(57)【要約】  膨張させた粗ＬＮＧ流（１０４）の脱窒素を、膨張（１０２）の前又は後に、粗ＬＮＧ流を冷却する熱サイホンリボイラー（１０６）中での窒素底部液の一部（１１２）のみの部分的に気化によって再沸する窒素除去塔（１５０）中で行う。この熱サイホンリボイラーは、塔の液溜の外部又は内部に配置することができる。【選択図】図１
2011517322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記のステップを含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）供給流の脱窒素のための方法：
（ａ）前記ＬＮＧ供給流を膨張させるために設けられている手段によって前記ＬＮＧ供給流を膨張させ、かつ前記ＬＮＧ供給流を熱サイホンリボイラー中で冷却して、冷却され膨張したＬＮＧ流を形成するステップであって、前記膨張が、前記冷却の前に行われ、又は前記冷却が、前記膨張の前に行われる、ステップ、
（ｂ）前記冷却され膨張したＬＮＧ流を、蒸留区域と液溜を備えた窒素除去塔に導入して、窒素富化された塔頂蒸気と、窒素が減少した塔底液とを得るステップ、
（ｃ）前記窒素富化された塔頂蒸気流を、前記塔から抜き取るステップ、
（ｄ）前記窒素が減少した塔底液の少なくとも一部を、前記塔から抜き取るステップ、
（ｅ）前記窒素が減少した塔底液の少なくとも一部を、ステップ（ａ）の前記熱サイホンリボイラーを通過させることによって、前記窒素が減少した塔底液の一部を少なくとも部分的に気化させて、部分的に気化した流れを形成するステップ、及び
（ｆ）前記熱サイホンリボイラーが前記塔の前記液溜の外部に配置される場合には、ステップ（ｅ）の前記塔底液の一部が抜き取られる位置よりも高い前記塔の位置、又は前記熱サイホンリボイラーが前記塔の前記液溜に配置されている場合には、ステップ（ｅ）の前記塔底液の一部が前記熱サイホンリボイラーに入る位置よりも高い位置であって、かつステップ（ｂ）の前記ＬＮＧ供給流を受け取る位置よりも低い位置で、前記部分的に気化した流れを、前記塔に注入して、前記塔のボイルアップを与えるステップ。
【請求項２】
前記熱サイホンリボイラーが、前記塔の前記液溜の外部に配置されており、ステップ（ｄ）の前記窒素が減少した塔底液が前記塔から抜き取られた後で、ステップ（ｅ）の前記窒素が減少した塔底液の一部を、ステップ（ｄ）の前記窒素が減少した塔底液から分割する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱サイホンリボイラーが、前記塔の前記液溜の外部に配置されており、ステップ（ｅ）の前記窒素が減少した塔底液の一部を、ステップ（ｄ）の前記窒素が減少した塔底液とは別個に、前記塔から抜き取る、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記熱サイホンリボイラーが、前記塔の前記液溜内に配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＬＮＧ供給流を膨張させるために設けられている前記手段が、高密度流体エクスパンダである、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記熱サイホンリボイラーに供給されない窒素が減少した塔底液を、ＬＮＧ製品として回収する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ａ）の前記冷却され膨張したＬＮＧ流を前記窒素除去塔に導入する前に、前記冷却され膨張したＬＮＧ流を、弁に通して絞るステップをさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ａ）の前記膨張を、ステップ（ａ）の前記冷却の前に行う、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ａ）の前記冷却を、ステップ（ａ）の前記膨張の前に行う、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記ＬＮＧ供給流を膨張させるために設けられている前記手段が、高密度流体エクスパンダである、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記ＬＮＧ供給流が、１〜１０ｍｏｌ％の窒素を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素、メタン、及び場合によっては比較的重質の炭化水素を含む液化天然ガス流から、窒素を分離するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粗天然ガスは、比較的大量の保管を可能にするために、液化天然ガス（ＬＮＧ）の形態に液化されることが多い。天然ガスは窒素で汚染されている可能性があるので、所望の製品規格を満たす窒素を減らしたＬＮＧ製品を生産するために、有利にはＬＮＧから窒素を除去する。ＬＮＧからの窒素除去を実現する幾つかの方法が、従来技術において開示されている。
【０００３】
ＬＮＧ流から窒素を分離するための一つの簡単な方法は、タービン中で粗ＬＮＧ流を等エントロピー的に膨張させ、次いでその流れをフラッシュセパレータに注入することである。フラッシュセパレータから取り出された液状生成物は、粗ＬＮＧ流よりも少ない窒素を含有することになり、一方、蒸気生成物は、比較的高い比率の窒素を含有することになる。
【０００４】
別の方法が特許文献１に開示されている。ここでは、粗ＬＮＧをタービン中で等エントロピー的に膨張させ、リボイラー熱交換器中で冷却する方法が開示される。次いで、その冷却され膨張したＬＮＧ流は、弁を通過し、そこで静的な減圧を受け、その後で脱窒素塔に注入される。塔内では、上昇する蒸気によって、下降する液体から窒素が取り除かれ、その結果、塔の頂部を出る蒸気流は窒素を多く含む。液状ＬＮＧ流は、窒素が減少した生成物として、塔の底部から抜き取られる。塔内では、ＬＮＧ供給流の注入位置よりも低い位置のところで液体流が抜き取られ、供給流冷却用の熱交換器を通過し、次いでそれが抜き取られた位置よりも低い位置のところで塔に再注入されて、塔にボイルアップを与える。要するに、抜き取られた流れが熱交換器を通過することにより、追加の分離平衡段階を与える。
【０００５】
ＬＮＧ流から窒素を分離するための同様の方法は、膨張が等エントロピー的でなく等エンタルピー的に起こるように、タービン式動的減圧を静的減圧用の弁で置き換える。特許文献１の方法における等エントロピー膨張の使用は、比較的多量のメタンの回収を可能にするとされている。
【０００６】
ＬＮＧ流から窒素を除去するための別の方法が、特許文献２に記載されている。この特許は、始めにその流れを冷却し、次にそれを相分離器に通過させて液体流と蒸気流を生成することによって、窒素を粗天然ガス流から除去する方法を開示している。液体流はさらに冷却され、脱窒素塔に注入される。蒸気流は、第二の液体流を生成するように凝縮され、さらに冷却されてから、第一の液体流よりも高い位置のところで脱窒素塔に注入される。窒素富化された蒸気を塔の頂部から取り出し、そして入ってくる第二の液体流を冷却するために使用する。塔の液溜はバッフルによって分割され、その一方の側は、塔の最も下のトレイからの液体で満たされる。この塔底液を抜き取り、相分離器からの蒸気流を凝縮させながら熱交換器中で少なくとも部分的に気化させ、そして還流の流れとして塔に戻して、ボイルアップを与える。この還流の流れのに残留する液体は、液溜中のバッフルのもう一方の側に落ちる。次いでこの液状の還流を、窒素を減らした製品流として取り出し、ポンプを使って比較的高圧にし、暖め、気化し、次いで動的に膨張させて、蒸気生成物の温度及び圧力を低下させる。特許文献１のリボイラー熱交換と同じように、この塔底液の還流は、追加の分離平衡段階として役立つ。
【０００７】
これら従来技術の窒素分離法の不利点は、それらのどれもが、一つのトレイの流出液全体をリボイラーを通して再循環させることを必要とすることである。これら従来技術の窒素分離法の別の不利点は、それらのいずれも、熱交換器を動かすために、塔中の液頭に完全に依存していることである。これらの特徴は、そのプロセス全体をこの大量の流量に合わせるように設計しなければならないので、これらの方法の自由度を限定する。従来技術に関連したさらなる不利点は、これらの方法が、設備を配置するために広い面積を必要とする傾向があることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第Ａ−５４２１１６５号明細書
【特許文献２】米国特許第Ａ−５０４１１４９号明細書
【特許文献３】国際出願ＰＣＴ／ＦＲ９２／００９９１号（国際公開第９３／０８４３６号）パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって本発明の目的は、ＬＮＧ流から窒素を除去するのに必要な設備の設計において、比較的大きな自由度を可能にする方法を提供することである。この比較的大きな自由度は、比較的安価なプロセス設備の設計を可能にし、それによってそのプロセスに関連する資本コストを下げる。本発明の別の目的は、従来技術の方法が必要とするある種の設備をなくすことによって比較的低コストであることができ、かつ比較的高価なスペースを節約することができる窒素分離方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、窒素除去塔に再沸を与えるために熱サイホンリボイラーを使用することによって、窒素で汚染されたＬＮＧ流を脱窒素をするための改良された方法を提供する。ここで、この再沸は、塔への供給に先立つＬＮＧ流の膨張の前又は後に、ＬＮＧ流によって、窒素底部液の一部のみを部分的に気化させて行う。この方法は、プロセス設計における比較的大きな自由度を可能にすることにより、また幾つかの設備の必要性をなくすことにより、経済的利益を可能にする。
【００１１】
本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）供給流の脱窒素のための方法を提供する。この方法は、下記のステップを含む：
（ａ）ＬＮＧ供給流を膨張させるために設けられている手段によりＬＮＧ供給流を膨張させ、かつそのＬＮＧ供給流を熱サイホンリボイラー中で冷却して、冷却され膨張したＬＮＧ流を形成するステップであって、膨張を冷却の前に行い、又は冷却を膨張の前に行なうステップ、
（ｂ）冷却され膨張したＬＮＧ流を、蒸留区域及び液溜を備えた窒素除去塔に導入して、窒素富化された塔頂蒸気、及び窒素が減少した塔底液を得るステップ、
（ｃ）窒素富化された塔頂蒸気流を、塔から抜き取るステップ、
（ｄ）窒素が減少した塔底液の少なくとも一部を、塔から抜き取るステップ、
（ｅ）窒素が減少した塔底液の一部分を、ステップ（ａ）の熱サイホンリボイラーを通過させることによって、窒素が減少した塔底液の一部分を少なくとも部分的に気化させて、部分的に気化した流れを形成するステップ、及び
（ｆ）熱サイホンリボイラーが塔の液溜の外部に配置される場合には、ステップ（ｅ）の塔底液の一部が抜き取られる位置よりも高い塔の位置、又は熱サイホンリボイラーが塔の液溜に配置される場合には、ステップ（ｅ）の塔底液の一部が熱サイホンリボイラーに入る位置よりも高い位置であって、かつステップ（ｂ）のＬＮＧ供給流を受け取る位置よりも低い塔の位置で、部分的に気化した流れを塔に注入して、塔のボイルアップを与えるステップ。
【００１２】
本発明の方法の一実施形態によれば、１％〜１０％の窒素と、残部のメタン及び比較的重質の炭化水素とを含む粗ＬＮＧ流を、膨張のための手段で膨張させ、かつ熱サイホンリボイラー中で冷却する。得られた粗ＬＮＧ流を、窒素除去塔に導入し、そこで、液体が塔を流れ落ちるときに、ＬＮＧの窒素含量を低下させる。窒素富化された蒸気流を、塔の頂部から抜き取り、また第一の窒素が減少した液体流を、塔の底部から抜き取る。この窒素が減少した液体流は、ＬＮＧ製品として回収することができる。
【００１３】
第二の窒素が減少した液体流も、塔の底部から抜き取られる。この第二の流れを、熱サイホンリボイラーに通過させ、それによって粗ＬＮＧ流を冷却し、また第二の流れを少なくとも部分的に気化させる。この部分的に気化した第二の流れを、窒素が減少した塔底ＬＮＧ流を抜き取る液位よりも高い位置であって、粗ＬＮＧ供給流を導入する位置よりも低い位置で塔に再注入して、塔のボイルアップを与える。
【００１４】
本発明の方法の他の実施形態では、第一及び第二の窒素が減少した液体流が、塔から同じ導管を通して一緒に抜き取られ、抜き取った後に分割される。
【００１５】
本発明の方法の他の実施形態では、熱サイホンリボイラーを塔の液溜内に配置して、１つの窒素が減少した液体流のみが塔から抜き取られるようにする。
【００１６】
明らかになるように、これらの方法の幾つかの変形形態も本発明の範囲内にある。例えば一実施形態では、最初の粗ＬＮＧ流を、高密度流体エクスパンダ（ｄｅｎｓｅ  ｆｌｕｉｄ  ｅｘｐａｎｄｅｒ）中で膨張させる。ここで、このエキスパンダは、熱サイホンリボイラーの上流又は下流のどちらかに配置することができる。また、粗ＬＮＧ流が塔への注入に先立って弁で絞られるように、弁を窒素除去塔の直ぐ上流に配置することもできる。
【００１７】
本発明は、部分的には、熱サイホンリボイラーを使用することによってＬＮＧ脱窒素操作における設計の自由度及びプロセスの経済的利益を達成する。そのリボイラーを通る流れは、塔の液頭だけでなく、その塔の液頭と相まって入力流と出力流の間の密度差によって動かされ、それによってプロセス設計全体における比較的大きな自由度を可能にする。本発明はまた、リボイラーを通る流体の流量の変動を可能にし、これはプロセスの自由度を更に大きくする。さらに本発明による方法は、従来技術の方法では必要なはずの回収トレイ、ノズル、及び大型リボイラーを含めた幾つかの設備をなくすことを可能にし、その結果、コストとスペースの両方を節約するという追加の利点を達成することができる。
【００１８】
下記の記述で明らかにされるように、プロセス設備の除去、及び生産量とエネルギー必要量の維持を可能にしながらこの自由度を達成することは、小さな熱力学的非効率性を伴う。しかしながら、本発明によって提供される自由度及びコストとスペースの節約は、特にそれにより改善することができる容易さ及び低出費を考慮すれば、この熱力学的非効率性を十二分に埋め合わせる。
【００１９】
本明細書中では、用語「窒素富化された流れ」は、初期供給流と比べた場合に、比較的高濃度の窒素を含有する流れを意味するために使用される。
【００２０】
本明細書中では、用語「窒素が減少した流れ」は、初期供給流と比べた場合に、比較的低濃度の窒素を含有する流れを意味するために使用される。
【００２１】
本明細書中では、用語「低い」とは、高さが比較的低いこと、すなわち地面に比較的近い位置にあることを意味する。
【００２２】
本明細書中では、用語「高い」とは、高さが比較的高いこと、すなわち地面から比較的遠い位置にあることを意味する。
【００２３】
本明細書中では、用語「ボイルアップ」とは、塔を上昇する蒸気を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による、ＬＮＧ流からの窒素の除去方法を示す略図である。
【図２】本発明の別の実施形態による、ＬＮＧ流からの窒素の除去方法を示す略図である。
【図３】熱交換器と弁の間の（第二）タービンを除去することによって修正した特許文献１の図１である（特許文献１中の記述、及び特許文献３の図１参照）。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に図１を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に述べる。下記の実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、特許請求の範囲の範囲内で他の実施形態も存在することを当業者は認識する。
【００２６】
図１に示すように、１ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％の窒素、及び残部のメタン、及び場合によっては比較的重質の炭化水素を含有し、且つ一般には約７００絶対ｐｓｉ（４．８ＭＰａ）の圧力の高圧ＬＮＧ流１００を、ＬＮＧ流を膨張させるための手段１０２により膨張させて、比較的低圧のＬＮＧ流１０４を生成する。膨張は、好ましくは等エントロピー的に行われ、またＬＮＧ流を膨張させるための手段は、好ましくは高密度流体エクスパンダ（流体タービンとしても知られる）であるが、また弁、又は流体を膨張させるための他の周知の手段であることもできる。比較的低圧のＬＮＧ流１０４を、熱サイホンリボイラー１０６中で冷却して、冷却され膨張したＬＮＧ流１０８を生成する。次いで、冷却され膨張したＬＮＧ流１０８を、弁１０９を通して実質的に等エンタルピー的に膨張させ、窒素除去塔１５０に注入する。この注入は、好ましくは塔の頂部で行われる。窒素除去塔１５０は、好ましくはトレイ塔であるが、充填塔、又は分留に適した任意の他の物質移動装置であってもよい。窒素富化された蒸気流１３０は、塔１５０の頂部から抜き取られる。「窒素富化された」とは、本明細書中では、高圧ＬＮＧ流１００よりも高い濃度の窒素を含有することを意味すると解釈され、一般には３０％を超えるＮ２及び７０％未満のメタンを含有することになる。
【００２７】
第一の窒素が減少した液体流１１０を、塔１５０の底部から抜き取り、製品流として回収することができる。「窒素が減少した」とは、本明細書中では、高圧ＬＮＧ流１００よりも低い濃度の窒素を含有することを意味すると解釈される。第二の窒素が減少した液体流、すなわちリボイラー流１１２も、塔１５０の底部から抜き取られる。リボイラー流１１２の流量は、一般に、液体流１１０の流量の１５％〜１００％である。リボイラー流１１２は、熱サイホンリボイラー１０６中で少なくとも部分的に気化させて、部分的に気化したリボイラー流１１４を生成し、次いでこれを、トレイ塔の場合には最下トレイより下方、又は充填塔の場合には充填材料の下方である塔１５０の底部に注入して、ボイルアップを与える。設計段階において、リボイラー流１１２の流量を、必要に応じて、様々な再循環流率（すなわち流出液体流量の蒸気流量に対する比）を与えるように調整することができる。
【００２８】
他の実施形態では、ＬＮＧ流を膨張させるための手段１０２を、熱サイホンリボイラー１０６の下流に配置することができる。この方法では、高圧流１００を熱サイホンリボイラー１０６中で冷却してから、ＬＮＧ流を膨張させるための手段１０２中で膨張させる。
【００２９】
他の実施形態では、窒素が減少した液体流１１０及びリボイラー流１１２を、単一の導管を通る単一の流れとして塔１５０の底部から抜き取ることもできる。この実施形態によれば、次いで、窒素が減少した液体流１１０を、一体となった流れから分離し、任意選択で製品流として回収する。残った流れがリボイラー流１１２であり、前述同様に、熱サイホンリボイラーを通す。
【００３０】
上記の各実施形態では、弁１０９は随意であり、また他の実施形態では、冷却されたＬＮＧ流１０８を、直接に窒素除去塔１５０に注入することができる。弁１０９が存在しない場合、ＬＮＧ流を膨張させるための手段１０２は、好ましくは二相高密度流体エクスパンダである。
【００３１】
特に好ましい実施形態では、粗ＬＮＧ流１００を、高密度流体エクスパンダ１０２中で実質的に等エントロピー的に膨張させ、かつ熱サイホンリボイラー１０６中で冷却する。この冷却され膨張したＬＮＧ流１０８を、弁１０９を通して実質的に等エンタルピー的に膨張させ、窒素除去塔１５０に注入する。塔内では、上昇する蒸気が、下降する液体から窒素を取り除き、窒素富化された流れ１３０が、塔の頂部から抜き取られる。窒素が減少した流れ１１０は、塔の底部から抜き取られ、製品流として回収することができる。リボイラー流１１２も、塔１５０の底部から抜き取られる。リボイラー流１１２は、熱サイホンリボイラー１０６中で少なくとも部分的に気化させて、部分的に気化したリボイラー流１１４を生成し、次いでこれを、トレイ塔の場合には最下トレイより下方、又は充填塔の場合には充填材料の下方において、塔１５０の底部に注入して、ボイルアップを与える。リボイラー１０６の再循環率は、好ましくは少なくとも４である。
【００３２】
部分的に気化したリボイラー流１１４の液体部分は、塔１５０に再注入される際に最下の塔段からの液体と混ざる結果、窒素が減少した液体流１１０は、窒素除去塔１５０の底部の段又は熱サイホンリボイラー１０６からの液体のみであるのではなくて、むしろ両方の混合物である。これらの液体流を混合して、抜き取られる窒素が減少した流れ１１０を得ることに関連する熱力学的損失がある。しかしながらこれは、窒素除去塔１５０に１段又は複数段を加えることによって、容易かつ安価に相殺することができる。
【００３３】
熱サイホンリボイラーの再循環率は、熱交換器の幾何形状によって決まる任意の所望の比率であることができ、したがってリボイラー流１１２の流量の、窒素が減少した液体流１１０の流量に対する比は、柔軟に定めることができ、かつ特定のプロセスに関して容易に最適化することができる。
【００３４】
他の実施形態を図２に示す。図１の場合と同様に、高圧ＬＮＧ流１００を、ＬＮＧ流１０２を膨張させるための手段によって膨張させて、比較的低圧のＬＮＧ流１０４を生成し、この比較的低圧のＬＮＧ流１０４を、熱サイホンリボイラー１０６中で冷却して、冷却され膨張したＬＮＧ流１０８を生成し、次いでこの冷却され膨張したＬＮＧ流１０８を、弁１０９を通して実質的に等エンタルピー的に膨張させ、そして窒素除去塔１５０に注入する。しかしながらこの実施形態では、熱サイホンリボイラー１０６を、塔１５０の液溜内に配置し、それによってリボイラー１０６の頂部が、液体の高さより上にあるようにする。液溜内の液体は、リボイラー１０６内に生じる圧力勾配により、熱サイホンリボイラー１０６を通過する。ここで、この圧力勾配は、再循環率によって規定される比率で、液体を、リボイラー１０６の底部に流し、かつ液体及び蒸気を、リボイラー１０６の頂部から出す。この幾何学的配置により、塔１５０からリボイラー流を抜き取り、そして塔１５０にリボイラー流を再注入する必要性がなくなる。
【００３５】
窒素富化された蒸気流１３０は、塔１５０の頂部から抜き取られる。窒素が減少した液体流１１０は、塔の底部から抜き取られ、製品として回収されてもよい。上記の実施形態の場合と同様に、設計段階において、再循環率を任意の値に調整して、所望の量のボイルアップを得ることができる。
【００３６】
本発明は、従来技術の方法とは水力学的に異なる方法を遂行することにより、ＬＮＧ脱窒素法の適応性及び柔軟性の顕著な向上を実現する。塔ヘッドにのみ頼るのではなく、熱サイホンリボイラー１０６がリボイラー流１１２／１１４の流れが流れるのを助けることを可能にすることによって、また設計上の再循環率の選択の多様性を可能にすることによって、比較的大きな設計の自由度が可能になる。この自由度は、補うことが可能な軽微な熱力学的損失を犠牲にして、比較的小さい資本支出を導くことができる。例えば再循環率（また、その結果としてリボイラーを通る流量）を変えることによって、そのプロセスに関連したリボイラー及び配管の必要性を調整して、資本出費をできるだけ少なくすることができる。ＬＮＧ流の脱窒素のために熱サイホンリボイラーを使用することはまた、プロセス全体の制御性の向上をもたらすことができる。
【００３７】
本発明の内部及び外部熱サイホンプロセスの両方において、トレイから落ちてくる全ての液がレボイラーを通過するために必要とされるはずの塔の蒸留区域より下方の液回収トレイの必要性がない。さらに本発明の内部熱サイホンプロセスを使用する場合、再循環流の抜取りに必要なノズルも省略される。さらに塔の内側に熱サイホンリボイラーを配置することによって、リボイラー及び関連する配管のために塔の外側のスペースを確保する必要性がなくなるので、貴重なスペースを節約することができる。外部熱サイホンリボイラーを使用する場合、他のリボイラーの型と比べて、簡略化された配管、比較的小さな伝熱表面積の必要性、及び熱サイホンリボイラーに関連する小さな設置面積によって、スペースを節約することができる。
【実施例】
【００３８】
実施例１
本発明の方法と従来技術の方法の重要な違いの幾つかを具体的に示すために、ＡＳＰＥＮシミュレーターを用いて、天然ガス液化プロセス全体のプロセスシミュレーションを行って、本発明の２つの実施形態（「本発明の方法」）を特許文献１に開示された方法と比較した。比較の基準は、同等のＬＮＧ生産量、及び満足な燃料バランス（プロセスを行わせるガスタービンを駆動するために必要なＬＮＧ生成物の流出量）である。この実施例中で使用されるそれぞれの参照数字は、上記のように、図１及び特許文献１（その中の図１参照）に言及している。
【００３９】
本発明の方法
Ａ．再循環率２．９
図１に関して、高密度流体エクスパンダ１０２中での膨張に続いて、流量１２５，４７０ｌｂｍｏｌ／時（５６，９１２ｋｇｍｏｌ／時）、圧力７１．７８絶対ｐｓｉ（４９４．９ｋＰａ）、温度−２４２．９ｏＦ（−１５２．７℃）であり、かつ２．９６％のＮ２、９５．４７％のメタン、１．１０％のＣ２炭化水素、及び０．４７％の比較的重質の炭化水素を含有する低圧ＬＮＧ流１０４を、熱サイホンリボイラー１０６中で冷却して、温度−２５２．５ｏＦ（−１５８．１℃）、圧力６４．５２絶対ｐｓｉ（４４４．８ｋＰａ）の冷却され膨張したＬＮＧ流１０８を生成する。冷却され膨張したＬＮＧ流１０８を、弁１０９により絞り、圧力１８絶対ｐｓｉ（１２４ｋＰａ）で、６層のトレイを備えた脱窒素塔１５０に導入する。塔頂蒸気流１３０を、流量８，１４１ｌｂｍｏｌ／時（３，６９２ｋｇｍｏｌ／時）で、塔１５０の頂部から抜き取る。これは、圧力１８絶対ｐｓｉ（１２４ｋＰａ）、温度−２６１．９ｏＦ（−１６３．３℃）で、３１．０６％のＮ２、６８．９４％のメタン、及び微量の比較的重質の炭化水素を含有している。塔底流１１０を、流量１１７，３２９ｌｂｍｏｌ／時（５３，２２０ｋｇｍｏｌ／時）、圧力１９．４５絶対ｐｓｉ（１３４．１ｋＰａ）、温度−２５６．８ｏＦ（−１６０．４℃）で、塔１５０から抜き取る。これは、１．０１％のＮ２、９７．３１％のメタン、１．１７％のＣ２炭化水素、及び０．５１％の比較的重質の炭化水素を含有する。リボイラー流１１２を、流量１７，７０４ｌｂｍｏｌ／時（８，０３０ｋｇｍｏｌ／時）、温度−２５６．８ｏＦ（−１６０．４℃）、圧力１９．７４絶対ｐｓｉ（１３６．１ｋＰａ）で、塔１５０から抜き取る。これは、１．０１％のＮ２、９７．３１％のメタン、１．１７％のＣ２炭化水素、及び０．５１％の比較的重質の炭化水素を含有する。このリボイラー流１１２は、熱サイホンリボイラー１０６を通過し、ここで部分的に気化させて、気化リボイラー流１１４を生成する。温度−２５２．７ｏＦ（−１５８．２℃）、圧力１９．４５絶対ｐｓｉ（１３４．１ｋＰａ）であり、かつ２５．３％の蒸気留分を有する気化リボイラー流１１４を、塔１５０の底部トレイよりも下方に注入して、ボイルアップを与える。この液化プロセスは、約２２９ＭＷの電力を必要とする。
【００４０】
Ｂ．再循環率２６．０
図１に関して、高密度流体エクスパンダ１０２中での膨張に続いて、流量１２５，４７４ｌｂｍｏｌ／時（５６，９１４ｋｇｍｏｌ／時）、圧力７１．８４絶対ｐｓｉ（４９５．３ｋＰａ）、温度−２４２．９ｏＦ（−１５２．７℃）であり、かつ２．９６％のＮ２、９５．４７％のメタン、１．１０％のＣ２炭化水素、及び０．４７％の比較的重質の炭化水素を含有する低圧ＬＮＧ流１０４を、熱サイホンリボイラー１０６中で冷却して、温度−２５３．１ｏＦ（−１５８．４℃）、圧力６４．５９絶対ｐｓｉ（４４５．３ｋＰａ）の冷却され膨張したＬＮＧ流１０８を生成する。冷却され膨張したＬＮＧ流１０８を、弁１０９により絞り、圧力１８絶対ｐｓｉ（１２４ｋＰａ）で６層のトレイを備えた脱窒素塔１５０に導入する。塔頂蒸気流１３０を、流量８，１２１ｌｂｍｏｌ／時（３，６８４ｋｇｍｏｌ／時）で塔１５０の頂部から抜き取る。これは、圧力１８絶対ｐｓｉ（１２４ｋＰａ）、温度−２６２．０ｏＦ（−１６３．３℃）で、３１．５４％のＮ２、６８．４６％のメタン、及び微量の比較的重質の炭化水素を含有する。塔底流１１０を、流量１１７，３５３ｌｂｍｏｌ／時（５３，２３０ｋｇｍｏｌ／時）、圧力１９．４５絶対ｐｓｉ（１３４．１ｋＰａ）、温度−２５６．７ｏＦ（−１６０．４℃）で、塔１５０から抜き取る。これは、０．９８％のＮ２、９７．３４％のメタン、１．１７％のＣ２炭化水素、及び０．５１％の比較的重質の炭化水素を含有する。リボイラー流１１２を、流量１１７，３５３ｌｂｍｏｌ／時（５３，２３０ｋｇｍｏｌ／時）、温度−２５６．７ｏＦ（−１６０．４℃）、圧力１９．７４絶対ｐｓｉ（１３６．１ｋＰａ）で、塔１５０から抜き取る。これは、０．９８％のＮ２、９７．３４％のメタン、１．１７％のＣ２炭化水素、及び０．５１％の比較的重質の炭化水素を含有する。このリボイラー流１１２は、熱サイホンリボイラー１０６を通過し、ここで部分的に気化させて、気化リボイラー流１１４を生成する。温度−２５４．８ｏＦ（−１５９．３℃）、圧力１９．４５絶対ｐｓｉ（１３４．１ｋＰａ）であり、かつ３．７％の蒸気留分を有する気化リボイラー流１１４を、塔１５０の底部トレイよりも下方に注入して、ボイルアップを与える。この液化プロセスも、約２２９ＭＷの電力を必要とする。
【００４１】
従来技術の方法
図３（特許文献１の図１）に関して、タービン２１中での膨張に続いて、流量１２５，４５１ｌｂｍｏｌ／時（５６，９０４ｋｇｍｏｌ／時）、圧力７１．７６絶対ｐｓｉ（４９４．８ｋＰａ）、温度−２４２．９ｏＦ（−１５２．７℃）であり、かつ２．９６％のＮ２、９５．４７％のメタン、１．１０％のＣ２炭化水素、及び０．４７％の比較的重質の炭化水素を含有する半減圧ＬＮＧ流２２を、間接式熱交換器２中で、温度−２５２．６ｏＦ（−１５８．１℃）、圧力６４．５０絶対ｐｓｉ（４４４．７ｋＰａ）に冷却する。この冷却され膨張した流れを、弁３により絞り、圧力１８絶対ｐｓｉ（１２４ｋＰａ）で６層のトレイを備えた脱窒素塔５に導入する。塔頂蒸気流１０を、流量８，１２２ｌｂｍｏｌ／時（３，６８４ｋｇｍｏｌ／時）で塔５の頂部から抜き取る。これは、圧力１８絶対ｐｓｉ（１２４ｋＰａ）、温度−２６１．９ｏＦ（−１６３．３℃）で、３１．１７％のＮ２、６８．８３％のメタン、及び微量の比較的重質の炭化水素を含有する。塔底流１１を、流量１１７，３２９ｌｂｍｏｌ／時（５３，２２０ｋｇｍｏｌ／時）、圧力１９．４５絶対ｐｓｉ（１３４．１ｋＰａ）、温度−２５６．８ｏＦ（−１６０．４℃）で塔５から抜き取る。これは１．０１％のＮ２、９７．３２％のメタン、１．１７％のＣ２炭化水素、及び０．５０％の比較的重質の炭化水素を含有する。第一のＬＮＧ留分６を、流量１２１，０４７ｌｂｍｏｌ／時（５４，９０６ｋｇｍｏｌ／時）、温度−２５９．７ｏＦ（−１６２．１℃）、圧力１９．７４絶対ｐｓｉ（１３６．１ｋＰａ）で、塔の最下トレイから抜き取る。これは、１．５６％のＮ２、９６．８１％のメタン、１．１４％のＣ２炭化水素、及び０．４９％の比較的重質の炭化水素を含有する。この第一のＬＮＧ留分６は、間接式熱交換器２を通過して、流れ７を生成する。これは、温度−２５６．８ｏＦ（−１６０．４℃）、圧力１９．４５絶対ｐｓｉ（１３４．１ｋＰａ）であり、かつ３．１％の蒸気留分を有する。流れ７は、最下トレイの下で塔５に戻って、ボイルアップを与える。この液化プロセスも、約２２９ＭＷの電力を必要とする。
【００４２】
表１は、再循環率２．９を有する本発明の方法と、従来技術の方法との比較をより明確に示すために、それらの対応する流れのデータを示している。本発明者等は、まず、それぞれの供給流１０４及び２２、それぞれの生成物流１１０及び１１、並びに１３０及び１０が、すべての該当する特性に関して実質上同一であることに注目する。このように供給流及び生成物流が等値であることにより、これら２つの方法の妥当な比較が可能になる。
【００４３】
表１で実証されるように、これら２つの方法の顕著な違いは、本発明の方法のリボイラー流１１２が、流量１７，７０４ｌｂｍｏｌ／時（８，０３０ｋｇｍｏｌ／時）であり、これが、特許文献１の方法のリボイラー流６の流量１２１，０４７ｌｂｍｏｌ／時（５４，９０６ｋｇｍｏｌ／時）の１４．６％に過ぎないことである。この違いは、特許文献１の方法では塔トレイからの全流出液が、リボイラーの熱交換器を通って再循環することを必要とするが、本発明の方法では様々な再循環率で機能するように設計することができ、これが、所望の分離を達成するのに必要な流量の最適化を可能にする結果、必要とする製品を生産するのに必要な塔底液の量のみを循環させるという事実に帰すことができる。これら方法間の別の注目すべき違いは、リボイラーを通る流体の総流量は、特許文献１の方法の場合よりも本発明の方法の場合の方が実質上少ないけれども、各リボイラー中では同じ熱量が移動するので、本発明の方法においては、比較的大きな割合（本発明では２５．３％であるのに対して、特許文献１では３．１％）のリボイラー流が気化する。したがってボイルアップのために実際に塔に戻る蒸気の量は、特許文献１の方法（３，７５２ｌｂｍｏｌ／時（１，７０２ｋｇｍｏｌ／時））の場合と比較して、本発明の方法（４，４７９ｌｂｍｏｌ／時（２，０３２ｋｇｍｏｌ／時））の場合の方が比較的大きい。
【００４４】
表１：本発明の方法（再循環率＝２．９）と特許文献１の方法との比較
【表１】
2011517322.tif 000003
【００４５】
表２は、本発明の方法の自由度を実証するために、再循環率２６．０を有する本発明の方法及び従来技術の方法の対応する流れのデータを示している。それぞれの供給流１０４及び２２、それぞれの生成物流１１０及び１１、並びに１３０及び１０は、この場合もすべての関連する特性に関して実質的に同一である。このように供給流及び生成物流が等値であることにより、これら２つの方法の妥当な比較が可能になる。
【００４６】
表２で実証されるように、再循環率を変えることにより、同等の回収率を維持しながら、熱サイホンリボイラー１０６を通って再循環される流体の量の比較的大きな変量が可能になる。この比較では、リボイラーを通る流体の総流量（流れ１１２及び６）は、はるかに接近しており（１１７，３５３ｌｂｍｏｌ／時（５３，２３０ｋｇｍｏｌ／時）及び１２１，０４７ｌｂｍｏｌ／時（５４，９０６ｋｇｍｏｌ／時））、リボイラー中で気化される流体の割合も同様（３．７％及び３．１％）である。したがって本発明の方法は、好ましい比較的低い再循環流量を使用する場合だけでなく、従来技術に似た流量条件下でも、同等の分離を達成する自由度を有する。
【００４７】
表２：本発明の方法（再循環率＝２６．０）と特許文献１の方法との比較
【表２】
2011517322.tif 000004
【００４８】
本発明を幾つかの実施形態に関して詳細に記述しきたが、当業者は特許請求の範囲の範囲内に他の実施形態も存在することを認識するはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年8月11日(2010.8.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記のステップを含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）供給流の脱窒素のための方法：
（ａ）前記ＬＮＧ供給流を膨張させるために設けられている手段によって前記ＬＮＧ供給流を膨張させ、かつ前記ＬＮＧ供給流を熱サイホンリボイラー中で冷却して、冷却され膨張したＬＮＧ流を形成するステップであって、前記膨張が、前記冷却の前に行われ、又は前記冷却が、前記膨張の前に行われる、ステップ、
（ｂ）前記冷却され膨張したＬＮＧ流を、蒸留区域と液溜を備えた窒素除去塔に導入して、窒素富化された塔頂蒸気と、窒素が減少した塔底液とを得るステップ、
（ｃ）前記窒素富化された塔頂蒸気流を、前記塔から抜き取るステップ、
（ｄ）前記窒素が減少した塔底液の少なくとも一部を、前記塔から抜き取るステップ、
（ｅ）前記窒素が減少した塔底液の一部を、ステップ（ａ）の前記熱サイホンリボイラーを通過させることによって、前記窒素が減少した塔底液の一部を少なくとも部分的に気化させて、部分的に気化した流れを形成するステップ、及び
（ｆ）前記熱サイホンリボイラーが前記塔の前記液溜の外部に配置される場合には、ステップ（ｅ）の前記塔底液の一部が抜き取られる位置よりも高い前記塔の位置、又は前記熱サイホンリボイラーが前記塔の前記液溜に配置されている場合には、ステップ（ｅ）の前記塔底液の一部が前記熱サイホンリボイラーに入る位置よりも高い位置であって、かつステップ（ｂ）の前記ＬＮＧ供給流を受け取る位置よりも低い位置で、前記部分的に気化した流れを、前記塔に注入して、前記塔のボイルアップを与えるステップ。
【請求項２】
前記熱サイホンリボイラーが、前記塔の前記液溜の外部に配置されており、ステップ（ｄ）の前記窒素が減少した塔底液が前記塔から抜き取られた後で、ステップ（ｅ）の前記窒素が減少した塔底液の一部を、ステップ（ｄ）の前記窒素が減少した塔底液から分割する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱サイホンリボイラーが、前記塔の前記液溜の外部に配置されており、ステップ（ｅ）の前記窒素が減少した塔底液の一部を、ステップ（ｄ）の前記窒素が減少した塔底液とは別個に、前記塔から抜き取る、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記熱サイホンリボイラーが、前記塔の前記液溜内に配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＬＮＧ供給流を膨張させるために設けられている前記手段が、高密度流体エクスパンダである、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記熱サイホンリボイラーに供給されない窒素が減少した塔底液を、ＬＮＧ製品として回収する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ａ）の前記冷却され膨張したＬＮＧ流を前記窒素除去塔に導入する前に、前記冷却され膨張したＬＮＧ流を、弁に通して絞るステップをさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ａ）の前記膨張を、ステップ（ａ）の前記冷却の前に行う、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ａ）の前記冷却を、ステップ（ａ）の前記膨張の前に行う、請求項１〜７いずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記ＬＮＧ供給流が、１〜１０ｍｏｌ％の窒素を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。