JP3610246B2 - Ｌｎｇのボイルオフガス再液化および空気分離一体化装置 - Google Patents

Ｌｎｇのボイルオフガス再液化および空気分離一体化装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガス（以下「ＬＮＧ」と略称する）の有する冷熱を利用して、ＬＮＧを貯蔵するタンクで発生するボイルオフガス（以下「ＢＯＧ」と略称することがある）を再液化してＬＮＧタンクに戻し、また空気を液化して蒸留することによって成分に分離するＬＮＧのボイルオフガスの再液化および空気分離一体化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＮＧは、たとえばＬＮＧタンカなどによって原産地から海上を輸送され、ＬＮＧタンクに貯蔵されて、需要先に供給される。貯蔵されるＬＮＧの温度は、−１６０℃程度で、常温に比べて極めて低いので、ＬＮＧタンク内では自然入熱等によってＢＯＧが発生する。このためＬＮＧタンク内圧力を一定範囲内に保持しておくためには、発生するＢＯＧを処理する必要がある。
【０００３】
ＢＯＧの処理としては、コンプレッサで昇圧して燃料として直接消費するために送出したり、コンプレッサによる昇圧後、再液化して、ＬＮＧタンク内に返送し、またはＬＮＧタンクから供給されるＬＮＧと混合させた後、消費のために送出したりしている。このようなＢＯＧの再液化についての先行技術は、本件出願人からも、たとえば特開平３−２３６５８８などとして開示している。この先行技術では、ＢＯＧの再液化のための冷熱源としても、ＬＮＧを利用している。
【０００４】
ＬＮＧの有する冷熱は、空気分離設備でも利用されている。空気分離設備では、沸点（−１８３〜−１９６℃）の差を利用して、空気から酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）などを分離・液化している。液化に必要な寒冷用のエネルギとして、圧縮機駆動用の電力とともに、ＬＮＧの冷熱が利用されている。本件出願人も、たとえば特願平７−２９５１８６などとして、ＬＮＧの冷熱を利用する空気分離についての先行技術を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＢＯＧの再液化と空気分離とは、別々の設備として設置され、設備の管理も別々に行われている。この場合、ＢＯＧの再液化と空気分離とで、それぞれの需要に見合った量のＬＮＧが使用される。ＬＮＧの供給量に制約がある場合には、どちらかの能力を低下させる必要がある。ＬＮＧは、たとえば都市ガスの原料あるいは火力発電の燃料などとして大量に使用される。都市ガスや電力の需要は、昼間には多く夜間には少なくなる。したがって、ＬＮＧの使用量が多くなる昼間には、ＬＮＧの有する冷熱を利用してのＢＯＧの再液化や空気分離を充分に行うことができるが、夜間には利用可能な冷熱源が少なくなってしまう。ＢＯＧの発生は、断熱材を通過してくる外部からの入熱によって行われるので、昼間と夜間との温度差はＢＯＧの発生量にあまり影響がなく、夜間でもＢＯＧの再液化などの処理の必要性はほとんど変わらない。このため、ＬＮＧの使用量や消費量が減少して、ＢＯＧの再液化に使用することができる冷熱が不足する事態も生じ得る。ＢＯＧ自体を燃料として消費したり使用する場合であっても、その需要は夜間には少なくなり、再液化などによって処理する必要性は大きい。
【０００６】
ＢＯＧは、ＬＮＧ中のメタンが大部分を占め、他の成分も含むＬＮＧとは燃料としての特性が異なる。このため、ＢＯＧを単独あるいは主成分として、ＬＮＧの需要が減少している状態で、ＬＮＧの代わりに供給することは好ましくはない。
【０００７】
本発明の目的は、ＬＮＧの利用量が変動しても、ＢＯＧの再液化と空気分離とを効率的に行うことができるＬＮＧのボイルオフガス再液化および空気分離一体化装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＬＮＧタンクから発生するボイルオフガスの再液化、および空気を液化して蒸留することによる成分への分離を、一体的に行う装置であって、 ボイルオフガスを圧縮するＢＯＧコンプレッサと、
空気から分離される窒素ガスを圧縮する窒素コンプレッサと、
圧縮された窒素ガスを膨張させる膨張タービン等と、
膨張タービン等によって膨張させた窒素ガス、窒素コンプレッサによって圧縮された窒素ガス、およびＢＯＧコンプレッサによって圧縮したボイルオフガス、およびＬＮＧをそれぞれ通過させて相互に熱交換させる熱交換器とを含むことを特徴とするＬＮＧのボイルオフガス再液化および空気分離一体化装置である。
【０００９】
本発明に従えば、ボイルオフガスはＢＯＧコンプレッサで圧縮される。空気から分離される窒素ガスは、窒素コンプレッサで圧縮される。圧縮された窒素ガスは膨張タービン等で膨張され、熱交換器を通過する。熱交換器には、ＢＯＧコンプレッサで圧縮されたボイルオフガスと、窒素コンプレッサで圧縮された窒素ガスと、ＬＮＧも通過させられ、相互に熱交換が行われる。この熱交換によって、ＬＮＧの冷熱を、ボイルオフガスの再液化のためにも、空気分離装置の窒素ガスの冷却のためにも利用することができる。ＬＮＧの使用量が少なくなる夜間などでは、窒素ガスの液化の割合を少なくし、優先的にＢＯＧを再液化するために使用する。ＬＮＧ利用量に充分余裕がある場合には、空気分離に使用する割合を増大させ、空気分離の需要と供給とのバランスを図る。また、空気分離用の窒素コンプレッサなどの能力に余裕を持たせておけば、電力の安価な夜間に空気分離設備の窒素ガスの液化量を減ずることなくＢＯＧの再液化を行うことが可能になる。
【００１０】
また本発明で前記窒素コンプレッサによって圧縮されて前記熱交換器を通過する窒素ガスの一部を、該熱交換器内で分岐させて前記膨張タービン等に供給し、該膨張タービン等によって膨張させて該熱交換器を通過させた窒素ガスを、該窒素コンプレッサの入側に戻す窒素循環用管路を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、窒素コンプレッサによって圧縮される窒素ガスが、熱交換器を通過する途中で分岐して膨張タービン等に供給される。膨張タービン等によって膨張させた窒素ガスは、熱交換器を通過して窒素コンプレッサの入側に戻される。このような窒素循環用管路で窒素ガスを循環させて、圧縮と膨張とを繰返えすと、熱交換器が冷熱を供給し、ＬＮＧの冷熱だけでは不足する場合に、ＢＯＧの再液化用の冷熱源として利用することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態としてのＬＮＧのＢＯＧ再液化・空気分離一体化装置の概略的な構成を示す。ＬＮＧは、ＬＮＧタンク１内に貯蔵される。ＬＮＧタンク１内に貯蔵されるＬＮＧは、ＬＮＧポンプ２によってＬＮＧタンク１内から取出され、熱交換器３のＬＮＧ通過層４を通って、都市ガスの原料や燃料などとしての利用のために送出される。都市ガスの原料や直接燃料として利用される際には、低温のＬＮＧではなく、常温の気化した天然ガス（ＮＧ）として供給する必要がある。ＬＮＧが熱交換器３のＬＮＧ通過層４を通過する際に、冷熱を供給する一方で、昇温および気化に必要な熱の少なくとも一部が供給される。
【００１３】
ＬＮＧの利用に伴って熱交換器３に供給される冷熱は、熱交換器３のＢＯＧ通過層５を通過するＢＯＧの再液化に使用される。また、熱交換器３に設けられる窒素膨張層６および窒素圧縮層７への冷熱供給のためにも使用される。熱交換器３は、プレートフィン（ＰＦ）形として構成され、ＬＮＧ通過層４、ＢＯＧ通過層５、窒素膨張層６および窒素圧縮層７の４つの層がそれぞれ分離され、かつ熱交換は相互に可能である。ＢＯＧ通過層５には、ＬＮＧタンク１から発生するＢＯＧが、ＢＯＧコンプレッサ８によって圧縮された後、供給される。ＢＯＧは、ＬＮＧ中に含まれるメタンがほとんど単一の成分として含まれ、圧縮と冷却とによって液化する。ＢＯＧが液化すると、ＬＮＧタンク１内に戻される。ＬＮＧタンク１、ＬＮＧポンプ２、ＢＯＧ通過層５およびＢＯＧコンプレッサ８は、ＢＯＧ再液化設備９を構成する。
【００１４】
熱交換器３の窒素膨張層６および窒素圧縮層７は、空気分離設備１０の一部を構成する。空気分離設備１０には、高圧蒸留塔１１、低圧蒸留塔１１’、窒素循環用管路１２および空気液化設備１３も含まれる。空気液化設備１３によって液化された液体空気１４は、高圧蒸留塔１１の底部に貯留される。高圧蒸留塔１１の上部では、液体空気１４から分離された窒素ガスが窒素コンプレッサ２０’で圧縮されて熱交換器３の窒素圧縮層７を通過する。
【００１５】
低圧蒸留塔１１’の上部で液体酸素１６から分離された窒素ガス１７は、窒素コンプレッサ２０で圧縮されて熱交換器３の窒素圧縮層７をも通過する。通過する窒素ガスの一部は、窒素循環用管路１２に設けられる膨張タービン２１に導かれて膨張させられる。膨張タービン２１へは、窒素圧縮層７の途中に接続される分岐管２２を介して分岐する。膨張タービン２１で膨張させられた窒素ガスは、熱交換器３の窒素膨張層６を通過し、合流管２３を介して窒素コンプレッサ２０の入側で、蒸留塔１１から供給される窒素ガスと合流する。合流管２３で合流した窒素ガスは、窒素コンプレッサ２０で圧縮された後、高圧蒸留塔１１の上部から導かれた窒素ガスと合流する合流管３０で合流した窒素ガスは、窒素コンプレッサ２０’から再び熱交換器３の窒素圧縮層７に入り、分岐管２２から分岐して膨張タービン２１で膨張され、熱交換器３の窒素膨張塔６を通って合流管２３で合流する。このような窒素循環用管路１２内を、窒素ガスを循環させることによって、熱交換器３に冷熱を供給することもできる。
【００１６】
窒素循環用管路１２で循環する窒素ガスを除いた他の窒素ガスは、低圧蒸留塔１１’から空気液化設備１３を経て窒素コンプレッサ２０に入り、熱交換器３の窒素膨張層６を通って、膨張弁２４から低圧蒸留塔１１’に還流液として戻る。また、膨張弁２４から、窒素タンク２５に供給して貯蔵するときは製品液体窒素となる。低圧蒸留塔１１’では、アルゴン１５および液体酸素１６もそれぞれ分離されるので、窒素タンク２５と同様にそれぞれ貯蔵して、製品として取出すようにすることができる。
【００１７】
高圧蒸留塔１１に液体空気１４を供給する空気液化設備１３では、原料となる空気を原料空気コンプレッサ２６で圧縮し、空気／窒素熱交換器２７を介して冷却し、液化させて液体空気１４として高圧蒸留塔１１の下部に供給する。空気／窒素熱交換器２７には、低圧蒸留塔１１’から冷却された窒素が供給され、空気を冷却する。
【００１８】
図１に示すような装置では、ＢＯＧ再液化のプロセスと空気分離のプロセスとを一体の設備として管理し、ＬＮＧが都市ガスなどの原料として、または直接燃焼用に送出されても、その有する冷熱を有効に利用し、またＬＮＧタンク１から発生するボイルオフガスを確実に再液化してＬＮＧタンク１に戻すことができる。本実施形態のＢＯＧ再液化および空気分離一体化装置では、次の図２に示すような考え方で、ＬＮＧの有する冷熱を有効に利用することができる。図２（ａ）は、ＬＮＧの送出量が大きくなる昼間での冷熱利用での冷熱の配分を示し、図２（ｂ）はＬＮＧ送出量が少なくなる夜間での冷熱の配分を示す。図２（ａ）に示すように、昼間ではＬＮＧの送出量が大きく、冷熱の利用量に充分余裕があるので、空気分離とＢＯＧ再液化とに充分な冷熱を割当てることができる。ＬＮＧ送出量が小さくなる夜間では、図２（ｂ）に示すように、ＬＮＧを利用して発生する冷熱をＢＯＧの再液化の方に優先的に割当てる。このため空気分離に割当てられる冷熱の相対的な割合は減少するけれども、ＬＮＧの冷熱は有効に利用することができる。特にＬＮＧを運搬するＬＮＧタンカなどが入船し、ＬＮＧがＬＮＧタンク１に補給される際などには、ボイルオフガスの発生量が増大する。このようなＬＮＧタンカの入船は、ＬＮＧ送出量が少なくなる夜間に行われ、発生するボイルオフガスの処理が困難となる場合が多いけれども、図２（ｂ）に示すよりもさらに冷熱のＢＯＧ再液化への割当て量を大きくし、一時的に空気分離による窒素ガスなどの生産量を減少させて、対応させることができる。
【００１９】
図３は、図１に示すようなＢＯＧ再液化および空気分離の一体化装置を利用して、ＬＮＧの冷熱を利用する他の考え方を示す。この考え方では、空気分離設備１０の窒素循環用管路１２に設けられる窒素コンプレッサ２０などの設備能力を、充分に余裕があるようにしておく。図３（ａ）に示すように、昼間では設備能力に余裕を持たせた状態で、空気分離を行う。すなわち、余裕分は休止させる。図３（ｂ）に示すように、夜間ではＢＯＧ再液化のための冷熱源が不足するので、昼間では余裕があって休止していた空気分離設備の能力をＢＯＧ再液化のためにも利用して、ボイルオフガスが再液化される際に必要となる冷熱の補給を行うことができる。ＢＯＧ再液化のための冷熱を窒素循環用管路１２を循環する窒素の冷熱サイクルで発生させるために窒素コンプレッサ２０を駆動する電力は、夜間電力を利用するので、昼間よりもコストが低く、経済的に空気分離とＢＯＧ再液化とを行うことができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＬＮＧの冷熱を利用するＢＯＧの再液化と空気分離の設備を一体的に管理することができるので、それぞれの設備の稼働率をＬＮＧ利用量に合わせてフレシキブルに調整することが可能になるとともに、設備コストの低減と効率的な一元管理とを図ることができる。たとえば、ＬＮＧ貯蔵タンクに入船したＬＮＧタンカから夜間にＬＮＧが補給されるときには特にＢＯＧの発生量が増大するけれども、空気分離の冷熱使用量を低減し、優先的にＢＯＧの再液化にＬＮＧの冷熱を振り向けることができる。また、空気分離の設備能力に余裕を持たせておいて、ＬＮＧの冷熱ではＢＯＧの再液化に不足が生じるときに、空気分離の設備から冷熱源を供給するようにすることもできる。
【００２１】
また本発明によれば、窒素循環用管路を用いて、窒素ガスを圧縮して膨張させることによる冷熱の発生量を増大させることができるので、ＢＯＧの再液化のための冷熱源として効率的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のＢＯＧ再液化および空気分離一体化設備の概略的な構成を示す配管系統図である。
【図２】図１の実施形態で、昼間と夜間とでＬＮＧの冷熱利用割合を空気分離とＢＯＧ再液化とで変更する基本的な考え方を示す図である。
【図３】図１の実施形態で、空気分離設備１０の能力に余裕を持たせておき、ＬＮＧの送出量が減る夜間に空気分離設備からの冷熱量をＢＯＧ再液化にも利用する考え方を示す図である。
【符号の説明】
１ ＬＮＧタンク
３ 熱交換器
４ ＬＮＧ通過層
５ ＢＯＧ通過層
６ 窒素膨張層
７ 窒素圧縮層
８ ＢＯＧコンプレッサ
９ ＢＯＧ再液化設備
１０ 空気分離設備
１１ 高圧蒸留塔
１１’ 低圧蒸留塔
１２ 窒素循環用管路
１３ 空気液化設備
１７ 窒素ガス
２０，２０’ 窒素コンプレッサ
２１ 膨張タービン
２２ 分岐管
２３ 合流管
２５ 窒素タンク

Claims (2)

  1. ＬＮＧタンクから発生するボイルオフガスの再液化、および空気を液化して蒸留することによる成分への分離を、一体的に行う装置であって、
    ボイルオフガスを圧縮するＢＯＧコンプレッサと、
    空気から分離される窒素ガスを圧縮する窒素コンプレッサと、
    圧縮された窒素ガスを膨張させる膨張タービン等と、
    膨張タービン等によって膨張させた窒素ガス、窒素コンプレッサによって圧縮された窒素ガス、およびＢＯＧコンプレッサによって圧縮したボイルオフガス、およびＬＮＧをそれぞれ通過させて相互に熱交換させる熱交換器とを含むことを特徴とするＬＮＧのボイルオフガス再液化および空気分離一体化装置。
  2. 前記窒素コンプレッサによって圧縮されて前記熱交換器を通過する窒素ガスの一部を、該熱交換器内で分岐させて前記膨張タービン等に供給し、該膨張タービン等によって膨張させて該熱交換器を通過させた窒素ガスを、該窒素コンプレッサの入側に戻す窒素循環用管路を備えることを特徴とする請求項１記載のＬＮＧのボイルオフガス再液化および空気分離一体化装置。
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