JP4662602B2 - 液化気体の貯蔵輸送槽の低温維持方法及び装置 - Google Patents

液化気体の貯蔵輸送槽の低温維持方法及び装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は液化気体の貯蔵と輸送の一般的分野に関するものであり、また特にこれらの液化気体を入れた槽を低温に維持する方法、およびその実施に対応する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
極低温かつ大気圧に近い圧力で液体の形で特定の気体の貯蔵と輸送を実施することが知られている。ところが、これらの液化気体を貯蔵し輸送するための槽は、全体的に完全には断熱することができず、熱流失が発生する。そのため液体が蒸発して、槽内に超過圧力が発生し、それがすぐに許容限度を超えるので、蒸発した気体を排出しなければならなくなる。
【０００３】
特にこの液化気体の輸送の際に、この蒸発問題に対する様々な解決法を考える必要がある。例えば、蒸気推進を備えた液化天然ガス運搬船において、蒸発気体は貯蔵槽から排出され、蒸気回路に直接供給するボイラー内で加熱、燃焼され、適切な減衰装置を介して船の推進スクリューを駆動する。
【０００４】
残念ながら、蒸気推進は今日消滅する傾向にあり、ディーゼル推進のようなエネルギー効率がもっと高い推進方式にしだいに取って代わられている。したがって、これらの蒸発を別の手段で取り除くための装置によって、船の推進とは独立した蒸発気体の処理を実施する様々なプロジェクトがある。
【０００５】
例えば、蒸発気体を再液化して、つぎにそれらを発生した槽内に再注入することが知られている。しかしながら、この方法は再液化装置の使用を前提とし、該装置は、貯蔵かつ輸送される液化気体が一般的に不純物を含有し、その蒸気が凝集しない成分を含有して、特殊な処理と、安全と環境保護の観点から問題を引き起こす大気への排出とを必要とするだけに、一層複雑かつ高価になる。
【０００６】
もう一つの解決策は、蒸発気体を再液化するのみならず、液化気体を直接わずかに冷却するものである。米国特許第３９１８２６５号は図３に示したごとく槽を低温に維持することを可能にする装置を示している。図３に示されたシステムでは、槽５０から液化気体をポンピングによって採取し、一つまたは複数個の熱交換機５４，５６内でこのように採取した液化気体を過冷却し、採取され、このように過冷却された液化気体を槽５０内に、また場合によっては別の槽５２内に再注入する。弁５８，６０，６２，６４は装置内を循環する各種の流体の調節を保証する。
【０００７】
この解決法は、液化気体の圧力の低速な、つまり長期にわたる上昇の制御を保証するのに十分なものである（ＬＮＧの場合は毎時１０ミリバール程度と推定される）。しかしながら、槽内に注入された液化気体の、例えば初期の熱力学的平衡の悪い状態、または槽の冷却の悪い状態などによる圧力の急速な上昇には十分対処できないことが分かっている。特に、液化気体の海上輸送の場合（例えば、液化天然ガス運搬船において）、困難な航行状態のために、数分間にわたり、毎分１０ミリバールまでの急速な圧力上昇となる、瞬間的な蒸発が発生する。
【０００８】
したがって、本発明は、低速および急速な圧力上昇の完全管理を保証する液化気体の貯蔵輸送槽の低温維持法を提案することによって上記の問題を解消しようとするものである。本発明の目的は、また、簡単かつ経済的で、汚染に関する現在の規格に現在既知のものよりよく対応するような方法を実施するための装置を提案することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題を解決する手段は、以下の通りである。
第１に、槽（１０）内の液化気体の一部をポンプ（１８）によって採取し、このように採取した液化気体を熱交換システム（２２）内で過冷却し、このように過冷却した液化気体を槽内に選択的に再注入する液化気体の少なくとも一つの貯蔵輸送槽の低温維持方法であって、さらにこの槽の気相（１６）の蒸発気体の一部を断続的に採取し、このように採取した蒸発気体を圧縮機（３６）内で圧縮し、このように採取し圧縮した蒸発気体を、採取した液化気体内に注入することで、熱交換システム内で完全に液化かつ過冷却した混合物を形成することを特徴とする方法。
第２に、熱交換システムの入口では主に液体である、冷却されるべき流体を処理するために設計された熱交換システム（２２）を利用することを特徴とする、第１に記載の方法。
第３に、熱交換システム（２２）内に注入される圧縮液体・気体混合物のモル液体力価が５０％から１００％、好適には７０％から１００％であることを特徴とする、第２に記載の方法。
第４に、複数個の槽（１０，４０）の集合に適用されること、また圧縮液体・気体混合物が少なくとも一つの槽（１０）から採取され、かつ熱交換システム（２２）内で十分に液化かつ過冷却した後で、槽（１０，４０）の少なくとも一つの中に再注入されることを特徴とする、第１から３のいずれか一つに記載の方法。
第５に、液相（１２）と気相（１６）とから成る液化気体のための少なくとも一つの槽（１０，４０）と、熱交換システムとから成り、該熱交換システムの入口は、ポンピングシステム（１８）と液体抽出管路（往路管路）（２０）を介して液相１２の位置で槽（１０）と連通し、かつ該熱交換システムの出口は調節弁（２６）を通過した後に槽（１０）と連通し、さらに圧縮機（３６）を備え、該圧縮機の入口が気相（１６）の位置で槽と連通し、かつ該圧縮機の出口が注入システム（３５）を介して熱交換システム（２２）の入口へ液体抽出管路（往路管路）（２０）と連通しており、さらに十分に液化され過冷却された混合物が槽内に再注入されることによって、槽の内容物を冷却し圧力上昇を制御することができることを特徴とする、第１に記載の方法を実施するための装置。
第６に、熱交換システム（２２）が、入口では主に液体である冷却されるべき流体を処理するために設計された熱交換機を備えていることを特徴とする、第５に記載の装置。
第７に、熱交換システム（２２）内に注入される圧縮液体・気体混合物のモル液体力価が５０％から１００％、好適には７０％から１００％であることを特徴とする、第６に記載の装置。
第８に、熱交換システム（２２）を、例えば気体窒素または槽から発生する生成物の混合物などの冷却剤が通過することを特徴とする、第５に記載の装置。
第９に、熱交換システム（２２）が、１℃から２０℃、好適には３℃から１７℃の注入された圧縮液体・気体混合物の冷却を保証するように構成されることを特徴とする、第８に記載の装置。
第１０に、熱交換システム（２２）の出口と調節弁（２６）の間であって、十分に液化され過冷却された混合物が槽（１０）に向かう復路管路（２４）上に配置された、中間貯蔵室（３０）を備えていることを特徴とする、第５に記載の装置。
第１１に、熱交換システム（２２）から出た十分に液化され過冷却された混合物が、液相（１２）および／または気相（１６）の位置で槽（１０，４０）内に再注入されることを特徴とする、第５に記載の装置。
第１２に、液化気体が、液化天然ガス（ＬＮＧ）または水素などのように、圧力にかかわらず、１５℃の標準温度では液体の形で得ることができない気体から成ることを特徴とする、第５から１１のいずれか一つに記載の装置。
第１３に、液化気体が液化石油ガス（ＬＰＧ）から成ることを特徴とする、第５から７、および１０，１１のいずれか一つに記載の装置。
第１４に、熱交換システム（２２）を、プロピレン、フロン、ＨＣＦＣまたは槽から発生する生成物などの冷却剤が通過することを特徴とする、第１３に記載の装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、槽内の液化気体の一部をポンピングによって採取し、このように採取した液化気体を熱交換システム内で過冷却し、さらに過冷却した液化気体を槽内に選択的に再注入する液化気体の少なくとも一つの貯蔵輸送槽の低温維持法であって、この槽の蒸発気体の一部を断続的に採取し、採取した蒸発気体を圧縮し、そして熱交換システム内で完全に液化かつ過冷却した混合物を形成するために、採取かつ圧縮したこの蒸発気体を採取した液化気体内に注入することを目的とする。本発明によれば、入口では主として液体である冷却する流体を処理するために設計された熱交換システムが利用される。
【００１１】
熱交換システム内に注入された圧縮液体・気体混合物のモル液体力価は５０％から１００％、好適には７０％から１００％である。
【００１２】
液化気体流れ内に、蒸発気体を圧縮後に注入することによって、低速または急速を問わず、圧力上昇をよりよく管理することができる。
【００１３】
本発明による方法は、複数個の槽の全体に適用することができる。この場合、圧縮液体・気体混合物は少なくとも一つの槽から採取され、熱交換システム内で十分に液化され過冷却された後、槽の少なくとも一つの内に再注入される。
【００１４】
本発明は、液相と気相を含んだ少なくとも一つの液化気体槽と、熱交換システムとから成り、該熱交換システムの入口がポンピングシステムと液体抽出管路（往路管路）を介して液相位置と連通し、該熱交換システムの出口が調節弁を通過した後に槽と連通していることから成るこの方法を実施するための装置であって、さらに圧縮機を備え、該圧縮機の入口が気相の位置で槽と連通し、該圧縮機の出口が熱交換システムの入口へ注入システムを介して液体抽出管路（往路管路）と連通しており、十分に液化され過冷却された混合物が槽内に再注入されて、槽の内容物を冷却し圧力上昇を制御することができることを特徴とする装置を対象とする。
【００１５】
有利には、この熱交換システムは、入口において主に液体である冷却されるべき流体を処理するために設計された熱交換機を備えている。
【００１６】
好適には、熱交換システム内に注入された圧縮液体・気体混合物のモル液体力価は５０％から１００％、好適には７０％から１００％である。
【００１７】
熱交換システムは、例えば気体窒素または槽から発生した生成物の混合物などの冷却剤を通過することができる。有利には、１℃から２０℃、好適には３℃から１７℃の注入された圧縮液体・気体混合物の冷却を保証できるように構成される。
【００１８】
熱交換システムから出た十分に液化され過冷却された混合物は、気相および／または液相位置で槽内に再注入される。
【００１９】
本発明による装置の有利な変型によれば、装置はさらに、熱交換システムの出口と調節弁の間の、十分に液化され過冷却された混合物が槽に向かう復路管路上に配置された中間貯蔵室を備えている。
【００２０】
ここで、本発明に適用される液化気体は、環境温度より低い温度でなければ液状で得ることができない気体、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）アンモニア、水素、などで構成することができる。本発明は、例えば天然ガスや水素などのように、１５℃の標準温度で、圧力にかかわらず、液体の形で得ることができない気体に特に有利に適用される。
【００２１】
液化気体が液化石油ガス（ＬＰＧ）で構成されている場合、熱交換システムにプロピレン、フロン、ＨＣＦＣまたは槽から発生した生成物などの冷却剤を通すことができる。
【００２２】
【実施例】
本発明の特徴と利点は付属の図面を参照して例として挙げた以下の非制限的説明を読むことによってより明らかになる。
図１は本発明による液化ガス貯蔵輸送装置の原理図である。
図２は図１の装置の変型実施態様である。
【００２３】
図１は本発明による、液化天然ガス（ＬＮＧ）などの液化気体の貯蔵輸送装置を示している。この装置は液相１２と気相１６を含むタンクまたは槽１０から成る。それ自体周知のごとく、この槽１０はその中に貯蔵される液体または気体が受ける熱損失を制限することを可能にする図示されていない様々な断熱構造を備えている。液体分離表面１４の上に、蒸発気体から成る貯蔵の気相１６を含む補完空間が存在する。この槽内部の液相１２の位置であってほぼ槽の下部（槽の底）に配置された、場合によっては槽１０の外部を含めた別の場所に配置することのできるポンピングシステム１８は、液体抽出の往路管路２０の第一の端に接続され、往路管路２０のもう一方の端は熱交換機２２の第一の入口に接続され、該熱交換機２２の第二の入口と第二の出口の間に気体窒素または槽から発生した生成物の混合物などの冷却剤（冷却液）が通っている。この熱交換機２２の第一の出口は復路管路２４の第一の端に接続され、この復路管路２４の第二の端は調節弁２６を通過した後、槽１０内に浸漬している（特に槽の充填位置に応じた液相および／または気相の位置）。
【００２４】
本発明によれば、装置はさらに第二の管路３４を備え、その端は気相１６の位置であってほぼ槽の上部（槽の頂上）で槽１０の内部と連通し、他の端は調節弁３１を通過した後、圧縮機３６の入口に接続されている。圧縮機３６は冷却システムに組み合わせることもできる。圧縮機３６の出口は注入システム３５を介して液体抽出管路（往路管路）２０と連通している。
【００２５】
調節弁２６，３１と圧縮機３６の操作は適切な操作装置２８によって保証され、従って、槽１０内に再導入される液相１２の液体と気相１６の蒸気の断続的吸引によって、槽の圧力と、液体と蒸気の加熱に起因する熱流失を防ぐように再注入された液体の過冷却とを制御することができる。熱交換機２２の第一の出口と調節弁２６の間の槽１０に向かう復路管路２４上に中間貯蔵室３０を配置して、冷却液体の熱の保存を確保し、装置運転により大きな柔軟性を持たせることができる。特に弁３２を付加することによって、中間貯蔵室３０内に含まれる蒸気相を必要な場合抽出することができる。
【００２６】
本発明により装置内で実施される方法は、まずポンプ１８によって液相１２の液体の一部を抽出し、往路管路２０によって熱交換機２２に向けられ、そこで外部の冷却システムからきた冷却液の通過によって過冷却される。この熱交換機２２を出ると、過冷却された液体は復路管路２４によって槽１０に向けられ、そこに直接、あるいは中間貯蔵室３０内に途中で貯蔵された後、選択的に注入される。冷却された液体のこの単一の循環によって低速な圧力上昇をきわめて単純に管理することができる。したがって、例えば、窒素含有率の比較的高い（液体中に約１．２％モル）ＬＮＧを輸送する１３５０００ｍ3の液化天然ガス運搬船の場合、低温の維持は値が１℃と２０℃（好適には３℃と１７℃）の間に含まれる過冷却された毎時数１００ｍ3のＬＮＧ流量で保証することができる。もっと正確に言えば、毎時１５０ｍ3のＬＮＧ流量と、槽内に液体を再注入する前の１１℃の過冷却によって、大気中に一切排出することなしにこの長期的な低温維持機能を完全に保証することができる。このＬＮＧ循環流量は１つまたは複数の再循環ポンプ（スプレーポンプ）また場合によっては、従来液化天然ガス運搬船に備えられている排出ポンプによって簡単に得ることができる。
【００２７】
反対に、この液体再循環はそれだけでは急速な圧力上昇を管理することはできない。そのため、上述の方法は気相１６の蒸気の一部を断続的に採取し、つぎに圧縮機３６で圧縮した後、往路管路２０内を循環し、熱交換機２２の冷却にかけられるＬＮＧ流れ内に注入システム３５を介して注入される。熱交換機２２の入口の流れはＬＮＧ流れ内に気相の流量が完全に溶解された場合には液体流れであり、またもっと一般的には、モル力価が５０％から１００％、好適には７０％から１００％の間に含まれる、大半が液体の液体・蒸気流れである。後者の場合、熱交換機２２はもちろん二相熱交換機とするが、蒸気の量が少ないので簡単な構造とする。したがって、先ほどの液化天然ガス運搬船の例を取り上げると、毎分１０ミリバールの圧力上昇を緩和するには毎時１５０ｍ3の液体流れの中に毎時２８００ｋｇの気相の流量を注入することになることがわかる。このときモル液体力価が９８％になるこの混合物は熱交換機２２内に注入され、そこで十分に液化され、１３℃に冷却され、ついで温度−１７７℃で、すなわち約−１８２．６℃の大気圧下でのメタンの結晶化温度より高い温度で槽１０内に再注入される。
【００２８】
本発明の構造によって、有害な大気中への排出なしに槽の液体／蒸発気体の全体（「バルク」）の優れた交換が得られる。さらに、船舶上で使用する場合に、上述のごとく、特に船舶のポンプや圧縮機といった既存の要素を用いることが可能であるので、使用される機器は高くつかないことが分かる。
【００２９】
図２は図１の装置の変型であり、本発明の装置が槽全体にも適用できることを示している。実際、満杯に近い（例えば、９８％）第一の槽１０の横に、液相領域または液相４２の充填率が低い第二の槽４０があり、その液体／蒸発気体分離表面４４、およびその気相４６または補完空間が見える。この２つの槽の間で、導管４８は２つの気相領域の連通を可能にする。ここで、第二の槽４０の充填率が低いので、この槽４０については過冷却圧縮液体・気体混合物の再注入は必然的に気体内に実施される。
【００３０】
ここで、図示された２つの実施例は特に液化天然ガス（ＬＮＧ）の貯蔵に関するものであるが、もちろん本発明は液化石油ガス（ＬＰＧ）、アンモニア、水素、などの環境温度より低い温度で液体の形で得られるあらゆる種類の気体についても実施できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、特に標準温度では液体とならない液化気体のための、槽の低速または急速な圧力上昇を制御し、低温に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液化ガス貯蔵輸送装置の原理図である。
【図２】図１の装置の変型実施態様である。
【図３】液化気体槽の圧力の低速な上昇を制御することができる先行技術の装置を示している。
【符号の説明】
１０ 槽
１２ 液相
１４ 液体分離表面
１６ 気相
１８ ポンピングシステム
２０ 往路管路
２２ 熱交換システム
２４ 復路管路
２６，３１ 調節弁
２８ 操作装置
３０ 中間貯蔵室
３２ 弁
３４ 管路
３５ 注入システム
３６ 圧縮機
４０ 槽
４２ 液相
４４ 蒸発気体分離表面
４６ 気相
４８ 導管
５０，５２ 槽
５４，５６ 熱交換機
５８，６０，６２，６４ 弁

Claims (14)

  1. 槽内の液化気体の一部をポンピングシステムによって採取し、このように採取した液化気体を熱交換システム内で過冷却し、このように過冷却した液化気体を槽内に選択的に再注入する液化気体の少なくとも一つの貯蔵輸送槽の低温維持方法であって、さらにこの槽の気相の蒸発気体の一部を断続的に採取し、このように採取した蒸気気体を圧縮機内で圧縮し、このように採取し圧縮した蒸気気体を、採取した液化気体内に注入することで、熱交換システム内で完全に液化かつ過冷却した混合物を形成することを特徴とする方法。
  2. 熱交換システムが、入口では主に液体である冷却されるべき流体を処理するために設計された熱交換システムを利用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 熱交換システム内に注入される圧縮液体・気体混合物のモル液体力価が５０％から１００％、好適には７０％から１００％であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. 複数個の槽の集合に適用されること、また圧縮液体・気体混合物が少なくとも一つの槽から採取され、かつ熱交換システム内で十分に液化かつ過冷却した後で、槽の少なくとも一つの中に再注入されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
  5. 液相と気相とから成る液化気体のための少なくとも一つの槽と、熱交換システムとから成り、該熱交換システムの入口は、ポンピングシステムと液体抽出管路（往路管路）を介して液相の位置で槽と連通し、該熱交換システムの出口は調節弁を通過した後に槽と連通し、さらに圧縮機を備え、該圧縮機の入口が気相の位置で槽と連通し、該圧縮機の出口が注入システムを介して熱交換システムの入口へ液体抽出管路（往路管路）と連通しており、さらに十分に液化され過冷却された混合物が槽内に再注入されることによって、槽の内容物を冷却し圧力上昇を制御することができることを特徴とする、請求項１に記載の方法を実施するための装置。
  6. 熱交換システムが、入口では主に液体である冷却されるべき流体を処理するために設計された熱交換機を備えていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
  7. 熱交換システム内に注入される圧縮液体・気体混合物のモル液体力価が５０％から１００％、好適には７０％から１００％であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
  8. 熱交換システムを、例えば気体窒素または槽から発生する生成物の混合物などの冷却剤が通過することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
  9. 熱交換システムが、注入された圧縮液体・気体混合物について、１℃から２０℃の冷却を保証するように構成されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
  10. 熱交換システムの出口と調節弁の間であって、十分に液化され過冷却された混合物が槽に向かう復路管路上に配置された、中間貯蔵室を備えていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
  11. 熱交換システムから出た十分に液化され過冷却された混合物が、液相および／または気相の位置で槽内に再注入されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
  12. 液化気体が、液化天然ガス（ＬＮＧ）のように、圧力にかかわらず、１５℃の標準温度では液体の形で得ることができない気体から成ることを特徴とする、請求項５から１１のいずれか一つに記載の装置。
  13. 液化気体が液化石油ガス（ＬＰＧ）から成ることを特徴とする、請求項５から７、および１０，１１のいずれか一つに記載の装置。
  14. 熱交換システムを、プロピレン、フロン、ＨＣＦＣまたは槽から発生する生成物などの冷却剤が通過することを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
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