JP2016507709A - 地熱液化天然ガス（ｌｎｇ）を処理するためのシステム及び方法 - Google Patents

地熱液化天然ガス（ｌｎｇ）を処理するためのシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

液化天然ガス（ＬＮＧ）を液体状態から気体状態へ変換するための再ガス化システム及び方法が開示される。方法は熱源として地熱井を用いる閉ループシステムを含む。加温用流体は地熱井とＬＮＧ熱交換器とに連結された閉ループシステムを通って循環する。加温用流体は地熱井を通過するときに加熱され、ＬＮＧ熱交換器を通過するときに冷却される。これにより、ＬＮＧは加熱され気化する。冷却された加温用流体はその後地熱井に返送される。閉ループシステムは加温用流体を放出する必要性をなくすことで環境への影響を最小にする。

Description

本出願は、２０１３年１月１５日に出願された米国仮出願第６１／７５２８８５号に基づき優先権を主張する。
本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）の再ガス化に関する。
下記の背景技術は、本発明を理解するために有用な情報を含んでいる。ただし、ここに提供するいかなる情報も、それがここで主張される本発明に対する先行技術又は関連技術であることを認めるものではなく、また具体的又は間接的に言及されるいかなる文献も、それが先行技術であることを認めるものでもない。
天然ガスは、多くの重要な利用法がある一般的な燃料源である。それが占める体積が極めて小さくなるため、天然ガスは、ここでは液化天然ガス（ＬＮＧ）と称される液体の形態でしばしば輸送される。使用元（例えば発電所）の近くの目的地に到着すれば、再ガス化処理を介してＬＮＧを気体の状態へ戻すことが可能である。
多くの再ガス化の装置、システム、及び、工程が知られている。例えば、Conversion Gas Imports, L.P.（「CGI」）は再ガス化に関する次の特許の権利者である：米国特許第５５１１９０５号、米国特許第６７３９１４０号、米国特許第６８１３８９３号、米国特許第６８８０３４８号、米国特許第６８４８５０２号、米国特許第６９４５０５５号、米国特許第７０３６３２５号。これら及び全ての他の引用される外部資料は、この参照により全文を本明細書の一部とする。本明細書の一部とした文献における用語の定義又は使用法が本明細書において提供されるその用語の定義と一致しない又は矛盾する場合には、本明細書において提供されるその用語の定義が優先するものとみなす。
上述した特許の中には岩塩空洞貯蔵庫を利用したＬＮＧ受入基地のための構造を開示するものがある。ＬＮＧは船から直接送り込まれるものもあるし、従来の貯蔵タンクからもたらされるものもある。ＬＮＧ受入基地は陸上に配置されるものもあるし岸から離れて配置されるものもある。
また、これらの特許の中には、「Bishop Process」（登録商標）と称される、ＬＮＧを温め、補償型又は非補償型の岩塩空洞中に貯蔵するための方法を開示するものもある。
上述した特許の中にはパイプインパイプ式熱交換器の構造を開示するものもある。ＬＮＧ受入基地の一実施例では、異なるソースからのガスを混合するための複数の岩塩空洞を用いて、パイプライン標準のＢＴＵ（即ち、英熱量）の内容を達成している。
残念ながら、現在の再ガス化技術には多くの欠点がある。例えば、上述した特許の中には、加温用流体（例えば海水）を使用後に海に放出するシステムを記載しているものがある。放出された流体は、環境に悪影響を及ぼし得る（例えば、放出された海水はしばしば冷た過ぎて、魚の卵を殺してしまうことがあり、その結果海洋生物の数を減らしてしまう）。
GTherm社は近年地熱井に頼った発電のための新たなアプローチを着想している（図１参照）。GThermのアプローチは閉ループシステムと循環する流体を利用するものである。循環流体は地熱井を通過するときは加熱されて、蒸発器を通過するときは冷却される。また、GThermは石油回収システムを向上させる目的で同様の原理を応用することも着想している。しかし、出願人の知る限り、ＬＮＧ再ガス化システムのために地熱井からの熱を利用する循環流体を用いた閉ループシステムを提供することに成功した当業者はいない。
米国特許出願公開第２００７／０７９６１７号は、液化天然ガスを地熱により気化させるための方法及びシステムを開示している。しかし、米国特許出願公開第２００７／０７９６１７号で開示されているシステムでは、地熱井からの熱を効率的に利用するパイプインパイプ構造の熱交換器を提供しているとは考えられない。
米国特許第５５１１９０５号明細書 米国特許第６７３９１４０号明細書 米国特許第６８１３８９３号明細書 米国特許第６８８０３４８号明細書 米国特許第６８４８５０２号明細書 米国特許第６９４５０５５号明細書 米国特許第７０３６３２５号明細書 米国特許出願公開第２００７／０７９６１７号明細書
したがって、ＬＮＧ再ガス化の改善されたシステム及び方法が依然として必要とされている。
本発明の主題によって、地熱エネルギー熱源（例えば地熱井）からの熱を用いて、液化天然ガス（ＬＮＧ）などの低温流体を加温するための装置、システムおよび方法が提供される。一つの態様において、加温用流体（例えば、水、オイル、塩水など）は、地熱エネルギー熱源の中又は近傍を通過し、その後熱交換器を通過する閉ループシステムで循環される。加温用流体が地熱エネルギー熱源の近傍を通過するにつれて、熱が加温用流体に伝達される。その後、加温用流体は熱交換器を通過し、そこで加温用流体は液化天然ガス流に熱を伝達する。加温用流体からＬＮＧ流に伝達された熱は、ＬＮＧ流が熱交換器を通過するときにＬＮＧ流を液体状態から気体状態へと変換するのをサポートする。その後、加温用流体は地熱エネルギー熱源へと還流されて、処理が繰り返される。
一つの態様において、熱交換器はＬＮＧ流が内側のパイプを通過し、加温用流体が内側パイプの外側の環状の空間を通過する、パイプインパイプの構造からなる。内側パイプの全長における一部には、冷たいＬＮＧ（上流）と温かいガス（下流）との間の圧力及び熱膨張を抑制するためのバルクヘッドが設けられる。加温用流体は、迂回路（例えば、クロスオーバー配管）を介して内側パイプのバルクヘッド部分をまたぎ越えする。
本発明の種々な目的、特徴、態様及び利点は、添付の図面を伴う本発明の好適な実施形態の以下の詳細な記述からより明白となるであろう。図中、同様の番号は同様のコンポーネントを示す。
地熱エネルギーを利用する発電プロセスの概略図 地熱エネルギーを利用するパイプインパイプ構造のＬＮＧ再ガス化システムの概略図 図２に示すパイプインパイプ構造の熱交換器の断面斜視図 図２に示すパイプインパイプ構造の熱交換器の横断面図 図２に示すパイプインパイプ構造におけるバルクヘッド構造の分解図 再ガス化システムで使用する地熱井の一実施形態の斜視図 再ガス化システムで使用する地熱井の一実施形態の断面図 任意に使用できる真空断熱管を備える図６ａの地熱井の斜視図 保温性グラウト注入用グラウト管を伴う地熱井の斜視図 保温性グラウト注入用グラウト管を伴う地熱井の断面図 再ガス化システムで使用する地熱井の別実施形態の斜視図 再ガス化システムで使用する地熱井の別実施形態の断面図 再ガス化システムで使用する地熱井の別実施形態の図 再ガス化システムで使用する地熱井の別実施形態の図 再ガス化システムで使用する地熱井の別実施形態の図 再ガス化システムで使用する地熱井の別実施形態の図 再ガス化システムで使用する地熱井の別実施形態の図 再ガス化システムで使用する地熱井の別実施形態の図
以下の説明では、本発明の多くの例示的実施形態を示す。各実施形態は発明要素の単一の組み合わせを示すが、本発明は、ここに開示された要素の可能な組み合わせ全てを含むものと理解される。従って、１つの実施形態が要素Ａ、Ｂ、Ｃを含み、第２の実施形態が要素Ｂ、Ｄを含む場合には、本発明は、明示的な開示がなくとも、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのその他の組み合わせを含むものと斟酌される。
本発明は、地熱エネルギーを用いて液化天然ガス（ＬＮＧ）を再ガス化する装置、システムおよび方法に関する。
図２は、再ガス化システム１００を示す。システム１００は閉ループ路（例えば流体経路）を有し、その内部で加温用流体１０５が循環する。ポンプ１３０は閉ループ路中に負圧を生み出し、これにより循環流体１０５が地熱井１１０と熱交換器１２０とを通って循環する。地熱井１１０を通過したとき、循環流体１０５は温められる。その熱はパイプインパイプ構造の熱交換器１３０を通って流れているＬＮＧ１４０に伝達され、これによりＬＮＧ１４０は液体から気体（例えば天然ガス１５０）へと変化する。距離１２２はＬＮＧを天然ガスに変化させるための距離であり、要求される熱伝達に依存する。
加温用流体（循環流体とも称する）は水、オイル、塩水、Duratherm（登録商標）、又は、要求される仕様の下で熱を適切に伝達できる他のどのような流体でもよい。実施形態によっては、循環流体は長い距離及び／又は時間にわたって熱を保持できるような高い熱容量を有するものであっても良い。
パイプ１７０はＬＮＧ源から熱交換器１２０にＬＮＧ１４０を運ぶ。図３はパイプ１７０の断面図である。パイプ１７０は、低温定格の内側パイプ１７１が断熱材１７２（例えば、エーロゲル断熱材（Cabot Nanogel（登録商標）Expanison Pact（登録商標）））に囲まれて構成されている。断熱材１７２を囲んでいるのは外側の炭素鋼ケーシングパイプ１７３である。しかし、要求されるなら、他の低温定格のパイプが用いられてもよい。パイプ１７３の周りには、必要に応じて、コンクリート重量コーティング１７４（ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｅｉｇｈｔ ｃｏａｔｉｎｇ）を設ける。ＬＮＧを輸送するための種々のパイプ構造が知られており、請求項で特に記載しない限り、その種々のパイプ構造は本明細書で示される発明の原理とともに使用され得る。
図４はパイプインパイプ構造の熱交換器１２０の横断面図である。加温用流体１０５は、ポイント４０１において高温で交換器１２０に入る。流体１０５は距離１２２に沿って流れるにつれてＬＮＧ１４０に対して熱を伝達する。流体１０５はポイント４０１よりも低温となってポイント４０２において交換器１２０から出る。熱交換器１３０はバルクヘッド１２５を有し、これはＬＮＧ１４０から天然ガス１５０に変わるときの圧力及び熱膨張の抑制をもたらす。流体１０５はクロスオーバー配管１２５を介してバルクヘッド１２５をまたぎ越えする。
図５はパイプバルクヘッド１２５の分解図である。バルクヘッド１２５は、熱交換器１２０に入る冷たいＬＮＧと熱交換器１２０から出ていく温かい天然ガス（即ち、気体状態）との間の圧力及び熱膨張を処理して保全性をサポートする。実施形態によっては、バルクヘッド１２５の構造は、参照して本明細書の一部となっている国際公開２００５／１１９１５０号に記載されているパイプインパイプ構造のバルクヘッドと原理的に同様なものにしてもよい。
図６ａ及び６ｂはそれぞれ地熱井の一実施形態の斜視図と断面図である。地熱井は地熱領域内の開放孔からなる。地熱井は流体を地熱井に出入りさせて循環させるためのＵ型管路（例えばパイプ）も含んでいる。Ｕ型パイプは図２に示されるような閉ループシステム（図示しない）の一部である。この管路の厳密な構造（サイズ、寸法、形状、材質、温度等）は、用途に応じて異なりうる。図６ｂと付録のスライド２２では径、重さ、材質、仕様の例が示されているが、これは本明細書で示す発明の概念の利用を限定することを意図しない。
図７は地熱井の上端近傍に任意に使用できる真空断熱管を備える図６ａの地熱井の斜視図である。
図８ａ及び８ｂは、それぞれ図６の地熱井の斜視図と断面図であり、地熱井の下端に保温性グラウトを注入するための、地熱井の中央に位置する取り外し可能なグラウト管を有する。
図９ａ及び９ｂは再ガス化システムで使用する地熱井の別実施形態の斜視図と断面図である。地熱井は、定位置にグラウトで固めた孔（ケースドホール）と、中央に位置する真空断熱管と、を備える。循環流体はケースドホールを通り地熱井に流入し、中央の真空管から流出する。
図１０ａ〜１０ｆは再ガス化システムで使用する地熱井の別実施形態の種々の図である。地熱井は、地熱井の底近傍で開口端を有する中央真空断熱管を備える。地熱井は、保温性グラウトにより囲まれる外側ケーシングも含む。循環流体は中央管を介して地熱井に流入し、ケーシングを介して地熱井から流出する。
図１０ｃは地熱井の上端における熱交換器マニホールドを示す。マニホールドはケーシングの外径空間をより小径の管路に集束させる。粒状の断熱材はマニホールドの外部表面周りとケーシングの内側に使用され得る。
図１０ｄ及び１０ｆはそれぞれ地熱井の上端近傍と下端近傍との断面図である。
Ｇｒｏｕｔ１１１は、特に地熱用途のためブルックヘブン国立研究所により開発されたものであり、地熱井に使用され得るグラウトの一例である。他のグラウト材と異なり、Ｇｒｏｕｔ１１１は実質的に不透水性を有し、防縮性があり、亀裂抵抗があり、存在する他のあらゆる既知のグラウトのうちで最も高い熱伝導性を持つことが知られている。
Ｍｉｘ１１１と呼ばれる、より新しいグラウトもまた用いられ得る。Ｍｉｘ１１１はセメント、水、ケイ砂、及び、少量の超可塑剤とベントナイトから構成される。Ｍｉｘ１１１の化学式はブルックヘブン国立研究所により公開されている。
この材料を使用し、下端から上端に向かってグラウトで固めることにより、地熱井周りが完全に密閉される。これは配管を保護するとともに、様々な深さにある地下帯水層を相互汚染から妨げるための安全な封水剤となる。
本明細書に記載されているシステム及び方法は、停泊場所におけるＬＮＧタンカーからの再ガス化システムが必要であり、作業場から沿岸及び陸上の天然ガス敷設網（ｇｒｉｄ）に延びるパイプラインにおいてＬＮＧが変換され得るＬＮＧを輸入する状況において有効である。本明細書に記載されているシステム及び方法は、必要に応じて加熱を行う用途にも用いることができる。
さらに、本明細書に記載されているシステム及び方法は、ＬＮＧを長期間貯留し、且つ、天然ガスをパイプライン敷設網（例えばピークシェービングプラント）に入れる必要があるＬＮＧプラント用の再ガス化システムにおいても使用され得る。温度は低いものの、本システム及び方法はＬＰＧ（液化石油ガス）システムにおいても使用され得る。
本明細書に開示される代替要素のグループ又は本発明の実施形態は、限定と解釈されてはならない。各グループ要素は個々に参照されクレームされることができ、或いは他のグループ要素又は本明細書に記載される他の要素とのいかなる組み合わせとして参照されクレームされるものである。利便性及び／又は特許性の理由からグループの１つ以上の要素をグループに追加又はグループから削除することができる。そのような追加又は削除があるときは、明細書は変更後のグループを含むものとし、従って付属の請求項において用いられる全てのマーカッシュグループの記載を満たすものとする。
本明細書とそれに続く請求の範囲で用いられているように、特に文脈で明示されない限り、「a」、「an」、「the」の意味は複数参照を含むものである。また、本明細書で用いられているように、特に文脈で明示されない限り、「in」の意味には「in」と「on」とが含まれる。
本明細書で用いる「に連結した（coupled to）」の語は、特に文脈で示されない限り、直接的連結（２つの要素が互いに接触して互いに連結する）と、間接的連結（少なくとも１つの追加的要素が２つの要素の間に位置する）との両方を含むことを意図している。従って、用語「に連結した（coupled to）」と「と連結した（coupled with）」とは、同義的に用いられる。
特に明記されない限り、ここに記載したすべての範囲は、それらのエンドポイントをすべて含むものと解釈されるべきであり、制限の無い範囲は商業的に実用的な値を含むものと解釈されるべきである。同様に、すべての値のリストは、特に明記されない限り、それらの中間値を含むものと解釈されなければならない。
当業者は、ここに開示した本発明の概念から逸脱することなく、上述したもの以外のその他多くの改変が可能であることを理解するであろう。従って、本発明は、添付の請求項の範囲以外に限定されるものではない。更に、明細書と請求項との解釈において、すべての用語は、文脈と矛盾しない限りにおいて最も広く解釈されるべきものである。特に、用語「を備える（comprisesやcomprising）」は、要素、コンポーネント、ステップを非排他的に記載するものであって、それらの記載された要素、コンポーネント、ステップが、明示的には記載されていない、その他の、要素、コンポーネント、ステップと組み合わせて、存在、若しくは利用、又は組み合わせ可能であることを示している。明細書、請求項が、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・Ｎから成るグループから選択される少なくとも１つの何かについて言及している場合、テキストは、そのグループからの１つの要素のみを要件とするものであって、ＡとＮや、ＢとＮ、等といったものを要件とするものでないと解釈されなければならない。

Claims (10)

  1. 再ガス化システムのための熱交換器であって、
    低温材料から成る第１パイプセグメントと、
    第２パイプセグメントと、
    前記第１パイプセグメントの端部を前記第２パイプセグメントの端部と連結する第１カップリングであって、（ｉ）前記第１パイプセグメントの外径と第２パイプセグメントの外径とを受け入れるサイズ及び寸法の内径とＶ型断面領域とをもつ管と、（ｉｉ）前記Ｖ型断面領域の一部を包み込む第１スリーブと、を備える前記第１カップリングと、
    前記第１パイプセグメント、前記第２パイプセグメント及び前記第１カップリングを包み込む第２スリーブと、
    前記スリーブの内側表面と前記第１パイプセグメントの外側表面との間の半径方向空間により定義される第１内部チャンバー、及び、前記スリーブの内側表面と前記第２パイプセグメントの外側表面との間の半径方向空間により定義される第２内部チャンバーであって、第２カップリングを介して流体的に連結される前記第１及び第２内部チャンバーと、
    循環流体を受け入れるための前記第１内部チャンバーと流体的に連結する入口と、
    前記循環流体を処理するための前記第２内部チャンバーと流体的に連結する出口と、を備える熱交換器。
  2. 前記第２パイプセグメントは非低温材料から成る請求項１に記載の熱交換器。
  3. 前記第２カップリングは前記スリーブに対して外側に配置され、且つ、前記第１及び第２内部チャンバーと流体的に連結する第３パイプセグメントから成る請求項１に記載の熱交換器。
  4. 前記第２カップリングは前記スリーブに対して内側に配置され、且つ、前記第１カップリングの壁内に複数の穴を有する請求項１に記載の熱交換器。
  5. 第１流体を有する閉ループ配管と、
    地熱井と、
    内部に第２流体が通過する請求項１に記載の熱交換器と、を備え、
    前記閉ループ配管は前記地熱井と前記熱交換器とに連結されている再ガス化システム。
  6. 前記地熱井中に配置されたグラウトをさらに備える請求項５に記載のシステム。
  7. 前記閉ループ配管の一部が断熱されるとともに前記地熱井内に配置されている請求項５に記載のシステム。
  8. 前記第１流体が液化天然ガスである請求項５に記載のシステム。
  9. 前記第２流体がDuratherm（登録商標）である請求項５に記載のシステム。
  10. 液体の脱ガス方法であって、
    地熱井から請求項１に記載の熱交換器に第１流体を送り込み、
    前記熱交換器に前記第１流体を通過させることによって前記液体を加熱し、
    加熱のため前記地熱井に前記第１流体を返送する方法。
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