JP2012237554A - 水素を液化する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加圧された液化天然ガス(「LNG」)との間接熱交換により水素フィードガスを予冷して、予冷された水素フィードガスと加圧された天然ガスを生成する工程と;該予冷された水素フィードガスの少なくとも一部を、少なくとも1つの冷媒との間接熱交換によりさらに冷却して、凝縮性水素ガスを生成する工程と;該凝縮性水素ガスの少なくとも一部を膨張させて少なくとも部分的に凝縮した水素を生成する工程とを含む方法によって水素が液化される。
【選択図】図1
Description
加圧された液化天然ガス(「LNG」)との間接熱交換により水素フィードガスを予冷して、予冷された水素フィードガスと加圧された天然ガスを生成する工程と;
該予冷された水素フィードガスの少なくとも一部を、少なくとも1つの冷媒との間接熱交換によりさらに冷却して、凝縮性水素フィードガスと少なくとも1つの温められた冷媒を生成する工程と;
該凝縮性水素フィードガスの少なくとも一部を膨張させて少なくとも部分的に凝縮した水素を生成する工程と
を含む、方法が提供される。
LNG貯蔵設備からのLNGを加圧して加圧LNGを生成する工程と;
該加圧LNGを本プロセスで用いられる加圧LNGの少なくとも一部として使用する工程とをさらに含むことができる。
LNG貯蔵設備からのLNGは、約3〜約10MPaの圧力、通常は約6〜約8MPaの圧力にポンピングすることができる。LNGを約4MPa又は約8MPaの圧力にポンピングすることが公知である。
当該又は少なくとも1つの温められた冷媒を低温圧縮して、少なくとも1つの圧縮冷媒を生成する工程と;
当該又は少なくとも1つの圧縮冷媒を冷却して、少なくとも1つの冷却された圧縮冷媒を生成する工程と;
当該又は少なくとも1つの冷却された圧縮冷媒をプロセス内でリサイクルする工程と
をさらに含む。
前記混合物の少なくとも一部を液体水素と水素蒸気に分離する工程と;
予冷された水素フィードガスを該水素蒸気の少なくとも一部との間接熱交換によりさらに冷却して、それにより水素のフラッシュガスを生成する工程と
をさらに含む。
予冷された水素フィードガスを前記当該又は少なくとも1つの冷媒との間接熱交換により冷却して、冷却された水素フィードガスを生成する工程と;
該冷却された水素フィードガスを第1部分と第2部分に分ける工程と;
該第1部分を膨張させて、膨張された水素ガスを生成する工程と;
予冷された水素フィードガスを該膨張された水素ガスの少なくとも一部との間接熱交換によりさらに冷却する工程と
をさらに含むことができる。
前記冷却された水素フィードガスの第2部分を前記当該又は少なくとも1つの冷媒との間接熱交換により冷却して、さらに冷却された水素フィードガスを生成する工程と;
該さらに冷却された水素フィードガスを第1部分と第2部分に分ける工程と;
該第1部分を膨張させて、膨張された水素ガスを生成する工程と;
予冷された水素フィードガスを該膨張された水素ガスの少なくとも一部との間接熱交換によりさらに冷却する工程と
をさらに含むことができる。
前記冷却された圧縮水素フラッシュガスと前記膨張水素ガスを組み合わせて複合水素ガスを生成する工程と;
該複合水素ガスの少なくとも一部を低温圧縮して圧縮複合水素ガスを生成する工程と;
該圧縮複合水素ガスの少なくとも一部を加圧LNGとの間接熱交換により冷却して、冷却された圧縮複合水素ガスと加圧天然ガスを生成する工程と
をさらに含むことができる。
水素フィードガスを加圧LNGとの間接熱交換により予冷して、予冷された水素フィードガスを生成するための熱交換手段と;
該予冷された水素フィードガスを少なくとも1つの冷媒との間接熱交換によりさらに冷却して、凝縮性水素フィードガスと少なくとも1つの温められた冷媒を生成するための熱交換手段と;
該凝縮性水素フィードガスを膨張させて、少なくとも部分的に凝縮された水素を生成するための膨張手段と
を含む、装置が提供される。
当該又は少なくとも1つの温められた冷媒を低温圧縮して、少なくとも1つの圧縮冷媒を生成するための低温圧縮手段と;
当該又は少なくとも1つの圧縮冷媒を冷却して、少なくとも1つの冷却された圧縮冷媒を生成するための熱交換手段と;
当該又は少なくとも1つの冷却された圧縮冷媒をプロセス内でリサイクルするための手段と
をさらに含むことができる。
前記混合物の少なくとも一部を液体水素と水素蒸気に分離するための分離手段と;
予冷された水素フィードガスを水素蒸気の少なくとも一部との間接熱交換によりさらに冷却し、それにより水素フラッシュガスを生成するための熱交換手段と
をさらに含むことが好ましい。これらの実施態様においては、本装置は、
前記水素フラッシュガスの少なくとも一部を低温圧縮して、圧縮水素フラッシュガスを生成するための低温圧縮手段と;
該圧縮水素フラッシュガスの少なくとも一部を加圧LNGとの間接熱交換により冷却して、冷却された圧縮水素フラッシュガスと加圧天然ガスを生成するための熱交換手段と
をさらに含むことができる。
・先の圧縮なしで2.5MPaの圧力で生成された水素を液化すること;
・(2.5MPaの圧力で生成された)水素を10MPaに圧縮して、この圧縮水素を液化すること;及び
・先の圧縮なしで10MPaの圧力で生成された水素を液化すること
14 加圧LNG流
18 リサイクル水素ガス流
12、24、46 熱交換器
38、50 膨張器
64、76 圧縮機
Claims (35)
- 水素を液化する方法であって、
加圧された液化天然ガス(「LNG」)との間接熱交換により水素フィードガスを予冷して、予冷された水素フィードガスと加圧された天然ガスを生成する工程と;
該予冷された水素フィードガスの少なくとも一部を、少なくとも1つの冷媒との間接熱交換によりさらに冷却して、凝縮性水素フィードガスと少なくとも1つの温められた冷媒を生成する工程と;
該凝縮性水素フィードガスの少なくとも一部を膨張させて少なくとも部分的に凝縮した水素を生成する工程と
を含む、水素を液化する方法。 - 加圧LNGとの間接熱交換により前記水素フィードガスを予冷して、該水素フィードガスの温度を水素ガスに関するジュール−トムソンの逆転温度未満に低下させる、請求項1に記載の方法。
- 前記方法で用いられる加圧LNGの総量が、約10〜約60kg(LNG)/kg(液体水素)である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記方法で用いられる加圧LNGの総量が、約27〜約37kg(LNG)/kg(液体水素)である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 外部LNG貯蔵設備からのLNGを加圧して加圧LNGを生成する工程と;
該加圧LNGを前記方法で用いられる加圧LNGの少なくとも一部として使用する工程と
をさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記加圧天然ガスの少なくとも一部をおよそ周囲温度に加熱することをさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記加熱された加圧天然ガスが、天然ガス供給用パイプラインにフィードされる、請求項6に記載の方法。
- 当該又は少なくとも1つの温められた冷媒を低温圧縮して、少なくとも1つの圧縮冷媒を生成する工程と;
当該又は少なくとも1つの圧縮冷媒を加圧LNGとの間接熱交換により冷却して、少なくとも1つの冷却された圧縮冷媒を生成する工程と;
当該又は少なくとも1つの冷却された圧縮冷媒をプロセス内でリサイクルする工程と
をさらに含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。 - 当該又は少なくとも1つの冷媒が、水素分子、ヘリウム、ネオン、窒素分子、及びそれらの混合ガスから成る群より選択される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 当該又は少なくとも1つの冷媒が水素分子である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 当該又は各冷媒が水素分子である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 当該又は少なくとも1つの水素ガスの冷媒が、前記水素フィードガスの一部を形成するためにリサイクルされる、請求項10又は11に記載の方法。
- 前記凝縮性水素フィードガスの少なくとも一部を膨張させて、液体水素と水素蒸気の混合物を生成する、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法であって、
前記混合物の少なくとも一部を液体水素と水素蒸気に分離する工程と;
予冷された水素フィードガスを該水素蒸気の少なくとも一部との間接熱交換によりさらに冷却して、それにより水素のフラッシュガスを生成する工程と
をさらに含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記水素フラッシュガスの少なくとも一部を低温圧縮して、圧縮された水素フラッシュガスを生成する工程と;
該圧縮水素フラッシュガスの少なくとも一部を加圧LNGとの間接熱交換により冷却して、冷却された圧縮水素フラッシュガスと加圧天然ガスを生成する工程と
を含む、請求項13に記載の方法。 - 予冷された水素フィードガスを前記当該又は少なくとも1つの冷媒との間接熱交換により冷却して、冷却された水素フィードガスを生成する工程と;
該冷却された水素フィードガスを第1部分と第2部分に分ける工程と;
該第1部分を膨張させて、膨張された水素ガスを生成する工程と;
予冷された水素フィードガスを該膨張された水素ガスの少なくとも一部との間接熱交換によりさらに冷却する工程と
をさらに含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記冷却された水素フィードガスの第2部分を前記当該又は少なくとも1つの冷媒との間接熱交換により冷却して、さらに冷却された水素フィードガスを生成する工程と;
該さらに冷却された水素フィードガスを第1部分と第2部分に分ける工程と;
該第1部分を膨張させて、膨張された水素ガスを生成する工程と;
予冷された水素フィードガスを該膨張された水素ガスの少なくとも一部との間接熱交換によりさらに冷却する工程と
をさらに含む、請求項15に記載の方法。 - 前記膨張された水素ガスとの間接熱交換によって、前記予冷された水素フィードガスから凝縮性水素ガスを生成するのに必要とされる冷却操作の一部だけが提供される、請求項15又は16に記載の方法。
- 結果として生じる温められた膨張水素ガスの少なくとも一部を低温圧縮して圧縮水素ガスを生成する工程と;
該圧縮水素ガスの少なくとも一部を加圧LNGとの間接熱交換により冷却して、冷却された圧縮水素ガスと加圧天然ガスを生成する工程と
を含む、請求項15〜17のいずれか1項に記載の方法。 - 前記冷却された圧縮水素フラッシュガスと前記膨張水素ガスを組み合わせて複合水素ガスを生成する工程と;
該複合水素ガスの少なくとも一部を低温圧縮して圧縮複合水素ガスを生成する工程と;
該圧縮複合水素ガスの少なくとも一部を加圧LNGとの間接熱交換により冷却して、冷却された圧縮複合水素ガスと加圧天然ガスを生成する工程と
をさらに含む、請求項13〜17のいずれか1項に記載の方法。 - 前記予冷された水素フィードガスの温度が、前記水素フラッシュガスと前記温められた膨張水素の温度とほぼ同じである、請求項13〜19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記温度が約−158℃〜約−140℃である、請求項20に記載の方法。
- 前記温度が約−156℃である、請求項20又は21に記載の方法。
- 前記水素フィードガスが、約8〜約12MPaの圧力である、請求項1〜22のいずれか1項に記載の方法。
- 当該又は少なくとも1つの冷媒が水素分子であり、前記冷却された圧縮水素冷媒が、前記水素フィードガスから独立してリサイクルされ、約1.5〜約3MPaの圧力である、請求項8に従属する限りにおいて請求項23に記載の方法。
- 低温圧縮の際の冷却が、加圧LNGとの間接熱交換によって提供される、請求項1〜24のいずれか1項に記載の方法。
- 低温圧縮の際に発生する熱の実質的に全てが、加圧LNGとの間接熱交換によって取り除かれる、請求項25に記載の方法。
- 液化プロセスへの正味の水素フィードが、加圧LNGとの間接熱交換により周囲温度から液化装置のフィード温度まで冷却される、請求項1〜26のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1で規定される方法に従って水素を液化するための装置であって、
水素フィードガスを加圧LNGとの間接熱交換により予冷して、予冷された水素フィードガスを生成するための熱交換手段と;
該予冷された水素フィードガスを少なくとも1つの冷媒との間接熱交換によりさらに冷却して、凝縮性水素フィードガスと少なくとも1つの温められた冷媒を生成するための熱交換手段と;
該凝縮性水素フィードガスを膨張させて、少なくとも部分的に凝縮された水素を生成するための膨張手段と
を含む、請求項1で規定される方法に従って水素を液化するための装置。 - 当該又は少なくとも1つの温められた冷媒を低温圧縮して、少なくとも1つの圧縮冷媒を生成するための低温圧縮手段と;
当該又は少なくとも1つの圧縮冷媒を加圧LNGとの間接熱交換により冷却して、少なくとも1つの冷却された圧縮冷媒を生成するための熱交換手段と;
当該又は少なくとも1つの冷却された圧縮冷媒をプロセス内でリサイクルするための手段と
をさらに含む、請求項28に記載の装置。 - 当該又は少なくとも1つの冷媒が水素分子であり、この水素ガスの冷媒をリサイクルして前記水素フィードガスの一部を形成するための手段をさらに含む、請求項28又は29に記載の装置。
- 前記膨張手段によって液体水素と水素蒸気の混合物が生成され、前記装置が、
該混合物の少なくとも一部を液体水素と水素蒸気に分離するための分離手段と;
予冷された水素フィードガスを水素蒸気の少なくとも一部との間接熱交換によりさらに冷却し、それにより水素フラッシュガスを生成するための熱交換手段と
をさらに含む、請求項28〜30のいずれか1項に記載の装置。 - 前記水素フラッシュガスの少なくとも一部を低温圧縮して、圧縮水素フラッシュガスを生成するための低温圧縮手段と;
該圧縮水素フラッシュガスの少なくとも一部を加圧LNGとの間接熱交換により冷却して、冷却された圧縮水素フラッシュガスと加圧天然ガスを生成するための熱交換手段と
をさらに含む、請求項31に記載の装置。 - 前記熱交換手段の少なくとも1つが、マルチストリームのプレートフィン熱交換器である、請求項28〜32のいずれか1項に記載の装置。
- 前記低温圧縮手段が、加圧LNGで中間冷却される少なくとも1つの多段圧縮機である、請求項29又は32に記載の装置。
- 前記加圧天然ガスの少なくとも一部をおよそ周囲温度に加熱するための加熱手段をさらに含む、請求項28〜34のいずれか1項に記載の装置。
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