(57)【要約】  本発明の方法は高圧混合メタンガス供給ストリームからＬＭＧを連続的に生産するためのものである。この方法は、年間４００〜１５０００ＭＴ程度の小型ＬＭＧ生産プラントに使用するのに好適であり、混合メタンガス供給ストリームの窒素含量がほぼ無いか様々な時に好適である。本発明は、窒素含量が臨界値より高いものを含めて、中規模は勿論、大規模プラントのデザインにも非常に有用である。本発明の方法と装置は、窒素を大気中に排出する時にメタンガスの損失を下げることができる。工場で組み立てられて包装状態で各種の現場に移せる汎用プラントのデザインにも適用することができる。【選択図】図１
2017532524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変的な含量の窒素とメタンを含有した混合メタンガス供給ストリームからＬＭＧ（ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  ｍｅｔｈａｎｅ  ｇａｓ）を生産する方法であって、
（Ａ）第１極低温冷媒を用いる第１熱交換器と第２極低温冷媒を用いる第２熱交換器に混合メタンガス供給ストリームを順に通過させて混合メタンガス供給ストリームの少なくとも一部を凝縮するステップ、
（Ｂ）第２熱交換器から出た混合メタンガス供給ストリームを分別蒸留カラムの中位の入口に送るステップ、
（Ｃ）混合メタンガス供給ストリームに窒素がある時、分別蒸留カラム内部の混合メタンガス供給ストリームを窒素高含有ガス留分とメタン高含有液体留分に分離するステップ、
（Ｄ）分別蒸留カラムの底に集まった（ＬＭＧを形成する）メタン高含有液体留分を底の出口を通して排出するステップ、
（Ｅ）（Ｄ）ステップで底の出口から出たＬＭＧを第２極低温冷媒を用いる第３熱交換器に通過させてＬＭＧをさらに冷却するステップ、
（Ｆ）（Ｃ）ステップの混合メタンガス供給ストリームに窒素が存在する時に下記の過程を行うステップ、
（ｉ）分別蒸留カラムの上段出口を通して窒素高含有ガス留分を排出して窒素高含有ガス留分を生成し、
（ｉｉ）窒素高含有ガス留分を第１極低温冷媒を用いる第４熱交換器と、第２極低温冷媒を用いる第５熱交換器に順に通過させ、
（ｉｉｉ）第５熱交換器から出た窒素高含有ガス留分を窒素相分離器に送って液相と気相が分離され、
（ｉｖ）窒素相分離器の内部に集まった液相が排出され、重力によって分別蒸留カラムの中位の入口と上段出口との間の上部入口に入り、
（ｖ）気相が窒素相分離器の内部から出て膨張バルブに入り、
（ｖｉ）膨張バルブから出た膨張ガスを第１極低温冷媒として用い、第１極低温冷媒は膨張バルブの出口から始まって第４熱交換器と第１熱交換器を順に通過する開ループである第１冷媒回路を循環し、
（ｖｉｉ）第１極低温冷媒が第１冷媒回路の第１熱交換器から出て排気され、
（Ｇ）独立極低温冷却システムから始まって第５熱交換器と第３熱交換器と第２熱交換器を経て独立極低温冷却システムに戻る閉ループである第２冷媒回路において第２極低温冷媒を循環させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
第１冷媒回路から出た第１極低温冷媒が１ｖｏｌ％未満のメタンガスを含有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１冷媒回路から出た第１極低温冷媒が排気される時に大気中に直接排気されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
（Ｄ）ステップで下段出口から排出されたＬＭＧの窒素含量が２ｖｏｌ％未満、好ましくは１ｖｏｌ％未満であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
第１熱交換器に入る混合メタンガス供給ストリームの圧力が１，３８０ｋＰａｇ〜２，０７０ｋＰａｇであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
（Ｃ）ステップの混合メタンガス供給ストリームに窒素が存在する時、窒素高含有ガス留分の少なくとも一部が第５熱交換器の内部で液相への相変化を経ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
（Ｃ）ステップの混合メタンガス供給ストリームに窒素が存在する時、窒素高含有ガス留分の残りの部分が第４熱交換器の内部で液相への相変化を経ることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
混合メタンガス供給ストリームを分別蒸留カラムの内部で分離するステップにおいて混合メタンガス供給ストリームの一部を分別蒸留カラムの内部から外部のリボイラー回路を通して循環させ、リボイラー回路はバイパス回路を通してくる混合メタンガス供給ストリームと熱交換関係にある第６熱交換器を通過し、バイパス回路の入口と出口の両方とも第１熱交換器の下流と第２熱交換器の上流に位置することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
混合メタンガス供給ストリームの少なくとも一部は埋立地と嫌気性消化槽のうち少なくとも一つから出るバイオガスであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記バイオガスが臨界値より少ない含量のメタンガスを含有する時、混合メタンガス供給ストリームの一部が他のメタンガス供給源から出るガスを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
窒素含量が３ｖｏｌ％未満である時に混合メタンガス供給ストリームに窒素がないことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
可変的な含量の窒素とメタンを含有した混合メタンガス供給ストリームからＬＭＧを生産する方法において、
（Ａ）第１極低温冷媒を用いる第１熱交換器と第２極低温冷媒を用いる第２熱交換器に混合メタンガス供給ストリームを順に通過させて混合メタンガス供給ストリームの少なくとも一部を凝縮するステップ、
（Ｂ）第２熱交換器から出た混合メタンガス供給ストリームを分別蒸留カラムの中位の入口に送り、メタン高含有液体留分と窒素高含有ガス留分に分離するステップ、
（Ｃ）分別蒸留カラムの底に集まった（ＬＭＧを形成する）メタン高含有液体留分を底の出口を通して排出するステップ、
（Ｄ）（Ｃ）ステップで底の出口から出たＬＭＧを第３熱交換器に通過させてＬＭＧをさらに冷却するステップ、
（Ｅ）分別蒸留カラムの上段出口を通して窒素高含有ガス留分を排出して窒素高含有ガス留分を生成するステップ、
（Ｆ）窒素高含有ガス留分を第１極低温冷媒を用いる第４熱交換器と、第２極低温冷媒を用いる第５熱交換器に順に通過させ、窒素高含有ガス留分の少なくとも一部が第５熱交換器の内部で液相への相変化を経るステップ、
（Ｇ）第５熱交換器から出た窒素高含有ガス留分を窒素相分離器に送って液相と気相が分離されるステップ、
（Ｈ）窒素相分離器の底に集まった液相が排出され、重力によって分別蒸留カラムの中位の入口と上段出口との間の上部入口に入るステップ、
（Ｉ）気相が窒素相分離器の上段から出て膨張バルブに入るステップ、
（Ｊ）膨張バルブから出た膨張ガスを第１極低温冷媒として用い、第１極低温冷媒は膨張バルブの出口から始まって第４熱交換器と第１熱交換器を順に通過する開ループである第１冷媒回路を循環するステップ、
（Ｋ）第１極低温冷媒が第１冷媒回路の第１熱交換器から出て排気されるステップ、及び
（Ｌ）独立極低温冷却システムから始まって第５熱交換器と第３熱交換器と第２熱交換器を経て独立極低温冷却システムに戻る閉ループである第２冷媒回路において第２極低温冷媒を循環させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
第１冷媒回路から出た第１極低温冷媒が１ｖｏｌ％未満のメタンガスを含有することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第１冷媒回路から出た第１極低温冷媒が排気される時に大気中に直接排気されることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
（Ｃ）ステップで下段出口から排出されたＬＭＧの窒素含量が２ｖｏｌ％未満、好ましくは１ｖｏｌ％未満であることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
第１熱交換器に入る混合メタンガス供給ストリームの圧力が１，３８０ｋＰａｇ〜２，０７０ｋＰａｇであることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
窒素高含有ガス留分の一部が第４熱交換器の内部で液相への相変化を経ることを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
混合メタンガス供給ストリームを分別蒸留カラムの内部で分離するステップにおいて混合メタンガス供給ストリームの一部を分別蒸留カラムの内部から外部のリボイラー回路を通して循環させ、リボイラー回路はバイパス回路を通してくる混合メタンガス供給ストリームと熱交換関係にある第６熱交換器を通過し、バイパス回路の入口と出口の両方とも第１熱交換器の下流と第２熱交換器の上流に位置することを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
混合メタンガス供給ストリームの少なくとも一部は埋立地と嫌気性消化槽のうち少なくとも一つから出るバイオガスであることを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記バイオガスが臨界値より少ない含量のメタンガスを含有する時、混合メタンガス供給ストリームの一部が他のメタンガス供給源から出るガスを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
可変的な含量の窒素とメタンを含有した混合メタンガス供給ストリームの生産装置において、
上段出口、下段出口、中位の入口、及び中位の入口と上段出口との間の上部入口を有する分別蒸留カラム、
混合メタンガス供給ストリーム回路の入口、第１熱交換器、第２熱交換器及び分別蒸留カラムの中位の入口の間に延びる混合メタンガス供給ストリーム回路、
分別蒸留カラムの下段出口、第３熱交換器及びＬＭＧ回路の出口の間に延びるＬＭＧ回路、
中位の入口、上段出口及び下段出口を有する窒素相分離器であって、窒素相分離器の下段出口が分別蒸留カラムの上部入口上に位置し、上部入口と連結される窒素相分離器、
窒素相分離器の上段出口に直接連結される膨張バルブ、
膨張バルブの入口、第４熱交換器、第１熱交換器及び第１冷媒回路の排気口を連結する開ループ第１冷媒回路、
独立極低温冷却システムの出口、第５熱交換器、第３熱交換器、第２熱交換器及び独立極低温冷却システムの入口を連結する閉ループ第２冷媒回路、及び
分別蒸留カラムの上段出口、第４熱交換器、第５熱交換器及び窒素相分離器の中位の入口を連結する窒素高含有ガス留分回路を含むことを特徴とする混合メタンガス供給ストリーム生産装置。
【請求項２２】
第６熱交換器及び分別蒸留カラムに連結されたリボイラー回路をさらに含み、前記リボイラー回路はバイパス回路を通してくる混合メタンガス供給ストリームと熱交換関係にある第６熱交換器を通過し、バイパス回路の入口と出口の両方とも混合メタンガス供給ストリーム回路において第１熱交換器の下流と第２熱交換器の上流に位置することを特徴とする、請求項２１に記載の混合メタンガス供給ストリーム生産装置。
【請求項２３】
ＬＭＧ回路の出口が貯蔵タンク内に位置することを特徴とする、請求項２１または２２に記載の混合メタンガス供給ストリーム生産装置。
【請求項２４】
第１冷媒回路の排気口の上流に窒素熱回収交換器が位置することを特徴とする、請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の混合メタンガス供給ストリーム生産装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給源を用いてＬＭＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｍｅｔｈａｎｅ  Ｇａｓ）を生産する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスは大部分がメタンガス（ＣＨ４）からなる炭化水素ガスであって、大概エネルギー源として用いられる。天然ガスは圧縮状態でパイプラインを通して輸送されるが、貯蔵と輸送を容易にするために極低温で液体形態に変換されることができる。ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）は気体状態よりその体積が相当に小さい。そのため、ＬＮＧはパイプラインのない長距離輸送に経済的である。
【０００３】
ＬＮＧの生産、特に工業的ベースロード生産プラントとピークシェービングプラントに用いられる各種の技術がある。このようなプラントは一般に大規模のＬＮＧ生産能力を有するが、相当な先行投資が必要である。例えば、ベースロード生産プラントのＬＮＧ生産能力は年間１，５００，０００〜５，０００，０００ＭＴ程度であり、大量のＬＮＧを極低温タンクに貯蔵してからＬＮＧ輸送タンカーに移す。また、天然ガス井やパイプラインから直接天然ガスの供給を受けたりもする。ピークシェービングプラントのＬＮＧ生産能力は年間３５，０００〜１５０，０００ＭＴ程度であり、主にピーク消費期間中に天然ガスパイプラインの要求に合わせるために天然ガスを液体形態で貯蔵し、主にパイプライン品質の天然ガスの供給を受ける。
【０００４】
天然ガスはメタンを８５ｖｏｌ％程度含有し、残りはエタン、プロパン、多量の炭化水素成分、少量の水蒸気、窒素及び／又は二酸化炭素である。水銀、硫化水素、メルカプタンのような他成分も少量で存在することができる。
【０００５】
ＬＮＧは他の燃料より長所が多いため、輸送手段の代替燃料としての使用量が益々増加している。例えば、同じ走行距離でも炭素と粒子排出量が低いため、他の化石燃料より清浄であり、且つ、エンジンの寿命を相当に増やす。しかし、このような長所にもかかわらず、輸送手段にＬＮＧを広く用いるには多くの制限がある。ＬＮＧ生産プラントと分配所の数が制限されるしかなく、特に人口密集地域から離れるとよりそうである。長距離ＬＮＧ輸送は依然としてＬＮＧの環境的で経済的な長所を低下させる。
【０００６】
年間生産量３，５００〜３５，０００ＭＴ程度のミニＬＮＧプラントと呼ばれる少量ＬＮＧ生産施設が提案されたりもしたが、このようなプラントは、パイプライン品質の天然ガスの供給を受け、他のプラントに比べて投資費用は少ないが、生産量に比べて費用が多くかかり、エネルギー効率も低いという問題がある。例えば、初期メタン供給量の２０〜３５ｖｏｌ％程度が失われて経済的な損失は勿論、大気中に相当量のメタンが直接排出されて環境を汚染させたりもする。
【０００７】
天然ガスは多数のメタンガス供給源のうちの一つに過ぎない。例えば、埋立地と嫌気性消化槽から生じられる相当量のバイオガスは４０〜６５％程度のメタンガスを含有し、残りは最大５０％程度の二酸化炭素、数％〜３０％程度の窒素、最大３％程度の少量の酸素、及び最大０．５％程度の硫化水素である。このような値は例示したものに過ぎず、シロキサン、水銀、ＶＯＣ（ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃａｒｂｏｎ）、メルカプタンのような他成分も少量で存在することができる。
【０００８】
埋立地のバイオガスは収集地の圧力と温度状態で水に飽和されるのが普通であり、空気浸透のために一般的な量より低いメタンを含有することもできる。外部から直接空気が浸透すれば、酸素と窒素の含量はほぼそのまま残り、空気が埋立地から生じられたバイオガスを希薄させるのみである。しかし、空気がバイオガスに入る前に埋立地そのものに浸透すれば、酸素の一部や全体が二酸化炭素に変わり、窒素は影響を受けない。
【０００９】
バイオガスに含まれたメタンガス留分はＬＭＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｍｅｔｈａｎｅ  Ｇａｓ）に変換される。ＬＭＧはエネルギーと品質の観点でＬＮＧと同格である。よって、燃料補給所においてＬＮＧの代わりにＬＭＧを使用することができ、バイオガスが埋立地のような地域から得られるので特に有用である。小さく分散した生産プラントにおいてバイオガスをＬＭＧに変換すれば、遠隔地において燃料補給所を大幅に増やせるので非常に好ましい。この場合、バイオガスを燃やすか燃やせずに大気に直接放出することより環境や経済的に非常に有利である。
【００１０】
埋立地と嫌気性消化槽のメタン生産能力は年間４００〜１５，０００ＭＴ程度としてミニＬＮＧプラントより小さく、従来の方式では投資費用の回収や利益を得るのが難しい。大半の液化プラントは与えられた敷地に安定的で特徴的な専用設備を使用する。既存のデザインを様々な条件に使用できるようにすることは容易ではない。バイオガスに含まれたメタンガスをバイオガス固有のＬＭＧに変換するにも多くの問題があり、そのうち一つは埋立地でバイオガスを採取する時にメタンガスの比率と流量の予測性の問題である。埋立地から収集されたバイオガスの流量がＬＭＧに変換するのに不充分なこともあり、空気浸透のためにメタン量が不充分なこともある。
【００１１】
他の問題は経済性である。高い投資費用が小型プラントに対する投資を遅延させる。特に、大量販売で費用を充当することができない。ＬＭＧ生産をするのに必要な設備の高い運用費用も重要な役割をする。プラントがエネルギー使用のためにそれ自身のメタンガスを使う時にもＬＭＧ生産量が低い。また、工程制限のためにメタンの損失が収益性に影響を与える。
【００１２】
既存のシステムの高い投資費用と運用費用は非常に高い圧力が必要なことと関連する。６，８００ｋＰａｇ（１０００ｐｓｉｇ）以上の圧力は一般的ではない。メタンを液体に凝縮し貯蔵するのに−１６０℃程度の極低温が必要であるが、高圧圧縮器のコストとこのような設備を立てるのに必要な他の装備の費用は小型プラントの場合に重要な因子である。このような高圧圧縮器を作動させるのに必要なエネルギー費用も非常に高価である。
【００１３】
ＬＮＧとパイプライン品質の天然ガスの両方とも窒素含量が低いとは言っても、液化や他の各種の処理過程後にも天然ガスに窒素が存在しうる。例えば、ガス井から天然ガスを抽出する過程中に窒素が天然ガスに混ざったりもする。窒素の大部分は蒸留カラム（ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ  ｃｏｌｕｍｎ）において後処理で除去されなければならない。窒素含量が３％程度として無視できるほどではない時、メタンから窒素を分離するのに極低温が有用である。
【００１４】
窒素は優れた冷媒ではないが、圧縮されてから膨張しつつ非常に大きな圧力降下がある時には非常に低い温度を出してメタンを液化させる極低温冷媒として用いられることができる。一つの方案は、既に天然ガスに混入された窒素を、メタンガスを液化し窒素を分離するための冷媒として用いることである。特許文献１にこのような方式が紹介されているが、高い投資費用と運用費用及び複雑な装備が問題である。他の問題は、窒素の存在が常に必要であり、供給ガス中の窒素の含量が低すぎると過程を中断しなければならないということである。
【００１５】
従来の他の方式も類似したような問題を有しており、特に小型プラントの場合に多くの問題を抱えている。
【００１６】
従来の方式は下記のような問題を有する：
−埋立地と嫌気性消化槽のメタンガス生産量に合わせるために年間４００〜１５，０００ＭＴ程度のＬＭＧ生産能力に比べて小型化するのが難しく；
−供給ガスの窒素比率が低い時に長期間連続して行うことができず；
−投資費用とエネルギーの観点で費用が多くかかり；
−メタンガス供給源に関係なく一定した品質のＬＭＧを生産するのが困難であり；
−工場で組み立てられて様々な現場に移して短時間に稼動させるためのプラントのような汎用プラントに適用するのが困難である。
【００１７】
すなわち、本分野では依然として技術的に改善する余地が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第６９７８６３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、従来の方式の問題点を解決しようとする。本発明は、既存の設備より非常に低い圧力でＬＭＧを生産する方法を提示し、窒素が全く／ほぼない状態を含めて窒素含量が非常に様々な混合メタンガス供給ストリームを処理することができる。本発明は、年間４００〜１５，０００ＭＴ程度の生産能力を有する小型ＬＭＧ生産プラントに適用するのに特に好適であり、これは投資費用とエネルギー条件が比較的に低いためである。メタン供給源に関係なく一定した品質を有するＬＭＧを生産するのに使用することができ、これはバイオガスを使う時に好ましい。本発明は、窒素含量が臨界値より高いものを含めて、中規模は勿論、大規模プラントのデザインにも非常に有用である。本発明の方法と装置は、窒素を大気中に排出する時にメタンガスの損失を下げることができる。工場で組み立てられて包装状態で各種の現場に移せる汎用プラントのデザインにも適用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、可変的な含量の窒素とメタンを含有した混合メタンガス供給ストリームからＬＭＧ（ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  ｍｅｔｈａｎｅ  ｇａｓ）を生産する方法を提供し、この方法は、（Ａ）第１極低温冷媒を用いる第１熱交換器と第２極低温冷媒を用いる第２熱交換器に混合メタンガス供給ストリームを順に通過させて混合メタンガス供給ストリームの少なくとも一部を凝縮するステップ、（Ｂ）第２熱交換器から出た混合メタンガス供給ストリームを分別蒸留カラムの中位の入口に送るステップ、（Ｃ）混合メタンガス供給ストリームに窒素がある時、分別蒸留カラム内部の混合メタンガス供給ストリームを窒素高含有ガス留分とメタン高含有液体留分に分離するステップ、（Ｄ）分別蒸留カラムの底に集まった（ＬＭＧを形成する）メタン高含有液体留分を底の出口を通して排出するステップ、（Ｅ）（Ｄ）ステップで底の出口から出たＬＭＧを第２極低温冷媒を用いる第３熱交換器に通過させてＬＭＧをさらに冷却するステップ、（Ｆ）（Ｃ）ステップの混合メタンガス供給ストリームに窒素が存在する時に下記の過程を行うステップ、（ｉ）分別蒸留カラムの上段出口を通して窒素高含有ガス留分を排出して窒素高含有ガス留分を生成し、（ｉｉ）窒素高含有ガス留分を第１極低温冷媒を用いる第４熱交換器と、第２極低温冷媒を用いる第５熱交換器に順に通過させ、（ｉｉｉ）第５熱交換器から出た窒素高含有ガス留分を窒素相分離器に送って液相と気相が分離され、（ｉｖ）窒素相分離器の内部に集まった液相が排出され、重力によって分別蒸留カラムの中位の入口と上段出口との間の上部入口に入り、（ｖ）気相が窒素相分離器から出て膨張バルブに入り、（ｖｉ）膨張バルブから出た膨張ガスを第１極低温冷媒として用い、第１極低温冷媒は膨張バルブの出口から始まって第４熱交換器と第１熱交換器を順に通過する開ループである第１冷媒回路を循環し、（ｖｉｉ）第１極低温冷媒が第１冷媒回路の第１熱交換器から出て排気され、（Ｇ）独立極低温冷却システムから始まって第５熱交換器と第３熱交換器と第２熱交換器を経て独立極低温冷却システムに戻る閉ループである第２冷媒回路において第２極低温冷媒を循環させるステップを含む。
【００２１】
本発明は、可変的な含量の窒素とメタンを含有した混合メタンガス供給ストリームからＬＭＧを生産する他の方法も提示し、この方法は、（Ａ）第１極低温冷媒を用いる第１熱交換器と第２極低温冷媒を用いる第２熱交換器に混合メタンガス供給ストリームを順に通過させて混合メタンガス供給ストリームの少なくとも一部を凝縮するステップ、（Ｂ）第２熱交換器から出た混合メタンガス供給ストリームを分別蒸留カラムの中位の入口に送り、メタン高含有液体留分と窒素高含有ガス留分に分離するステップ、（Ｃ）分別蒸留カラムの底に集まった（ＬＭＧを形成する）メタン高含有液体留分を底の出口を通して排出するステップ、（Ｄ）（Ｃ）ステップで底の出口から出たＬＭＧを第３熱交換器に通過させてＬＭＧをさらに冷却するステップ、（Ｅ）分別蒸留カラムの上段出口を通して窒素高含有ガス留分を排出して窒素高含有ガス留分を生成するステップ、（Ｆ）窒素高含有ガス留分を第１極低温冷媒を用いる第４熱交換器と、第２極低温冷媒を用いる第５熱交換器に順に通過させ、窒素高含有ガス留分の少なくとも一部が第５熱交換器の内部で液相への相変化を経るステップ、（Ｇ）第５熱交換器から出た窒素高含有ガス留分を窒素相分離器に送って液相と気相が分離されるステップ、（Ｈ）窒素相分離器の底に集まった液相が排出され、重力によって分別蒸留カラムの中位の入口と上段出口との間の上部入口に入るステップ、（Ｉ）気相が窒素相分離器の上段から出て膨張バルブに入るステップ、（Ｊ）膨張バルブから出た膨張ガスを第１極低温冷媒として用い、第１極低温冷媒は膨張バルブの出口から始まって第４熱交換器と第１熱交換器を順に通過する開ループである第１冷媒回路を循環するステップ、（Ｋ）第１極低温冷媒が第１冷媒回路の第１熱交換器から出て排気されるステップ、及び（Ｌ）独立極低温冷却システムから始まって第５熱交換器と第３熱交換器と第２熱交換器を経て独立極低温冷却システムに戻る閉ループである第２冷媒回路において第２極低温冷媒を循環させるステップを含む。
【００２２】
本発明は、可変的な含量の窒素とメタンを含有した混合メタンガス供給ストリームの生産装置も提示し、この装置は、上段出口、下段出口、中位の入口、及び中位の入口と上段出口との間の上部入口を有する分別蒸留カラム、混合メタンガス供給ストリーム回路の入口、第１熱交換器、第２熱交換器及び分別蒸留カラムの中位の入口の間に延びる混合メタンガス供給ストリーム回路、分別蒸留カラムの下段出口、第３熱交換器及びＬＭＧ回路の出口の間に延びるＬＭＧ回路、中位の入口、上段出口及び下段出口を有する窒素相分離器であって、窒素相分離器の下段出口が分別蒸留カラムの上部入口上に位置し、上部入口と連結される窒素相分離器、窒素相分離器の上段出口に直接連結される膨張バルブ、膨張バルブの入口、第４熱交換器、第１熱交換器及び第１冷媒回路の排気口を連結する開ループ第１冷媒回路、独立極低温冷却システムの出口、第５熱交換器、第３熱交換器、第２熱交換器及び独立極低温冷却システムの入口を連結する閉ループ第２冷媒回路、及び分別蒸留カラムの上段出口、第４熱交換器、第５熱交換器及び窒素相分離器の中位の入口を連結する窒素高含有ガス留分回路を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のＬＭＧ生産装置のブロック図である。
【図２】図１のガス処理システムのブロックである。
【図３】図１のＬＭＧ生産窒素除去システムの詳細図である。
【図４】図１の独立極低温冷却システムの詳細図である。
【図５】図１の制御システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は本発明に係るＬＭＧ生産装置１０の一例のブロック図であり、５個のシステムを配管で連結し、各種供給源の気体混合物であってもよいメタンガスを用いてＬＭＧを生産するものである。図２〜５は図１のＬＭＧ生産装置１０のシステム各々の詳細図であるが、その変形例も可能である。
【００２５】
図１〜５は実際のプラントで見ることができる要素のうち一部のみを示したものであり、便宜上、ポンプ、バルブ、センサ、モータ、フィルタ等の他の要素は説明が不要であるので省略する。
【００２６】
「バイオガス」とは有機物の生分解により生じられたガスであって、埋立地、嫌気性消化槽、その他の天然ガスでない他のメタンガス供給源から出るガスをいう。
【００２７】
「他のメタンガス供給源」とは、メタンガス含量が８５ｖｏｌ％程度の全てのガス供給源を意味する。
【００２８】
「混合メタンガス供給ストリーム」やそれと類似した表現はシステムの入口にある様々な供給源から来るメタンガス供給ストリームを意味するが、同時に２箇所以上の供給源のガス混合物という意味ではない。一定時間の間、１箇所のみから来るメタンガスも可能であり、このようなガスストリームもここでは「混合メタンガス供給ストリーム」という。
【００２９】
図１の生産装置１０のガス供給システム１００はＬＭＧ生産に用いられる混合メタンガス供給ストリームを排出する。ガス供給システム１００のガスは各種の要素を連結する配管網を通して流れる。混合メタンガス供給ストリームは１箇所以上の有効な供給源から来ることができ、図示された実施例では、このような供給源が埋立地１０１と嫌気性消化槽１０２であり、両方ともキャプチャーポイント（ｃａｐｔｕｒｅ  ｐｏｉｎｔ）である。埋立地では、バイオガスと浸出水の混合物がこれらのキャプチャーポイントに入り、埋立地１０１を通過する配管網を用いて収集される。キャプチャーされたバイオガスはバイオガスの圧縮／制御／１次処理サブシステム１０４に送られる。このサブシステム１０４は、例えば、混合物から浸出水とガスを分離する技術を紹介したカナダ特許第２，７６６，３５５号（Ｔｒｅｍｂｌａｙら）に紹介された一つ以上の静力学的多相分離器を含むことができる。勿論、他例も可能である。
【００３０】
サブシステム１０４は低圧圧縮器及び対応冷却器を有する。低圧圧縮器はバイオガスの圧力を１００ｋＰａｇまで高めるが、他の圧力値も可能である。ここでは、埋立地１０１と嫌気性消化槽１０２から出るバイオガス両方とも同じ装置により圧縮されて冷却されるが、他の構成も可能である。
【００３１】
サブシステム１０４は１００ｋＰａｇ（１５ｐｓｉｇ）未満の低圧で作動する酸性ガス吸収器を含み、この吸収器は化学反応により二酸化炭素と硫化水素を除去するのに水性アミン溶媒を用いることができる。二酸化炭素の濃度は２ｖｏｌ％未満に維持される。勿論、他の構成も可能である。
【００３２】
サブシステム１０４から出る前処理されたバイオガスを他の供給源のメタンガスと混合することができる。ここでは、他のメタンガス供給源が天然ガスパイプライン１０３であり、そこから圧縮された天然ガスを得ることができる。このようなメタンガス供給源は、バイオガスが需要を充足できない場合のメタンガスの供給に用いられる。前述したように、埋立地から出るバイオガス内のメタンガス留分が持続的に変動して、生産するＬＭＧ量に比べて非常に低いことがある。主にバイオガスを先に使用するが、不充分な場合、他のメタンガス供給源が不足分を補充することができる。不足したメタンガス留分は他のメタンガス供給源から得ることができる。一方、ＬＭＧの需要が突然増加することもあり、不足したメタンガス分量を供給するのに他のメタンガス供給源を用いることもできる。
【００３３】
必要であれば、バイオガス供給源を２個でない１個のみ使用し、バイオガスやメタンガス供給源を追加することもできる。また、天然ガスパイプラインを貯蔵タンクに代替することもできる。
【００３４】
図示された実施例では、天然ガスパイプライン１０３の出口を天然ガスコントローラ１０５に連結し、パイプラインから出る天然ガスの供給量と流量を調節することができる。バイオガスや天然ガスは用いられる供給源に応じてメタンガス混合容器１０６に入る。他の構成も可能である。
【００３５】
メタンガス混合容器１０６から出たガスはガス処理システム２００に供給され、そこで二酸化炭素、（酸性ガスと呼ばれる）硫化水素、シロキサン、ＶＯＣ、水銀のような幾つかの不要な成分が除去される。
【００３６】
図２は図１の装置１０のガス処理システム２００の詳細図であり、システム１００から出た混合メタンガス供給ストリームが高圧圧縮器２０２を通過し、ここでいう「高圧」とは装置１０内の最高圧を意味し、１，３８０ｋＰａｇ〜２，０７０ｋＰａｇ範囲が一般的であるが、他値も可能である。しかし、このような圧力値は既存の各種の施設に関連した圧力値より相当に低い。
【００３７】
このような低圧範囲の圧力値を用いると、圧縮器２０２と消費エネルギー費用を大幅に減らすことができる。圧縮器が１個であれ２個以上であれ、いずれも「圧縮器」という。
【００３８】
圧縮器２０２から出た混合メタンガス供給ストリームは圧縮器２０２の下流に位置したユニット２０３を通過し、ユニット２０３はガス冷却器と二相分離器を合わせたものであり、混合メタンガス供給ストリームの温度を３０℃程度まで下げるが、他の温度に下げることも可能である。このような低い温度では高い気体圧力のために水を凝縮して水を除去するのに用いられる。ユニット２０３に統合された二相分離器を用いて混合メタンガス供給ストリームから水を分離するが、完全に分離されずに残留してもよい。
【００３９】
混合メタンガス供給ストリームは、酸性ガス除去サブシステム２０９において化学反応により二酸化炭素と硫化水素を除去する。１次処理サブシステム１０４の酸性ガス除去器とは異なり、このサブシステム２０９は高圧で作動する。１次処理サブシステム１０４の酸性ガス除去器は補助的であり、低圧で作動して運用費用が低い。ガス処理システム２００の出口において、二酸化炭素の濃度は５０ｐｐｍｖ未満であり、硫化水素の濃度は２ｐｐｍｖ未満であることが好ましい。勿論、他の構成も可能である。
【００４０】
混合メタンガス供給ストリームは、サブシステム２０９から他の統合ガス冷却器−二相分離器２１０を通してガス脱水器２０４に入って残留水分を除去する。ガス脱水器２０４は分子篩等を用いた多層再生（ｍｕｌｔｉ−ｂｅｄ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ）サブシステムを含むことができる。
【００４１】
混合メタンガス供給ストリームはガス脱水器２０４からガス予備冷却器２０５に入り、この予備冷却器は、混合メタンガス供給ストリームの温度を−４０℃にまでさらに下げ、混合メタンガス供給ストリームにまだ残留しうるＶＯＣの一部とシロキサンを濃縮する二つの機能をする。凝縮されたシロキサンとＶＯＣの液滴を含むガスストリームは相分離器２０６に入り、相分離器はほぼ全ての凝縮ガス液滴を除去するための合体フィルタを備える。
【００４２】
相分離器２０６を出た混合メタンガス供給ストリームは１次吸収器２０７に入って残りの残留シロキサンとＶＯＣを除去する。１次吸収器２０７に活性炭吸着層がある。
【００４３】
１次吸収器２０７を出た混合メタンガス供給ストリームは２次吸収器２０８に入って残留水銀を除去し、２次吸収器には硫黄が含浸された活性炭吸着層が入っている。
【００４４】
システム２００を出た混合メタンガス供給ストリームはＬＭＧ生産窒素除去システム３００に送られる。この時、圧縮された混合メタンガス供給ストリームはメタンと窒素を含有する。窒素の濃度は最大５０ｖｏｌ％であり、ガスが窒素ガスパイプライン１０３のような他の供給源からのみ供給される場合には窒素含量が非常に低い。
【００４５】
図３は図１のＬＭＧ生産装置１０にあるＬＭＧ生産窒素除去システム３００の詳細構成図であり、メタンガスを凝縮して（必要時）窒素を分離し凝縮浄化されたメタンガス生成物を貯蔵温度にまで冷却するための各種の要素を含む。このシステム３００は、全体工程の効率を上げるために装置１０内の他のシステムと統合されることもできる。
【００４６】
このシステム３００は分別蒸留カラム３０４を含む。混合メタンガス供給ストリームはシステムの回路３２０を通過し、この回路は配管網を含む。回路３２０において、混合メタンガス供給ストリームは第１、第２熱交換器３０１，３０３を順に通過する。回路３２０は第２熱交換器３０３の出口から分別蒸留カラム３０４の中位の入口まで続く。
【００４７】
混合メタンガス供給ストリームは分別蒸留カラム３０４に入る前に極低温に冷却され、第２熱交換器３０３内のメタンガスを−１２０℃〜−１４０℃まで凝縮する。混合メタンガス供給ストリームに存在するほぼ全ての窒素は分別蒸留カラム３０４の中位の入口に入る前の第２熱交換器３０３の出口において依然として気体状態を維持する。よって、分別蒸留カラム３０４はメタン高含有液体留分と窒素高含有ガス留分の２部分に分離する。メタン高含有液体留分は分別蒸留カラム３０４の底に集まって排出された後にＬＭＧを構成する。このシステム３００において、ＬＭＧ排出量は窒素をほぼ含有せず、窒素の最大含量は１〜３ｖｏｌ％程度である。
【００４８】
システム３００にあるＬＭＧ回路３２６はＬＭＧを輸送するための複数の配管からなる。ＬＭＧ回路３２６は分別蒸留カラム３０４の底から第３熱交換器３０９に続き、この熱交換器はＬＭＧを例えば−１６０℃の最終状態にさらに冷却する。ＬＭＧ回路３２６は貯蔵タンク３１０に続き、そこにＬＭＧを貯蔵した後に使用者に送られる。分別蒸留カラム３０４の底を出たＬＭＧの流れはＬＭＧ流量制御バルブ３１４によって制御される。
【００４９】
システム３００にある窒素高含有ガス留分回路３２８は分別蒸留カラム３０４の上段出口でキャプチャーされた窒素高含有ガス留分を輸送するための幾つかの配管からなる。この回路３２８は、第４、第５熱交換器３０５，３０７を通して窒素相分離器３０８の中位の入口まで続く。窒素相分離器３０８の上下段にも出口があることができる。下段出口は分別蒸留カラム３０４の上部入口上に垂直に位置して連結される。
【００５０】
システム３００の幾つかの熱交換器は２個の別個の冷媒回路を利用する。流体の混合が起こらないため、熱交換器の各々に間接熱交換が起こる。全ての熱交換器は標準銅ろう付けプレートタイプであることが好ましいが、他の構成も可能である。
【００５１】
装置１０の第１冷媒回路３２２は第１極低温冷媒用の開放型冷媒回路である。窒素相分離器３０８の上段出口から出た窒素が第１極低温冷媒を形成する。第１極低温冷媒は第１冷媒回路３２２を１回だけ通過し、膨張バルブ３０６、第４熱交換器３０５及び第１熱交換器３０１を通過した後、排気口３１６を通して第１冷媒回路３２２を出て行く。
【００５２】
排気口３１６を通して窒素が大気中に排出されるが、メタンガスは１ｖｏｌ％未満程度のみ排出される。排気口３１６でのメタンガス濃度を２ｖｏｌ％未満、好ましくは１ｖｏｌ％未満程度に可能な限り下げるのが目標である。すると、メタンガス損失を減らしてＬＭＧ生産量を最大化することができる。
【００５３】
排気口３１６での窒素流量は窒素換気制御バルブ３１５によって制御される。制御バルブ３１５を通過する前に低温窒素のエネルギーが窒素熱回収交換器３１１によって回収される。窒素熱回収交換器３１１の高温側は、窒素低温側の温度状態でフリークーリングを要する冷却システム、例えば、圧縮器冷却に用いられるグリコール冷却システムに連結される。窒素ガスは大気に排出せず、工場で他の目的で使用することもできる。
【００５４】
窒素相分離器３０８の上段出口に連結された膨張バルブ３０６として、バルブ入出口の間で圧力を大幅に減らすＪｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｓｏｎ制御バルブを用いることができる。出口圧力は第４熱交換器３０５の低温側に入る前に７０〜１７０ｋＰａｇであるか、１００〜１７０ｋＰａｇである。
【００５５】
第２冷媒回路３２４は第２極低温冷媒用として閉回路であり、第１冷媒回路３２２とは分離されている。第２冷媒回路３２４は独立極低温冷却システム４００の入口と出口に連結される。最低温の第２極低温冷媒は、第５熱交換器３０７の入口を通して出口に出て、第３熱交換器３０９の低温側に入ってから出て第２熱交換器３０３の低温側に入った後、そこを出て独立極低温冷却システム４００の入口に戻る。
【００５６】
使用中に、分別蒸留カラム３０４の上段出口を出た窒素高含有ガス留分の一部は第５熱交換器３０７の内部で液相に変わる。窒素高含有ガス留分の一部が第４熱交換器３０５の内部においても液相に変わることができる。
【００５７】
このシステム３００は、分別蒸留カラム３０４の内部に連結されたリボイラー回路３３０及び第６熱交換器３０２をさらに含む。リボイラー回路３３０は第６熱交換器３０２を通過し、そこでバイパス回路３３２から出る混合メタンガス供給ストリームの一部と間接熱交換関係を有する。バイパス回路３３２は、第１熱交換器３０１の下流と第２熱交換器３０３の上流に各々入口と出口を有する。リボイラー回路３３０の入口は分別蒸留カラム３０４の出口上にある。使用時、混合メタンガス供給ストリームの一部はリボイラー回路３３０を通して分別蒸留カラム３０４の内部で循環する。第６熱交換器３０２に供給されたメインガスストリームの流れは、２個の流量制御バルブであるＬＭＧリボイラー制御バルブ３１２とＬＭＧバイパス制御バルブ３１３によって制御される。
【００５８】
メタン高含有液体が重力によって分別蒸留カラム３０４を通過する間、上昇するメタンガスによって下降中のメタン高含有液体から窒素気体が分離される。分別蒸留カラム３０４において上昇するメタン高含有気体に存在する残留メタンガスは窒素相分離器３０８から出て分別蒸留カラム３０４の上段に供給される低温還流液ストリームによって液化する。還流液ストリームは液体メタンと液体窒素を含有する。
【００５９】
図４は図１の装置１０の独立極低温冷却システム４００の詳細図であり、このシステムは、第２極低温冷媒を供給し、この冷媒は米国特許第６，７５１，９８４号に紹介された従来の熱交換器と潤滑油圧縮器によって冷却された冷媒である。
【００６０】
このシステム４００は、圧縮器４０１、冷媒冷却器４０２、相分離器４０３、第１二次熱交換器４０４、第２二次熱交換器４０５、１次熱回収交換器４０６、制御バルブ４０７〜４０９及び冷媒ミキサー４１０を有する。
【００６１】
図５は図１の装置１０の制御システム５００のブロック図であり、ＬＭＧデマンドコントローラ５０１、メタンガス供給コントローラ５０２、ガス処理システムコントローラ５０３、ＬＭＧ生産窒素除去システムコントローラ５０４及び独立極低温冷却システムコントローラ５０５を有する。
【００６２】
コントローラ５０２は、ＬＭＧデマンドコントローラ５０１を満足させる品質と量に混合メタンガス供給ストリームを調節するものであり、各種のセンサから信号を受け、圧縮器モータやバルブのような各種の要素に信号を送る。このような信号がコントローラ５０２と他のコントローラ５０１，５０３，５０４，５０５との間で交換されることもできる。
【００６３】
コントローラ５０３は、ＬＭＧデマンドコントローラ５０１を満足させるように気体処理品質を制御し、各種のセンサから信号を受けて高圧圧縮器２０２のモータ等に送る。このような信号がコントローラ５０３と他のコントローラ５０１，５０２，５０４，５０５との間で交換されることもできる。
【００６４】
コントローラ５０４は、ＬＭＧデマンドコントローラ５０１を満足させるようにＬＭＧ生産窒素除去システムを制御し、各種のセンサから信号を受けてＬＭＧリボイラー制御バルブ３１２、ＬＭＧリボイラーバイパス制御バルブ３１３、膨張バルブ３０６、ＬＭＧ流量制御バルブ３１４、窒素換気制御バルブ３１５及びその他の制御部に送る。このような信号がコントローラ５０４と他のコントローラ５０１，５０２，５０３，５０５との間で交換されることもできる。
【００６５】
コントローラ５０５は、ＬＭＧデマンドコントローラ５０１を満足させるように独立極低温冷却システム４００を制御し、各種のセンサから信号を受ける。このような信号がコントローラ５０５と他のコントローラ５０１，５０２，５０３，５０４との間で交換されることもできる。
【００６６】
必要であれば、汎用コンピュータ、専用印刷回路基板及び／又はデータを受けて命令信号を送信する機能を行う他の適当な機器に各種のコントローラ５０１〜５０５をプログラムすることもできる。５個のコントローラを別途に使用するか、一つに統合してもよく、各々のコントローラがソフトウェアコードにロードされてもよく、制御システム５００に接続するためのコントロール／ディスプレイインターフェースを備えてもよい。
【実施例１】
【００６７】
混合メタンガス供給ストリームのガスは窒素ガス含量が３ｖｏｌ％未満の天然ガスパイプライン１０３のような供給源から供給される。ＬＭＧデマンドコントローラ５０１は、ＬＭＧ処理量が一日当たり１．０トンであり、窒素最大含量が３ｖｏｌ％のＬＭＧを得ることを目標とする。混合メタンガスを時間当たり５，６００ｌｂｍｏｌｅ質量で−４０℃と１，７２４ｋＰａｇでシステム３００に供給する、混合メタンガス供給ストリームは、第２熱交換器３０３を−１３５℃と１，５８６ｋＰａｇで出て分別蒸留カラム３０４の中位の入口に供給される。窒素含量が３ｖｏｌ％未満であるため、蒸留は起こらず、分別蒸留カラム３０４の上段出口から何も排出されない。よって、第４熱交換器３０５と膨張バルブ３０６に入るガスがなく、分別蒸留カラム３０４に戻る流れもない。
【００６８】
分別蒸留カラム３０４の中位の入口に入った液化ストリームは底に落下し、第３熱交換器３０９から時間当たり５，６００ｌｂｍｏｌｅｓ質量で出てＬＭＧ貯蔵タンク３１０に−１６０℃の温度と１，５３８ｋＰａｇの貯蔵圧力で貯蔵される。液化過程のために、第２極低温冷媒が１６９ｋＰａｇの圧力と−１７７℃の温度でシステム４００を出て行く。第２極低温冷媒は第３熱交換器３０９に供給されるような−１７７℃の温度と１５９ｋＰａｇの圧力で第５熱交換器３０７を出て行く。第２極低温冷媒は第２熱交換器３０３に入って１４９ｋＰａｇと−１０７℃で出た後、システム４００に戻って冷却された後にシステム３００に戻る。
【実施例２】
【００６９】
第２実施例では、システム１００においてバイオガスのみを用い、このようなバイオガスはバイオガス媒体組成と同じ組成を有しており、メタンガス４７．９ｖｏｌ％、二酸化炭素３５．８ｖｏｌ％、窒素１６ｖｏｌ％、酸素０．３ｖｏｌ％である。バイオガスは時間当たり１４６Ｎｍ３程度の流量でシステム２００に供給され、二酸化炭素と酸素と水蒸気とその他の少量のガスが除去される。
【００７０】
システム２００において処理され、システム３００に供給された混合メタンガス供給ストリームはメタンガス７５ｖｏｌ％と窒素２５ｖｏｌ％である。ＬＭＧデマンドコントローラ５０１は窒素３ｖｏｌ％以下を含有したＬＭＧを一日当たり１トン処理する。混合煤炭ガスが−４０℃と１，７２４ｋＰａｇで時間当たり７，２６５ｌｂｍｏｌｅｓの質量でシステム３００に供給され、第２熱交換器３０３に入ってから−１３５℃と１，５８６ｋＰａｇで出て分別蒸留カラム３０４の中間位置に入る。メタン９７ｖｏｌ％と窒素３ｖｏｌ％を含有した浄化されたＬＭＧ蒸気が１，６０６ｋＰａｇと−１１５℃で排出された後、第３熱交換器３０９から時間当たり５，６００ｌｂｍｏｌｅｓの質量で出て−１６０℃と１，５３８ｋＰａｇ以下の圧力でＬＭＧ貯蔵タンク３１０に貯蔵される。
【００７１】
供給ガス内の窒素含量が３ｖｏｌ％以上であるため、分別蒸留カラム３０４において一部蒸留が自動で起こる。一部ガスが第６熱交換器３０２に供給されてメタンガスが分別蒸留カラム３０４に供給される。窒素９７．２２ｖｏｌ％とメタン２．７８ｖｏｌ％を含有したガスが１，５４４ｋＰａｇと−１５９℃で分別蒸留カラム３０４から排出される。このような窒素ガスは膨張バルブ３０６で減圧され、１７２ｋＰａｇと−１８４℃で出て行く。部分凝縮窒素高含有ガスが第５熱交換器３０７から１，５４４ｋＰａｇと−１６０℃で出て窒素相分離器３０８に入り、そこで液体と蒸気が分離される。液体ストリームは分別蒸留カラム３０４の上部に戻り、この混合物は窒素９６ｖｏｌ％とメタン４ｖｏｌ％を含有し、１，５４４ｋＰａｇと−１６０℃である。
【００７２】
第１冷媒回路３２２の出口の窒素気体は、窒素熱回収交換器３１１から窒素９９ｖｏｌ％とメタン１ｖｏｌ％を含有したまま１０３ｋＰａｇと−４５℃で時間当たり１，６６５ｌｂｍｏｌｅの流量で出て行く。
【００７３】
システム４００の第２極低温冷媒は第１実施例と同じ組成を有し、第５熱交換器３０７の入口に１１３ｋＰａｇと−１８１℃で入り、１０３ｋＰａｇと−１７１℃で第５熱交換器３０７を出て第３熱交換器３０９に入り、１０３ｋＰｇａと−１５５℃で第３熱交換器を出て第２熱交換器３０３を入り、９３ｋＰａｇと−１２２℃でそこを出てシステム４００に戻って冷却された後にシステム３００に戻る。
【実施例３】
【００７４】
この実施例では、システム１００においてバイオガスのみを用い、メタンガス３３．１ｖｏｌ％、二酸化炭素３９．６ｖｏｌ％、窒素２７ｖｏｌ％、酸素０．３ｖｏｌ％である。バイオガスは時間当たり２１２Ｎｍ３程度の流量でシステム２００に供給され、二酸化炭素と酸素と水蒸気とその他の少量のガスが除去される。
【００７５】
システム２００において処理され、システム３００に供給された混合メタンガス供給ストリームはメタンガス５５ｖｏｌ％と窒素４５ｖｏｌ％である。ＬＭＧデマンドコントローラ５０１は窒素３ｖｏｌ％以下を含有したＬＭＧを一日当たり１トン処理する。混合煤炭ガスが−４０℃と１，７２４ｋＰａｇで時間当たり９，９５６ｌｂｍｏｌｅの質量でシステム３００に供給され、第２熱交換器３０３に入って−１３５℃と１，５８６ｋＰａｇで出て分別蒸留カラム３０４の中間位置に入る。メタン９７ｖｏｌ％と窒素３ｖｏｌ％を含有した浄化されたＬＭＧ蒸気が１，６０６ｋＰａｇと−１１５℃で排出された後、第３熱交換器３０９から時間当たり５，６００ｌｂｍｏｌｅの質量で出て−１６０℃と１，５３８ｋＰａｇの圧力でＬＭＧ貯蔵タンク３１０に貯蔵される。
【００７６】
供給ガス内の窒素含量が３ｖｏｌ％以上であるため、分別蒸留カラム３０４において一部蒸留が自動で起こる。蒸留過程の性能は第２実施例との同様である。第１冷媒回路３２２の出口の窒素気体は窒素熱回収交換器３１１から窒素９９ｖｏｌ％とメタン１ｖｏｌ％を含有したまま１０３ｋＰａｇと−４５℃で時間当たり４，３５６ｌｂｍｏｌｅの流量で出て行く。液化を実施し窒素除去のために、前記二つの実施例と同じ組成の第２極低温冷媒が８８ｋＰａｇと−１８３℃でシステム４００の入口から供給され、７８ｋＰａｇと−１６１℃で第５熱交換器３０７を出て第３熱交換器３０９に供給され、７８ｋＰａｇと−１５０でそこを出て行く。第２極低温冷媒は第２熱交換器３０３に送られ、６８ｋＰａｇと−１３０．７℃でそこを出てシステム４００に戻って冷却された後にシステム３００に送られる。
【００７７】
以上の説明は汎用の解決策である。例えば、窒素の比率を０〜５０ｖｏｌ％にし、メタンの比率が変わる場合にもシステム３００が同じ品質のＬＭＧを生産することができる。窒素排気口３１６のメタンが１ｖｏｌ％以下としてほぼなくてもよく、ほぼ全ての窒素がＬＭＧから除去される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017532524.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2017532524.tif 000008
2017532524.tif 000009
2017532524.tif 000010