JP2005507486A - 圧力容器から蒸気及びガスを吸収する方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、液体形態の流体を充填、輸送及び貯蔵する間に過剰圧力を制御することにより蒸気及びガスを吸収する方法に関する。この方法は、吸収装置（１８）のタンク自体の液体、あるいは随意には外部源から供給される液体に大部分のガスが吸収される箇所で、タンク（１５）の底部までガスを降下させて導く段階を含む。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体貯蔵タンク中の過剰圧力を制御することによって蒸気及びガスを吸収する方法、及びこの方法の用途に関する。
【０００２】
タンクに液体を貯蔵する時、何れかの動き、あるいは圧力又は温度の変化が、液体を「呼吸（breathe）」させる。用語「ブリージング」は、熱力学平衡を達成するために液相から気相まで、あるいは逆に分子が通過することを示す。液体とガスの間のこの物質移動はかなりなものに成り得るものであり、多くの異なる成分を含む液体のために高温及び高圧の範囲に亘って生じ得る。この理由は、液体が揮発成分を協働させることができるという事実に加えて、異なる成分が異なる沸点及び蒸気圧を有するということである。
【０００３】
閉じたタンクが移動すれば、液体も移動する。これは、液体から蒸気を出現させ、さらにタンクの圧力上昇に帰着し得る、局所的圧力変化を液体に生じさせる。この動きが停止すると、液体はこの蒸気を吸収することができ、結果として圧力が減少する。
【０００４】
ガスと液体の両方は、圧力と温度の変化に基づいて容積が変化する。温度が上昇する時、大抵の液体及びガスはより大きな容積を占める。したがって、タンク容量が変わらなければ、圧力は上昇する。温度が降下する時、反対の現象、すなわち、圧力減少が生じる。したがって、熱力学的関係は、閉じたタンクを、過剰圧力（overpressure）と下位圧力（underpressure）に交互に晒す。
【０００５】
液体がタンクに導入されるか又は該タンクから汲み出す場合、過剰圧力及び下位圧力が閉じたタンクにも生じ得る。
【０００６】
タンク中の圧力変化の態様には許容し得る制限が存在する。過度に低圧の場合には、タンクを崩壊させる危険性があり、そして過度に高圧な場合には、タンク・クラッキングの危険性がある。したがって、貯蔵タンクの圧力制御に関する問題は２つの部分である。
【０００７】
今日、タンク崩壊に通じ得る減圧は、より多くの外部ガスを導入することによってしばしば処理される。実例として、タンカー中の石油生成物及び原油を輸送する時、圧力が低すぎる場合、いわゆる「不活性化（inerting）」プロセスが実行される。この方法は、容器の推進機関からの浄化された廃ガス（不活性ガス）をタンク内に導くことから成る。例えば、道又はレールによるガソリンの輸送のような、他のタイプの輸送又は貯蔵では、空気を紛失ガス容積と交換可能にすることによって課題はしばしば解決される。
【０００８】
タンク・クラッキングに通じ得る圧力上昇は、今日、異なる方法で処理し得る。ガスを他のタンク、あるいは、あり得る更なる処理のためのプロセスに渡す技術として、フローティング・ルーフが使用される。しかしながら、タンカーに搭載された、石油生成物及び原油を輸送する時、この問題は、タンクの圧力が十分に減じるまで、ガスを大気に逃げさせるためにタンクを開くことにより解決される。これは極めて汚染している。また、様々な国々の当局はＶＯＣ「揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds）」のこのタイプの排出を減少させる立法を導入するために働いている。過剰圧力の問題の解決に注目する方法及びシステムを説明する幾つかの出版物が存在する。これらの解決策は、異なる吸引及び凝縮装置を備えており、液化ガス（ＬＮＧ及びＬＰＧ）の貯蔵及び輸送に関連する問題に特に注目している。
【０００９】
従来技術文献から、液化天然ガスの貯蔵及び輸送用の方法及び装置が知られている。煎出液はタンクから取り除かれかつクーラーを備えた凝縮装置で凝縮され、そして次にタンクに渡される。装置はメタンと窒素を分離する。また、窒素は大気に放出される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
ノールウェー国特許第３０５５２５号明細書
【００１０】
別の従来技術文献は液化ガスの貯蔵及び取扱い用の方法及び装置を教示する。液化ガスからの煎出液は、別の液化ガスの使用によって冷えて煎出液を凝縮し、この煎出液をタンクの底部に通して、装置内を循環する（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献２】
米国特許第２，７８４，５６０号明細書
【００１１】
また別の従来技術文献は、液化ガスからの煎出液を再液化するシステムを記載する。このシステムは、絶縁された貯蔵タンク、ベンチュリ、ポンプ及び熱交換器を備える。このシステムは、液化ガスの貯蔵に関する使用のために構成される。液化ガスの冷却を与えるために熱交換器内で圧縮かつ膨張される。貯蔵タンクは、蒸気を含む貯蔵タンクのその一部内に渡される、部分的に凝縮された流れの膨張によって冷やされる（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献３】
米国特許第３，７３３，８３８号明細書
【００１２】
さらにまた別の従来技術文献は、凝縮する小出しノズルを用いる蒸気回復装置を記載する。このノズルは充填開口に配置され、それがタンク内に滴るようにこれを圧縮して、充填中に流出する蒸気／ガスを冷やす（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献４】
米国特許第３，９２１，４１２号明細書
【００１３】
なおさらにまた別の従来技術文献は、蒸気とガスを凝縮のための方法、装置及びシステムに関する。この方法はガスを汲みだすベンチュリによる液体の循環に基づく。また、混合物はタンクの底部に導かれる。この従来技術文献は、ガスがタンクまでの途中で液体に凝縮し、更なる凝縮がタンクの底部に起こることを主張している（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献５】
ノールウェー国特許出願第１９９９−６４７１号明細書
【００１４】
揮発性有機化合物の除去用の様々な吸収装置は、更に３つの従来技術文献から周知である。これらの装置は、揮発性化合物が削除されることになっている単数又は複数のタンク外部の分離ユニットとして設けられる（例えば、特許文献６乃至８参照）。
【特許文献６】
米国特許第３，８６１，８９０号明細書
【特許文献７】
特開昭６３−１１９８３３号公報
【特許文献８】
欧州特許第０８１９７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記３つの従来技術文献の第１のものは、冷やされた液化ガスの貯蔵用のむしろ包括的なシステムを記載している。上記特許文献５のみが、大規模な揮発性液体の取扱い及び貯蔵に関連する課題を解決することを試みている。さらに、充填されつつあるタンクから蒸気／ガスを吸収し、蒸気／ガスを圧縮し及び充填が催されているタンクまで凝縮液を戻して通過させる様々な装置が知られている。今日の原油の輸送の間のタンク圧力の制御のための解決策も他の解決策も承認し難く、本発明はこの課題に対する別の解決策を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、液体用の１つ以上の貯蔵タンクから蒸気又はガスを吸収する方法であって、貯蔵タンクの底部近くのタンク液体中に沈められた位置に配置された吸収装置まで蒸気／ガスを導くことから成る方法に関し、吸収装置を包囲し、該吸収装置を通じて循環するか、あるいは外部源から供給されるガスを吸収する段階と、前記吸収装置からの吸収されていない前記蒸気／ガスを、前記タンクの頂部のガス領域又は該タンクの外部に戻して導く段階と、から成る。したがって、吸収装置は、蒸気／ガスに対する吸収媒体として随意に使用し得る、タンク液体内に沈められる。従って、吸収効率は、頭上の液体から静水圧の下で起きる吸収によって向上する。
【００１７】
タンクの外部の代わりにタンク内に吸収装置を降ろして設置することによって、特に船に対しては有益である、空間要求は著しく減じられる。これは、腐食の危険性を減らす一方で、外部荷重を多く受けない吸収装置に帰着する。本発明による方法の更なる利点は、ポンプがタンク内に設置されるので、汲み上げ水頭を減じ、電力要求が減じられることである。同時に、ポンプ中の何れのキャビテーション問題も、タンクから液体を汲み出す必要がない結果として減じられる。
【００１８】
高く重い吸収塔の船のデッキ上への配置は、補強される必要がある船の構造体に帰着する。幾つかの吸収ユニットを具備することが望ましい、こうした船上の多重タンク・システムでは、本発明による、各タンク内に吸収ユニットを配置することは有利である。
【００１９】
本発明は、タンカー及びタンク車への方法の用途を更に含む。
【００２０】
本発明を例示的実施形態により、かつ、添付図面を参照してより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１Ａ及び図１Ｂは、方法の実施のための吸収装置の例を示す。タンク液体に沈められた時にのみ、吸収装置は作動する。装置は、底板４に取り付けられ、かつ、蒸気／ガス１及び液体８のための入口と、蒸気／ガス１４及び液体１１のための出口と、を装備した管ケーシング３を備える。管ケーシングの底部に導かれた蒸気／ガスは、穿孔された管２又は他の分配装置によって底部チャンバ５に分配される。液体に対するその低濃度の結果、蒸気／ガスは底部チャンバ内で上向きに移動し、穿孔されたカラムベース９を通過し、これに基づいて吸収チャンバ６を通じてしみ込む。吸収チャンバは、液体と、蒸気／ガスとの間の良好な接触を与える、構造化パッキング又は他の動機器を含む。吸収されない蒸気／ガスは、スクリーンから成るカラム頂部１０によって吸収チャンバを離れる。それらが重力によって分離される箇所では、液体及び蒸気／ガスは頂部チャンバ７内に移動する。蒸気／ガスは、出口１４を通って解放される以前に頂部チャンバの頂部に集まる。フランジ・カラー１３に固定された管スタブ１２によって保護される液体出口１１から液体が流出する。フランジ・カラーは、今度は、管ケーシングに固定される。管１２は、頂部チャンバを回避するために強制的に液体を流下させる。また、これは、液体出口から蒸気／ガスが逃げることができる機会を減らす。
【００２２】
本願明細書に示された吸収装置は、工業用吸収カラムとの類似点を示すが、幾つかの実質的な差異を有する。第１に、吸収液体内に沈められた時のみ動作する。第２に、吸収液体が、内部と外部の間の静水圧の差により装置を通じて汲み出されないので、新しい動作原理も示す。さらにまた、その吸収は同時に流れるガス及び液体で生じる。それはより一般的な反対流の吸収装置とは対照的である。
【００２３】
図２は、タンク１５の下へ位置づけられた図１Ａ及び図１Ｂの吸収装置を示す。貯蔵タンク１５からの蒸気／ガスは、コンプレッサー／ポンプ１７に管によって渡される。コンプレッサー／ポンプは圧力センサー１６によって制御される。コンプレッサー／ポンプは蒸気／ガスを管によって吸収装置１８に送出する。蒸気／ガスは、吸収装置を通じて循環する液体によって吸収される。液体が蒸気／ガスの全てを吸収することができない場合、蒸気／ガスの超過分留は吸収装置の頂部までしみ上がりかつタンク１９への管を通じてしみ上がる。タンクでは、蒸気／ガスの成分は測定される。また、制御装置２０は、蒸気／ガスがバルブ２１を通って大気に放出されるか又はバルブ２２によって貯蔵タンクに送り戻されるかを決定する。
【００２４】
図３は、本発明による方法の代替実施形態を示す。ここで、従来の吸収装置２４は貯蔵タンク２３に沈められて示されている。従来の吸収カラムは、ガスと蒸気の２つの間に可能な限り最大の表面積及び従って良好な物質移動を作り出すように、液体とガス／蒸気を混合する機械的構造体で充填された管から主として成る。図３は、吸収プロセスが幾つかの方法で実行可能にする配管系も示す。タンク２３からのガス／蒸気は、管２５によってコンプレッサー／ポンプ２６に渡される。ガス／蒸気は、バルブ２７から管２９を経て吸収カラム２４の底部まで通される。あるいは、ガス／蒸気は、バルブ２８から管３０を経て吸収カラム２４の頂部まで通じ得る。吸収されないガス／蒸気は管３１を通じて吸収カラムから導出される。バルブ３２を通じて、ガス／蒸気は別のプロセスに送り得るか、又は大気に通じ得る。あるいは、ガス／蒸気はバルブ３３から貯蔵タンク２３に戻し得る。別のタンクからの原油又は他の石油生成物は、吸収媒体として使用し得るものであり、管３４をから吸収カラム内に導き得る。吸収カラム２４の底部オリフィス３５は、吸収カラムから液体が流出するか、あるいはその吸収塔内に液体が流入することを可能にする。バルブ３６は、ガス／蒸気が吸収カラムの底部に導入される時、液体がより高い位置で吸収カラムから流出することを可能にする。本願明細書で説明した方法は、吸収媒体と同時に流れるガス／蒸気と、反対に流れる２つの相と、の両方によってガス／蒸気の吸収を可能にする。１つの方法が他の方法より良いか否かは、ガス／蒸気及び液体の流速、及び、吸収媒体がタンク内の液体か又は外部源から供給されるか否かに依存する。
【００２５】
上記した実施形態の吸収装置が機械式構造体で充填された吸収カラムとして記載されたものであってさえも、高吸収度合いに帰着する、ガスと液体を乱流混合させる内部機械式構造体を具備する管から成るガス液体混合機として構築することも考えられる。さらにまた、ガス／蒸気が管内に小泡を形成させ、これにより泡吸収を行う、ノズルを通じてガス／蒸気が導入される管のみから成る単一の吸収装置も使用し得る。
【００２６】
本発明による方法及びその用途は、本発明が今日のＶＯＣ排出を除去するので、非常に環境に優しいものである。システムも、タンカー船に搭載された石油生成物の輸送の場合のように管ラインによって幾つかのタンクが連結される状況でも使用し得る。こうした場合には、システムは、全てのタンクで所望の減圧に寄与することができる。本発明が原油を輸送する石油会社と会社のための価値のある技術的なインパクトを有するという討論もなし得る。今日、油は輸送の間の荷降ろしといった問題をまさに回避するために、小量のより軽い部分を含むように台上で処理される。しかしながら，経済的な観点では、石油会社が貨物のために考え得る最高値を得ることを可能にするために、出来るだけより軽い部分として含有する改質分に原油を送ることは望ましい。こうして、荷降ろしのない油の軽い等級を取り扱うことができるプロセスプラントを装備したタンカー船は、非常に需要がありかつより高い運賃率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本発明による方法と共に使用する吸収装置を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａによる吸収装置を通して切断した軸線方向に沿った断面図である。
【図２】タンクに位置づけられた吸収装置を示す図である。
【図３】図１及び図２の吸収装置の代替実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１ 蒸気／ガス
２ 穿孔された管
３ ケーシング
４ 底板
５ 底部チャンバ
６ 吸収チャンバ
７ 頂部チャンバ
８ 液体
９ カラムベース
１０ カラム頂部
１１ 液体
１２ 管スタブ
１３ フランジ・カラー
１４ 蒸気／ガス
１５ タンク
１６ 圧力センサー
１７ コンプレッサー／ポンプ
１８ 吸収装置
１９ タンク
２０ 制御装置
２１、２２ バルブ
２３ タンク
２４ 吸収装置
２５ 管
２６ コンプレッサー／ポンプ
２７、２８ バルブ
２９、３０、３１ 管
３２、３３ バルブ
３４ 吸収カラム
３５ 底部オリフィス
３６ バルブ

Claims (4)

  1. 液体用貯蔵タンク中の過剰圧力を制御することによって蒸気及びガスを吸収する方法であって、
    前記蒸気／ガスを前記タンクの底部近傍の、該タンクの液体中に沈められた位置に配置された吸収装置に導く段階と、
    前記吸収装置を包囲しかつ該吸収装置を貫通して循環するか、あるいは外部源から供給される、前記タンクの液体内に前記ガスを吸収させる段階と、
    前記吸収装置から吸収されていない前記蒸気／ガスを前記タンクの頂部又はガス領域に戻すか、あるいは前記タンクから放出する段階と、を含む方法。
  2. 前記吸収媒体は冷却要素によって冷却されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. タンカーに搭載された、請求項１に記載の方法の用途。
  4. タンク車に搭載された、請求項１に記載の方法の用途。
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