JP4474283B2 - 液化天然ガスを気化させるためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、液化天然ガスを気化させるためのシステム及び方法に関するものである。特に、本発明は、加熱された水により循環流体に加えられる熱交換作用により液化天然ガスを気化させる方法及びシステムに関するものである。特に、本発明は、水塔のブロワ動作により水の温度が上昇するようにした液化天然ガスを気化させるための方法及びシステムに関するものである。

天然ガスは、これが最終的に使用される場所から離れた地域で入手されることが往々にしてある。しばしば、このような天然ガスの輸送は、本質的に大気圧での輸送の体積を大幅に減少させるように天然ガスを液化することにより天然ガスを大量輸送することが望ましいものとされる海上輸送を意味する。このような状況の下で、液化天然ガスの温度は約−１６２℃となるのであるが、より重い炭化水素（例えば、エタン、プロパン、ブタン等）が液化天然ガスの沸点を若干変えることがしばしばある。従来、液化天然ガスの再気化又は気化のために、種々の熱伝導の流体、システム及び方法が提案されている。

多くの場合、液化ガスを熱して気化させるために、高温の水又は蒸気が使用される。残念ながら、このような高温の水又は蒸気は、しばしば凍結して蒸発装置を詰まらせるという危険を生じさせる。従来、この方法に種々の改良が加えられてきた。現在用いられている蒸発装置は、主として、オープンラック型、中間流体型及び水中燃焼型である。

オープンラック型の蒸発装置は、液化天然ガスとの向流熱交換のための熱源として海水を用いる。この型の蒸発装置は、凍結による詰まりがなく、操作とメンテナンスが容易であり、そのため、広く使用されている。しかしながら、熱伝導管の下部の表面の凍結を必然的に伴う。その結果、熱伝導に対する抵抗が増加するため、蒸発装置は伝導面積を増加させなければならず、このことが設備費を増大させることになる。熱効率を改良するため、この型の蒸発装置は、特殊な形状を備えたアルミニウム合金の熱伝導管を有する。この型の蒸発装置は、経済的に不利である。

水又は蒸気での直接加熱により液化天然ガスを気化させることをしない中間流体型の蒸発装置は、プロパン、フッ化炭化水素等の低い氷点を有する冷却剤を用いている。この冷却剤は、液化天然ガスの気化のために該冷却剤の蒸発と凝縮とを利用すべく、まず、高温の水又は蒸気により加熱される。この型の蒸発装置は、オープンラック型の蒸発装置よりも建設費用が安いが、高温の水又は蒸気を用意するためにバーナー等の加熱手段を要し、従って、燃料消費による運転コストが嵩む。

水中燃焼型の蒸発装置は、バーナーから注入される燃焼ガスにより加熱される水中の管を備えている。中間流体型と同様に、水中燃焼型の蒸発装置は、燃料費を要し、運転費が嵩む。

過去において、液化天然ガスを気化させるための方法及び装置に種々の特許が与えられている。例えば、１９７９年１０月９日にオオカ等に与えられたアメリカ特許第４１７０１１５号は、河口水を用いて液化天然ガスを気化させる装置を説明している。この装置は、間接加熱・中間流体型の熱交換器を連設している。多管状の同方向熱交換器も多管状の向流熱交換器と共に利用されている。その結果、蒸発工程に塩水が用いられている。１９８０年９月３０日に同じ発明者に与えられたアメリカ特許第４２２４８０２号は、この型の変形を説明しており、多管状の熱交換器に河口水を用いている。

１９８２年５月２５日にホン等に与えられたアメリカ特許第４３３１１２９号は、液化天然ガスの気化のために太陽エネルギーを利用することを開示している。太陽エネルギーは、水等の第二の流体を加熱するために用いられている。この第二の流体は、液化天然ガスとの熱交換関係を有する。この水は、気化工程中に水が凍結することを防止するように、凍結防止添加剤を含んでいる。

１９８３年８月２３日にボルガー・ジュニア等に与えられたアメリカ特許第４３９９６６０号は、冷凍液を連続的に気化させるに適した大気気化装置を説明している。この装置は、周囲の空気から吸収した熱を利用している。少なくとも三つの略垂直な通路が合流している。各通路は、複数のフィンを略等間隔で周設した中央管を備えている。

１９９３年１０月１２日にＬ．Ｚ．ウィダーに与えられたアメリカ特許第５２５１４５２号は、冷凍液用の大気気化装置及びヒーターを開示している。この装置は、垂直に配設され、かつ、平行に接続された複数の熱交換管を利用している。各管は、複数の外側フィンと複数の内周通路とを中央開口部と流体連通させた状態で対称的に配設している。気相の冷凍流体と周囲の空気との間の熱伝導率を高めるために、各管の所定の長さにわたって該中央開口部内にむくの棒が延びている。流体は、管の底部における沸点から、製造その他の操作に適した上部における温度まで、上昇する。

１９９８年１０月１３日にクリスチャンセン等に与えられたアメリカ特許第５８１９５４２号は、液化天然ガスを気化させるための第一熱交換器と気体状の天然ガスを過熱させるための第二熱交換器とを備えた熱交換装置を開示している。これらの熱交換器は、加熱手段により流体を加熱するように配設され、加熱された流体を対応する非加熱流体と混合するための混合装置に接続された出口を備えている。該熱交換器は共通のハウジングを有し、該ハウジング内において該熱交換器は各別の流体通路を備えている。該混合装置は、該ハウジングと共にユニットを構成し、単一の流体出口を有する単一の混合室を備えている。ハウジングと混合室とに液化天然ガスを供給用するための弁が各別の通路に配設されている。
アメリカ特許第４１７０１１５号公報 アメリカ特許第４２２４８０２号公報 アメリカ特許第４３３１１２９号公報 アメリカ特許第４３９９６６０号公報 アメリカ特許第５２５１４５２号公報 アメリカ特許第５８１９５４２号公報

本発明の目的は、液化天然ガスを最小のコストで気化させることができる方法及びシステムを提供することにある。

本発明の別の目的は、液化天然ガスの気化工程用の熱を得るために周囲の空気を利用することができる方法及び装置を提供することにある。

本発明の更なる目的は、比較的安価であって実施と使用が容易な液化天然ガスの気化のための熱交換法を与えるシステム及び方法を提供することにある。

本発明の上記及びその他の目的と利点は、附属の明細書と添付の特許請求の範囲から明らかになる。

本発明は、下記の段階からなる液化天然ガスを気化させる方法である。
（１）水を水塔に送って該水の温度を上昇させる。
（２）温度を上昇させた水を第一熱交換器に送る。
（３）温度を上昇させた水からの熱を循環流体に伝導させるように該循環流体を第一熱交換器に通す。
（４）液化天然ガスを第二熱交換器に送る。
（５）循環流体からの熱を液化天然ガスに伝導させるように、加熱された循環流体を第一熱交換器から第二熱交換器に送る。
（６）気化した天然ガスを第二熱交換器から排出する。

本発明の方法において、水を送る段階は、水を水塔の内部表面に送給し、周囲の空気からの熱を水に伝導させるように周囲の空気を送給された水を横切って水塔から抜くようにしてなる。本発明の好ましい実施例においては、周囲の空気は２２．８℃（７３°Ｆ）を越す乾球温度を有する。空気からの水分は水塔内で凝縮し、続いて、この凝縮した水分は水塔から排出される。送給された水から周囲の空気が抜かれた後、冷却された空気は水塔の上部から排出される。水塔は、複数のバッフルを内設している。水塔の上部にはブロワーが配設されている。水塔は、各バッフル近傍の壁部に形成された複数の開口部を備えている。周囲の空気を抜く段階は、周囲の空気を複数の開口部に通して複数のバッフルに送給された水に近接させるようにしてなる。水塔の底部には水容器が固定されている。この水容器は、加熱された送給水を集めるために配設されている。水容器からの加熱された送給水は第一熱交換器に送られる。

本発明の方法においては、第一熱交換器からの水は、熱が循環流体に伝導された後に水塔に送られる。

第二熱交換器は、外殻と管の熱交換器である。加熱された循環流体は、第二熱交換器における外殻の内側かつ管の周囲を通る。液化天然ガスは、第二熱交換器の管を通過する。第二熱交換器からの循環流体は、熱が循環流体から液化天然ガスに伝導された後、第一熱交換器に送られる。

本発明の方法においては、空気の周囲温度が２２．８℃（７３°Ｆ）以下であるという状況下で循環流体の補助的な加熱源が提供される。特に、別の循環流体が水塔以外の加熱源により加熱される。この加熱された流体は、続いて、第二熱交換器に送られる。本発明の好ましい実施例においては、二次的な加熱源はガス燃焼ボイラーである。排出された天然ガスの少量部は、循環流体を加熱するために燃焼すべく、ボイラーに送られなければならない。

本発明は、液化天然ガスを気化させるためのシステムでもあり、該システムは、水入口線と水出口線とを有する水塔手段と、加熱された水が通過する水出口線に接続された第一熱交換手段と、液化天然ガスを内在させた第二熱交換手段とよりなる。水塔手段は、水入口線から送られた水を加熱し、当該加熱された水を水出口線に送る。第一熱交換手段は、水出口線と熱交換関係を有するように内設された循環流体線を有している。第一熱交換手段は、水出口線内の加熱された水からの熱を循環流体線内の循環流体に伝導する。循環流体線は、液化天然ガス線と熱交換関係を有するように、第二熱交換手段内に延びる。第二熱交換手段は、加熱された循環流体からの熱を液化天然ガス線内の液化天然ガスに伝導する。第二熱交換手段からは気化ガス出口が延びている。

本発明の好ましい実施例のシステム及び方法を示す概略図である。

発明を実施するための形態及び産業上の利用可能性

図１は、本発明の好ましい実施例による液化天然ガスを気化させるための方法を示すものである。方法１０は、水塔１２と第一熱交換器１４と第二熱交換器１６とを含む。水塔１２は、水入口線１８と水出口線２０とを有する。水入口線１８は、冷却された水を水塔１２内に送る。水出口線２０は、水塔１２から加熱された水を送り出す。ポンプ２２は、水塔１２の室２６底部の水容器２４から加熱された水を抜く。ポンプ２２は、加熱された水を水出口２８から第一熱交換器１４に送る。加熱された水は、第一熱交換器１４内の適当なフィン、コイルその他の通路を通過し、加熱された水からの熱を第二熱交換器１６に送られる循環流体に伝導する。第一熱交換器１４内のコイル３０内を通過する加熱された水からの熱がコイル３２内の循環流体に伝導された後、冷却された水は第一熱交換器１４の出口３４を通過する。出口３４からの冷却された水は、続いて、加熱のために、水入口線１８に沿って水塔１２に戻される。

本発明においては、水塔１２は「冷却塔」の性質を有する。しかしながら、本発明においては、水塔１２は高温環境にて作動することが重要である。例えば、テキサスのガルフコーストにおいては、大気の温度はしばしば３７．８℃（１００°Ｆ）を越す。このような熱せられた空気が水塔１２に引き込まれたときには、該空気は該水塔に送り込まれた冷却された水に接触して該水の温度を大きく上昇させる。水塔１２の室２６の上部にブロワー３６が配設されている。ブロワー３６は、水塔１２の室２６の側部に形成された開口部３８を通して、熱せられた空気を引き込む。同様に、水塔１２の室２６の内部に形成されたバッフル４０に加熱された水が送給される。その結果、水入口線１８により供給された冷却された水は、室２６の内部の比較的大きな面積に送給される。熱せられた空気が開口部３８を通して引き込まれるときに、この空気は、室２６の内部に広く送給された水に近接する。従って、熱交換効果が生じ、水塔１２内の水の温度を大きく上昇させる。ブロワー３６は、最終的には、水塔１２の上部から冷たい空気を送り出す。水入口線１８の水の低い温度により空気が水の露点以下に冷却されるため、空気からの水分が可変量に凝縮する。その結果、この水分は管４２を通ってシステムから排出される。結局、ブロワー３６が水塔１２の室２６に暖かい周囲の空気を引き込むときに、水は温められて温水として水容器２４に徐々に落下する。ポンプ２２は温水を水容器２４から第一熱交換器１４に戻す。

第一熱交換器１４は、コイル３０を通過する加熱された水がコイル３２を通過する循環流体と熱交換関係にある一般的な型の交換器よりなる。コイル３２は、ポンプ４６の吸引側への出口線４４に向けられている。ポンプ４６は、加熱された循環流体を第二熱交換器１６の内部に送り込む。第二熱交換器１６は、既知の形状を備えた外殻と管の熱交換器である。液化天然ガスは、管４８を通って第二熱交換器１６の底部６０に送り込まれる。液化天然ガスは、適宜の多岐管により第二熱交換器１６内の管５２に送給される。加熱された循環流体は、循環流体入口５８を通り、第二熱交換器１６の外殻６０の内部に送り込まれる。加熱された循環流体は、管５２内の液化天然ガスの温度を上げるために、管５２と熱交換関係にある。結局、液化天然ガスの温度は、気化した天然ガスが気化ガス出口６２を通って第二熱交換器１６から送り出される程度である。

熱い循環流体と液化天然ガスとの間の熱交換のため、冷たい循環流体が第二熱交換器１６から冷循環流体出口６８を通って出る。熱い循環流体は、第二熱交換器１６の管５２の外側に逆流状に送られる。冷たい循環流体は、管６４を通って第二熱交換器１６の外殻６０から出て、第一熱交換器１４に送られる。冷たい循環流体は、冷循環流体入口線６６を通って第一熱交換器１４に送り込まれる。このように、冷循環流体管６４は、第一熱交換器１４内のコイル３０を通過する加熱された水により、再び加熱される。必要に応じて循環流体を供給し、受け取り又は貯えるためにサージタンク６８が設けられている。本発明の方法１０の実施のために追加の循環流体が要求される程度まで、ポンプ４６は、必要に応じて、サージタンク６８から必要量の循環流体を引き出す。

ここで用いられる循環流体は、グリコール或いは水／グリコールの混合物又は溶液でよい。水塔１２に送られる水は真水でなければならない。

アメリカ南部のような温暖な気候の場合でも、本発明の方法１０は、一年中使用することができるわけではない。１１月から３月までの期間においては、大気が冷たいため、水を加熱するための経済的な方法を提供することができない。従って、冬期においては、一年を通しての連続的な運転を確保するためには、ボイラー７０の少なくとも部分的な補助的燃焼が要求される。ボイラー７０は、循環流体の加熱用に従来より一般的に用いられてきた既知の技術によるものである。図１に示すように、冷たい循環流体は、線６４を介してボイラー７０の入口７２に送られる。循環流体の加熱用に天然ガスでボイラー７０を燃焼させるために、第二熱交換器１６からの気化ガスの少量部のような適当なガスを利用することができる。加熱された循環流体は、ボイラー７０の出口７４を通って、直接かつ単独で、又は水塔１２からの加熱された水により加熱された循環流体と共に、第二熱交換器１６の入口側に送られる。

本発明は、水塔１２が多くの施設においては循環冷却水を冷却するために通常使用されるものであることから、特に新規である。このような「塔」が冷水を暖めるという目的のために使用されることは信じられていないのである。水塔を冷却用水塔として使用する場合には、循環水の気化から水の損失が絶えず生ずるのであるが、これと逆に、本発明の方法１０においては水の損失はないのである。むしろ、周囲の空気よりも水の方が冷たいため、空気の水分からの水が凝縮し、水の在庫を絶えず増やしているのである。この水は、オーバーフロー分として絶えず抜かなければならないのであり、この水は、極少量の水処理後、真水として使用することができる。

次に示す表１は、本発明の作用を示すエネルギーと方法の図表である。図示の如く、液化天然ガスの温度を上昇させるために周囲の空気を使用することは著しく有利である。

本発明は、従来技術に比べ著しい効果を発揮する。特に、暑い気象環境においては、本発明は、水の温度を上昇させるために周囲の空気を利用する。その結果、本発明は、温度上昇のために天然ガスを使用することを避けることができる。このことは、既存のシステムに比べ著しいエネルギーコストの利益をもたらす。

本発明の上述の開示と説明は、例示的かつ説明的なものである。本発明の要旨を逸脱することなく、添付の特許請求の範囲の範囲内において、例示したシステムの詳細又は説明した方法の段階における種々の変更を行なうことができる。本発明は、特許請求の範囲及びその法的均等物よってのみ、制限されるべきものである。

Claims (17)

1. 水を水塔に送って該水の温度を上昇させ、
   
   水を送る上記段階は、水を水塔の内部表面に送給し、周囲の空気からの熱を水に伝導させるように周囲の空気を送給された水を横切って水塔から抜くようにしてなり、
   温度を上昇させた水を第一熱交換器に送り、
   温度を上昇させた水からの熱を循環流体に伝導させるように該循環流体を第一熱交換器に通し、
   液化天然ガスを第二熱交換器に送り、
   循環流体からの熱を液化天然ガスに伝導させるように、加熱された循環流体を第一熱交換器から第二熱交換器に送り、
   気化した天然ガスを第二熱交換器から排出するようにしてなる、
   液化天然ガスを気化させる方法。
2. 空気からの水分を前記水塔に凝縮させ、凝縮した水分を水塔から排出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 周囲の空気を送給された水を横切って抜いた後、冷却された空気を水塔の上部から排出させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記水塔は複数のバッフルを内設し、該水塔は上部にブロワーを備え、該水塔は各バッフル近傍の壁部に形成された複数の開口部を備え、周囲の空気を抜く前記段階は周囲の空気を複数の開口部に通して複数のバッフルに送給された水に近接させるようにしてなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記水塔の底部には水容器を固定し、該水容器は加熱された送給水を集めるように配設され、温度を上昇させた水を送る前記段階は加熱された送給水を該水容器から前記第一熱交換器に送るようにしてなることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 熱を循環流体に伝導させた後、前記水を第一熱交換器から前記水塔に送ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記第二熱交換器は外殻と管の熱交換器であり、前記加熱された循環流体は該第二熱交換器における外殻の内側において管を横切って通り、前記液化天然ガスは該第二熱交換器の管を通過することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 熱が前記循環流体から液化天然ガスに伝導された後、該循環流体を第二熱交換器から第一熱交換器に送ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 水を水塔に送って該水の温度を上昇させ、
   温度を上昇させた水を第一熱交換器に送り、
   温度を上昇させた水からの熱を循環流体に伝導させるように該循環流体を第一熱交換器に通し、
   液化天然ガスを第二熱交換器に送り、
   循環流体からの熱を液化天然ガスに伝導させるように、加熱された循環流体を第一熱交換器から第二熱交換器に送り、
   該第二熱交換器は外殻と管とを備え、加熱された循環流体は該第二熱交換器における外殻の内側かつ管の周囲を通り、液化天然ガスは該第二熱交換器の管を通過するようになし、
   気化した天然ガスを第二熱交換器から排出し、
   別の循環流体を水塔以外の加熱源により加熱し、該加熱源はガス燃焼ボイラーであり、
   加熱された前記別の循環流体は、該ガス燃焼ボイラーの出口を通って、直接かつ単独で、又は前記水塔からの加熱された水により加熱された前記循環流体と共に、該第二熱交換器に送られ、
   気化した天然ガスを排出する前記段階は、排出された天然ガスの一部を前記加熱源に送り、排出された天然ガスの当該一部を燃焼させて前記別の循環流体を加熱するようにしてなる、
   液化天然ガスを気化させる方法。
10. 水を水塔に送って該水の温度を上昇させ、
    水を送る上記段階は、水を水塔の内部表面に送給し、周囲の空気からの熱を水に伝導させるように周囲の空気を送給された水を横切って水塔から抜き、周囲の空気が２２．８℃を越す乾球温度を有してなり、
    温度を上昇させた水を第一熱交換器に送り、
    温度を上昇させた水からの熱を循環流体に伝導させるように該循環流体を第一熱交換器に通し、
    液化天然ガスを第二熱交換器に送り、
    循環流体からの熱を液化天然ガスに伝導させるように、加熱された循環流体を第一熱交換器から第二熱交換器に送り、
    気化した天然ガスを第二熱交換器から排出するようにしてなる、
    液化天然ガスを気化させる方法。
11. 水を水塔に送って該水の温度を上昇させ、該水は真水であり、
    温度を上昇させた水を第一熱交換器に送り、
    温度を上昇させた水からの熱を循環流体に伝導させるように該循環流体を第一熱交換器に通し、該循環流体はグリコールであり、
    液化天然ガスを第二熱交換器に送り、
    循環流体からの熱を液化天然ガスに伝導させるように、加熱された循環流体を第一熱交換器から第二熱交換器に送り、
    気化した天然ガスを第二熱交換器から排出するようにしてなる、
    液化天然ガスを気化させる方法。
12. 水入口線と水出口線とを有する水塔手段を備え、該水塔手段は水入口線から送られた水を加熱し、該当該加熱された水を水出口線に送るようになし、
    該水塔手段は、複数のバッフルを内設した室を備え、水を当該複数のバッフルに送給するように該水入口線を配設し、周囲の空気を当該複数のバッフルの水を横切って抜くためのブロワー手段を水塔の上部に取り付け、前記室の底部に水容器を配設し、前記水出口線を該水容器に接続してなり、
    加熱された水が通過する水出口線に接続された第一熱交換手段を備え、該第一熱交換器は水出口線と熱交換関係を有するように内設された循環流体線を有し、該第一熱交換手段は水出口線内の加熱された水からの熱を該循環流体線内の循環流体に伝導し、
    液化天然ガス線を内設した第二熱交換手段を備え、該循環流体線は液化天然ガス線と熱交換関係を有するように第二熱交換手段内に延び、第二熱交換手段は加熱された循環流体からの熱を液化天然ガス線内の液化天然ガスに伝導し、第二熱交換手段からは気化ガス出口が延びてなる、
    液化天然ガスを気化させるためのシステム。
13. 前記第一熱交換手段は冷却された水の出口を備え、当該冷却された水の出口は前記水入口線に連通していることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第二熱交換手段は循環流体出口を備え、該循環流体出口は前記第一熱交換手段における循環流体線に連通していることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
15. 前記第二熱交換手段は外殻と管の熱交換器であり、前記液化天然ガス線は該熱交換器の管であり、循環流体は外殻の内側における管の周囲を通り、前記循環流体線は外殻の内部に開口し、前記気化ガス出口は該熱交換器の上端に配設されていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
16. 水入口線と水出口線とを有する水塔手段を備え、該水塔手段は水入口線から送られた水を加熱し、当該加熱された水を水出口線に送るようになし、
    加熱された水が通過する水出口線に接続された第一熱交換手段を備え、該第一熱交換器は水出口線と熱交換関係を有するように内設された循環流体線を有し、該第一熱交換手段は水出口線内の加熱された水からの熱を該循環流体線内の循環流体に伝導し、
    液化天然ガス線を内設した第二熱交換手段を備え、該循環流体線は液化天然ガス線と熱交換関係を有するように第二熱交換手段内に延び、第二熱交換手段は加熱された循環流体からの熱を液化天然ガス線内の液化天然ガスに伝導し、第二熱交換手段からは気化ガス出口が延び、
    ボイラー手段を備え、該ボイラー手段は該ボイラー手段から前記第二熱交換手段まで延びる別の循環流体線を有し、該ボイラー手段は第二熱交換手段に送られる循環流体を加熱するようにしてなる、
    液化天然ガスを気化させるためのシステム。
17. 前記第二熱交換手段は該第二熱交換手段に接続されたガス線を有し、前記ボイラー手段は該ガス線を該ボイラー手段に接続させ、該第二熱交換手段は気化ガスの一部を該ガス線を介して該ボイラー手段に送り、該ボイラー手段は前記別の循環流体線の循環流体を加熱するように該気化ガスを燃焼させることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。

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