JP2013213587A - 圧縮流体の格納容器への流し込み及び流し出しのための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】天然ガス等の圧縮流体を格納容器に積込み、格納容器から排出する方法を得る。
【解決手段】貯蔵・輸送用容器システムの底に圧縮流体を目標圧まで入れ、目標圧に達した後は圧縮流体を底に注入しつつ目標圧を維持できる速さでシステムの上部から気体を回収する。膨張弁を通して冷蔵冷却器を使うか、或いはシステムへの注入前に液体天然ガス等、圧縮流体と同じ化学組成の冷却液体を注入することで圧縮流体を冷却する。置換流体無しでシステムの底部からブローダウンさせることで受入設備への排出が始まり、圧力が許容差以下に下がるまで続ける。排出流を分離器に通し、分離器からの軽いガスを加圧しシステムの上部に入れることで圧縮流体を底から追い出す。コンプレッサか加熱したタンクシステムで軽いガスを加圧し、２つの容器を並行して用いて軽いガスを捕捉・加熱し一方からシステムに排出すると同時に他方に充填し２つの間で交互に行う。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
優先権が米国仮特許出願第６０／９０４，５４１号、及び第６０／９２６，５０４号に対して主張されており、それぞれの出願は本発明者によって２００７年３月２日、及び２００７年４月２７日にそれぞれ出願されており、かつそれぞれは参照により援用されている。同じ仮特許出願に対して優先権を主張して本出願と同日付で本発明者によって提出されており、「圧縮流体の貯蔵、輸送及び取扱い（Storing，Transporting and Handling Compressed Fluids）」と題された米国特許出願は、本明細書に関連しておりかつ参照により援用されている。

本発明は流体を取り扱うための装置及び方法に関連し、より詳細には貯蔵又は輸送コンテナへの出入を含めた、圧縮流体を格納容器に充填、又は圧縮流体を格納容器から排出するための装置及び方法に関する。

ガスはガスの体積を減少させるために圧力下で貯蔵及び輸送される。空気、窒素、酸素、水素、エタン及びプロパンを含めた非常に多くのガスは貯蔵及び輸送のために圧縮され、天然ガスは通常、圧縮されるガスである。本明細書で使用される用語「天然ガス」は、メタン分子が多くを占める軽質炭化水素組成物を指すが、周囲の温度及び圧力によってはガス蒸気として存在することもあるわずかな非炭化水素不純物（水、二酸化炭素、及び窒素など）も同様、より重質な炭化水素分子を含むこともある。この「天然ガス」は、いくつかの可動式プラットホーム形態（船、鉄道車両、又はトレーラートラックなど）の内部又は上部における貯蔵及び／又は輸送の目的のために作られる、地球から抽出される天然発生流体ストリームから、又は合成的に混合された分子の混合物から生産されている。圧縮天然ガスは冷蔵されているかいないかに関わらず、単にＣＮＧと称される。本明細書において多くの場合ＰＬＮＧと称される加圧液体天然ガス又は加圧天然ガス液体は十分冷蔵されているが、メタンの臨界温度以下の温度で貯蔵される必要はないであろう。

圧縮流体は一般的に、比較的（又は非常に）長いシリンダ、ブレットタンク、偏球又は球内に含有されており、それらの全ては圧力誘起フープストレスに抵抗するために、少なくとも１つの円形断面切断部を特徴として、かつ直径に対して比較的高い壁厚の比率（ｔ／Ｄ）を有している。それはこれらの本質的に剛性なコンテナを組み立てるために使用される材料の臨界応力の方向における有効強度には（金属製又は繊維を基礎としたマトリックスシェル又はそれのハイブリット複合材料に関わらず）限界があるからである。

圧縮流体を効果的に貯蔵及び輸送することに関して多くの発展を遂げてきた。例えば、以下の特許及び特許出願を参照。それらは参照によって援用されている：ビショップ（Bishop）他に交付された米国特許第６，５８４，７８１号、ビショップに交付された米国特許第６，６５５，１５５号、ビショップに交付された米国特許第６，７２５，６７１号、ビショップ他によって出願されて特許出願第０９／９４３，６９３号が割り当てられている米国特許出願公開第２００２００４６５４７号、ビショップ他によって出願されて特許出願第１０／３１６，４７５号が割り当てられている米国特許出願公開第２００３０１０６３２４号、これらのそれぞれはテキサス、ヒューストンのエナシー トランスポート エルエルシー（Enersea Transport，LLC）に譲渡されていると見られ、かつ総称して「ビショップ特許」と称される。ビショップ特許は、貨物を高密度相流体として貯蔵することを維持しながら、約−１０℃以下の温度における圧縮係数Ｚを最小限にする貯蔵圧力を選択することによって、シリンダに対する質量比を商業的に最適化することができると考えている。米国特許第３，２３２，７２５号及び第３，２９８，８０５号は参照によって援用されており、それらはセコード（Secord）他に交付されており、総称して「セコード特許」と称されている。セコード特許には、高密度相及び／又は混合相において圧縮天然ガスを効果的に含有するための温度及び圧力の範囲が記載されている。

既存技術は、商業的に魅力的な貯蔵及び輸送サービスを確立するために有益であろう圧縮流体、特に加圧、冷蔵された天然ガス貨物を効率的に積込及び排出する課題に適切に取り組んでいない。置換作業が加圧ガス貨物の積込及び除荷に対して採用されていない場合、格納容器内でのガスの膨張及び再圧縮は結果的に貯蔵コンテナ内での熱エネルギーの増加をもたらし、それは能率に望ましくない影響を及ぼす。ビショップに交付されて参照によって援用されており、本明細書において「ビショップ」と称される米国特許第６，６５５，１５５号を参照すると、それにはガス貯蔵システムから圧縮ガスを積込又は除荷するために置換流体を使用する方法が記載されている。貨物置換システムは積込／充填及び除荷／排出の操作の両方の間における貨物の膨張及び圧縮の望まれない状況を回避することができる。

そのようなシステムは、貨物が入口及び出口の両方として機能する経路を主に通過して出入りし、一方で置換流体が反対側の経路によって出入りすることを必要とする。より密度の低い流体（例えばＣＮＧ又はＰＬＮＧ）貨物を置換するために液体が使用される場合、置換液体が格納容器の底に配置された経路によって出入りする一方で、貨物は最上部の配管接続を主に経由して出入りする。置換流体がより高密度な貨物流体よりも軽いガスである場合、貨物は底又はより低い末端経路（例えばノズル又は浸漬管）を通過して出入りするであろう。置換ガスは主に上端部経路を通過して出入りできる。ある条件の下（例えば緊急事態など）では、流体に対してかついずれの置換手段に対しても流入及び排出の手段を切り替えることが望ましい。

ビショップは（エチレングリコールと水との混合物などの）冷却非凍結液体を、冷却ＣＮＧを積込及び排出するための置換流体として使用する。ビショップは、液体が貨物を置換した後、タンクから外に置換流体を押し戻すために低圧ガス（好ましくは窒素）を使用するか、置換流体の最上部に残る貨物流体の小さなガスの層を捕捉して膨張させる。ウッドオール（Woodall）他に交付されて参照によって援用されており、本明細書において「ウッドオール」と称されている米国特許第６，２０２，７０７号、及びアグニュー（Agnew）他に交付されて参照によって援用されており、本明細書において「アグニュー」と称される米国特許第７，２１９，６８２号を参照する。ビショップと類似した方法で、ウッドオールはＰＬＮＧ貨物を排出するために、タンクの最上部から外に軽いＰＬＮＧガスを置換するように高密度の非凍結液体を使用する一方で、アグニューは上側配管マニホールドからより温かい圧縮天然ガス貨物流体を置換するビショップ及びウッドオールと類似の手法を提案している。ウッドオールは、タンクから貨物が排出された後に、置換流体を回収及び分配するためにタンクの内部で水中ポンプを使用する。ウッドオール及びアグニューの両者は、置換流体が排出又は送り出され、かつ低圧ガスと共に次のタンク（又はタンクの列）へ移るときに、タンク内に形成される空間を埋めることを推奨する一方で、ウッドオールは更に排出貨物ストリームから回収されるガスは空間を埋めるために使用可能であることを示唆している。また、シバー（Shiver）IIIに交付されて参照によって援用されており、本明細書において「シバー」と称される米国特許第６，９３２，１２１号を参照する。シバーはビショップ、ウッドオール、及びアグニューによって説明された工程とは逆に、底側の配管接続から非常に冷却された液体貨物（ＰＬＮＧ）を置換するために、遠隔岩塩ドームリザーバからの温かいガスをタンクの上側に注入することを提案している。

通常の排出操作の後に貯蔵庫において残存する残留ガス量はしばしばヒール（heel）と称されており、この量のガスは販売できないため、既存の圧縮ガスの貯蔵及び輸送構想において取り組むべき他の問題となっている。

ブローダウン法がちょうど説明された置換スキームの一つの代わりに使用される場合、ガス排出速度は貯蔵庫内の駆動圧力が受入システムの背圧に近づくにつれて降下し、そして圧力が釣り合うとき、最終的に完全に排出が停止される。この背圧問題を克服し、かつ貨物タンクにおいて商業的に負担が大きな量のヒールガスが残存することを回避するために、格納容器内を低圧に引き下げられるように高価な掃気コンプレッサ要素がガス抽出システム内に導入される。掃気圧縮システムの費用及び効果は、受入構造によって課される背圧に対して相対的に降下する入口の圧力から排出ガスの圧力を上昇させることによって加圧された受入構造（例えばガス伝達配管）内にガスを押し込むために必要な圧縮比によって影響を受ける。

コンテナ内に残存する残留又はヒールガス量は、抽出システムコンプレッサの掃気限界及び残留ガスの温度によって決定されるコンテナ内のガスの最終圧力、温度及び組成と関数関係にある。冷蔵貨物の除荷の間、貯蔵庫内に残存するガスの温度は降下し、その結果その密度が向上する。ブローダウン及び掃気貨物排出操作が、貨物コンテナ及び貨物室空間からの熱流入によって残存するガスが再び温められるのに十分なようにゆっくり行われない限り、商業的に負担が大きな量の貨物ガスはヒールとして残存するであろう。商業的な計画において、十分に冷却された格納システムを室温まで温めることは望まれておらず、かつそうするために何日も待つのは実用的ではない。

ビショップ、ウッドオール、及びアグニューの全ては液体置換法を提案しており、当該方法は、貯蔵庫から貨物を置換するために液体ピストンとして使用されるときに、目標操作温度において冷却されない液体を使用する。液体置換によって貯蔵庫から全ての貨物ガスを取り除くことが可能であるが、液体置換システムは、少なくとも１つの液体のリザーバ、それを適切な温度に維持するための冷蔵及び断熱、及び液体をそれの内部圧力に対抗させて格納システム内に輸送するためのポンプシステムを得るための高額な費用を要する。エチレングリコールなどの推奨される置換液体は貨物ガスと相互作用しない（大部分の貨物ガスを吸収しない）観点からよいとされる。しかしながら、粘度が増加するため−３０℃を十分に下回る作動温度における使用は実用的ではない。更に、操作及び貯蔵の間に得られる熱を克服するために、費用のかかる冷蔵システムが置換流体を冷却するよう備えられていなければならない。

あるいは、シバーは岩塩ドームリザーバからの暖かい圧縮ガスを使用することにより、又は貯蔵庫からの冷却液体貨物を置換するために利用可能な温かいガスを供給するパイプライン設備が存在することによって、逆の置換方法を採用している。残念なことに天然ガスの運搬が必要であるほとんどの場所は、シバーによって説明された操作を助けるために利用可能な、岩塩構造又は過剰な配管ガス供給から容易に利用できるガスを有しておらず、そのようなガス供給源が利用可能な場所では、ガスの性質は運ばれる貨物ガスと適合しない可能性がある。また、シバーによって説明された船上の格納システム及び配管は、シバーによって説明されたように液状に貨物を維持するために非常に低い温度で維持される。非常に温かい又は熱いガスをそれらの構造に直接注入することは、シバーのシステムの重要な要素へのかなりの熱衝撃及びストレスの原因となる可能性がある。更に、シバーは、貨物排出操作はコンテナの上側接続にこの温かいガスを注入することによって開始されると示唆している。しかしながら、多量のエネルギーが輸送時と同じ圧力で貨物を外に押し出し運搬を開始することによって消費される。

ウッドオール及びシバーの両者は、例えば、セコードによって提唱された輸送用の剛性シリンダコンテナにおける貯蔵状態に応じて２相の流体を貯蔵することを記載しているが、どちらも輸送船上に最小限の量の残留ガスが残存する最も商業的に魅力的な貨物の運搬を達成するための効果的な貨物の排出手段を提供していない。また、セコードはどのように剛性シリンダコンテナから２相の流体を最もよく排出するかについての方法を検討していない。

ウッドオール他に交付された米国特許第６，０８５，５２８号、ボーエン（Bowen）他に交付された米国特許第６，４６０，７２１号、及びミンタ（Minta）他に交付された米国特許第７，１４７，１２４号は、低温においてＰＬＮＧを輸送するための高強度シリンダ（cylinder）を開示しているが、受入設備への運搬において、貨物を抽出して貯蔵庫における残留生成物量を最小限に減らす効率的な方法を示していない。シバーは非常に温かいガスと共にＰＬＮＧを外に運ぶ方法を示しているが、その方法は効率が悪く、かつその応用は暖かいガスが遠隔の供給源から収集可能である非常に特殊な運搬地点に制限される。

キャンベル（Campbell）に交付されて参照によって援用されており、本明細書において「キャンベル」と称される米国特許第６，３３９，９９６号、及びステニング（Stenning）及びクラン（Cran）に交付されて参考文献として組み込まれており、本明細書において「ステニング」と称される米国特許第５，８０３，００５号は、両者ともガスの高圧で室温のＣＮＧシリンダへの流入及び流出手段に取り組んでいる。しかし両発明者は非常に低温において天然ガス貨物の貯蔵効率を最適化するために必要とされる方法又はシステムに取り組んでいない。キャンベルは、垂直ＣＮＧ貨物シリンダの底側に連結された専用液体マニホールドを介して選択される個々のタンク又は列になったタンク底の間において液体を移動させることによって、ＣＮＧ輸送船内で荷重分配を均一にする手段を対象としているが、説明された貨物流体の流入及び流出による貨物貯蔵効率の損失を検討していない。ステニングは流入及び流出操作のいくつかの問題を制限する努力を行っているが、室温又は室温近くのＣＮＧをＣＮＧシリンダの最上部に出入させる移動の方法にのみ取り組んでおり、そこにかなりの量の液体を含有することに関する問題については検討していない。

排出が完了した後の貯蔵庫内の残留ガス量が多いほど、貯蔵設備又は輸送手段上においてより多くの貯蔵体積が必要とされる。これは、貯蔵又は運搬される貨物の目標稼動許容量又は体積を提供するために多数のコンテナが必要であることを意味している。貨物輸送コンテナにおけるヒールの経済的影響を抑制する１つの緩和方法は、いくらかのヒールガスを帰路又は帰航のための燃料として使用することである。しかしながら、燃料のために船上に維持されるであろう過剰な残留貨物は、商業的に不利益をもたらす永久的なヒールだと考えられている。

従って、貨物の供給源に戻る帰航のために必要とされる燃料供給を可能としながら、輸送手段において船上の残留貨物ガスの質量及び圧力を最小限に減らすように、単純ガス蒸気、高密度相流体、２相（気体と液体）流体、又は液体として貨物が存在するかどうかに関わらず、圧縮流体貨物（例えばＣＮＧ及びＰＬＮＧ）のより効率的な積込及び排出の必要性が存在する。また、十分な量の置換流体が貨物受入設備で利用不可能な場合において機能することができる効率的な積込及び排出システムの必要性も存在する。

米国特許第６，５８４，７８１号明細書 米国特許第６，６５５，１５５号明細書 米国特許第６，７２５，６７１号明細書 米国特許出願公開第２００２／００４６５４７号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１０６３２４号明細書 米国特許第３，２３２，７２５号明細書 米国特許第３，２９８，８０５号明細書 米国特許第６，２０２，７０７号明細書 米国特許第７，２１９，６８２号明細書 米国特許第６，９３２，１２１号明細書 米国特許第６，０８５，５２８号明細書 米国特許第６，４６０，７２１号明細書 米国特許第７，１４７，１２４号明細書 米国特許第６，３３９，９９６号明細書 米国特許第５，８０３，００５号明細書

本発明は圧縮流体を格納容器に積込むため及び格納容器から圧縮流体を排出するための方法を提供し、当該容器は貯蔵及び／又は輸送のために使用可能である。本発明は特に圧縮天然ガスの貯蔵及び／又は輸送に応用可能である一方で、本発明はその他の圧縮流体のために使用することもできる。一実施形態において、本発明は第１タンク内で目標貯蔵圧力に到達するまで圧縮流体ストリームを第１タンクに注入することで、圧縮流体をコンテナに積込む方法を提供する。第１タンクは上部及び下部を有しており、圧縮流体ストリームは下部に注入される。その後、圧縮流体ストリームが第１タンクの下部に注入され続けている間、ガスは第１タンクの上部から抜き取られる。ガスが流出する流速は、第１タンクの圧力を目標貯蔵圧力に近い所望の範囲内に維持するために操作される。

圧縮流体ストリームは、好ましくはジュール−トンプソン降下弁又は膨張弁をそれが通過することによって、第１タンクに注入される前に冷却されることが好ましい。追加の冷却は好ましくは必要に応じて提供されて、圧縮流体ストリームの温度は格納容器内において好ましくは約５０℃以内のバルク平均温度で維持され、より好ましくは約３０℃以内である。冷却は冷蔵冷却器によって、又は圧縮流体ストリーム内に冷却液体流体を注入することによって提供可能である。冷却液体流体が使用される場合、好ましくは圧縮流体ストリームとほぼ同じ化学組成を有する。例えば、圧縮流体が圧縮天然ガスである場合、液体は液体天然ガスである。

好ましくは、第１タンクの上部から流れ出るガスは、第２タンクに流入するか又は燃料又は他の使用目的のために使用される。第１タンクは好ましくは第２タンクに圧縮流体ストリームの注入が開始されるのとほぼ同時に閉じられる。第２タンクは上部及び下部を有しており、圧縮流体ストリームは第２タンクの下部に注入される。第２タンクの下部に圧縮流体ストリームを注入する間、第２タンク内で所望の温度を維持するために、ガスは制御された速度で第２タンクの上部から流れ出ることが好ましい。冷却又は極低温の液体が第１タンクに注入される前に冷却のために圧縮流体中に注入される場合、それは圧縮流体から液化及び落下するあらゆる液体と共に第１タンクの底において液体として蓄積可能である。第１タンクが閉じた後に、液体は第２タンクに流れ込む圧縮流体中へ注入するために回収及びリサイクルされる。

一実施形態においてコンテナ内に圧縮流体を積込むための方法が提供されており、それは第１タンク内に置換流体を注入することを含み、第１タンクは上部及び下部を有しており、置換流体は第１タンク内部の条件の下では気体である。置換流体及び／又は圧縮流体は第１タンク内で所望の圧力に到達するまで第１タンク内に注入されて、そこでは圧縮流体は第１タンクの下部に注入される。所望の圧力に到達した後、圧縮流体の第１タンクの下部への注入が継続されている間、置換流体は第１タンクの上部より外に排出される。第１タンクの上部より回収される置換流体の流速は、第１タンクにおける圧力をほぼ所望の圧力である所望の範囲内に維持するために調節又は操作される。従って、置換流体によって維持される背圧によって、置換流体が第１タンクの上部から流れ出ている間、所望量の圧縮流体が第１タンク内に含有されるまで、圧縮流体は第１タンクの下部に注入される。好ましくは圧縮流体の所望の温度は圧縮流体が第１タンクに注入される前に保持されている。

好ましい実施形態において、圧縮流体は圧縮天然ガスであり、かつ第１タンクは船又は荷船などの船の上部又は内部に位置する。充填操作の間にタンクから流れ出るガスは、船に動力を供給するための燃料として使用可能である。タンクは好ましくは船内で貨物倉に収納されて、タンクの列は輸送のための最終目標貯蔵圧力にて連続して充填されて、それは所望量が含有されてかつ弁を閉じてそのタンクの列が閉まるまで、次の列への頂部ガスの回収を連続的に行うことによって制御される。貨物倉は好ましくは断熱されており、かつ冷却流体はタンクから熱を取り除くために断熱貨物倉の内部及びタンクの外部を循環する。

本発明の他の実施形態において、方法は格納容器から圧縮流体を排出するために提供されている。好ましくは配管及び流体処理装置によって提供される流路は、格納システムに含有される圧縮流体を受入システムに排出するために格納システムと受入システムの間に備えられており、格納システムにおける圧力は受入システムにおける圧力よりも高い。格納システムは上部及び下部を有しており、流路は格納システムの下部に連結している。流路における実際の流速が所望の流速又はそれを下回るレベルまで格納システムにおける圧力が低下するまで、いかなる流体も格納システム内に加えることなく、圧縮流体は格納システムの下部から受入システムへ流れることが可能である。

一実施形態において、分離器は圧縮流体を低密度ストリームと高密度ストリームに分離するために流路に備えられており、格納システムにおける圧力が流路における実際の流速が所望の流速付近又はそれを下回るレベルに降下した後、分離器からの低密度ストリームがコンプレッサに注入される。低密度ストリームは置換流体を形成するために圧縮され、置換流体は格納システムの下部から外へ圧縮流体を押し出すために格納システムの上部に注入される。格納システムの上部に熱衝撃を与えることを避けることが好ましく、そのため置換ガスの温度を調整する必要があるかもしれない。高密度ストリームは受入システムへ流れる。

他の実施形態において、置換ガスを形成するために使用されるコンプレッサは一組の容器と置換えられる。置換流体は分離器から容器へと低密度流体を注入して所望量の低密度ストリームを容器内でトラップすることによって形成される。低密度ストリームはその後置換流体を形成するために加熱されて、置換流体は圧縮流体を格納システムの下部から押し出すために格納システムの上部に注入される。本質的に容器と同一のタンクは容器のフロー構成と並列にフロー構成中に配置されている。分離器からの低密度ストリームはタンクに注入されて、その一方で容器は置換流体を形成し、かつ一方で置換流体は格納システムの上部に注入される。容器及びタンクは圧縮流体を格納システムの下部から外へ押し出すために交互に稼働する。他の実施形態において、２つの加熱容器は分離器からの高密度ストリームを受入設備に押し出すために同様の方法で稼働する。

以下に説明される実施形態の詳細な説明は添付された単純プロセスフロー図と共に検討されることで、発明のよりよい理解が得られるであろう。

本発明において圧縮流体を格納容器に注入するための方法を示すフロー図である。 本発明における圧縮流体を格納容器から外へ排出するための方法であり、コンプレッサは圧縮流体の一部から置換流体を形成するために使用されることを示すフロー図である。 本発明において圧縮流体を格納容器から外へ排出するための方法であり、一対の加熱容器は圧縮流体の一部から置換流体を形成するために使用されることを示すフロー図である。 本発明において流体を受入設備に流し込むために気体流体の圧力を増加させるよう一対の加熱容器を使用する方法を示すフロー図である。

全ての図面は縮尺通りに示されておらず、図面は原理を示すことのみを目的としており、実施形態の原理を実行するために必要とされる全ての装置及び機器を示しているわけではない。

本発明は圧縮流体貨物を固定された又は移動可能な貨物コンテナに積込むこと、及び貨物をコンテナから排出することに対する画期的な手段を提供する。圧縮流体貨物は一般的にほぼ０℃以下の温度の安定な保存条件で冷蔵されている。輸送システムが積込及び除荷効率の両方に対応しなければならいため、本発明も同様に回収処理の終了時の格納システムにおける（帰航のための燃料として必要な量を上回る）残留流体量を最小限とするように、貯蔵及び／又は輸送のために使用される格納システムから貨物を排出又は回収するための手段を対象とする。

本明細書に記載されているコンテナは、気相、液相又は混合相である高密度圧力状態の幅広い種類の流体（例えば気体及び気体組成物）を効率的に保持するために設計及び使用可能である。天然ガス及び／又は天然ガス液体及びそれらに関連するか又は添加される不活性成分（多くの場合、単に天然ガスと総称される）の貯蔵及び輸送時の圧力は、（例えばビショップ又はセコードによって提案されるように）対応する稼働温度において貯蔵効率を最適化するよう選択される。複合天然ガスが約−１６０℃に到達する十分に低い温度で貯蔵されるとき、貯蔵圧力は約１．５バール絶対圧（おおよそ２２psia）のできる限り低い値で設定できる。天然ガスの成分の多くは、それらの大気圧での液化温度に到達する温度で貯蔵することによって、大気圧でおよそ１又は２バールゲージ（１４．５−２９psig）以内で一般に液体（例えばプロパン）として貯蔵される。水素のような軽質ガスであっても、約−２４０℃以下の温度で貯蔵されるときは、数バールの大気圧内の圧力で比較的高密度の状態でコンテナに効率的に貯蔵することができる。本明細書に記載されるコンテナは、セコード及びビジョップ特許から教授される圧力及び温度の多くの組み合わせにおいて使用することができ、天然ガス以外の流体などのそれらの範囲に入らない本明細書において説明される条件下であっても同様に使用できる。

圧縮流体を格納容器に充填する方法
図１を参照すると、貨物の積込は単純な流入プロセスとして管理されて、格納タンクは、正差圧によって原則的に空の貨物コンテナに注入される冷却加圧貨物の供給源１０から充填される。コンプレッサ１２は供給源から利用可能な圧力に応じて流路において必要であっても必要でなくてもよい。本発明は０℃をかなり下回る貯蔵条件を目的としているため、熱交換器１４ａ及び１４ｂによって提供される少なくとも１つの冷却段階は、供給圧力が貯蔵圧力と比較して非常に高い場合であっても必要である可能性が非常に高い。あらゆるの過剰圧力が利用可能で隔離弁組立体１６ｂを通ってパイプ２０を通過してコンテナ１８に入る場合、貨物流体は自動冷却を利用するためにジュール−トンプソン（Joule-Thompson）降下弁１６ａを通過する。そのような流入方法によって、格納容器に注入される貨物の圧力、温度及び状態は、格納容器内の圧力を室温近くから目標最終状態へと増加するのにともない実質的に変化することができる。コンテナ１８及びパイプ２０はそのような積込工程の間に経る圧力及び温度条件の範囲に耐えるための適切な収容量及び能力を提供するように単純に設計されるべきである。コンテナ１８は従来の厚い壁のシリンダ、又はその説明が参照によって援用されており、「圧縮流体の貯蔵、輸送及び取扱い（Storing Transporting and Handling Compressed Fluids）」の表題の上述された関連する発明において説明されるタンク又は容器である。

或いは、積込みの間に注入される貨物流体の圧力、温度及び状態は、冷却貨物注入の開始前にコンテナ１８の内部で構成された低密度ガス（好ましくは温かく軽いメタン）の充填によって、コンテナ１８の内部で形成された背圧を管理することで制御可能である。低密度ガスは、弁３０によってパイプマニホールドを通過してコンテナ１８の最上部から排出可能であり、そのときの速度は搭載されるシステムにインストールされた機器による測定値に基づいて管理される。現代のコンピュータシミュレーションは、背圧管理スキームが格納容器又は格納容器の上流にあるパイプ又は注入装置内の任意の場所において注入される貨物流体の所望のレベルの圧力、温度及び相制御の提供することを規定可能であり、そこにおいて技術的手法は効率的な積込操作及び機器の性能を確保するために特定の条件及び流体相を維持することを望むため、最初のガス充填は最終目標圧力である必要はない。

以下に好ましいモデルをより詳細に示す。始めに、タンク１８は「空」であると考えられるが、場合によっては最終目標温度でない低温にて低圧ガス（例えば貨物／天然ガス又は不活性ガス）が充填されている。空のタンクを充填するための方法は、もし必要であれば、コンプレッサ１２による圧力供給を伴う供給源１０からの圧縮ガス（例えば天然ガス）のフローで開始する。圧縮ガスは冷却又は低温要素１４ａを通過することによって冷却又は低温にされて、その後貯蔵タンク１８に向けられる。過剰な圧力が利用可能であれば、ストリームはジュール−トンプソン（J-T）弁１６ａに向けることができる。貨物流ストリームの温度はJ-T効果によって更に下がる。

水和阻害剤の注入は、これらの工程の冷却段階の間に起こることが予測される貨物流体ストリーム中の水の量、温度及び圧力に依存して、この点の上流に要求される。更なる冷却が必要とされる場合、格納容器に導入される流体が所望の注入温度であることを確保するために熱交換器１４ｂが使用可能である。更なる水和阻害剤は本段階の前に注入可能であり、もし必要であれば液体不活性化要素（liquid knock-out element）を注入することができる。

貨物流体ストリームが開放弁１６ａ及びパイプ２０を通過して貨物コンテナ１８に入るにつれて、最も冷却され高密度の流体は上部２６の上方の気相と共にコンテナ１８の底部２４において蓄積する傾向がある。貨物が天然ガスである場合、天然ガス液体（NGL's）はコンテナ内で発生する温度によってガスから落下するが、最終貯蔵圧力は落下を防ぐ又は制限するように選択可能である。貯蔵圧力及び温度の更なる情報を得るためにセコード及びビショップ特許を参照のこと。コンテナ１８は、積込、排出及び安定な貯蔵操作のために必要であれば低い温度に管理可能であることを確保するために、断熱エンクロージャ２２内に固定される。

冷却貨物流体（例えば液体、高密度相流体、又は液体を覆うガス）は図１に示されるように、閉鎖弁組立体３０の後方の貯蔵タンク１８に蓄積される。温度は一時的に最終貯蔵目標温度を下回るが、格納容器に使用される材料は、圧縮の熱による一時的な温度の上昇と同様にジュール−トンプソン効果によって発生する最小限温度を許容しなければならない。

貯蔵タンク１８内に流体が蓄積するにつれて、圧力は、格納容器内に導入されて蓄積する流体の温度が目標最終貯蔵温度に到達又は超え始めるレベルまで上昇する。この時点において、最上部の弁組立体３０はフロー制御装置３２の下で開放されることによって、いくらかの最も温かいガスを燃料使用のために取り除くこと、冷却のためにリサイクルすること、及び／又は圧力又はフロー制御弁の下で貨物流体のそれらの充填をまだ受けていないタンクに移し変えることが可能である。この最後の手段は（タンクからタンクへの）カスケード法、又は全ての残りの未充填タンクは現在積込みされているタンクから排出される流体を受け取る事ができる。

圧縮ガスは、コンテナ１８内で目標貯蔵圧力に到達するまで、場合によっては降下弁１６ａ、及び／又は冷却器１４ａ及び１４ｂによっていくらか冷却されて、最初に供給源１０からコンテナ１８内に流れ込むことが可能である。圧力及び温度センサはコンテナ１８及び／又はパイプ２８及び／又はパイプ２０に備えられている。

貨物流体が開放弁３３ａを通過してタンク１８ａの底に入るとき、タンクの底に入るより冷たく高い密度の流体の上部に蓄積する軽量で暖かい流体（例えばメタンガス）は、圧力制御装置３６の制御下で開放上側弁３４ａから弁３４ｂ及び３４ｃを通過してタンク１８ｂ及びタンク１８ｃの上側に排出される。タンク１８ｂ及び１８ｃの底の弁３３ｂ及び３３ｃは閉じられているため、上側から導入されるガスがタンク１８ｂ及び１８ｃ内に蓄積する。同時に、弁組立体３０のフロー制御装置３２は、タンク１８ａから排出されるガスのある割合を貨物格納システム（例えば船上のエンジンルーム）と連結された設備位置まで燃料３８として送ることが可能である。

冷却又は少し冷却された流体がタンクの底側に向けられるにつれて最も暖かいガスを最上部に位置させることができるため、輸送機関の閉鎖及び出発前に目標の（バルク質量の平均）貯蔵温度に達成することを確保可能である。冷却の最終段階の直ぐ下流における貨物流体の密度は、格納容器内で圧縮の影響による熱を経た流体よりも高い可能性がある。この違いによって、格納容器内のバルク平均温度は、貨物コンテナに入る最終的な流体が既に貯蔵庫に蓄積されてかつ最上部より放出されるものより更に冷たく高密度であるように実現することができる。

タンク１８において流体の温度を更に制御するために、乾燥空気、船上ＩＧ、又は窒素などの冷却不活性ガスを、タンク１８の外側周囲の断熱貯蔵エンクロージャ２２内で循環させることが可能である。タンク１８周囲の空間を通過して循環される冷却不活性ガスはタンク１８から熱を取り除き、かつ全ての弁が貯蔵及び／又は輸送のための含有流体を隔離するために閉じられたときに、目標貯蔵温度を実現することを確保できるよう補助する。

断熱貯蔵エンクロージャ（貨物倉）２２は冷却不活性ガスを循環させるために（もし必要であれば危険な環境用として認定される）１つ又は複数のファンを備えることができ、個々の貨物コンテナ１８の外部表面は、貨物コンテナからの熱交換を増加させ、かつ内部圧力の増加による熱形成を制限するために、粗い表面で修飾されるか又は熱交換フィンが取り付けられる。このことはコンテナの最上部付近の暖かい貨物ガスを除去及び／又は再利用する必要性を制限又は除去するのに役立つ。

図２は貨物コンテナに導入されるフローストリームが適切に冷却されることを確保するための他の手段を開示している。この方法において、供給源１０からの主要供給ガスストリームは積込ターミナルでリザーバ４２からの極低温供給液体と混合される。混合比率（すなわち、極低温液体量と最初の供給ガス量との割合）を調節することによって、注入フローストリームが貨物コンテナに入る際の温度を制御することができる。ノタロ（Notaro）他に交付されて、本明細書に参照によって援用されている米国特許第５，９３４，０８１号は、これの要約によると、「シリンダの内容物の周囲温度を超える逸脱を避ける一方で、シリンダを迅速にガスで充填するためのシステムであり、シリンダ充填ガスは、一段階で同時に充填ガスを製造しかつ充填ガスの温度を制御することで後の迅速な充填速度を実現するために、加圧ガスと混合されている加圧低温液体を気化させることによって製造される」と説明している。しかしながら、ノタロは海上での天然ガスの大量輸送のために大きなタンクを充填することには取り組んでいない。ノタロは、発明におけるコンテナが温かいガスを排出するための流路、又はコンテナ内に入った時点で貨物流体を冷却する手段を有さないため、閉じられた貯蔵コンテナにおける最終温度が目標貯蔵温度を超えないよう、車両用燃料シリンダの内部で圧縮の影響による熱を打ち消すために混合ストリームが次第により深く冷却されることを確実に行うことに依存している。

本発明の図２に示される実施形態は、船（又はトラック又は鉄道車両）上の又は地上／地中に固定された大きい貯蔵タンクから非常に大きい貯蔵タンクまでが、混合後における圧縮の影響によるあらゆる熱を打ち消すのに十分に低い温度で、主要供給源１０からのガスと簡易リザーバ４２からの極低温液体を含む混合冷却流体ストリーム（例えばそのターミナルにおいて貯蔵庫からのＬＮＧ又はＮＧＬと混合されており、パイプラインによってターミナルに運ばれる遠隔ガス供給からの天然ガス）によって満たされることを提供しており、その温度は、積込まれるタンクの表面を介した熱除去によって、及び／又はその他の貨物コンテナへの移動及び／又はターミナル（又は船上）における実用的な燃料の使用のためにタンクの最上部から外に温かく軽い流体を抜き出すことによっては低下しない。供給源１０からのガス供給がコンプレッサ１２を必要とする場合、冷却のためにいくつかの形態の熱交換器１４がシステムに含まれる可能性がある。例えば、必要な冷却は、特にパイプラインが水域を通過する場合、圧縮貨物ストリームを熱交換器１４ａとして機能し得る十分に長い接続配管を通過させて流すことによって簡単に達成することができる。

貨物積込方法の本実施形態において、冷却混合ストリームが底側パイプ２０における開放弁を通過してポンプ４４を使用して注入される間、上側の弁要素３０は閉じられるために、格納容器内の混合流体の温度は内部圧力がほぼ周囲圧力から最終貯蔵圧力まで徐々に増加するにつれて大きく変化する可能性がある。２つの流体ストリームの混合速度は、徐々により冷たい流体ストリームが注入されることを確保するためにポンプ４４を通る流速を変化させることによって調節でき、かつそのように注入される最終量は十分に冷たいため、確実に目標最終貯蔵条件に到達することができる。一般的には、ガスストリームを極低温流体に溶解させるための試みは必要ない。混合ストリームのバルク平均温度は上述されたように管理可能である。

混合流体の積込方法の好ましい実施形態によると、貨物コンテナを目標貯蔵圧力に到達する段階まで比較的暖かいガスによって最初に充填可能である。最初のガス充填は、主要供給ガス１０とリザーバ４２からの極低温流体を、後の貨物充填作業の間に使用されるものよりも冷却液体に対してより高い温暖ガスの質量比にて混合させて、かつ比較的温かい混合ストリームを閉鎖弁３０に対抗して格納容器に注入することによって行われる。充填工程のこの事前の充填段階の間における内部流体温度の上昇は、目標内部圧力に到達する間に（例えば上述された貨物倉空調システムによって）表面を介して熱を除去することでいくらか軽減することができる。その後、（リザーバ４２からのポンプ要素４４を通過する流速を上昇させることによって）主要供給ガスの極低温流体に対する質量割合を減少させることによって、より冷却された混合流体ストリームは弁３０の圧力制御装置３２によって維持される背圧に対抗して貯蔵コンテナに注入可能であり、その圧力制御装置３２は、まだ貨物が十分に充填されていない船上の任意のタンク（又はタンク群）に対して充填されているタンク（又はタンク群）の最上部から暖かいガスストリーム５４を、燃料として使用するため、及び／又は貯蔵コンテナに注入される貨物ストリームと再混合させるために移動させることができる。配管及び格納システムに対する熱衝撃を避けるために、今説明された工程において事前の充填として使用される暖かい流体（例えばガス）は、これらの要素が迅速な温度変化のストレスに適応するように設計されていない限り、約５０℃以内であるか、目標最終貯蔵温度を上回っていることが好ましい。

主要貨物積込段階よりいくらか前にコンテナを事前充填することによって、加圧によって誘発される圧縮のあらゆる過剰熱は最も冷却された貨物ストリームの注入の前に軽減される時間を有する。段階的な連続積込操作は、船上の全てのタンクが、それぞれの列の最終積込のちょうど1時間又はそれくらい前に、又は最後の段階的な連続積込操作の前の（数時間以内の）逐次工程において同時に分離した列に事前に充填されるかどうかに関わらず、自然に熱放散のための機会を提供する。圧縮熱が放散されるにつれて、コンテナ内の圧力は降下するため、事前の充填は主要貨物積込の直前に追加しなければならない可能性もあることに留意しなければならない。なぜなら１）内部のガスは少なくとも約５若しくは１０℃又はそれくらいに暖かくなければならず、従って最終充填貨物ストリームよりも軽く、かつ２）最も冷却された貨物ストリームの積込に対する背圧は目標最終貯蔵圧力又はその付近である必要があるからである。

図３はタンク１８ｄ、１８ｅ及び１８ｆの底から液体を回収するための並列パイプヘッダー６０を示している。弁６２ｄ、６２ｅ及び６２ｆはパイプヘッダー６０からタンク１８ｄ、１８ｅ及び１８ｆそれぞれに入る導入口ライン上にある。隔離弁６４ｄ、６４ｅ及び６４ｆはタンク１８ｄ、１８ｅ及び１８ｆそれぞれと底側流路に位置するパイプヘッダー６６との間のライン上に位置する。上側弁６８ｄ、６８ｅ及び６８ｆはタンク１８ｄ、１８ｅ及び１８ｆそれぞれをヘッダーパイプ７０に連結させて、それぞれのタンクが一つの積込列を示すようにタンクを隔離する。同時に積込むために一緒にグループ化されている複数のタンクの列は、１つ又は複数のタンクを備えているが、明確にするために一列につき１つのタンクのみが示されている。

示されているように、列／タンク１８ｄは既に混合流体貨物で完全に充填されており、弁６２ｄ、６４ｄ及び６８ｄが閉鎖されることによって隔離されている。主要貨物隔離弁７４は船全体に積込む次の段階の作業のための準備においては閉じられている。この時点において、いくらかの最も冷却された最高密度の液体は選択的な弁操作によって列１８ｄの底から回収され、液体リザーバに戻されるか又は次に積込まれるタンクに注入される流体ストリームと混合される。図３において、列１８ｄの弁６２ｄは開放されることによって、列１８ｄの底における最も冷却された最高密度の流体を装置８４及び弁組立体８６の制御の下でポンプ４４の吸い込み側に（又は場合によっては低温リザーバ４２に）抜き出すことが可能である一方で、混合流体貨物ストリームはマニホールドヘッダー６６及び開放弁６４ｅを通過して列１８ｄに向けられる。弁６２ｅ、６２ｆ、６４ｄ、６４ｆ、６８ｅ及び６８ｆは閉じられたままである。それの貨物充填工程の間に列内で蒸発しない任意の極低温液体を使用することは、次の列に向けられるフローを冷却することに関していくらかのエネルギー節約をすることが可能である。

供給源１０からの流体と積込ターミナルの極低温流体との間の混合速度は多くの因子に依存しており、供給源１０からの流体の圧力、温度及び目標質量流量；混合に利用可能な極低温流体の分子量及び温度；及び一体となったフローストリームがコンテナに注入される速度に依存する格納容器内の発熱速度；暖かい流体が上側パイプを介して抜き出し可能な速度；及び／又は熱がコンテナから放出され得る速度を含むが、これらに限定されない。

輸送の準備を行うために、貨物格納容器はシステムが排出場所へ輸送される準備をできるよう完全に分離される。格納容器が固定位置において機能する貯蔵設備の一部である場合において、この状態は静止貯蔵状態と称される。

貨物エンクロージャ２２の周囲は工業的に利用可能な断熱材料（例えば、ＴＩ マリン コントラクティング Ａ／Ｓ（TI Marine Contracting A/S）から入手可能な溶射ポリウレタンフォーム）によって適切に断熱されており、それは貨物空間の空気調節と共に、放射線（例えば太陽）から又は周囲の流体（例えば空気又は水）から熱を得る傾向を制限することによって、内部圧力は格納システムの許容値を超えないこと又は圧力開放弁に貨物を周囲へ開放させないことを保証することが可能である。

また、暖まってコンテナの最上部まで上昇する貨物流体は、実用用途（例えば冷蔵）又は輸送操作（例えば船推進）に対する燃料の必要性に応じて上側パイプ２８から装置３２の制御下における弁３０を通して燃料として抜き出し可能である。（図示されない）燃料調整パッケージは、燃料の要件に適合しない放出された流体ストリームのあらゆる部分を取り除くために、フロー制御弁３０とエンジンルームとの間に挿入可能である。取り除かれたサイドストリームは貯蔵コンテナに再注入可能である。静的保持期間又は排出位置へ輸送される間に圧力が上昇するあらゆる傾向は、燃料として使用するためにガスを抜き出すことによって相殺することが可能である。一般的な状態において、熱利得は圧力上昇速度が船のための燃料を抜き出すことによる圧力の低下を相殺することを保証できるように、断熱特性及び断熱構造の厚みは選択可能である。本明細書に記載の方法を実行するために、必要なセンサ（少なくと圧力、温度及びフローの表示）、コントローラ、及び好ましくは様々な流体ストリームのフロー、温度及び圧力を管理するためのコンピュータ化された制御システムを有することが好ましい。

また、選択的に貨物流体を抜き出すためのタンク隔離弁の操作によって、任意の個々のタンク又は相互接続されたタンクのグループ列の内部圧力が設計許容値内に留まることを保証できる。積込まれた貨物船は湾岸施設に到着し、そこで船上の混合貨物流体を所望する様々な客に対してその貨物を荷降ろしすることができる。

上述された方法は様々な圧縮ガスを貯蔵のため又は輸送のために格納容器に注入、積込又は充填するために使用することができる。現在の商業的関心の例として、ガス井又は油及びガスの井戸又は複数の井戸がある区域から天然ガスが場合によっては燃料として又は化学原料として使用される場所に天然ガスが輸送されることがある。ガスは遠隔のガス田からパイプラインによって海港に運ばれて、ガスが使用又は消費される場所に輸送するためにガスは海港で船に積込可能である。この目的地はパイプライン又は貯蔵システムなどの受入設備を有している。

天然ガスを供給源からその顧客へ輸送するためにパイプラインを使用することが実用的でない場所では、しばしば船舶、好ましくは船を使用した洋上での含有移動輸送方法が使用されてきた。現在、船により天然ガスを輸送するための３つの選択肢があり、それらはすなわち、ＬＮＧとして輸送するために天然ガスを液化すること、ガスを輸送のために約３，０００ｐｓｉの圧力で貯蔵タンク内で圧縮すること、又は２，０００ｐｓｉ未満の圧力でセコード及びビショップ特許においてそれぞれ開示されたように混合相又は高密度相流体として輸送するためにガスを圧縮及び冷蔵することである。ＬＮＧの選択肢は液化装置及び関連する設備において莫大な資本投資を必要とし、それは非常に多くのガスが輸送される場所でのみ経済的に正当化可能である。高圧法はその利用法を有するが、そのような高圧の応力に耐えうる貯蔵タンクを必要とし、かつそのような貯蔵タンクは非常に厚い壁を有する。従って、含有される天然ガスの質量及び価格は、高圧法に必要な貯蔵コンテナの質量及び価格と比較すると相対的に低い。多量の金属が輸送されるが、ガスは相対的にわずかとなる。

ビショップ及びセコードによって説明される貯蔵選択肢は極低温液化選択肢と高圧選択肢との間の妥協案のようなものである。液化装置における多額の資本投資を避けることができ、かつ高圧法の非常に厚い壁のコンテナも避けられるため、輸送される金属の質量と比較してより多くの質量のガスを輸送可能である。ビショップ及びセコードの選択肢は、「圧縮流体の貯蔵、輸送及び取扱い（Storing，Transporting and Handling Compressed Fluids）」と題された関連する発明に説明されたコンテナが使用されるとき、より有効となる。これらのコンテナの１つの例は、丸角を有する正方形の横断面を有して、場合によっては、角が１ｍの半径で幅が４ｍ、かつ１０から３０ｍの高さを有している。コンテナの壁は従来技術で使用される剛性シリンダよりも更に薄く、かつコンテナに過度のストレスをかけることなく壁厚の数倍分だけ外側に曲げたり内側に縮ませることが可能である。関連する発明の輸送システムは、貨物倉の壁によって安価に提供可能な外部支持を利用し、かつ長方形の横断面によってより小さい船が使用できるよう非常に効率的に空間を使用可能である。

本発明が高密度相の選択肢においてどのように適用可能かを調査する価値がある。発明の1つの目的は必要に応じてできるだけ多量の貨物を貯蔵コンテナに積込むことである。天然ガスが高圧源からコンテナにただ流入することが可能である場合、圧力が等しいときのコンテナ内におけるガス量は所望量よりはるかに少ない。関連技術の記載は、所望量の冷却圧縮天然ガス流体が貯蔵庫に含有されるように、コンテナ内の圧力を管理する方法として、貯蔵コンテナ内で置換流体を使用することを説明している。ビショップは置換流体としてエチレングリコールと水との混合物を説明しているが、ポンプ及び貯蔵タンクなどの設備はビショップの置換流体に必要とされる。本発明の１つの利点は、所望量の天然ガス貨物をコンテナ内に貯蔵可能なように置換流体が貯蔵コンテナ内の圧力を管理するために使用されても、置換流体のための追加の設備は必要ないことである。実際、冷却圧縮貨物それ自体として輸送されることを目的とする天然ガス供給は置換流体として使用可能であるが、置換流体は異なる圧力及び温度状態にあるため、貯蔵貨物流体と比較して異なる密度を有する。

置換流体は貯蔵コンテナ内部の圧力を管理するために使用されて、それは貨物流体が貯蔵庫内に注入されることに対抗する背圧を形成する。以下の実施例を考慮すると、天然ガスは世界中のいくつかの遠隔地の砂漠又は海洋における多数の井戸から収集されて、船が停泊可能な収集場所へパイプラインによって運ばれる。ガスは地中の深いところから来るため、又は圧縮されているため自然には高圧下におかれている。パイプライン中のガスは一般的に６００から２，０００ｐｓｉの間、かつ多くの場合９００から１，２００ｐｓｉの間であり、それは圧縮天然ガス又はＣＮＧと称されている。船は収集場所で停泊し、及びパイプ及び／又はホースは、パイプラインから船内の貨物倉内の貯蔵コンテナへの流路を提供するために使用される。冷蔵熱交換器は流路に備えられており、それは収集場所又は船上に位置するが、収集場所と連結することで、個々の船がその配送場所まで輸送する間に所望の貯蔵温度の特定範囲内で貨物を保持するために必要とされるよりも更なる冷蔵システムを必要としないことが好ましい。パイプライン中のＣＮＧの圧力が船内の高密度相におけるＣＮＧの貯蔵のために望まれる圧力よりも低い場合、流路においてコンプレッサが必要となる。拡張弁又はジュール−トンプソン降下弁が流路に備えられることが好ましい。パイプライン上の主要弁、船のための主要弁、及びそれぞれの貯蔵タンクのための弁を含む多くの弁が流路に備えられる。

収集場所に停泊する船は空の貯蔵タンクを有しており、タンク内にはおおむねガスのヒールが残っているため全くの空ではないが、空と考えられる。本発明の一実施形態において、流路は貯蔵タンクの底に備えられており、その貯蔵タンクは多くの場合、単一貯蔵タンクとして機能するために一緒にマニホールド連結された一列の複数のタンクであろう。弁は開放されると、ＣＮＧは貯蔵タンクの底に流入し始める。流路における温度は、流路におけるパイプ及び装置、又は船上のパイプ、弁及び貯蔵タンクへの熱衝撃を避けるために制御されることが好ましい。短期間の間の著しい温度差に耐えることができる金属組成物が利用可能である一方で、標準金属が急速に冷却される場合又は最低温度以下に冷却される場合に脆化する可能性がある標準的な金属組成物をパイプ及び装置に使用することはより費用効率が良い。ビショップの条件が高密度相の貯蔵のために使用される場合、ＣＮＧの温度は約−４０℃であり、かつ圧力は約１，０００ｐｓｉから２，０００ｐｓｉの間、好ましくは１，２００ｐｓｉから１，８００ｐｓｉの間である。セコードの条件が混合相の貯蔵のために使用される場合、圧縮貨物の温度は約−１６０℃から約−４０℃の範囲であり、かつ圧力は約２００から１，０００ｐｓｉの間である。圧縮流体の積込及び貯蔵温度条件は非常に幅広く変わる可能性があり、一般的に約−１８０℃から約１０℃の間、多くの場合は約−１６０℃から約０℃の間、好ましくは約−１４０℃から約−４０℃の間であり、約−１２０℃から約−６０℃の間であってもよい。圧縮流体の積込及び貯蔵圧力条件は非常に幅広いが、一般的に約１００ｐｓｉから約２，０００ｐｓｉの間、多くの場合は約２００ｐｓｉから約１，８００ｐｓｉの間である。ＣＮＧの高密度相貯蔵の場合、圧縮と冷蔵との間にはトレードオフがあり、より強く冷蔵（より低温）してかつより弱く圧縮（より低圧）するか、又はより弱く冷蔵（より高温）してより強く圧縮（より高圧）することができる。ビショップは高密度相貯蔵において特定のガスの圧縮係数を最小限にする温度−圧力の組み合わせを選択することを推奨している。収集場所におけるガスの圧力、圧縮及び冷蔵の利用可能性、及び船上のパイプ及び貯蔵容器の精錬は、所望の積込及び貯蔵における温度及び圧力の決定において考慮される要素である。「高密度相流体上のガス」の置換操作における置換ガスの使用は、ジュール−トンプソン効果を管理又は除去する背圧に対抗して注入することにより、パイプシステム、弁及びタンクを損傷する可能性のある温度降下に曝すことなく、非常に冷却された貨物の注入を可能にする。

船の停泊、流路において開放される弁及び貯蔵タンクの底に流れ込むＣＮＧによって、貯蔵タンクに流入するＣＮＧの温度は、大きな温度差及び温度の急激な変化を避けるために制御される。例えば、パイプの設計及び精錬に依存して、流入するＣＮＧと貯蔵タンクとの間の温度差を６０℃未満、好ましくは５０℃未満、より好ましくは３０℃未満、最も好ましくは２０℃未満に維持することが望まれている。船上のＣＮＧの温度は、降下弁を通るＣＮＧの流速を調節することによって、又は冷蔵冷却器によってＣＮＧから除去される熱量によって制御可能である。また、温度はＣＮＧの流路内に極低温流体を注入することによっても制御可能である。

貯蔵タンクは始めは置換ガスによって満たされており、始めに注入されるＣＮＧは後に貨物として積込まれるＣＮＧと比較して相対的に暖かくかつ低密度であるため、本実施例における置換ガスは始めに貯蔵タンク内に流入するＣＮＧによって提供される。比較的暖かく低密度のガスは、貯蔵タンク（又はタンクの列）において所望の圧力に到達するまで貯蔵庫に流し込まれる。現在貯蔵タンク内に含有されているガスは置換ガスである。この置換ガスは、異なる供給源が利用可能である場合、貨物ＣＮＧよりもむしろ異なる供給源から供給することができ、それは貯蔵タンクの最上部に注入可能である。貨物ガスは容易に利用できるため貨物ガスを使用することが好ましく、タンクの底は貨物流体が注入される場所であるため、タンクの底に積込まれることが好ましい。

好ましくは貨物を輸送するのに望ましい圧力近く又はその圧力である所望の圧力まで置換ガスが貯蔵タンクに満たされた後、本実施例において冷却された高密度な圧縮天然ガスである冷却高密度貨物流体を直ちに積込むためにタンク内は十分に高圧であることによって、貨物積込みを開始することができる。配管、装置及び貯蔵タンクの温度は一般的に置換ガスの注入開始時に一時的に低下する。しかしながら、タンク内部の温度は、圧力が所望の又は目標圧力まで上昇するにつれて圧縮熱によって上昇する。本実施例に置いて、所望の圧力は約１，２００ｐｓｉであると仮定し、かつその圧力は輸送のための目標貯蔵圧力であると仮定される。置換ガスがタンクを充填する間、置換ガスのみがタンク内に流し込まれて、その他のガス又は流体はタンクに導入又は排出されない。しかしながら、意味の混乱を避けるため、置換ガスは貨物流体、本実施例においては圧縮天然ガスと同じ供給源に由来するため、いくらかのより冷たくより高密度度の貨物流体は一時的に貯蔵タンクの底に蓄積されて、その一方で低密度ガスは貯蔵タンクの上部において置換ガスとして蓄積されることが好ましい。

置換ガスの圧力が目標の圧力に到達すると、貯蔵タンク（又はタンクの列）の最上部のオーバーヘッドバルブは、いくらかの置換ガスを貯蔵タンクから放出開始できるよう、制御可能にわずかに開放される。圧力制御ループはタンクの内部で圧力を維持するために設置され、圧力制御ループは貯蔵タンクの上部における置換ガスの圧力の計測器であることが好ましい。圧力制御ループは精巧なコンピュータ制御を使用する自動制御であるか、又は圧力センサから制御弁への単純な制御ループであるか、又は手動制御の弁であってもよいが、タンク内部の圧力は目標圧力付近で適切な変動内において制御されなければならない。この方法において、背圧は貨物積込操作のために制御される。

背圧がタンク内で目標圧力に維持されている間、冷体高密度貨物流体はタンクの底から注入される。流路において貨物流体のために提供される冷却量を調節することが必要であっても必要でなくてもよい。置換ガスの圧力が目標圧力まで上昇する間に、降下弁及び一組の冷蔵冷却器が使用され、これは貨物を所望の温度まで冷却させるために必要とされる全てであろう。本実施例において、置換ガスを排出することに関する圧力制御ループの設定値である目標貯蔵圧力は、約１，２００ｐｓｉである。１，２００ｐｓｉの目標圧力に対応する所望のバルク平均貯蔵温度は本実施例の説明において、約−４０℃である。当業者にとってビショップ及びセコード特許における教示は周知であり、貯蔵タンクに含有される貨物の所望の温度及び所望の質量を決定することができる。貨物の積込における１つの目的は、貯蔵コンテナ内で所望量の貨物に到達することであり、本発明はその目的を達成することを助ける。貨物の積込温度は、ジュール−トンプソンの拡張効果によって、冷蔵冷却器によって、及び／又は極低温流体を貨物積込流路中で貨物流体に注入することによって制御される。冷却高密度貨物流体がコンテナの底に積込まれるにつれてコンテナの最上部に蓄積する温かく軽い置換ガスを制御しながら放出して貯蔵コンテナ内の圧力を管理することによって、所望量の貨物をコンテナ内に充填することができる。また、温度は熱衝撃を避け、かつ目標貯蔵温度に到達するように管理されることが好ましい。コンテナ内の貨物量はロードセルによって直接測定されるか、又は貨物流体の組成並びにその圧力及び温度を基にした算出により推測可能である。

格納容器から圧縮流体を排出するための方法
貯蔵タンクの上側からの気相貨物流体と貯蔵タンクの底側からの液体の両方の排出を同時に開始することが可能な一方で、液体が最初に排出される方法を以下に示す。貯蔵庫にわずかな液体があるか又は非常に多くの貨物流体が液相である状況において、液体を始めに排出することは理にかなっている。それ故、底のパイプを通過するフローを制御する弁は、最も高密度な流体（例えば液体）が最初に排出可能なように開放され、その際これらの最も高密度な流体を格納容器の外（及び船外）へ出すために貯蔵圧力を使用する。気相が存在すると、ガスキャップは拡大して内部温度は低下し、貨物の気体部分の制御された排出の前に、いくらかの追加のガスを液体に凝結して落下、流出させることができる。タンクの底において高密度流体の排出を所望の速度に維持する必要がある場合、加圧された低密度置換ガスは貨物の除荷を続ける必要な場合には、上側のパイプを介して注入可能である。

本発明に基づいてこの目的のために使用される置換ガスは、（現在又は以前の運搬による）船から排出される貨物流体から分離するサイドストリームを含むため、貨物又は貨物容器に適合不可能な遠隔の供給源の流体は使用されないであろう。置換ガスは貨物流体から分離するサイドストリームであるため、置換流体と置換される貨物との間の混合についての懸念はない。置換操作が完了した後、天然ガスが貨物である故に上側置換流体として使用される場合、天然ガス量を帰航のための燃料供給に必要であろう量よりわずかに多い量に制限するために出発に先立って、コンテナ内の残留ガスを制限するために掃気することができる。

図４ａ及び４ｂを参照すると、流体貨物を排出するためのこの方法がより詳細に記載されている。図４ａにおいて、貨物コンテナ１８の底２４における高密度流体又は液体（おそらくＮＧＬ）は、コンテナ１８の上部２６におけるガスキャップの下方にある。貨物排出工程を開始するために、排出流路は、分離器９４へのパイプ２０を通過して装置１００のフロー制御の下で、底側隔離／分離弁（図示されない）及び主要排出弁組立体１６ｂを開放することによってコンテナ１８から提供される。分離器９４は貨物排出ストリームを、パイプ２０ａを通って受入設備９６へ流れる高密度ガスストリーム９４ａと、パイプ９８を通る低密度ガスストリーム９４ｂとに分離する。陽圧差は受入設備９６への排出を開始させる。弁組立体１６ｂにおける（又は受入設備内の）フロー及び圧力制御装置１００は、必要に応じてフロー圧力を受入設備９６（例えば分留プラント又は受入パイプライン）の圧力上限内に低下させることを含んでいてもよい。

コンテナ１８内の圧力が、貨物の最初の液体部分を船から受入設備９６へ排出するために不十分で、もし追加の移動エネルギーが要求される場合、高密度流体をタンク１８の底から遠隔貯蔵庫又は処理施設へ移動させるために、任意の必要な追加の加圧を提供するようポンプをライン２０ａに含むことが可能である。船内の全てのタンクはもし要求されれば同時に排出可能である。

図４ａを参照すると、貨物の液体部分が排出された後に、気体貨物流体はコンテナ１８内の圧力の下でライン２０及び２０ａを通過して受入設備９６へ排出される。コンテナ１８内の圧力が受入設備９６への排出に対する所望の速度を維持するために必要な水準よりも下に降下した後、弁９８ａはライン９８において開放されて、かつ分離器９４によって排出貨物から取り除かれた低密度ガスストリーム９４ｂはコンプレッサ１０２に供給される。コンプレッサ１０２は置換流体を形成するために低密度ガスストリームを加圧して温める。置換流体はライン１０４、装置３２のフロー制御下にある上側弁組立体３０、及び配管２８を通ってコンテナ１８の最上部に流入し、そこで置換流体の高圧によってコンテナ１８の底におけるより冷却された気体貨物流体は受入設備９６へ排出される。置換流体の温度及び圧力は、このより温かくて軽い置換流体をコンテナ１８の最上部に注入することによって、残留しているより冷たい気体貨物流体を底の流路２０から確実に排出できるように十分に高くなければならない。置換流体は貨物流体の加圧された部分であるにすぎないため、貨物流体と完全に適合する。

要約すると、最初に、液体貨物流体はコンテナ１８において液体部分の上に位置する気体貨物流体の圧力によってコンテナ１８の底から外に押し出される。液体貨物部分は分離器９４の底を通って外の受入設備９６に流れる。もし必要であるか又は有効な場合、ポンプは排出される貨物の液体部分を送るためにライン２０又はライン２０ａにおいて使用可能である。液体部分が排出された後、冷却気体貨物流体は、パイプ２０を通り、分離器９４の底を通過して外の受入設備９６に至る補助されないブローダウン及びフローによってコンテナ１８の底から外に排出開始することができる。貨物流体が受入設備９６へのフローを効果的に行うためのコンテナ１８内の貯蔵圧力エネルギーがもはや十分でなくなったとき、分離器９４からの低密度ガスストリームがライン９８を通過してコンプレッサ１０２に流れるように弁９８ａを開放でき、コンプレッサ１０２は置換流体を形成するために低密度ガスストリームの圧力及び温度を上昇させる。置換流体はコンテナ１８の最上部に流れて、そこではコンテナ１８の底においてより冷却された高密度気体貨物流体を貨物コンテナ１８の底からパイプ２０を通過させて受入設備９６へ移動させるよう十分に圧力を上昇させる。いくつかの状況において、受入設備９６は適切で経済的な置換流体を提供可能であるが、本発明では、貨物流体それ自体の一部が圧縮流体貨物を排出するための内蔵型、連続サイクルを提供するための置換流体として分離、圧縮及び使用することができる。

非常に冷たく豊富な天然ガス及びＮＧＬ貨物を排出させるために希薄天然ガス（メタン９５％以上）の注入が開始されると、希薄ガスストリームは、過剰な熱衝撃から貨物格納容器及び配管システムを保護するために、置換工程の開始時に貯蔵貨物流体と同じくらいに冷たくなる（約２５℃以内）。貨物配管と貯蔵システム内に含まれる流体とが軽くかつ温かくなるにつれて、注入されるガスストリームの温度は、貨物が底から外に排出される間に主にコンテナの最上部に残留するために必要な密度差を維持するために徐々に上昇させることができる。

置換ガスの温度は、配管及び貨物タンクが熱的な衝撃を受けないように慎重に制御されるべきである。次第に温かくなる置換ガスをそれと貨物コンテナ内に残留しているガスとの間の所望の密度差を維持するために使用することが実施可能である。置換操作の最後において、コンテナに注入される置換ガスの最終部分は、貯蔵及び輸送のために使用される温度と比較して非常に温かい（例えば＞４０℃）可能性がある。

受取り港において顧客の必要に応じて排出貨物流体ストリームを処理するための（加熱要素と同様に）分離装置及び場合によっては分留装置は、船及び／又は陸上受取施設の一部に設けることができる。上側配管を通過して注入される温かく軽い置換ガスは、コンテナの最上部に留まり、より冷たい高密度の流体を底から外に押し出す傾向がある。

貨物の除荷は、全ての冷却貨物が取り除かれるまで、コンテナ内に更に温かいガスを注入することによって完了する。これは、全てのコンテナに同時に注入することによって、又は弁で分離されたコンテナ（タンク）群が順々に排出される段階的方法によって行うことができる。

コンテナ及び貨物空間は最上部に注入されるガスと比較して相対的に冷たいので、注入されるガスは格納容器内で冷却されて、排出口に向けて落下する傾向がある。ガスがよりゆっくり注入されるとそれはより冷却されて、その一方ではそれはコンテナから貨物を押し出す。格納空間の冷却はこの傾向を制限するために停止されるか又は弱められることができるが、コンテナそれ自体は非常に吸熱傾向にある。船上の残留ガス量は（燃料に必要な体積を含めて）最小限にされるべきであるので、コンテナにおけるガスの圧力及び温度は貨物の排出が完了する際に管理される必要があり、そしてコンテナは帰航の間は閉じられる。従って、連続する列ごとの（又はタンクごとの）排出操作は、それぞれの列／タンク（又はコンテナの相互接続群）が弁操作によって隔離されるちょうど前に最温暖ガスを非常に早く注入することができるため、相を置換するのに好まれる。一旦コンテナにおいて隔離されると、内部圧力は残留ガスが冷却されるにつれて低下するが、含まれる質量はそれのいくらかが燃料のために抜き出されない限り変化しない。

また、本発明は機械式コンプレッサを使用しないで圧縮流体を排出するための方法を提供する。置換ガスストリームは、それが回転装置を使用しないで排出される列／タンクの最上部に向けられるように温めて加圧される排出貨物フローストリームから分離／取り除くことができる。分離器（重力又は円周力分離のいずれを実行するかに関わらず）は格納容器から外へ出る軽量気相の少なくとも一部が多数（少なくとも２つ）の隔離可能リサーバ（実際は圧力容器）に向けられるよう流路に含まれており、隔離可能リザーバ内でガスは加熱される。

図４ｂを参照すると、機械式コンプレッサを使用しないで貨物を排出するための工程は、図４ａを参照して説明される工程と類似している。貨物排出工程は、コンテナ１８の上部におけるガス圧力によって液体貨物が貨物コンテナ１８の底から外に排出されることで開始される。排出流路は、底側隔離／分離弁（図示されない）及び主要排出弁組立体１６ｂを開放することによって、コンテナ１８からパイプ２０を通過して分離器１０６へ提供される。液体貨物部分は分離器１０６の底を通過して出てライン１０８を通過して受入設備９６へ流れ、ポンプは必要であれば使用可能である。液体部分が排出された後、冷却気体貨物流体はコンテナ１８の底からブローダウンし、かつパイプ２０を通過して、分離器１０６の底を通過して出て受入設備９６へ流れる。

コンテナ１８の圧力が受入設備へのフローが少ないレベルまで低下すると、分離器１０６は貨物排出ストリームをパイプ１０８を通過して受入設備９６へ流れる高密度ガスストリーム１０６ａと、パイプ１１０へ入る低密度ガスストリーム１０６ｂとに分離するために使用可能である。弁１１２ａを開放することによって、低密度ガスストリーム１０６ｂはライン１１０を通過して、弁１１２ａを通過して容器１１４ａへ流れる。パイプ又はライン１１６ａは容器１１４ａを弁１１８ａを介してヘッダ１２０と連結する。弁１１２ｂ、容器１１４ｂ、ライン１１６ｂ及び弁１１８ｂは容器１１４ａ及びそれと関連するライン及び弁に並列に設けられているため、ライン１１０を通過して分離器１０６からヘッダ１２０へ流れる低密度ガスストリームのための２つの流路を提供することが可能である。１つの流路は容器１１４ａを通過して、もう一方は容器１１４ｂを通過する。ヘッダ１２０はコントローラ３２によって開放又は閉鎖できる弁３０に連結されているため、コンテナ１８の最上部に流すための上側配管マニホールド２８への流体流路を提供することが可能である。

容器１１４ａ及び容器１１４ｂは分離器１０６からの低密度ガスストリーム１０６ｂを加圧するために使用されるため、冷却気体貨物流体をコンテナ１８の底から外に押し出すようコンテナ１８の最上部に高圧で流れる置換流体を形成することができる。容器１１４ａ及び１１４ｂは交互に使用される。弁１１２ａが開放されてかつ弁１１２ｂ及び１１８ａが閉鎖されている状態で、低密度ガスストリーム１０６ｂはライン１１０及び弁１１２ａを通過して容器１１４ａに流れる。分離器１０６及び容器１１４ａの圧力がほぼ等しくかつ流速が遅くなった後、弁１１２ａは閉鎖されて、ある量のガスが容器１１４ａの中に閉じ込められる。容器１１４ａはその後、容器１１４ａの内部に閉じ込められたガスの圧力を上昇させる加熱インプット１２２ａを使用することで加熱される。容器１１４ａの内部の圧力が所望のレベルまで増加した後、更なる加熱は行われず、弁１１８ａは開放される。容器１１４ａ内に閉じ込められた加熱及び加圧ガスはライン１１６ａを通過してヘッダ１２０に流れ出て、弁３０及び上側マニホールド２８を通過して置換流体としてコンテナ１８の最上部に流れ込む。置換流体は冷却気体貨物をコンテナ１８の底を介して外に押し出すために適切な圧力でなければならない。

続いて図４ｂを参照すると、容器１１４ａは置換ガスのその加圧された充填物を開放弁１１８ａを通過させて船上の格納容器の上側に排出する。容器１１４ａが加熱されてかつそのガス含有物が排出される一方で、容器１１４ｂは弁１１２ｂを通過し閉鎖弁１１８ｂに対抗する分離器１０６からのガスによって満たされる。容器１１４ｂがガスで充填されるとすぐに、弁１１２ｂは閉じられて容器１１４ｂは隔離される。そして、容器１１４ａにおける圧力が低くなりすぎて排出操作を効果的に継続できなくなったとき、容器１１４ｂは加熱インプット１２２ｂによって加熱されるため、置換操作を継続するために要求される必要な推進力を提供するのに十分なように容器１１４ｂ内においてガスの圧力を高めることができる。容器１１４ｂへの加熱インプット率は、フロー制御要素３２及び弁３０を通過してコンテナ１８の最上部に入る置換流体の目標流速をもはや維持できないレベルに容器１１４ａ内の圧力が低下するまで、その内部圧力が貨物置換機能を果たすために必要な水準に確実に到達するよう選択及び制御されなければならない。

容器１１４ｂの圧力が置換ガスの供給源として引き継がれるとき、弁１１８ａは閉鎖でき、弁１１８ｂは容器１１４ｂの排出を開始するために開放可能である。また、弁１１２ａは容器１１４ａを充填できるように開放可能である。容器１１４ａ及び１１４ｂは、一方が充填されて加熱される間、もう一方はより多くの貨物流体をコンテナ１８の底から受入設備９６に移動させるためにコンテナ１８の最上部にその加熱かつ加圧されたガスを排出するように交互に使用される。

図５は、回転装置を用いずに、貨物流体を受入設備を通過させ、受入市場におけるパイプラインシステムに向かって及び／又はパイプラインシステムを通過させて押し出すために必要な圧力レベルまで排出貨物流体を加圧するための類似の方法を示している。置換ガス側における少なくとも２つの熱交換容器１１４ａ及び１１４ｂに加えて、少なくとも２つの追加の隔離リサーバ／容器１３０ａ及び１３０ｂが主要貨物流路に挿入される。図５において、容器１３０ａは弁１２８ａを介して充填されて、加熱器１３６ａによって加熱された後に温められてかつ加圧されたストリーム１３２ａとしてその内容物を開放弁１３４ａを介して受入設備９６（市場基礎設備及び顧客）に排出する一方で、容器１３０ｂは開放弁１２８ｂを介して閉鎖弁１３４ｂに対抗する貨物流体で充填される。一旦容器１３０ｂが充填されてかつ隔離されると、加熱器１３６ｂを介した容器１３０ｂへの加熱インプット率は、目標とする最小限の排出速度をもはや維持できないレベルに容器１３０ａ内の圧力が低下するまで、その内部圧力が貨物を市場内に移動させるために必要な水準に確実に到達するよう選択及び制御されなければならない。加熱容器１３０ａ及び１３０ｂの使用は受入設備９６への安定した貨物排出フローを合理的に維持するために交互に行われる。容器１３０ｂ内のガスが弁１２８ｂを閉じた状態で加熱された後、弁１３４ｂは開放されて、温められて加圧されたストリーム１３２ｂは受入設備９６へ流れる。ストリーム１３２ｂが流れ始めてその後に受入設備９６に流れるとき、弁１３４ａは閉じて、弁１２８ａは開放されており、そして容器１３０ａは再度排出貨物ガスで満たされる。容器１３０ａが貨物ガスにて満たされて、一方で容器１３０ｂが排出された後、弁１２８ａは容器１３０ａ内にガスを閉じ込めるために閉鎖されて、容器１３０ａはその後加熱インプット１３６ａによって加熱される。

前述された全ての分離器及び圧力容器は運搬船上又は海岸に配置することができ、かつ直前に記載したいくつか又は全ての分離器及び熱交換圧力容器を船上に配置できる利点を有することが認識されなければならない。例えば、圧力容器１０６、１１４ａ及び１１４ｂが船上に位置する場合、それらは輸送の間、貨物格納システムから安全に放出できるガスを蓄積するためのリザーバとして機能することができる。排出操作の開始前に十分なガスが１１４ａ及び１１４ｂに蓄積される場合、置換ガスとして機能できるほど排出操作の開始時において十分に温かい可能性がある。置換ガスが排出操作を補助する必要性があるとき、海水箱からの海水又はエンジンルームからの廃熱は、船上の置換ガスを温めるための熱エネルギーの便利な供給源として機能し得る。

ちょうど紹介された両方の貨物排出操作は、置換操作の最後に貨物コンテナ内に温かい加圧置換ガスをもたらす。一旦所望量（場合によっては全部）の冷却貨物流体が温められたガスの置換操作によって排出されると、掃気によって貨物を外に移動させるために使用されたいくらかの温かいＣＮＧは回収可能である。掃気コンプレッサは帰航／帰路のために所望される残留又はヒールの圧力値まで貨物コンテナから温かいガスを抽出することが可能である。選択されたタンクは船に対する燃料供給を提供するために、掃気操作の終了時において比較的高圧のままにしておくことも可能である。

熱い置換ガスを使用することによって、限定的な掃気のみが必要となるであろう。比較的温かいガスが掃気されるということは、残留ガス量を抑制しつつ掃気が停止される下限の圧力を抑制する。掃気回収が始まる前に、置換ガスからの熱損失を制限するために、ある列が排出工程を完了させた直後に掃気は列ごとのレベルで達成されるべきである。

ガスの格納容器は船上の目標量のヒールガスを有して帰航に備える。全てのタンクからのガスを掃気しないため、局所弁が必要な隔離を許容できるように設置されている場合、１つ又は複数のタンクに貯蔵された高圧燃料ガスを有して出発可能である。帰路における燃料ガスは、配送航海のために説明されたものと同様の方法で燃料貯蔵コンテナから回収することができる。

ヒールガスはなお、排出（及び掃気）操作の最後においてコンテナ壁及び倉空間環境の温度と比較して比較的温かいであろう。従って、貨物コンテナにおいて残留しているヒールガスの温度及び圧力は、熱がタンク壁へと移動してかつ倉空間冷却システムによって取り除かれることで低下するであろう。

排出を開始するための代替的手法は、コンテナの最上部における最も温かい高圧ガスがフロー制御装置３２によって制御された速度において船から排出されるように、最初に上側弁組立体３０を開放する。圧力及び温度がコンテナ内で低下するにつれて、いくらかの液体が落下するであろう。圧力が受入設備からの背圧が規定するほど低く降下した後、格納容器内の残留過剰圧力は貨物コンテナ内のあらゆる液体を底の配管を介して港の適切な受入／保持設備に輸送するために使用可能である。

貨物の積込の間に置換操作を使用することの全ての利益を得るための方法であって、大量の置換液体の貯蔵を確保及び管理しなければならない全ての不利益が取り除かれている方法が開示されている。冷却貨物流体の注入によって置換される低密度ガスは、貯蔵コンテナが満たされているときの貯蔵庫における圧縮効果による熱の回避に関連する液体置換操作と同じ圧力管理の利益を有する。

排出工程を補助するために、排出貨物フローストリームの一部を使用することによって、受入港において適切な供給源を見つけること、又は代わりの供給源から汚染ストリームを貨物格納容器及び処理システムに入れることに関して心配はない。機械的圧縮を必要とせずに置換ガスを獲得及び加圧するための方法が開示されてきた。また、温かい低密度ガスを置換流体として使用することによって、掃気工程の必要性は排除可能である。

前述の文章において、固定又は移動可能な貨物コンテナにおける積込及び排出のための画期的な方法が記載されている。上記の発明の説明によって、技術、手順、材料、方法及び装置の様々な修正は当業者によって明確となるであろう。発明の範囲及び精神の範囲内における全てのそれらの変形体は添付の請求項の範囲内に含まれることが意図されている。

Claims (51)

1. 圧縮流体をコンテナに積込むための方法であって、
   置換流体を上部及び下部を有する第１タンクに注入すること、ここで置換流体は第１タンク内部の条件下では気体であり、
   第１タンク内が所望の圧力に到達するまで、置換流体及び／又は圧縮流体を第１タンクに注入すること、ここで圧縮流体は第１タンクの下部に注入されて、
   圧縮流体を第１タンクの下部に注入し続けながら、所望の圧力に到達した後、置換流体を第１タンクの上部から流し出すこと、
   第１タンク内の圧力を所望の圧力で所望の範囲内に維持するために、第１タンクの上部から流れ出る置換流体の流速を調節すること、及び
   置換流体を第１タンクの上部から流し出しながら、所望量の圧縮流体が第１タンクに含有されるまで圧縮流体を第１タンクの下部に注入すること
   を含む方法。
2. 圧縮流体を第１タンクに注入する前に、圧縮流体を所望の温度に維持することを含む請求項１の方法。
3. 圧縮流体は第１タンクに注入される前にジュール−トンプソン降下弁を通過して流れる請求項２の方法。
4. 圧縮流体は冷蔵熱交換器を通過することによって冷却される請求項３の方法。
5. 圧縮流体を第１タンクに注入する前に、圧縮流体は冷却液体流体を圧縮流体中に注入することによって冷却される請求項３の方法。
6. 冷却液体流体は圧縮流体と同じ化学組成を有する請求項５の方法。
7. 第１タンクの上部から流れる置換流体は第２タンクへ流れ込む請求項１の方法。
8. 圧縮流体ストリームの第２タンクへの注入開始と同時に第１タンクを閉じることを含む請求項７の方法。
9. 第２タンクは上部及び下部を有しており、圧縮流体は第２タンクの下部に注入されており、第１タンクの上部から流れる置換流体は第２タンクの上部に流れ込み、
   第２タンクにおける圧力を所望の圧力まで上昇可能にすること、及び
   圧縮ガスを第２タンクの下部に注入し続けながら、所望の圧力に到達した後にガスを第２タンクの上部から流しだすこと
   を含む請求項８の方法。
10. 第２タンク内において所望の圧力で所望の圧力範囲内に圧力を維持するために、第２タンクの上部から流れ出るガスの流速を操作することを含む請求項９の方法。
11. 圧縮流体は圧縮天然ガスであり、第１タンクは船舶の上又は内部に位置する請求項１の方法。
12. 圧縮流体はパイプライン内の圧縮天然ガスであり、第１タンクは地上又は地中に位置する請求項１１の方法。
13. 圧縮流体を形成するために天然ガスを圧縮すること、
    圧縮流体を冷却すること、
    第１タンクに注入される前の時点で圧縮流体の温度を第１タンクにおけるバルク質量平均温度である５０℃以内に維持すること、
    第１タンク内で所望の圧縮流体量に到達した後に、圧縮流体を第１タンク内で高密度相条下において貯蔵すること、及び
    第１タンクを所望の位置に輸送することを含む請求項１の方法。
14. 天然ガスをタンクに積込む方法であって、
    圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の供給源から上部及び下部を有するタンクへの流路を供給すること、
    ＣＮＧを所望の圧力及び温度条件の第１セット下においてタンクに注入すること、
    タンクの内部で置換ガスを形成すること、
    タンク内で所望の圧力に到達するまでＣＮＧを注入し続けること、
    タンク内で所望の圧力に到達した後、タンクの上部から置換ガスを回収すること、
    ＣＮＧを所望の圧力及び温度条件の第２セット下においてタンクの下部に注入しながら、タンクの上部から回収される置換ガスの流速を調節することによって、タンク内で所望の圧力に近い所望の範囲内にタンク内の圧力を維持すること
    を含み、
    所望の圧力及び温度条件の第２セットは所望の圧力及び温度条件の第１セットとは異なる方法。
15. 圧縮天然ガスを所望の圧力及び温度条件の第２セット下においてタンクの下部に注入する前に圧縮天然ガスを冷却することであって、前記冷却工程は圧縮天然ガスを冷却するためにジュールトンプソン降下弁を含み、及び
    タンクに注入する前の時点で圧縮流体の温度をタンク内におけるバルク質量平均温度である６０℃以内に維持することを含む請求項１４の方法。
16. 熱交換器及び熱交換器を通過して循環する冷却流体は、降下弁に加えて圧縮天然ガスを冷却するために使用される請求項１５の方法。
17. 冷却液体天然ガスは降下弁とタンクとの間の流路に注入される請求項１５の方法。
18. 天然ガスの化学組成を決定すること、
    タンク内の所望の圧力における所望のガス量に対応するタンク内の所望のバルク平均目標温度を決定すること、
    タンク内の温度が所望のバルク平均目標温度まで降下したとき、圧縮天然ガスのタンク内への注入を停止すること、
    タンク内の温度が所望のバルク平均目標温度まで降下したとき、タンクからの置換ガスの回収を停止すること
    を含む請求項１５の方法。
19. 圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を所望の圧力及び温度条件の第２セット下においてタンクの下部に注入する前にＣＮＧを冷却することを含み、前記冷却工程は、
    ＣＮＧをジュール−トンプソン降下弁を通過させること、
    降下弁を介して降下する圧力を調節すること、
    ＣＮＧを冷蔵冷却器を通過させること、
    冷蔵冷却器の冷却負荷を調節すること、
    ＣＮＧに極低温液体を注入すること、及び
    極低温液体がＣＮＧに注入される流速を調節すること
    から成る群より選択される請求項１４の方法。
20. それぞれが上部を有する１つ又は複数の追加のコンテナを提供することを含み、１つ又は複数の追加のコンテナはタンクと並列のフロー構成で配置されており、タンクの上部から回収される置換ガスは、追加の容器の少なくとも１つ又は複数の上部に向けられる請求項１９の方法。
21. 断熱エンクロージャを提供すること、タンクは断熱エンクロージャ内に収容されており、及び
    タンクからの熱を取り除くためにタンクの回りの断熱エンクロージャの内部に冷却流体を提供すること
    を含む請求項１９の方法。
22. タンクからの熱の除去を増大させるために冷却流体を循環させることを含む請求項２１の方法。
23. タンクはタンクからの熱伝達を増強するよう構成された外部表面を有する請求項２２の方法。
24. タンクは船内で貨物倉に収容されており、タンク内の所望の圧力はタンク輸送のための最終目標貯蔵圧力であり、
    所望量の圧縮天然ガスでタンクを満たすこと、
    それぞれが上部を有する１つ又は複数の追加のコンテナを貨物倉に提供すること、前記１つ又は複数の追加のコンテナはタンクと並列のフロー構成で配列されており、タンクの上部から回収される置換ガスは１つ又は複数の追加のコンテナの少なくとも１つの上部に向けられており、
    所望量の圧縮天然ガスが１つ又は複数の追加のコンテナに積込まれるまで、タンクを充填するために使用されるのと同様の方法を用いて、圧縮天然ガスを１つ又は複数の追加のコンテナの１つに積込むこと
    を含む請求項１４の方法。
25. 貨物倉を断熱すること、及び
    タンク及び１つ又は複数の追加のコンテナから熱を除去するために、断熱貨物倉の内部であってタンク及び１つ又は複数の追加のコンテナの外部に冷却流体を提供すること
    を含む請求項２４の方法。
26. 所望の圧力及び温度条件の第２セット下においてタンクの下部に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を注入する前に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を冷却すること、ここで冷却液体天然ガスはＣＮＧの流路内に注入され、
    タンクと並列のフロー構成に配置されており上部及び下部を有するコンテナを提供すること、ここでタンクの上部から回収される置換ガスはコンテナの上部に向けられており、
    ＣＮＧのタンクへの注入を停止すること、
    タンクの上部からの置換ガスの回収を停止すること、
    タンクへのＣＮＧの注入を停止した後に、ＣＮＧをコンテナの下部に注入すること、
    タンクへのＣＮＧの注入を停止した後に、液化天然ガスストリームをタンクの下部から回収すること、及び
    ＣＮＧをコンテナの下部へ注入する前に、液化天然ガスストリームをＣＮＧへ注入することを含む請求項１４の方法。
27. 圧縮流体をコンテナ内に積込むための方法であって、
    圧縮流体の圧力が上部及び下部を有するタンクにおける圧力よりも高い条件下で、最初に圧縮流体ストリームをタンクに注入すること、ここで圧縮流体ストリームは下部に注入され、圧縮流体ストリームは最初に膨張することによって置換ガスを形成し、タンクに入る圧縮流体ストリームの温度は置換ガスの温度よりも低く、
    タンク内で所望の圧力に到達するまで圧縮流体ストリームをタンクに注入し続けること、
    タンク内で所望の圧力に到達した後、置換ガスをタンクの上部から外に排出すること、
    タンク内で所望の圧力に到達した後、圧縮流体の圧力がタンク内の圧力よりも高くない状況下で、圧縮流体ストリームをタンクに注入すること、
    圧縮流体ストリームをタンクの下部に注入し続けながら、置換ガスをタンクの上部から流し出し続けること、及び
    タンク内の圧力を所望の圧力で所望の範囲内に維持するために、タンクの上部から流れ出る置換ガスの流速を調節すること
    を含む方法。
28. タンクに注入する前の時点で所望の温度で所望の範囲内に圧縮流体ストリームの温度を管理することを含む請求項２７の方法。
29. タンクは丸角のパネルによって連結される４つの側壁を持つ長方形断面を有しており、タンクが所望の圧力に加圧されたときに側壁は側壁の厚みよりも外向きに拡張するように構成されている請求項２８の方法。
30. 圧縮流体を格納容器から排出するための方法であって、
    格納システムに含有される圧縮流体を受入システムに排出するための流路を格納システムと受入施設との間に備えること、ここで格納システムにおける圧力は受入システムにおける圧力より高く、格納システムは上部及び下部を有し、流路は格納システムの下部に連結されており、
    流路の実際の流速が所望の流速以下となるレベルに格納システム内の圧力が降下するまで、格納システム内に流体を加えずに、格納システムの下部から受入システムへのフローを発生させることを含む方法。
31. 流路は格納システムの上部に連結されており、格納システムの下部からフローを発生させる前に、格納システム内に流体を加えずに、格納システムの上部から受入システムへのフローを最初に発生させる請求項３０の方法。
32. 分離器は圧縮流体を低密度ストリーム及び高密度ストリームに分離するために流路に備えられており、流路における実際の流速が所望の流速以下となるレベルに格納システム内の圧力が降下した後に、
    分離器からの低密度ストリームをコンプレッサに注入すること、
    置換流体を形成するために低密度流体を圧縮すること、
    圧縮流体を格納システムの下部から押し出すために、置換流体を格納システムの上部に注入すること、及び
    高密度ストリームを受入システムに流すこと
    を含む請求項３０の方法。
33. 格納システムの上部への熱衝撃を避けるために置換流体の温度を制御することを含む請求項３２の方法。
34. 格納システム内の圧縮流体の量が減少するにつれて置換ガスの温度を上昇させることを含む請求項３３の方法。
35. 所望量の圧縮流体が格納システムから取り除かれたとき、格納システムを閉じることを含む請求項３２の方法。
36. 格納システムを閉じた後、掃気コンプレッサによって格納システムからガスを回収することを含む請求項３５の方法。
37. 分離器は圧縮流体を低密度ストリームと高密度ストリームに分離するために流路に備えられており、流路における実際の流速が所望の流速以下となるレベルに格納システム内の圧力が降下した後に、
    分離器からの低密度ストリームを容器に注入すること、
    所望量の低密度流体を容器内に閉じ込めること、
    置換流体を形成するために低密度流体を加熱すること、
    圧縮流体を格納システムの下部から押し出すために置換流体を格納システムの上部に注入すること、及び
    高密度ストリームを受入システムに流すこと
    を含む請求項３０の方法。
38. 本質的に容器と同一であるタンクを備え、
    タンクは容器のフロー構成と並列なフロー構成に配置されており、
    容器が置換流体を形成して、かつ置換流体が格納システムの上部に注入される間、分離器からの低密度流体をタンクに注入すること
    を含む請求項３７の方法。
39. 分離器からの低密度ストリームを容器に注入する間、置換流体を形成するためにタンク内に低密度ストリームを閉じ込めること及び低密度ストリームを加熱すること、並びに
    圧縮流体を格納システムの下部から外に押し出すために容器及びタンクが交互に操作されるように、置換流体が容器において枯渇した後、置換流体を格納システムの上部に注入すること
    を含む請求項３８の方法。
40. 分離器は圧縮流体を低密度ストリームと高密度ストリームとに分離するために流路に備えられており、流路における実際の流速が所望流速以下となるレベルに格納システム内の圧力が降下した後、
    分離器からの高密度ストリームを第１コンテナに注入すること、
    所望量の高密度流体を第１コンテナ内に閉じ込めること、
    高圧流体を形成するために高密度ストリームを加熱すること、
    高圧流体を受入システムに注入すること
    を含む請求項３０の方法。
41. 第１コンテナと本質的に同一である第２コンテナを備え、第２コンテナは第１コンテナのフロー構成と並列のフロー構成に配置されており、
    第１コンテナが高圧流体を形成している間、及び高圧流体が受入システムに注入される間、分離器からの高密度ストリームを第２コンテナに注入すること
    を含む請求項４０の方法。
42. 分離器からの高密度ストリームを第１コンテナに注入する間、高圧流体を形成するために、第２コンテナ内に高密度ストリームを閉じ込めること及び高密度ストリームを加熱すること、並びに
    第１コンテナ及び第２コンテナが分離器からの高密度ストリームを受入システムに運ぶために交互に操作されるように、高圧流体が第１コンテナにおいて枯渇した後、高圧流体を受入システムに注入することを含む請求項４１の方法。
43. 請求項３２の方法に基づいて、圧縮流体を格納システムから外に押し出すことを含む請求項４２の方法。
44. 請求項３７の方法に基づいて、圧縮流体を格納システムから外に押し出すことを含む請求項４２の方法。
45. 格納システムは船上にあり、圧縮流体は圧縮天然ガスである請求項３２の方法。
46. 格納システムは船上にあり、圧縮流体は圧縮天然ガスである請求項３７の方法。
47. 天然ガスを船で輸送するための方法であって、
    圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の供給源の近くに船を停泊させること、
    ＣＮＧの供給源から船上の複数の貨物倉に配置された複数のタンクへの流路を提供すること、ここで複数のタンクは第１タンク及び第２タンクを含み、それぞれのタンクは上部及び下部を有しており、
    置換流体を第１タンクに注入すること、ここで置換流体は第１タンク内部の条件下では気体であり、
    第１タンクにおいて所望の圧力に到達するまで置換流体及び／又はＣＮＧを第１タンクに注入すること、ここでＣＮＧは第１タンクの下部に注入され、
    ＣＮＧを第１タンクの下部に注入し続けながら、所望の圧力に到達した後、置換流体を第１タンクの上部から回収すること、
    １タンク内の圧力を所望の圧力で所望の範囲内に維持するために、第１タンクの上部から回収される置換流体の流速を調節すること、
    置換流体を第１タンクの上部から回収しながら、所望量のＣＮＧが第１タンク内に含有されるまで、ＣＮＧを第１タンクの下部に注入すること、
    ＣＮＧを第１タンクに注入する前に、ＣＮＧの所望の温度を維持すること、
    第１タンクから回収されたガスを第２タンクの上部に注入すること、
    ＣＮＧを下部に注入し続けながら、上部から回収されるガスの流速を調節することによって、第１タンク内の所望の圧力で所望の範囲内に第１タンク内の圧力を維持すること、
    所望量のＣＮＧを第１タンクに積込み、その後第１タンクを閉じること、
    第１タンクに積込むため及び閉じるために使用される同様の方法を用いて、所望量のＣＮＧを第２タンクと複数のタンクにおける残りの各タンクに積込むこと、
    船を移動させることによってＣＮＧを輸送すること、
    受入設備の側に船を停泊させること、
    ＣＮＧを受入設備へ排出するために、船上の複数のタンクと受入設備との間に流路を提供すること、ここで複数のタンクの圧力は受入設備の圧力よりも高く、流路は複数のタンクのそれぞれの下部に連結されており、
    流路において測定される流速が所望の流速以下となるレベルに複数のタンクの圧力が低下するまで、流体を複数のタンクに加えずに、複数のタンクから受入設備へのフローを発生させること
    を含む方法。
48. 分離器はＣＮＧを低密度ストリームと高密度ストリームに分離するために流路に備えられており、流路において測定される流速が所望の流速以下となるレベルに複数のタンクの圧力が降下した後に、
    分離器からの低密度ストリームをコンプレッサに注入すること、
    置換流体を形成するために低密度流体を圧縮すること、
    ＣＮＧを複数のタンクにおけるそれぞれのタンクの下部から外に押し出すために、置換流体を複数のタンクにおけるそれぞれのタンクの上部から注入すること、及び
    高密度ストリームを受入設備へ流すこと
    を含む請求項４７の方法。
49. 分離器はＣＮＧを低密度ストリームと高密度ストリームに分離するために流路に備えられており、流路における実際の流速が所望の流速以下となるレベルに複数のタンクの圧力が降下した後に、
    分離器からの低密度ストリームを第１容器に注入すること、
    所望量の低密度ストリームを第１容器に閉じ込めること、
    置換流体を形成するために低密度流体を加熱すること、
    圧縮流体を複数のタンクにおけるそれぞれのタンクの下部から押し出すために、置換流体を複数のタンクにおけるそれぞれのタンクの上部に注入すること、及び
    高密度ストリームを受入設備へ流すこと
    を含む請求項４７の方法。
50. 第１容器と本質的に同一である第２容器を含み、第２容器は第１容器のフロー構成と並列なフロー構成に配置されており、
    第１容器が置換流体を形成している間、及び置換流体が複数のタンクのそれぞれのタンクの上部に注入されている間、分離器からの低密度ストリームを第２容器に注入すること
    を含む請求項４９の方法。
51. 分離器からの低密度ストリームを第１容器に注入しながら、第２容器に低密度ストリームを閉じ込めること、及び置換流体を形成するために低密度流体を加熱すること、並びに
    複数のタンクにおけるそれぞれのタンクの下部からＣＮＧを押し出すために第１容器及び第２容器が交互に操作されるように、置換流体が第１容器から枯渇した後、置換流体を複数のタンクにおけるタンクの上部から注入すること
    を含む請求項５０の方法。
    
    

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