本發(fā)明涉及將由焦?fàn)t氣合成的合成天然氣用作原料氣體的液化天然氣的制造裝置以及制造方法。

背景技術(shù)：

從地下天然產(chǎn)出的天然氣的主要成分是甲烷，天然氣是碳數(shù)為1～6的烴的混合氣體，通常，其甲烷濃度為約85～95vol％。

合成天然氣〔SNG；synthetic natural gas，也被稱作代替天然氣(substitute natural gas)?！呈且砸夯蜌?、石腦油、煤、焦?fàn)t氣(COG；coke oven gas)等為原料而合成的、主要成分為甲烷的氣體，通常，經(jīng)過(guò)水蒸氣改質(zhì)、甲烷合成等處理而合成。COG是指，在煤的干餾時(shí)從焦?fàn)t中排出的氣體。

在COG中含有甲烷(約30～33vol％)、氫氣(約50～54vol％)、一氧化碳(約6～8vol％)以及氮?dú)獾?，在從COG合成SNG的情況下，進(jìn)行由下述式表示的甲烷合成反應(yīng)：

CO+3H₂→CH₄+H₂O

由此，由于在COG中包含的一氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)換為甲烷和水，因此能夠得到甲烷含有量比COG高的SNG。SNG的甲烷含有量雖然也基于COG的甲烷含有量，但是例如能夠在大約40～80vol％的范圍內(nèi)，通常在大約60～80vol％的范圍內(nèi)。

COG大多在產(chǎn)生該COG的工廠內(nèi)被用作燃料，然而，在世界范圍內(nèi)，不利用該COG而向大氣中擴(kuò)散的情況也頗多，現(xiàn)狀是其回收利用率不高。對(duì)擴(kuò)散的COG進(jìn)行回收利用這一點(diǎn)，對(duì)于抑制全球氣候變暖以及節(jié)約資源是極為有效的。

COG的回收利用方法之一，是向上述的SNG的轉(zhuǎn)換及其利用。然而，由COG合成的SNG與天然氣相比，由于含有較多的氫氣、一氧化碳、二 氧化碳、氮?dú)?、水這樣的副成分，因此，即便考慮將其作為能源進(jìn)行利用或作為產(chǎn)品在市場(chǎng)流通，也優(yōu)選去除這些副成分而提高熱值。

另外，不以氣體狀態(tài)處理SNG，而將其液化而作為液化天然氣(LNG；liquefied natural gas)進(jìn)行處理，這是因?yàn)槟軌驅(qū)Ⅲw積減少至約1/600，在向未設(shè)置輸油管的地域的運(yùn)輸、海上運(yùn)輸、大量?jī)?chǔ)藏等方面極為有利。

作為與本發(fā)明相關(guān)的專利文獻(xiàn)，具有接下來(lái)的日本特開(kāi)2013-036676號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)、日本特開(kāi)2009-052876號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)以及中國(guó)專利第102277215號(hào)(專利文獻(xiàn)3)。

專利文獻(xiàn)1涉及將天然產(chǎn)出的天然氣液化而成的LNG，并公開(kāi)了如下技術(shù)：利用精餾來(lái)去除LNG罐內(nèi)的LNG的一部分蒸發(fā)而產(chǎn)生的閃蒸汽(BOG)中的氮?dú)?。但是，該技術(shù)涉及將氮?dú)夥蛛x去除并將氣體狀態(tài)的天然氣作為產(chǎn)品取出的方法，并非用于制造去除氮?dú)夂蟮腖NG。

專利文獻(xiàn)2也涉及將天然產(chǎn)出的天然氣液化而成的LNG。該文獻(xiàn)公開(kāi)了如下技術(shù)：對(duì)LNG中的氮?dú)膺M(jìn)行蒸餾而去除氮?dú)獠⑷〕鼍坪蟮腖NG。但是，該技術(shù)并不涉及從氣體狀態(tài)的原料氣體中去除氮?dú)獾姆椒ā?/p>

專利文獻(xiàn)3涉及將由COG合成的SNG作為原料氣體、通過(guò)對(duì)其進(jìn)行精餾來(lái)去除氮?dú)庖约皻錃舛圃霯NG的方法以及裝置。然而，對(duì)于作為原料氣體的SNG的流量、組成發(fā)生變動(dòng)的情況沒(méi)有任何考慮。在沒(méi)有進(jìn)行上述那樣的考慮的情況下，可能導(dǎo)致副成分的去除變得不充分，對(duì)制造的LNG的純度造成不良影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于以上情況而完成的，其目的在于提供能夠在以由COG合成的SNG為原料的LNG的制造中獲得高純度的LNG的制造裝置以及制造方法。

本發(fā)明提供以下所示的液化天然氣(LNG)的制造裝置以及液化天然氣的制造方法。

[1]一種的液化天然氣的制造裝置，其使用來(lái)自由焦?fàn)t氣合成的合成天然氣的原料氣體來(lái)制造液化天然氣，其中，

所述液化天然氣的制造裝置包括：

冷卻機(jī)構(gòu)，其用于冷卻所述原料氣體，直至所述原料氣體的至少一部分液化；

精餾塔，其用于對(duì)至少一部分在所述冷卻機(jī)構(gòu)的作用下液化的原料氣體進(jìn)行精餾；

冷凝器，其將液氮作為制冷劑，冷卻從所述精餾塔的塔頂部蒸餾出的蒸餾氣體而使其一部分液化，并排出剩余的氣體，并且使產(chǎn)生的液化成分返回至所述精餾塔；以及

控制機(jī)構(gòu)，其用于控制在所述精餾塔中進(jìn)行精餾時(shí)的所述冷凝器內(nèi)的所述制冷劑的液面位置。

[2]根據(jù)[1]所記載的制造裝置，其中，在所述精餾塔內(nèi)進(jìn)行精餾的期間中，所述控制機(jī)構(gòu)控制向所述冷凝器導(dǎo)入的所述制冷劑的流量，使得所述制冷劑的液面位置為恒定。

[3]根據(jù)[1]或者[2]所記載的制造裝置，其中，在所述冷卻機(jī)構(gòu)與所述精餾塔之間還包括減壓機(jī)構(gòu)，該減壓機(jī)構(gòu)用于對(duì)至少一部分液化后的所述原料氣體進(jìn)行減壓。

[4]根據(jù)[1]～[3]中任一者所記載的制造裝置，其中，在所述冷卻機(jī)構(gòu)與所述精餾塔之間還包括氣液分離器，該氣液分離器用于將至少一部分液化后的所述原料氣體分離為氣體成分和液體成分。

[5]根據(jù)[1]～[4]中任一者所記載的制造裝置，其中，在所述精餾塔的塔中部具有所述原料氣體的導(dǎo)入口。

[6]根據(jù)[1]～[5]中任一者所記載的制造裝置，其中，所述制造裝置還包括用于從所述合成天然氣中去除二氧化碳以及/或者水的預(yù)處理塔。

[7]根據(jù)[1]～[6]中任一者所記載的制造裝置，其中，所述冷卻機(jī)構(gòu)包括熱交換器，該熱交換器用于進(jìn)行因所述液氮的氣化而產(chǎn)生的氮?dú)庖约八鍪Ｓ嗟臍怏w中的至少任一方與所述原料氣體之間的熱交換。

[8]根據(jù)[1]～[7]中任一者所記載的制造裝置，其中，所述制造裝置還包括用于制造作為所述制冷劑的液氮并將其向所述冷凝器供給的液氮供給系統(tǒng)。

[9]根據(jù)[8]所記載的制造裝置，其中，

所述液氮供給系統(tǒng)包括：

液氮制造裝置，其使用氮?dú)鈦?lái)制造液氮；

罐，其與所述液氮制造裝置以及所述冷凝器連接，且用于保持制造出的液氮；

蒸發(fā)器，其用于使從所述罐朝向所述冷凝器送出的液氮的一部分氣化；以及

流路，其用于使因所述蒸發(fā)器所造成的氣化而生成的氮?dú)夥祷刂了鲆旱圃煅b置。

[10]一種液化天然氣的制造方法，在該制造方法中，使用來(lái)自由焦?fàn)t氣合成的合成天然氣的原料氣體來(lái)制造液化天然氣，其中，

所述制造方法包括：

冷卻工序，在該冷卻工序中，冷卻所述原料氣體，直至所述原料氣體的至少一部分液化；以及

精餾工序，在該精餾工序中，將至少一部分液化后的原料氣體導(dǎo)入精餾塔并對(duì)其進(jìn)行精餾，

在所述精餾塔上附屬設(shè)置有冷凝器，該冷凝器將液氮作為制冷劑，冷卻從所述精餾塔的塔頂部蒸餾出的蒸餾氣體而使其一部分液化，并排出剩余的氣體，并且使產(chǎn)生的液化成分返回至所述精餾塔，

所述精餾工序包括控制所述冷凝器內(nèi)的所述制冷劑的液面位置的控制工序。

[11]根據(jù)[10]所記載的制造方法，其中，所述控制工序包括：控制向所述冷凝器導(dǎo)入的所述制冷劑的流量，使得所述制冷劑的液面位置為恒定的步驟。

[12]根據(jù)[10]或者[11]所記載的制造方法，其中，在所述冷卻工序與所述精餾工序之間還包括減壓工序，在該減壓工序中，對(duì)至少一部分液化后的所述原料氣體進(jìn)行減壓。

[13]根據(jù)[10]～[12]中任一者所記載的制造方法，其中，在所述冷卻工序與所述精餾工序之間還包括氣液分離工序，在該氣液分離工序中，將至少一部分液化后的所述原料氣體分離為氣體成分和液體成分。

[14]根據(jù)[10]～[13]中任一者所記載的制造方法，其中，所述原料氣體被從所述精餾塔的塔中部導(dǎo)入到所述精餾塔。

[15]根據(jù)[10]～[14]中任一者所記載的制造方法，其中，所述制造方法還具備從所述合成天然氣中去除二氧化碳以及/或者水的預(yù)處理工序。

[16]根據(jù)[10]～[15]中任一者所記載的制造方法，其中，所述冷卻工序包括熱交換工序，在該熱交換工序中，進(jìn)行因所述液氮的氣化而產(chǎn)生的氮?dú)庖约八鍪Ｓ嗟臍怏w中的至少任一方與所述原料氣體之間的熱交換。

[17]根據(jù)[10]～[16]中任一者所記載的制造方法，其中，所述控制工序包括液氮供給工序，在該液氮供給工序中，從用于制造作為所述制冷劑的液氮并將其向所述冷凝器供給的液氮供給系統(tǒng)向所述冷凝器供給液氮。

[18]根據(jù)[17]所記載的制造方法，其中，所述液氮供給工序包括：將由所述液氮供給系統(tǒng)制造出的液氮的一部分向所述冷凝器供給，并且使剩余的液氮?dú)饣鳛橐旱圃煊玫脑线M(jìn)行再利用的步驟。

根據(jù)本發(fā)明，在以由COG合成的SNG為原料的LNG的制造過(guò)程中，能夠獲得高純度的LNG。

附圖說(shuō)明

圖1是示出本發(fā)明所涉及的LNG的制造裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的一例的流程圖。

圖2是示出控制冷凝器內(nèi)的制冷劑的液面位置的方法以及為此設(shè)置的控制機(jī)構(gòu)的例子的圖。

圖3是示出本發(fā)明所涉及的LNG的制造裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的另一例的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下，示出實(shí)施方式而詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明所涉及的LNG的制造裝置以及制造方法，但本發(fā)明并不局限于以下的實(shí)施方式。

本發(fā)明涉及利用來(lái)自由焦?fàn)t氣(COG)合成的合成天然氣(SNG)的原料氣體來(lái)制造液化天然氣(LNG)的裝置以及方法，該方法包括以下的工序：

冷卻工序，在該冷卻工序中，冷卻原料氣體，直至原料氣體的至少一部分液化；以及

精餾工序，在該精餾工序中，將至少一部分液化后的原料氣體導(dǎo)入精餾塔并對(duì)其進(jìn)行精餾。

在精餾塔上附屬設(shè)置有冷凝器，該冷凝器以液氮為制冷劑，用于冷卻從該塔頂部蒸餾出的蒸餾氣體而使其一部分液化，并排出剩余的氣體，并且使生成的液化成分返回至精餾塔。而且，上述精餾工序包括控制冷凝器內(nèi)的制冷劑的液面位置的控制工序。

圖1是示出本發(fā)明所涉及的LNG的制造裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的一例的流程圖，示出了適于實(shí)施上述本發(fā)明所涉及的制造方法的制造裝置的一例。圖中的箭頭表示氣體或者液體的流動(dòng)。圖1所示的制造裝置包括：作為用于冷卻原料氣體的冷卻機(jī)構(gòu)的主熱交換器1；在塔底部具有再沸器2a且用于對(duì)原料氣體進(jìn)行精餾的精餾塔2；配置在精餾塔2的塔頂部上且用于使從塔頂部蒸餾出的蒸餾氣體回流的冷凝器3；作為配置在主熱交換器1與精餾塔2之間(即，主熱交換器1的下游側(cè)且精餾塔2的上游側(cè))且用于對(duì)原料氣體進(jìn)行減壓的減壓機(jī)構(gòu)的第一減壓閥4；以及設(shè)置在用于將作為冷凝器用制冷劑的液氮直接導(dǎo)入冷凝器3內(nèi)的流路(配管)40上的第二減壓閥5。

在圖1中雖未圖示，在冷凝器3上附屬設(shè)置有用于檢測(cè)以及調(diào)整制冷劑(液氮)在冷凝器3內(nèi)的液面位置的控制機(jī)構(gòu)(液面位置控制部)(參照?qǐng)D2)。圖1所示的第二減壓閥5是該液面位置控制部的構(gòu)成要素之一。

(1)冷卻工序

首先，對(duì)供冷卻工序使用的原料氣體進(jìn)行說(shuō)明，如上述那樣，原料氣體是來(lái)自由COG合成的SNG的氣體。如上述那樣，SNG通過(guò)COG的甲烷合成反應(yīng)來(lái)獲得。SNG的氣體組成取決于COG的氣體組成、甲烷合成反應(yīng)的條件，例如為甲烷約40～約80vol％(例如約60～約80vol％)/氫氣約15～約55vol％(例如約15～約30vol％)/一氧化碳約50～約200volppm/二氧化碳約10～約100volppm/氮?dú)饧s5～45vol％(例如約5～約15vol％)的范圍。若舉出典型的一例，則為甲烷約73vol％/氫氣約18vol％/一氧化碳約50volppm/二氧化碳約50volppm/氮?dú)饧s9vol％。SNG通常在含有上述氣體之外還包含水。水的含有量通常為SNG的溫度以及壓力下的飽和水分濃度。

供冷卻工序使用的原料氣體可以是SNG本身，也可以是對(duì)SNG實(shí)施精制處理那樣的預(yù)處理而成的氣體。在SNG所含的二氧化碳以及/或者水的量比較多的情況下，從防止因在冷卻工序中使二氧化碳以及/或者水凝固而導(dǎo)致配管阻塞的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選在冷卻工序之前進(jìn)行去除二氧化碳以及/或者水的預(yù)處理工序。在進(jìn)行預(yù)處理工序的情況下，在作為冷卻機(jī)構(gòu)的主熱交換器1之前(上游側(cè))設(shè)置預(yù)處理塔即可。預(yù)處理塔例如可以是填充有沸石等吸附劑的吸附塔。對(duì)SNG實(shí)施所述吸附處理而獲得的原料氣體的組成除了降低二氧化碳以及/或者水的含有量以外，通常與SNG相同或者大致相同。

供冷卻工序使用的原料氣體的溫度并沒(méi)有特別地限制，例如可以是0～50℃左右(例如環(huán)境溫度)。冷卻工序中的原料氣體的壓力是使原料氣體的至少一部分液化的程度的壓力，典型的一例為約1MPaG。

冷卻工序后的原料氣體的溫度(導(dǎo)入到精餾塔的原料氣體的溫度)只要是使原料氣體的至少一部分液化的程度的溫度即可，并沒(méi)有特別地限制，典型的一例為，例如在原料氣體的壓力為1MPaG的情況下，約-137℃。

在冷卻工序中，可以是通過(guò)一次冷卻操作而冷卻至所希望的溫度，也可以分為多次冷卻操作而冷卻至所希望的溫度。在圖1所示的制造裝置中，通過(guò)使原料氣體穿過(guò)流路10首先導(dǎo)入主熱交換器1，由此來(lái)進(jìn)行第一級(jí)的冷卻，繼續(xù)穿過(guò)流路10而導(dǎo)入到位于精餾塔2的塔底部的再沸器2a，由此來(lái)進(jìn)行第二級(jí)的冷卻，接著穿過(guò)流路20而再次導(dǎo)入主熱交換器1，由此來(lái)進(jìn)行第三級(jí)的冷卻。通過(guò)將未達(dá)到所希望的冷卻溫度的原料氣體導(dǎo)入再沸器2a，能夠?qū)⒃蠚怏w自身用作精餾操作用的熱源，并且能夠進(jìn)一步冷卻原料氣體。例如舉出原料氣體的壓力為約1MPaG的情況下的典型的一例，原料氣體通過(guò)由主熱交換器1進(jìn)行的第一級(jí)的冷卻而被冷卻至-126℃，通過(guò)在再沸器2a中的第二級(jí)的冷卻而被冷卻至-134℃，通過(guò)由主熱交換器1進(jìn)行的第三級(jí)的冷卻而被冷卻至-137℃。由此，原料氣體的一部分被液化。

冷卻工序后的一部分被液化的原料氣體在精餾工序中被導(dǎo)入精餾塔2而被精餾，但是優(yōu)選在導(dǎo)入精餾塔2的近前位置調(diào)節(jié)為精餾時(shí)的壓力。通常，由于精餾時(shí)的壓力小于冷卻工序的壓力，因此上述調(diào)節(jié)通常為減壓操 作。作為減壓機(jī)構(gòu)，可以使用圖1所示那樣的減壓閥(第一減壓閥4)。減壓機(jī)構(gòu)配置在主熱交換器1與精餾塔2之間(即，主熱交換器1的下游側(cè)且精餾塔2的上游側(cè))，更具體來(lái)說(shuō)，配置在精餾塔2的近前附近。換言之，使用有減壓機(jī)構(gòu)的、至少一部分被液化后的原料氣體的減壓操作在冷卻工序與精餾工序之間實(shí)施。

另外，也可以在主熱交換器1與精餾塔2之間，更具體來(lái)說(shuō)，在精餾塔2的近前附近設(shè)置氣液分離器(未圖示)，將冷卻工序后的至少一部分被液化的原料氣體分離為氣體成分和液體成分。在冷卻工序與精餾工序之間實(shí)施將原料氣體分離為氣體成分和液體成分的氣液分離工序，并將氣體成分和液體成分分別導(dǎo)入到精餾塔2，由此能夠提高精餾的精制分離效率，并且能夠提高通過(guò)精餾而從塔底部取出的產(chǎn)品LNG的純度的穩(wěn)定性。

關(guān)于減壓工序與氣液分離工序之間的順序，優(yōu)選在實(shí)施了減壓工序之后實(shí)施氣液分離工序。當(dāng)在減壓工序前實(shí)施氣液分離工序時(shí)，分離出的液體在減壓工序中一部分氣體化，以該狀態(tài)導(dǎo)入精餾塔2，因此可能無(wú)法充分獲得提高精制分離效率這一效果。

(2)精餾工序

本工序是將至少一部分被液化后的原料氣體導(dǎo)入精餾塔2并通過(guò)再沸器2a的加熱來(lái)實(shí)施精餾的工序。從提高精餾的精制分離效率的觀點(diǎn)出發(fā)，如圖1所示，原料氣體向精餾塔2的導(dǎo)入優(yōu)選為，在塔中部設(shè)置原料氣體的導(dǎo)入口，并從塔中部進(jìn)行上述導(dǎo)入。精餾時(shí)的精餾塔2內(nèi)的壓力的典型的一例為約0.45MPaG。

通過(guò)精餾，作為副成分的氫氣(大氣壓下的沸點(diǎn)：-252.9℃)、一氧化碳(大氣壓下的沸點(diǎn)：-191.3℃)以及氮?dú)?大氣壓下的沸點(diǎn)：-195.8℃)因沸點(diǎn)差而與甲烷(大氣壓下的沸點(diǎn)：-161.5℃)分離，以作為高沸點(diǎn)成分的甲烷為主要成分的LNG從精餾塔2的塔底部穿過(guò)流路60而被取出。根據(jù)本發(fā)明，即便在SNG以及原料氣體的流量、組成發(fā)生變動(dòng)的情況下，也能夠?qū)⒕s的高精制分離效率保持為恒定，由此，能夠穩(wěn)定地制造甲烷純度高的LNG。根據(jù)本發(fā)明，可能制造出甲烷純度為99.7vol％以上、進(jìn)而為99.8vol％、進(jìn)而為99.9vol％以上的LNG。另外，根據(jù)本發(fā)明，也可以使由下述式定義的甲烷回收率為97vol％以上、進(jìn)而為98vol％以上：

甲烷回收率(vol％)＝(產(chǎn)品LNG中的甲烷體積/原料氣體中的甲烷體積)×100。

從塔底部取出的LNG通常被冷卻，并且減壓至小于精餾塔2內(nèi)的壓力而成為產(chǎn)品LNG。產(chǎn)品LNG的溫度的典型的一例為約-161℃。產(chǎn)品LNG的壓力的典型的一例為約0.3MPaG。如圖1所示，從塔底部取出的LNG的冷卻也可以通過(guò)如下方式來(lái)進(jìn)行：使LNG穿過(guò)流路60而導(dǎo)入主熱交換器1。

另一方面，在精餾期間，從精餾塔2的塔頂部穿過(guò)流路30而蒸餾出的蒸餾氣體是含有較多的作為副成分的氫氣、一氧化碳以及氮?dú)獠⑶液猩倭康募淄榈臍怏w。以沸點(diǎn)比甲烷低的氫氣、一氧化碳以及氮?dú)鉃橹饕煞值脑撜麴s氣體在附屬設(shè)置于精餾塔2的冷凝器3中與作為制冷劑的液氮3a進(jìn)行熱交換而被冷卻，其一部分液化。該液化成分穿過(guò)流路31而返回至精餾塔2的塔頂部，從而進(jìn)行回流操作。蒸餾氣體的剩余部分、即未液化的氣體成分是上述副成分的濃度比蒸餾氣體高的成分。該氣體成分穿過(guò)流路32而從冷凝器3排出、送出。

穿過(guò)流路32而從冷凝器3排出的該氣體成分可以被用作制冷劑，如圖1所示，可以適宜地用作用于冷卻原料氣體的、進(jìn)而用于冷卻從塔底部取出的LNG的主熱交換器1用的制冷劑。在將該氣體成分用作冷卻原料氣體的主熱交換器1用的制冷劑的情況下，上述的冷卻工序包括進(jìn)行該氣體成分與原料氣體之間的熱交換的熱交換工序。作為制冷劑而被利用后的該氣體成分在例如升溫至常溫之后，作為廢氣而被回收、或者被釋放。廢氣中的甲烷濃度例如為3vol％左右。

在精餾期間，冷凝器3內(nèi)的作為制冷劑的液氮3a通過(guò)與蒸餾氣體之間的熱交換而被升溫，因此其一部分氣化。因氣化而產(chǎn)生的氮?dú)獯┻^(guò)流路50而從冷凝器3排出。該氮?dú)庖部梢杂米髦评鋭鐖D1所示，可以適宜地用作用于冷卻原料氣體的、進(jìn)而用于冷卻從塔底部取出的LNG的主熱交換器1用的制冷劑。在將該氮?dú)庥米饔糜诶鋮s原料氣體的主熱交換器1用的制冷劑的情況下，上述的冷卻工序包括進(jìn)行該氮?dú)馀c原料氣體之間的熱交換的熱交換工序。作為制冷劑而被利用后的該氮?dú)庠诶缟郎刂脸刂?，被回收或者被釋放?/p>

在精餾期間，作為制冷劑的液氮3a，作為典型連續(xù)地穿過(guò)流路40而被導(dǎo)入到冷凝器3內(nèi)。液氮3a的導(dǎo)入經(jīng)由作為減壓機(jī)構(gòu)的第二減壓閥5而進(jìn)行。通過(guò)由第二減壓閥5來(lái)進(jìn)行的壓力調(diào)整，能夠控制導(dǎo)入到冷凝器3內(nèi)的液氮3a的流量。

在本發(fā)明中，精餾工序包括控制冷凝器3內(nèi)的液氮3a的液面位置的控制工序。該控制工序可以通過(guò)在冷凝器3上設(shè)置用于控制該液面位置的控制機(jī)構(gòu)(控制部)來(lái)實(shí)施。

參照?qǐng)D2對(duì)使用了上述控制機(jī)構(gòu)的液面位置的控制方法進(jìn)行說(shuō)明?？刂茩C(jī)構(gòu)可以由上述的作為減壓機(jī)構(gòu)的第二減壓閥5、與第二減壓閥5以及冷凝器3連接的液面位置檢測(cè)調(diào)整計(jì)6構(gòu)成。液面位置檢測(cè)調(diào)整計(jì)6對(duì)冷凝器3內(nèi)的液氮3a的液面位置進(jìn)行檢測(cè)，并且基于該檢測(cè)結(jié)果來(lái)調(diào)整第二減壓閥5的開(kāi)度。

在精餾期間，優(yōu)選利用控制機(jī)構(gòu)來(lái)控制導(dǎo)入到冷凝器3的液氮3a的流量，使得冷凝器3內(nèi)的液氮3a的液面位置恒定或者大致恒定。該流量的控制通過(guò)基于液面位置檢測(cè)調(diào)整計(jì)6的檢測(cè)結(jié)果的第二減壓閥5的開(kāi)度調(diào)整來(lái)進(jìn)行。

參照?qǐng)D2進(jìn)行更具體的說(shuō)明，在由液面位置檢測(cè)調(diào)整計(jì)6檢測(cè)出的液氮3a的液面位置PV比預(yù)先確定好的設(shè)定液面位置SV低的情況下，液面位置檢測(cè)調(diào)整計(jì)6增大第二減壓閥5的開(kāi)度，由此使液氮3a的導(dǎo)入流量增大而使液面位置PV與設(shè)定液面位置SV一致、或者幾乎一致〔圖2(a)〕。另一方面，在液面位置PV比設(shè)定液面位置SV高的情況下，液面位置檢測(cè)調(diào)整計(jì)6減小第二減壓閥5的開(kāi)度，由此使液氮3a的導(dǎo)入流量減少而使液面位置PV與設(shè)定液面位置SV一致、或者幾乎一致〔圖2(b)〕。在液面位置PV與設(shè)定液面位置SV一致、或者幾乎一致的情況下，液面位置檢測(cè)調(diào)整計(jì)6不使第二減壓閥5的開(kāi)度發(fā)生變化。

尤其是如圖1以及圖2所示，通過(guò)采用使液氮3a經(jīng)由第二減壓閥5直接導(dǎo)入冷凝器3的方法，能夠提高以上那樣的液面位置的控制性。與此相對(duì)地，如專利文獻(xiàn)3所記載的方法那樣，在將循環(huán)的氮?dú)庥米髦评鋭┑那闆r下，液面位置的控制并不容易。

基于液面位置檢測(cè)調(diào)整計(jì)6的液面位置PV的檢測(cè)以及第二減壓閥5 的控制可以斷續(xù)地進(jìn)行，也可以連續(xù)地進(jìn)行。另外，不一定需要控制為液面位置PV與設(shè)定液面位置SV完全一致，也可以在液面位置PV相對(duì)于設(shè)定液面位置SV收斂于一定程度的范圍內(nèi)的情況下，判斷為液面位置PV維持為恒定。在該情況下，上述一定程度的范圍內(nèi)可以是設(shè)定液面位置SV中的距離冷凝器3底面的高度的±10％的范圍內(nèi)，優(yōu)選為±5％的范圍內(nèi)。

設(shè)定液面位置SV預(yù)先被設(shè)定為使冷凝器3所具有的熱交換器能夠發(fā)揮足夠高的熱交換能力那樣的位置。設(shè)定液面位置SV通常被設(shè)定在比上述熱交換器的上表面靠下方的位置。

通過(guò)使用上述那樣的控制機(jī)構(gòu)(通過(guò)設(shè)置控制工序)，即便在SNG、以及原料氣體的流量、組成發(fā)生變動(dòng)的情況下，不進(jìn)行其他特別的操作也能夠?qū)⒕s的高精制分離效率保持為恒定，由此，能夠穩(wěn)定地制造甲烷純度高的LNG。例如，在原料氣體的流量、甲烷濃度上升的情況下，導(dǎo)入到冷凝器3的蒸餾氣體的流量也變大，與此相伴地，冷凝器3內(nèi)的液氮3a的消耗量也增大，但通過(guò)使液氮3a的液面位置恒定的控制，能夠?qū)⒗淠?的冷卻能力保持為恒定，因此能夠?qū)⒕品蛛x效率維持為恒定。需要說(shuō)明的是，當(dāng)導(dǎo)入到冷凝器3的蒸餾氣體的流量變大時(shí)，返回至精餾塔2的塔頂部的液化成分量也變多，因此從精餾塔2的塔底部取出的LNG量也變多。

通過(guò)將液氮3a的液面位置保持為恒定，能夠抑制過(guò)度量的液氮3a的使用，因此對(duì)于減少精餾所需要的能量也是有利的。另外，如上述那樣，當(dāng)對(duì)從塔底部取出的LNG進(jìn)行冷卻時(shí)，在主熱交換器1中，若采用與因液氮3a的氣化而產(chǎn)生的氮?dú)庖约?或者廢氣進(jìn)行熱交換的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)與壓力比LNG低的氣體之間的熱交換，因此即便在主熱交換器1內(nèi)產(chǎn)生泄露的情況下，也不會(huì)向產(chǎn)品LNG側(cè)混入雜質(zhì)，能夠維持產(chǎn)品LNG的高品質(zhì)。與此相對(duì)地，如專利文獻(xiàn)3所記載的方法那樣，在使LNG與高壓的氮?dú)膺M(jìn)行熱交換的情況下，容易產(chǎn)生上述的混入。

由以上的說(shuō)明可知，控制工序包括將作為制冷劑的液氮3a典型地連續(xù)地向冷凝器3供給的液氮供給工序。液氮3a例如能夠從儲(chǔ)藏預(yù)先制造出的液氮并且與流路40連接的液氮儲(chǔ)藏罐進(jìn)行供給?；蛘?，也可以作為L(zhǎng)NG制造裝置的一部分而設(shè)置用于制造液氮并將其向冷凝器3供給的液 氮供給系統(tǒng)(液氮供給設(shè)備)，由此來(lái)進(jìn)行液氮3a的制造供給，并且連續(xù)制造LNG。圖3示出能夠?qū)嵤┖笳叩闹圃旆椒ǖ腖NG制造裝置的優(yōu)選的一例。

圖3所示的LNG制造裝置是能夠一邊進(jìn)行液氮3a的制造供給一邊連續(xù)制造LNG的裝置，在圖1所示的LNG制造裝置中附加有用于制造液氮3a并將其向冷凝器3供給的液氮供給系統(tǒng)100。液氮供給系統(tǒng)100包括：用于制造液氮的液氮制造裝置110；與液氮制造裝置110以及冷凝器3連接且用于保持制造出的液氮的罐120；用于使從罐120朝向冷凝器3送出的液氮的一部分氣體化的蒸發(fā)器130；用于使因基于蒸發(fā)器130的氣體化而生成的氮?dú)夥祷刂烈旱圃煅b置110的流路(配管)80。

圖3所示的LNG制造裝置在以下方面是有利的。如上所述，導(dǎo)入到冷凝器3內(nèi)的液氮3a的流量的控制(用于使液面位置恒定或者大致恒定的控制)基本可以通過(guò)第二減壓閥5的開(kāi)度調(diào)整來(lái)進(jìn)行，例如當(dāng)原料氣體的流量、甲烷濃度上升時(shí)，即便將第二減壓閥5的開(kāi)度全開(kāi)，也可能因液氮的制造能力而無(wú)法將能夠使冷凝器3內(nèi)的液氮3a的液面位置保持恒定或者大致恒定的程度下的足夠流量的液氮向冷凝器3供給。另外，例如當(dāng)原料氣體的流量、甲烷濃度上升時(shí)，需要與之相應(yīng)地調(diào)節(jié)液氮制造裝置的設(shè)定并增加液氮制造量時(shí)，在進(jìn)行設(shè)定變更后，由于在液氮制造量達(dá)到規(guī)定量為止需要一定程度的時(shí)間，因此在到達(dá)規(guī)定量之前，可能無(wú)法將能夠使冷凝器3內(nèi)的液氮3a的液面位置保持恒定或者大致恒定的程度下的足夠流量的液氮向冷凝器3供給。

根據(jù)圖3所示的LNG制造裝置，能夠消除以上那樣的擔(dān)心。即，在圖3所示的LNG制造裝置中，液氮制造裝置110能夠以根據(jù)假定的原料氣體的流量、組成的變動(dòng)能夠把握的、比為了使液氮3a的液面位置恒定或者大致恒定所需的液氮供給流量的最大值大的流量來(lái)制造液氮。由此，即便在所需的液氮供給流量達(dá)到最大值的情況下，也不存在上述的擔(dān)心，能夠毫無(wú)遲滯地將需要量的液氮向冷凝器3供給。

另一方面，在需要的液氮供給流量未達(dá)到最大值之前，液氮制造量相對(duì)于必要供給量而變得過(guò)剩，但根據(jù)圖3所示的LNG制造裝置，該過(guò)剩量不向冷凝器3供給而在蒸發(fā)器130中氣化，可以作為液氮制造用的原料 進(jìn)行再利用。具體來(lái)說(shuō)，液氮供給系統(tǒng)100具有將保持液氮的罐120和冷凝器3(更具體來(lái)說(shuō)為流路40)連接起來(lái)的流路70、以及從流路70分支的流路80，在流路80上設(shè)有蒸發(fā)器130。因基于蒸發(fā)器130的氣化而生成的氮?dú)饨柚髀?0而返回至液氮制造裝置110的入口側(cè)(原料導(dǎo)入側(cè))，并且作為液氮制造用的原料進(jìn)行再利用。通過(guò)調(diào)整因蒸發(fā)器130而氣化的液氮的量，能夠控制向冷凝器3供給的液氮量。

液氮制造裝置110可以是使用氮?dú)鈦?lái)制造液氮的裝置。液氮制造裝置110構(gòu)成為例如包括以下的裝置(機(jī)構(gòu))。

1)用于使原料的氮?dú)馍龎旱牡谝簧龎簷C(jī)構(gòu)(循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)等)。由此，原料的氮?dú)馐紫壬龎褐晾缂s0.3MPaG～約0.5MPaG左右。

2)用于使在上述1)中升壓后的氮?dú)馍龎旱牡诙龎簷C(jī)構(gòu)(循環(huán)氮?dú)鈮嚎s機(jī)等)。利用該升壓機(jī)構(gòu)，氮?dú)獗贿M(jìn)一步升壓至約3MPaG。

3)用于將在上述2)中升壓后的氮?dú)饫鋮s至常溫程度的冷卻機(jī)構(gòu)(后冷卻器)以及與其連續(xù)的第三升壓機(jī)構(gòu)(渦輪壓縮機(jī)等)。利用該升壓機(jī)構(gòu)，氮?dú)獗贿M(jìn)一步升壓至約4.5MPaG。

4)用于對(duì)在上述3)中升壓后的高壓氮?dú)膺M(jìn)行冷卻的冷卻機(jī)構(gòu)(后冷卻器)以及與其連續(xù)的用于對(duì)高壓氮?dú)膺M(jìn)一步冷卻的(優(yōu)選設(shè)置在冷芯盒內(nèi)的)液化熱交換器。

5)用于使供給至液化熱交換器的高壓氮?dú)獾囊徊糠帧⒓赐ㄟ^(guò)液化熱交換器后的高壓氮?dú)馀蛎浀母邷販u輪。供給至高溫渦輪的高壓氮?dú)庖蚺蛎浂a(chǎn)生冷能，用作液化熱交換器的制冷劑。

6)用于使供給至液化熱交換器的高壓氮?dú)獾牧硪徊糠?、即通過(guò)液化熱交換器后的高壓氮?dú)狻苍谝夯療峤粨Q器中的熱交換時(shí)間比上述5)中的高壓氮?dú)忾L(zhǎng)，因此溫度更低〕膨脹的低溫渦輪。向低溫渦輪供給的高壓氮?dú)馀蛎浿良s0.5MPaG，此時(shí)，產(chǎn)生冷能。在向低溫渦輪供給之后，該高壓氮?dú)庀蛏鲜龅墓?20(液化閃蒸罐)供給。向液化熱交換器供給的高壓氮?dú)獾氖Ｓ嗖糠滞ㄟ^(guò)在液化熱交換器中進(jìn)行比上述5)以及6)中的高壓氮?dú)鈺r(shí)間長(zhǎng)的熱交換而液化，接著，減壓至約0.5MPaG左右，一部分氣化。之后，以氣液混合狀態(tài)向上述的罐120供給，并在該罐內(nèi)被氣液分離。該罐內(nèi)的氮?dú)饪梢杂米饕夯療峤粨Q器的制冷劑。

向液氮制造裝置110供給的原料的氮?dú)?，如上所述，可以包括因基于蒸發(fā)器130的氣化而生成的氮?dú)狻４送?，可以包括用作液化熱交換器的制冷劑的熱交換后的氮?dú)?、因基于冷凝?中的熱交換的液氮3a的氣化而產(chǎn)生的氮?dú)?優(yōu)選用作主熱交換器1的制冷劑，參照?qǐng)D3，能夠穿過(guò)流路51而導(dǎo)入液氮制造裝置110)以及非再利用品的新氮?dú)庵械?種或者2種以上。

例：

以下，示出實(shí)施例而更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不被這些例子限定。

＜實(shí)施例1～3＞

通過(guò)模擬來(lái)計(jì)算出根據(jù)由具有表1所示的流量、壓力(冷卻工序中的壓力)以及組成的甲烷、氫氣、一氧化碳以及氮?dú)鈽?gòu)成的原料氣體，使用圖1以及圖2所示的制造裝置來(lái)制造產(chǎn)品LNG時(shí)的該產(chǎn)品LNG的流量、甲烷純度以及甲烷回收率。表1示出該結(jié)果。模擬是通過(guò)如下所述地設(shè)定各種LNG制造條件而進(jìn)行的。在實(shí)施例1～3中，設(shè)定液面位置SV為相同的位置，并且在各實(shí)施例中的模擬中，液面位置PV為在精餾期間始終與設(shè)定液面位置SV相同的位置。

·最先在主熱交換器1冷卻時(shí)的原料氣體的冷卻溫度：-126℃

·基于再沸器的原料氣體的冷卻溫度：-134℃

·再次在主熱交換器1冷卻時(shí)的原料氣體的冷卻溫度：-137℃

·導(dǎo)入到精餾塔時(shí)的原料氣體的壓力：0.45MPaG

·精餾時(shí)的精餾塔內(nèi)壓力：0.45MPaG

·冷凝器3內(nèi)的壓力：0.35MPaG

·廢氣的甲烷濃度：3vol％

·在主熱交換器1中冷卻后的產(chǎn)品LNG的溫度：-161℃

·在主熱交換器1中冷卻后的產(chǎn)品LNG的壓力：0.3MPaG

[表1]

實(shí)施例1與實(shí)施例2中，雖然原料氣體的流量相同，但組成不同。實(shí)施例3相對(duì)于實(shí)施例1以及2而言，原料氣體的流量為一半，并且組成也不同。然而，在實(shí)施例1～3中的任一條件下，甲烷純度均超過(guò)99.9vol％且恒定。另外，可以確認(rèn)，在任一條件下，甲烷回收率均超過(guò)97vol％。