JP7199537B2 - 天然ガス前処理システム及び天然ガスの前処理方法 - Google Patents
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Description
一方で、特許文献1には、アミン洗浄工程にて変動が発生することを考慮して水分除去工程を設計する技術は記載されていない。
吸収液と前記天然ガスとを接触させて、前記天然ガスに含まれる二酸化炭素を除去すると共に二酸化炭素を吸収した後の前記吸収液を加熱して再生し、前記天然ガスと接触させる吸収液として循環供給する二酸化炭素除去部と、
前記二酸化炭素除去部にて前記吸収液と接触した後の天然ガスを、水分吸着剤を含む充填層に流通させて、当該天然ガスに含まれる水分を除去する水分除去部と、を備え、
前記充填層には、前記二酸化炭素除去部にて除去し切れなかった二酸化炭素を吸着除去するための二酸化炭素吸着剤が含まれていることと、
前記水分除去部の入口側にて、前記天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度を測定する入口側二酸化炭素測定部、及び前記水分除去部の出口側にて、前記天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度を測定する出口側二酸化炭素測定部が設けられていることと、
前記入口側二酸化炭素測定部にて測定した天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度が、当該入口側二酸化炭素測定部について予め設定された管理値を上回ると共に、前記出口側二酸化炭素測定部にて測定した天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度が当該出口側二酸化炭素測定部について予め設定された管理値を上回り、前記出口側二酸化炭素測定部の管理値を上回っている時間が予め設定された設定時間以上継続した場合に、前記二酸化炭素除去部の吸収液循環量を増加する、もしくは前記天然ガスの処理量を低減する制御部を備えたことと、を特徴とする。
(a)前記水分吸着剤及び前記二酸化炭素吸着剤はモレキュラーシーブであり、前記二酸化炭素吸着剤は、前記水分吸着剤よりもモレキュラーシーブの平均細孔径が大きいこと。
(b)(a)において、前記水分吸着剤を構成するモレキュラーシーブが3A型のゼオライトであるとき、前記二酸化炭素吸着剤を構成するモレキュラーシーブは、4A型、5A型、10X型、13X型から選択された少なくとも一つのゼオライトを含み、前記水分吸着剤を構成するモレキュラーシーブが4A型のゼオライトであるとき、前記二酸化炭素吸着剤を構成するモレキュラーシーブは、5A型、10X型、13X型から選択された少なくとも一つのゼオライトを含むこと。
(c)(a)において前記充填層内には、前記水分吸着剤と前記二酸化炭素吸着剤とが異なる層に分かれて充填され、前記天然ガスの流れ方向に沿って見たとき、前記二酸化炭素吸着剤の層は、前記水分吸着剤の層よりも下流側に配置されていること。
本例のLNGプラント1にて取り扱われる天然ガスには、水分や二酸化炭素(CO2)などの不純物が含まれている。
気液分離部11、水銀除去部12、酸性ガス除去部13及び水分除去部14は、前処理設備101にて実施される。なお、水銀除去部12は、水分除去部14と分離・液化部16との間に設けてもよい。
分離・液化部16にて液化されたLNGは、LNGタンクにより構成される貯蔵部17を経てLNGタンカーやパイプラインへと出荷される。
そこで本例のLNGプラント1は、酸性ガス除去部13だけでなく、水分除去部14にもCO2の除去機能を設け、酸性ガス除去部13、水分除去部14からなる前処理システムにて、分離・液化部16へ供給される天然ガス中のCO2濃度を管理する構成となっている。
以下、図2、図3を参照しながら、酸性ガス除去部13及び水分除去部14の具体的な構成について説明する。
天然ガスは、前段の水銀除去部12にて、水銀除去剤により水銀の含有量が例えば5ナノグラム/Nm3以下まで低減された後、酸性ガス除去部13に供給される。
吸収塔21においては、塔頂側からアミン化合物を含む吸収液を、例えば液滴の状態で分散供給する一方、塔底側から水銀除去後の天然ガスを供給する。この結果、吸収塔21内では吸収液と天然ガスとが向流接触し、液化の際にLNG中で固化するおそれのある酸性ガスであるCO2が、天然ガスから吸収液へと吸収、除去される。
また、再生塔22の塔頂から蒸気の状態で排出された吸収液の一部は、クーラー222により冷却されて凝縮し、分離ドラム223内で酸性ガスと気液分離された後、循環ポンプ224によって再生塔22に戻される。
図3に示すように、酸性ガス除去部13の出口側(水分除去部14の入口側)にはCO2濃度計23が設けられ、酸性ガス除去部13にて処理された後の天然ガス中のCO2濃度を管理している。CO2濃度計23は、本例の入口側二酸化炭素測定部に相当する。
さらに、前記合流位置の下流側の払出しライン302からは、乾燥天然ガスを再生ガスとして吸着塔31a~31cの入口部へ供給するための既述の再生ガスライン303が分岐している。
有効直径が0.3nm未満である水分子は、平均細孔径が0.3nmである3A型のゼオライトにより、吸着除去することができる。このとき、天然ガス中に含まれる、水よりも有効直径の大きな他の成分の吸着に伴う水分除去能力の低下を抑制するため、水分除去ゼオライト313として3A型のゼオライトを採用する場合がある。
以下の説明では、水分吸着剤よりも有効直径の大きなゼオライトを「大孔径ゼオライト」とも呼ぶ。
そこで、4A型よりも平均細孔径の大きな5A型、10X型、13X型のゼオライトを含むようにCO2除去ゼオライト314を構成する。
さらにまた、図4(a)、(b)に示すように水分除去ゼオライト313、CO2除去ゼオライト314を別々の層として充填することは必須の要件ではない。例えば水分除去ゼオライト313とCO2除去ゼオライト314とを混合して吸着塔31内に充填層を形成してもよい。
また、CO2スパイクの発生時においては、通常、上流側からCO2濃度が上昇するので、通常時は酸性ガス除去部13の出口における天然ガス中のCO2濃度を監視し、CO2スパイクの発生を確認したら、CO2濃度の測定を行うサンプリング位置を払出しライン302側に切り替えて乾燥天然ガス中のCO2濃度を監視してもよい。
図5は、ある時点における水分除去部14の稼働状態を示している。同図中に示した太い実線の矢印は、水分除去が行われる天然ガスの流れを示し、太い破線の矢印は、充填層内の水分除去ゼオライト313、CO2除去ゼオライト314及びシリカゲル312の再生を行う再生ガスの流れを示している。当該図によると、吸着塔31a、31bを用いて天然ガス中の水分除去が行われ、吸着塔31cにて再生ガスを用いた再生が行われている。
CO2などの酸性ガスが除去された天然ガスが酸性ガス除去部13から流出すると(スタート)、酸性ガス除去部13の出口位置にてCO2濃度計23により天然ガス中のCO2濃度が測定される(ステップS101)。CO2濃度が管理値未満である場合には、そのままCO2濃度の監視を継続し(ステップS101;YES)、天然ガスは吸着塔31a、31bへ供給され、水分除去が行われる。
但し、既述のように吸着塔31a、31bにはCO2除去ゼオライト314が充填されているので、当該CO2除去ゼオライト314にて天然ガス中に含まれるCO2を除去することが可能である。
瞬時の電圧変動などに伴う異常値の検出であった場合には、当該設定時間内にCO2濃度の検出値は復帰するので(ステップS103;NO)、再び水分除去部14の出口側における天然ガス中のCO2濃度の監視を継続する(ステップS102)。
運転調整の具体的な実施内容としては、酸性ガス除去部13にて再生塔22から吸収塔21へ供給される吸収液の循環量を増加する場合、もしくは、LNGプラント1にて処理される天然ガスの処理量を低減する場合を例示することができる。当該運転調整は、制御部102により自動的に実行してもよいし、制御部102を介したアラームの発報などにより、オペレータが手動により調整してもよい。
酸性ガス除去部13、水分除去部14を含む前処理システムは、水分除去、再生を行う対象の吸着塔31a~31cを順次、切り替えながら、以上に説明した動作を実行する。
この結果、実際に天然ガス中のCO2の濃度が上昇したやむを得ない場合にのみ吸収液の循環量増や天然ガス処理量減などの運転調整実施の機会を限定することができる。
この場合には、図1に示す分離・液化部16に替えて、天然ガスを冷却してLPGや重質分を分離・回収する一方、軽質の天然ガスは、パイプラインを介してガスの状態のまま出荷する分離・回収部が設けられる場合を例示できる。
13 酸性ガス除去部
14 水分除去部
23 CO2濃度計
31、31a~31c
吸着塔
313 水分除去ゼオライト
314 CO2除去ゼオライト
36 CO2濃度計
Claims (8)
- 天然ガスの液化プラント、または分離回収プラント用の天然ガス前処理システムであって、
吸収液と前記天然ガスとを接触させて、前記天然ガスに含まれる二酸化炭素を除去すると共に二酸化炭素を吸収した後の前記吸収液を加熱して再生し、前記天然ガスと接触させる吸収液として循環供給する二酸化炭素除去部と、
前記二酸化炭素除去部にて前記吸収液と接触した後の天然ガスを、水分吸着剤を含む充填層に流通させて、当該天然ガスに含まれる水分を除去する水分除去部と、を備え、
前記充填層には、前記二酸化炭素除去部にて除去し切れなかった二酸化炭素を吸着除去するための二酸化炭素吸着剤が含まれていることと、
前記水分除去部の入口側にて、前記天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度を測定する入口側二酸化炭素測定部、及び前記水分除去部の出口側にて、前記天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度を測定する出口側二酸化炭素測定部が設けられていることと、
前記入口側二酸化炭素測定部にて測定した天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度が、当該入口側二酸化炭素測定部について予め設定された管理値を上回ると共に、前記出口側二酸化炭素測定部にて測定した天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度が当該出口側二酸化炭素測定部について予め設定された管理値を上回り、前記出口側二酸化炭素測定部の管理値を上回っている時間が予め設定された設定時間以上継続した場合に、前記二酸化炭素除去部の吸収液循環量を増加する、もしくは前記天然ガスの処理量を低減する制御部を備えたことと、を特徴とする天然ガス前処理システム。 - 前記水分吸着剤及び前記二酸化炭素吸着剤はモレキュラーシーブであり、前記二酸化炭素吸着剤は、前記水分吸着剤よりもモレキュラーシーブの平均細孔径が大きいことを特徴とする請求項1に記載の天然ガス前処理システム。
- 前記水分吸着剤を構成するモレキュラーシーブが3A型のゼオライトであるとき、前記二酸化炭素吸着剤を構成するモレキュラーシーブは、4A型、5A型、10X型、13X型から選択された少なくとも一つのゼオライトを含み、
前記水分吸着剤を構成するモレキュラーシーブが4A型のゼオライトであるとき、前記二酸化炭素吸着剤を構成するモレキュラーシーブは、5A型、10X型、13X型から選択された少なくとも一つのゼオライトを含むことを特徴とする請求項2に記載の天然ガス前処理システム。 - 前記充填層内には、前記水分吸着剤と前記二酸化炭素吸着剤とが異なる層に分かれて充填され、前記天然ガスの流れ方向に沿って見たとき、前記二酸化炭素吸着剤の層は、前記水分吸着剤の層よりも下流側に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の天然ガス前処理システム。
- 天然ガスの液化処理、または分離回収処理を行う前に実施される天然ガスの前処理方法であって、
吸収液と前記天然ガスとを接触させて、前記天然ガスに含まれる二酸化炭素を除去すると共に二酸化炭素を吸収した後の前記吸収液を加熱して再生し、前記天然ガスと接触させる吸収液として循環供給する工程と、
前記吸収液と接触させた後の天然ガスを、水分吸着剤を含む充填層に流通させて、当該天然ガスに含まれる水分を除去する工程と、
前記充填層は、二酸化炭素を吸着除去するための二酸化炭素吸着剤をさらに含み、水分を除去する工程における前記充填層への天然ガスの流通により、前記二酸化炭素除去する工程にて除去し切れなかった二酸化炭素を前記天然ガスから除去する工程と、
前記二酸化炭素を除去する工程の実施後、水分を除去する工程の実施前に、前記吸収液と接触させた後の天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度を測定する工程、及び前記充填層を流通した後の天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度を測定する工程と、
前記吸収液と接触させた後の天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度が、当該吸収液と接触後の天然ガスについて予め設定された管理値を上回ると共に、前記充填層を流通した後の天然ガスに含まれる二酸化炭素濃度が、当該充填層流通後の天然ガスについて予め設定された管理値を上回り、前記充填層流通後の天然ガスについての管理値を上回っている時間が予め設定された設定時間以上継続した場合に、前記天然ガスと接触させる吸収液として循環供給する吸収液の循環量を増加する、もしくは前記天然ガスの処理量を低減する運転調整を行う工程と、を含むことを特徴とする天然ガスの前処理方法。 - 前記水分吸着剤及び前記二酸化炭素吸着剤はモレキュラーシーブであり、前記二酸化炭素吸着剤は、前記水分吸着剤よりもモレキュラーシーブの平均細孔径が大きいことを特徴とする請求項5に記載の天然ガスの前処理方法。
- 前記水分吸着剤を構成するモレキュラーシーブが3A型のゼオライトであるとき、前記二酸化炭素吸着剤を構成するモレキュラーシーブは、4A型、5A型、10X型、13X型から選択された少なくとも一つのゼオライトを含み、
前記水分吸着剤を構成するモレキュラーシーブが4A型のゼオライトであるとき、前記二酸化炭素吸着剤を構成するモレキュラーシーブは、5A型、10X型、13X型から選択された少なくとも一つのゼオライトを含むことを特徴とする請求項6に記載の天然ガスの前処理方法。 - 前記充填層内には、前記水分吸着剤と前記二酸化炭素吸着剤とが異なる層に分かれて充填され、前記天然ガスの流れ方向に沿って見たとき、前記二酸化炭素吸着剤の層は、前記水分吸着剤の層よりも下流側に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の天然ガスの前処理方法。
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