WO2020261375A1 - 吸着装置の運転方法 - Google Patents
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- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Definitions
- the present invention relates to an operation method of an adsorbing device that adsorbs a component to be adsorbed in a gas to be treated using a physical adsorbent.
- a plant that treats a fluid to be treated may be provided with an adsorption device that uses a physical adsorbent to adsorb and remove impurities (components to be adsorbed) contained in the fluid to be treated.
- an adsorption device that uses a physical adsorbent to adsorb and remove impurities (components to be adsorbed) contained in the fluid to be treated.
- natural gas which is a hydrocarbon gas produced from a well
- LNG Liquidized Natural Gas
- a water removal facility is provided to remove the water inside.
- Patent Document 1 As such a moisture removing facility, Patent Document 1 is provided with a drying device (adsorption tower) filled with a molecular sieve (physical adsorbent) that adsorbs moisture, and natural gas is circulated through the molecular sieve to obtain natural gas. A device for removing the moisture inside is described. Further, Patent Document 1 describes a technique for regenerating a molecular sieve by desorbing moisture by passing a heated gas through a packed layer of the molecular sieve to which moisture is adsorbed.
- a drying device adsorption tower
- a molecular sieve physical adsorbent
- Patent Document 2 in an air distillation unit provided with two adsorption towers filled with a molecular sieve, the other adsorption tower is switched while switching the adsorption tower for purifying air by adsorbing and removing water and CO 2.
- the technology to regenerate is described. Described the problem that when one of the adsorption towers is regenerated and the purification of air is restarted in this air distillation unit, heat is generated by the adsorption of nitrogen on the regenerated molecular sieve and the temperature of the purified air rises. Has been done.
- Patent Document 2 describes the air distillation unit by mixing and discharging the high-temperature purified air discharged from the regenerated adsorption tower and the low-temperature purified air discharged from the other adsorption tower. A technique for suppressing the flow of hot air to the downstream side is described.
- the present invention has been made under such a background, and suppresses the outflow of high-temperature gas to the rear stage side of the adsorption tower after performing a regeneration process for desorbing the adsorption target component adsorbed on the physical adsorbent. Is to provide the technology to do.
- the operation method of the adsorption device of the present invention is the operation method of the adsorption device that adsorbs the component to be adsorbed in the gas to be treated using a physical adsorbent.
- the adsorption device includes a plurality of adsorption towers filled with the physical adsorbent, and these adsorption towers are a part of the adsorption towers that are supplied with the gas to be treated and perform an adsorption step of adsorbing the component to be adsorbed. And another adsorption tower that performs a regeneration step of desorbing the adsorption target component and regenerating the physical adsorbent.
- the regeneration step includes a desorption step of desorbing the adsorption target component by heating the physical adsorbent. Subsequently, in order to cool the physical adsorbent whose temperature has risen in the desorption step, a cooling gas is circulated through the adsorption tower until the outlet temperature of the adsorption tower reaches a preset temperature. A cooling process that cools the adsorption tower, After that, a standby step of waiting for switching to the adsorption step is provided. In the standby step, a standby gas for maintaining a cooled state is circulated through the adsorption tower cooled in the cooling step.
- the operation method of the suction device may have the following features.
- B) The standby gas is a gas to be processed.
- Each of the plurality of adsorption towers has a first gas line to be processed for circulating the gas to be treated to the adsorption tower during the adsorption step, and the standby gas during the standby step.
- the second gas line to be treated is connected to the first gas line to be treated.
- the second gas line to be treated is connected to the first gas line to be treated.
- the gas to be treated is supplied to the other adsorption towers as the standby gas.
- the standby gas is supplied to the other adsorption towers at a flow rate smaller than the flow rate of the gas to be processed supplied to the partial adsorption towers during the adsorption step.
- the present invention is a method of operating an adsorption device provided with a plurality of adsorption towers filled with a physical adsorbent. After the physical adsorbent is heated to desorb the components to be adsorbed, a cooling gas is applied to the adsorption tower. It is circulated and the adsorption tower is cooled until the outlet temperature of the adsorption tower reaches a preset temperature. Further, since the cooled adsorption tower is on standby for switching to the adsorption process while flowing a standby gas for maintaining the cooled state, the internal temperature of the physical adsorbent has not decreased. It is possible to suppress a rapid temperature rise at the time of switching due to this.
- gas-liquid separation 101 and mercury removal 102 are performed on the natural gas produced from the well, and then acid gas removal 103 is performed by, for example, amine cleaning.
- Moisture removal 104 is further performed on the natural gas from which acid gases such as carbon dioxide and hydrogen sulfide have been removed. Then, the natural gas subjected to these pretreatments is sent to the liquefaction facility.
- FIG. 2 is a configuration diagram showing a water removal facility used for the water removal 104 and which is an adsorption device of the present embodiment.
- the water removal equipment includes, for example, three first to third adsorption towers 1A to 1C.
- the first to third adsorption towers 1A to 1C are regenerative physical adsorbents such as zeolite that adsorb and remove water (components to be adsorbed) in natural gas, which is a gas to be treated, in a metal container body, for example. Is filled and configured.
- the first to third adsorption towers 1A to 1C are connected in parallel to the first gas line 10 through which the natural gas from which the acid gas treatment 103 has been removed flows.
- a first gas line 10 is connected to each of the first to third adsorption towers 1A to 1C so that natural gas is supplied from the upper side (the supply side of the natural gas to be adsorbed).
- the natural gas after the water is removed is discharged from the lower side (outflow side of the adsorbed natural gas) and sent to the liquefaction facility in the subsequent stage.
- Natural gas transport line 11 for the purpose is connected. V10A to V10C in FIG.
- V11A to V11C in FIG. 2 are valves for switching the discharge / stop of natural gas from the first to third adsorption towers 1A to 1C to the natural gas transport line 11, respectively.
- a regenerated gas line 14 for supplying regenerated gas for regenerating the physical adsorbent from the lower side of the first to third adsorption towers 1A to 1C to each of the first to third adsorption towers 1A to 1C. Is connected.
- the regenerated gas line 14 is provided with a heating unit 17 for heating a dry gas as a regenerated gas.
- the regenerated gas line 14 includes, for example, a heated gas line 141 that heats a part of the dry gas and supplies it to the regenerated gas line 14, and a non-heated gas line 142 that supplies the dry gas to the regenerated gas line 14 without heating. It has.
- the heated gas line 141 and the non-heated gas line 142 are provided with flow rate adjusting valves V141 and V142, respectively.
- the temperature of the dry gas supplied to the valves V141 and V142 is, for example, 230 ° C. to 300 ° C. when heated and 20 ° C. to 60 ° C. when not heated.
- the flow rate of the dry gas supplied to the regenerated gas line 14 via the heating gas line 141 is controlled by the valve V141. Further, the flow rate of the dry gas supplied to the regenerated gas line 14 via the unheated gas line 142 is controlled by the valve V142.
- the dry gas flowing through the heated gas line 141 and the dry gas flowing through the non-heated gas line 142 are merged and supplied to the first to third adsorption towers 1A to 1C, respectively. It is configured so that the temperature of the regenerated gas can be adjusted. V14A to V14C in FIG.
- valves for supplying and stopping the regenerated gas from the regenerated gas line 14 to the first to third adsorption towers 1A to 1C, respectively.
- the regenerated gas for example, natural gas (dry gas) after the water is removed by a water removing facility and discharged to the natural gas transportation line 11 is used.
- Regenerated gas discharge lines 15 for discharging the regenerated gas supplied to the first to third adsorption towers 1A to 1C are provided on the upper side of the first to third adsorption towers 1A to 1C, respectively. There is.
- the regenerated gas discharge line 15 is provided with a temperature detection unit 19 for detecting the temperature of the regenerated gas discharged and a cooler 18 for cooling the discharged regenerated gas.
- the cooler 18 is composed of an air fin cooler.
- V15A to V15C in FIG. 2 are valves for switching the discharge / stop of the regenerated gas from the first to third adsorption towers 1A to 1C to the regenerated gas discharge line 15, respectively.
- the natural gas discharged from the first to third adsorption towers 1A to 1C during the adsorption step is used. use.
- the gas line 13 is connected.
- V13A to V13C in FIG. 2 are valves that supply and stop natural gas from the step-up gas line 13 to the first to third adsorption towers 1A to 1C, respectively.
- the first to third adsorption towers 1A to 1C A decompression line 16 for discharging gas from the water is connected.
- the decompression line 16 is composed of a pipe having a diameter smaller than that of the regenerated gas discharge line 15.
- V16A to V16C in FIG. 2 are valves for executing and stopping decompression of the first to third adsorption towers 1A to 1C via the decompression gas line 16, respectively.
- the water removal equipment includes a second gas line 12 for supplying natural gas from which acid gas removal 103 has been performed.
- the amount of natural gas supplied via the second gas line 12 may be the same as the flow rate supplied to the first to third adsorption towers 1A to 1C during the adsorption step via the first gas line 10. , May be more or less.
- the second gas line 12 is provided with an orifice 20, and the supply flow rate of natural gas is supplied from the first gas line 10 to the first to third adsorption towers 1A to 1C, respectively. It is configured to be less than the flow rate.
- V12A to V12C provided on the upstream side of the orifice 20 in FIG. 2 are valves for supplying / stopping natural gas via the second gas line 12.
- the black-painted valve indicates the “closed” state
- the white valve indicates the “open” state.
- the adsorption performance of the physical adsorbent deteriorates, so that the first to third adsorption towers 1A to 1C are used.
- the regeneration treatments of the adsorption towers 1A to 1C of No. 3 are performed respectively.
- the operating states of the adsorption towers 1A to 1C are switched so as to perform the water removal treatment (adsorption step) of the natural gas using the first and second adsorption towers 1A and 1B.
- the valve V16C is opened as shown in FIG. 4, and the third adsorption is performed so that the pressure in the third adsorption tower 1C becomes equal to the supply pressure of the regenerated gas.
- Depressurize Tower 1C For example, the pressure at the time of adsorption treatment is depressurized from 1220 Psig (8.5 MPa) to 890 Psig (6.2 MPa).
- the valve V16C is closed, and the valves V14C and 15C are further opened.
- the regenerated gas flows through the third adsorption tower 1C as shown in FIG.
- the heating unit 17 is adjusted to heat the dry gas (natural gas after removing water) at 49 ° C. to 232 ° C.
- the non-heated gas line 142 is a regenerated gas line without heating the dry gas.
- the temperature of the regenerated gas is adjusted by adjusting the flow rate adjusting valves V141 and V142 to adjust the mixing ratio of the heated dry gas and the unheated dry gas.
- the third adsorption tower 1C is first heated from the depressurized temperature of 49 ° C.
- the physical adsorbent filled in the third adsorption tower 1C is heated, and a desorption step of desorbing water from the physical adsorbent is performed.
- the flow rate adjusting valve V141 is closed, and as shown in FIG. 6, unheated dry gas is supplied to the third adsorption tower 1C for cooling.
- the third adsorption tower 1C is cooled from the temperature of 232 ° C. to 49 ° C. at the time of the desorption step (cooling step).
- the valve V15C and the valve V14C are closed. Further, as shown in FIG.
- valve V13C is opened, and the natural gas subjected to the water removal treatment in the first and second adsorption towers 1A and 1B is supplied to the third adsorption tower 1C, and the third adsorption tower 1C is supplied.
- a boosting step of boosting the third adsorption tower 1C to 1220 Psig (8.5 MPa) is performed so that the pressure in 1C is the same as the pressure of natural gas.
- the water removal treatment of some of the adsorption towers, here the first and second adsorption towers 1A and 1B is carried out until a preset time is reached, and the third adsorption tower 1C is, for example, 1 Perform a waiting process that waits for a while.
- the container main body and the physical adsorption forming the first to third adsorption towers 1A to 1C are physically adsorbed.
- the temperature of the surface in contact with the cooling gas flowing through the first to third adsorption towers 1A to 1C drops relatively quickly.
- the temperature may not drop to the members constituting the container body and the inside of the physical adsorbent.
- the supply of the cooling gas is stopped using only the temperature detection result of the gas discharged from the first to third adsorption towers 1A to 1C (for example, the detection result of the temperature detection unit 19) as a judgment index.
- the gas Assuming that the gas is confined inside the first to third adsorption towers 1A to 1C, the gas from the container body and the physical adsorbent itself during the standby process of the first to third adsorption towers 1A to 1C. Due to heat transfer (residual heat) or the like, the temperature of the gas inside the first to third adsorption towers 1A to 1C may rise.
- first to third adsorption towers 1A to 1C where such an event occurs, switching from the standby state (standby step) to the state of performing the water removal treatment in the natural gas (adsorption step) is performed. If this is done, the gas whose temperature has risen inside the first to third adsorption towers 1A to 1C during the standby period will be discharged to the downstream liquefaction facility. If high-temperature natural gas flows into the liquefaction facility, the operation of the downstream liquefaction facility may become unstable or the aluminum heat exchanger that cools the natural gas may be damaged.
- the detection temperature of the temperature detection unit 19 reaches a preset temperature
- the pressure inside the third adsorption tower 1C is increased as shown in FIG. 7, and then FIG.
- the valve V12C and the valve V11C are opened as shown in.
- natural gas is supplied to the third adsorption tower 1C via the second gas line 12. While the adsorption tower that has undergone the desorption step among the first to third adsorption towers 1A to 1C, for example, the third adsorption tower 1C is on standby through the cooling step, the third adsorption tower is concerned.
- the temperature of the container body and the physical adsorbent of the third adsorption tower 1C that has undergone the desorption step can be maintained at the temperature in the cooled state by the cooling step. it can.
- the standby gas By flowing the standby gas through the third adsorption tower 1C during the standby process, the internal gas of the third adsorption tower 1C is generated by the residual heat of the container body and the physical adsorption material of the third adsorption tower 1C. It is possible to suppress the rise in the temperature of the gas.
- the temperature of the standby gas is the same as that of natural gas, for example, 20 ° C. to 60 ° C.
- the valve V12C is closed and the valve V10C is opened.
- the standby gas is circulating inside the third adsorption tower 1C, and the temperature rise of the internal gas is suppressed, so the natural gas with a high temperature is directed toward the rear side of the moisture removal equipment. It can be suppressed from being paid out.
- the regeneration step of the other adsorption towers (1A, 1B, 1C) is performed while the adsorption step is being executed.
- the regeneration step is performed while the adsorption step is being executed.
- the cooling gas is circulated through the adsorption tower (any one of 1A, 1B or 1C; hereinafter also referred to as “regenerated adsorption tower”) that has undergone the desorption step. Then, the regenerated adsorption tower is cooled until the outlet temperature of the regenerated adsorption tower reaches a preset temperature. Further, the cooled regenerated adsorption tower is on standby to switch to the adsorption process while circulating the natural gas to be removed of water inside.
- the temperature of the internal gas of the first to third adsorption towers 1A to 1C rises due to the residual heat of the container body of the first to third adsorption towers 1A to 1C and the physical adsorbent. It can be suppressed, and it is possible to suppress an increase in the temperature of the natural gas discharged to the downstream side when switching from the standby state to the state of performing the water removal treatment in the natural gas (adsorption step).
- the flow rate of the natural gas supplied to the first to third adsorption towers 1A to 1C during the standby process is smaller than the flow rate of the natural gas supplied to the first to third adsorption towers 1A to 1C during the adsorption process.
- a second gas line 12 is provided to supply the gas, and the flow rate of the standby gas is adjusted by the orifice 20. Therefore, the first gas line 10 and the second gas line 12 can be simply configured with relatively inexpensive parts, and the equipment cost can be reduced.
- the first to third adsorption towers 1A to 1C are regenerated (desorption step), the regenerated gas for cooling is supplied, the standby step is performed, and the first to third adsorption steps are performed immediately before the transition to the adsorption step.
- the pressure of the adsorption towers 1A to 1C may be increased.
- the number of adsorption towers of the present invention may be two. Alternatively, there may be four or more.
- the standby gas supplied to the first to third adsorption towers 1A to 1C in the standby step is not limited to the natural gas before water removal, and for example, the natural gas after water removal may be used.
- a pipe 21 having an orifice 20 is connected to the payout side (lower side) of the first to third suction towers 1A to 1C, and the first to third suction towers 1 to 3 are connected in the standby process.
- Natural gas may be circulated through the adsorption towers 1A to 1C. That is, a configuration may be adopted in which natural gas is supplied as a standby gas from the payout side during the adsorption step and discharged from, for example, the regenerated gas discharge line 15.
- the second gas line 12 is provided on the upper side of the first to third adsorption towers 1A to 1C, but the present invention is not limited to this.
- the second gas line 12 is provided on the lower side of the first to third adsorption towers 1A to 1C, and is for standby at the outlet side of the first to third adsorption towers 1A to 1C.
- the flow rate of the gas may be adjusted.
- the method of heating the physical adsorbent during the regeneration step is not limited to the case where the regenerated gas heated by the heating unit 17 is supplied to the first to third adsorption towers 1A to 1C.
- the physical adsorbent is heated by using a heater provided so as to cover the container bodies of the first to third adsorption towers 1A to 1C, and the water content is increased. May be detached.
- the gas used as the regenerating gas may be a dry gas, and for example, a natural gas from which the water discharged from the first to third adsorption towers 1A to 1C has been removed can be used. Further, as the regenerating gas, a boil-off gas (BOG) generated in a tank for storing natural gas, a product gas recovered in a liquefaction facility in a subsequent stage, or a residual gas may be used.
- BOG boil-off gas
- the component to be adsorbed is not limited to water, and may be, for example, mercaptan.
- the gas to be treated containing these components to be adsorbed is not limited to natural gas, and may be, for example, a hydrocarbon gas other than air or natural gas.
- the renewable physical adsorbent may be activated alumina, silica gel, or the like in addition to zeolite.
- Such an adsorption device can also be applied to an LNG (liquefied natural gas) plant, an oil-to-chemical plant, an ethylene plant, a gas treatment plant, and the like.
- the first gas line 10 and the second gas line 12 are provided, and the natural gas is configured to circulate different pipes during the adsorption step and the standby step. It is not limited. Natural gas may be circulated through a common pipe during the adsorption process and the standby process.
- a flow rate adjusting unit for example, a flow rate control valve
- adjusting the flow rate may be provided in the common pipe to adjust the flow rate during the suction step and the standby step.
- the flow rate control valve is installed instead of the orifice 20. You may.
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Abstract
【課題】物理吸着剤に吸着した吸着対象成分を脱着させる再生処理を行った後、吸着塔の後段側への高温のガスの流出を抑制する。 【解決手段】物理吸着剤が充填された複数の吸着塔を備えた吸着装置の運転方法において、一部の吸着塔で吸着工程を実行しているときに他の吸着塔を再生するにあたって、物理吸着剤に吸着した前記吸着対象成分を脱着させた後、前記吸着塔に冷却用のガスを流通させて、前記吸着塔の出口温度が予め設定された温度に到達するまで前記吸着塔を冷却している。さらに、冷却した前記吸着塔に、冷却状態を維持するための待機用のガスを流通させながら前記吸着工程へ切り替えるために待機している。
Description
本発明は、物理吸着剤を用いて被処理ガス中の吸着対象成分を吸着する吸着装置の運転方法に関する。
被処理流体の処理を行うプラントには、物理吸着剤を用いて、当該被処理流体に含まれる不純物(吸着対象成分)を吸着させて除去する吸着装置が設けられている場合がある。
例えば井戸元より産出された炭化水素ガスである天然ガスを冷却してLNG(Liquidized Natural Gas)を生産する場合、冷却したときに天然ガス中の水が固化してしまうことを防ぐために、天然ガス中の水分を除去する水分除去設備が設けられる。
例えば井戸元より産出された炭化水素ガスである天然ガスを冷却してLNG(Liquidized Natural Gas)を生産する場合、冷却したときに天然ガス中の水が固化してしまうことを防ぐために、天然ガス中の水分を除去する水分除去設備が設けられる。
このような水分除去設備として、特許文献1には、水分を吸着するモレキュラーシーブ(物理吸着剤)が充填された乾燥装置(吸着塔)を備え、モレキュラーシーブに天然ガスを流通させることで天然ガス中の水分を除去する装置が記載されている。さらに特許文献1には、水分を吸着させたモレキュラーシーブの充填層に加熱したガスを通すことにより、水分を脱着させてモレキュラーシーブを再生する技術が記載されている。
また特許文献2には、モレキュラーシーブが充填された2基の吸着塔を備えた空気蒸留ユニットにおいて、水分及びCO2を吸着除去して空気の精製を行う吸着塔を切り替えながら、他方の吸着塔を再生する技術が記載されている。この空気蒸留ユニットにおいて、一方の吸着塔を再生して空気の精製を再開したときに、再生されたモレキュラーシーブに窒素が吸着することによって熱が発生し、精製空気の温度が上昇する問題が記載されている。この問題につき特許文献2には、再生した吸着塔から排出される温度の高い精製空気と、他方の吸着塔から排出される温度の低い精製空気とを混合して排出することにより空気蒸留ユニットの下流側に温度の高い空気が流れることを抑制する技術が記載されている。
本発明は、このような背景の下になされたものであり、物理吸着剤に吸着した吸着対象成分を脱着させる再生処理を行った後、吸着塔の後段側への高温のガスの流出を抑制する技術を提供することにある。
本発明の吸着装置の運転方法は、物理吸着剤を用いて被処理ガス中の吸着対象成分を吸着する吸着装置の運転方法において、
前記吸着装置は、前記物理吸着剤が充填された複数の吸着塔を備え、これらの吸着塔は、前記被処理ガスが供給され、前記吸着対象成分を吸着する吸着工程を行う一部の吸着塔と、前記吸着対象成分を脱着させて前記物理吸着剤を再生する再生工程を行う他の吸着塔と、に切り替え自在に構成され、
前記再生工程は、前記物理吸着剤を加熱することにより、前記吸着対象成分を脱着させる脱着工程と、
続いて、前記脱着工程において温度が上昇した前記物理吸着剤を冷却するため、前記吸着塔に冷却用のガスを流通させて、前記吸着塔の出口温度が予め設定された温度に到達するまで前記吸着塔を冷却する冷却工程と、
その後、前記吸着工程へ切り替えるために待機する待機工程と、を備え、
前記待機工程では、前記冷却工程で冷却した前記吸着塔に、冷却状態を維持するための待機用のガスを流通させる。
前記吸着装置は、前記物理吸着剤が充填された複数の吸着塔を備え、これらの吸着塔は、前記被処理ガスが供給され、前記吸着対象成分を吸着する吸着工程を行う一部の吸着塔と、前記吸着対象成分を脱着させて前記物理吸着剤を再生する再生工程を行う他の吸着塔と、に切り替え自在に構成され、
前記再生工程は、前記物理吸着剤を加熱することにより、前記吸着対象成分を脱着させる脱着工程と、
続いて、前記脱着工程において温度が上昇した前記物理吸着剤を冷却するため、前記吸着塔に冷却用のガスを流通させて、前記吸着塔の出口温度が予め設定された温度に到達するまで前記吸着塔を冷却する冷却工程と、
その後、前記吸着工程へ切り替えるために待機する待機工程と、を備え、
前記待機工程では、前記冷却工程で冷却した前記吸着塔に、冷却状態を維持するための待機用のガスを流通させる。
また吸着装置の運転方法は、以下の特徴を備えていてもよい。
(a)前記脱着工程では、前記吸着塔に前記物理吸着剤を加熱再生するための再生用のガスを供給することにより、前記吸着対象成分を脱着させ、前記冷却工程では、前記冷却用のガスは、前記再生用のガスの供給により、前記脱着工程の間に温度が上昇した物理吸着剤を冷却するために供給されること。
(b)前記待機用のガスは被処理ガスであること。
(c)前記複数の吸着塔には、各々、前記吸着工程中に前記被処理ガスを当該吸着塔に流通させるための第1の被処理ガスラインと、前記待機工程中に前記待機用のガスを当該吸着塔に流通させるための第2の被処理ガスラインと、が設けられ、前記第2の被処理ガスラインは、前記第1の被処理ガスラインに接続され、前記待機工程では、前記一部の吸着塔に供給される被処理ガスの一部を前記第2の被処理ガスラインを介して分岐することにより、前記待機用のガスとして前記他の吸着塔に供給すること。
(d)前記待機用のガスは、前記吸着工程中に前記一部の吸着塔に供給される被処理ガスの流量よりも少ない流量で前記他の吸着塔に供給されること。
(a)前記脱着工程では、前記吸着塔に前記物理吸着剤を加熱再生するための再生用のガスを供給することにより、前記吸着対象成分を脱着させ、前記冷却工程では、前記冷却用のガスは、前記再生用のガスの供給により、前記脱着工程の間に温度が上昇した物理吸着剤を冷却するために供給されること。
(b)前記待機用のガスは被処理ガスであること。
(c)前記複数の吸着塔には、各々、前記吸着工程中に前記被処理ガスを当該吸着塔に流通させるための第1の被処理ガスラインと、前記待機工程中に前記待機用のガスを当該吸着塔に流通させるための第2の被処理ガスラインと、が設けられ、前記第2の被処理ガスラインは、前記第1の被処理ガスラインに接続され、前記待機工程では、前記一部の吸着塔に供給される被処理ガスの一部を前記第2の被処理ガスラインを介して分岐することにより、前記待機用のガスとして前記他の吸着塔に供給すること。
(d)前記待機用のガスは、前記吸着工程中に前記一部の吸着塔に供給される被処理ガスの流量よりも少ない流量で前記他の吸着塔に供給されること。
本発明は、物理吸着剤が充填された複数の吸着塔を備えた吸着装置の運転方法において、物理吸着剤を加熱して吸着対象成分を脱着させた後、前記吸着塔に冷却用のガスを流通させて、前記吸着塔の出口温度が予め設定された温度に到達するまで前記吸着塔を冷却する。さらに、冷却した前記吸着塔は、冷却状態を維持するための待機用のガスを流通させながら前記吸着工程へ切り替えるために待機しているので、物理吸着剤の内部温度が低下していないことに起因する、切り替え時の急激な温度上昇を抑制することができる。
初めに、天然ガスの液化装置の前処理設備にて実施される各種処理の流れについて説明する。図1に示すように、井戸元から産出される天然ガスに対して、例えば気液分離101や水銀除去102が行われ、さらにその後、例えばアミン洗浄により酸性ガス除去103が行われる。二酸化炭素や硫化水素などの酸性ガスが除去された天然ガスに対して、さらに水分除去104が行われる。そしてこれらの前処理が行われた天然ガスが液化設備に送られる。
図2は、水分除去104に用いられ、本実施の形態の吸着装置である水分除去設備を示す構成図である。水分除去設備は、例えば3基の第1~第3の吸着塔1A~1Cを備えている。第1~第3の吸着塔1A~1Cは、例えば金属製の容器本体内に、被処理ガスである天然ガス中の水分(吸着対象成分)を吸着除去するゼオライトなどの再生可能な物理吸着剤が充填されて構成されている。
第1~第3の吸着塔1A~1Cは、酸性ガス除去103が行われた天然ガスが流れる第1のガスライン10に対して互いに並列に接続されている。例えば第1~第3の吸着塔1A~1Cのそれぞれには、上部側(吸着処理がされる天然ガスの供給側)から天然ガスが供給されるように、第1のガスライン10が接続されている。また第1~第3の吸着塔1A~1Cの夫々には、水分が除去された後の天然ガスを下部側(吸着処理がされた天然ガスの流出側)から払い出し、後段の液化設備へ送るための天然ガス輸送ライン11が接続されている。図2中のV10A~V10Cは、夫々第1のガスライン10から第1~第3の吸着塔1A~1Cへの天然ガスの供給・停止を切り替えるバルブである。また図2中のV11A~V11Cは、夫々第1~第3の吸着塔1A~1Cから天然ガス輸送ライン11への天然ガスの払い出し・停止を切り替えるバルブである。
さらに第1~第3の吸着塔1A~1Cの夫々には、第1~第3の吸着塔1A~1Cの下部側から物理吸着剤の再生を行うための再生ガスを供給する再生ガスライン14が接続されている。再生ガスライン14には、再生ガスとしての乾燥ガスを加熱する加熱部17が設けられている。再生ガスライン14は、例えば乾燥ガスの一部を加熱して再生ガスライン14に供給する加熱ガスライン141と、乾燥ガスを加熱せずに再生ガスライン14に供給する非加熱ガスライン142と、を備えている。これら加熱ガスライン141及び非加熱ガスライン142には、夫々流量調整バルブV141及びV142が設けられている。本実施の形態では、バルブV141及びV142へ供給される乾燥ガスの温度は、例えば加熱時は230℃~300℃であり、非加熱時は20℃~60℃である。
そして、加熱ガスライン141を介して再生ガスライン14に供給される乾燥ガスの流量は、バルブV141によって制御される。また、非加熱ガスライン142を介して再生ガスライン14に供給される乾燥ガスの流量は、バルブV142によって制御される。このように、本実施の形態は、加熱ガスライン141を流れる乾燥ガスと非加熱ガスライン142を流れる乾燥ガスとを合流させることで、第1~第3の吸着塔1A~1Cに各々供給される再生ガスの温度を調節できるように構成されている。図2中のV14A~V14Cは、夫々、再生ガスライン14から第1~第3の吸着塔1A~1Cへの再生ガスの供給、停止を行うためのバルブである。再生ガスには、例えば水分除去設備にて水分が除去され、天然ガス輸送ライン11へと払い出された後の天然ガス(乾燥ガス)が用いられる。
第1~第3の吸着塔1A~1Cの上部側の夫々には、第1~第3の吸着塔1A~1Cに供給された再生ガスを排出するための再生ガス排出ライン15が設けられている。再生ガス排出ライン15には、排出される再生ガスの温度を検出する温度検出部19と、排出された再生ガスを冷却する冷却器18とが設けられている。例えば冷却器18は、エアフィンクーラーにより構成される。図2中のV15A~V15Cは、夫々第1~第3の吸着塔1A~1Cから再生ガス排出ライン15への再生ガスの排出・停止を切り替えるバルブである。
また、本実施の形態では、第1~第3の吸着塔1A~1Cの内部を昇圧するために、吸着工程中の第1~第3の吸着塔1A~1Cから払い出された天然ガスを使用する。具体的には、第1~第3の吸着塔1A~1Cの下部側の夫々には、一部の吸着塔(1B及び1C、1A及び1C、1A及び1B)からの天然ガスを流通させる昇圧ガスライン13が接続されている。図2中のV13A~V13Cは、夫々昇圧ガスライン13から第1~第3の吸着塔1A~1Cへの天然ガスの供給・停止を行うバルブである。また第1~第3の吸着塔1A~1Cの上部側の夫々には、第1~第3の吸着塔1A~1Cの内部を脱圧するために、第1~第3の吸着塔1A~1Cからガスを排出する脱圧ライン16が接続されている。なお脱圧ライン16は再生ガス排出ライン15よりも径の細い配管で構成されている。図2中のV16A~V16Cは、夫々脱圧ガスライン16を介した第1~第3の吸着塔1A~1Cの脱圧の実行・停止を行うためのバルブである。
さらに本発明の実施の形態に係る水分除去設備は、酸性ガス除去103が行われた天然ガスを供給する第2のガスライン12を備えている。第2のガスライン12を介して供給される天然ガスは、第1のガスライン10を介して吸着工程中の第1~第3の吸着塔1A~1Cに供給される流量と同量でもよく、多くても少なくてもよい。本実施の形態では、第2のガスライン12には、オリフィス20が設けられ、天然ガスの供給流量が第1のガスライン10から第1~第3の吸着塔1A~1Cに夫々供給される流量よりも少なくなる構成となっている。図2中のオリフィス20の上流側に設けられたV12A~V12Cは、第2のガスライン12を介した天然ガスの供給・停止を行うためのバルブである。
続いて本発明の実施の形態に係る水分除去設備の作用について説明する。以下に説明する図3~図9において、黒塗りのバルブは「閉」状態を示し、白抜きのバルブは「開」状態を示している。
上述の水分除去設備により、天然ガス中の水分を除去するにあたっては、例えば3基ある第1~第3の吸着塔1A~1Cの内の2基に第1のガスライン10を介して天然ガスが供給されて、水分の除去処理が行われ、残りの一基が稼働せずに待機している。そして第1~第3の吸着塔1A~1C夫々について、予め設定された時間(例えば30時間)、水分除去処理が実施されると、物理吸着剤の吸着性能が低下するため、第1~第3の吸着塔1A~1Cの再生処理が各々行われる。
上述の水分除去設備により、天然ガス中の水分を除去するにあたっては、例えば3基ある第1~第3の吸着塔1A~1Cの内の2基に第1のガスライン10を介して天然ガスが供給されて、水分の除去処理が行われ、残りの一基が稼働せずに待機している。そして第1~第3の吸着塔1A~1C夫々について、予め設定された時間(例えば30時間)、水分除去処理が実施されると、物理吸着剤の吸着性能が低下するため、第1~第3の吸着塔1A~1Cの再生処理が各々行われる。
以下に説明する例では、第2及び第3の吸着塔1B及び1Cにて天然ガスの水分除去が行われ、第1の吸着塔1Aは、待機しているとする(図示せず)。この例において、第3の吸着塔1Cを再生するタイミングになると、図3に示すようにバルブV10C及びV11Cが閉じられる一方、バルブV10A及びV11Aが開かれる。これにより第3の吸着塔1Cへの天然ガスの供給及び水分除去後の天然ガスの払い出しを停止して(吸着工程を終了して)、第3の吸着塔1Cは、物理吸着剤の再生処理(再生工程)を開始する。そして、第1、第2の吸着塔1A、1Bを用いて天然ガスの水分除去処理(吸着工程)を行うように吸着塔1A~1Cの稼働状態が切り替わる。しかる後、天然ガスと再生ガスの差圧が大きい場合、図4に示すようにバルブV16Cを開き、第3の吸着塔1C内の圧力が再生ガスの供給圧力と等しくなるように第3の吸着塔1Cを脱圧する。例えば吸着処理時の圧力1220Psig(8.5MPa)から890Psig(6.2MPa)に脱圧する。
次いでバルブV16Cを閉じ、さらにバルブV14C及びバルブ15Cを開く。これにより図5に示すように第3の吸着塔1Cに再生ガスが流通する。このとき、加熱部17は、49℃の乾燥ガス(水分除去後の天然ガス)を232℃に加熱するように調節されており、非加熱ガスライン142は乾燥ガスを加熱せずに再生ガスライン14に供給する。そして流量調節バルブV141、V142を調節して加熱した乾燥ガスと非加熱の乾燥ガスとの混合比を調節することで再生ガスの温度の調節が行われる。これにより第3の吸着塔1Cは、脱圧後の温度49℃からまず149℃に昇温されて3時間加熱され、次いで232℃で6.5時間加熱される。これにより第3の吸着塔1Cに充填された物理吸着剤が加熱され、当該物理吸着剤から水分を脱着させる脱着工程が行われる。
その後、例えば流量調整バルブV141を閉じ、図6に示すように非加熱の乾燥ガスを第3の吸着塔1Cに供給して冷却する。これにより第3の吸着塔1Cは、脱着工程時の温度232℃から49℃まで冷却される(冷却工程)。そして再生ガス排出ライン15に設けた温度検出部19の検出温度が予め設定された温度、例えば49℃に到達すると、バルブV15C及びバルブV14Cを閉じる。さらに図7に示すようにバルブV13Cを開き、第3の吸着塔1Cに第1及び第2の吸着塔1A、1Bにて水分除去処理が行われた天然ガスを供給し、第3の吸着塔1C内の圧力が天然ガスの圧力と同じとなるように、第3の吸着塔1Cを1220Psig(8.5MPa)まで昇圧する昇圧工程を実行する。その後、一部の吸着塔、ここでは第1及び第2の吸着塔1A、1Bの水分除去処理が予め設定された時間に到達するまでの間実施され、第3の吸着塔1Cは、例えば1時間待機する待機工程を行う。
ここで、第1~第3の吸着塔1A~1Cに冷却用の再生ガスを流して冷却を行った場合には、第1~第3の吸着塔1A~1Cを構成する容器本体や物理吸着剤においては、第1~第3の吸着塔1A~1Cを流れる冷却用のガスと接触する表面の温度は比較的速やかに低下する。一方、容器本体を構成する部材や物理吸着剤の内部までは、温度が低下していないことがある。このような場合に、第1~第3の吸着塔1A~1Cから払い出されるガスの温度の検出結果(例えば温度検出部19の検出結果)のみを判断指標として冷却用のガスの供給を停止し、第1~第3の吸着塔1A~1C内部にガスを閉じ込めた状態とすると、第1~第3の吸着塔1A~1Cの待機工程の期間中に、容器本体や物理吸着剤自体からの伝熱(余熱)などにより、第1~第3の吸着塔1A~1Cの内部のガスの温度が上昇してしまうことがある。
このような事象が発生している第1~第3の吸着塔1A~1Cにおいて、待機の状態(待機工程)から、天然ガス中の水分の除去処理を行う状態(吸着工程)への切り替えを行うと、待機期間中に第1~第3の吸着塔1A~1C内部で温度上昇したガスが下流の液化設備に向けて払い出されてしまう。液化設備に温度の高い天然ガスが流れてしまうと、下流の液化設備の運転が不安定になったり、天然ガスの冷却を行うアルミ熱交換器を損傷させる原因になることがある。
そこで本実施の形態に係る水分除去設備においては、温度検出部19の検出温度が予め設定された温度に到達し、図7に示すように第3の吸着塔1C内を昇圧した後、図8に示すようにバルブV12C、バルブV11Cを開く。これにより第2のガスライン12を介して第3の吸着塔1Cに天然ガスが供給される。このように第1~第3の吸着塔1A~1Cのうちの脱着工程を行った吸着塔、例えば第3の吸着塔1Cが冷却工程を経て待機している間に、当該第3の吸着塔1Cに、待機用のガスとして天然ガスを流しておくことで、脱着工程を行った第3の吸着塔1Cの容器本体や物理吸着剤の温度を冷却工程による冷却状態における温度に維持することができる。以上のように、待機工程中の第3の吸着塔1Cに待機用のガスを流すことで、第3の吸着塔1Cの容器本体や物理吸着材の余熱により第3の吸着塔1Cの内部ガスの温度が上昇することを抑制できる。本実施の形態では、待機用のガスとして被処理ガスを使用するので、待機用のガスの温度は天然ガスと同じ温度であり、例えば20℃~60℃である。
しかる後、待機時間が経過し、第3の吸着塔1Cを用いて天然ガス中の水分を除去する吸着工程を実行するタイミングとなったら、バルブV12Cを閉じ、バルブV10Cを開く。この直前まで第3の吸着塔1C内部には待機用のガスが流通しており、内部ガスの温度上昇が抑えられていることから、水分除去設備の後段側へ向けて温度の高い天然ガスが払い出されることを抑制することができる。
上述の実施の形態によれば、物理吸着剤が充填された第1~第3の吸着塔1A~1Cを備えた水分除去設備において、一部の吸着塔(1B及び1C、1A及び1C、1A及び1B)で吸着工程を実行しているときに他の吸着塔(1A、1B、1C)の再生工程を行う。このとき、第1~第3の吸着塔1A~1Cのうちの再生工程を行う吸着塔に加熱したガスを供給し、物理吸着剤に吸着した水分を脱着させた(脱着工程を行った)後、前記脱着工程を行った吸着塔(1Aまたは1Bまたは1Cのいずれか一つ。以下、「再生済吸着塔」ともいう)に冷却用のガスを流通させる。そして、当該再生済吸着塔の出口温度が予め設定された温度に到達するまで当該再生済吸着塔を冷却している。さらに、冷却した再生済吸着塔は、水分除去対象の天然ガスを内部に流通させながら吸着工程へ切り替えるために待機している。そのため、再生済吸着塔において、第1~第3の吸着塔1A~1Cの容器本体や物理吸着剤の余熱により第1~第3の吸着塔1A~1Cの内部ガスの温度が上昇することを抑制でき、待機の状態から、天然ガス中の水分の除去処理を行う状態(吸着工程)に切り替えたときに、下流側へ払い出される天然ガスの温度が上昇することを抑制することができる。
また、待機工程中の第1~第3の吸着塔1A~1Cに供給する天然ガスの流量を、吸着工程中の第1~第3の吸着塔1A~1Cに供給する天然ガスの流量より少ない流量とすることにより、再生された物理吸着剤に吸着される水分量を低減し、吸着処理に切り替えても物理吸着剤が十分に性能を発揮することができる。
さらに本例では、吸着工程時に第1~第3の吸着塔1A~1Cに天然ガスを供給する第1のガスライン10と、待機工程時に第1~第3の吸着塔1A~1Cに天然ガスを供給する第2のガスライン12が設けられ、オリフィス20によって待機用のガスの流量が調節される。そのため、第1のガスライン10および第2のガスライン12を比較的安価な部品でシンプルに構成することができ、設備費を削減することができる。
さらに本例では、吸着工程時に第1~第3の吸着塔1A~1Cに天然ガスを供給する第1のガスライン10と、待機工程時に第1~第3の吸着塔1A~1Cに天然ガスを供給する第2のガスライン12が設けられ、オリフィス20によって待機用のガスの流量が調節される。そのため、第1のガスライン10および第2のガスライン12を比較的安価な部品でシンプルに構成することができ、設備費を削減することができる。
また第1~第3の吸着塔1A~1Cの払い出し側(下部側)に管径の細い配管を接続し、待機工程において第1~第3の吸着塔1A~1Cに天然ガスを流通させるにあたって当該配管を介して払い出すようにしてもよい。払い出し側の配管の径を細くすることにより第1~第3の吸着塔1A~1Cを流通するガスの流量を少なくすることができる。
さらに第1~第3の吸着塔1A~1Cの再生処理(脱着工程)を行い、冷却用の再生ガスを供給した後、待機工程を行い、吸着工程に移行する直前に当該第1~第3の吸着塔1A~1Cの圧力を昇圧してもよい。また本発明の吸着塔は、2基であってもよい。あるいは4基以上であってもよい。
さらに第1~第3の吸着塔1A~1Cの再生処理(脱着工程)を行い、冷却用の再生ガスを供給した後、待機工程を行い、吸着工程に移行する直前に当該第1~第3の吸着塔1A~1Cの圧力を昇圧してもよい。また本発明の吸着塔は、2基であってもよい。あるいは4基以上であってもよい。
さらに待機工程にて第1~第3の吸着塔1A~1Cに供給する待機用のガスは、水分除去前の天然ガスに限らず、例えば水分除去後の天然ガスを用いてもよい。この場合には、図9に示すように第1~第3の吸着塔1A~1Cの払い出し側(下部側)にオリフィス20を備えた配管21を接続し、待機工程において第1~第3の吸着塔1A~1Cに天然ガスを流通させてもよい。すなわち、吸着工程時の払い出し側から待機用のガスとして天然ガスを供給し、例えば再生ガス排出ライン15から排出を行う構成を採用してもよい。
但し、既述の例のように待機工程にて水分除去前の天然ガス(被処理ガス)を待機用のガスとして第1~第3の吸着塔1A~1Cに供給して待機することで、第1~第3の吸着塔1A~1Cから払い出される待機用のガスを製品ガスとして回収することができるためガスの無駄が少なくなる。
但し、既述の例のように待機工程にて水分除去前の天然ガス(被処理ガス)を待機用のガスとして第1~第3の吸着塔1A~1Cに供給して待機することで、第1~第3の吸着塔1A~1Cから払い出される待機用のガスを製品ガスとして回収することができるためガスの無駄が少なくなる。
また、本実施の形態では、第2のガスライン12が第1~第3の吸着塔1A~1Cの上部側に設けられている場合を例示したが、これに限定されるものではない。図10に示すように、第2のガスライン12は、第1~第3の吸着塔1A~1Cの下部側に設けられ、第1~第3の吸着塔1A~1Cの出口側で待機用のガスの流量を調節してもよい。
また、再生工程の際に物理吸着剤を加熱する手法は、加熱部17にて加熱された再生ガスを第1~第3の吸着塔1A~1Cに供給する場合に限定されない。例えば加熱されていない再生ガス(例えば49℃)を供給しながら、第1~第3の吸着塔1A~1Cの容器本体を覆うように設けられたヒーターを用いて物理吸着剤を加熱し、水分を脱着させてもよい。
また再生用のガスとして用いるガスは、乾燥したガスであればよく、例えば第1~第3の吸着塔1A~1Cから払い出される水分が除去された天然ガスを用いることができる。また再生用のガスとしては、天然ガスを貯留するタンクにて発生するボイルオフガス(BOG)や、後段の液化設備にて回収される製品ガスや残渣ガスを用いてもよい。
さらに吸着対象成分は、水分に限らず、例えばメルカプタンであってもよい。またこれらの吸着対象成分を含む被処理ガスは、天然ガスに限らず、例えば空気や天然ガス以外の炭化水素ガスであってもよい。さらに再生可能な物理吸着剤は、ゼオライト以外にも活性アルミナや、シリカゲルなどであってもよい。
このような吸着装置は、LNG(液化天然ガス)プラント、オイルトゥーケミカルプラント、エチレンプラント、ガス処理プラントなどにも適用することができる。
このような吸着装置は、LNG(液化天然ガス)プラント、オイルトゥーケミカルプラント、エチレンプラント、ガス処理プラントなどにも適用することができる。
また、本実施の形態では、第1のガスライン10と第2のガスライン12とが設けられ、天然ガスは、吸着工程時と待機工程時に別の配管を流通する構成としたが、これに限定されるものではない。天然ガスは、吸着工程時と待機工程時において共通の配管を流通してもよい。この場合、当該共通の配管に流量を調節する流量調節部(例えば流量制御弁)を設け、吸着工程時および待機工程時の流量を調節してもよい。
また、本実施の形態では、待機用のガスの流量調節のために、第2のガスライン12にオリフィス20が設置されている場合を例示したが、オリフィス20に代えて流量制御弁が設置されてもよい。
1A~1C 第1~第3の吸着塔
10 第1のガスライン
11 天然ガス輸送ライン
12 第2のガスライン
13 昇圧ガスライン
14 再生ガスライン
10 第1のガスライン
11 天然ガス輸送ライン
12 第2のガスライン
13 昇圧ガスライン
14 再生ガスライン
Claims (5)
- 物理吸着剤を用いて被処理ガス中の吸着対象成分を吸着する吸着装置の運転方法において、
前記吸着装置は、前記物理吸着剤が充填された複数の吸着塔を備え、これらの吸着塔は、前記被処理ガスが供給され、前記吸着対象成分を吸着する吸着工程を行う一部の吸着塔と、前記吸着対象成分を脱着させて前記物理吸着剤を再生する再生工程を行う他の吸着塔と、に切り替え自在に構成され、
前記再生工程は、前記物理吸着剤を加熱することにより、前記吸着対象成分を脱着させる脱着工程と、
続いて、前記脱着工程において温度が上昇した前記物理吸着剤を冷却するため、前記吸着塔に冷却用のガスを流通させて、前記吸着塔の出口温度が予め設定された温度に到達するまで前記吸着塔を冷却する冷却工程と、
その後、前記吸着工程へ切り替えるために待機する待機工程と、を備え、
前記待機工程では、前記冷却工程で冷却した前記吸着塔に、冷却状態を維持するための待機用のガスを流通させる吸着装置の運転方法。 - 前記脱着工程では、前記吸着塔に前記物理吸着剤を加熱再生するための再生用のガスを供給することにより、前記吸着対象成分を脱着させ、
前記冷却工程では、前記冷却用のガスは、前記再生用のガスの供給により、前記脱着工程の間に温度が上昇した物理吸着剤を冷却するために供給される請求項1に記載の吸着装置の運転方法。 - 前記待機用のガスは被処理ガスである請求項1に記載の吸着装置の運転方法。
- 前記複数の吸着塔には、各々、前記吸着工程中に前記被処理ガスを当該吸着塔に流通させるための第1の被処理ガスラインと、前記待機工程中に前記待機用のガスを当該吸着塔に流通させるための第2の被処理ガスラインと、が設けられ、
前記第2の被処理ガスラインは、前記第1の被処理ガスラインに接続され、
前記待機工程では、前記一部の吸着塔に供給される被処理ガスの一部を前記第2の被処理ガスラインを介して分岐することにより、前記待機用のガスとして前記他の吸着塔に供給する請求項3に記載の吸着装置の運転方法。 - 前記待機用のガスは、前記吸着工程中に前記一部の吸着塔に供給される被処理ガスの流量よりも少ない流量で前記他の吸着塔に供給される請求項3に記載の吸着装置の運転方法。
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