(57)【要約】【課題】運転の容易性や信頼性を損なわずに、省エネルギーかつ低コストで液化天然ガスからエタン等の炭化水素を分離可能とする。【解決手段】原料液化天然ガスを第一の蒸留塔において蒸留し、メタンが富化された留分と、メタンより重い成分が富化された留分とに分離する工程；メタンより重い成分が富化された留分を第二の蒸留塔において蒸留し、エタンが富化された留分と、エタンより重い成分が富化された留分とに分離する工程；第一の蒸留塔に供給する原料液化天然ガスもしくは第一の蒸留塔の内部液体の冷熱を、熱移動媒体によって回収する工程；および、第二の蒸留塔の塔頂ガスを、冷熱を回収した熱移動媒体により冷却して、第二の蒸留塔の塔頂ガスの少なくとも一部を凝縮させる工程を有する液化天然ガスからの炭化水素の分離方法。この方法を実施するための装置。【選択図】図１
2007024489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）原料液化天然ガスを第一の蒸留塔において蒸留し、メタンが富化された留分と、メタンより重い成分が富化された留分とに分離する工程；
ｂ）該メタンより重い成分が富化された留分を第二の蒸留塔において蒸留し、エタンが富化された留分と、エタンより重い成分が富化された留分とに分離する工程；
ｃ）第一の蒸留塔に供給する原料液化天然ガスもしくは第一の蒸留塔の内部液体の冷熱を、熱移動媒体によって回収する工程；および、
ｄ）第二の蒸留塔の塔頂ガスを、該冷熱を回収した熱移動媒体により冷却して、該第二の蒸留塔の塔頂ガスの少なくとも一部を凝縮させる工程
を有する液化天然ガスからの炭化水素の分離方法。
【請求項２】
前記工程ｃ）において、
第一の蒸留塔の原料天然ガスがフィードされる位置よりも下部から内部液体を抜き出し、抜き出した液体の冷熱を熱移動媒体によって回収した後に第一の蒸留塔に戻す請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに、
ｅ）前記エタンより重い成分が富化された留分を第三の蒸留塔において蒸留し、プロパンが富化された留分と、プロパンより重い成分が富化された留分とに分離する工程；および、
ｆ）第三の蒸留塔の塔頂ガスを、前記冷熱を回収した熱移動媒体により冷却して、該第三の蒸留塔の塔頂ガスの少なくとも一部を凝縮させる工程
を有する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
原料液化天然ガスを蒸留し、メタンが富化された留分と、メタンより重い成分が富化された留分とに分離する第一の蒸留塔；
該メタンより重い成分が富化された留分を蒸留し、エタンが富化された留分と、エタンより重い成分が富化された留分とに分離する第二の蒸留塔；
第一の蒸留塔に供給する原料液化天然ガスもしくは第一の蒸留塔の内部液体の冷熱を、熱移動媒体によって回収する熱交換器；および、
第二の蒸留塔の塔頂ガスを、該冷熱を回収した熱移動媒体により冷却して、該第二の蒸留塔の塔頂ガスの少なくとも一部を凝縮させる凝縮器
を有する液化天然ガスからの炭化水素の分離装置。
【請求項５】
前記第一の蒸留塔の原料天然ガスがフィードされる位置よりも下部から内部液体を抜き出して、再び第一の蒸留塔に戻すラインが第１の蒸留塔に備わり、
前記熱交換器が該ラインに配された請求項４記載の装置。
【請求項６】
さらに、
前記エタンより重い成分が富化された留分を蒸留し、プロパンが富化された留分と、プロパンより重い成分が富化された留分とに分離する第三の蒸留塔；および
第三の蒸留塔の塔頂ガスを、前記冷熱を回収した熱移動媒体により冷却して、該第三の蒸留塔の塔頂ガスの少なくとも一部を凝縮させる凝縮器
を有する請求項４または５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化天然ガスからエタン、プロパン及びブタン等の炭化水素を分離・回収するために用いられる炭化水素の分離方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスを大気圧付近で約−１６２℃の温度で液化し、海上輸送により消費地に送り気化した後、都市ガスまたは火力発電用の燃料として天然ガスパイプラインへ送り出すことは一般的に行われている。なお、大気圧付近で液化された天然ガスは液化天然ガス（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ：ＬＮＧ）と呼ばれる。その際、消費地で受け入れた液化天然ガスには、エタン、プロパン、ブタン及び微量の重質分からなる炭化水素が多く含まれる場合があり、発熱量が高いため消費地にて必要とされる天然ガス規格に適合しないことがある。あるいは、液化天然ガスに含まれるエタン、プロパン及びブタン等の炭化水素は、石油化学プラントの原料になるため、都市ガスまたは火力発電用の燃料として利用するよりも市場において高い価値がある場合がある。したがって、消費地で受け入れた液化天然ガスを天然ガスパイプラインに送り出す前にエタン、プロパン及びブタン等の炭化水素を液化天然ガスから分離・回収することが望まれていた。
【０００３】
液化天然ガスからメタンより重い成分を含む留分を分離・回収するためには、大半の液化天然ガスを蒸発させる必要があり、このため脱メタン塔のリボイラーの熱量は非常に大きなものになる。蒸留塔のリボイラーへの熱供給は直接スチームなどの熱媒で加熱する方法、あるいは加熱したホットオイル等を熱媒体として循環させる方法があるが、いずれの場合でもスチームの発生、あるいはホットオイルの加熱が必要となり多量の燃料を消費する。
【０００４】
従来、この脱メタン塔のリボイラーの熱量を削減するために、脱メタン塔へフィードされる液化天然ガスを空気顕熱によって加熱することが知られている。リボイラーによる加熱の一部を、空気加熱で代替することで、脱メタン塔のリボイラーの燃料消費量を減らすことができる。しかし、空気加熱器は熱交換のための伝熱面積が非常に大きなものとなり、更にそれを支える構造物、及び十分な設置スペースの確保が必要となり、投資コストの点で改善が望まれる。
【０００５】
一方、液化天然ガスからメタンより重い成分を含む留分を分離・回収するプロセスでは、脱メタン塔の塔底から得られる重質留分は、その後の製品利用用途から更にエタン、プロパン及びブタン等の製品に分離することが求められる。従い、脱メタン塔に加え、脱エタン塔、脱プロパン塔等が設置される。
【０００６】
このようなプロセスにおいて、脱エタン塔の凝縮器（オーバーヘッドコンデンサー）に液化天然ガスを導き、液化天然ガスと脱エタン塔塔頂ガスとを熱交換させ、脱エタン塔塔頂ガスの凝縮と液化天然ガスの加熱を同時に行うことが、非特許文献１や非特許文献２に記載されている。
【非特許文献１】Ｊ．Ｍａｒｋ等、"ＬＮＧ  Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ"、Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００３
【非特許文献２】Ｃ．Ｃ．Ｙａｎｇ等、"Ｃｏｓｔ−ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｄｅｓｉｇｎ  ｒｅｄｕｃｅｓ  Ｃ２  ａｎｄ  Ｃ３  ａｔ  ＬＮＧ  ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｔｅｒｍｉｎａｌｓ"、Ｏｉｌ  ＆  Ｇａｓ  Ｊｏｕｎａｌ、Ｍａｙ  ２６、２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液化天然ガスを脱エタン塔のオーバーヘッドコンデンサーに導き、冷却媒体として利用すると、液化天然ガスが脱エタン塔塔頂ガスによって加熱されるため、空気加熱器を用いなくても脱メタン塔のリボイラーの燃料消費量を削減することが可能となり、省エネルギー化、低コスト化を図ることができる。
【０００８】
しかし、脱メタン塔の入口流体である液化天然ガスによって、脱エタン塔や脱プロパン塔の塔頂ガスを凝縮するため、運転の容易性および信頼性が損なわれる。
【０００９】
例えば、液化天然ガスの供給量が変動した場合、この変動が即座に脱エタン塔に影響してしまい、脱エタン塔の運転が攪乱される。
【００１０】
また、液化天然ガスと脱エタン塔の塔頂ガスとを熱交換させる熱交換器（オーバーヘッドコンデンサー）が破損した場合、−１６０℃もの低温の液化天然ガスが脱エタン塔に流入する可能性がある。脱エタン塔は、通例このような低温を設計温度としないため、液化天然ガスが流入すると、熱衝撃によって脱エタン塔がダメージを受ける。その対策として−１６０℃程度の温度に耐えるステンレス鋼等の材料を用いて脱エタン塔を製作することも考えられるが、この場合経済性が損なわれる。
【００１１】
さらに、ターンダウン運転（部分負荷運転）においてオーバーヘッドコンデンサーの伝熱面積が過剰となり、脱エタン塔の塔頂ガスが過冷却されることもある。過冷却されたリフラックスが脱エタン塔に供給されると、脱エタン塔に熱衝撃が加わり、脱エタン塔がダメージを受ける。
【００１２】
本発明の目的は、運転の容易性や信頼性を損なわずに、省エネルギーかつ低コストで液化天然ガスからエタン等の炭化水素を分離できる方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明により、
ａ）原料液化天然ガスを第一の蒸留塔において蒸留し、メタンが富化された留分と、メタンより重い成分が富化された留分とに分離する工程；
ｂ）該メタンより重い成分が富化された留分を第二の蒸留塔において蒸留し、エタンが富化された留分と、エタンより重い成分が富化された留分とに分離する工程；
ｃ）第一の蒸留塔に供給する原料液化天然ガスもしくは第一の蒸留塔の内部液体の冷熱を、熱移動媒体によって回収する工程；および、
ｄ）第二の蒸留塔の塔頂ガスを、該冷熱を回収した熱移動媒体により冷却して、該第二の蒸留塔の塔頂ガスの少なくとも一部を凝縮させる工程
を有する液化天然ガスからの炭化水素の分離方法が提供される。
【００１４】
前記工程ｃ）において、
第一の蒸留塔の原料天然ガスがフィードされる位置よりも下部から内部液体を抜き出し、抜き出した液体の冷熱を熱移動媒体によって回収した後に第一の蒸留塔に戻すことが好ましい。
【００１５】
上記方法が、さらに、
ｅ）前記エタンより重い成分が富化された留分を第三の蒸留塔において蒸留し、プロパンが富化された留分と、プロパンより重い成分が富化された留分とに分離する工程；および、
ｆ）第三の蒸留塔の塔頂ガスを、前記冷熱を回収した熱移動媒体により冷却して、該第三の蒸留塔の塔頂ガスの少なくとも一部を凝縮させる工程
を有することができる。
【００１６】
本発明により、原料液化天然ガスを蒸留し、メタンが富化された留分と、メタンより重い成分が富化された留分とに分離する第一の蒸留塔；
該メタンより重い成分が富化された留分を蒸留し、エタンが富化された留分と、エタンより重い成分が富化された留分とに分離する第二の蒸留塔；
第一の蒸留塔に供給する原料液化天然ガスもしくは第一の蒸留塔の内部液体の冷熱を、熱移動媒体によって回収する熱交換器；および、
第二の蒸留塔の塔頂ガスを、該冷熱を回収した熱移動媒体により冷却して、該第二の蒸留塔の塔頂ガスの少なくとも一部を凝縮させる凝縮器
を有する液化天然ガスからの炭化水素の分離装置が提供される。
【００１７】
上記装置において、前記第一の蒸留塔の原料天然ガスがフィードされる位置よりも下部から内部液体を抜き出して、再び第一の蒸留塔に戻すラインが第１の蒸留塔に備わり、
前記熱交換器が該ラインに配されたことが好ましい。
【００１８】
上記装置が、さらに、
前記エタンより重い成分が富化された留分を蒸留し、プロパンが富化された留分と、プロパンより重い成分が富化された留分とに分離する第三の蒸留塔；および
第三の蒸留塔の塔頂ガスを、前記冷熱を回収した熱移動媒体により冷却して、該第三の蒸留塔の塔頂ガスの少なくとも一部を凝縮させる凝縮器
を有することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、運転の容易性や信頼性を損なわずに、省エネルギーかつ低コストで液化天然ガスからエタン等の炭化水素を分離できる方法および装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下図面を用いて本発明の形態を説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００２１】
図１に、本発明の液化天然ガスからの炭化水素の分離装置の一形態の概要を示す。ここでは処理しようとする液化天然ガス（原料液化天然ガス）からのエタン、プロパン及びブタンの回収プロセスを説明する。
【００２２】
このプロセスでは、まず第一の蒸留塔である脱メタン塔１により液化天然ガスをメタンとメタンより重質な成分とに分離し、次いでこのメタンより重質な成分を第二の蒸留塔である脱エタン塔１１によりエタンとエタンより重質な成分とに分離する。更にこのエタンより重質な成分を第三の蒸留塔である脱プロパン塔２１によりプロパンとブタン以上の重質な成分とに分離する。
【００２３】
脱メタン塔、脱エタン塔、脱プロパン塔においては、いずれも、公知の蒸留塔の構造を適宜利用することができる。例えば塔内部にトレイまたはパッキングを有し、蒸留操作により低沸点成分と高沸点成分とを分離可能とする。また、これらの材料は運転温度に応じて適宜決めることができる。例えば、脱メタン塔が約−１００℃の液化天然ガスを扱うことを考えれば、低温に耐えることができるステンレス鋼等の材料を脱メタン塔に用いることが好ましい。脱エタン塔においては、塔頂において例えば約−２０℃まで温度が下がる場合、キルド鋼等の材料を用いることが好ましい。脱プロパン塔では低温流体を扱わずにすむため、経済性の優れた炭素鋼を用いることが好ましい。
【００２４】
原料液化天然ガス１０１は原料液化天然ガス昇圧ポンプ６により昇圧された後、脱メタン塔塔頂ガスコンデンサー２において脱メタン塔の塔頂ガス１０４と熱交換することによって加熱され、脱メタン塔フィード１０３として脱メタン塔１にフィードされる。
【００２５】
脱メタン塔塔頂からは、エタン及びプロパンなどの成分が除去されたメタンを主成分とする塔頂ガス１０４が分離され、その後脱メタン塔塔頂ガスコンデンサー２に送られ、原料液化天然ガスと熱交換を行うことで全量液化し、ライン１０５から払い出しポンプ７にて昇圧され製品液化天然ガス１９１として払い出される。
【００２６】
なお、場合によっては、脱メタン塔塔頂ガス１０４をそのまま製品として払い出してもよい。つまり、コンデンサー２や払出ポンプ７を用いなくてもよい。ただし、塔頂ガス１０４を全量液化すれば、製品１９１をパイプラインに供給する場合などにおいて、製品を昇圧するための所要動力を比較的小さくすることができる。また、コンデンサー２において、原料液化天然ガスの加熱を行うことにより、脱メタン塔のリボイラー４の負荷を低減することができるという効果がある。
【００２７】
脱メタン塔１に備わる中間段熱交換器５は、冷熱回収用熱交換器である。脱メタン塔の内部液体を抜き出し（ライン１５１）、この熱交換器において抜き出した液体を熱移動媒体５０１により加熱し、これを脱メタン塔に戻す（ライン１５２）。これにより、脱メタン塔の内部液体の冷熱を、熱移動媒体によって回収する。ライン１５２の流体は、液体のままでもよいが、一部もしくは全部が気体となっていてもよい。  脱メタン塔から内部液体を取り出す位置は、脱メタン塔のリボイラー４の負荷が極力小さくなるように決めることが好ましい。このとき、脱エタン塔塔頂ガスコンデンサー１２と脱プロパン塔塔頂ガスコンデンサー２２において、それぞれ脱エタン塔塔頂ガス２０２と脱プロパン塔塔頂ガス３０２の所望量を熱移動媒体で冷却して凝縮させることも考慮する。
【００２８】
脱メタン塔の原料天然ガスがフィードされる位置（ライン１０３が接続される位置）よりも下部から内部液体を抜き出し、抜き出した液体の冷熱を熱移動媒体によって回収し、冷熱が回収された液体を脱メタン塔に戻すことが好ましい。なぜなら、中間段熱交換器へ取り出された液体は所望の製品濃度を満たしておらず、また加熱され少なくとも一部が気体となった流体を塔内部に戻すことにより、リボイラーとしての機能を果たすことができる。これにより、塔底に設置されるメインリボイラーの負荷を低減することができる。
【００２９】
中間段熱交換器への抜き出し部分は、例えば、公知の煙突型の構造を有するトレイを用いることができる。この構造のトレイでは蒸留塔へ戻される配管は煙突型構造のトレイのすぐ下に備え付けることが好ましい。これは中間段熱交換器からの戻りの流体が二相流である場合、蒸留塔内で分離される気体を一度このトレイの煙突部分を通過させることにより良好に整流する効果を有するためである。
【００３０】
熱移動媒体の冷熱回収用熱交換器出口（ライン５０２）温度を監視し、この温度が所望の温度になるよう、脱メタン塔内部液体の取り出し量（ライン１５１の流量）を調節することが好ましい。これによって、脱エタン塔等の塔頂ガスコンデンサーに供給する熱移動媒体の温度を制御することができ、脱エタン塔等の運転安定性を向上させることができる。このために、熱電対等の温度検知手段をライン５０２に設け、ライン１５１に流量調節弁を設け、検知された温度と設定温度とに基づいて流量調節弁を操作する温調器やコンピュータ等の制御手段を設けることができる。
【００３１】
また、脱エタン塔等の塔頂ガスコンデンサーに供給される熱移動媒体の流量も、流量コントロールにより可視化されるため、脱エタン塔等のコントロールが容易になる。
【００３２】
例えば、脱エタン塔、脱プロパン塔の塔頂ガスコンデンサーの出口ライン２０３、３０３の凝縮温度を監視し、この温度が所望の温度になるよう、塔頂ガスコンデンサーへ供給される熱移動媒体の一部をバイパスさせ流量を調節することができる。具体的には、例えばコンデンサー１２を経ずにライン５０５と５０６を接続するバイパスライン（不図示）を用い、コンデンサー１２を通る熱移動媒体の流量を調節することができる。  中間段熱交換器５には、多管式熱交換器などの公知の熱交換器を適宜利用することができる。またその材質は、ステンレス鋼など、低温で利用される熱交換器の材料として公知のものから適宜選ぶことができる。
【００３３】
なお、ここでは脱メタン塔の内部液体の冷熱を回収しているが、これに替えて、脱メタン塔に供給される原料液化天然ガスの冷熱を回収してもよい。例えば、ライン１０３に熱交換器を設けて液化天然ガスと熱移動媒体との熱交換を行うことによって、熱移動媒体により液化天然ガスの冷熱を回収することができる。
【００３４】
熱移動媒体は流体であるが、所要容積や熱交換効率の観点から、使用される条件において液体であることが好ましい。例えば、約−１００℃の天然ガスとの熱交換を行うこと、また脱プロパン塔の塔頂ガスと熱交換を行うことを考慮し、熱移動媒体の凝固点は−９０℃以下、沸点は５０℃以上とすることができる。例えば熱移動媒体としてアルコールを用いることができ、入手容易性も勘案するとメタノールが好ましい。
【００３５】
冷熱を得た熱移動媒体５０２はサージドラム３１に送られる。サージドラム３１はポンプ３２の吸引口において、好適な静液頭を維持し、気泡空洞の生じる現象を防ぐために好ましく設けられる。サージドラムは、例えば、両端に鏡版を有する円筒形の圧力容器とすることができる。その容量としては、ポンプの安定運転を続ける観点から好適な容量を選ぶことができる。また、サージドラムの材料としては、中間段熱交換器５が破損した際に脱メタン塔内の液体（例えば−１００℃）が流れ込む可能性も考慮し、ステンレス鋼など低温に耐える材料から選ぶことが好ましい。
【００３６】
冷熱を得た熱移動媒体５０２（例えば−４５℃）は、熱移動媒体循環ポンプ３２により昇圧されて、ライン５０４から脱エタン塔塔頂ガスコンデンサー１２と脱プロパン塔塔頂ガスコンデンサー２２へ送られ、両コンデンサーの冷却媒体として利用される。これらコンデンサーには、多管式熱交換器などの公知の熱交換器を利用することができる。またその材質は、ステンレス鋼など熱交換器の材料として公知のものから適宜選ぶことができる。
【００３７】
また熱移動媒体を扱う熱交換器にシェルアンドチューブ型熱交換器を用いる場合、熱移動媒体をチューブ側に通すことが好ましい。これは万が一熱交換器が破損した場合、流入した液化天然ガス圧力に耐える高圧設計がし易いためである。
【００３８】
脱メタン塔、脱エタン塔および脱プロパン塔の塔底にはリボイラー４、１４および２４がそれぞれ設置される。各リボイラーには、塔底液中の低沸点成分を揮発させ、塔底液中の低沸点成分の濃度が所望の値以下となるように熱が加えられる。この加熱のための熱媒としてはスチームや加熱したホットオイル等、これら蒸留塔のリボイラーにて用いる公知の熱媒から適宜選ぶことができる。
【００３９】
脱メタン塔からは、メタンが富化されメタンより重い成分が薄くなった塔頂ガス１０４と、メタンより重い成分が富化されメタンが薄くなった塔底液２０１が得られる。脱メタン塔塔底液２０１は、脱エタン塔１１に供給されて蒸留され、エタンが富化されエタンより重い成分が薄くなった塔頂ガス２０２と、エタンより重い成分が富化されエタンが薄くなった塔底液３０１とに分離される。
【００４０】
脱エタン塔１１の塔頂では、エタンを主成分とする塔頂ガス２０２がコンデンサー１２において熱移動媒体５０５によって冷却される。つまり液化天然ガスから回収された冷熱が塔頂ガス２０２に与えられる。これによって脱エタン塔塔頂ガス２０２が全量凝縮し、リフラックスドラム１３を経て、一部は脱エタン塔リフラックス液２０４として再び脱エタン塔にフィードされる。残りのエタンを主成分とする凝縮液は製品エタン２０５として払い出される。脱エタン塔の塔底からはプロパン以上の重質成分（塔底液３０１）が分離され、更に脱プロパン塔２１へフィードされる。
【００４１】
なお、コンデンサー１２において脱エタン塔塔頂ガス２０２の全量ではなく一部のみを凝縮してもよい。例えば、製品エタンをガスとして払い出す場合は、リフラックス２０４に必要な量のみを凝縮すればよい。
【００４２】
脱プロパン塔２１の塔頂では、プロパンを主成分とする塔頂ガス３０２がコンデンサー２２において熱移動媒体５１５によって冷却され、つまり液化天然ガスから回収された冷熱が与えられる。これによって脱プロパン塔塔頂ガス３０２が全量凝縮し、リフラックスドラム２３を経て、一部は脱プロパン塔リフラックス液３０４として再び脱プロパン塔にフィードされる。残りのプロパンを主成分とする凝縮液は製品プロパン３０５として払い出される。脱プロパン塔の塔底からはブタン以上の重質成分（塔底液４０１）が払い出される。通常、液化天然ガスにはブタンより重い成分は僅かに含まれるだけなので、脱プロパン塔塔底液４０１はブタンを主成分としており、塔底液４０１は製品ブタンとして払い出される。
【００４３】
コンデンサー１２および２２にてそれぞれ加熱された熱移動媒体５０６および５１６は、再び冷熱回収用熱交換器５に戻される。
【００４４】
このように、熱移動媒体を循環させ、脱メタン塔で熱移動媒体によって冷熱を回収し、下流の脱エタン塔等では熱移動媒体によって塔頂ガスに冷熱を与えることができる。従って、熱を効率的に利用することができ、しかも熱移動媒体を介して間接的に熱の授受を行うことにより、運転の安定性や信頼性が向上する。
【００４５】
例えば、脱メタン塔入口の原料液化天然ガスを空気加熱器を用いて加熱し、脱エタン塔等の塔頂ガスコンデンサーにおいてはクーリングタワーから供給される冷却水によって塔頂ガスを凝縮させる場合と比較すれば、本発明により、空気加熱器が不要となり、脱エタンプロセス等をより低圧化することができ、従って、省エネルギー化および低コスト化を図ることができる。
【００４６】
間接的に熱の授受を行うことにより、原料液化天然ガスの供給量が変動しても、この変動を熱移動媒体の循環系で吸収することが可能であり、脱エタン塔や脱プロパン塔の運転が即座に影響されて攪乱されることを抑制できる。また、冷熱回収用熱交換器が万一破損したとしても、原料液化天然ガスもしくは脱メタン塔の内部液体が脱エタン塔に流入することがなく、脱エタン塔がダメージを受けることを防止できる。さらに、ターンダウン運転においても、熱移動媒体の流量を調節することによって熱移動媒体が過冷却されることを防止することが容易で、従って、脱エタン塔等のリフラックス液の温度を適度に保つことが容易である。
【００４７】
さらに、中間段熱交換器５を用いて脱メタン塔内部の液体から冷熱回収を行うことには次のような利点がある。例えばライン１０３に冷熱回収のための熱交換器を設けた構成においては、原料液化天然ガスの供給量やリボイラ４による熱供給量に変動があった際に、この冷熱回収熱交換器入口（熱交換器２の出口）の流体が気液二相流になる場合が考えられる。一方、脱メタン塔からその内部の液体のみを抜き出して中間段熱交換器５に供給すれば、例え何らかの変動があったとしても中間段熱交換器に供給される流体は液体である。気液二相流が関与する熱交換より、液体のみが関与する熱交換の方が、より安定に運転することが可能である。従って、中間段熱交換器内の熱交換を優れて安定して行うことができ、熱移動媒体の温度を好適に保つことが容易である。その結果、脱エタン塔の運転が攪乱されることを優れて防止できる。また、脱メタン塔を流下する液体の一部（例えば二分の一程度）を中間段熱交換器に供給すればよいので、脱メタン塔を流下する液体の量が多少変動したとしても、中間段熱交換器に供給する液量を確保することが可能である。従って、このような変動が熱移動媒体の系に影響を与えることを優れて防止できる。
【００４８】
図２に、本発明の別の形態を示す。この形態では、脱メタン塔塔頂ガス１０４が熱交換器２において原料液化天然ガスと熱交換し、これによって脱メタン塔塔頂ガスの一部のみが液化される。得られた流体１０５はリフラックスドラム３に送られ、気体と液体に分離される。分離された液体部分のうちの少なくとも一部が脱メタン塔にリフラックス液１０６として供給される。残部は製品液化天然ガス１９１として払い出される。リフラックスドラム３で分離された気体（残留ガス）１０７は残留ガスコンプレッサー８で昇圧される。昇圧された気体１０８は加圧残留ガス熱交換器９において原料液化天然ガスと熱交換することにより冷却され、全部が液化される。加圧残留ガス熱交換器９を出た液化加圧残留ガス１０９は、リフラックスドラムで分離された液体の一部とともに、製品液化天然ガス１９１として払い出される。
【００４９】
この形態では、蒸留を経てメタン濃度が高くなった脱メタン塔塔頂ガスの一部をリフラックス液として用いることにより、塔頂ガス中のメタン濃度を上げ、脱メタン塔における分離能を向上させることができる。また、リフラックス液が存在することにより、原料液化天然ガスの供給量が変動しても、脱メタン塔内を流下する液体の総量の変動は相対的に小さくなる。従って、原料液化天然ガスの供給量の変動が、より一層、脱エタン塔等の運転に影響しにくくなるという利点もある。
【００５０】
図２に示した形態の上記以外の構成は、図１に示した形態と同様とすることができる。
【００５１】
以上、脱メタン、脱エタンおよび脱プロパンを行う形態について説明したが、脱プロパンを行う必要はなく、脱メタンおよび脱エタンのみ行ってもよい。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。なお、圧力単位における（Ａ）は、絶対圧を意味する。
【００５３】
〔実施例１〕
ここでは図２に示したフローを有する原料液化天然ガスからのエタン、プロパン及びブタンの回収プロセスを用いた例を説明する。ここでは、圧力０．５ＭＰａ（Ａ）、温度−１５２℃の原料液化天然ガス１０１（流量６２５トン／時）が本プロセスに導入される。この原料液化天然ガス組成は、表１に示されるとおりである。
【００５４】
【表１】
2007024489.tif 000003
【００５５】
原料液化天然ガスは原料液化天然ガスポンプ６で昇圧され、塔頂ガスコンデンサー２と加圧残留ガス熱交換器９において脱メタン塔塔頂ガスとの熱交換を行う。これにより脱メタン塔フィード１０３は約−１００℃まで加熱され、脱メタン塔１の１２段目に供給される。
【００５６】
脱メタン塔は、内部に理論段ベースで２３段のトレイが設置され、塔頂では圧力１．５ＭＰａ（Ａ）〜３．５ＭＰａ（Ａ）、温度−１１０℃〜−９０℃の条件で運転される。
【００５７】
脱メタン塔の１６段目には中間段熱交換器５が一基のみ設置され、脱メタン塔を流下する約−１００℃の液体の一部を抜き出し（ライン１５１）、熱移動媒体として用いられるメタノール５０１と熱交換を行う。メタノールは脱メタン塔の中間段熱交換器出口（ライン５０２）において−４５℃まで冷やされ、サージドラム３１、循環ポンプ３２を経由し、脱エタン塔１１と脱プロパン塔２１の塔頂ガスコンデンサーの冷却媒体として利用される。脱エタン塔は塔頂において圧力１．６５ＭＰａ（Ａ）、温度−１４．６℃で運転され、脱プロパン塔は圧力０．７４ＭＰａ（Ａ）、温度１６．４℃で運転される。
【００５８】
表２に、実施例１−１、１−２および１−３として、脱メタン塔の運転圧力を変化させた場合の性能比較を示す。脱メタン塔の運転圧力を上げたケースではコンプレッサーの動力を削減することができるが、エタンの回収率（原料液化天然ガス１０１に含まれるエタンの量に対する製品エタン２０５の量の割合）は低下する。一方、低圧で運転する方が、蒸留塔を軽量化することができ、蒸留塔の制作費を削減することができる。いずれのケースも実施可能であり、初期投資、ランニングコストなどを総合的に勘案して脱メタン塔の運転圧力を決めればよい。
【００５９】
【表２】
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【００６０】
〔実施例２〕
ここでは図３に示すように、脱エタン塔、脱プロパン塔の塔頂ガスコンデンサーの冷却媒体として、より好適な温度レベルを熱移動媒体に与えるために、脱メタン塔の中間段熱交換器を二基設置した例を示す。つまり脱エタン塔塔頂ガスを冷却するための熱移動媒体循環系と、脱プロパン塔塔頂ガスを冷却するための熱移動媒体循環系が別個に設けられ、それぞれの熱移動媒体循環系に中間段熱交換器が配される。例えば脱エタン塔の軽量化、サイズ縮小のために、脱エタン塔の更なる低圧化を行う場合には、塔頂ガスコンデンサーにおいて、より低い温度の冷却媒体を用いることが必要となる。一方で脱プロパン塔を更に低圧設計したとしても脱エタン塔ほどの低温の冷却媒体は必要としない。脱エタン塔および脱プロパン塔の塔頂ガスの凝縮に必要とする温度レベルが異なるために、脱メタン塔の中間段熱交換器を上記のように二基設置することにより、より好適な温度の冷却媒体を脱エタン塔および脱プロパン塔に供給することが可能となる。
【００６１】
図３には、脱メタン塔、脱メタン塔の塔底液２０１以降のライン、および熱移動媒体の循環ラインを示してある。脱メタン塔フィード１０３より上流のライン、脱メタン塔の塔頂ガス１０４より下流のライン、脱メタン塔リフラックス１０６より上流のラインは、図２に示される実施例１の形態と同様であり、図示は省略してある。
【００６２】
ここでは、実施例１と同じ組成の原料液化天然ガス１０３が同じ温度、圧力条件で脱メタン塔の１２段目に導入される。
【００６３】
脱エタン塔およびプロパン塔の塔頂部運転圧力は、実施例２−１ではそれぞれ０．４０ＭＰａ（Ａ）および０．３５ＭＰａ（Ａ）であり、実施例２−２ではそれぞれ１．６５ＭＰａ（Ａ）および０．４０ＭＰａ（Ａ）である。表３および表４にはこれらのケースと実施例１−２との比較を示してある。
【００６４】
脱メタン塔に中間段熱交換器を設置しない場合の塔内温度分布の例を図４に示す。この図に示されているように、２０段目までは−１００℃の低温であるが、それ以降の段では急激に温度が上昇する。脱エタン塔１１の運転圧力を表３に示すように１．６５ＭＰａ（Ａ）から０．４ＭＰａ（Ａ）まで下げた場合、脱エタン塔塔頂での運転温度は−５８℃となるため、脱エタン塔塔頂ガスコンデンサー用中間段熱交換器５ａはフィード段である１２段目から−１００℃の冷熱を回収できる２０段目の間に設置することができる。
【００６５】
一方、脱プロパン塔２１は表４に示すように運転圧力を下げても、コスト削減効果は比較的小さいため、０．７４ＭＰａ（Ａ）の圧力で設計すればよい。この場合に必要な冷熱は１６．４℃であるため、中間段熱交換器５ｂは２０段目以降に設置することができる。
【００６６】
中間段熱交換器を二基設置すると、熱移動媒体循環系の機器数は実施例１よりも２倍必要となり、また脱エタン塔１１はより低温な流体を扱うため、ステンレス鋼等の低温に耐える材質を選ぶ必要が出てくる。一方で軽量化、サイズの縮小により、輸送費や建設費の削減等の効果が期待できる。
【００６７】
中間段熱交換器の数も、経済性を総合的に考慮して決めればよい。
【００６８】
【表３】
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【００６９】
【表４】
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【００７０】
〔比較例１〕
熱移動媒体による冷熱回収ならびに脱エタン塔および脱プロパン塔塔頂ガスの凝縮に替えて、図５に示すように、脱メタン塔フィードを空気顕熱により加熱するプロセスについて検討した。脱メタン塔フィードライン１０３に脱メタン塔フィード予熱器６２を設け、この予熱器に空気式加熱器６１で加熱された不凍液（グリコール水）６０１を供給して脱メタン塔フィードを加熱する。加熱を終えた不凍液６０２は不凍液循環ポンプ６３によって昇圧され、空気式加熱器６１に供給される。
【００７１】
また、脱エタン塔塔頂ガスコンデンサーおよび脱プロパン塔塔頂ガスコンデンサーで各塔の塔頂ガスを冷却するための冷却媒体としては、熱移動媒体に替えて、製品液化天然ガスを用いた。
【００７２】
以上の点以外は、図２に示される実施例１で用いたプロセスと同様のプロセスについて検討した。
【００７３】
図５においては、ライン１０５の下流、ライン１０６の上流、ライン１０８の上流、ライン１０９の下流のラインは省略してある。また脱エタン塔フィード２０１の下流も省略してあり、脱エタン塔塔頂ガスコンデンサーおよび脱プロパン塔塔頂ガスコンデンサーの上記冷却媒体による冷却系も省略してある。
【００７４】
脱メタン塔１に供給される液化天然ガスは実施例１と同様の条件とした。表５に比較対象とした機器の条件を示す。図２のプロセスにおいては、脱メタン塔の中間段熱交換器５、熱移動媒体サージドラム３１、熱移動媒体循環ポンプ３２が存在する。一方、空気加熱器を設置する場合に必要となる機器は、空気加熱器６１、脱メタン塔フィード予熱器６２、不凍液循環ポンプ６３である。脱エタン塔および脱プロパン塔の塔頂ガスを凝縮させるための冷却系も必要となるがここでは考慮しなかった。
【００７５】
空気加熱器を設置する場合、中間段熱交換器を設置した場合に比べ、１．４倍の機器コストが必要となる。さらに空気加熱器は設置面積が非常に大きくなり、それを支える架台、及び十分な設置スペースが必要となり、さらに投資コストが必要となる。また、運転費の比較として各ケースの動力を比較すると、空気加熱器を設置した場合は３２０ｋＷ余分に電力を消費する。これにより中間段熱交換器を設置するほうが投資コスト、運転コストともに削減することができることがわかる。
【００７６】
【表５】
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【００７７】
〔比較例２〕
熱移動媒体による冷熱回収ならびに脱エタン塔および脱プロパン塔塔頂ガスの凝縮に替えて、中間段熱交換器を二基設置し、脱エタン塔および脱プロパン塔の塔頂ガスをそれぞれ中間段熱交換器へ直接導き、脱メタン塔内部液体と熱交換する場合について検討した。
【００７８】
図６に示すように、脱エタン塔塔頂ガス２０２は中間段熱交換器５ａに導かれ、ここで脱メタン塔内部液体１５１ａによって冷却され、脱エタン塔リフラックスドラム１３を経、一部は脱エタン塔リフラックス２０４として脱エタン塔に戻され、残部が製品エタン２０５となる。
【００７９】
脱プロパン塔、および脱プロパン塔塔頂ガスを冷却するための熱移動媒体循環系（中間段熱交換器を含む）は図示を省略してあるが、上に示した脱エタン塔の場合と同様に、脱プロパン塔塔頂ガスが中間段熱交換器（不図示）に導かれ、脱メタン塔内部液体１５１ｂとの熱交換によって冷却され、脱プロパン塔リフラックスドラム（不図示）を経、一部は脱プロパン塔リフラックスとして脱プロパン塔に戻され、残部が製品プロパンとなる。
【００８０】
上記点以外は、図３に示される実施例２の形態と同様である。図６においては、ライン１０３の上流、ライン１０４の下流、ライン１０６の上流、ライン１５１ｂの下流、ライン１５２ｂの上流、ライン３０１の下流は省略してある。
【００８１】
表６には中間段熱交換器における直接熱交換と間接熱交換の比較を示している。直接熱交換を行う中間段熱交換器では通常運転時には問題とならないが、ターンダウン運転（部分負荷運転）において塔頂ガスコンデンサーの伝熱面積が過剰となり、脱エタン塔もしくは脱プロパン塔の塔頂ガスが過剰冷却されることがある。脱エタン塔および脱プロパン塔には炭素鋼もしくはキルド鋼を用いることができるが、過冷却されたリフラックスがこのような蒸留塔に供給されると、蒸留塔はこれら材料の許容温度以下の熱衝撃を与えられることがあり、安全面で懸念が生じる。
【００８２】
また中間段熱交換器が破損した場合、−１００℃もの低温の液化天然ガスが脱エタン塔もしくは脱プロパン塔に流入し、熱衝撃を与える可能性がある。その対策として−１００℃の低温に耐えるステンレス鋼等の材料を用いて脱エタン塔もしくは脱プロパン塔を製作することも考えられるが、この場合製作コストの上昇により経済性が低下する。
【００８３】
一方、メタノール等の熱移動媒体を介した中間段熱交換器では、熱移動媒体の冷却温度を温度コントロールできるため、脱エタン塔および脱プロパン塔の塔頂ガスコンデンサーへの冷熱供給において安定した冷熱温度を保つことが可能となる。
【００８４】
また、各蒸留塔のオーバーヘッドコンデンサーに流れる流量も流量コントロールにより可視化されるため、脱エタン塔および脱プロパン塔のコントロールが容易となる利点がある。
【００８５】
さらに、熱移動媒体の運転圧力および設計圧力を脱メタン塔、脱エタン塔、脱プロパン塔の運転圧力よりも低くすることにより、熱交換器の破損による漏洩の場合にも蒸留塔には流体が混入せず、熱移動媒体サージドラムに設けた逃がし弁などにより系外へ速やかに排出することができる。
【００８６】
【表６】
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【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、液化天然ガスからエタン等の炭化水素を分離・回収するために好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の液化天然ガスからの炭化水素の分離装置の一形態を説明するためのフロー図である。
【図２】本発明の液化天然ガスからの炭化水素の分離装置の別の形態を説明するためのフロー図である。
【図３】本発明の液化天然ガスからの炭化水素の分離装置のさらに別の形態を説明するためのフロー図である。
【図４】脱メタン塔の塔内温度分布の例を示すグラフである。
【図５】比較例１で採用した炭化水素の分離装置を説明するためのフロー図である。
【図６】比較例２で採用した炭化水素の分離装置を説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
【００８９】
１  脱メタン塔
２  脱メタン塔塔頂ガスコンデンサー
３  脱メタン塔リフラックスドラム
４  脱メタン塔リボイラー
５  脱メタン塔中間段熱交換器
６  原料液化天然ガス昇圧ポンプ
７  製品液化天然ガス払い出しポンプ
８  残留ガスコンプレッサー
９  加圧残留ガス熱交換器
１１  脱エタン塔
１２  脱エタン塔塔頂ガスコンデンサー
１３  脱エタン塔リフラックスドラム
１４  脱エタン塔リボイラー
２１  脱プロパン塔
２２  脱プロパン塔塔頂ガスコンデンサー
２３  脱プロパン塔リフラックスドラム
２４  脱プロパン塔リボイラー
３１  熱移動媒体サージドラム
３２  熱移動媒体循環ポンプ
６１  空気式加熱器
６２  脱メタン塔フィード予熱器
６３  不凍液循環ポンプ
１０１  原料液化天然ガス
１０３  脱メタン塔フィード
１０４  脱メタン塔塔頂ガス
１０５  脱メタン塔塔頂ガスをコンデンサーで冷却して得られる流体
１０６  脱メタン塔リフラックス液
１０７  残留ガス
１０８  加圧残留ガス
１０９  液化加圧残留ガス
１５１  脱メタン塔内部液体抜き出しライン
１５２  ライン１５１の戻しライン
１９１  製品液化天然ガス
２０１  脱エタン塔フィード（脱メタン塔塔底液）
２０２  脱エタン塔塔頂ガス
２０３  脱エタン塔塔頂ガスをコンデンサーで冷却して得られる流体
２０４  脱エタン塔リフラックス液
２０５  製品エタン
３０１  脱プロパン塔フィード（脱エタン塔塔底液）
３０２  脱プロパン塔塔頂ガス
３０４  脱プロパン塔リフラックス液
３０５  製品プロパン
４０１  製品ブタン
５０１  脱エタン塔もしくは脱プロパン塔のコンデンサーで加熱された熱移動媒体
５０２  中間段熱交換器で冷却された熱移動媒体
５０５  脱エタン塔のコンデンサーへ供給される熱移動媒体
５０６  脱エタン塔のコンデンサーで加熱された熱移動媒体
５１５  脱プロパン塔のコンデンサーへ供給される熱移動媒体
５１６  脱プロパン塔のコンデンサーで加熱された熱移動媒体
６０１  空気加熱器で加熱された不凍液
６０２  脱メタン塔フィード予熱器で冷却された不凍液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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