(57)【要約】天然ガスから液化水素及び液化天然ガスを製造するための設備であって、メタン、エタン、プロパン及び窒素からなる群から選択される複数種の冷媒を含む天然ガスを液化するための混合冷媒と、水素ガスとの間で熱交換を行って、水素ガスを冷却する第一の熱交換器と、前記混合冷媒とプロパンとの間で熱交換を行って、前記混合冷媒を冷却する第二の熱交換器と、水素又はヘリウムを含む冷媒と水素ガスとの間で熱交換を行って、水素ガスを冷却する第三の熱交換器とを備え、前記第一の熱交換器における予備冷却温度が−１００℃〜−１６０℃である、液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
2017154044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガスから液化水素及び液化天然ガスを製造するための設備であって、
メタン、エタン、プロパン及び窒素からなる群から選択される複数種の冷媒を含む天然ガスを液化するための混合冷媒と、水素ガスとの間で熱交換を行って、水素ガスを冷却する第一の熱交換器と、
前記混合冷媒とプロパンとの間で熱交換を行って、前記混合冷媒を冷却する第二の熱交換器と、
水素又はヘリウムを含む冷媒と水素ガスとの間で熱交換を行って、水素ガスを冷却する第三の熱交換器とを備え、
前記第一の熱交換器における予備冷却温度が−１００℃〜−１６０℃である、液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
【請求項２】
コンデンセートの分離装置、酸性ガスの除去装置、及び水銀の除去装置からなる群から選択される少なくとも１つの天然ガス前処理装置を備え、前記前処理装置に供した天然ガスを、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させる構成を有する、請求項１に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
【請求項３】
酸性ガスの除去装置を備え、前記酸性ガス除去装置に供した天然ガスを、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させる構成を有する、請求項２に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
【請求項４】
液化天然ガス製造ライン及び液化水素製造ラインの各々に酸性ガスの除去装置を備え、
前記液化天然ガス製造ラインの酸性ガス除去装置及び前記液化水素製造ラインの酸性ガス除去装置で吸収した酸性ガスをまとめて放散する単一の酸性ガス放散装置を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
【請求項５】
前記液化水素製造ラインに複数の酸性ガス除去装置を備え、
前記液化天然ガス製造ラインの酸性ガス除去装置及び前記液化水素製造ラインの複数の酸性ガス除去装置で吸収した酸性ガスをまとめて放散する単一の酸性ガス放散装置を備える、請求項４に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
【請求項６】
天然ガスから液化水素及び液化天然ガスを製造するための方法であって、
液化天然ガスを製造するために使用する冷媒を、液化水素を製造するための予備冷却に使用し、
液化水素を製造するための予備冷却温度が−１００℃〜−１６０℃であり、
天然ガスを液化するための前記冷媒が、メタン、エタン、プロパン及び窒素からなる群から選択される複数種の冷媒を含む混合冷媒であり、
前記混合冷媒とプロパンとの間で熱交換を行って前記混合冷媒を予備冷却し、
水素又はヘリウムを含む冷媒と水素ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する、液化水素及び液化天然ガスの製造方法。
【請求項７】
コンデンセートの分離、酸性ガスの除去、及び水銀の除去からなる群から選択される少なくとも１つの前処理に天然ガスを供した後、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させる、請求項６に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造方法。
【請求項８】
酸性ガスの除去処理に供した天然ガスを、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させる、請求項７に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造方法。
【請求項９】
液化天然ガス製造ライン及び液化水素製造ラインの各々において天然ガスから酸性ガスを除去し、前記液化天然ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガス及び前記液化水素ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガスをまとめて放散する、請求項６〜８のいずれかに記載の液化水素及び液化天然ガスの製造方法。
【請求項１０】
前記液化水素製造ラインにおいてシフト反応後にプロセスガスから酸性ガスを除去し、前記液化天然ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガス及び前記液化水素ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガスと一緒に、まとめて放散する、請求項９に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化水素及び液化天然ガスの新規な製造設備及び製造方法に関する。本発明は、より具体的には、液化天然ガスの製造設備（又は製造方法）と組み合わせた液化水素の新規な製造設備（又は製造方法）に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化水素と液化天然ガス（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ：以下、「ＬＮＧ」ともいう。）は、どちらも天然ガスを原料として製造できることが知られている。
例えば、液化天然ガスは、図１に示す工程にしたがって製造される。具体的には、原料である天然ガスに含まれるコンデンセート、酸性ガス、水銀、水分、重質分等を除去した後、冷媒により液化温度まで冷却して、液化天然ガスが得られる。【０００３】
一方、液化水素は、例えば、図２に示す工程にしたがって製造される。具体的には、原料である天然ガスに含まれるコンデンセート、酸性ガス、水銀、硫黄等を除去した後、水蒸気改質反応や部分酸化反応等により、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を主成分とする改質ガスを生成させる。次いで、シフト反応により、一酸化炭素と水蒸気を水素と二酸化炭素に変換し、酸性ガス除去工程により炭酸ガスを除去した後、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ）等により、微量で含まれる一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水分等を除去して、９９．９９９ｍｏｌ％程度の高純度水素ガスを得る。これを冷媒により液化温度まで冷却して液化水素が得られる。【０００４】
水素エネルギーや燃料電池に関して、現在、多くの研究開発や実証計画が遂行され、水素の活用が今後拡大していくことが見込まれている。水素の輸送・貯蔵のためには、通常のガスや圧縮ガスに比べて液化水素の形の方が、効率が高い。水素は−２５３℃程度の極低温で液化する。液化水素を製造するためには１０．８〜１２．７ｋＷｈ／ｋｇ程度の大きなエネルギーを必要とすることが課題である。【０００５】
液化水素を製造するために、エネルギー原単位や製造コストの低減を目指した例が知られている（例えば、特許文献１〜３等を参照）。
また、液化天然ガスの消費国側の受入基地で液化天然ガスを気化させるための冷熱を利用して水素の液化にかかるエネルギーの削減を試みた例も存在する（特許文献４〜６等を参照）。【０００６】
しかし、エネルギー用途の液化水素を普及させるためには、液化水素製造に関わるエネルギーを低減するとともに、製造コストを低減することが課題である。水素を液化するための消費エネルギーをさらに削減できる、液化水素の新規で効率的な製造設備及び製造方法に対する必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２４１６４７号公報
【特許文献２】特開平８−１７８５２０号公報
【特許文献３】特開平９−３０３９５４号公報
【特許文献４】特開２００２−２４３３６０号公報
【特許文献５】特表２００９−５４０２５９号公報
【特許文献６】特開２０１２−２３７５５４号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、水素を液化するための消費エネルギーを削減できる、液化水素の新規で効率的な製造設備及び製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の一態様によれば、以下の液化水素及び液化天然ガスの製造設備等を提供できる。
１．天然ガスから液化水素及び液化天然ガスを製造するための設備であって、
メタン、エタン、プロパン及び窒素からなる群から選択される複数種の冷媒を含む天然ガスを液化するための混合冷媒と、水素ガスとの間で熱交換を行って、水素ガスを冷却する第一の熱交換器と、
前記混合冷媒とプロパンとの間で熱交換を行って、前記混合冷媒を冷却する第二の熱交換器と、
水素又はヘリウムを含む冷媒と水素ガスとの間で熱交換を行って、水素ガスを冷却する第三の熱交換器とを備え、
前記第一の熱交換器における予備冷却温度が−１００℃〜−１６０℃である、液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
２．コンデンセートの分離装置、酸性ガスの除去装置、及び水銀の除去装置からなる群から選択される少なくとも１つの天然ガス前処理装置を備え、前記前処理装置に供した天然ガスを、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させる構成を有する、１に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
３．酸性ガスの除去装置を備え、前記酸性ガス除去装置に供した天然ガスを、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させる構成を有する、２に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
４．液化天然ガス製造ライン及び液化水素製造ラインの各々に酸性ガスの除去装置を備え、
前記液化天然ガス製造ラインの酸性ガス除去装置及び前記液化水素製造ラインの酸性ガス除去装置で吸収した酸性ガスをまとめて放散する単一の酸性ガス放散装置を備える、１〜３のいずれかに記載の液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
５．前記液化水素製造ラインに複数の酸性ガス除去装置を備え、
前記液化天然ガス製造ラインの酸性ガス除去装置及び前記液化水素製造ラインの複数の酸性ガス除去装置で吸収した酸性ガスをまとめて放散する単一の酸性ガス放散装置を備える、４に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造設備。
６．天然ガスから液化水素及び液化天然ガスを製造するための方法であって、
液化天然ガスを製造するために使用する冷媒を、液化水素を製造するための予備冷却に使用し、
液化水素を製造するための予備冷却温度が−１００℃〜−１６０℃であり、
天然ガスを液化するための前記冷媒が、メタン、エタン、プロパン及び窒素からなる群から選択される複数種の冷媒を含む混合冷媒であり、
前記混合冷媒とプロパンとの間で熱交換を行って前記混合冷媒を予備冷却し、
水素又はヘリウムを含む冷媒と水素ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する、液化水素及び液化天然ガスの製造方法。
７．コンデンセートの分離、酸性ガスの除去、及び水銀の除去からなる群から選択される少なくとも１つの前処理に天然ガスを供した後、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させる、６に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造方法。
８．酸性ガスの除去処理に供した天然ガスを、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させる、７に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造方法。
９．液化天然ガス製造ライン及び液化水素製造ラインの各々において天然ガスから酸性ガスを除去し、前記液化天然ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガス及び前記液化水素ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガスをまとめて放散する、６〜８のいずれかに記載の液化水素及び液化天然ガスの製造方法。
１０．前記液化水素製造ラインにおいてシフト反応後にプロセスガスから酸性ガスを除去し、前記液化天然ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガス及び前記液化水素ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガスと一緒に、まとめて放散する、９に記載の液化水素及び液化天然ガスの製造方法。
【００１０】
本発明によれば、水素を液化するための消費エネルギーを削減できる、液化水素及び液化天然ガスの新規で効率的な製造設備及び製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、液化天然ガスを製造するための従来の典型的なプロセスを示す工程ブロック図である。
【図２】図２は、液化水素を製造するための従来の典型的なプロセスを示す工程ブロック図である。
【図３】図３は、本発明の液化水素及び液化天然ガスを製造するためのプロセスを示す工程ブロック図である。
【図４】図４は、比較例１の水素液化工程を模式的に示した図である。
【図５】図５は、実施例１の水素液化工程を模式的に示した図である。
【図６】図６は、実施例３で用いた前処理工程を共用するプロセスを示す図である。
【図７】図７は、実施例４で用いたプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、産ガス国において、エネルギー用途で安価な液化水素を製造する際に特に効果を奏する。産ガス国では、従来、天然ガスを輸出するために、液化天然ガス製造プラントを設置している場合が多い。本発明は、この液化天然ガス製造プラントに、液化水素製造プラントを併設して、必要な設備を共用、共通化することで、水素液化に関わる消費エネルギーを削減するとともに、液化水素製造プラントのコスト削減の実現に寄与するものである。これにより、液化水素の製造コストを低減させることができるため、エネルギー用途の液化水素の普及に貢献できると期待される。従来、液化天然ガスと液化水素の製造を組み合わせた設備や方法の例は存在しない。
【００１３】
以下、本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造設備等の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
［液化水素及び液化天然ガスの製造設備］
まず、本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造設備の好適な実施形態について説明する。
本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造設備の一態様は、天然ガスから液化水素及び液化天然ガスを製造するための設備であって、メタン、エタン、プロパン及び窒素からなる群から選択される複数種の冷媒を含む天然ガスを液化するための混合冷媒と、水素ガスとの間で熱交換を行って、水素ガスを冷却する第一の熱交換器と、前記混合冷媒とプロパンとの間で熱交換を行って、前記混合冷媒を冷却する第二の熱交換器と、水素又はヘリウムを含む冷媒と水素ガスとの間で熱交換を行って、水素ガスを冷却する第三の熱交換器とを備え、前記第一の熱交換器における予備冷却温度が−１００℃〜−１６０℃であることを特徴とする。
本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造設備の一態様は、天然ガスを液化するための混合冷媒を、液化水素を製造するための水素ガスとの熱交換に利用することにより、水素液化に関わる消費エネルギーを削減するとともに、液化水素製造のためのコスト削減に寄与することができる。
本発明の製造設備の上記の態様は、例えば、図３に示す工程を備えるプロセスである。
【００１５】
また、本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造設備の一態様は、さらに、コンデンセートの分離装置、酸性ガスの除去装置、及び水銀の除去装置からなる群から選択される少なくとも１つの天然ガス前処理装置を備え、前記前処理装置に供した天然ガスを、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させる構成を有するものであってもよい。
上記の特徴により、液化水素製造ラインと液化天然ガス製造ラインの間で、天然ガス前処理装置を共通化して共用することで、水素液化に関わる消費エネルギーを削減するとともに、液化水素製造プラントのコスト削減の実現に寄与することができる。
本発明の製造設備の上記の態様は、例えば、図６に示す工程を備えるプロセスである。
【００１６】
本発明において、液化水素製造ライン（液化水素製造プラント）とは、原料である天然ガスから不純物を除去し、水蒸気改質により水素を主成分とする改質ガスとし、シフト反応により改質ガス中の一酸化炭素を水素に転換して、得られた水素を冷却して液化水素とする製造ライン（製造プラント）をいう。
また、本発明において、液化天然ガス製造ライン（液化天然ガス製造プラント）とは、原料である天然ガスから不純物を除去し、冷却して液化天然ガスとする製造ライン（製造プラント）をいう。
【００１７】
また、本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造設備の一態様は、上記の天然ガス前処理装置のうち、酸性ガスの除去装置を備え、前記酸性ガス除去装置に供した天然ガスを、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させる構成を有するものであってもよい。
【００１８】
また、本発明の液化水素の及び液化天然ガスの製造設備の一態様は、液化天然ガス製造ライン及び液化水素製造ラインの各々に酸性ガスの除去装置を備え、前記液化天然ガス製造ラインの酸性ガス除去装置及び前記液化水素製造ラインの酸性ガス除去装置で吸収した酸性ガスをまとめて放散する単一の酸性ガス放散装置を備えるものであってもよい。
上記の特徴により、液化天然ガス製造ラインと液化水素製造ラインの間で酸性ガス放散装置を共有することで、製造設備の建設コストと運転コストを低減することができる。
本発明の製造設備の上記の態様は、例えば、図７に示す工程を備えるプロセスである。
【００１９】
さらに、本発明の液化水素の及び液化天然ガスの製造設備の一態様は、上記の態様において、前記液化水素製造ラインに複数の酸性ガス除去装置を備え、前記液化天然ガス製造ラインの酸性ガス除去装置及び前記液化水素製造ラインの複数の酸性ガス除去装置で吸収した酸性ガスをまとめて放散する単一の酸性ガス放散装置を備えるものであってもよい。
上記の特徴により、液化水素製造ラインに複数の酸性ガス除去装置を備えることで、酸性ガスを確実に除去することができ、酸性ガス放散装置を共有することで、製造設備の建設コストと運転コストを低減することができる。
【００２０】
本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造設備のその他の特徴は、天然ガスから液化水素を製造するための製造ライン（液化水素製造プラント）と、天然ガスから液化天然ガスを製造するための製造ライン（液化天然ガス製造プラント）について既に知られている任意の特徴と同じものとすることができる。
【００２１】
［液化水素及び液化天然ガスの製造方法］
次に、本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造方法の好適な実施形態について説明する。
本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造方法の一態様は、天然ガスから液化水素及び液化天然ガスを製造するための方法であって、液化天然ガスを製造するために使用する冷媒を、液化水素を製造するための予備冷却に使用し、液化水素を製造するための予備冷却温度が−１００℃〜−１６０℃であり、天然ガスを液化するための前記冷媒が、メタン、エタン、プロパン及び窒素からなる群から選択される複数種の冷媒を含む混合冷媒であり、前記混合冷媒とプロパンとの間で熱交換を行って前記混合冷媒を予備冷却し、水素又はヘリウムを含む冷媒と水素ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却することを特徴とする。
本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造方法の一態様は、天然ガスを液化するための混合冷媒を、液化水素を製造するための予備冷却に利用することにより、水素液化に関わる消費エネルギーを削減するとともに、液化水素製造のためのコスト削減に寄与することができる。
本発明の製造方法の上記の態様は、例えば、図３に示す工程を備えるプロセスを用いて実施することができる。
【００２２】
また、本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造方法の一態様は、さらに、コンデンセートの分離、酸性ガスの除去、及び水銀の除去からなる群から選択される少なくとも１つの前処理に天然ガスを供した後、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させるものであってもよい。
上記の特徴により、液化水素製造ラインと液化天然ガス製造ラインの間で、使用する天然ガスの前処理を共通して実施することで、水素液化に関わる消費エネルギーを削減するとともに、液化水素製造プラントのコスト削減の実現に寄与することができる。
本発明の製造方法の上記の態様は、例えば、図６に示す工程を備えるプロセスを用いて実施することができる。
【００２３】
また、本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造方法の一態様は、上記の天然ガスの前処理のうち、酸性ガスの除去処理に供した天然ガスを、液化水素製造ラインと、液化天然ガス製造ラインとに分岐させるものであってもよい。
【００２４】
また、本発明の液化水素及び液化天然ガスの製造方法の一態様は、液化天然ガス製造ライン及び液化水素製造ラインの各々において天然ガスから酸性ガスを除去し、前記液化天然ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガス及び前記液化水素ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガスをまとめて放散するものであってもよい。
上記の特徴により、液化天然ガス製造ラインと液化水素製造ラインの間で酸性ガスの放散をまとめて実施することで、製造設備の建設コストと運転コストを低減することができる。
本発明の製造方法の上記の態様は、例えば、図７に示す工程を備えるプロセスを用いて実施することができる。
【００２５】
さらに、本発明の液化水素の及び液化天然ガスの製造設備の一態様は、上記の態様において、前記液化水素製造ラインにおいてシフト反応後にプロセスガスから酸性ガスを除去し、前記液化天然ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガス及び前記液化水素ガス製造ラインにおいて天然ガスから除去した酸性ガスと一緒に、まとめて放散するものであってもよい。
上記の特徴により、液化天然ガス製造ラインと液化水素製造ラインの間で酸性ガスの放散をまとめて実施することで、製造設備の建設コストと運転コストを低減することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例の記載に何ら限定されるものではない。【００２７】
以下の各例において、年産５００万トンの液化天然ガスを生産するプラントに年産１０万トンの液化水素を生産するプラントを併設することを想定してシミュレーションを行った。原料の天然ガスはガス田から生産され、液化天然ガス製造プラント及び液化水素プラントに必要量が供給されるものとする。生産した液化天然ガス及び液化水素は消費地へと輸送される。【００２８】
（比較例１）
図１に示す工程を備えた、混合冷媒とプロパン冷媒を用いた液化天然ガスの製造プラントと、図２に示す工程を備えた、窒素冷媒を用いて予備冷却する液化水素の製造プラントとが、それぞれ独立している場合を比較例１としてシミュレーションを行った。【００２９】
液化天然ガスの製造プラント１００において、まず、ガス田から供給された天然ガス１０１は、コンデンセート分離装置１０２でコンデンセート（重質系炭化水素）が分離され、メタンを主成分とするガス１０３となる。このガス中には二酸化炭素や硫化水素などの酸性ガスが含まれているため、酸性ガス吸収塔１０４において溶剤１０５により酸性ガス１０６が吸収除去される。酸性ガス吸収塔１０４で吸収された酸性ガス１０６は、放散塔１０７で溶剤１０５から放散され、必要に応じて除害設備１０８で除害処理をした後、大気に放出される。酸性ガス１０６が除去された天然ガス１０９は、さらに水銀除去工程１１０においてガス中の水銀が除去され、脱水工程１１１において脱水された後、微量残存する重質分を重質分除去工程１１２において除去した後に、液化工程１１３において液化され、液化天然ガス１１４となる。【００３０】
一方、液化水素の原料となる水素は天然ガスの改質によって製造される。液化水素の製造プラント２００では、コンデンセートの分離（コンデンセート分離装置２０２）、酸性ガスの吸収除去（酸性ガス吸収塔２０４、酸性ガス放散塔２０７）、水銀の除去（水銀除去工程２１０）は、液化天然ガス製造プラント１００と同じプロセス構成である。【００３１】
これらの前処理後のガス２１１は、脱硫工程（具体的には、水素化脱硫と吸着脱硫）２１２を経て、改質工程（水素製造工程）２１３にて水蒸気と、また必要に応じて、空気分離装置（Ａｉｒ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｔ：ＡＳＵ）２１４により空気から分離した酸素２１５と反応させて、水素を主成分とする改質ガス２１６を得る。次いで、シフト反応工程２１７において、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて、水素と二酸化炭素に変換させ、生成された二酸化炭素２２０は、酸性ガス吸収塔２１８にて溶剤２１９により吸収除去する。酸性ガス吸収塔２１８で吸収された二酸化炭素２２０は、放散塔２２１で溶剤２１９から放散され、大気に放出される。二酸化炭素２２０が除去された水素ガス２２２は、その後、圧力スイング吸着工程（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＰＳＡ）２２３等により水分を除去して水素純度を高めた後、水素液化工程２２４の原料ガスとして供給される。【００３２】
図４に、比較例１の水素液化工程を模式的に示す。水素液化工程では、窒素を冷媒とした冷凍サイクル（窒素冷媒ループ）により水素ガスを予備冷却した後、水素を冷媒とした冷凍サイクル（水素冷媒ループ）により水素ガスを冷却して、液化水素を得る。
尚、この過程で必要に応じて、触媒により、オルト・パラ変換を行う。【００３３】
具体的には、水素液化工程への原料水素１０を、原料水素圧縮機１１により昇圧し、冷却器１２で冷却した後、プレート熱交換器１３に供し、窒素冷媒、及び、水素冷媒との熱交換を行う。次いで、膨張弁１４により膨張させて、フラッシュドラム１５により、液化水素１６と水素ガス１７に分離する。液化水素１６は、液化水素タンク１８に貯留し、タンクで揮発したボイルオフガス１９は、プレート熱交換器１３にて原料水素、水素冷媒、窒素冷媒と熱交換した後、循環水素２０として再び原料水素圧縮機１１に供される。フラッシュドラム１５で分離した水素ガス１７は、同様に、プレート熱交換器１３にて原料水素、水素冷媒、窒素冷媒と熱交換した後、循環水素２０として再び原料水素圧縮機１１に供される。【００３４】
窒素冷媒ループ３０では、窒素冷媒３１を窒素冷媒圧縮機３２で圧縮し、冷却器３３で冷却した後、一部の窒素冷媒は窒素冷媒膨張タービン３４、３５により低温化してから、プレート型熱交換器１３に供し、原料水素との熱交換を行う。また、残りの窒素冷媒は、膨張弁３６により膨張させてから、フラッシュドラム３７において液体窒素と窒素ガスとを分離し、それぞれプレート型熱交換器１３に供して、原料水素との熱交換を行う。【００３５】
水素冷媒ループ４０では、水素冷媒４１を、低圧水素冷媒圧縮機４２で圧縮し、冷却器４３で冷却した後、高圧水素冷媒圧縮機４４で圧縮し、冷却器４５で冷却する。次いで、プレート型熱交換器１３に供し、（窒素冷媒、冷熱利用可能な原料水素由来の水素ガス１７、液化水素タンク１８からのボイルオフガス１９や水素冷媒膨張タービン４６、４７、フラッシュドラム４９を経た水素冷媒との熱交換を行った後、）一部の水素冷媒は水素冷媒膨張タービン４６、４７により低温化／液化され、もう一方の水素冷媒は膨張弁４８により膨張させてから、フラッシュドラム４９において液化水素と水素ガスとを分離し、それぞれ再びプレート型熱交換器１３に供して、原料水素との熱交換を行う。【００３６】
比較例１におけるプロセスパラメータを表１に示す。また、水素液化のために必要な動力を表２に示す。原料水素圧縮機の動力は２３．７ＭＷ、水素冷媒圧縮機の動力は５６．７ＭＷであり、窒素冷媒圧縮機の動力は３５．５ＭＷであった。これらを合計した圧縮機の必要動力は１１５．９ＭＷであり、液化水素生産量あたりのエネルギー消費量は９．２７ＫＷｈ／ｋｇ−ＬＨ２であった。【００３７】
【表１】
2017154044.tif 000003
【００３８】
尚、原料水素圧縮機、水素冷媒圧縮機、窒素冷媒圧縮機のそれぞれの出口にある冷却器による冷却は３７℃まで冷却可能とした。【００３９】
【表２】
2017154044.tif 000004
【００４０】
（実施例１）
液化天然ガス製造において使用する冷媒を水素液化の予備冷却に使用する、図３及び５に示す水素液化プロセスを実施例１としてシミュレーションを行った。【００４１】
液化天然ガスの製造プラント３００において、まず、ガス田から供給された天然ガス３０１は、コンデンセート分離装置３０２でコンデンセートが分離され、メタンを主成分とするガス３０３となる。このガス中には二酸化炭素や硫化水素などの酸性ガスが含まれているため、酸性ガス吸収塔３０４において溶剤３０５により酸性ガス３０６が吸収除去される。酸性ガス吸収塔３０４で吸収された酸性ガス３０６は、放散塔３０７で溶剤３０５から放散され、好ましくはＣＣＳ（Ｃａｒｂｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ  Ｃａｐｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｓｔｏｒａｇｅ：ＣＣＳ）やＥＯＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｏｉｌ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ：ＥＯＲ）のために地下に圧入する。酸性ガス３０６が除去された天然ガス３０９は、さらに水銀除去工程３１０においてガス中の水銀が除去され、脱水工程３１１において脱水された後、微量残存する重質分を重質分除去工程３１２において除去した後に、液化工程３１３において液化され、液化天然ガス３１４となる。【００４２】
液化水素の製造プラント４００では、コンデンセートの分離（コンデンセート分離装置４０２）、酸性ガスの吸収除去（酸性ガス吸収塔４０４、酸性ガス放散塔４０７）、水銀の除去（水銀除去工程４１０）は、液化天然ガス製造プラント３００と同じプロセス構成である。天然ガス４０１から除去した酸性ガス４０６は、液化天然ガスの製造プラント３００からの酸性ガス３０６とまとめて、好ましくはＣＣＳやＥＯＲのために地下に圧入する。【００４３】
これらの前処理後のガス４１１は、脱硫工程（具体的には、水素化脱硫と吸着脱硫）４１２を経て、改質工程（水素製造工程）４１３にて水蒸気と、また必要に応じて、空気分離装置（ＡＳＵ）４１４により空気から分離した酸素４１５と反応させて、水素を主成分とする改質ガス４１６を得る。次いで、シフト反応工程４１７において、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて、水素と二酸化炭素に変換させ、生成された二酸化炭素４２０は、酸性ガス吸収塔４１８にて溶剤４１９により吸収除去する。酸性ガス吸収塔４１８で吸収された二酸化炭素４２０は、放散塔４２１で溶剤４１９から放散され、酸性ガス３０６、４０６とまとめて、好ましくはＣＣＳやＥＯＲのために地下に圧入する。二酸化炭素４２０が除去された水素ガス４２２は、その後、圧力スイング吸着工程（ＰＳＡ）４２３等により微量で含まれる一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水分等を除去して水素純度を高めた後、水素液化工程４２４の原料ガスとして供給される。【００４４】
図５に、実施例１の水素液化工程を模式的に示す。水素液化工程では、窒素を冷媒とした冷凍サイクル（窒素冷媒ループ）、混合冷媒を用いた冷凍サイクル（混合冷媒ループ）、及びプロパンを冷媒とした冷凍サイクル（プロパン冷媒ループ）により、水素ガスを予備冷却した後、水素を冷媒とした冷凍サイクル（水素冷媒ループ）により、水素を冷却して、液化水素を得る。
尚、この過程で必要に応じて、触媒により、オルト・パラ変換を行う。【００４５】
具体的には、水素液化工程における原料水素１０のフローは、予備冷却について、窒素を冷媒とした冷凍サイクル（窒素冷媒ループ）に加えて、混合冷媒を用いた冷凍サイクル（混合冷媒ループ）及びプロパンを冷媒とした冷凍サイクル（プロパン冷媒ループ）により行うことを除いては、比較例１で用いた図４の工程と同じである。【００４６】
窒素冷媒ループ３０は、比較例１で用いた図４の工程と同じである。【００４７】
混合冷媒ループ５０では、混合冷媒５１を低圧混合冷媒圧縮機５２で圧縮し、冷却器５３で冷却した後、高圧水素冷媒圧縮機５４で圧縮し、冷却器５５で冷却する。その後、混合冷媒５１は熱交換器５６にてプロパン冷媒６１と熱交換し、フラッシュドラム５７にて気液分離した後、気体と液体をそれぞれプレート型熱交換器１３に供して、ボイルオフガス、窒素冷媒、水素冷媒によって冷却される。次いで、膨張弁５８、５９を介して、再びプレート型熱交換器１３に供して、水素ガスの予備冷却を行ってから、再び低圧混合冷媒圧縮機５２に供される。【００４８】
プロパン冷媒ループ６０では、プロパン冷媒６１をプロパン冷媒圧縮機６２で圧縮し、冷却器６３で冷却した後、膨張弁６４を介し、一部のプロパン冷媒は熱交換器５６にて混合冷媒５１と熱交換する。残りのプロパン冷媒は、プレート型熱交換器１３に供され、水素ガスの予備冷却が行われ、再びプロパン冷媒圧縮機６２に供される。【００４９】
水素冷媒ループ４０は、比較例１で用いた図４の工程と同じである。【００５０】
実施例１では、プロパン冷媒、及び、−１３７℃まで冷却された混合冷媒により、−１０６℃まで水素の予備冷却を行うことで、窒素冷媒による予備冷却負荷を軽減するプロセスとした。プロパン冷媒や混合冷媒は窒素冷媒よりも液化動力が少なく、効率の良い冷媒であることから、水素液化に関わるエネルギー消費量の削減が期待される。混合冷媒の組成を表３に示す。【００５１】
【表３】
2017154044.tif 000005
【００５２】
実施例１では、水素製造時に発生する酸性ガスを回収、固定化することで、水素製造時に二酸化炭素の発生を伴わない水素とするため、酸性ガス吸収塔で吸収された酸性ガスは、放散塔で放散され、圧縮した後、ＣＣＳやＥＯＲのために地中に圧入されることを想定した。【００５３】
実施例１におけるプロセスパラメータを表４に示す。また、水素液化のために必要な動力を表２に示す。尚、表２では、水素及び窒素の膨張エネルギーを膨張タービンで回収した動力を加味した数値を示した。原料水素圧縮機の動力は２３．７ＭＷ、水素冷媒圧縮機の動力は５６．７ＭＷ、窒素圧縮機の動力は２５．０ＭＷ、混合冷媒＋プロパン冷媒の圧縮機の動力は６．２ＭＷであり、これらを合計した圧縮機の必要動力は１１１．６ＭＷであった。液化水素生産量あたりのエネルギー消費量は８．９３ｋＷｈ／ｋｇ−ＬＨ２であった。【００５４】
【表４】
2017154044.tif 000006
【００５５】
尚、原料水素圧縮機、水素冷媒圧縮機、窒素冷媒圧縮機、プロパン冷媒圧縮機、混合冷媒圧縮機のそれぞれの出口にある冷却器による冷却は３７℃まで冷却可能とした。【００５６】
このように、実施例１の液化に必要なエネルギーは比較例１と比べて低減されることが分かる。また、液化天然ガス製造で使用する冷媒を水素液化の予備冷却に使用するため、水素液化用に新たな冷媒設備を設置する必要がなく、コストダウンが期待できる。年産５００万トンの液化天然ガスを生産するプラントの場合、液化天然ガス製造で使用するプロパン冷媒＋混合冷媒を製造するための動力は１６０ＭＷであり、一方、年産１０万トンの液化水素製造で使用するプロパン冷媒＋混合冷媒を製造するための動力は６ＭＷである。したがって、液化天然ガス製造で使用する冷媒製造設備を１６６ＭＷ分としておけば、水素液化で使用する分もまかなえることとなる。【００５７】
（実施例２）
−１６７℃まで冷却された混合冷媒により、−１５８℃まで水素の予備冷却をすること以外は実施例１と同様とした場合を実施例２とする。混合冷媒でより低温まで水素を予備冷却することにより、実施例１よりもさらなるエネルギー消費量の削減が期待される。【００５８】
混合冷媒の組成を表３に、実施例２におけるプロセスパラメータを表５に示す。また、水素液化のために必要な動力を表２に示す。尚、表２では、水素及び窒素の圧縮機動力は圧縮機で必要な動力から膨張タービンで動力回収した分を差し引いた数値で表した。原料水素圧縮機の動力は２３．７ＭＷ、水素冷媒圧縮機の動力は５６．７ＭＷ、窒素圧縮機の動力は１２．５ＭＷ、混合冷媒＋プロパン冷媒の圧縮機の動力は１１．９ＭＷであり、これらを合計した圧縮機の必要動力は１０４．８ＭＷであった。液化水素生産量あたりのエネルギー消費量は８．３９ｋＷｈ／ｋｇ−ＬＨ２であった。このように、実施例２の液化に必要なエネルギーは実施例１と比べてさらに低減されることが分かる。【００５９】
【表５】
2017154044.tif 000007
【００６０】
尚、原料水素圧縮機、水素冷媒圧縮機、窒素冷媒圧縮機、プロパン冷媒圧縮機、混合冷媒圧縮機のそれぞれの出口にある冷却器による冷却は３７℃まで冷却可能とした。【００６１】
（実施例３）
液化天然ガス製造のための原料である天然ガスの前処理工程と、液化水素製造のために供給する水素を製造するための原料である天然ガスの前処理工程とを共用するプロセスを実施例３として図６に示す。
図６は、図３と比較して、液化水素の製造プラント４００においてコンデンセート分離装置４０２、酸性ガス吸収塔４０４、酸性ガス放散塔４０７、水銀除去工程４１０が存在しないことを除いて、図３と同じである。同じ符号は、機器、工程等が同じであることを意味する。【００６２】
液化天然ガス製造プロセスと液化水素製造プロセスとにおいて、天然ガスの前処理工程を共用することにより、コンデンセートの分離、酸性ガスの除去、水銀の除去等に関わる機器を削減することができ、結果として、プラントコストの低減が期待できることから、液化水素製造コストをさらに低減できる。【００６３】
（実施例４）
液化天然ガス製造のための原料である天然ガス中に含まれる酸性ガスを除去する酸性ガス除去工程で吸収した酸性ガスの放散と、液化水素製造のために供給する水素を製造する過程の改質ガスに含まれる酸性ガスを除去する酸性ガス除去工程で吸収した酸性ガスの放散を同一の放散塔で実施するプロセスを実施例４として図７に示す。
図７は、図３と比較して、液化水素の製造プラント４００において酸性ガス放散塔４０７、４２１が存在せず、液化天然ガスの製造プラント３００の酸性ガス放散塔３０７を共用していることを除いて、図３と同じである。同じ符号は、機器、工程等が同じであることを意味する。【００６４】
液化天然ガス製造と液化水素製造の過程で吸収した酸性ガスの放散を同一の放散塔で実施することにより、放散塔に関わる機器を削減することができ、結果として、プラントコストの低減が期待できることから、液化水素製造コストをさらに低減できる。【００６５】
以上説明した本発明は、産ガス国においてエネルギー用途のために安価な液化水素を製造する際に特に有用である。産ガス国では、従来から天然ガスを輸出するために、液化天然ガスプラントを設置している場合が多い。本発明は、この液化天然ガスプラントと水素液化プラントを併設して、必要な設備を共用、共通化することで、水素液化に関わる消費エネルギーを削減するとともに、水素液化プラントのコスト削減の実現に寄与するものである。これにより、液化水素の製造コストを低減させることができるため、エネルギー用途の液化水素の普及に貢献できると期待される。【００６６】
上記に本発明の実施形態及び／又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び／又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
【図１】
2017154044.tif 000008
【図２】
2017154044.tif 000009
【図３】
2017154044.tif 000010
【図４】
2017154044.tif 000011
【図５】
2017154044.tif 000012
【図６】
2017154044.tif 000013
【図７】
2017154044.tif 000014
【国際調査報告】
2017154044.tif 000015
2017154044.tif 000016
2017154044.tif 000017
2017154044.tif 000018