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JP4064037B2 - 都市ガス製造方法 - Google Patents

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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)を主原料する都市ガス製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、都市ガスを製造するLNG基地において、原料のLNGは−155[℃]以下の極低温の状態でLNGタンクに貯蔵される。LNG基地から市中に供給する都市ガスは、たとえば3.9[MPaG](40[kgf/cm2 G])に昇圧する必要がある。LNGタンクに貯蔵されるLNGは、都市ガスとしての需要に応じて昇圧され、気化され、液化石油ガス(以下、「LPG」と略称する)などを添加して発熱量を調整し、都市ガスとして市中に送出される。
【0003】
LNGタンクでは、貯蔵中のLNGの一部が外部からの入熱で気化して、ボイルオフガス(以下、「BOG」と略称する)が発生する。LNGタンクから自然発生するボイルオフガスも都市ガスの原料として有効に使用するためには、昇圧して市中に送出する必要があるけれども、気体の状態で圧縮するため、液化してから昇圧する場合に比べ、多大な電力が必要とされる。また、BOGは、LNG中でもメタン(CH4 )等を主とする軽質成分であり、発熱量は比較的小さいので、都市ガスとして使用するためには、熱量調整が必要である。
【0004】
図2は、BOG高圧送出技術の概要を示す。LNGタンクから発生したBOGは、圧縮機1によって温度75[℃]、圧力3.9[MPaG]まで昇圧され、その後冷却器2で温度20[℃]、圧力3.9[MPaG]まで冷却される。この間に消費される電力量は4,617[kW・h]となり、一旦気体を液化してから昇圧するときと比べ約1,000〜2,000[kW・h]の電力量を余分に必要とする。昇圧されたBOGは、その後LPG等で熱量調整され、市中に都市ガスとして送出されるか、または工業用等の低カロリー顧客等に供給される。
【0005】
また都市ガスは規定の発熱量である標準状態で1m3 の単位体積当り46,000[kJ](11,000[kcal/Nm3 ])に調整して市中に送出されることが義務づけられている。この発熱量は天然ガスの発熱量より大きいので、通常は天然ガスと、天然ガスより高価なLPG等とを混合して発熱量を調整し、市中に送出される。そこで、これまでにこのLPG量をできるだけ削減する技術として分留技術が開発されてきた。
【0006】
分留技術では、気液平衡関係を利用して、LNGを標準状態で1m3 の単位体積当り40,600[kJ](9,700[kcal/Nm3 ])の低カロリーガスと46,000[kJ]の高カロリーガスとに分離する。LNG中から重質成分を分留して増熱用に用いるか、規定の発熱量を得て、LPGの使用量を削減すれば、LNGとLPGとの価格差によって、原料費のコストダウンを図ることができる。このためには、分留の際に発生する低カロリーガスを、工業用等、低カロリー顧客等に、熱量調整なしで供給することができる必要がある。これが可能であれば、通常ならLNGより高価なLPGを使用して増熱しなければならないところを、LNGのみで所定の熱量に調整することができる。また、分留することによって、LNG使用量が増え、都市ガスの需要が少ないときのLNG在庫調整に寄与し、原料購入の弾力化も図ることができる。
【0007】
図3は、LNG分留技術の概要を示す。たとえば流量70[t/h]、温度−157[℃]、圧力39.2[kPaG](0.4[kgf/cm2 G])のLNGは、まずポンプ4で 3.9[MPaG]まで昇圧される。熱交換器5には、ポンプ6で熱交換用の海水が供給される。昇圧されたLNGの一部である流量30[t/h]の部分が熱交換器5で海水と熱交換することによって、温度17[℃]、圧力3.9[MPaG]の天然ガスとなり、その後、残りのLNGと混合することによって、流量70[t/h]、温度−80[℃]、圧力3.9[MPaG]の気液混合状態をつくる。次にこの気液混合状態が分留器7に供給されると、気液平衡関係から、塔頂7aからは総発熱量が標準状態の単位体積1m3 当り約40,600[kJ]の気体が流量22[t/h]で、塔底7bからは総発熱量が約46,000[kJ]の液体が流量48[t/h]で生成される。これまでに消費される電力量は354[kW・h]となる。その後、気体は工業用等低カロリー顧客等に引き取られ、また液体は海水を熱源として気化され、都市ガスとして市中へ送出される。
【0008】
これまで、BOG高圧送出技術とLNG分留技術とは、それぞれ独立した技術として取扱われてきた。本件出願人は、都市ガス製造に関するBOG高圧送出技術やLNG分留技術について、たとえば、特開昭60−262890号公報や、特開平8−269468号公報、特開平10−195464号公報などで開示している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
前述のBOG高圧送出技術とLNG分留技術とを併用して、都市ガスを製造する際に消費される電力量を合計すると、前述の条件で総消費電力量は4,971[kW・h](=4,617+354)となる。前述のように、BOGを高圧送出する場合は、気体状態で圧縮するため、非常に大きな電力を投入して市中に送出しなければならないという問題が生じてくる。そこで、これまではこの問題を解決する技術として、BOGを一旦、約785[kPaG](8[kgf/cm2 G])程度の低圧まで昇圧した後、LNGの冷熱と熱交換することによって液化させ、その後昇圧することによって消費電力量を大幅に削減する液化技術が開発されてきた。この技術は消費電力量を削減するという意味では確実に効果を得ることができるけれども、BOGを液化するのにBOG量の約6倍という多量のLNGから冷熱を得る必要があるために、LNGを大量に市中へ送出できるという条件が成り立つときのみ可能となる技術である。
【0010】
都市ガスは、夏場や夜間等には需要が減り、また冬場や夕方等には需要が増える。つまり、需要が少ない時期に、消費電力量を抑えるために、LNGタンクから発生したBOGを従来のBOG液化技術で液化させると、その際に多量のLNGを使用することとなり、そのLNGは市中に送出できないという問題が生じてくることになる。また、海水等を温熱源などに用いると、海水の使用量が多くなってしまう。
【0011】
本発明の目的は、こういった都市ガスの需要量の変化に対応して、LNG分留設備を稼働し、かつできるだけBOGを高圧で送出する際に消費される電力量を抑えることができる都市ガス製造方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主原料となる液化天然ガスをLNGタンクに貯蔵しておき、市中での都市ガスの需要量に応じて予め定める送出圧力に昇圧し、都市ガスとして市中に送出する際に、熱量調整のための液化天然ガス分留と、LNGタンクから発生するボイルオフガスの再液化とを行う都市ガス製造方法において、
液化天然ガス分留に必要な温熱源を、ボイルオフガス再液化用の原料ボイルオフガスから確保し、
ボイルオフガスを液化するために必要な冷熱源を、液化天然ガス分留用の原料液化天然ガスから確保し、
前記ボイルオフガス再液化では、都市ガスの需要量に応じて切換えることができるラインを設けて、都市ガスの需要量が少ないときには吐出圧力の高い圧縮機を備えるラインを用い、需要量が多いときは吐出圧力が低い圧縮機を備えるラインを用いることを特徴とする都市ガス製造方法である。
【0013】
本発明に従えば、液化天然ガス分留とボイルオフガス再液化とを併用し、液化天然ガス分留に必要な温熱源としてボイルオフガスを利用し、ボイルオフガスを液化するための冷熱源として液化天然ガスを利用することができる。天然ガスを分留するので、分留器の塔底からの分留成分を都市ガスの原料として利用して、熱量調整のために使用し、液化天然ガスに比較して高価な液化石油ガスなどの使用量を減少させることができる。ボイルオフガスを再液化する際には、冷却によって消費電力量を削減することができる。
また、前述の目的を達成するために、ボイルオフガスを再液化するラインは都市ガスの需要量に応じて切換えることができ、各ラインには吐出圧力の異なる圧縮機を設置する。都市ガスの需要が多いときには吐出圧力の低い圧縮機で圧縮して、ボイルオフガスに液化天然ガスから多量の冷熱を移行させ、再液化の際の消費電力を大幅に削減することができる。都市ガスの需要が少ないときには吐出圧力の高い圧縮機で圧縮して、気体状態での圧縮に伴う電力消費を削減することができる。
また前記吐出圧力が、前記高い圧縮機が2.4[MPaG]であり、前記低い圧縮機が780[kPaG]であれば、ボイルオフガスを圧縮して分留に使用する液化天然ガスと熱交換する圧力を、都市ガス需要量に合わせて切換えることができる。すなわち、都市ガスの需要量が多いときは、780[kPaG]程度の低圧用圧縮機ラインにボイルオフガスを流し、3.9[MPaG]程度となる液化天然ガスよりも低い圧力で液化を行う。このようにボイルオフガスを、液化天然ガスよりも大幅に低い圧力で液化することができるのは、このとき、ボイルオフガス再液化用に液化天然ガスをボイルオフガスの約6倍の流量で使用し、液化天然ガスの顕熱を利用することによるためである。
また前記圧縮機後流のボイルオフガスを、都市ガスの需要量に関係なく、前記液化天然ガス分留用液化天然ガスと熱交換器で熱交換して完全に液化し、その後ポンプによって3.9[MPaG]の高圧まで昇圧し、さらにその後、海水からの熱源によって気化すれば、圧縮機の後流にはボイルオフガス再液化用の熱交換器を設置し、さらにその後流には液化されたボイルオフガスを昇圧するためのポンプが設置され、その後、海水を熱源として液化されているボイルオフガスを気化する。ボイルオフガスは液化してから高圧まで昇圧するので、気体の状態での昇圧を低い範囲に留め、消費電力の削減を図ることができる。
【0014】
また本発明は、前記液化天然ガス分留に必要な温熱源を、前記ボイルオフガス再液化用の原料ボイルオフガスと熱交換器で熱の授受を行い、間接的に得ることを特徴とする。
【0015】
本発明に従えば、再液化用の原料ボイルオフガスと液化天然ガス分留に使用する液化天然ガスとは、熱交換器で間接的に熱の授受を行うので、ボイルオフガスの圧力を液化天然ガスと同程度まで気体の状態で昇圧しておく必要はなく、電力消費を削減することができる。
【0020】
また本発明は、前記液化天然ガス分留に使用する液化天然ガスを、都市ガスの需要量に応じて流量の設定を変えるようにして、ポンプへ送出することを特徴とする。
【0021】
本発明に従えば、都市ガスの需要量に応じて液化天然ガス分留に使用する液化天然ガスの流量設定を変えるので、都市ガスの需要量に合わせて液化天然ガスを使用することができる。
【0022】
また本発明は、主原料となる液化天然ガスをLNGタンクに貯蔵しておき、市中での都市ガスの需要量に応じて予め定める送出圧力に昇圧し、都市ガスとして市中に送出する際に、熱量調整のための液化天然ガス分留と、LNGタンクから発生するボイルオフガスの再液化とを行う都市ガス製造方法において、
液化天然ガス分留に必要な温熱源を、ボイルオフガス再液化用の原料ボイルオフガスから確保し、
ボイルオフガスを液化するために必要な冷熱源を、液化天然ガス分留用の原料液化天然ガスから確保し、
前記ポンプ後流の液化天然ガスを、都市ガスの需要量に応じて切換えることができるラインに導き、都市ガスの需要量が多い時には、液化天然ガス熱交換器を熱交換するラインに流れ、需要量が少ない時には、熱交換器をバイパスすることを特徴とする都市ガス製造方法である
【0023】
本発明に従えば、都市ガスの需要量が多いときはボイルオフガスの液化量に比べ、分留用の液化天然ガス量が多いため、分留するために必要な温度まで加温されていない。そこでこの場合は、その後流に設置されている切換用バルブを通して、分留に必要な温度まで海水などから熱源を得て加温される。都市ガスの需要が少ないときには、分留用の液化天然ガスは分留に必要な温度まで昇温されているので、熱交換器をバイパスし、熱交換器での海水等の使用量を削減することができる。
【0024】
【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都市ガス製造方法に従う都市ガス製造設備の概略的な構成を示す。本実施形態では、LNG分留とBOG再液化とを併用する。この併用方法を用いると都市ガスの需要量の変化に対応して従来よりも大幅に、BOG高圧送出のために必要となる電力量を削減することができる。以下、都市ガスの需要量が多いときと少ないときとに分けて、本実施形態の概要を説明する。
【0025】
本実施形態の都市ガス製造設備で、都市ガスの需要量が多いときは、BOGを再液化する際に必要な冷熱源としてLNGを多量に使用しても市中で消費されるため、後述する都市ガスの需要量が少ないときに比べて多くのLNGを冷熱源として使用することができる。このLNGを多量に使用することのメリットは、以下に説明するように、BOGの圧縮圧力を低く抑えることができるという点である。
【0026】
都市ガスの原料となるLNGは、LNGタンク10に貯蔵され、LNG分留に必要な温度−156[℃]、圧力39.2[kPaG]、流量203[t/h]である状態N1で製造設備側に供給され、LNGポンプ11によって3.9[MPaG]まで昇圧される。昇圧されたN2の状態のLNGは、LNG/BOG熱交換器12で温熱源からの熱を受取り、−121[℃]まで昇温されてN3の状態になる。LNGの流路に関し、LNG/BOG熱交換器12の後流側には、2系統のラインがバルブ23,24の開閉で切換可能に設けられている。バルブ13を開けてバルブ14を閉じると、状態N3のLNGは、熱交換器15に導かれる。熱交換器15には、ポンプ16によって、熱交換の際に温熱源となる海水が送込まれる。熱交換器15で、LNGは分留するのに必要な温度まで海水と熱交換することによって昇温される。分流器17では、気液平衡関係に基づき、塔頂17aから標準状態の単位体積1m3 当りで総発熱量が約40,600[kJ]となる状態N4の気体が流量22[t/h]で、塔底17bからは総発熱量が約46,000[kJ ]となる状態N5の液体が流量48[t/h]となるように生成される。
【0027】
次に、温度−155[℃]、圧力0[kPaG]、流量34[t/h]の状態N10のBOGは、バルブ21,22の開閉によって切換可能で、吐出圧力が異なる2系統のラインに導入される。すなわち、バルブ21の後流には低圧用の圧縮機23が設けられ、バルブ22の後流には高圧用の圧縮機24が設けられる。バルブ21を開けてバルブ22を閉じることによって、BOGは圧縮機23に導かれ、784[kPaG](8[kgf/cm2 G])まで昇圧される。昇圧されたN11の状態のBOGは、LNG/BOG熱交換器12でN2の状態のLNGを冷熱源として冷熱を受取り、液化されてN12の状態となる。N12の状態の液体は、ポンプ25によって、3.9[MPaG]まで昇圧され、その後熱交換器26で、ポンプ16から熱交換器15に供給される途中の海水と熱交換することによって、N13の状態の気体になる。これまでに消費された電力量は約3019[kW・h]となる。その後N13の状態の気体は、LPG等で熱量調整された後、都市ガスとして市中へ送出される。
【0028】
本実施形態の都市ガス製造設備で、都市ガスの需要量が少ないときは、BOGを再液化する際に冷熱源としてのLNGを多量に必要としても、LNGが都市ガスの原料としては市中で消費されないため、前述のような都市ガスの需要量の多いときのように、多くのLNGを冷熱源として使用することができない。このようにLNGを多量に使用することができないことによって、BOGの圧縮圧力を低く抑えることができないという欠点がある。しかし、従来技術であるBOGを直接圧縮する場合に比べると、都市ガスとしての市中への送出圧力よりも低い圧力でBOGを送出することができ、以下に説明するように、大幅に電力を削減することができる。
【0029】
LNG分留に必要な温度−156[℃]、圧力39.2[kPaG]、流量70[t/h]の状態N1で原料LNGは、LNGポンプ11によって3.9[MPaG]まで昇圧される。注目すべきは、LNGの流量の設定が変えられ、都市ガスの需要量が多いときよりも流量が減少してることである。昇圧されたLNGは、N2の状態となり、LNG/BOG熱交換器12で温熱源となるBOGから温熱を受取り、分留に必要な温度−80[℃]まで昇温されてN24の状態となり、バルブ13を閉めてバルブ14を開けることによって、熱交換器15をバイパスし、分留器17に導かれる。LNG/BOG熱交換器12で分留に必要な温度−80[℃]まで昇温されているからである。分流器17では、気液平衡関係に基づき、標準状態で単位体積1m3 当り、塔頂17aからは総発熱量が約40,600[kJ]の状態N4の気体が流量22[t/h]で、塔底17bからは約46,000[kJ]の状態N5の液体が流量48[t/h]で、それぞれ生成される。
【0030】
次に、温度−155[℃]、圧力0[kPaG]、流量34[t/h]の状態N10のBOGは、バルブ21は閉じてバルブ22を開けることによって、圧縮機24に導かれ、2.45[MPaG](25[kgf/cm2 G])まで昇圧される。昇圧されたBOGは、N21の状態となり、LNG/BOG熱交換器12で冷熱源となるLNGから冷熱を受取り、液化され、状態N22となる。状態N22の液体は、ポンプ25によって、3.9[MPaG]まで昇圧され、その後熱交換器26によって海水と熱交換して、N13の状態の気体となる。これまでに消費された電力量は約4062[kW・h]となる。その後N13の状態の気体は、LPG等で熱量調整された後、都市ガスとして市中へ送出される。 本実施形態の都市ガス製造設備と、従来の都市ガス製造設備とを比較すると、次の表1が得られる。
【0031】
【表1】
Figure 0004064037
【0032】
本実施形態では、都市ガスの需要量が多いときはラインを切換え、LNGの流量を増量することによって、従来の直接BOGを圧縮する方法に比べて大幅に電力量を削減することができる。また、都市ガスの需要量が少ないときはラインを切換え、LNGの流量を減量することによって、従来の直接BOGを圧縮する方法に比べて大幅に電力量を削減することができる。さらに、都市ガスの需要量が多いときはラインを切換え、LNGの流量を増量することによって、従来の直接BOGを圧縮する方法に比べて大幅に海水使用量を削減することができる。さらにまた、都市ガスの需要量が少ないときはラインを切換え、LNGの流量を減量することによって、従来の直接BOGを圧縮する方法に比べて大幅に海水使用量を削減することができる。
【0033】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、液化天然ガス分留とボイルオフガス再液化とを併用し、液化天然ガス分留に必要な温熱源としてボイルオフガスを利用し、ボイルオフガスを液化するための冷熱源として液化天然ガスを利用して、熱量調整のために使用する液化石油ガスなどの使用量を減少させ、消費電力量を削減することもできる。
また、都市ガスの需要量に応じてボイルオフガスを圧縮して分留に使用する液化天然ガスと熱交換する圧力を切換え、需要が多いときには吐出圧力の低い圧縮機で圧縮して、ボイルオフガスに液化天然ガスから多量の冷熱を移行させ、再液化の際の消費電力を大幅に削減することができる。都市ガスの需要が少ないときには吐出圧力の高い圧縮機で圧縮して、気体状態での圧縮に伴う電力消費を削減することができる。
また、分留に使用する液化天然ガスと熱交換するボイルオフガスの圧力を、都市ガスの需要量が多いときは、780[kPaG]程度の低圧用圧縮機ラインに流すようにすれば、電力消費を削減することができる。
また、圧縮機の後流にはボイルオフガス再液化用の熱交換器を設置し、さらにその後流には液化されたボイルオフガスを昇圧するためのポンプを設置するようにすれば、ボイルオフガスは液化してから高圧まで昇圧することができ、気体の状態での昇圧を低い範囲に留め、消費電力の削減を図ることができる。
【0034】
また本発明によれば、液化天然ガス分留に必要な温熱源を、前記ボイルオフガス再液化用の原料ボイルオフガスから間接的に得るので、ボイルオフガスの圧力を液化天然ガスと同程度まで気体の状態で昇圧しておく必要はなく、電力消費を削減することができる。
【0038】
また本発明によれば、前記液化天然ガス分留に使用する液化天然ガスの流量設定を変え、都市ガスの需要量に合わせて液化天然ガスを使用することができる。
【0039】
また本発明によれば、都市ガスの需要量が多いときはボイルオフガスの液化量に比べ、分留用の液化天然ガス量が多いため、分留に必要な温度まで海水などから熱源を得て加温することができる。都市ガスの需要が少ないときには、分留用の液化天然ガスは分留に必要な温度まで昇温されているので、熱交換器をバイパスし、熱交換器での海水等の使用量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の概略的な構成を示す配管系統図である。
【図2】従来からのBOG直接圧縮技術の概略的な構成を示す配管系統図である。
【図3】従来からのLNG分留技術の概略的な構成を示す配管系統図である。
【符号の説明】
10 LNGタンク
11 LNGポンプ
12 LNG/BOG熱交換器
13,14,21,22 バルブ
15,26 熱交換器
16,25 ポンプ
17 分留器
23,24 圧縮機

Claims (4)

  1. 主原料となる液化天然ガスをLNGタンクに貯蔵しておき、市中での都市ガスの需要量に応じて予め定める送出圧力に昇圧し、都市ガスとして市中に送出する際に、熱量調整のための液化天然ガス分留と、LNGタンクから発生するボイルオフガスの再液化とを行う都市ガス製造方法において、
    液化天然ガス分留に必要な温熱源を、ボイルオフガス再液化用の原料ボイルオフガスから確保し、
    ボイルオフガスを液化するために必要な冷熱源を、液化天然ガス分留用の原料液化天然ガスから確保し、
    前記ボイルオフガス再液化では、都市ガスの需要量に応じて切換えることができるラインを設けて、都市ガスの需要量が少ないときには吐出圧力の高い圧縮機を備えるラインを用い、需要量が多いときは吐出圧力が低い圧縮機を備えるラインを用いることを特徴とする都市ガス製造方法。
  2. 前記液化天然ガス分留に必要な温熱源を、前記ボイルオフガス再液化用の原料ボイルオフガスと熱交換器で熱の授受を行い、間接的に得ることを特徴とする請求項1記載の都市ガス製造方法。
  3. 前記液化天然ガス分留に使用する液化天然ガスを、都市ガスの需要量に応じて流量の設定を変えるようにして、ポンプへ送出することを特徴とする請求項1または2記載の都市ガス製造方法。
  4. 主原料となる液化天然ガスをLNGタンクに貯蔵しておき、市中での都市ガスの需要量に応じて予め定める送出圧力に昇圧し、都市ガスとして市中に送出する際に、熱量調整のための液化天然ガス分留と、LNGタンクから発生するボイルオフガスの再液化とを行う都市ガス製造方法において、
    液化天然ガス分留に必要な温熱源を、ボイルオフガス再液化用の原料ボイルオフガスから確保し、
    ボイルオフガスを液化するために必要な冷熱源を、液化天然ガス分留用の原料液化天然ガスから確保し、
    前記ポンプ後流の液化天然ガスを、都市ガスの需要量に応じて切換えることができるラインに導き、都市ガスの需要量が多い時には、液化天然ガス熱交換器を熱交換するラインに流れ、需要量が少ない時には、熱交換器をバイパスすることを特徴とする都市ガス製造方法。
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