JP2688267B2 - 天然ガスを液化貯蔵し、再気化して供給する方法および装置 - Google Patents

天然ガスを液化貯蔵し、再気化して供給する方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高圧の天然ガスを受入れ、これを減圧液化
して貯蔵し、再気化して都市ガスなどとして供給する方
法および装置に関する。
従来の技術 従来から製造所で気化され、高圧で送られてきた天然
ガスの一時貯蔵は、ガスホルダで行われている。ガスホ
ルダは大形であり、都市近郊での大形構造物の建設は困
難な状況となつてきている。
発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、ガスホルダを用いることなく、高圧
の天然ガスの保有する圧力エネルギを用いて、天然ガス
を液化し、小形のタンクで貯蔵し、必要に応じて再気化
して供給する方法および装置を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明は、高圧の天然ガスを膨張タービンに与えて減
圧するとともに、エネルギを回収し、この回収したエネ
ルギによつて天然ガスを作動媒体とする冷凍機を運転し
て冷熱を発生させ、 凝固／溶融の潜熱および顕熱を利用する蓄冷手段およ
び前記冷凍機から得られた冷熱によつて、減圧された天
然ガスを液化貯蔵し、 液化天然ガスを前記冷凍機から得られた冷熱によつて
冷却した後、前記蓄冷手段で再気化して供給するととも
に、蓄冷手段に冷熱を蓄冷することを特徴とする天然ガ
スを液化貯蔵し、再気化して供給する方法である。
また本発明は、高圧の天然ガスを減圧するとともに、
エネルギを回収する膨張タービンと、 凝固点が減圧された天然ガスの液化温度未満である蓄
冷剤が収納される蓄冷手段と、 天然ガスを作動媒体として用い、膨張タービンによつ
て回収されたエネルギで駆動される冷凍機と、 前記冷凍機からの冷熱によつて、減圧された天然ガス
または液化天然ガスを冷却する冷却器と、 液化天然ガスを貯留するタンクとを含み、 膨張タービンによつて減圧された天然ガスを蓄冷手段
と冷却器とで液化してタンクに導く天然ガスを液化貯蔵
する第１動作と、 タンクからの液化天然ガスを、冷却器を経て蓄冷手段
に導いて蓄冷剤に蓄冷するとともに、液化天然ガスを気
化供給する第２動作とを切換えて行うことを特徴とする
天然ガスの液化貯蔵・気化供給装置である。
また本発明は、前記蓄冷手段が、 蓄冷剤を貯留する容器と、 蓄冷剤に浸漬される伝熱管であつて、横に延びる複数
の伝熱管部分が上下に配置される伝熱管とを含むことを
特徴とする。
作用 本発明に従えば、高圧の天然ガスを受入れ、これを膨
張タービンに導いて減圧するとともに、動力の回収を行
い、この回収された動力で天然ガスを作動媒体とする冷
凍機を運転する。減圧された天然ガスは蓄冷手段によつ
て冷却され、さらに前記冷凍機によつて冷却されて液化
され、小形のタンクに貯蔵される。タンクに貯蔵された
液化天然ガスホルダは、必要に応じて気化され都市ガス
として供給される。この際、液化天然ガスを気化すると
きの気化熱は、蓄冷手段に蓄冷される。また蓄冷手段に
おいて用いられている蓄冷剤の凝固点は、減圧された天
然ガスの液化温度未満であり、蓄冷剤が溶融、昇温する
際における潜熱、顕熱によつて、膨張タービンからの天
然ガスを後続の冷凍機による冷却器とともに冷却して液
化することができ、こうして都市ガスの使用量が少ない
深夜などにおいて都市ガスを容積の少ない液体で貯蔵す
ることができる。また夕方および夜間において都市ガス
の使用量が大きいときには、タンクからの液化天然ガス
を、冷凍機による冷却器に導き、蓄冷剤の凝固点以下に
冷却し、こうして低温度に冷却された液化天然ガスが蓄
冷手段において液体の蓄冷剤を凝固して、冷熱を蓄冷剤
の潜熱として蓄え、この蓄冷手段において液化天然ガス
は気化されて供給することができる。
したがつて都市ガスの送出量が落ちる深夜だけ、その
天然ガスの液化のために冷凍機を運転するものではない
ので、冷凍機の設備の能力を低減し、高圧の天然ガスを
減圧するときに回収されるエネルギで運転することがで
きる。
また本発明に従えば、蓄冷手段において、蓄冷剤に浸
漬されている伝熱管は、横に延びる複数の伝熱管部分を
有し、この伝熱管部分が上下に配置されているので、蓄
冷剤の温度分布を上から下に順に低くして、蓄冷すると
きは下部から蓄冷剤を順次凍結させることができる。こ
うして天然ガスは常温程度の温度から液化温度まで冷却
液化され、あるいは、この逆に液化天然ガスを気化し、
常温程度の温度にまで昇温させることができる。
実施例 第１図は本発明の一実施例の全体の系統図である。高
圧幹線１には、たとえば10〜40kg/cm2の天然ガスが供給
され、膨張タービンE1で動力を回収され、圧力調整器２
を経て、管路４からは7kg/cm2のほぼ常温の天然ガスが
供給される。この管路４から供給される都市ガスである
減圧された天然ガスは、第２図に示されるように、その
一日の時刻において使用量が変化する。たとえば時刻t1
〜t2の深夜時間帯W1では、ガス使用量は僅かであり、朝
の時刻t2から夕方の時刻t3までの昼時間帯W2では、ガス
の使用量はほぼ一定値であり、夕方の時刻t3〜夜の時刻
t1の夜時間帯W3では、ガスの使用量が急増する。本発明
では、時刻t1〜t2の深夜時間帯W1において天然ガスを液
化してタンク５に貯蔵する第１動作を行い、夕方から夜
の時刻t3〜t1の夜時間帯W3では、このタンク５からの液
化天然ガスを気化して供給する第２動作を行う。
冷凍機６は、膨張タービンE1によつて常時駆動され
る。この冷凍機６において低圧の気液分離器９では、作
動媒体である天然ガスは参照符10で示されるように一部
液体とされる。その温度は気液分離器９内の圧力が減圧
された天然ガスの圧力よりも低圧であるため減圧された
天然ガスの凝縮点−125℃未満の温度、たとえば−135℃
である。
第３図は蓄冷手段７の簡略化した断面図である。蓄冷
手段７においてその容器11には蓄冷剤12が貯留されてお
り、この蓄冷剤は減圧された天然ガスの液化温度−125
℃未満である凝固点を有し、しかも冷凍機６の気液分離
器９に貯留されている液化天然ガス10の温度−135℃以
上で凝固する。このような蓄冷剤としては、たとえばア
ルコール系であり、その具体的な一例として、たとえば
メタノールとイソプロパノールとの混合物であつてもよ
い。
蓄冷剤12には、伝熱管14が浸漬されている。この伝熱
管14は、横に水平に延びる複数の伝熱管部分14a〜14gを
有し、これらの伝熱管部分14a〜14gは上下に配置され、
ジグザグの伝熱管を構成する。これによつて容器11内の
蓄冷剤はその温度による密度差によつて、下部から上部
に、凍結（固体）域15、融点（固液混合）域16、中間
（液体）域17および常温域18を下から上にこの順序で形
成することができる。
第１動作を行う深夜の時刻t1〜t2の時間帯W1におい
て、管路１からの高圧力の天然ガスは、膨張タービンE1
に導かれて減圧され、一部は管路19から圧力調整器２を
経て管路４に供給される。残余の天然ガスは、管路19,2
0,21を経て、さらに三方弁22から管路23,24、流量制御
弁25および主熱交換機56の熱交換部HE3、管路27を経
て、蓄冷手段７における伝熱管14の一端部28に供給され
る。蓄冷手段７では、第３図（１）で示されるように、
その蓄冷剤12が凍結域15において凝固、共晶している。
一端部28から供給される天然ガスは常温域18、中間域1
7、融点域16および凍結域15にこの順序で流れて冷却液
化され、他端部29から排出される。伝熱管部分14aは、
断熱材30によつて断熱された管路31を介して端部29に接
続される。こうして得られた液化天然ガスは、管路32か
ら管路33を経て冷却器34に導かれ、ここで−135℃の液
化天然ガスによつて過冷却され、開閉弁35から管路36を
経てタンク５に参照符37で示されるように液体で貯蔵さ
れる。冷却器34には、冷凍機６における気液分離器９の
低温度の液化天然ガス10が三方弁38を介して管路39から
導かれ、これによつて上述のように管路32,33からの液
化天然ガスが過冷却される。
蓄冷手段７において伝熱管14の一端部28から常温程度
の天然ガスが供給されることによつて、蓄冷剤12の凍結
域15の蓄冷剤12はその潜熱を液化天然ガスに与えること
によつて次第に溶融し、第３図（２）で示されるように
凍結域15が小さくなり、最終的には第３図（３）で示さ
れるように凍結域15がなくなり、容器11の下部は融点域
16となり、常温域が大きくなり、蓄冷剤の顕熱が利用さ
れる。またタンク５の気相部は、管路47、圧力制御弁45
を介して、減圧された天然ガスの圧力よりも低い、冷凍
機６の第１中間圧の管路43に接続されているので、前記
によつて過冷却された液化天然ガスは、タンク５内に吸
込まれる。
第２動作を行う夜の時刻t3〜t1の夜間時間帯W3では、
都市ガスとしての天然ガスの使用量が多く、管路１から
の高圧の天然ガスを膨張タービンE1で減圧しただけで
は、管路４に供給する供給ガスが不足する。このときに
はタンク５において貯留されている液化天然ガスが蓄冷
手段７において気化されて管路４から供給される。前述
の時刻t1〜t2の深夜時間帯W1では冷凍機６の管路43に設
けられている圧力制御弁45は開かれ、管路44に設けられ
ている圧力制御弁46は閉じられていたけれども、時刻t3
〜t1の夜時間帯W3では、圧力制御弁45が閉じられ、圧力
制御弁46が開かれ、管路47によつて減圧された天然ガス
の圧力よりも高い冷凍機６の第２の中間圧がタンク５の
気相部に加圧されて、タンク５内の液化天然ガス37が押
出される。弁35を開くことによつて、液化天然ガス37が
タンク５から管路36、開閉弁35、冷却器34、管路33.32
を経て蓄冷手段７の端部29に供給される。冷却器34では
管路39から前述のように液化天然ガス10が三方弁38を介
して、たとえば−135℃で供給されて、向流でタンク５
からの液化天然ガス37が冷却され、たとえば−133℃で
蓄冷手段に供給され、この蓄冷手段７に端部29から供給
される液化天然ガスの温度は、蓄冷手段７における蓄冷
剤の凝固共晶温度未満である。これによつて蓄冷手段７
では、第３図（４）の凍結域15のない状態から第３図
（５）で示されるように変わり、蓄冷剤12が次第に凝固
されて凍結域15が形成され、さらにその凍結域15が第３
図（６）で示されるように大きくなる。蓄冷剤12の上部
は常温域18となつている。このようにして蓄冷剤12が凝
固され、その潜熱によつて冷熱が蓄えられる。こうして
端部29から供給される液化天然ガスは蓄冷剤12を凝固し
て冷却するとともに、気化され、端部28から管路27を経
て、流量制御弁25および主熱交換器56の熱交換部HE3を
通つて加温され、ほぼ常温となつて管路24,23、三方弁2
2、管路21,20、圧力制御弁２、加温器３を経て管路４か
ら都市ガスとして供給される。
次に冷凍機６の構成および動作を、第１図および第４
図のモリエル線図を用いて説明する。冷凍機６では、膨
張タービンE1の動力によつて、ギアボツクス41を介して
圧縮機C1,C2,C3が駆動される。膨張タービンE1の動力が
不足するときは、モータ42に電力が供給され不足する動
作が補われる。気液分離器９内の圧力は2.5kg/cm2であ
り、その中の液化天然ガスは、冷却器34でタンク５へ入
るまたはタンク５から出て来る液化天然ガスを冷却し
て、自身は気化され、気液分離器９の気相の天然ガスと
ともに主熱交換器56の熱交換部HE2で加熱され、管路61,
50を通つて、約−10℃で圧縮機C1に吸引され、圧縮機C1
で圧縮される。圧縮機C1出口の管路51における天然ガス
は、100℃、5.0kg/cm2となる。この管路51の液化天然ガ
スは冷却器HE4によつて冷却され、管路43では10℃の天
然ガスとなる。この管路43からの天然ガスは圧縮機C2に
おいて圧縮され、管路53では130℃、10kg/cm2とされ、
冷却器HE5によつて冷却されて10℃とされ、管路44から
圧縮機C3に導かれる。圧縮機C3では、天然ガスが圧縮さ
れて130℃、40kg/cm2となり、管路54から冷却器HE6に導
かれ、ここで冷却される。冷却器HE6からの天然ガスは
膨張タービンE2を駆動し、管路55から主熱交換器56の熱
交換部HE1に導かれ冷却される。管路57からは−120℃の
天然ガスが得られる。管路57からの気体は、膨張タービ
ンE3においてさらに2.5kg/cm2に減圧される。これによ
つて管路58では−135℃に冷却され、大部分が液化され
て気液分離器９に戻る。
主熱交換器56では、管路55からの天然ガスは、管路60
からのもつと低い温度の天然ガスによつて向流熱交換し
て冷却され、この管路57における天然ガスは膨張タービ
ンE3によつて減圧液化される。
冷却器34において気液分離器９の液体10が三方弁38お
よび管路39から導かれ、その気化した天然ガスは、管路
65から主熱交換器56内の熱交換部HE2の一部で、管路60
からのガスとともに、熱交換されて、管路61に導かれ
る。作動媒体としての天然ガスは、冷凍機６に制御弁８
から供給される。
このようにして上述の実施例では、都市ガスとしての
管路１からの高圧の天然ガスを受入れ、この有している
圧力エネルギを、昼夜連続して利用して冷熱貯蔵が可能
となる。蓄冷手段７における蓄冷剤の潜熱および顕熱を
同時に利用して都市ガスの液化貯蔵および再気化供給を
行うことができる。さらにまたタンク５における液化天
然ガス37を、冷凍機６における第１の中間圧の作動媒体
である天然ガスの圧力で、時刻t1〜t2の深夜の時間帯W1
で受入れ、時刻t3〜t1の夜間時間帯W3では第２の中間圧
で送出す。さらに減圧された天然ガスの液化を、10kg/c
m2以下のたとえば7kg/cm2で行うことができる。さらに
また冷凍機６において天然ガスの冷却、加熱を、冷却器
HE4,HE5,HE6との組合わせによつて行い、圧縮機C1,C2,C
3の中間および最終の冷却後のガス冷却器出口温度を、
ほぼ０℃まで下げ、これによつて圧縮機C1,C2,C3の動力
削減を図るとともに、ガスの昇温に要する熱源を自給す
ることができる。さらにまた冷却器34を用いることによ
つて、液化天然ガスのタンク５に充填する液化天然ガス
を完全に飽和温度以下に過冷却し、タンク５内でのフラ
ツシユを防止することができ、また払い出す液化天然ガ
スを過冷却の状態として蓄冷剤12を冷却ないしは凝固す
ることができる。
さらにまた流量制御弁25の開度を制御して、管路23か
らの天然ガスの一部を主熱交換器56に管路70を介して導
き、ことによつて、液化すべき天然ガスが主熱交換器56
の熱交換部HE3に導入されるバイパス経路を管路24によ
つて形成し、こうして冷凍機６の負荷の調整を行うとと
もに液化すべき天然ガスを予冷することができ、また気
化された天然ガスの有する冷熱を回収することができ
る。
蓄冷手段７における蓄冷剤12の凝固温度は、前述のよ
うに減圧された天然ガスの凝縮温度−125℃未満に選ば
れ、また冷凍機６の低圧天然ガスの蒸発温度−135℃以
上に選ばれる。この凝固温度が−135℃よりも低すぎる
と、冷凍機６の低圧圧力をさらに低下させねばならず、
動力を節減することができない。本発明の一実施例で
は、その凝固温度の下限は上述のように−135℃程度に
選ぶことが好ましい。
また、この蓄冷手段７を用いることによつて液化天然
ガスの気化の熱源が不必要である。
第５図を参照して、蓄冷と冷凍機６と天然ガス液化と
の関係を述べる。ライン72はタンク５における冷熱エネ
ルギを示し、そのライン72よりも右下の領域73は、8kg/
cm2の天然ガスの冷却・液化および液化天然ガスの冷却
ならびに天然ガスの気化・液化に必要な冷熱エネルギを
示している。ライン74よりも第５図の右下の領域75は、
蓄冷手段７に蓄冷することができる冷熱エネルギを示
す。ライン76と、前述のライン74とによつて囲まれる領
域77は、冷凍機６で発生させるべき冷熱エネルギを示
す。
発明の効果 以上のように、本発明によれば、膨張タービンを用い
て、高圧の天然ガスを膨張タービンで減圧し、その圧力
エネルギを回収し、回収したエネルギで天然ガスを作動
媒体とする冷凍機を運転する。そして減圧した天然ガス
を蓄冷剤に蓄えられた冷熱と、前記冷凍機によつて得ら
れた冷熱とで液化して貯蔵し、また液化天然ガスを気化
するときは、その気化熱を前記蓄冷剤に冷熱として蓄え
るので、冷凍機が小容量のものにでき、その運転に外部
からのエネルギをほとんど用いず、また大形のガスホル
ダも必要なく、小形の液化天然ガスタンクに天然ガスを
貯蔵できる。
しかも本発明によれば、液化天然ガスを作動媒体とす
る冷凍機を、前記膨張タービンによつて常に駆動して運
転し、これによつて冷凍機に作動媒体を補給するための
特別の設備を用いる必要がなくなる。
さらに本発明によれば、蓄冷手段において用いられる
蓄冷剤は、減圧した天然ガスの液化温度未満の凝固点を
有し、これによつて蓄冷剤の潜熱および顕熱を利用して
蓄冷することができ、構成を小形化することができる。
この蓄冷手段の伝熱管は、横に延びる複数の伝熱管部
分が上下に配置されて構成されるので、その蓄冷手段の
容器の下部では、低温の蓄冷剤が共晶状態で、または液
体として貯留されることができ、一方、蓄冷剤の表面層
は、たとえばほぼ大気温度と同程度の液体を貯留するこ
とができ、こうして天然ガスを常温程度から液化温度ま
で冷却液化することができ、これとは逆に低温度の液化
天然ガスによつて蓄冷剤を順次凝固させ、表面層の常温
の蓄冷剤によつて、その液化天然ガスを気化して常温近
くまで昇温することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の全体の系統図、第２図は都
市ガスとして用いられる天然ガスの使用量の時間経過を
示す図、第３図は蓄冷手段７の簡略化した断面図、第４
図は冷凍機６の動作を説明するためのモリエル線図、第
５図は本発明の一実施例の蓄冷と冷凍機と天然ガス液化
との関係を示す図である。 ５……タンク、６……冷凍機、７……蓄冷手段、９……
気液分離器、12……蓄冷剤、14……伝熱管、34……冷却
器、E1,E2,E3……膨張タービン、C1,C2,C3……圧縮機
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２５Ｊ 1/00 Ｆ２５Ｊ 1/00 Ａ 5/00 5/00 (56)参考文献 特開 昭60−196580（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−147197（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−127062（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−175799（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭55−43385（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭55−23094（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭54−28311（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高圧の天然ガスを膨張タービンに与えて減
    圧するとともに、エネルギを回収し、この回収したエネ
    ルギによつて天然ガスを作動媒体とする冷凍機を運転し
    て冷熱を発生させ、 凝固／溶融の潜熱および顕熱を利用する蓄冷手段および
    前記冷凍機から得られた冷熱によつて、減圧された天然
    ガスを液化貯蔵し、 液化天然ガスを前記冷凍機から得られた冷熱によつて冷
    却した後、前記蓄冷手段で再気化して供給するととも
    に、蓄冷手段に冷熱を蓄冷することを特徴とする天然ガ
    スを液化貯蔵し、再気化して供給する方法。
  2. 【請求項２】高圧の天然ガスを減圧するとともに、エネ
    ルギを回収する膨張タービンと、 凝固点が減圧された天然ガスの液化温度未満である蓄冷
    剤が収納される蓄冷手段と、 天然ガスを作動媒体として用い、膨張タービンによつて
    回収されたエネルギで駆動される冷凍機と、 前記冷凍機からの冷熱によつて、減圧された天然ガスま
    たは液化天然ガスを冷却する冷却器と、 液化天然ガスを貯留するタンクとを含み、 膨張タービンによつて減圧された天然ガスを蓄冷手段と
    冷却器とで液化してタンクに導く天然ガスを液化貯蔵す
    る第１動作と、 タンクからの液化天然ガスを、冷却器を経て蓄冷手段に
    導いて蓄冷剤に蓄冷するとともに、液化天然ガスを気化
    供給する第２動作とを切換えて行うことを特徴とする天
    然ガスの液化貯蔵・気化供給装置。
  3. 【請求項３】前記蓄冷手段が、 蓄冷剤を貯留する容器と、 蓄冷剤に浸漬される伝熱管であつて、横に延びる複数の
    伝熱管部分が上下に配置される伝熱管とを含むことを特
    徴とする特許請求の範囲第２項記載の天然ガスの液化貯
    蔵・気化供給装置。
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