JPH10204455A - 天然ガス液化方法 - Google Patents

天然ガス液化方法

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JPH10204455A
JPH10204455A JP9012670A JP1267097A JPH10204455A JP H10204455 A JPH10204455 A JP H10204455A JP 9012670 A JP9012670 A JP 9012670A JP 1267097 A JP1267097 A JP 1267097A JP H10204455 A JPH10204455 A JP H10204455A
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natural gas
compressor
gas
liquefaction
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Yoshitsugu Yoshikawa
喜次 吉川
Osamu Yamamoto
修 山本
Moritaka Nakamura
守孝 中村
Shigeru Sugiyama
茂 杉山
Yasuharu Fukuda
靖治 福田
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Chiyoda Corp
Original Assignee
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Chiyoda Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い範囲の規模のＬＮＧプラントに適用可能
で、しかも効率良くかつ安価にＬＮＧを製造可能な天然
ガスの液化方法を提供する。 【解決手段】 天然ガスのフィードガス、或いはその液
化過程で生ずる未液化のリサイクルガスの液化を、第１
の冷媒、例えばＣ３冷媒と、これと成分あるいは組成の
異なる第２の冷媒、例えばＣ２冷媒とを用いて段階的に
行う。ついで、略等エントロピー膨張による液化を行
う。ここで未液化のリサイクルガスはコンプレッサによ
り昇圧して、未液化の天然ガスのリサイクルと合流させ
てリサイクルする。コンプレッサは略等エントロピー膨
張過程により得られた動力をもって駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガスの液化方
法に関し、特に広い範囲の規模のＬＮＧプラントに適用
可能で、しかも効率良くかつ安価にＬＮＧを製造可能と
する天然ガス液化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在ベースロードＬＮＧプラントに使用
されている液化プロセスは、米国エアプロダクツ社のプ
ロパン予冷混合冷媒法及びフランス国テクニップ社のＴ
ｅａｌａｒｃ法が広く用いられている。両方法とも巨大
なハンプソン型熱交換器を用いて行うものであるが、こ
のハンプソン型熱交換器は、特別な設備をもった工場で
のみ製作が可能であるため、非常に高価なものであり、
しかも製作期間が長いため、ＬＮＧプラントの製造コス
トを高騰させたり、あるいはＬＮＧプラントの規模を大
型化する際の障害となるなどの問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本願出願人
は、高価な特殊な熱交換器を必要とすることなく、あら
ゆる規模のＬＮＧプラントに容易に適合可能な天然ガス
液化方法を先に提案したところである（特開平６−１５
９９２８号公報参照）。しかしながら、この天然ガス液
化方法によると、予冷部の温度範囲が広いために冷媒の
成分数が多く、冷媒製造設備が高価なものになる他、特
に天然ガスフィールドにＣ５留分が少ない場合は冷媒を
ＬＮＧプラント内で製造できないという問題が生ずるこ
とになる。
【０００４】このような問題点に鑑み、本発明の主な目
的は、広い範囲の規模のＬＮＧプラントに適用可能で、
しかも効率良くかつ安価に実施可能なように改良された
天然ガス液化方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような目的は本発明
によれば、天然ガスのフィードガスの高温部の液化を単
一成分の冷媒或いは混合冷媒によって行い、その低温部
の液化を略等エントロピ膨脹により行う過程と、前記膨
脹過程に於いて未液化の天然ガスをコンプレッサにより
昇圧してリサイクルし、その高温部の液化或いは冷却を
天然ガスの前記フィードガスと同様に単一若しくは混合
冷媒により行い、その低温部の液化を略等エントロピ膨
脹により行う過程と、最後の膨脹過程により未液化のリ
サイクルガスをコンプレッサにより昇圧し、未液化の天
然ガスのリサイクルと合流させてリサイクルする過程と
を有し、前記略等エントロピ膨脹過程により得られた動
力をもって前記コンプレッサの少なくともいずれかを駆
動するようにした天然ガスの液化方法であって、前記冷
媒による液化或いは冷却を第１及び第２の２種類の冷媒
によって段階的に行うことを特徴とする液化方法を提供
することにより達成される。ここで、天然ガスの高温部
及び低温部とは、天然ガスの液化に際して、常温から約
−１６０°Ｃまで冷却するとき、この冷却過程のうちの
温度の高い領域、例えば常温から約−８０°Ｃまで、及
び温度の低い領域、例えば約−８０°Ｃから約−１６０
°Ｃまでを、それぞれ指すものとする。
【０００６】前記第１の冷媒としては、プロパン、また
はプロピレンの単一成分のもの、或いはエタン、エチレ
ン、プロパン、並びにプロピレンを含む混合冷媒が好ま
しく、これにより天然ガスのフィードガスが−３０℃〜
−４０℃位まで冷却される。一方、前記第２の冷媒とし
ては、エタン、またはエチレンの単一成分のもの、或い
はメタン、エタン、エチレン、プロパン、並びにプロピ
レンを含む軽量炭化水素を主成分とする混合冷媒が好ま
しく、これにより−７０℃〜−１００℃位まで冷却され
る。
【０００７】この時、前記第２の冷媒により未液化の部
分は略等エントロピ膨張により液化を行い、この膨張過
程において未液化の天然ガスはコンプレッサにより昇圧
してリサイクルする。このとき、前記略等エントロピ膨
張過程により得られた動力をもって該膨張過程において
未液化の天然ガスを昇圧するコンプレッサを駆動する。
【０００８】一方、昇圧されたリサイクルガスは、前記
フィードガスと同様にして第１及び第２の冷媒で冷却さ
れ、−７０℃〜−１００℃位まで冷却される。この場
合、リサイクルガスはＣ２＋留分が少ないため、臨界圧
力が低く、部分液化は生じにくい。ついでリサイクルガ
スは略等エントロピ膨張により液化を行い、ここで未液
化のリサイクルガスはコンプレッサにより昇圧して、天
然ガスのリサイクルと合流される。このとき、略等エン
トロピ膨張によって得られた動力をリサイクルガスの略
等エントロピ膨張における未液化のリサイクルガスの昇
圧コンプレッサの駆動に用いる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１及び２は、本発明に基づく天
然ガス液化方法の第１の実施の形態が適用されたプラン
トを示す。ここでは、あらかじめＣＯ2、Ｈ2Ｓ等の酸性
ガス、及びＣ５＋の重質炭化水素が除去された高圧の原
料天然ガスが、４３ｂａｒ、３４℃の条件をもってフィ
ードガス＊１として熱交換器１ａに導入される。この時
のフィードガスの組成は表１に示される通りである。流
量は１９，０００ｋｇ・ｍｏｌ／ｈである。
【００１０】
【表１】
【００１１】フィードガス＊１は３レベルのＣ３冷媒
（Ｃ３Ｒ）により段階的に冷却される。まず、熱交換器
１ａにて７℃のＣ３Ｒにより２０℃程度まで冷却され、
水の大半を凝縮され、ドラム３により分離される。次
に、ドライヤ４にて水分をさらに１重量ｐｐｍ以下まで
除去された後、熱交換器１ｂに導入され、−１４℃のＣ
３Ｒにより−１１℃まで冷却され、さらに熱交換器１ｃ
に導入され、−３３℃のＣ３Ｒにより−３０℃まで冷却
される。
【００１２】次に、フィードガスは３レベルのＣ２冷媒
（Ｃ２Ｒ）により冷却される。まず、熱交換器２ａにて
−４８℃のＣ２Ｒにより−４５℃まで冷却され、熱交換
器２ｂにて−６３℃のＣ２Ｒにより−６０℃まで冷却さ
れ、熱交換器２ｃにて−８０℃のＣ２Ｒにより−７７．
２℃まで冷却される。このとき、フィードガスの約４７
ｍｏｌ％が液化され、エキスパンダ入口ドラム５に送ら
れる。
【００１３】このフィードガスの予冷で生成した液化部
分は−７０℃〜−１００℃とＬＮＧの温度−１６０℃に
比較してかなり高温なため、ＬＮＧ温度近辺まで冷却す
る必要がある。そこで、この液化した部分を熱交換器１
３にて、後記のように天然ガス及びリサイクルガスの２
つの略等エントロピ膨張過程でそれぞれ生成した未液化
部分との熱交換により冷却する。
【００１４】一方、エキスパンダ入口ドラム５で分離さ
れた未液化の天然ガスは、ターボエキスパンダ６にて略
等エントロピ膨張により約２．７ｂａｒまで膨張し、−
１４６℃まで冷却され、一部（１８ｍｏｌ％）が液化し
て、エキスパンダ出口ドラム１２に送られる。
【００１５】エキスパンダ出口ドラム１２で分離された
未液化の天然ガスは、熱交換器１３に導かれ、ここで熱
交換されてエキスパンダ入口ドラム５で分離された液を
−１４４℃まで冷却し、自らは−７９℃に昇温する。そ
して、エキスパンダ６と直結されたコンプレッサ７に導
かれ、ここで７．４ｂａｒまで昇圧された後、順次コン
プレッサ８、クーラ９、そしてコンプレッサ１０を経て
７１ｂａｒまで昇圧され、ついでクーラ１１により３４
℃まで冷却されてリサイクルガス＊２となる。
【００１６】リサイクルガス＊２は、前記フィードガス
＊１と同様にして、３レベルのＣ３冷媒Ｃ３Ｒがそれぞ
れ流通する３つの熱交換器１ｄ、１ｅ、１ｆ、並びに３
レベルのＣ２冷媒Ｃ２Ｒがそれぞれ流通する３つの熱交
換器２ｄ、２ｅ、２ｆを経て−７７℃まで冷却される。
【００１７】こうして冷却されたリサイクルガスは、Ｃ
２＋留分が少ないためい臨界圧力が低く、部分液化は生
じにくいので、直接、ターボエキスパンダ６′に導入さ
れ、ここで略等エントロピ膨張により約２．７ｂａｒま
で膨張し、−１４８℃まで冷却され、一部（４７ｍｏｌ
％）が液化して、エキスパンダ出口ドラム１２′に送ら
れる。
【００１８】エキスパンダ出口ドラム１２で分離された
未液化のリサイクルガスは、熱交換器１３に導かれ、エ
キスパンダ入口ドラム５で分離された液を冷却し、自ら
は−７９℃に昇温する。そして、エキスパンダ６′と直
結されたコンプレッサ７′によって７．３ｂａｒまで昇
圧された後、順次コンプレッサ８′、クーラ９′、そし
てコンプレッサ１０′を経て７１ｂａｒまで昇圧され、
ついでクーラ１１′により３４℃まで冷却され、クーラ
１１からの未液化天然ガスと合流してリサイクルガス＊
２となり、熱交換器１ｄにリサイクルされる。
【００１９】一方、エキスパンダ入口ドラム５で分離さ
れた後に熱交換器１３によって冷却された液は、バルブ
による減圧の後、エキスパンダ出口ドラム１２に導かれ
る。このエキスパンダ出口ドラム１２からの液と、エキ
スパンダ出口ドラム１２′からの液は、それぞれバルブ
により１．３ｂａｒまで減圧され、−１５７℃まで冷却
された上で、フラッシュドラム１４に導かれ、ＬＮＧと
リーンガスに分離される。このとき同時に原料天然ガス
中のＮ2等が分離される。
【００２０】フラッシュドラム１４で分離されたリーン
ガスは、熱交換器１６にて冷熱回収後、毎時１４４０ｋ
ｇ・ｍｏｌのコンプレッサ１７にて昇圧されて燃料ガス
となる。一方、フラッシュドラム１４で分離された液
は、ＬＮＧとしてポンプ１５により貯蔵タンクに毎時３
２１トンの液量で圧送される。
【００２１】図３にＣ３冷媒の冷凍サイクルを示す。Ｃ
３冷媒は液の状態で３７℃、１３ｂａｒにてドラム２４
に貯められている。このドラム２４のＣ３Ｒの液は、フ
ィードガスの予冷を行う熱交換器１ａ、１ｂ、１ｃと、
リサイクルガスの予冷を行う熱交換器１ｄ、１ｅ、１ｆ
とに導かれる。また、後述するＣ２冷媒冷凍サイクルの
熱交換器１ｇ、１ｈ、１ｉにも導かれる。ドラム２４か
らのＣ３Ｒの液は、これらの熱交換器に導入するにあた
り、バルブによって減圧され、７℃、５．９ｂａｒとな
り、２３％のベーパが発生する。
【００２２】熱交換器１ａに導かれた液の一部は蒸発し
てフィードガスを冷却し、残りの液はバルブによって減
圧されて−１４℃、３ｂａｒとなり、１４％のベーパを
発生し、熱交換器１ｂに導かれる。ここで液の一部は蒸
発してフィードガスを更に冷却する。残りの液はバルブ
によって減圧され−３３℃、１．５ｂａｒとなり１０％
のベーパを発生し、熱交換器１ｃに導かれる。ここで液
は全て蒸発してフィードガスを更に冷却する。同様にし
て熱交換器１ｄ、１ｅ、１ｆ、並びに熱交換器１ｇ、１
ｈ、１ｉにてＣ３Ｒベーパが発生する。これら熱交換器
１ａ〜１ｉのＣ３Ｒベーパは、各レベル毎に別ルートで
Ｃ３コンプレッサ２１に導かれる。
【００２３】Ｃ３Ｒベーパは、Ｃ３コンプレッサ２１で
１４ｂａｒまで昇圧され、デスーパーヒータ２２により
凝縮温度３７℃近辺まで冷却された後、Ｃ３コンデンサ
２３にて凝縮され、ドラム２４に戻り、冷凍サイクルが
完結する。
【００２４】図４にＣ２冷媒の冷凍サイクルを示す。Ｃ
２冷媒（Ｃ２Ｒ）は液の状態で−３０℃、１１ｂａｒの
条件でドラム２６に貯えられている。このドラム２６の
Ｃ２Ｒの液は、フィードガスの予冷を行う熱交換器２
ａ、２ｂ、２ｃと、リサイクルガスの予冷を行う熱交換
器２ｄ、２ｅ、２ｆとに導かれる。ドラム２６からのＣ
２Ｒの液は、これらの熱交換器に導入するにあたり、バ
ルブによって減圧され、−４８℃、６．０ｂａｒとな
り、１２％のベーパを発生する。
【００２５】熱交換器２ａに導かれた液の一部は蒸発し
てフィードガスを冷却し、残りの液はバルブによって減
圧されて−６３℃、３．４ｂａｒとなり、９％のベーパ
を発生し、熱交換器２ｂに導かれる。ここで液の一部が
蒸発してフィードガスを更に冷却する。残りの液はバル
ブによって減圧されて−８０℃、１．５５ｂａｒとな
り、９％のベーパを発生し、熱交換器２ｃに導かれる。
ここで残りの液は全部蒸発してフィードガスを更に冷却
する。同様にして熱交換器２ｄ、２ｅ、２ｆにてリサイ
クルガスを冷却する一方でＣ２Ｒベーパが発生する。こ
れらの熱交換器２ａ〜２ｆからのＣ２Ｒベーパは、各レ
ベル毎に別ルートでＣ２コンプレッサ２５に導かれる。
【００２６】Ｃ２Ｒベーパは、Ｃ２コンプレッサ２５に
て１１ｂａｒまで昇圧され、熱交換器１ｇ、１ｈにてＣ
３冷媒により冷却され、さらに熱交換器１ｉにてＣ３冷
媒により凝縮され、全て液体となってドラム２６に導か
れ、冷凍サイクルが完結する。
【００２７】本第１の実施の形態における各エキスパン
ダ並びにコンプレッサの所要動力（ＭＷ）を表２に示
す。
【００２８】
【表２】
【００２９】図５及び６は、本発明の第２の実施の形態
が適用されたプラントを示すもので、第２の冷媒をＣ
１、Ｃ２、並びにＣ３からなる混合冷媒とした例であ
り、前記第１の実施の形態におけるＣ２冷媒により冷却
を行う熱交換器２ａ〜２ｆに代えて、混合冷媒熱交換器
３１が設けられている。その他の構成は同一であり、同
一の符号を付してその詳細な説明を省略する。混合冷媒
の組成（ｍｏｌ％）は表３に示される通りである。
【００３０】
【表３】
【００３１】混合冷媒熱交換器３１から出た混合冷媒ベ
ーパは、−３３℃、２ｂａｒとなり、図７に示すよう
に、混合冷媒コンプレッサ３２で１８ｂａｒまで昇圧さ
れ、クーラ３３で３４℃まで冷却され、さらに３レベル
のＣ３Ｒがそれぞれ流通する熱交換器１ｇ、１ｈ、１ｉ
により−３０℃まで冷却されて液化する。そして、混合
冷媒熱交換器３１にて、フィードガス、リサイクルガス
と共に−７７℃まで冷却された後、バルブにより２．１
ｂａｒまで減圧され、−８０℃まで冷却され、フラッシ
ュドラム３４を経て熱交換器３１に戻される。ここで、
混合冷媒は蒸発しつつ、フィードガス、リサイクルガ
ス、並びに高圧混合冷媒を−７７℃まで冷却する。
【００３２】本第２の実施の形態における各エキスパン
ダ並びにコンプレッサの所要動力（ＭＷ）を表４に示
す。
【００３３】
【表４】
【００３４】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によれば、冷媒による予冷をシェル＆チューブ型熱交
換器あるいはプレートフィン熱交換器等の一般的で比較
的廉価な熱交換器を用いて行い、最終冷却はターボエキ
スパンダ等の膨張サイクルを用いて行うため、高価な特
殊な熱交換器を必要とすることなく広い範囲の規模のＬ
ＮＧプラントに適用可能であり、しかも冷媒による液化
或いは冷却を第１及び第２の２種類の冷媒によって段階
的に行うことにより、冷媒の成分数が削減され、冷媒製
造設備が安価で済み、天然ガスの液化を効率良くかつ安
価に行う上で極めて大きな効果がある。そして、第１の
冷媒には、プロパン、またはプロピレンの単一成分のも
の、或いはエタン、エチレン、プロパン、並びにプロピ
レンを含む混合冷媒を、第２の冷媒には、エタン、また
はエチレンの単一成分のもの、或いはメタン、エタン、
エチレン、プロパン、並びにプロピレンを含む軽量炭化
水素を主成分とする混合冷媒をそれぞれ用いることで、
天然ガスフィールドにＣ５留分が少ない場合でも冷媒を
ＬＮＧプラント内で製造可能となり、その効果は大であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく天然ガス液化方法の第１の実施
形態を実施するのに適するプラントの一方の半分を示す
ダイヤグラム図である。
【図２】本発明に基づく天然ガス液化方法の第１の実施
形態を実施するのに適するプラントの他方の半分を示す
ダイヤグラム図である。
【図３】Ｃ３冷媒の冷凍サイクルを示すダイヤグラム図
である。
【図４】Ｃ２冷媒の冷凍サイクルを示すダイヤグラム図
である。
【図５】本発明に基づく天然ガス液化方法の第２の実施
形態を実施するのに適するプラントの一方の半分を示す
ダイヤグラム図である。
【図６】本発明に基づく天然ガス液化方法の第２の実施
形態を実施するのに適するプラントの他方の半分を示す
ダイヤグラム図である。
【図７】混合冷媒の冷凍サイクルを示すダイヤグラム図
である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｉ 第１冷媒（Ｃ３冷媒）の熱交換器 ２ａ〜２ｆ 第２冷媒（Ｃ２冷媒）の熱交換器 ３ ドラム ４ ドライヤ ５ エキスパンダ入口ドラム ６、６′ ターボエキスパンダ ７、７′ コンプレッサ ８、８′ コンプレッサ ９、９′ クーラ １０、１０′ コンプレッサ １１、１１′ クーラ １２、１２′ エキスパンダ出口ドラム １３ 熱交換器 １４ フラッシュドラム １５ ポンプ １６ 熱交換器 １７ コンプレッサ ２１ コンプレッサ ２２ デスーパーヒータ ２３ コンデンサ ２４ ドラム ２５ コンプレッサ ２６ ドラム ３１ 熱交換器 ３２ コンプレッサ ３３ クーラ ３４ フラッシュドラム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 守孝 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 杉山 茂 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 福田 靖治 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 天然ガスのフィードガスの高温部の液
    化を単一成分の冷媒或いは混合冷媒によって行い、その
    低温部の液化を略等エントロピ膨脹により行う過程と、 前記膨脹過程に於いて未液化の天然ガスをコンプレッサ
    により昇圧してリサイクルし、その高温部の液化或いは
    冷却を天然ガスの前記フィードガスと同様に単一若しく
    は混合冷媒により行い、その低温部の液化を略等エント
    ロピ膨脹により行う過程とを有し、 前記略等エントロピ膨脹過程により得られた動力をもっ
    て前記コンプレッサを駆動するようにした天然ガスの液
    化方法であって、 前記冷媒による液化或いは冷却を第１及び第２の２種類
    の冷媒によって段階的に行うことを特徴とする液化方
    法。
  2. 【請求項２】 天然ガスのフィードガスの高温部の液
    化を単一成分の冷媒或いは混合冷媒によって行い、その
    低温部の液化を略等エントロピ膨脹により行う過程と、 前記膨脹過程に於いて未液化の天然ガスをコンプレッサ
    により昇圧してリサイクルし、その高温部の液化或いは
    冷却を天然ガスの前記フィードガスと同様に単一若しく
    は混合冷媒により行い、その低温部の液化を略等エント
    ロピ膨脹により行う過程と、 最後の膨脹過程により未液化のリサイクルガスをコンプ
    レッサにより昇圧し、未液化の天然ガスのリサイクルと
    合流させてリサイクルする過程とを有し、 前記略等エントロピ膨脹過程により得られた動力をもっ
    て前記コンプレッサの少なくともいずれかを駆動するよ
    うにした天然ガスの液化方法であって、 前記冷媒による液化或いは冷却を第１及び第２の２種類
    の冷媒によって段階的に行うことを特徴とする液化方
    法。
  3. 【請求項３】 前記第１の冷媒が、プロパンあるいは
    プロピレンの単一成分のものであることを特徴とする請
    求項１若しくは２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第１の冷媒が、エタン、エチレ
    ン、プロパン、並びにプロピレンを含む混合冷媒である
    ことを特徴とする請求項１若しくは２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第２の冷媒が、エタンあるいはエ
    チレンの単一成分のものであることを特徴とする請求項
    １乃至４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第２の冷媒が、メタン、エタン、
    エチレン、プロパン、並びにプロピレンを含む混合冷媒
    であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
    載の方法。
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