JP2024024254A - アンモニア貯蔵供給基地 - Google Patents
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Abstract
【課題】外部からパイロットバーナー用の燃料ガス、アシストガスを調達する頻度を低減または殆ど調達することなく余剰のアンモニアガスをフレア設備で焼却処分できるアンモニア貯蔵供給基地を提供する。
【解決手段】アンモニア貯蔵供給基地１は、液体アンモニア１００を貯蔵する低温貯蔵タンク２と、少なくとも低温貯蔵タンク２から排出される余剰のアンモニアガスを焼却可能なフレア設備３と、低温貯蔵タンク２で生じたボイルオフガスを分解して水素または水素を含む混合ガスを生成し、フレア設備３に供給する燃料ガス供給設備４と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】アンモニア貯蔵供給基地１は、液体アンモニア１００を貯蔵する低温貯蔵タンク２と、少なくとも低温貯蔵タンク２から排出される余剰のアンモニアガスを焼却可能なフレア設備３と、低温貯蔵タンク２で生じたボイルオフガスを分解して水素または水素を含む混合ガスを生成し、フレア設備３に供給する燃料ガス供給設備４と、を備える。
【選択図】図１
Description
本発明は、アンモニア貯蔵供給基地に関するものである。
下記特許文献１には、火力発電所に天然ガスを供給するＬＮＧ基地が開示されている。このＬＮＧ基地は、ＬＮＧタンクに低温貯蔵されたＬＮＧ（液体燃料）を複数の気化器を用いて気化させて天然ガス（気体燃料）を生成し、該天然ガスを火力発電所の消費量に応じて送出している。
気化ＬＮＧの発生量は、火力発電所の消費量を満足するように設計されるが、火力発電所側の運転状況次第では、気化ＬＮＧの発生量に対して火力発電所の消費量が下回り余剰分が生じる場合がある。その場合、燃料供給系統の圧力上昇に対する機械的保護の観点から余剰分の気化ＬＮＧは、フレア設備で焼却処分しているのが一般的である。ＬＮＧ基地では、フレア設備のパイロットバーナーの燃料ガスとして、ＬＮＧタンクで発生するボイルオフガスを利用している。
近年、地球温暖化対策として、燃焼時に二酸化炭素を発生しないアンモニアが注目されており、火力発電所のボイラの新規代替燃料として、液体アンモニアを大量に利用することが考えられている。このような背景のもと、ＬＮＧと同様に、余剰のアンモニアガスが発生した場合、フレア設備で焼却処分することが考えられるが、アンモニアガスを完全燃焼させるためにはアシストガスが必要となる。アシストガスとしては、例えばプロパンガスが考えられるが、外部からプロパンボンベ等を定期的に調達する必要がある。また、アシストガスとしてアンモニアガスは対応しているが、大量に必要となり基地内のボイルオフガスで賄えないため、フレア先端の口径を太くせざるをえずパイロットバーナーの燃料消費量を増加させていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、外部からパイロットバーナー用の燃料ガス、アシストガスを調達する頻度を低減または殆ど調達することなく余剰のアンモニアガスをフレア設備で焼却処分できるアンモニア貯蔵供給基地を提供する。
本発明の第１の態様に係るアンモニア貯蔵供給基地は、液体アンモニアを貯蔵する低温貯蔵タンクと、少なくとも前記低温貯蔵タンクから排出される余剰のアンモニアガスを焼却可能なフレア設備と、前記低温貯蔵タンクで生じたボイルオフガスを分解して水素または水素を含む混合ガスを生成し、前記フレア設備に供給する燃料ガス供給設備と、を備える。
また、本発明の第２の態様では、第１の態様のアンモニア貯蔵供給基地において、前記燃料ガス供給設備は、ボイルオフガスを分解して生成した水素または水素を含む混合ガスの少なくとも一部を、前記フレア設備のパイロットバーナーに供給してもよい。
また、本発明の第３の態様では、第１または第２の態様のアンモニア貯蔵供給基地において、前記燃料ガス供給設備は、ボイルオフガスを分解して生成した水素または水素を含む混合ガスの少なくとも一部を、前記フレア設備のフレアバーナーに供給してもよい。
また、本発明の第４の態様では、第１から第３態様のいずれか一つのアンモニア貯蔵供給基地において、前記燃料ガス供給設備は、前記フレア設備におけるアンモニアガスの焼却量に応じて、ボイルオフガスを分解して生成した水素または水素を含む混合ガスの、前記フレア設備のパイロットバーナーまたはフレアバーナーへの分配供給量を調整してもよい。
また、本発明の第５の態様では、第１から第４態様のいずれか一つのアンモニア貯蔵供給基地において、前記燃料ガス供給設備は、前記ボイルオフガスを触媒により分解して水素または水素を含む混合ガスを生成するアンモニア分解処理槽を備えてもよい。
上記本発明の一態様によれば、外部からパイロットバーナー用の燃料ガス、アシストガスを調達する頻度を低減または殆ど調達することなく余剰のアンモニアガスをフレア設備で焼却処分できる。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係るアンモニア貯蔵供給基地１の構成図である。
図１に示すアンモニア貯蔵供給基地１は、図示しないタンカーから液体アンモニア１００を受け入れ、貯蔵及び気化などを行い、気化後の気体アンモニアを図示しない火力発電所のボイラに供給する。このアンモニア貯蔵供給基地１は、低温貯蔵タンク２と、フレア設備３と、燃料ガス供給設備４と、再液化装置５と、ボイルオフガス圧縮機（以下、ＢＯＧ圧縮機６と称する）と、を備えている。
図１に示すアンモニア貯蔵供給基地１は、図示しないタンカーから液体アンモニア１００を受け入れ、貯蔵及び気化などを行い、気化後の気体アンモニアを図示しない火力発電所のボイラに供給する。このアンモニア貯蔵供給基地１は、低温貯蔵タンク２と、フレア設備３と、燃料ガス供給設備４と、再液化装置５と、ボイルオフガス圧縮機（以下、ＢＯＧ圧縮機６と称する）と、を備えている。
低温貯蔵タンク２は、例えば、全高が５０メートル程ある大型の二重殻地上低温タンクであって、図示しない内槽と外槽との間に粒状のパーライト等の保冷材が充填されている。なお、低温貯蔵タンク２は、地下式低温タンクであっても構わない。低温貯蔵タンク２は、アンモニアタンカーから受け入れ配管（図示省略）を介して移送された液体アンモニア１００を貯蔵する。液体アンモニア１００の貯蔵温度は、例えば、－３３℃～－３４℃程である。
フレア設備３は、低温貯蔵タンク２から排出される余剰のアンモニアガスを焼却処分する。フレア設備３は、例えば、全高が５０メートル程ある大型のフレアバーナー３ａ（フレアスタック）と、フレアバーナー３ａのフレア先端において常時着火しているパイロットバーナー３ｂと、を備えている。なお、図１～図３において、パイロットバーナー３ｂは便宜上、１台で表示しているが、一基のフレアバーナー３ａに対して複数台設置されている。
再液化装置５は、入熱などによって低温貯蔵タンク２で生じたボイルオフガス（以下、ＢＯＧと称する）を再液化し、低温貯蔵タンク２に戻す。低温貯蔵タンク２で生じたＢＯＧ（気体アンモニア）は、ＢＯＧ排出ライン１０を介してＢＯＧ圧縮機６に供給される。ＢＯＧ排出ライン１０は、低温貯蔵タンク２の頂部とＢＯＧ圧縮機６とを接続する移送用配管である。
ＢＯＧ圧縮機６に供給されたＢＯＧは、ＢＯＧ圧縮機で所定の圧力まで昇圧され、ＢＯＧ再液化ライン１１を介して再液化装置５に供給される。ＢＯＧ再液化ライン１１は、ＢＯＧ圧縮機６と再液化装置５とを接続する移送用配管である。再液化装置５に供給されたＢＯＧは、冷却水により液化される。
液化したアンモニアは、エコノマイザーで一部冷却後、膨張弁を介し、ＢＯＧ返送ライン１２を通り、低温貯蔵タンク２へ返送される。ＢＯＧ返送ライン１２は、再液化装置５と低温貯蔵タンク２とを接続する移送用配管である。このように、再液化装置５は、低温貯蔵タンク２から発生するＢＯＧを処理（再液化）し、低温貯蔵タンク２の圧力を一定に保つ。
ＢＯＧ再液化ライン１１には、ＢＯＧ圧縮機６から再液化装置５に供給されるＢＯＧの一部を燃料ガス供給設備４に供給するＢＯＧ供給ライン２１が接続されている。ＢＯＧ供給ライン２１は、ＢＯＧ再液化ライン１１から分岐し、ＢＯＧ圧縮機６で昇圧されたＢＯＧを、燃料ガス供給設備４のアンモニア分解処理槽２０に供給する移送用配管である。ＢＯＧ供給ライン２１には、制御弁２１ａが設けられている。制御弁２１ａは、制御装置３０から入力される弁開度制御信号に応じてその弁開度が制御される。
アンモニア分解処理槽２０は、ＢＯＧ供給ライン２１を介して供給されるＢＯＧを、触媒により分解して水素または水素を含む混合ガスを生成する。アンモニア分解処理槽２０の触媒としては、例えば、アンモニアの分解反応を効率的に促進するルテニウムや白金等の貴金属系触媒、ニッケルや鉄等のその他の遷移金属系触媒等を使用することができる。
燃料ガス供給設備４は、ＢＯＧを分解して生成した水素または水素を含む混合ガスの少なくとも一部を、フレア設備３のパイロットバーナー３ｂに供給する燃料ガス供給ライン２２を備えている。燃料ガス供給ライン２２は、アンモニア分解処理槽２０とパイロットバーナー３ｂとを接続する移送用配管である。燃料ガス供給ライン２２には、制御弁２２ａが設けられている。制御弁２２ａは、制御装置３０から入力される弁開度制御信号に応じてその弁開度が制御される。
また、燃料ガス供給設備４は、ＢＯＧを分解して生成した水素または水素を含む混合ガスの少なくとも一部を、フレア設備３のフレアバーナー３ａに供給するアシストガス供給ライン２３を備えている。アシストガス供給ライン２３は、燃料ガス供給ライン２２から分岐し、フレアバーナー３ａに処理ガスを供給する処理ガス供給ライン１３に接続される移送用配管である。なお、処理ガスは、低温貯蔵タンク２から排出される余剰のアンモニアガスを含むが、基地内で発生したその他の余剰アンモニアガス（低温貯蔵タンク２以外の他機器からのガスなどを含む）や、余剰アンモニアガスではないその他のガスが含まれてもよい。アシストガス供給ライン２３には、制御弁２３ａが設けられている。制御弁２３ａは、制御装置３０から入力される弁開度制御信号に応じてその弁開度が制御される。
燃料ガス供給設備４は、フレア設備３におけるアンモニアガスの焼却量（フレア稼働率）に応じて、ボイルオフガスを分解して生成した水素または水素を含む混合ガスの、フレア設備３のパイロットバーナー３ｂまたはフレアバーナー３ａへの分配供給量を調整する制御装置３０を備えている。以下、制御装置３０による制御について、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、一実施形態に係るアンモニア貯蔵供給基地１の通常時のＢＯＧの処理の流れ示す図である。
制御装置３０は、フレア設備３のフレアバーナー３ａが稼働していない場合（通常時）には、ＢＯＧの必要量のみをアンモニア分解処理槽２０に供給する。なお、フレアバーナー３ａの稼働率は、処理ガス供給ライン１３に設けられた図示しない流量計等から計測することができる。
制御装置３０は、フレア設備３のフレアバーナー３ａが稼働していない場合（通常時）には、ＢＯＧの必要量のみをアンモニア分解処理槽２０に供給する。なお、フレアバーナー３ａの稼働率は、処理ガス供給ライン１３に設けられた図示しない流量計等から計測することができる。
このとき、制御装置３０は、制御弁２１ａ及び制御弁２２ａを所定の弁開度まで開く。そうすると、ＢＯＧ再液化ライン１１を流通するＢＯＧの少なくとも一部が、ＢＯＧ供給ライン２１を介してアンモニア分解処理槽２０に供給され、アンモニア分解処理槽２０にて分解され、水素または水素を含む混合ガスが生成される。生成された水素または水素を含む混合ガスは、燃料ガス供給ライン２２を介してパイロットバーナー３ｂに供給される。なお、このとき、制御装置３０は、アシストガス供給ライン２３の制御弁２３ａを閉じている。
図３は、一実施形態に係るアンモニア貯蔵供給基地１のフレア稼働時のＢＯＧの処理の流れを示す図である。
制御装置３０は、フレア設備３のフレアバーナー３ａが稼働している場合（フレア稼働時）には、パイロットバーナー３ｂ用に加えて、フレアバーナー３ａのアシストガス用に必要な流量を追加したＢＯＧをアンモニア分解処理槽２０に供給する。
制御装置３０は、フレア設備３のフレアバーナー３ａが稼働している場合（フレア稼働時）には、パイロットバーナー３ｂ用に加えて、フレアバーナー３ａのアシストガス用に必要な流量を追加したＢＯＧをアンモニア分解処理槽２０に供給する。
このとき、制御装置３０は、制御弁２１ａの弁開度を通常時より大きくする。なお、制御弁２２ａの弁開度は、通常時と同じでよいが、フレアバーナー３ａの稼働率に応じて変更してもよい。また、制御装置３０は、フレアバーナー３ａの稼働率に応じて制御弁２３ａを開く。そうすると、アンモニア分解処理槽２０にて生成された水素または水素を含む混合ガスが、アシストガス供給ライン２３を介して処理ガス供給ライン１３に供給される。
処理ガス供給ライン１３に供給されたアシストガスは、処理ガス（アンモニアガス）と混合され、フレアバーナー３ａにて燃焼する。なお、アシストガスとして、フレアバーナー３ａに供給されるガスは、水素または水素を含む混合ガスのいずれであってもよい。なお、燃料ガスとして、パイロットバーナー３ｂに供給されるガスは、１００％水素だと失火の可能性があるため、水素を含む混合ガスが好ましい。
このように、本実施形態のアンモニア貯蔵供給基地１では、アンモニア貯槽から発生するＢＯＧを触媒によってクラッキング処理し、水素と窒素に分解する。そして、分解により生成された水素または水素を含む混合ガスを、パイロットバーナー３ｂ用の燃料ガス、フレアバーナー３ａのアシストガスとして、フレア設備３へ導く。これにより、基地内にパイロットバーナー３ｂ用の燃料ガス、フレアバーナー３ａのアシストガスに使用できる燃料ガスがない場合でも、低温貯蔵タンク２から発生するＢＯＧを利用し、フレア設備３へ供給することで、外部からのプロパンボンベ等の調達および定期的な入替作業が不要となる。
上述したように、本実施形態に係るアンモニア貯蔵供給基地１は、液体アンモニア１００を貯蔵する低温貯蔵タンク２と、少なくとも低温貯蔵タンク２から排出される余剰のアンモニアガスを焼却可能なフレア設備３と、低温貯蔵タンク２で生じたボイルオフガスを分解して水素または水素を含む混合ガスを生成し、フレア設備３に供給する燃料ガス供給設備４と、を備える。この構成によれば、外部からパイロットバーナー３ｂ用の燃料ガス、アシストガスを調達する頻度を低減または殆ど調達することなく余剰のアンモニアガスをフレア設備３で焼却処分できる。
以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。
１…アンモニア貯蔵供給基地、２…低温貯蔵タンク、３…フレア設備、３ａ…フレアバーナー、３ｂ…パイロットバーナー、５…再液化装置、６…ＢＯＧ圧縮機、１０…ＢＯＧ排出ライン、１１…ＢＯＧ再液化ライン、１２…ＢＯＧ返送ライン、１３…処理ガス供給ライン、２０…アンモニア分解処理槽、２１…ＢＯＧ供給ライン、２１ａ…制御弁、２２…燃料ガス供給ライン、２２ａ…制御弁、２３…アシストガス供給ライン、２３ａ…制御弁、３０…制御装置、１００…液体アンモニア
Claims (5)
- 液体アンモニアを貯蔵する低温貯蔵タンクと、
少なくとも前記低温貯蔵タンクから排出される余剰のアンモニアガスを焼却可能なフレア設備と、
前記低温貯蔵タンクで生じたボイルオフガスを分解して水素または水素を含む混合ガスを生成し、前記フレア設備に供給する燃料ガス供給設備と、を備える、アンモニア貯蔵供給基地。 - 前記燃料ガス供給設備は、ボイルオフガスを分解して生成した水素または水素を含む混合ガスの少なくとも一部を、前記フレア設備のパイロットバーナーに供給する、請求項１に記載のアンモニア貯蔵供給基地。
- 前記燃料ガス供給設備は、ボイルオフガスを分解して生成した水素または水素を含む混合ガスの少なくとも一部を、前記フレア設備のフレアバーナーに供給する、請求項１または２に記載のアンモニア貯蔵供給基地。
- 前記燃料ガス供給設備は、前記フレア設備におけるアンモニアガスの焼却量に応じて、ボイルオフガスを分解して生成した水素または水素を含む混合ガスの、前記フレア設備のパイロットバーナーまたはフレアバーナーへの分配供給量を調整する、請求項１に記載のアンモニア貯蔵供給基地。
- 前記燃料ガス供給設備は、前記ボイルオフガスを触媒により分解して水素または水素を含む混合ガスを生成するアンモニア分解処理槽を備える、請求項１に記載のアンモニア貯蔵供給基地。
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