JP3208547B2 - 液化天然ガスの寒冷を利用した永久ガスの液化方法 - Google Patents

液化天然ガスの寒冷を利用した永久ガスの液化方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液化天然ガスの寒冷を
利用した永久ガスの液化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液化天然ガス（以下、ＬＮＧという）の
寒冷を利用して窒素ガス等を液化する設備としては、一
般に、圧縮機で窒素ガスをＬＮＧとの熱交換で液化可能
な圧力まで圧縮し、次いで熱交換器でＬＮＧと熱交換さ
せてＬＮＧを昇温気化させるとともに、窒素ガスを液化
するプロセスが用いられている。気化したＬＮＧ、即ち
天然ガスは、主として火力発電用や都市ガス用として用
いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、火力発
電や都市ガスは、１日のうち、昼に需要が多く、夜に需
要が少ないという需要の変動がある。従って、上記のガ
ス液化プロセスに供給されるＬＮＧ量も、上記需要変動
によって変動するため、利用できる寒冷量も変動してし
まう。このため、供給されるＬＮＧ量が多いときは上記
ガス液化プロセスで得られる液化ガス量を増大できる
が、ＬＮＧ量が減少すれば液化ガス量も減少することに
なる。
【０００４】一方、圧縮機を駆動するための電力は、昼
間の料金に比べて夜間が安く設定されている。従って、
昼間には圧縮機をできるだけ抑えて運転し、夜間に増量
運転することが望ましいが、上記のように夜間は供給さ
れるＬＮＧ量が少なく、液化できるガス量が少なくなる
ため、単に圧縮機を増量運転しても液化ガス量を増すこ
とはできない。
【０００５】そこで本発明は、上記ＬＮＧの供給量の変
動と電力料金の差を勘案して、効率よくガスを液化する
方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の液化天然ガス（ＬＮＧ）の寒冷を利用し
た永久ガスの液化方法は、永久ガス用圧縮機と、該永久
ガス用圧縮機で圧縮された圧縮永久ガスを液化天然ガス
の寒冷を利用して液化する熱交換器と、該熱交換器で中
間温度まで冷却された圧縮永久ガスの一部を分岐して導
出する管と、該管に設けた入口弁を介して導入される分
岐した圧縮永久ガスを膨張させて寒冷を発生させる永久
ガス用膨張タービンと、該永久ガス用膨張タービンによ
り寒冷が発生した永久ガスを前記圧縮永久ガスの冷却源
として前記熱交換器に導入じて昇温後に前記永久ガス用
圧縮機の吸入側に合流させる管とを備え、前記熱交換器
に供給される液化天然ガスの増量時には、前記入口弁を
閉方向に操作して前記膨張タービンを停止又は減量運転
し、前記熱交換器に供給される液化天然ガスの減量時に
は、前記入口弁を開方向に操作して前記膨張タービンを
稼働又は増量運転することを特徴としている。なお、永
久ガス用圧縮機及び永久ガス用膨張タービンを、それぞ
れ複数台設置した場合も、本発明に含まれる。また、本
発明は、前記永久ガスが窒素であること、前記永久ガス
用圧縮機を複数台設置し、これらの稼働台数又は合計吐
出量を、前記液化天然ガスの供給量に応じて増減させる
こと、前記膨張タービンによる発生寒冷量は、前記液化
プロセスの所用寒冷量と供給されるＬＮＧから得られる
寒冷量との差であることを特徴とするものを含むもので
ある。
【０００７】
【作 用】上記構成によれば、ＬＮＧの供給量が減量さ
れて寒冷量が低減した場合には、該寒冷低減量に応じた
寒冷量を膨張タービンから得ることができる。従って、
ＬＮＧの需要が減少し、供給量が減少する夜間でも安定
した状態で所定量のガスを液化することが可能となる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基づい
て、さらに詳細に説明する。なお、永久ガスとして窒素
ガスを例示して説明するが、本発明は、他の永久ガス、
例えば空気やアルゴン，ネオン，ヘリウム等の液化にも
同様にして適用することができる。
【０００９】まず、図１は本発明方法を実施するための
ガス液化プロセスの基本的な構成を示すもので、窒素ガ
スを圧縮する圧縮機１と、該圧縮機１で圧縮した圧縮窒
素ガスをＬＮＧの寒冷を利用して液化する熱交換器２
と、該熱交換器２で中間温度まで冷却された前記圧縮窒
素ガスの一部を分岐して導出する管１４と、該管１４に
設けた入口弁１３を介して導入される分岐した圧縮窒素
ガスを膨張させて寒冷を発生させる膨張タービン３と、
該膨張タービン３により寒冷が発生した窒素ガスを前記
窒素ガスの冷却源として熱交換器２に導入じて昇温後に
圧縮機１の吸入側に合流させる管と１５とを主構成要素
とするものである。そして、前記熱交換器２に供給され
るＬＮＧの増量時には、入口弁１３を閉方向に操作して
膨張タービン３を停止又は減量運転し、熱交換器２に供
給されるＬＮＧの減量時には、入口弁１３を開方向に操
作して前記膨張タービンを稼働又は増量運転する。
【００１０】上記プロセスにおいて、液化される窒素ガ
スは、図示しない窒素ガス供給源から管４を経て前記圧
縮機１に吸入され、例えば６０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに圧縮さ
れて管５から前記熱交換器２に導入される。この熱交換
器２には、管６から例えば−１５０℃，９ｋｇ／ｃｍ2
ＧのＬＮＧが導入されており、該ＬＮＧと前記窒素ガス
とが熱交換してＬＮＧは昇温気化して管７に導出され、
窒素ガスは冷却され液化して管８に導出される。
【００１１】上記冷却された窒素ガスは、減圧弁９で減
圧した後、気液分離器１０に導入される。気液分離器１
０内の液化窒素は管１１から導出され、液化窒素貯槽等
に送られる。一方、気液分離器１０内の窒素ガスは、管
１２から導出されて熱交換器２で前記圧縮後の窒素ガス
の冷却源の一部となって昇温した後、前記圧縮機１の吸
入側窒素ガスに合流する。
【００１２】ここで、管６からのＬＮＧの供給量が多い
場合、即ち天然ガスの需要が多い昼間は、該ＬＮＧの寒
冷を十分に利用して、それに見合う量の窒素ガスを供給
することにより、所定量の液化窒素を製造することがで
きる。
【００１３】そして、管６からのＬＮＧの供給量が少な
い場合、即ち天然ガスの需要が減少する夜間は、ＬＮＧ
供給量減少に伴う寒冷量の減少を前記膨張タービン３を
稼働させて賄うようにする。即ち、膨張タービン３の入
口弁１３を開いて、熱交換器２で中間温度まで冷却され
た窒素ガスの一部を、管１４を介して膨張タービン３に
導入し、膨張させて寒冷を発生させて管１５から前記管
１２の窒素ガスと共に熱交換器２に導入し、圧縮後の窒
素ガスの冷却源とする。
【００１４】また、上記膨張タービン３を稼働させるた
め、圧縮後の窒素ガスを一部膨張タービン３側に分岐さ
せるので、圧縮機１では、該分岐窒素ガス量に相当する
窒素ガスを賄うように増量運転を行い、前記熱交換器２
から管８，減圧弁９，気液分離器１０，管１１を経て導
出される液化窒素量を一定に保つようにする。
【００１５】このとき、圧縮機１においては、増量運転
のために所要電力量が増すことになるが、前述のように
膨張タービン３の稼働はＬＮＧの供給量が減少する夜間
であり、電力料金の安価な時間帯であるため、電力量の
増加に対する電力料金の増加は僅かであり、電力を効率
よく使用して低コストで窒素ガスを液化することができ
る。なお、夜間とは、昼間と逆にＬＮＧの気化利用可能
量が少なくなるが、電力単価が安くなり、電力を多く、
有効に使用できる時間帯をいい、休日等もこの時間帯扱
いとなる。
【００１６】次に具体的な数値を挙げて説明する。ま
ず、圧縮機１には、３００００〜７００００Ｎｍ3 ／ｈ
まで容量変更が可能な圧縮機を用いている。一般には、
３００００Ｎｍ3 ／ｈの圧縮機と４００００Ｎｍ3 ／ｈ
の圧縮機の２台に分割して並列に設置し、４００００Ｎ
ｍ3 ／ｈの圧縮機の運転・停止により、３００００／７
００００の切替えを行う。
【００１７】昼間は膨張タービン３の入口弁１３が閉じ
られ、膨張タービン３は停止している。このとき、圧縮
機１は３００００Ｎｍ3 ／ｈで運転され、管４からの窒
素ガスを６０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに昇圧して管５から熱交換
器２に導入する。管６からのＬＮＧは、４０ｔ／ｈ，−
１５０℃，９ｋｇ／ｃｍ2 Ｇで熱交換器２に導入され、
約−４０℃に昇温気化して管７から導出される。
【００１８】熱交換器２で冷却されて管８に導出した窒
素ガスは、減圧弁９で５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに減圧されて気
液分離器１０内に導入され、液化窒素１８３００Ｎｍ3
／ｈが管１１から導出される。気液分離器１０内の１１
７００Ｎｍ3 ／ｈの低温窒素ガスは、管１２から熱交換
器２を経て前記管５からの窒素ガスを冷却し、自身は昇
温した後、圧縮機１に再び吸引される。
【００１９】このときの窒素ガスの動きは、管４から供
給された窒素ガス１８３００Ｎｍ3 ／ｈが液化窒素とし
て管１１に導出され、１１７００Ｎｍ3 ／ｈが前記圧縮
機１から熱交換器２，気液分離器１０を経て熱交換器２
から圧縮機１に戻る回路を循環していることになる。
【００２０】夜間になり、管６からのＬＮＧの供給量が
１０ｔ／ｈに減少し、昼間の２５％になると、前記入口
弁１３が開かれて膨張タービン３が稼働するとともに、
圧縮機１は７００００Ｎｍ3 ／ｈの窒素ガスを処理する
増量運転に入る。
【００２１】圧縮機１で昇圧した７００００Ｎｍ3 ／ｈ
の窒素ガスの内、５００００Ｎｍ3 ／ｈが熱交換器２の
途中から管１４に分岐し、入口弁１３を経て膨張タービ
ン３に導入され、５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに膨張して寒冷を発
生した後、熱交換器２に導入されて窒素ガスの冷却源と
なる。
【００２２】熱交換器２で前記ＬＮＧと上記膨張タービ
ン３からの低温の窒素ガスにより冷却されて管８に導出
された窒素ガス２００００Ｎｍ3 ／ｈは、前記同様に減
圧弁９を経て気液分離器１０に導入され、１８３００Ｎ
ｍ3 ／ｈが液化して管１１から導出され、１７００Ｎｍ
3 ／ｈの低温窒素ガスが、管１２から導出されて膨張タ
ービン３からの低温の窒素ガスに合流する。
【００２３】このときの窒素ガスの動きは、管４から供
給された窒素ガス１８３００Ｎｍ3 ／ｈが前記同様に液
化窒素として管１１に導出され、１７００Ｎｍ3 ／ｈが
前記圧縮機１から熱交換器２，気液分離器１０を経て熱
交換器２から圧縮機１に戻る回路を循環し、５００００
Ｎｍ3 ／ｈが膨張タービン３を通る回路を循環している
ことになる。
【００２４】上記のように、ＬＮＧの供給量に応じて膨
張タービン３を停止又は稼働するとともに、圧縮機１の
処理量を増減することにより、常時一定量の窒素ガスを
液化して取り出すことが可能になる。
【００２５】なお、ガス液化プロセスとしては、上記実
施例に示す構成の他、膨張タービンを複数台使用するも
のや、熱交換器を分割するもの、圧力レベルの異なるも
の、圧縮機を複数台とし、吸入／吐出圧力を各々変えて
サイクルを組むものなども考えられる。また、上記実施
例では、液化量を一定とする操作手順で説明したが、圧
縮機及び膨張タービンの処理量を変化させて液化量を変
化させる運転を行うことも可能である。さらに、膨張タ
ービンを循環する系とガスを液化する系とを分離独立さ
せることも可能である。
【００２６】図２は空気液化分離装置に本発明を適用し
た実施例を示すものである。原料空気は、管２１から主
熱交換器２２に入り、略液化点まで冷却され、管２３か
ら下部塔２４に導入される。該下部塔２４の中段から
は、管２５により低純窒素ガスが抜き出され、主熱交換
器２２の熱収支上に必要な量が管２６から主熱交換器２
２に導入されて昇温した後、ガス液化プロセスの窒素ガ
ス供給用の管４からガス液化プロセスに導入される。低
純窒素ガスの残りは、低温状態のまま管２７からガス液
化プロセスに導入される。
【００２７】ガス液化プロセスにおける圧縮機は、管１
１から導出される液化窒素に対応する容量の圧縮機１ａ
と、膨張タービン３と対で運転される圧縮機１ｂとの２
台が設置されており、昼間には圧縮機１ａのみが稼働
し、夜間には両圧縮機１ａ，１ｂが共に稼働するように
設定されている。
【００２８】まず、昼間は、圧縮機１ｂ及び膨張タービ
ン３は停止しており、圧縮機１ａで昇圧された低純窒素
ガスが管５から熱交換器２ａ，２ｂを通り、管６から供
給されるＬＮＧと熱交換して冷却され液化し、さらに熱
交換器２ｃで冷却され液化して管８に導出され、減圧弁
９で減圧，部分気化した後、気液分離器１０に導入され
る。気化した窒素ガスは、管１２から導出され、前記管
２７からの窒素ガスと合流した後、熱交換器２ｃ，２
ｂ，２ａを通って昇温し、圧縮機１ａに吸入される。一
方、気液分離器１０から管１１に導出された液化窒素
は、前記下部塔２４の中段に供給される。
【００２９】また、精留塔では周知の精留操作が行わ
れ、下部塔２４の上部からは管２８を介して製品液化窒
素が、上部塔２９の底部からは管３０を介して製品液化
酸素が、同じく上部塔２９の下部からは管３１を介して
製品酸素ガスが、さらに上部塔頂部からは管３２を介し
て製品高純度窒素ガスがそれぞれ採取されている。
【００３０】次に、ＬＮＧ供給量が減少する夜間では、
圧縮機１ｂ及び膨張タービン３が稼働を開始し、ＬＮＧ
の減少に伴う不足寒冷量を発生させる。即ち、両圧縮機
１ａ，１ｂで昇圧された窒素ガスは、管５から熱交換器
２ａを通った後に分岐し、一方は昼間と同様に熱交換器
２ｂ，２ｃ，管８，減圧弁９，気液分離器１０を経て昼
間と同量の液化窒素が管１１から下部塔２４中段に導入
される。
【００３１】他方は、管１４，入口弁１３を経て膨張タ
ービン３に導入され、減圧，膨張し、降温する。膨張タ
ービン３を出た低圧低温の窒素ガスは、管１５から前記
管２７及び管１２の窒素ガスと共に熱交換器２ｃ，２
ｂ，２ａを通って昇温し、管４からの窒素ガスと共に圧
縮機１ａ，１ｂに吸入される。
【００３２】上記昼間の運転と夜間の運転を、ＬＮＧ使
用可能量及び／又は時間帯における電力単価に応じて切
り換えることにより、経済的に製品液化酸素や製品液化
窒素等を製造することができる。さらに、前述のよう
に、圧縮機１の容量と膨張タービン３の処理量を適当に
設定することにより、ＬＮＧの使用量にかかわらず常に
一定の液化窒素を精留塔に導入できるので、精留塔の運
転状態を全く変化させることがなく、精留塔を常に最適
な状態で運転することができる。また、逆に、ＬＮＧ使
用可能量と製品液化酸素，製品液化窒素等の液製品採取
量とを対応させて上記ガス液化プロセスにおける寒冷量
を調節することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液化天然
ガスの寒冷を利用した永久ガスの液化方法は、昼間の時
間帯はＬＮＧの保有する寒冷を最大限に利用して電力消
費量を低減し、夜間の時間帯は安価となる電力を使用す
ることにより低コストで各種永久ガスを液化することが
できる。
【００３４】また、圧縮機，熱交換器，膨張タービンか
らなる簡単な構成で実施することができるので、低コス
トの液化装置によってＬＮＧ供給量の変動，所要寒冷量
の変動及び電力料金の変動に対応してガス液化プロセス
を運転することにより、より低電力料金で適切な量のガ
スの液化を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す系統図である。
【図２】 本発明を空気液化分離装置に適用した一実施
例を示す系統図である。
【符号の説明】
１…圧縮機 ２…熱交換器 ３…膨張タービン
９…減圧弁 １０…気液分離器 １３…入口弁
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25J 1/00 - 5/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 永久ガス用圧縮機と、該永久ガス用圧縮
    機で圧縮された圧縮永久ガスを液化天然ガスの寒冷を利
    用して液化する熱交換器と、該熱交換器で中間温度まで
    冷却された圧縮永久ガスの一部を分岐して導出する管
    と、該管に設けた入口弁を介して導入される分岐した圧
    縮永久ガスを膨張させて寒冷を発生させる永久ガス用膨
    張タービンと、該永久ガス用膨張タービンにより寒冷が
    発生した永久ガスを前記圧縮永久ガスの冷却源として前
    記熱交換器に導入して昇温後に前記永久ガス用圧縮機の
    吸入側に合流させる管とを備え、前記熱交換器に供給さ
    れる液化天然ガスの増量時には、前記入口弁を閉方向に
    操作して前記膨張タービンを停止又は減量運転し、前記
    熱交換器に供給される液化天然ガスの減量時には、前記
    入口弁を開方向に操作して前記膨張タービンを稼働又は
    増量運転することを特徴とする液化天然ガスの寒冷を利
    用した永久ガスの液化方法。
  2. 【請求項２】 前記永久ガスが窒素であることを特徴と
    する請求項１記載の液化天然ガスの寒冷を利用した永久
    ガスの液化方法。
  3. 【請求項３】 前記永久ガス用圧縮機を複数台設置し、
    これらの稼働台数又は合計吐出量を、前記液化天然ガス
    の供給量に応じて増減させることを特徴とする請求項１
    記載の液化天然ガスの寒冷を利用した永久ガスの液化方
    法。
  4. 【請求項４】 前記膨張タービンによる発生寒冷量は、
    前記液化プロセスの所用寒冷量と供給される液化天然ガ
    スから得られる寒冷量との差であることを特徴とする請
    求項１記載の液化天然ガスの寒冷を利用した永久ガスの
    液化方法。
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