液态氮制造装置和液态氮制造方法与流程

1.本发明涉及液态氮制造装置和液态氮制造方法，涉及例如利用了液化天然气(lng)的冷量的液态氮制造装置和液态氮制造方法。

背景技术：

2.作为有效利用lng的冷量的方法，有专利文献1或专利文献2。在专利文献1或专利文献2(例如图2)中公开了在氮气的液化中利用lng冷量的方法。在专利文献1中，为了高效率地制造液态气体，在液化天然气(lng)的接收和气化站中，利用在使lng蒸发时所释放的冷能来冷却气体。另外，在lng中蒸发气体(bog)的回收是重要的，在专利文献3(例如图3)中公开了关于bog的再液化的方法。
3.在bog的再液化中利用了lng的冷量的情况下，一般地lng的温度有时例如从约－156℃变动到－130℃左右。在上述专利文献1～3的技术中，当lng温度向上升方向变动时，液态氮的制造量显著减少、或者根据lng的温度而需要放弃液态氮的制造。另外，在lng终端和深冷空气分离装置(asu)的设置场所分离开的情况下，需要对lng终端采取lng冷量。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本专利第4142559号公报
7.专利文献2：中国实用新型第208751137号公报
8.专利文献3：美国专利第9927068号公报

技术实现要素：

9.本发明的目的是提供能够采用与现有技术不同的方法利用液化天然气的冷量来由氮气制造液态氮的制造装置及制造方法。
10.另外，本发明提供能够以比以往低的电力消耗由中压氮气生成高压氮气的制造装置及制造方法。
11.另外，本发明提供例如即使由四季所致的温度变动和/或高温的液化天然气的冷量也能利用的能够制造液态氮的制造装置及制造方法。
12.另外，本发明提供能够利用将lng罐的bog再液化之后的液化天然气的冷量并与空气分离装置联动而由氮气制造液态氮的制造装置及制造方法。
13.本发明的液态氮制造装置(1)，具备：
14.lng热交换器(e3、e30)，其利用规定的温度范围(例如－160℃～－120℃)的液化天然气(lng)的冷能来将第一压力(例如2.0mpa～3.0mpa)的供给氮气(fg)冷却(至例如比氮气的临界温度(－147℃)高的温度)；
15.低温升压器(11)，其将由所述lng热交换器(e3)冷却了的供给氮气(g0)以成为比所述第一压力高的第二压力(例如4.0mpa～5.0mpa)的方式进行压缩，并排出高压氮气(g1)；
16.再循环热交换器(e2、e12)，其将从所述低温升压器(11)排出的所述高压氮气(g1)进行热交换(冷却)；
17.膨胀涡轮机(12)，其是驱动所述低温升压器(11)的膨胀涡轮机(12)，其被导入从所述再循环热交换器(e2、e12)的一部分通过了的作为所述高压氮气(g1)的一部分的第一部分气体(g11)，以成为比所述第一压力(例如2.0mpa)低的第三压力(例如0.5mpa～1.0mpa)的方式将该第一部分气体(g11)进行膨胀，并排出(部分液化或液化点附近的温度的)低温氮气(g111)；
18.第一膨胀阀(13)，其将从所述再循环热交换器(e2、e12)通过后的、所述高压氮气(g1)的所述第一部分气体(g11)以外的第二部分气体(g12)(以成为与所述第三压力(例如0.5mpa)相同或相同程度的方式)减压；和
19.第一分离器(14)，其被导入由所述第一膨胀阀(13)减压了的第二部分气体(g12)和从所述膨胀涡轮机(12)排出的低温氮气(g111)，并将氮气(n2g)和液态氮(ln2)分离。
20.所述规定的温度范围的液化天然气可以是被用于lng罐的bog的再液化之后的液化天然气。
21.所述液化天然气可以是从lng终端利用配管送入的液化天然气，可以是储存于容器(container)或储气瓶(bomb)中的液化天然气，可以是从能够向空气分离装置(asu)实质性地供给的地区(area)输送的液化天然气。
22.向所述lng热交换器(e3)导入的所述供给氮气(fg)可以是从空气分离装置(asu)导出的富氮气体。富氮气体为例如氮浓度为90％以上、优选为94％以上的高纯度氮气、所谓的95％以上的纯氮气。
23.向所述lng热交换器(e3)供给的所述供给氮气(fg)可以是实施了至少1次热交换处理和至少1次压缩处理的氮气。
24.液态氮制造装置(1)或空气分离装置(asu)可以具备：将氮气进行热交换(冷却)的热交换器(e1)；在其后将氮气进行压缩的第一压缩机(21)；和将在由第一压缩机(21)压缩后由热交换器(e1)进行了热交换(冷却)的氮气进行压缩的第二压缩机(22)。
25.液态氮制造装置(1)或空气分离装置(asu)可以具备配管线(l1)，所述配管线(l1)用于将由所述第二压缩机(22)压缩后的由所述热交换器(e1)进行了热交换的氮气向所述lng热交换器(e3)输送，接着向所述热交换器(e1)和/或热源(e4)输送，再向所述lng热交换器(e3)输送。
26.所述供给氮气(fg)可以由下述气体构成，所述气体是：由所述第二压缩机(22)压缩了的氮气被向所述lng热交换器(e3)导入而被冷却，被向所述再循环热交换器(e2)输送而进行热交换(加温)，其一部分由热交换器(e1)进行热交换(加温)，该一部分以外的剩余部分由热源(e4)(例如盐水单元(brine unit))加温，它们进行合流而得到的气体。
27.所述再循环热交换器(e2)和热交换器(e1)，可以由在物理上单一的热交换器(e12)构成，也可以为各自分开的结构，可以具有与热交换比率相应的管路。
28.所述lng热交换器、再循环热交换器(e2)和热交换器(e1)，可以由在物理上单一的热交换器(e30)构成，也可以为各自分开的结构，可以具有与热交换比率相应的管路。
29.由所述第一分离器(14)分离了的所述液态氮可以作为液态氮(ln2)产品取出。
30.在所述第一分离器(14)中，所述第二部分气体(g12)可以利用所述低温氮气
(g111)来冷却。
31.所述液态氮制造装置(1)可以具备将从所述第一分离器(14)取出的所述液态氮(ln2)进行冷却的过冷却器(subcooler)(15)。
32.由所述过冷却器(15)冷却(过冷却)了的所述液态氮(ln2)可以作为液态氮产品取出。
33.所述液态氮制造装置(1)可以具备：从由所述过冷却器(15)冷却了的所述液态氮(ln2)取出一部分液态氮的分支路径(l31)；设置于分支路径(l31)且将液态氮(ln2)进行减压(膨胀)的第二膨胀阀(151)；和被导入由第二膨胀阀(151)减压了的气液混合状态的氮的第二分离器(152)。
34.可以从第二分离器(152)将液体成分向所述过冷却器(15)输送，在过冷却器(15)内蒸发，气体成分向第二分离器(152)返回。其蒸发能量被过冷却器(15)利用。可以从第二分离器(152)将气体成分向所述过冷却器(15)输送，作为过冷却器(15)的冷媒(制冷剂)发挥作用，接着向所述再循环热交换器(e2、e12、e30)输送，作为冷媒发挥作用(释放冷量)，然后向第一压缩机(21)输送。
35.可以将由所述第一分离器(14)分离了的气体成分向所述再循环热交换器(e2、e12、e30)输送，作为冷媒发挥作用(释放冷量)，并向第二压缩机(22)输送。
36.所述膨胀涡轮机(12)可以为与所述低温升压器(11)机械地连接来供给驱动力的构成。由此，能够以比以往低的电力在约－158℃～－120℃的温度范围由中压(例如2.0mpa～3.0mpa)的氮气有效地生成高压氮气(例如4.0mpa～5.0mpa)。
37.所述液态氮制造装置(1)可以具有：
38.第一温度监视部(16)，其监视从所述lng热交换器(e3、e30)通过并向低温升压器(11)输送的中压的氮气(g0)的温度；和
39.控制部，其根据由第一温度监视部(16)测定出的温度(上升或下降)来进行控制以使所述低温升压器(11)的压缩比(供给压力/排出压力)为恒定。
40.所述控制部可以具有变更(增加或减少)第一压缩机(21)和/或第二压缩机(22)的吸入气体量或排出气体量的压缩比控制部(17)。
41.所述液态氮制造装置(1)可以具有：
42.第二温度监视部(161)，其监视向所述lng热交换器(e3、e30)导入的热交换器入口和/或作为冷媒利用后的热交换器出口的液化天然气(lng)的温度；和
43.控制部，其根据由所述第二温度监视部(161)测定出的入口和/或出口的温度(上升或下降)来进行控制以使所述低温升压器(11)的压缩比(供给压力/排出压力)为恒定。
44.所述控制部可以具有变更(增加或减少)第一压缩机(21)和/或第二压缩机(22)的吸入气体量或排出气体量的压缩比控制部(17)。
45.也可以设置第一和第二温度监视部(16、161)这两者，压缩比控制部(17)可以根据任一者的温度结果或两者的温度结果的综合评价来执行控制。
46.吸入气体量或排出气体量的控制，可以通过控制在压缩机或热交换器的入口侧或出口侧的配管上所设置的流量调整装置或压缩机的吸入阀来实施。
47.在测定入口和出口的温度的情况下，可以将入口与出口的温度差作为监视对象。
48.由此，能够与向低温升压器(11)输送的氮气的温度或液化天然气(lng)的温度的
变动对应地前馈控制压缩机的吸入量或排出量，使低温升压器(11)的压缩比维持为恒定，不会使液态氮的制造量大幅变动，且灵活地应对连续生产。
49.所述液态氮制造装置(1)可以还具有预热交换器(preliminary heat exchanger)(e5)，所述预热交换器(e5)将从所述lng热交换器(e3、e30)向所述低温升压器(11)输送的氮气进行冷却。
50.所述预热交换器(e5)可以将向所述低温升压器(11)输送的中压的氮气(g0)冷却以使得成为比氮气的临界温度(－147℃)高的温度。
51.另一发明的液态氮制造装置(1)，具备：
52.lng配管(l0)，其输送lng；
53.lng热交换器(e30)，其将由lng配管(l0)输送的lng作为冷能利用；
54.第一配管(l1)，其将低压氮气(lpn2气体)向lng热交换器(e30)输送；
55.第一压缩机(21)，其将从lng热交换器(e30)的至少一部分通过了的氮气进行压缩；
56.第二压缩机(22)，其将由第一压缩机(21)压缩了的氮气在其从lng热交换器(e30)的至少一部分通过后进一步压缩；
57.低温升压器(11)，其将由第二压缩机(22)压缩了的第一压力(例如2.0mpa～3.0mpa)的氮气(g1)在其从lng热交换器(e30)通过(例如，冷却至比氮气的临界温度(－147℃)高的温度)后以成为比所述第一压力高的第二压力(例如4.0mpa～5.0mpa)的方式进行压缩，并排出高压氮气(g1)；
58.膨胀涡轮机(12)，其被导入第一部分气体(g11)，以成为比第一压力(例如2.0mpa)低的第三压力(例如0.5mpa～1.0mpa)的方式将该第一部分气体(g11)进行膨胀，并排出(部分液化或液化点附近的温度的)低温氮气(g111)，所述第一部分气体(g11)是从所述低温升压器(11)排出的所述高压氮气(g1)被向lng热交换器(e30)输送，并从该lng热交换器(e30)的一部分通过了的、高压氮气(g1)的一部分，其中，膨胀涡轮机(12)驱动低温升压器(11)；
59.第一膨胀阀(13)，其将从lng热交换器(e30)的至少一部分通过后的、高压氮气(g1)的第一部分气体(g11)以外的第二部分气体(g12)(以成为与第三压力(例如0.5mpa)相同或相同程度的方式)减压；
60.第一分离器(14)，其被导入由第一膨胀阀(13)减压了的第二部分气体(g12)和从膨胀涡轮机(12)排出的低温氮气(g111)，将氮气(n2g)和液态氮(ln2)分离；
61.过冷却器(15)，其将从第一分离器(14)取出的液态氮(ln2)进行冷却；
62.分支路径(l31)，其从由过冷却器(15)冷却了的液态氮(ln2)取出一部分液态氮；
63.第二膨胀阀(151)，其设置于分支路径(l31)且将液态氮(ln2)进行减压(膨胀)；和
64.第二分离器(152)，其被导入由第二膨胀阀(151)减压了的气液混合状态的氮。
65.可以从第二分离器(152)将液体成分向所述过冷却器(15)输送，在过冷却器(15)内蒸发，气体成分向第二分离器(152)返回。其蒸发能量被过冷却器(15)利用。可以从第二分离器(152)将气体成分向所述过冷却器(15)输送，作为过冷却器(15)的冷媒发挥作用，接着向lng热交换器(e30)输送，作为冷媒发挥作用(释放冷量)，然后向第一压缩机(21)输送。
66.可以将由第一分离器(14)分离了的气体成分向lng热交换器(e30)输送，作为冷媒发挥作用(释放冷量)，然后向第二压缩机(22)输送。
67.所述液态氮制造装置(1)可以具有：
68.第一温度监视部(16)，其监视从所述lng热交换器(e30)通过并被向低温升压器(11)输送的中压的氮气(g0)的温度；和
69.控制部，其根据由第一温度监视部(16)测定出的温度(上升或下降)来进行控制以使所述低温升压器(11)的压缩比(供给压力/排出压力)为恒定。
70.所述控制部可以具有变更(增加或减少)第一压缩机(21)和/或第二压缩机(22)的吸入气体量或排出气体量的压缩比控制部(17)。
71.另一发明的液态氮制造方法，包含：
72.lng冷却工序，将第一压力的供给氮气(fg)利用规定的温度范围的液化天然气(lng)的冷能进行冷却；
73.高压氮气生成工序，将在所述lng冷却工序中冷却了的供给氮气(g0)以成为比所述第一压力高的第二压力的方式利用低温升压器(11)进行压缩来生成高压氮气(g1)；
74.第一冷却工序，将在所述高压氮气生成工序中生成的高压氮气(g1)进行冷却；
75.第一膨胀工序，将在所述第一冷却工序中冷却了的高压氮气(g1)的一部分气体(g11)利用驱动所述低温升压器(11)的膨胀涡轮机(12)进行膨胀；
76.第二冷却工序，将在所述第一冷却工序中冷却了的高压氮气(g1)的所述一部分气体(g11)以外的剩余气体(g12)进一步冷却；
77.第一减压工序，将在所述第二冷却工序中冷却了的剩余气体(g12)进行减压；和
78.气液分离工序，将在所述第一减压工序中减压了的剩余气体(g12)和在所述第一膨胀工序中膨胀了的一部分气体(g111)向第一分离器(14)导入来进行气液分离。
79.所述液态氮制造方法可以还包含在所述lng冷却工序之后进一步冷却供给氮气的预冷却工序，高压氮气生成工序将在预冷却工序中冷却了的供给氮气进行压缩。
80.所述液态氮制造方法可以包含将在所述气液分离工序中分离了的液态氮作为产品取出的产品取出工序。
81.所述液态氮制造方法可以包含：将在所述气液分离工序中分离了的液态氮进行冷却的过冷却工序；和将在所述过冷却工序中冷却了的液态氮作为产品取出的产品取出工序。
82.所述液态氮制造方法可以包含：
83.第二减压工序，从在所述过冷却工序中冷却了的液态氮取出一部分并进行减压；和
84.冷媒供给工序，将通过使在所述第二减压工序中减压了的气液混合状态的氮的液体成分蒸发而得到的蒸发能量利用于所述过冷却工序的冷媒。
85.所述液态氮制造方法可以包含：
86.第一前处理工序，将从空气分离装置输送的氮气进行第一冷却处理和第一压缩处理；和
87.第二前处理工序，在所述第一前处理工序之后进行第二冷却处理和第二压缩处理，
88.所述第一前处理工序的第一压缩处理可以将在所述冷媒供给工序中作为冷媒使用了的气体成分和在所述第一冷却处理中冷却了的氮气一起压缩、和/或
89.所述第二前处理工序的第二压缩处理可以将在所述气液分离工序中分离了的气体成分和在所述第二冷却处理中冷却了的气体成分一起压缩。
90.所述液态氮制造方法可以包含：
91.温度监视工序，监视在所述高压氮气生成工序中向所述低温升压器(11)导入的供给氮气(g0)的温度；和
92.控制工序，根据在所述温度监视工序中测定出的温度(上升或下降)来进行控制以使所述低温升压器(11)的压缩比(供给压力/排出压力)为恒定。
93.所述液态氮制造方法可以包含：
94.第一前处理工序，将从空气分离装置输送的氮气进行第一冷却处理和第一压缩处理；和
95.第二前处理工序，在所述第一前处理工序之后进行第二冷却处理和第二压缩处理，
96.所述控制工序可以包含变更(增加或减少)在第一压缩处理和/或第二压缩处理中所压缩的氮气的量(向压缩机导入的吸入量、从压缩机排出的排出量)的压缩比控制工序。
附图说明
97.图1a是表示实施方式1的液态氮制造装置的图。
98.图1b是表示实施方式2的液态氮制造装置的图。
99.图1c是表示实施方式3的液态氮制造装置的图。
100.图2是表示实施方式4的液态氮制造装置的图。
101.图3是表示实施方式5的液态氮制造装置的图。
102.附图标记说明
[0103]1ꢀꢀꢀ
液态氮制造装置
[0104]
11
ꢀꢀ
低温升压器
[0105]
12
ꢀꢀ
膨胀涡轮机
[0106]
13
ꢀꢀ
第一膨胀阀
[0107]
14
ꢀꢀ
第一分离器
[0108]
15
ꢀꢀ
过冷却器
[0109]
151 第二膨胀阀
[0110]
152 第二分离器
[0111]
21
ꢀꢀ
第一压缩机
[0112]
22
ꢀꢀ
第二压缩机
[0113]
e1
ꢀꢀ
热交换器
[0114]
e2
ꢀꢀ
再循环热交换器
[0115]
e3
ꢀꢀ
lng热交换器
[0116]
e4
ꢀꢀ
盐水单元
[0117]
e5
ꢀꢀ
预热交换器
[0118]
e12 单一的热交换器
[0119]
e30 lng热交换器
具体实施方式
[0120]
以下，对本发明的几个实施方式进行说明。以下说明的实施方式是用于说明本发明的一例的。本发明丝毫不被以下的实施方式限定，也包含在不变更本发明的主旨的范围内实施的各种的变形形态。再者，不一定以下说明的构成全部是本发明必需的构成。
[0121]
(实施方式1)
[0122]
使用图1a对实施方式1的液态氮制造装置1进行说明。
[0123]
液态氮制造装置1具备：热交换器e1、第一压缩机21、第二压缩机22、再循环热交换器e2、lng热交换器e3、盐水单元e4、低温升压器11、膨胀涡轮机12、第一分离器14、过冷却器15。
[0124]
从一般的空气分离装置、罐、供给配管等将高氮浓度的低压氮气(lpn2g)经由配管l1向本装置1输送。低压氮气(lpn2g)为例如40℃、1.15bara(巴(绝压))。
[0125]
低压氮气(lpn2g)向热交换器e1输送而被冷却，接着向第一压缩机21输送而被压缩，成为例如5bara。接着，向热交换器e1输送而被冷却，接着向第二压缩机22输送而被压缩，成为例如20bara的中压氮气(mpn2g)。中压氮气(mpn2g)被调整为第一压力(例如2.0～3.0mpa)。
[0126]
中压氮气(mpn2g)向lng热交换器e3输送。lng热交换器e3的冷媒为例如约－158℃～－120℃的液化天然气(lng)。
[0127]
中压氮气(mpn2g)利用lng热交换器e3冷却，从再循环热交换器e2的一部分通过，其一部分经由配管l1b向主热交换器e1输送，释放冷能，其剩余部分经由配管l1a向盐水单元e4输送，被加温，它们进行合流，再向lng热交换器e3输送，被冷却。
[0128]
被冷却了的中压氮气g0经由配管l2向低温升压器11输送，被压缩。在低温升压器11中，中压氮气成为例如50bara的高压氮气g1。高压氮气g1被调整为比第一压力高的第二压力(例如4.0mpa～5.0mpa)。
[0129]
高压氮气g1经由配管l2向再循环热交换器e2输送。在再循环热交换器e2的途中，高压氮气g1的一部分经由分支配管l21被取出，该取出的第一部分气体g11向膨胀涡轮机12输送。膨胀涡轮机12与低温升压器11机械性地连接，向低温升压器11提供驱动力。
[0130]
第一部分气体g11利用膨胀涡轮机12膨胀，被减压至例如5bara，成为部分液化或液化点附近的低温氮气g111，经由配管l21向第一分离器14输送。
[0131]
另一方面，第一部分气体g11以外的剩余的第二部分气体g12，经由配管l22向第一膨胀阀13输送，被减压至例如5bara。被减压了的第二部分气体g12向第一分离器14输送，在这里与低压液态氮g111接触，一部分被液化。
[0132]
第一分离器14中的作为气相的气体成分(n2g)经由配管l41向再循环热交换器e2输送，释放冷量之后，向第二压缩机22输送，与由第一压缩机21压缩并从热交换器e1通过了的氮气一起被压缩。
[0133]
第一分离器14中的积存为液相的液态氮(ln2)经由配管l3向过冷却器15输送而被冷却，其后作为产品取出。在配管l3上可以设置隔离阀或流量控制阀v3。
[0134]
在从配管l3分支的分支配管l31上设置有第二膨胀阀151。液态氮(ln2)的一部分利用该分支配管l31输送，利用第二膨胀阀151减压，成为气液混合状态，向第二分离器152输送。
[0135]
第二分离器152的下部的第一部分和过冷却器15的下部的第一部分利用配管l33连通，被送入液体成分。液体成分在过冷却器15内蒸发，气体成分经由配管l34向第二分离器152返回。其蒸发能量被过冷却器15利用。气体成分从第二分离器152经由配管l32向过冷却器15输送，作为过冷却器15的冷媒发挥作用，接着，经由配管l42向再循环热交换器e2输送，作为冷媒发挥作用(释放冷量)，接着向第一压缩机21输送，与从热交换器e1通过了的氮气一起被压缩。第二分离器152可以具备液体成分气化的机构。
[0136]
第一温度监视部16监视从lng热交换器e3通过并向低温升压器11输送的中压的氮气g0的温度。第一温度监视部16可以具有测定温度的温度传感器、保存测定结果的存储器、和将测定结果向压缩比控制部17发送的发送部(可以是无线通信单元、有线通信单元)。
[0137]
压缩比控制部17，根据由第一温度监视部16测定出的温度以设定值或每单位时间的移动平均温度为基准而上升或下降了阈值以上的情形，来增加或减少第二压缩机22的吸入气体量，以使低温升压器11的压缩比(供给压力/排出压力)为恒定。例如，根据温度上升来控制第二压缩机22的入口侧的吸入阀以使吸入气体量增加，根据温度下降来控制第二压缩机22的入口侧的吸入阀以使吸入气体量减少。低温升压器11的压缩比(供给压力/排出压力)被控制以使得维持第二压力(例如4.0mpa～5.0mpa)。
[0138]
(实施方式2)
[0139]
使用图1b对实施方式2的液态氮制造装置1进行说明。以与实施方式1不同的构成要素为中心进行说明，省略与实施方式1相同的构成要素的说明。在实施方式2中，热交换器e1和再循环热交换器e2可以作为单一的热交换器e12来构成。另外，第一温度监视部16设置于低温升压器11的入口附近。各构成要素的配置、配管相同。
[0140]
(实施方式3)
[0141]
使用图1c对实施方式3的液态氮制造装置1进行说明。以与实施方式1不同的构成要素为中心进行说明，省略与实施方式1相同的构成要素的说明。在实施方式3中，代替第一温度监视部16而具有第二温度监视部161。
[0142]
第二温度监视部161监视向lng热交换器e3导入的热交换器入口的液化天然气(lng)的温度。第二温度监视部161可以具有：测定温度的温度传感器、保存测定结果的存储器、和将测定结果向压缩比控制部17发送的发送部(可以为无线通信单元、有线通信单元)。
[0143]
压缩比控制部17，根据由第二温度监视部161测定出的温度以设定值或每单位时间的移动平均温度为基准而上升或下降阈值以上的情形，来增加或减少第二压缩机22的吸入气体量，以使低温升压器11的压缩比(供给压力/排出压力)为恒定。例如，根据温度上升来控制第二压缩机22的入口侧的吸入阀以使吸入气体量增加，根据温度下降来控制第二压缩机22的入口侧的吸入阀以使吸入气体量减少。低温升压器11的压缩比(供给压力/排出压力)被控制以使得维持第二压力(例如4.0mpa～5.0mpa)。
[0144]
在实施方式3中，热交换器e1和再循环热交换器e2可以作为单一的热交换器e12来构成。
[0145]
(实施方式4)
[0146]
使用图2对实施方式4的液态氮制造装置1进行说明。以与实施方式2不同的构成要素为中心进行说明，省略与实施方式2相同的构成要素的说明。
[0147]
预热交换器e5配置于lng热交换器e3与低温升压器11之间的配管线l2。预热交换
器e5将向低温升压器11输送的中压氮气g0冷却以使得成为比氮气的临界温度(－147℃)高的温度。
[0148]
可以根据第一温度监视部16或第二温度监视部161(未图示)的测定温度来打开/关闭(on/off)预热交换器e5的驱动，也可以被构成为不使上述中压氮气从预热交换器e5通过而使其从旁通的路径通过而向低温升压器11输送。
[0149]
第一温度监视部16可以配置于比预热交换器e5靠下游的位置。
[0150]
在实施方式4中，单一的热交换器e12也可以与实施方式1同样地作为热交换器e1和再循环热交换器e2的分体来构成。
[0151]
(实施方式5)
[0152]
使用图3对实施方式5的液态氮制造装置1进行说明。在实施方式5中，lng热交换器、热交换器、再循环热交换器由单一的lng热交换器e30构成。以与实施方式2不同的构成要素为中心进行说明，关于与实施方式2相同的构成要素的说明，省略或简单地说明。
[0153]
lng经由lng配管l0向lng热交换器e30输送，其一部分从lng热交换器e30出来，向盐水单元e4输送，被加温。其剩余部分的lng从lng热交换器e30出来，经由配管l0b而与经由盐水单元e4而被加温的lng合流，作为天然气被导出。
[0154]
从空气分离装置输送的低压氮气(lpn2气体)经由第一配管l1向lng热交换器e30输送。
[0155]
低压氮气从lng热交换器e30的至少一部分通过，向第一压缩机21输送，被压缩。接着，由第一压缩机21压缩了的氮气向lng热交换器e30输送，从其至少一部分通过后，向第二压缩机22输送，被压缩。
[0156]
由第二压缩机22压缩了的第一压力(例如2.0mpa～3.0mpa)的氮气(g1)，在从lng热交换器e30通过(冷却至例如比氮气的临界温度(－147℃)高的温度)之后，经由配管l2向低温升压器11输送。
[0157]
低温升压器11以成为比第一压力高的第二压力(例如4.0mpa～5.0mpa)的方式进行压缩，并排出高压氮气(g1)。从低温升压器11排出的高压氮气(g1)向lng热交换器e30输送。从lng热交换器e30的一部分通过了的、作为高压氮气(g1)的一部分的第一部分气体(g11)向膨胀涡轮机12输送。膨胀涡轮机12将第一部分气体(g11)以成为比第一压力(例如2.0mpa)低的第三压力(例如0.5mpa～1.0mpa)的方式进行膨胀，并排出(部分液化或液化点附近的温度的)低温氮气(g111)。再者，膨胀涡轮机12驱动低温升压器11。
[0158]
高压氮气(g1)的第一部分气体(g11)以外的第二部分气体(g12)，在从lng热交换器e30的至少一部分通过后，经由配管l22向第一膨胀阀13输送。在第一膨胀阀13中，第二部分气体(g12)被减压以使得成为与第三压力(例如0.5mpa)相同或相同程度。
[0159]
由第一膨胀阀13减压了的第二部分气体(g12)和从膨胀涡轮机12排出的低温氮气(g111)向第一分离器14输送。在第一分离器14中，被分离为氮气(n2g)和液态氮(ln2)。
[0160]
从第一分离器14取出的液态氮(ln2)向过冷却器15输送，被冷却。由过冷却器15冷却了的液态氮(ln2)，其一部分液态氮经由分支路径l31向第二膨胀阀151输送，被减压。被减压了的液态氮(ln2)向第二分离器152输送。
[0161]
从第二分离器152将液体成分向过冷却器15输送，在过冷却器15内蒸发，气体成分向第二分离器152返回。从第二分离器152将气体成分向过冷却器15输送后，向lng热交换器
e30输送，向第一压缩机21输送。由第一分离器14分离了的气体成分向lng热交换器e30输送，向第二压缩机22输送。
[0162]
第一温度监视部16监视从lng热交换器e30通过、并向低温升压器11输送的中压的氮气(g0)的温度。压缩比控制部17根据由第一温度监视部16测定出的温度(上升或下降)来变更(增加或减少)第二压缩机22的吸入气体量，以使低温升压器11的压缩比(供给压力/排出压力)为恒定。
[0163]
(实施方式1～5的变形例)
[0164]
在实施方式1～5中，设置有盐水单元e4，但是，也可以为去掉了盐水单元e4的构成。盐水单元e4可以使用从在空气分离装置中使用的盐水装置供给的盐水。
[0165]
可以在各配管线上根据需要来设置阀(隔离阀、流量调整阀、压力调整阀等)。另外，可以在各配管线上设置压力调整装置、流量控制装置等来进行压力调整或流量调整。
[0166]
(液态氮制造方法)
[0167]
液态氮制造方法能够适当利用于上述实施方式1～5的制造装置，液态氮制造方法包含以下的工序。
[0168]
lng冷却工序，将第一压力的供给氮气(fg)利用规定的温度范围的液化天然气(lng)的冷能进行冷却；
[0169]
高压氮气生成工序，将在所述lng冷却工序中冷却了的供给氮气(g0)以成为比所述第一压力高的第二压力的方式利用低温升压器(11)进行压缩来生成高压氮气(g1)；
[0170]
第一冷却工序，将在所述高压氮气生成工序中生成的高压氮气(g1)进行冷却；
[0171]
第一膨胀工序，将在所述第一冷却工序中冷却了的高压氮气(g1)的一部分气体(g11)利用驱动所述低温升压器(11)的膨胀涡轮机(12)进行膨胀；
[0172]
第二冷却工序，将在所述第一冷却工序中冷却了的高压氮气(g1)的所述一部分气体(g11)以外的剩余气体(g12)进一步冷却；
[0173]
第一减压工序，将在所述第二冷却工序中冷却了的剩余气体(g12)进行减压；
[0174]
气液分离工序，将在所述第一减压工序中减压了的剩余气体(g12)和在所述第一膨胀工序中膨胀了的一部分气体(g111)向第一分离器(14)导入来进行气液分离；
[0175]
过冷却工序，将在所述气液分离工序中分离了的液态氮进行冷却；
[0176]
产品取出工序，将在所述过冷却工序中冷却了的液态氮作为产品取出；
[0177]
第二减压工序，从在所述过冷却工序中冷却了的液态氮取出一部分并进行减压；和
[0178]
冷媒供给工序，将通过使在所述第二减压工序中减压了的气液混合状态的氮的液体成分蒸发而得到的蒸发能量利用于所述过冷却工序的冷媒。
[0179]
另外，液态氮制造方法可以包含：
[0180]
第一前处理工序，将从空气分离装置输送的氮气进行第一冷却处理和第一压缩处理；和
[0181]
第二前处理工序，在所述第一前处理工序之后进行第二冷却处理和第二压缩处理，
[0182]
所述第一前处理工序的第一压缩处理可以将在所述冷媒供给工序中作为冷媒使用了的气体成分和在所述第一冷却处理中冷却了的氮气一起压缩、和/或
[0183]
所述第二前处理工序的第二压缩处理可以将在所述气液分离工序中分离了的气体成分和在所述第二冷却处理中冷却了的气体成分一起压缩。
[0184]
(实施例)
[0185]
示出以实施方式2(图1b)的构成模拟实施的一例。
[0186]
向lng热交换器e3输送的lng的温度设为－150℃。从空气分离装置以1.15bara、40℃、44500nm3/h供给低压氮气。低压氮气被导入到单一的热交换器e12而被冷却至－88.3℃，与从过冷却器15输送并由单一的热交换器e12加温了的氮气合流，合流了的气体由第一压缩机21压缩至5bara。其后，再由单一的热交换器e12冷却，与从分离器14输送并由单一的热交换器e12加温了的氮气合流，合流了的气体由第二压缩机22压缩至21bara。被压缩了的氮气在lng热交换器e3内通过与lng的热交换而被冷却至－107℃。被冷却了的氮气的一部分由单一的热交换器e12升温至40℃，其剩余部分由盐水单元e4升温，它们进行合流，合流了的氮气再由lng热交换器e3冷却至－140℃。
[0187]
被冷却了的氮气由低温升压器11压缩至50bara。其后，由单一的热交换器e12冷却至－110℃之后，其一部分利用膨胀涡轮机12膨胀至5bara。未向膨胀涡轮机12输送的剩余部分的氮气由单一的热交换器e12进一步冷却，由第一膨胀阀13减压至5bara之后，导入到分离器14，进行气液分离。分离器14内的液态氮，由过冷却器15进行过冷却之后，44500nm3/h作为产品被导出，剩余的液态氮由第二膨胀阀152减压之后，经由第二分离器152而作为冷媒供给至过冷却器15。如已述的那样，过冷却器15的气相的氮气进一步被输送至单一的热交换器e12，在那里释放冷量之后，被导入至第一压缩机21中。

技术特征：

1.一种液态氮制造装置，具备：lng热交换器，其利用规定的温度范围的液化天然气的冷能来将第一压力的供给氮气冷却；低温升压器，其将由所述lng热交换器冷却了的供给氮气以成为比所述第一压力高的第二压力的方式进行压缩，并排出高压氮气；再循环热交换器，其将从所述低温升压器排出的所述高压氮气进行热交换；膨胀涡轮机，其是驱动所述低温升压器的膨胀涡轮机，其被导入从所述再循环热交换器的一部分通过了的作为所述高压氮气中的一部分的第一部分气体，以成为比所述第一压力低的第三压力的方式将该第一部分气体进行膨胀，并排出低温氮气；第一膨胀阀，其将从所述再循环热交换器通过后的、所述高压氮气中的所述第一部分气体以外的第二部分气体进行减压；和第一分离器，其被导入由所述第一膨胀阀减压了的第二部分气体和从所述膨胀涡轮机排出的低温氮气，并将氮气和液态氮分离。2.根据权利要求1所述的液态氮制造装置，具备：热交换器，其将氮气进行热交换；第一压缩机，其将进行了热交换的氮气进行压缩；第二压缩机，其将由所述第一压缩机压缩后由所述热交换器进行了热交换的氮气进行压缩；和配管线，其用于将由所述第二压缩机压缩后的由所述热交换器进行了热交换的氮气向所述lng热交换器输送，接着向所述热交换器和/或热源输送，再向所述lng热交换器输送。3.根据权利要求1或2所述的液态氮制造装置，具备：过冷却器，其将从所述第一分离器取出的液态氮进行冷却；分支路径，其从由所述过冷却器冷却了的所述液态氮取出一部分液态氮；第二膨胀阀，其设置于所述分支路径并将液态氮进行减压；和第二分离器，其被导入由所述第二膨胀阀减压了的气液混合状态的氮。4.根据权利要求1～3的任一项所述的液态氮制造装置，具备：第一温度监视部和/或第二温度监视部；和控制部，所述第一温度监视部监视从所述lng热交换器通过并向所述低温升压器输送的中压的氮气的温度，所述第二温度监视部监视向所述lng热交换器供给的热交换器入口和/或作为冷媒利用后的热交换器出口的液化天然气的温度，所述控制部根据由所述第一温度监视部或所述第二温度监视部测定出的温度来进行控制以使所述低温升压器的压缩比为恒定。5.根据权利要求1～4的任一项所述的液态氮制造装置，具备将从所述lng热交换器向所述低温升压器输送的氮气进行冷却的预热交换器。6.一种液态氮制造方法，包含：lng冷却工序，将第一压力的供给氮气利用规定的温度范围的液化天然气的冷能进行冷却；
高压氮气生成工序，将在所述lng冷却工序中冷却了的供给氮气以成为比所述第一压力高的第二压力的方式利用低温升压器进行压缩来生成高压氮气；第一冷却工序，将在所述高压氮气生成工序中生成的高压氮气进行冷却；第一膨胀工序，将在所述第一冷却工序中冷却了的高压氮气的一部分气体利用驱动所述低温升压器的膨胀涡轮机进行膨胀；第二冷却工序，将在所述第一冷却工序中冷却了的高压氮气的所述一部分气体以外的剩余气体进一步冷却；第一减压工序，将在所述第二冷却工序中冷却了的剩余气体进行减压；和气液分离工序，从在所述第一减压工序中减压了的剩余气体和在所述第一膨胀工序中膨胀了的低温氮气进行气液分离。7.根据权利要求6所述的液态氮制造方法，包含：温度监视工序，监视向所述低温升压器导入的供给氮气的温度；和控制工序，根据由所述温度监视工序测定出的温度来进行控制以使所述低温升压器的压缩比为恒定。

技术总结

本发明的目的是提供能够利用液化天然气的冷量由氮气制造液态氮的制造装置及制造方法。一种液态氮制造装置(1)，具备：LNG热交换器(E3)，其利用液化天然气的冷能来将供给氮气冷却；低温升压器(11)，其将被冷却了的供给氮气进行压缩并排出高压氮气；再循环热交换器(E2)，其将所排出的高压氮气进行热交换；膨胀涡轮机(12)，其被导入从再循环热交换器(E2)的一部分通过了的作为高压氮气中的一部分的第一部分气体，将第一部分气体进行膨胀并排出低温氮气；第一膨胀阀(13)，其将从再循环热交换器(E2)通过后的、高压氮气中的第一部分气体以外的第二部分气体进行减压；以及，第一分离器(14)，其被导入被减压了的第二部分气体和从膨胀涡轮机(12)排出的低温氮气，并将氮气和液态氮分离。氮分离。氮分离。