材料導引至蒸餾塔中。
(6)將自汽化器30導引出的LNG導引至膨脹器41中，且藉由絕熱膨脹進行壓力降低及溫度降低。舉例而言，溫度為約15℃且壓力為約6MPa之氣態LNG藉由膨脹器41進行絕熱膨脹，且發生溫度降低至約-36℃且壓力降低至約2.3MPa。一部分氣態LNG可液化(氣液混合物狀態)。降低壓力基於LNG之組成及蒸餾塔10之特徵設定為處於最佳蒸餾條件下。
(7)將自膨脹器41導引出的LNG再次導引至第二熱交換器22中，且藉由在步驟(2)中經由熱交換發生溫度降低來冷凝。舉例而言，冷卻至約-36℃之LNG在第二熱交換器22中藉由接收溫度為約-124℃且壓力為約6 MPa且發生溫度降低至約-94℃之LNG的冷度來液化(氣液混合物狀態)。冷卻溫度基於LNG之組成及蒸餾塔10之特徵設定為處於最佳蒸餾條件下。同時，將已釋放冷度之LNG加熱至約-65℃。
(8)將含有自第二熱交換器22導引出的冷凝物之LNG導引至氣液分離器50中，進行氣液分離。舉例而言，在氣液分離器50中將冷卻至約-94℃之LNG分離成體積比為約3/5之氣體及體積比為約2/5之液體。
(9)在氣液分離器50中分離之氣體作為源材料導引至蒸餾塔10之中間塔的上部中，且在氣液分離器50中分離之液體作為源材料導引至蒸餾塔10之中間塔的下部中。此時，分離之氣體之甲烷濃度比源材料之LNG高，且分離之液體之組分(諸如乙烷)濃度比源材料之LNG高(其可稱為蒸餾預處理)。
自導引至蒸餾塔10中之LNG，通過以下步驟，自來自蒸餾塔10之塔頂部11的塔頂部氣體供給出富甲烷NG，且自來自蒸餾塔10之塔底部12的塔底部液體供給出NGL。
(8a)導引至蒸餾塔中之LNG分離成富甲烷塔頂部氣體及含有諸如乙烷之組分作為主要組分之塔底部液體。
具體言之，例如在壓力為約2.3MPa、塔頂部溫度為約-104℃且塔底部溫度為約21℃之蒸餾塔10中，導引至中間塔之上部中的氣態LNG形成上升流且使其與下降流氣液接觸，下降流主要由富甲烷回流液組成，提高甲烷(塔頂部氣體)的純度。另一方面，導引至中間塔之下部中的液體LNG形成下降流且使其與上升流氣液接觸，上升流含有諸如乙烷之組分且在塔底部加熱，提高諸如乙烷之組分(塔底部液體)的純度。
(8b)富甲烷NG係由自蒸餾塔之塔頂部導引出的塔頂部氣體製備。
自塔頂部11，導引出溫度為約-104℃且壓力為約2.3MPa且含有99.9%或更多甲烷之塔頂部氣體，且其約90%藉由壓縮機42進行絕熱壓縮至例如約-43℃及約6MPa作為氣體組分A，製成富甲烷NG，其經由天然氣供給部分2供給出。
藉由使用與膨脹器41連接之壓縮機42，可在不引入額外能量之情況下供給出所要產物NG。在此過程中，約20%之塔頂部氣體作為氣體組分B導引至第一熱交換器21中，在其中製備約-104℃之冷凝物，且所製備之冷凝物作為回流液導引至蒸餾塔之上部14中。
(8c)NGL係由自蒸餾塔之塔底部導引出的塔底部液體製備。
自塔底部12，導引出溫度為約21℃且壓力為約2.3MPa且含有99.9%或更多諸如乙烷之組分的塔底部液體，且經由第三熱交換器23冷卻至約10℃，製成NGL，其經由天然氣液供給部分3供給出。可藉由有效使用LNG之冷度供給出所要產物NGL。
此外，在本發明設備中(雖然圖式中未說明)，一方面塔底部液體可經分支以供給產物NGL，且另一方面塔底部液體可經由再沸器(圖式中未說明)加熱以導引至蒸餾塔之下部15中，從而可獲得高蒸餾功能。
如以上表1中所展示，充當源材料之LNG不僅含有構成主要組分之甲烷，而且含有具有不同沸點之物質，諸如乙烷、丙烷及丁烷。此等物質不僅單獨用作燃料，而且用作極其有用的各種化學材料，使得對此等中之每一者的需求高。
在本發明設備中，不僅NG及NGL而且富乙烷天然氣(sNG) 及具有3個或更多個碳數之液體燃料氣體(LPG)可藉由如以上構造實例中安置複數個串聯蒸餾塔而非單個蒸餾塔且依次取出含有低沸點物質作為主要組分之物質以任意量單獨供給出。
在下文中，將給出關於第四構造實例及第五構造實例之描述，在第四構造實例中兩個蒸餾塔置於上文所描述之第一構造實例的基底上，在第五構造實例中兩個蒸餾塔置於上文所描述之第二構造實例的基底上。
此處，將省略對應於上文所描述之第三構造實例之構造實例及安置三個或更多個蒸餾塔之構造實例的描述；然而，可藉由添加等效於添加至第四構造實例及第五構造實例中之彼等構造的構造進行應用。
圖6中將展示本發明設備之第四構造實例之概述。在下文中，基本構造之彼等常見的構成元件將用常見稱謂及參考符號指示，且可省略其描述。第四構造實例具有進一步包括以下各者之構造：第四熱交換器24及第五熱交換器25，其提供於基本構造實例(第一構造實例)之源材料供給流動通道中第三熱交換器23下游；第二蒸餾流動通道，其中將自蒸餾塔(可在下文中稱為「第一蒸餾塔」)10之塔底部12導引出的液體組分之至少一部分導引至第二蒸餾塔70中；第二天然氣供給流動通道，其中由自第二蒸餾塔70之第二塔頂部71導引出的第二氣體組分之分支產生的一種氣體組分C作為第二天然氣經由第二壓縮機43、第二汽化器31及第二天然氣供給部分4供給出；第二回流流動通道，其中由自第二蒸餾塔70之第二塔頂部71導引出的第二氣體組分之分支產生的另一種氣體組分D作為第二回流液經由第四熱交換器24導引至第二蒸餾塔70之上部74中；及液化石 油氣供給流動通道，其中自第二蒸餾塔70之第二塔底部72導引出的第二液體組分作為液化石油氣經由第五熱交換器25及液化石油氣供給部分5供給出。
除基本構造實例之功能之外，藉由相對於充當源材料之LNG安置兩個串聯蒸餾塔10、70，不僅NG及NGL而且sNG及LPG可以任意量單獨供給出。此外，在經由第一熱交換器21至第三熱交換器23釋放預定量之冷度之後仍具有殘餘有效冷度的LNG可導引至第四熱交換器24及第五熱交換器25中，以便經由此等熱交換器與第二蒸餾塔70之塔頂部氣體或塔底部液體進行熱交換，從而可在幾乎不需要外部能量之情況下有效製備sNG及LPG。
具體言之，部分或全部量之已自第一蒸餾塔10之塔底部12導引出的具有常溫及低壓(例如，約22℃及約2.3MPa)之液體組分藉由第二蒸餾流動通道導引至第二蒸餾塔70之中間塔部分73中。
藉由自LNG移除甲烷組分所獲得之此液體組分(包括仍有少量甲烷組分之情況)在第二蒸餾塔70中分離成含有乙烷作為主要組分之第二氣體組分及諸如丙烷之第二液體組分(具有3個或更多個碳數)。
使已自塔頂部71導引出的具有低溫及低壓(例如，約-63℃及約2.3MPa)之第二氣體組分分支，且由分支產生之一種氣體組分C在第二天然氣供給流動通道中經由第二壓縮機43加壓(約6MPa)且進一步經由第二汽化器加熱(例如，-41℃)，製成富乙烷sNG，其經由第二天然氣供給部分4供給出。
由分支產生之另一種氣體組分D在第二回流流動通道中導 引至第四熱交換器24中，藉由自第三熱交換器23導引出的LNG之冷度進行低溫冷凝處理(例如，約-63℃)，且其後作為回流液導引至第二蒸餾塔之上部74中。
已自塔底部72導引出的具有高溫及低壓(例如，約84℃及約2.3MPa)之第二液體組分在液化石油氣供給流動通道中導引至第五熱交換器25中，藉由自第四熱交換器24導引出的LNG之冷度進行低溫處理(例如，約20℃)，且其後作為LPG經由液化石油氣供給部分5供給出。
此外，在本發明構造實例中，各種液體燃料氣體，諸如「富甲烷氣體及富乙烷氣體」(NG+sNG)及含有NGL之LPG可在幾乎不需要外部能量之情況下根據要求說明書藉由以任意方式摻合自各流動通道供給出的NG、NGL、sNG及LPG來有效製備及供給出。
具體言之，如以圖6之虛線所例示，分支通道可提供於第二天然氣供給流動通道中，其中第二天然氣自第二汽化器31轉移至第二天然氣供給部分4，且可與天然氣供給流動通道連接，其中天然氣自壓縮機42轉移至天然氣供給部分2，從而富甲烷NG與富乙烷sNG之混合物，亦即「具有1及2個碳數之氣體作為主要組分」(NG+sNG)可自天然氣供給部分2或第二天然氣供給部分4供給出。
在圖6中，例示一種情況，其中如由箭頭符號所展示，第二天然氣自第二天然氣供給流動通道供給至天然氣供給流動通道中；然而，本發明不限於此，且不言而喻，本發明包括相對流之情況及兩個流動通道各自供給出一部分來製備混合氣體之情況。此外，除使所製備之液體燃料氣體彼此混合之外，各種液體燃料氣體可藉由混合充當源材料之LNG或混 合例如丁烷氣體或來自系統外部之類似物與此等氣體來製備及供給出。
在使用本發明設備之第四構造實例的情況下，具有以上表1中所例示之組成的LNG係作為源材料供給，以便驗證各部分中之溫度(℃)、壓力(MPa)、流動速率(kg/h)及組成(G/L：氣體/液體)。
(i)驗證結果
當以427,000kg/h供給LNG(-150℃，6.00MPa)時，獲得圖7中部分a至r2中之每一者中的溫度、壓力、流動速率及組成，如以下表5中所例示。
此處，展示一種情況，其中將全部量之自蒸餾塔10之塔底部12導引出的液體組分導引至第二蒸餾塔70中(在圖7中，q1=g2且r1=0)；然而，一部分液體組分可供給至第三熱交換器23(在圖7中，r1=q1-g2>0)，作為NGL供給出。
(ii)隨後，將本發明設備中能量之輸入及輸出與上文所描述之第一構造實例進行比較驗證。如將自以下表6所理解，已獲得如下結果：當與第一構造實例進行比較時，本發明設備中外部能量之供給量更小，總和量為858kW(如在電力方面轉換)。
根據第四構造實例之供給液體燃料氣體之方法使得在根據上文所描述之第一構造實例的供給液體燃料氣體之步驟(1)至(8)中，將自塔底部導引出的液體組分之至少一部分導引至第二蒸餾塔中；由自第二蒸餾塔之第二塔頂部導引出的第二氣體組分製備富乙烷第二天然氣；及由自第二蒸餾塔之第二塔底部導引出的第二液體組分製備液化石油氣。此時，在此過程中替代步驟(4)，(4a)在通過步驟(1)至(3)之後將自第三熱交換器導引出的LNG進一步導引至第四熱交換器中，且藉由釋放其冷度藉由與第二氣體組分熱交換來加熱；(4b)自第四熱交換器導引出的LNG導引至第五熱交換器中，且藉由 釋放其冷度藉由與第二液體組分熱交換來加熱；(4c)將自第五熱交換器導引出的LNG導引至汽化器中，且藉由加熱汽化；及其後，在通過步驟(5)至(8)之後所得物作為源材料導引至蒸餾塔中。
此外，由第二氣體組分之分支產生的一種氣體組分C藉由第二壓縮機進行絕熱壓縮且作為加熱且加壓之第二天然氣供給出；由第二氣體組分之分支產生的另一種氣體組分D經由藉由步驟(4a)中之LNG冷度發生溫度降低來冷凝且作為第二回流液回流至第二蒸餾塔之上部中；及第二液體組分藉由步驟(4b)中之LNG冷度發生溫度降低，作為液化石油氣供給出。
具體言之，可提及包括以下步驟之供給方法作為一實例。此處，在以下描述中，可省略與上文所描述之步驟(1)至(8c)之彼等元件重疊的構成元件之描述，且本發明設備中之每個部分用圖1或圖6中所例示之參考符號指示。此外，以上表2中所例示之條件可應用為各種氣體或液體之條件；然而，不言而喻，本發明不限於此。
在通過以上步驟(1)至(3)之後，自第三熱交換器23導引出儲存在過冷狀態下且充當源材料之加壓LNG。
(4a)將由第三熱交換器23供給之LNG導引至第四熱交換器24中，且藉由釋放其冷度經由與自塔頂部71導引出的氣體組分D熱交換來加熱。舉例而言，溫度為約-71℃且壓力為約6MPa之LNG藉由在熱交換器24中釋放其冷度來加熱至約-51℃。同時，使溫度為約-63℃且壓力為約2.3MPa 之氣體組分D冷卻以製備約-63℃之冷凝物。所製備之冷凝物作為第二回流液導引至第二蒸餾塔之上部74中。
(4b)將自第四熱交換器24導引出的LNG導引至第五熱交換器25中，且藉由釋放其冷度經由與自第二蒸餾塔70之塔底部72導引出的第二液體組分熱交換來加熱。舉例而言，溫度為約-71℃且壓力為約6MPa之LNG藉由在第五熱交換器25中釋放其冷度來加熱至約-47℃。同時，使溫度為約84℃且壓力為約2.3MPa之第二液體組分冷卻，從而製備及供給出約20℃之液化石油氣。
(4c)將自第五熱交換器25導引出的LNG導引至汽化器30中且藉由加熱汽化。舉例而言，溫度為約-47℃且壓力為約6MPa之LNG藉由在汽化器30中釋放其冷度來汽化，且加熱至約15℃。
在此過程中，通過以上步驟(5)至(8)，自汽化器30導引出的氣態LNG作為源材料導引至蒸餾塔10中。自導引至蒸餾塔10中之LNG，通過以上步驟(8a)至(8c)，自來自蒸餾塔10之塔頂部11的塔頂部氣體供給出富甲烷NG，且自來自蒸餾塔10之塔底部12的塔底部液體供給出NGL。此外，通過以下步驟(9a)至(9c)，將部分或全部量之來自塔底部12的塔底部液體導引至第二蒸餾塔70中，隨後由自第二蒸餾塔70之第二塔頂部71導引出的第二塔頂部氣體(第二氣體組分)製備富乙烷sNG，且由自第二蒸餾塔70之第二塔底部72導引出的第二塔底部液體(第二液體組分)製備LPG。
(9a)將導引至第二蒸餾塔70中之LNG分離成富乙烷第二塔頂部氣體及含有碳數大於乙烷之組分(其可在下文中稱為「諸如丙烷之組分」)作為 主要組分之第二塔底部液體。具體言之，例如在壓力為約2.3MPa、塔頂部溫度為約-63℃且塔底部溫度為約84℃之第二蒸餾塔70中，導引至中間塔部分73中之液體LNG形成下降流且使其與上升流氣液接觸，上升流含有乙烷及諸如丙烷之組分，在第二塔底部75中加熱及汽化，提高諸如丙烷之組分(第二塔底部液體)的純度。使塔內形成之上升流與主要由含乙烷LNG及富乙烷回流液組成之下降流氣液接觸，提高乙烷(第二塔頂部氣體)的純度。
(9b)富乙烷sNG係由自第二塔頂部71導引出的第二塔頂部氣體製備。自第二塔頂部71，導引出溫度為約-63℃且壓力為約2.3MPa且含有例如99.9%或更多乙烷之第二塔頂部氣體，且其約20%藉由第二壓縮機43壓縮至例如約-61℃及約6MPa作為氣體組分C，且進一步藉由第二汽化器31加熱，製成例如約35℃及約6MPa之富乙烷sNG，其經由第二天然氣供給部分4供給出。在此過程中，約80%之第二塔頂部氣體作為氣體組分D導引至第四熱交換器24中，在第四熱交換器24中製備約-63℃之第二冷凝物，且所製備之第二冷凝物作為第二回流液導引至蒸餾塔之上部74中。
(9c)LPG係由自第二塔底部72導引出的第二塔底部液體製備。自第二塔底部72，導引出溫度為約84℃且壓力為約2.3MPa且含有例如99.9%或更多諸如乙烷之組分的第二塔底部液體，且經由第五熱交換器25冷卻至約20℃，製成LPG，其經由液化石油氣液供給部分5供給出。可藉由有效使用LNG之冷度供給出所要產物LPG。此外，在本發明設備中，雖然圖式中未說明，一方面不僅來自蒸餾塔10之塔底部液體而且來自第二蒸餾塔70之第二塔底部液體可經分支以供給出產物(LPG)，且另一方面第二塔底部 液體可經由再沸器(圖式中未說明)加熱以導引至第二蒸餾塔之下部75中，從而可獲得高蒸餾功能。
圖8中將展示本發明設備之第五構造實例之概述。本發明設備具有一種構造，其中在第四構造實例之源材料供給流動通道中，膨脹器41由並聯配置之膨脹渦輪機41a、41b組成；自汽化器30導引出的LPG經分支以導引至膨脹渦輪機41a、41b中之每一者中；膨脹渦輪機41a與壓縮機42連接；且膨脹渦輪機41b與發電機60連接。在下文中，第一、第二及第四構造實例之彼等常見的構成元件將用常見稱謂及參考符號指示，且可省略其描述。
在包括蒸餾塔10及第二蒸餾塔70之本發明設備之最佳條件下的功能可藉由根據LNG之供給量、組成、供給溫度、壓力及其類似者的波動或供給出的NG及NGL之供給量、供給溫度、壓力及其類似者的波動來調整膨脹渦輪機41a、41b之操作量及壓縮機42之操作量而確保。此外，膨脹渦輪機41b與發電機60之連接、膨脹渦輪機數目及複數個膨脹渦輪機與壓縮機及發電機之連接與第二構造實例中之彼等連接及數目相同。
在使用本發明設備之第五構造實例的情況下，具有以上表1中所例示之組成的LNG係作為源材料供給，以便驗證各部分中之溫度(℃)、壓力(MPa)、流動速率(kg/h)及組成(G/L：氣體/液體)。當以427,000kg/h供給LNG(-150℃，6.00MPa)時，除圖7中部分a至r2中之每一者之外，獲得圖9中部分s至v中之每一者中的溫度、壓力、流動速率及組成，如以下表7中所例示。此外，可自與膨脹渦輪機42連接之發電機60獲得約500kW/h之發電量。
如以上所展示，已參考各說明性視圖描述各構造實例；然而，本發明設備不限於此等，且以包括其構成元件之組合或與相關已知構成元件之組合的廣泛概念構築。
1‧‧‧源材料供給部分
2‧‧‧天然氣供給部分
3‧‧‧天然氣液供給部分
10‧‧‧蒸餾塔
11‧‧‧塔頂部
12‧‧‧塔底部
13‧‧‧中間塔部分
14‧‧‧上部
15‧‧‧下部
21‧‧‧第一熱交換器
22‧‧‧第二熱交換器
23‧‧‧第三熱交換器
30‧‧‧汽化器
41‧‧‧膨脹器
42‧‧‧壓縮機
50‧‧‧氣液分離器

Claims (11)

  1. 一種供給液體燃料氣體之設備，其包括：將液化天然氣作為源材料導引至蒸餾塔中，隨後由自該蒸餾塔之塔頂部導引出的氣體組分製備富甲烷天然氣，且由自該蒸餾塔之塔底部導引出的液體組分製備天然氣液，該設備具有：源材料供給流動通道，其中過冷狀態之加壓液化天然氣作為該源材料經由源材料供給部分、第一熱交換器、第二熱交換器、第三熱交換器、汽化器、膨脹器、再次該第二熱交換器及氣液分離器導引至該蒸餾塔中；天然氣供給流動通道，其中由該氣體組分之分支產生的一種氣體組分A作為該天然氣經由與該膨脹器連接之壓縮機及天然氣供給部分供給出；回流流動通道，其中由該氣體組分之分支產生的另一種氣體組分B作為回流液經由該第一熱交換器導引至該蒸餾塔之上部中；及天然氣液供給流動通道，其中該液體組分作為該天然氣液經由該第三熱交換器及天然氣液供給部分供給出，其中在該第一熱交換器中，該氣體組分B藉由由該源材料供給部分供給之該液化天然氣的冷度進行冷凝，從而製備該回流液，在該第二熱交換器中，自該膨脹器導引出的該液化天然氣藉由自該第一熱交換器導引出的該液化天然氣之冷度進行低溫冷凝，從而製備該源材料，及在該第三熱交換器中，自該塔底部導引出的該液體組分藉由自該第二熱交換器導引出的該液化天然氣之冷度發生溫度降低，從而製備該天然氣液。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該設備進一步包括：第四熱交換器及第五熱交換器，其提供於該源材料供給流動通道中該第三熱交換器下游；第二蒸餾流動通道，其中將部分或全部量之自該塔底部導引出的該液體組分導引至第二蒸餾塔中；第二天然氣供給流動通道，其中由自該第二蒸餾塔之第二塔頂部導引出的第二氣體組分之分支產生的一種氣體組分C作為第二天然氣經由第二壓縮機、第二汽化器及第二天然氣供給部分供給出；第二回流流動通道，其中由自該第二蒸餾塔之該第二塔頂部導引出的該第二氣體組分之分支產生的另一種氣體組分D作為第二回流液經由該第四熱交換器導引至該第二蒸餾塔之上部中；及液化石油氣供給流動通道，其中自該第二蒸餾塔之第二塔底部導引出的第二液體組分作為液化石油氣經由該第五熱交換器及液化石油氣供給部分供給出，其中該氣體組分D在該第四熱交換器中藉由自該第三熱交換器導引出的該液化天然氣之冷度冷凝，從而製備該第二回流液，及自該第二塔底部導引出的該第二液體組分在該第五熱交換器中藉由自該第四熱交換器導引出的該液化天然氣之冷度發生溫度降低，從而製備該液化天然氣。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之設備，其中其進一步包括將全部量之由該源材料供給部分供給的該液化天然氣經由該第一至第三熱交換器及該汽化器加工成常溫加壓狀態，其後經由藉由膨脹器之絕熱膨脹 發生溫度降低及壓力降低，藉由再次導引至該第二熱交換器中進一步進行低溫冷凝，且藉由導引至該氣液分離器中進行分離，隨後在該氣液分離器中分離之氣體作為該源材料導引至該蒸餾塔之中間塔的上部中，且在該氣液分離器中分離之液體作為該源材料導引至該蒸餾塔之該中間塔的下部中。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之設備，其中該膨脹器由複數個串聯配置之膨脹渦輪機組成；自該汽化器導引出的該液化天然氣經分支以導引至該等膨脹渦輪機中之每一者中；一個或複數個該等膨脹渦輪機與相同數目之該等壓縮機連接；其他膨脹渦輪機與相同數目之發電機連接；且該氣體組分A導引至該等壓縮機中。
  5. 如申請專利範圍第3項之設備，其中該膨脹器由複數個串聯配置之膨脹渦輪機組成；自該汽化器導引出的該液化天然氣經分支以導引至該等膨脹渦輪機中之每一者中；一個或複數個該等膨脹渦輪機與相同數目之該等壓縮機連接；其他膨脹渦輪機與相同數目之發電機連接；且該氣體組分A導引至該等壓縮機中。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之設備，其中其進一步具有於該源材料供給部分與該蒸餾塔之該上部之間連接的流動通道，從而當啟動該設備時，由該源材料供給部分供給的該液化天然氣之一部分作為該源材料經由該蒸餾塔之該上部導引至該蒸餾塔中。
  7. 如申請專利範圍第3項之設備，其中其進一步具有於該源材料供給部分與該蒸餾塔之該上部之間連接的流動通道，從而當啟動該設備時，由該源材料供給部分供給的該液化天然氣之一部分作為該源材料經由 該蒸餾塔之該上部導引至該蒸餾塔中。
  8. 如申請專利範圍第4項之設備，其中其進一步具有於該源材料供給部分與該蒸餾塔之該上部之間連接的流動通道，從而當啟動該設備時，由該源材料供給部分供給的該液化天然氣之一部分作為該源材料經由該蒸餾塔之該上部導引至該蒸餾塔中。
  9. 如申請專利範圍第5項之設備，其中其進一步具有於該源材料供給部分與該蒸餾塔之該上部之間連接的流動通道，從而當啟動該設備時，由該源材料供給部分供給的該液化天然氣之一部分作為該源材料經由該蒸餾塔之該上部導引至該蒸餾塔中。
  10. 一種供給液體燃料氣體之方法，其包括：將液化天然氣作為源材料導引至蒸餾塔中，隨後由自該蒸餾塔之塔頂部導引出的氣體組分製備富甲烷天然氣，且由自該蒸餾塔之塔底部導引出的液體組分製備天然氣液，其中全部量之過冷狀態的加壓液化天然氣作為該源材料經由源材料供給部分、第一熱交換器、第二熱交換器、第三熱交換器、汽化器、膨脹器、再次該第二熱交換器及氣液分離器導引至該蒸餾塔中；(1)將由該源材料供給部分供給之該液化天然氣導引至該第一熱交換器中，且藉由釋放其冷度經由與該氣體組分熱交換來加熱；(2)將自該第一熱交換器導引出的該液化天然氣導引至該第二熱交換器中，且藉由釋放其冷度經由與自該膨脹器導引出的該液化天然氣熱交換來加熱；(3)將自該第二熱交換器導引出的該液化天然氣導引至該第三熱交換 器中，且藉由釋放其冷度經由與該液體組分熱交換來加熱；(4)將自該第三熱交換器導引出的該液化天然氣導引至該汽化器中，且藉由加熱汽化；(5)將自該汽化器導引出的該液化天然氣導引至該膨脹器中，且藉由絕熱膨脹發生壓力及溫度之降低；(6)將自該膨脹器導引出的該液化天然氣再次導引至該第二熱交換器中，且藉由由該步驟(2)中之該熱交換發生溫度降低來冷凝；(7)將自該第二熱交換器導引出的含有冷凝物之該液化天然氣導引至該氣液分離器中，進行氣液分離；(8)在該氣液分離器中分離之氣體作為該源材料導引至該蒸餾塔之中間塔的上部中，且在該氣液分離器中分離之液體作為該源材料導引至該蒸餾塔之該中間塔的下部中；由該氣體組分之分支產生的一種氣體組分A在與該膨脹器連接之壓縮機中進行絕熱壓縮，且作為經加熱且加壓之天然氣供給出；由該氣體組分之分支產生的另一種氣體組分B經由藉由該步驟(1)中之該液化天然氣的冷度發生溫度降低來冷凝，且作為回流液回流至該蒸餾塔之上部中；及該液體組分藉由該步驟(3)中之該液化天然氣的冷度發生溫度降低，作為該天然氣液供給出。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該方法進一步包括：將部分或全部量之自該塔底部導引出的該液體組分導引至第二蒸餾塔中； 由自該第二蒸餾塔之第二塔頂部導引出的第二氣體組分製備富乙烷第二天然氣；由自該第二蒸餾塔之第二塔底部導引出的第二液體組分製備液化石油氣；替代該步驟(4)，(4a)在通過該等步驟(1)至(3)之後將自該第三熱交換器導引出的該液化天然氣進一步導引至該第四熱交換器中，且藉由釋放其冷度藉由與該第二氣體組分熱交換來加熱；(4b)將自該第四熱交換器導引出的該液化天然氣導引至該第五熱交換器中，且藉由釋放其冷度藉由與該第二液體組分熱交換來加熱；(4c)將自該第五熱交換器導引出的該液化天然氣導引至該汽化器中，且藉由加熱汽化；其後，在通過該等步驟(5)至(8)之後將所得物作為該源材料導引至該蒸餾塔中；由該第二氣體組分之分支產生的一種氣體組分C藉由第二壓縮機進行絕熱壓縮，且作為經加熱且加壓之第二天然氣供給出；由該第二氣體組分之分支產生的另一種氣體組分D經由藉由該步驟(4a)中之該液化天然氣的冷度發生溫度降低來冷凝，且作為第二回流液回流至該第二蒸餾塔之上部中；及該第二液體組分藉由由該步驟(4b)中之該液化天然氣的冷度發生溫度降低，作為該液化石油氣供給出。
TW105104581A 2015-02-25 2016-02-17 供給液體燃料氣體之設備及方法 TWI616631B (zh)

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