JP2004347167A - 潜熱マイクロカプセル型蓄冷材を用いたｌｎｇ冷熱利用装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＬＮＧの有する冷熱を有効に利用し、環境対策と省エネルギーとを実現することができるＬＮＧ冷熱利用装置を提供する。
【解決手段】低温のＬＮＧを気化させて、常温の天然ガスを得る際に、ＬＮＧの有する冷熱を利用する装置であって、ＬＮＧの低温から常温までの温度範囲を、複数の温度区間に区分し、各温度区間の冷熱を利用し、それぞれ異なる低温利用プロセスを実行する該複数の低温利用設備と、該複数の低温利用設備に温度区間の低い順にＬＮＧまたはＬＮＧが気化した天然ガスを流す管路１０とを含み、該複数の低温利用設備が、温度に応じて潜熱の吸収および放出を生じる相変化物質を内包するマイクロカプセル型蓄冷材を有して冷熱の蓄冷と蓄冷されている冷熱の放出とが可能な蓄冷装置１１，１２，１３をそれぞれ備えることを特徴とするＬＮＧ冷熱利用装置。
【選択図】 図１
【解決手段】低温のＬＮＧを気化させて、常温の天然ガスを得る際に、ＬＮＧの有する冷熱を利用する装置であって、ＬＮＧの低温から常温までの温度範囲を、複数の温度区間に区分し、各温度区間の冷熱を利用し、それぞれ異なる低温利用プロセスを実行する該複数の低温利用設備と、該複数の低温利用設備に温度区間の低い順にＬＮＧまたはＬＮＧが気化した天然ガスを流す管路１０とを含み、該複数の低温利用設備が、温度に応じて潜熱の吸収および放出を生じる相変化物質を内包するマイクロカプセル型蓄冷材を有して冷熱の蓄冷と蓄冷されている冷熱の放出とが可能な蓄冷装置１１，１２，１３をそれぞれ備えることを特徴とするＬＮＧ冷熱利用装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）を気化させて天然ガスとして利用する際に、冷熱を有効に利用するＬＮＧ冷熱利用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、都市ガスの原料や火力発電所の燃料などに、ＬＮＧが利用されている。天然ガスは、海外の生産基地で採掘等によって生産され、約−１６０℃に冷却されて液化され、ＬＮＧとなって貯蔵される。生産基地からＬＮＧの需要先へは、ＬＮＧタンカーと呼ばれる専用船舶で輸送される。天然ガスの需要地に近い臨海部には、ＬＮＧ受入基地が設けられ、ＬＮＧタンカーによって輸送されたＬＮＧを荷揚げし、ＬＮＧを貯蔵し、需要に応じて気化させて天然ガスとして供給している。ＬＮＧを気化させる熱源としては、海水などが用いられている。
【０００３】
ＬＮＧを気化させる熱源として海水を用いることは、ＬＮＧの有する冷熱を周囲の環境に廃棄していることになる。ＬＮＧの冷熱を有効利用する用途の一環としては、炭酸ガスを液化して、高純度の液化炭酸を製造するプロセスが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３１１４３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような液化炭酸製造プロセスでは、大気圧下で、液化炭酸が約−５０℃であり、−５６．６℃以下になると固化してしまう。従って、−１６０℃程度のＬＮＧの温度は低すぎるので、中間冷媒を介して冷却する必要がある。また、有効な熱交換のためには１０℃程度の温度差が必要であるので、ＬＮＧが気化して−６０℃以上に温度が上がると、液化炭酸製造プロセスには冷熱を利用することができなくなってしまう。
【０００６】
このように、従来からＬＮＧの冷熱を有効に利用することは考えられているけれども、低温利用のプロセスにはそれぞれ適切な温度範囲があり、この温度範囲外の冷熱は有効に利用することができない。ＬＮＧの冷熱は、ＬＮＧ生産基地で電力エネルギーを用いて生成したものであり、ＬＮＧの気化の際に冷熱を有効に利用することができないと、冷却に要したエネルギーが無駄になってしまう。また、冷熱の有効利用がなされないと、周囲の環境から熱源を得なければならなくなる。
【０００７】
本発明の目的は、ＬＮＧの有する冷熱を有効に利用し、環境対策と省エネルギーとを実現することができるＬＮＧ冷熱利用装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記に示すとおりのＬＮＧ冷熱利用装置を提供するものである。
項１． 低温のＬＮＧを気化させて、常温の天然ガスを得る際に、ＬＮＧの有する冷熱を利用する装置であって、ＬＮＧの低温から常温までの温度範囲を、複数の温度区間に区分し、各温度区間の冷熱を利用し、それぞれ異なる低温利用プロセスを実行する該複数の低温利用設備と、該複数の低温利用設備に温度区間の低い順にＬＮＧまたはＬＮＧが気化した天然ガスを流す管路とを含み、該複数の低温利用設備が、温度に応じて潜熱の吸収および放出を生じる相変化物質を内包するマイクロカプセル型蓄冷材を有して冷熱の蓄冷と蓄冷されている冷熱の放出とが可能な蓄冷装置をそれぞれ備えることを特徴とするＬＮＧ冷熱利用装置。
項２． 相変化物質の相変化温度が−１６０℃〜−６０℃である項１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項３． 相変化物質の相変化温度が−６０℃〜−２０℃である項１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項４． 相変化物質の相変化温度が−２０℃〜１０℃である項１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項５． 前記複数の低温利用設備には、炭化水素を分離するガス分離設備を含むことを特徴とする項２に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項６． 前記複数の低温利用設備には、液化炭酸を製造する液化炭酸設備を含むことを特徴とする項２または３に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項７． 前記複数の低温利用設備には、液化ブタンを製造するブタン冷却設備を含むことを特徴とする項３または４に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項８． 前記複数の低温利用設備には、ガスタービンの吸気を冷却する吸気冷却設備を含むことを特徴とする項３または４に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項９． 前記蓄冷装置において、冷熱源からの冷熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて蓄冷することを特徴とする項１〜８のいずれかに記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１０． 前記蓄冷装置において、冷熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、冷熱源からの冷熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して蓄冷材に蓄冷されることを特徴とする項１〜８のいずれかに記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１１． 前記蓄冷装置において、前記マイクロカプセルに対して非相溶性であり、冷熱吸収時に気体から液体に変化し、冷熱放出時に液体から気体に変化する伝熱冷媒体を有することを特徴とする項１〜８のいずれかに記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１２． 冷熱媒体が流れる伝熱管が蓄冷装置内の上部に設けられ、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して蓄冷材に蓄冷させることを特徴とする項１１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１３． 項９に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする項９に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１４． 項９に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする項９に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１５． 項１０に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする項１０に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１６． 項１１に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする項１１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１７． 項１２に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して下部に設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする項１２に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に従えば、約−１６０℃の低温のＬＮＧを気化させて常温の天然ガスを得る際に、ＬＮＧの低温から常温までの温度範囲を複数の温度区間に区分する。各温度区間は、異なる低温利用プロセスを実行する低温利用設備でそれぞれ利用する。複数の低温利用設備には、温度区間の低い順にＬＮＧまたはＬＮＧが気化した天然ガスを流す管路を含むので、ＬＮＧの有する冷熱を、複数の温度区間に分けて、複数段階で利用することができる。個々の低温利用プロセスで利用する冷熱の温度範囲外では、他の低温利用プロセスで冷熱を利用することができるので、ＬＮＧの有する冷熱を有効に利用し、周囲の環境を熱源とする必要性を減少させ、環境対策と省エネルギーとを図ることができる。
【００１０】
また、本発明で、前記複数の低温利用設備は、冷熱の蓄積と蓄積されている冷熱の放出とが可能なマイクロカプセル型蓄冷材が充填された蓄冷装置をそれぞれ備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、複数の低温利用設備は、冷熱の蓄積と蓄積されている冷熱の放出とが可能な蓄冷装置をそれぞれ備えるので、ＬＮＧの需要の変動や他の低温利用設備の稼働状態の変動などを蓄冷装置で吸収し、円滑に冷熱の利用を図ることができる。
【００１２】
また、本発明で、前記複数の低温利用設備には、−１６０℃〜−６０℃程度の低温域で、炭化水素を分離するガス分離設備を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、約−１６０℃のＬＮＧが有する冷熱のうち、−１６０℃〜−６０℃程度の温度領域で、冷熱を炭化水素を分離するために有効に利用することができる。
【００１４】
また、本発明で、前記複数の低温利用設備には、−６０℃〜−２０℃程度の液化炭酸を製造する液化炭酸設備を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、約−１６０℃のＬＮＧが有する冷熱のうち、−１６０℃〜−２０℃程度の温度領域で、冷熱を、液化炭酸の製造、さらにはドライアイスなどの製造にも有効に利用することができる。
【００１６】
また、本発明で、前記複数の低温利用設備には、ブタンを−２０℃〜０℃程度に冷却して、液化ブタンを製造するブタン冷却設備を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、約−１６０℃のＬＮＧが有する冷熱のうち、−６０℃〜０℃程度の温度領域で、冷熱を、ブタンを液化して需要の増大時に備えて貯蔵しておくために、有効に利用することができる。
【００１８】
また、本発明で、前記複数の低温利用設備には、ガスタービンの吸気を０℃〜２０℃程度に冷却する吸気冷却設備を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、約−１６０℃のＬＮＧが有する冷熱のうち、−２０℃〜１０℃程度の常温以下の温度領域で、冷熱をガスタービンの吸気を冷却するために利用して、ガスタービンの運転効率を向上させるために、有効に利用することができる。
【００２０】
以下、本発明のＬＮＧ冷熱利用装置を、図に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態であるＬＮＧ冷熱利用装置１の概略的な構成を示す。ＬＮＧ冷熱利用装置１は、−１６０℃の低温のＬＮＧを気化させて、常温の天然ガスを得る際に、ＬＮＧの有する冷熱を利用する装置であって、ＬＮＧの低温から常温までの温度範囲を、複数の温度区間に区分し、各温度区間の冷熱を利用し、それぞれ異なる低温利用プロセスを実行する複数の低温利用設備として、液炭設備２、ブタン冷却設備３および吸気冷却設備４を含む。液炭設備２、ブタン冷却設備３および吸気冷却設備４には、熱交換器５，６，７をそれぞれ含み、管路１０によって順次連結し、液炭設備２にはＬＮＧを供給し、吸気冷却設備４からは、常温の天然ガス（ＮＧ）を取り出す。複数の低温利用設備には、温度区間の低い方から高い方に、順次、すなわちカスケードにＬＮＧまたはＬＮＧが気化した天然ガスを流す管路１０を含むので、ＬＮＧの有する冷熱を、複数の温度区間に分けて、複数段階で利用することができる。個々の低温利用プロセスで利用する冷熱の温度範囲外では、他の低温利用プロセスで冷熱を利用することができるので、ＬＮＧの有する冷熱を有効に利用し、周囲の環境を熱源とする必要性を減少させ、環境対策と省エネルギーとを図ることができる。
【００２２】
液炭設備２、ブタン冷却設備３および吸気冷却設備４は、冷熱の蓄積と蓄積されている冷熱の放出とが可能なマイクロカプセル型蓄冷材が充填された蓄冷装置１１，１２，１３をそれぞれ備える。蓄冷装置１１，１２，１３をそれぞれ備えるので、ＬＮＧの需要の変動や他の低温利用設備の稼働状態の変動などを畜冷装置１１，１２，１３で吸収し、円滑に冷熱の利用を図ることができる。
【００２３】
図２は、図１に示す畜冷装置１１，１２，１３を用いて、ＬＮＧの使用量の変動や冷熱負荷の変動を平準化する考え方を示す。蓄冷装置１１，１２，１３には、蓄冷材１５が含まれ、図２（ａ）に示すように、ＬＮＧ使用量が変動するときには、ＬＮＧ使用量が多いときに蓄冷材１５に冷熱を蓄積し、ＬＮＧ使用量が少ないときに蓄冷材１５に蓄積している冷熱を放熱する。図２（ｂ）に示すように、冷熱負荷量が少ないときに蓄冷材１５に冷熱を蓄積し、冷熱負荷量が多くなると蓄冷材１５に蓄積されている冷熱を放熱する。蓄冷装置１１，１２，１３を用いることによって、ＬＮＧの需要変動等で低温利用設備での冷熱負荷量を上回って余剰になる冷熱も、蓄積しておいて有効に利用することができる。
【００２４】
本発明で用いられる蓄冷材は、相変化物質を皮膜形成材により内包したマイクロカプセルである。マイクロカプセルの製造方法としては、複合エマルジョン法によるカプセル化法（特開昭６２−１４５２号公報）、蓄熱材粒子の表面に熱可塑性樹脂を噴霧する方法（特開昭６２−４５６８０号公報）、蓄熱材粒子の表面に液中で熱可塑性樹脂を形成する方法（特開昭６２−１４９３３４号公報）、蓄熱材粒子の表面でモノマーを重合させ被覆する方法（特開昭６２−２２５２４１号公報）、界面重縮合反応によるポリアミド皮膜マイクロカプセルの製法（特開平２−２５８０５２号公報）等の一般的な方法を用いることができる。
【００２５】
マイクロカプセルの皮膜形成材としては、界面重合法、インサイチュー法等の手法で得られる、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、アミノプラスト樹脂、またゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した合成あるいは天然の樹脂が用いられるが、本発明の如き相変化物質を内包するマイクロカプセルの場合には、インサイチュー法によるメラミンホルマリン樹脂および尿素ホルマリン樹脂が好ましい。
【００２６】
本発明で用いられるマイクロカプセルの平均粒子径は０．５〜１０００μｍ、好ましくは１〜５００μｍに設定することにより物理的圧力にも破壊することのないマイクロカプセルが得られる。この粒子径の範囲より小さいと耐熱性が低下し、またこの範囲より大きいと物理的強度が低下するため好ましくない。
【００２７】
本発明で用いられる相変化物質としては、相変化温度（例えば、融点）が−１６０℃〜１０℃の範囲の物質が好ましく、具体的には脂肪族炭化水素化合物（パラフィン類化合物）や、プロピオン酸、カプロン酸、リノール酸等の脂肪酸類、ベンジルアルコール等のアルコール類、ジヘプチルフタレート、ジブチルアジペートメチルアセチルリシノレート等のエステル化合物、および無機塩類などが使用可能であるが、炭素数が５〜１４の直鎖の脂肪族炭化水素化合物は蓄熱容量も多いために好ましい相変化物質として挙げられる。さらに本発明において好ましいマイクロカプセル化法であるインサイチュー法のメラミンホルマリン樹脂、尿素ホルマリン樹脂と組み合わせることにより、緻密性の高い高強度のマイクロカプセルが得られるために好ましい相変化物質として挙げられる。これらの相変化物質中には、必要に応じて過冷却防止材、比重調節材、劣化防止剤等を添加することができる。
【００２８】
本発明で用いられるマイクロカプセルは、粉末状、粒状、成形されたペレット状またはシート状である。好ましくはペレット状である。ペレットやシートを成形するには、バインダーを用いるのが好ましい。バインダーとしては、特に制限されないが、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
【００２９】
本発明で用いられる蓄冷装置および熱交換器としては、例えば、図３〜７で示されるものが挙げられる。図３〜７は、蓄冷装置および熱交換器の概略的な構成を示す。なお、図３〜７に示されている冷熱源とは、−１６０℃のＬＮＧ、液炭設備後の約−６０℃の低温天然ガスおよびブタン冷却設備後の約−２０℃の低温天然ガスのいずれかを示す。また、温熱源とは、液炭設備の炭酸ガス、ブタン冷却設備のブタンおよび吸気冷却設備の吸気冷却用の水のいずれかを示す。また、図３〜７においては、蓄冷装置の符号を１０５とし、蓄冷材の符号を１０６とする。
【００３０】
図３においては、蓄冷装置１０５に蓄冷材１０６が充填されている。蓄冷装置１０５には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０１、および蓄冷装置１０５から出た冷熱媒体が通る配管１０２が設けられている。また、蓄冷装置１０５には、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０３、および蓄冷装置１０５から出た温熱媒体が通る配管１０４が設けられている。配管１０１を通って蓄冷装置１０５に入った冷熱媒体は、蓄冷装置１０５に充填されている蓄冷材１０６に接触しながら通過し、下方の配管１０２を通って出ていく。冷熱媒体が蓄冷材１０６に接触することにより、冷熱媒体が有していた冷熱が蓄冷材１０６に直接的に蓄冷される。次いで、配管１０３を通って温熱媒体が蓄冷装置１０５に入り、蓄冷装置１０５に充填されている蓄冷材１０６に接触しながら通過し、上方の配管１０４を通って出ていく。温熱媒体が蓄冷材１０６に接触することにより、蓄冷材１０６が有していた冷熱が直接的に放冷される。すなわち、蓄冷材１０６に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。このように、媒体と蓄冷材が接触して直接的に熱交換が可能であるため、極めて高い効率で熱交換することができる。
【００３１】
図４においても、蓄冷装置１０５に蓄冷材１０６が充填されている。蓄冷装置１０５には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０１、および蓄冷装置１０５から出た冷熱媒体が通る配管１０２が設けられており、配管１０１と配管１０２はＵ字形の伝熱管（金属管）１０８で連結されている。この伝熱管１０８は、蓄冷装置１０５の内部において蓄冷材１０６に接触している。また、蓄冷装置１０５には、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０３、および蓄冷装置１０５から出た温熱媒体が通る配管１０４が設けられている。配管１０１を通って蓄冷装置１０５に入った冷熱媒体は、伝熱管１０８を通り、配管１０２を通って出ていく。冷熱媒体が伝熱管１０８の内部を流れることにより、冷熱媒体が有していた冷熱が伝熱管１０８を介して蓄冷材１０６に蓄冷される。一方、配管１０３を通って温熱媒体が蓄冷装置１０５に入り、蓄冷装置１０５に充填されている蓄冷材１０６に接触しながら通過し、上方の配管１０４を通って出ていく。温熱媒体が蓄冷材１０６に接触することにより、蓄冷材１０６が有していた冷熱が直接的に放冷される。すなわち、蓄冷材１０６に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。このように、冷熱媒体と温熱媒体の混合を防止しながら、高い効率で熱交換することができる。伝熱管１０８にはフィンが設けられていてもよい。
【００３２】
図５においては、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０３と、蓄冷装置１０５から出た温熱媒体が通る配管１０４とが、Ｕ字形の伝熱管（金属管）１０９で連結されている。この伝熱管１０９は、蓄冷装置１０５の内部において蓄冷材１０６に接触している。配管１０１を通って蓄冷装置１０５に入った冷熱媒体は、蓄冷装置１０５に充填されている蓄冷材１０６に接触しながら通過し、下方の配管１０２を通って出ていく。冷熱媒体が蓄冷材１０６に接触することにより、冷熱媒体が有していた冷熱が蓄冷材１０６に直接的に蓄冷される。一方、配管１０３を通って蓄冷装置１０５に入った温熱媒体は、伝熱管１０９を通り、配管１０４を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管１０９の内部を流れることにより、蓄冷材１０６が有していた冷熱が伝熱管１０９を介して放冷される。すなわち、蓄冷材１０６に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。このように、冷熱媒体と温熱媒体の混合を防止しながら、高い効率で熱交換することができる。伝熱管１０９にはフィンが設けられていてもよい。
【００３３】
図６においては、蓄冷装置１０５の上半分に蓄冷材１０６が充填されている。蓄冷装置１０５には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０１、および蓄冷装置１０５から出た冷熱媒体が通る配管１０２が設けられており、配管１０１と配管１０２はＵ字形の伝熱管（金属管）１０８で連結されている。この伝熱管１０８は、蓄冷装置１０５の内部において蓄冷材１０６に接触している。蓄冷装置１０５の下方部においては、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０３と、蓄冷装置１０５から出た温熱媒体が通る配管１０４とが、Ｕ字形の伝熱管（金属管）１０９で連結されている。また、蓄冷装置１０５の下方部には、マイクロカプセルに対して非相溶性であり、冷熱吸収時に気体から液体に変化し、冷熱放出時に液体から気体に変化する伝熱冷媒体１０７が充填されており、伝熱管１０９は、伝熱冷媒体１０７に接触している。伝熱冷媒体１０７としては、プロパン、代替フロン等を使用することができる。配管１０１を通って蓄冷装置１０５に入った冷熱媒体は、伝熱管１０８を通り、配管１０２を通って出ていく。冷熱媒体が伝熱管１０８の内部を流れることにより、冷熱媒体が有していた冷熱が伝熱管１０８を介して蓄冷材１０６に蓄冷される。一方、配管１０３を通って蓄冷装置１０５に入った温熱媒体は、伝熱管１０９を通り、配管１０４を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管１０９の内部を流れることにより、伝熱冷媒体１０７が加熱されて気化する。この気体が上方の蓄冷材１０６と接触して直接的に熱交換し、冷却されて液体に変化して下方部に戻る。このような蓄冷と放冷の繰返しにより、冷熱と温熱とが熱交換される。伝熱冷媒体１０７が介在することにより、温熱媒体の過度の冷却が防止される。伝熱管１０８，１０９にはフィンが設けられていてもよい。
【００３４】
図７においては、蓄冷材１０６が蓄冷装置１０５のほぼ中央部に充填されている点で図６の場合と異なる。すなわち、伝熱管１０８が、蓄冷材１０６に接触していない。配管１０１を通って蓄冷装置１０５に入った冷熱媒体は、伝熱管１０８を通り、配管１０２を通って出ていく。一方、配管１０３を通って蓄冷装置１０５に入った温熱媒体は、伝熱管１０９を通り、配管１０４を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管１０９の内部を流れることにより、伝熱冷媒体１０７が加熱されて気化する。この気体がほぼ中央部にある蓄冷材１０６を通過し、さらに上にある伝熱管１０８と接触して熱交換し、冷却されて液体に変化して下方部に戻る。その際に、蓄冷材１０６に接触しながら通過し、伝熱冷媒体１０７が有していた冷熱が蓄冷材１０６に蓄冷される。なお、蓄冷材１０６の温度が高い場合には、蓄冷材１０６と接触した伝熱冷媒体１０７が加熱されて気化し、上方の伝熱管１０８と接触して冷却されて液体に変化して下方部に戻る。このような蓄冷と放冷の繰返しにより、冷熱と温熱とが熱交換される。伝熱冷媒体１０７が介在することにより、温熱媒体の過度の冷却が防止される。また、このような熱交換器は、蓄冷材１０６が過度に冷却されるのを防止する必要がある場合に有効である。伝熱管１０８，１０９にはフィンが設けられていてもよい。
【００３５】
図８は、従来のＬＮＧ利用形態を示し、図９は、本発明におけるＬＮＧ冷熱利用装置の一実施形態を示す。図８で示す従来のＬＮＧ利用では、例えば、液化炭酸製造にＬＮＧの冷熱を使用するとしても、−６０℃以下の温度領域しか利用することができない。図９に示す実施形態では、−１６０℃〜−６０℃の温度領域は液炭設備２で従来と同様に利用するとしても、さらに、−６０℃〜−２０℃の温度領域をブタン冷却設備３で利用し、−２０℃〜１０℃の温度領域を吸気冷却設備４で利用することができる。さらに、蓄冷装置を用いることによって、ＬＮＧの需要変動等で低温利用設備での冷熱負荷量を上回って余剰になる冷熱も、蓄積しておいて有効に利用することができ、より効率的な冷熱利用が可能となる。
【００３６】
図１０は、本発明の他の実施形態であるＬＮＧ冷熱利用装置６１の概略的な構成を示す。本実施形態で、図１の実施形態に対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態では、ＬＮＧタンク６２からのＬＮＧを、−１６０℃〜−１５０℃の温度域を利用するガス分離設備６３で利用した後、さらに液炭設備２以下でカスケード利用する。ガス分離設備６３は、石油精製工場５３で副生するエチレンやプロピレンなどの軽質炭化水素を低温で分離し、ガス中のオレフィンを分離し、石油化学工場５２でのポリマー製品の原料に利用し、残りのガスは燃料として活用する。なお、本実施形態でも、蓄冷を行なうことができるのはもちろんである。
【００３７】
なお、圧力を高めれば、ガス分離設備６３では、−１６０℃〜−６０℃程度の低温域を利用することができ、液炭設備２では、−１６０℃〜−２０℃程度の低温域を利用することができ、ブタン冷却設備３では、−６０℃〜０℃程度の低温域を利用することができ、吸気冷却設備４では、−２０℃〜１０℃程度の低温域を利用することができる。
【００３８】
以上で説明しているように、本発明は、石油化学コンビナートに導入すれば、コンビナート全体としての競争力向上を図ることができる。ただし、プロセスの組み合わせは石油化学や石油精製に限られるものではなく、冷蔵や空調など、他の冷熱利用と組み合わせることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、約−１６０℃の低温のＬＮＧを気化させて常温の天然ガスを得る際に、複数の温度区間に分けて、複数段階で冷熱を利用することができる。個々の低温利用プロセスで利用する冷熱の温度範囲外では、他の低温利用プロセスで冷熱を利用することができるので、ＬＮＧの有する冷熱を有効に利用し、環境対策と省エネルギーとを図ることができる。
【００４０】
また、本発明によれば、冷熱の蓄積と蓄積されている冷熱の放出とが可能なマイクロカプセル型潜熱蓄冷材が充填された蓄冷装置で、ＬＮＧの需要の変動や他の低温利用設備の稼働状態の変動などを吸収し、冷熱の利用を円滑に図ることができる。
【００４１】
さらに、蓄冷材は、その蓄冷に物質の相変化に際して生じる潜熱を利用するものであることから、蓄冷量がきわめて大きい。しかも、従来の、単に相変化物質をそのまま用いるものと異なり、相変化物質がマイクロカプセルに封入されているため、相変化物質をそのまま蓄冷媒体として用いる場合の欠点である間接熱交による効率の低下および冷却部での固形化による熱交換効率の低下の改善が可能となった。
【００４２】
また、本発明によれば、ＬＮＧの冷熱を、−１６０℃〜−６０℃程度の温度領域で、炭化水素を分離するために、有効に利用することができる。
【００４３】
また、本発明によれば、ＬＮＧの冷熱を、−１６０℃〜−２０℃程度の温度領域で、液化炭酸を製造するために、有効に利用することができる。
【００４４】
また、本発明によれば、ＬＮＧの冷熱を、−６０℃〜０℃程度の温度領域で、ブタンを液化するために、有効に利用することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、ＬＮＧの冷熱を、−２０℃〜１０℃程度の温度領域で、ガスタービンの吸気を冷却するために、有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるＬＮＧ冷熱利用装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】畜冷装置を用いてＬＮＧの使用量の変動や冷熱負荷の変動を平準化する考え方を示す図である。
【図３】熱交換器の一例を示す概略図である。
【図４】熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図５】熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図６】熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図７】熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図８】従来のＬＮＧ利用形態を示す図である。
【図９】本発明におけるＬＮＧ冷熱利用装置の一実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態であるＬＮＧ冷熱利用装置の概略的な構成を示す図である。
【符号の説明】
１，６１ ＬＮＧ冷熱利用装置
２ 液炭設備
３ ブタン冷却設備
４ 吸気冷却設備
５，６，７ 熱交換器
１０ 管路
１１，１２，１３ 蓄冷装置
１５ 蓄冷材
５２ 石油化学工場
５３ 石油精製工場
５５ ガスタービン
６２ ＬＮＧタンク
６３ ガス分離設備
１０１，１０２，１０３，１０４ 配管
１０５ 蓄冷装置
１０６ 蓄冷材
１０７ 伝熱冷媒体
１０８，１０９ 伝熱管
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）を気化させて天然ガスとして利用する際に、冷熱を有効に利用するＬＮＧ冷熱利用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、都市ガスの原料や火力発電所の燃料などに、ＬＮＧが利用されている。天然ガスは、海外の生産基地で採掘等によって生産され、約−１６０℃に冷却されて液化され、ＬＮＧとなって貯蔵される。生産基地からＬＮＧの需要先へは、ＬＮＧタンカーと呼ばれる専用船舶で輸送される。天然ガスの需要地に近い臨海部には、ＬＮＧ受入基地が設けられ、ＬＮＧタンカーによって輸送されたＬＮＧを荷揚げし、ＬＮＧを貯蔵し、需要に応じて気化させて天然ガスとして供給している。ＬＮＧを気化させる熱源としては、海水などが用いられている。
【０００３】
ＬＮＧを気化させる熱源として海水を用いることは、ＬＮＧの有する冷熱を周囲の環境に廃棄していることになる。ＬＮＧの冷熱を有効利用する用途の一環としては、炭酸ガスを液化して、高純度の液化炭酸を製造するプロセスが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３１１４３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような液化炭酸製造プロセスでは、大気圧下で、液化炭酸が約−５０℃であり、−５６．６℃以下になると固化してしまう。従って、−１６０℃程度のＬＮＧの温度は低すぎるので、中間冷媒を介して冷却する必要がある。また、有効な熱交換のためには１０℃程度の温度差が必要であるので、ＬＮＧが気化して−６０℃以上に温度が上がると、液化炭酸製造プロセスには冷熱を利用することができなくなってしまう。
【０００６】
このように、従来からＬＮＧの冷熱を有効に利用することは考えられているけれども、低温利用のプロセスにはそれぞれ適切な温度範囲があり、この温度範囲外の冷熱は有効に利用することができない。ＬＮＧの冷熱は、ＬＮＧ生産基地で電力エネルギーを用いて生成したものであり、ＬＮＧの気化の際に冷熱を有効に利用することができないと、冷却に要したエネルギーが無駄になってしまう。また、冷熱の有効利用がなされないと、周囲の環境から熱源を得なければならなくなる。
【０００７】
本発明の目的は、ＬＮＧの有する冷熱を有効に利用し、環境対策と省エネルギーとを実現することができるＬＮＧ冷熱利用装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記に示すとおりのＬＮＧ冷熱利用装置を提供するものである。
項１． 低温のＬＮＧを気化させて、常温の天然ガスを得る際に、ＬＮＧの有する冷熱を利用する装置であって、ＬＮＧの低温から常温までの温度範囲を、複数の温度区間に区分し、各温度区間の冷熱を利用し、それぞれ異なる低温利用プロセスを実行する該複数の低温利用設備と、該複数の低温利用設備に温度区間の低い順にＬＮＧまたはＬＮＧが気化した天然ガスを流す管路とを含み、該複数の低温利用設備が、温度に応じて潜熱の吸収および放出を生じる相変化物質を内包するマイクロカプセル型蓄冷材を有して冷熱の蓄冷と蓄冷されている冷熱の放出とが可能な蓄冷装置をそれぞれ備えることを特徴とするＬＮＧ冷熱利用装置。
項２． 相変化物質の相変化温度が−１６０℃〜−６０℃である項１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項３． 相変化物質の相変化温度が−６０℃〜−２０℃である項１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項４． 相変化物質の相変化温度が−２０℃〜１０℃である項１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項５． 前記複数の低温利用設備には、炭化水素を分離するガス分離設備を含むことを特徴とする項２に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項６． 前記複数の低温利用設備には、液化炭酸を製造する液化炭酸設備を含むことを特徴とする項２または３に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項７． 前記複数の低温利用設備には、液化ブタンを製造するブタン冷却設備を含むことを特徴とする項３または４に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項８． 前記複数の低温利用設備には、ガスタービンの吸気を冷却する吸気冷却設備を含むことを特徴とする項３または４に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項９． 前記蓄冷装置において、冷熱源からの冷熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて蓄冷することを特徴とする項１〜８のいずれかに記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１０． 前記蓄冷装置において、冷熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、冷熱源からの冷熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して蓄冷材に蓄冷されることを特徴とする項１〜８のいずれかに記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１１． 前記蓄冷装置において、前記マイクロカプセルに対して非相溶性であり、冷熱吸収時に気体から液体に変化し、冷熱放出時に液体から気体に変化する伝熱冷媒体を有することを特徴とする項１〜８のいずれかに記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１２． 冷熱媒体が流れる伝熱管が蓄冷装置内の上部に設けられ、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して蓄冷材に蓄冷させることを特徴とする項１１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１３． 項９に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする項９に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１４． 項９に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする項９に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１５． 項１０に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする項１０に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１６． 項１１に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする項１１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
項１７． 項１２に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して下部に設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする項１２に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に従えば、約−１６０℃の低温のＬＮＧを気化させて常温の天然ガスを得る際に、ＬＮＧの低温から常温までの温度範囲を複数の温度区間に区分する。各温度区間は、異なる低温利用プロセスを実行する低温利用設備でそれぞれ利用する。複数の低温利用設備には、温度区間の低い順にＬＮＧまたはＬＮＧが気化した天然ガスを流す管路を含むので、ＬＮＧの有する冷熱を、複数の温度区間に分けて、複数段階で利用することができる。個々の低温利用プロセスで利用する冷熱の温度範囲外では、他の低温利用プロセスで冷熱を利用することができるので、ＬＮＧの有する冷熱を有効に利用し、周囲の環境を熱源とする必要性を減少させ、環境対策と省エネルギーとを図ることができる。
【００１０】
また、本発明で、前記複数の低温利用設備は、冷熱の蓄積と蓄積されている冷熱の放出とが可能なマイクロカプセル型蓄冷材が充填された蓄冷装置をそれぞれ備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、複数の低温利用設備は、冷熱の蓄積と蓄積されている冷熱の放出とが可能な蓄冷装置をそれぞれ備えるので、ＬＮＧの需要の変動や他の低温利用設備の稼働状態の変動などを蓄冷装置で吸収し、円滑に冷熱の利用を図ることができる。
【００１２】
また、本発明で、前記複数の低温利用設備には、−１６０℃〜−６０℃程度の低温域で、炭化水素を分離するガス分離設備を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、約−１６０℃のＬＮＧが有する冷熱のうち、−１６０℃〜−６０℃程度の温度領域で、冷熱を炭化水素を分離するために有効に利用することができる。
【００１４】
また、本発明で、前記複数の低温利用設備には、−６０℃〜−２０℃程度の液化炭酸を製造する液化炭酸設備を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、約−１６０℃のＬＮＧが有する冷熱のうち、−１６０℃〜−２０℃程度の温度領域で、冷熱を、液化炭酸の製造、さらにはドライアイスなどの製造にも有効に利用することができる。
【００１６】
また、本発明で、前記複数の低温利用設備には、ブタンを−２０℃〜０℃程度に冷却して、液化ブタンを製造するブタン冷却設備を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、約−１６０℃のＬＮＧが有する冷熱のうち、−６０℃〜０℃程度の温度領域で、冷熱を、ブタンを液化して需要の増大時に備えて貯蔵しておくために、有効に利用することができる。
【００１８】
また、本発明で、前記複数の低温利用設備には、ガスタービンの吸気を０℃〜２０℃程度に冷却する吸気冷却設備を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、約−１６０℃のＬＮＧが有する冷熱のうち、−２０℃〜１０℃程度の常温以下の温度領域で、冷熱をガスタービンの吸気を冷却するために利用して、ガスタービンの運転効率を向上させるために、有効に利用することができる。
【００２０】
以下、本発明のＬＮＧ冷熱利用装置を、図に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態であるＬＮＧ冷熱利用装置１の概略的な構成を示す。ＬＮＧ冷熱利用装置１は、−１６０℃の低温のＬＮＧを気化させて、常温の天然ガスを得る際に、ＬＮＧの有する冷熱を利用する装置であって、ＬＮＧの低温から常温までの温度範囲を、複数の温度区間に区分し、各温度区間の冷熱を利用し、それぞれ異なる低温利用プロセスを実行する複数の低温利用設備として、液炭設備２、ブタン冷却設備３および吸気冷却設備４を含む。液炭設備２、ブタン冷却設備３および吸気冷却設備４には、熱交換器５，６，７をそれぞれ含み、管路１０によって順次連結し、液炭設備２にはＬＮＧを供給し、吸気冷却設備４からは、常温の天然ガス（ＮＧ）を取り出す。複数の低温利用設備には、温度区間の低い方から高い方に、順次、すなわちカスケードにＬＮＧまたはＬＮＧが気化した天然ガスを流す管路１０を含むので、ＬＮＧの有する冷熱を、複数の温度区間に分けて、複数段階で利用することができる。個々の低温利用プロセスで利用する冷熱の温度範囲外では、他の低温利用プロセスで冷熱を利用することができるので、ＬＮＧの有する冷熱を有効に利用し、周囲の環境を熱源とする必要性を減少させ、環境対策と省エネルギーとを図ることができる。
【００２２】
液炭設備２、ブタン冷却設備３および吸気冷却設備４は、冷熱の蓄積と蓄積されている冷熱の放出とが可能なマイクロカプセル型蓄冷材が充填された蓄冷装置１１，１２，１３をそれぞれ備える。蓄冷装置１１，１２，１３をそれぞれ備えるので、ＬＮＧの需要の変動や他の低温利用設備の稼働状態の変動などを畜冷装置１１，１２，１３で吸収し、円滑に冷熱の利用を図ることができる。
【００２３】
図２は、図１に示す畜冷装置１１，１２，１３を用いて、ＬＮＧの使用量の変動や冷熱負荷の変動を平準化する考え方を示す。蓄冷装置１１，１２，１３には、蓄冷材１５が含まれ、図２（ａ）に示すように、ＬＮＧ使用量が変動するときには、ＬＮＧ使用量が多いときに蓄冷材１５に冷熱を蓄積し、ＬＮＧ使用量が少ないときに蓄冷材１５に蓄積している冷熱を放熱する。図２（ｂ）に示すように、冷熱負荷量が少ないときに蓄冷材１５に冷熱を蓄積し、冷熱負荷量が多くなると蓄冷材１５に蓄積されている冷熱を放熱する。蓄冷装置１１，１２，１３を用いることによって、ＬＮＧの需要変動等で低温利用設備での冷熱負荷量を上回って余剰になる冷熱も、蓄積しておいて有効に利用することができる。
【００２４】
本発明で用いられる蓄冷材は、相変化物質を皮膜形成材により内包したマイクロカプセルである。マイクロカプセルの製造方法としては、複合エマルジョン法によるカプセル化法（特開昭６２−１４５２号公報）、蓄熱材粒子の表面に熱可塑性樹脂を噴霧する方法（特開昭６２−４５６８０号公報）、蓄熱材粒子の表面に液中で熱可塑性樹脂を形成する方法（特開昭６２−１４９３３４号公報）、蓄熱材粒子の表面でモノマーを重合させ被覆する方法（特開昭６２−２２５２４１号公報）、界面重縮合反応によるポリアミド皮膜マイクロカプセルの製法（特開平２−２５８０５２号公報）等の一般的な方法を用いることができる。
【００２５】
マイクロカプセルの皮膜形成材としては、界面重合法、インサイチュー法等の手法で得られる、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、アミノプラスト樹脂、またゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した合成あるいは天然の樹脂が用いられるが、本発明の如き相変化物質を内包するマイクロカプセルの場合には、インサイチュー法によるメラミンホルマリン樹脂および尿素ホルマリン樹脂が好ましい。
【００２６】
本発明で用いられるマイクロカプセルの平均粒子径は０．５〜１０００μｍ、好ましくは１〜５００μｍに設定することにより物理的圧力にも破壊することのないマイクロカプセルが得られる。この粒子径の範囲より小さいと耐熱性が低下し、またこの範囲より大きいと物理的強度が低下するため好ましくない。
【００２７】
本発明で用いられる相変化物質としては、相変化温度（例えば、融点）が−１６０℃〜１０℃の範囲の物質が好ましく、具体的には脂肪族炭化水素化合物（パラフィン類化合物）や、プロピオン酸、カプロン酸、リノール酸等の脂肪酸類、ベンジルアルコール等のアルコール類、ジヘプチルフタレート、ジブチルアジペートメチルアセチルリシノレート等のエステル化合物、および無機塩類などが使用可能であるが、炭素数が５〜１４の直鎖の脂肪族炭化水素化合物は蓄熱容量も多いために好ましい相変化物質として挙げられる。さらに本発明において好ましいマイクロカプセル化法であるインサイチュー法のメラミンホルマリン樹脂、尿素ホルマリン樹脂と組み合わせることにより、緻密性の高い高強度のマイクロカプセルが得られるために好ましい相変化物質として挙げられる。これらの相変化物質中には、必要に応じて過冷却防止材、比重調節材、劣化防止剤等を添加することができる。
【００２８】
本発明で用いられるマイクロカプセルは、粉末状、粒状、成形されたペレット状またはシート状である。好ましくはペレット状である。ペレットやシートを成形するには、バインダーを用いるのが好ましい。バインダーとしては、特に制限されないが、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
【００２９】
本発明で用いられる蓄冷装置および熱交換器としては、例えば、図３〜７で示されるものが挙げられる。図３〜７は、蓄冷装置および熱交換器の概略的な構成を示す。なお、図３〜７に示されている冷熱源とは、−１６０℃のＬＮＧ、液炭設備後の約−６０℃の低温天然ガスおよびブタン冷却設備後の約−２０℃の低温天然ガスのいずれかを示す。また、温熱源とは、液炭設備の炭酸ガス、ブタン冷却設備のブタンおよび吸気冷却設備の吸気冷却用の水のいずれかを示す。また、図３〜７においては、蓄冷装置の符号を１０５とし、蓄冷材の符号を１０６とする。
【００３０】
図３においては、蓄冷装置１０５に蓄冷材１０６が充填されている。蓄冷装置１０５には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０１、および蓄冷装置１０５から出た冷熱媒体が通る配管１０２が設けられている。また、蓄冷装置１０５には、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０３、および蓄冷装置１０５から出た温熱媒体が通る配管１０４が設けられている。配管１０１を通って蓄冷装置１０５に入った冷熱媒体は、蓄冷装置１０５に充填されている蓄冷材１０６に接触しながら通過し、下方の配管１０２を通って出ていく。冷熱媒体が蓄冷材１０６に接触することにより、冷熱媒体が有していた冷熱が蓄冷材１０６に直接的に蓄冷される。次いで、配管１０３を通って温熱媒体が蓄冷装置１０５に入り、蓄冷装置１０５に充填されている蓄冷材１０６に接触しながら通過し、上方の配管１０４を通って出ていく。温熱媒体が蓄冷材１０６に接触することにより、蓄冷材１０６が有していた冷熱が直接的に放冷される。すなわち、蓄冷材１０６に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。このように、媒体と蓄冷材が接触して直接的に熱交換が可能であるため、極めて高い効率で熱交換することができる。
【００３１】
図４においても、蓄冷装置１０５に蓄冷材１０６が充填されている。蓄冷装置１０５には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０１、および蓄冷装置１０５から出た冷熱媒体が通る配管１０２が設けられており、配管１０１と配管１０２はＵ字形の伝熱管（金属管）１０８で連結されている。この伝熱管１０８は、蓄冷装置１０５の内部において蓄冷材１０６に接触している。また、蓄冷装置１０５には、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０３、および蓄冷装置１０５から出た温熱媒体が通る配管１０４が設けられている。配管１０１を通って蓄冷装置１０５に入った冷熱媒体は、伝熱管１０８を通り、配管１０２を通って出ていく。冷熱媒体が伝熱管１０８の内部を流れることにより、冷熱媒体が有していた冷熱が伝熱管１０８を介して蓄冷材１０６に蓄冷される。一方、配管１０３を通って温熱媒体が蓄冷装置１０５に入り、蓄冷装置１０５に充填されている蓄冷材１０６に接触しながら通過し、上方の配管１０４を通って出ていく。温熱媒体が蓄冷材１０６に接触することにより、蓄冷材１０６が有していた冷熱が直接的に放冷される。すなわち、蓄冷材１０６に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。このように、冷熱媒体と温熱媒体の混合を防止しながら、高い効率で熱交換することができる。伝熱管１０８にはフィンが設けられていてもよい。
【００３２】
図５においては、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０３と、蓄冷装置１０５から出た温熱媒体が通る配管１０４とが、Ｕ字形の伝熱管（金属管）１０９で連結されている。この伝熱管１０９は、蓄冷装置１０５の内部において蓄冷材１０６に接触している。配管１０１を通って蓄冷装置１０５に入った冷熱媒体は、蓄冷装置１０５に充填されている蓄冷材１０６に接触しながら通過し、下方の配管１０２を通って出ていく。冷熱媒体が蓄冷材１０６に接触することにより、冷熱媒体が有していた冷熱が蓄冷材１０６に直接的に蓄冷される。一方、配管１０３を通って蓄冷装置１０５に入った温熱媒体は、伝熱管１０９を通り、配管１０４を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管１０９の内部を流れることにより、蓄冷材１０６が有していた冷熱が伝熱管１０９を介して放冷される。すなわち、蓄冷材１０６に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。このように、冷熱媒体と温熱媒体の混合を防止しながら、高い効率で熱交換することができる。伝熱管１０９にはフィンが設けられていてもよい。
【００３３】
図６においては、蓄冷装置１０５の上半分に蓄冷材１０６が充填されている。蓄冷装置１０５には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０１、および蓄冷装置１０５から出た冷熱媒体が通る配管１０２が設けられており、配管１０１と配管１０２はＵ字形の伝熱管（金属管）１０８で連結されている。この伝熱管１０８は、蓄冷装置１０５の内部において蓄冷材１０６に接触している。蓄冷装置１０５の下方部においては、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置１０５に入るための配管１０３と、蓄冷装置１０５から出た温熱媒体が通る配管１０４とが、Ｕ字形の伝熱管（金属管）１０９で連結されている。また、蓄冷装置１０５の下方部には、マイクロカプセルに対して非相溶性であり、冷熱吸収時に気体から液体に変化し、冷熱放出時に液体から気体に変化する伝熱冷媒体１０７が充填されており、伝熱管１０９は、伝熱冷媒体１０７に接触している。伝熱冷媒体１０７としては、プロパン、代替フロン等を使用することができる。配管１０１を通って蓄冷装置１０５に入った冷熱媒体は、伝熱管１０８を通り、配管１０２を通って出ていく。冷熱媒体が伝熱管１０８の内部を流れることにより、冷熱媒体が有していた冷熱が伝熱管１０８を介して蓄冷材１０６に蓄冷される。一方、配管１０３を通って蓄冷装置１０５に入った温熱媒体は、伝熱管１０９を通り、配管１０４を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管１０９の内部を流れることにより、伝熱冷媒体１０７が加熱されて気化する。この気体が上方の蓄冷材１０６と接触して直接的に熱交換し、冷却されて液体に変化して下方部に戻る。このような蓄冷と放冷の繰返しにより、冷熱と温熱とが熱交換される。伝熱冷媒体１０７が介在することにより、温熱媒体の過度の冷却が防止される。伝熱管１０８，１０９にはフィンが設けられていてもよい。
【００３４】
図７においては、蓄冷材１０６が蓄冷装置１０５のほぼ中央部に充填されている点で図６の場合と異なる。すなわち、伝熱管１０８が、蓄冷材１０６に接触していない。配管１０１を通って蓄冷装置１０５に入った冷熱媒体は、伝熱管１０８を通り、配管１０２を通って出ていく。一方、配管１０３を通って蓄冷装置１０５に入った温熱媒体は、伝熱管１０９を通り、配管１０４を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管１０９の内部を流れることにより、伝熱冷媒体１０７が加熱されて気化する。この気体がほぼ中央部にある蓄冷材１０６を通過し、さらに上にある伝熱管１０８と接触して熱交換し、冷却されて液体に変化して下方部に戻る。その際に、蓄冷材１０６に接触しながら通過し、伝熱冷媒体１０７が有していた冷熱が蓄冷材１０６に蓄冷される。なお、蓄冷材１０６の温度が高い場合には、蓄冷材１０６と接触した伝熱冷媒体１０７が加熱されて気化し、上方の伝熱管１０８と接触して冷却されて液体に変化して下方部に戻る。このような蓄冷と放冷の繰返しにより、冷熱と温熱とが熱交換される。伝熱冷媒体１０７が介在することにより、温熱媒体の過度の冷却が防止される。また、このような熱交換器は、蓄冷材１０６が過度に冷却されるのを防止する必要がある場合に有効である。伝熱管１０８，１０９にはフィンが設けられていてもよい。
【００３５】
図８は、従来のＬＮＧ利用形態を示し、図９は、本発明におけるＬＮＧ冷熱利用装置の一実施形態を示す。図８で示す従来のＬＮＧ利用では、例えば、液化炭酸製造にＬＮＧの冷熱を使用するとしても、−６０℃以下の温度領域しか利用することができない。図９に示す実施形態では、−１６０℃〜−６０℃の温度領域は液炭設備２で従来と同様に利用するとしても、さらに、−６０℃〜−２０℃の温度領域をブタン冷却設備３で利用し、−２０℃〜１０℃の温度領域を吸気冷却設備４で利用することができる。さらに、蓄冷装置を用いることによって、ＬＮＧの需要変動等で低温利用設備での冷熱負荷量を上回って余剰になる冷熱も、蓄積しておいて有効に利用することができ、より効率的な冷熱利用が可能となる。
【００３６】
図１０は、本発明の他の実施形態であるＬＮＧ冷熱利用装置６１の概略的な構成を示す。本実施形態で、図１の実施形態に対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態では、ＬＮＧタンク６２からのＬＮＧを、−１６０℃〜−１５０℃の温度域を利用するガス分離設備６３で利用した後、さらに液炭設備２以下でカスケード利用する。ガス分離設備６３は、石油精製工場５３で副生するエチレンやプロピレンなどの軽質炭化水素を低温で分離し、ガス中のオレフィンを分離し、石油化学工場５２でのポリマー製品の原料に利用し、残りのガスは燃料として活用する。なお、本実施形態でも、蓄冷を行なうことができるのはもちろんである。
【００３７】
なお、圧力を高めれば、ガス分離設備６３では、−１６０℃〜−６０℃程度の低温域を利用することができ、液炭設備２では、−１６０℃〜−２０℃程度の低温域を利用することができ、ブタン冷却設備３では、−６０℃〜０℃程度の低温域を利用することができ、吸気冷却設備４では、−２０℃〜１０℃程度の低温域を利用することができる。
【００３８】
以上で説明しているように、本発明は、石油化学コンビナートに導入すれば、コンビナート全体としての競争力向上を図ることができる。ただし、プロセスの組み合わせは石油化学や石油精製に限られるものではなく、冷蔵や空調など、他の冷熱利用と組み合わせることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、約−１６０℃の低温のＬＮＧを気化させて常温の天然ガスを得る際に、複数の温度区間に分けて、複数段階で冷熱を利用することができる。個々の低温利用プロセスで利用する冷熱の温度範囲外では、他の低温利用プロセスで冷熱を利用することができるので、ＬＮＧの有する冷熱を有効に利用し、環境対策と省エネルギーとを図ることができる。
【００４０】
また、本発明によれば、冷熱の蓄積と蓄積されている冷熱の放出とが可能なマイクロカプセル型潜熱蓄冷材が充填された蓄冷装置で、ＬＮＧの需要の変動や他の低温利用設備の稼働状態の変動などを吸収し、冷熱の利用を円滑に図ることができる。
【００４１】
さらに、蓄冷材は、その蓄冷に物質の相変化に際して生じる潜熱を利用するものであることから、蓄冷量がきわめて大きい。しかも、従来の、単に相変化物質をそのまま用いるものと異なり、相変化物質がマイクロカプセルに封入されているため、相変化物質をそのまま蓄冷媒体として用いる場合の欠点である間接熱交による効率の低下および冷却部での固形化による熱交換効率の低下の改善が可能となった。
【００４２】
また、本発明によれば、ＬＮＧの冷熱を、−１６０℃〜−６０℃程度の温度領域で、炭化水素を分離するために、有効に利用することができる。
【００４３】
また、本発明によれば、ＬＮＧの冷熱を、−１６０℃〜−２０℃程度の温度領域で、液化炭酸を製造するために、有効に利用することができる。
【００４４】
また、本発明によれば、ＬＮＧの冷熱を、−６０℃〜０℃程度の温度領域で、ブタンを液化するために、有効に利用することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、ＬＮＧの冷熱を、−２０℃〜１０℃程度の温度領域で、ガスタービンの吸気を冷却するために、有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるＬＮＧ冷熱利用装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】畜冷装置を用いてＬＮＧの使用量の変動や冷熱負荷の変動を平準化する考え方を示す図である。
【図３】熱交換器の一例を示す概略図である。
【図４】熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図５】熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図６】熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図７】熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図８】従来のＬＮＧ利用形態を示す図である。
【図９】本発明におけるＬＮＧ冷熱利用装置の一実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態であるＬＮＧ冷熱利用装置の概略的な構成を示す図である。
【符号の説明】
１，６１ ＬＮＧ冷熱利用装置
２ 液炭設備
３ ブタン冷却設備
４ 吸気冷却設備
５，６，７ 熱交換器
１０ 管路
１１，１２，１３ 蓄冷装置
１５ 蓄冷材
５２ 石油化学工場
５３ 石油精製工場
５５ ガスタービン
６２ ＬＮＧタンク
６３ ガス分離設備
１０１，１０２，１０３，１０４ 配管
１０５ 蓄冷装置
１０６ 蓄冷材
１０７ 伝熱冷媒体
１０８，１０９ 伝熱管
Claims (17)
- 低温のＬＮＧを気化させて、常温の天然ガスを得る際に、ＬＮＧの有する冷熱を利用する装置であって、
ＬＮＧの低温から常温までの温度範囲を、複数の温度区間に区分し、各温度区間の冷熱を利用し、それぞれ異なる低温利用プロセスを実行する該複数の低温利用設備と、
該複数の低温利用設備に温度区間の低い順にＬＮＧまたはＬＮＧが気化した天然ガスを流す管路とを含み、
該複数の低温利用設備が、温度に応じて潜熱の吸収および放出を生じる相変化物質を内包するマイクロカプセル型蓄冷材を有して冷熱の蓄冷と蓄冷されている冷熱の放出とが可能な蓄冷装置をそれぞれ備えることを特徴とするＬＮＧ冷熱利用装置。 - 相変化物質の相変化温度が−１６０℃〜−６０℃である請求項１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 相変化物質の相変化温度が−６０℃〜−２０℃である請求項１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 相変化物質の相変化温度が−２０℃〜１０℃である請求項１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 前記複数の低温利用設備には、炭化水素を分離するガス分離設備を含むことを特徴とする請求項２に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 前記複数の低温利用設備には、液化炭酸を製造する液化炭酸設備を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 前記複数の低温利用設備には、液化ブタンを製造するブタン冷却設備を含むことを特徴とする請求項３または４に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 前記複数の低温利用設備には、ガスタービンの吸気を冷却する吸気冷却設備を含むことを特徴とする請求項３または４に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 前記蓄冷装置において、冷熱源からの冷熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて蓄冷することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 前記蓄冷装置において、冷熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、冷熱源からの冷熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して蓄冷材に蓄冷されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 前記蓄冷装置において、前記マイクロカプセルに対して非相溶性であり、冷熱吸収時に気体から液体に変化し、冷熱放出時に液体から気体に変化する伝熱冷媒体を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 冷熱媒体が流れる伝熱管が蓄冷装置内の上部に設けられ、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して蓄冷材に蓄冷させることを特徴とする請求項１１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 請求項９に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする請求項９に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 請求項９に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする請求項９に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 請求項１０に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする請求項１０に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 請求項１１に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする請求項１１に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
- 請求項１２に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して下部に設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器を有することを特徴とする請求項１２に記載のＬＮＧ冷熱利用装置。
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| JP2003142062A JP2004347167A (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | 潜熱マイクロカプセル型蓄冷材を用いたｌｎｇ冷熱利用装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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