JP4677338B2 - 冷熱供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、液化天然ガスが保有する冷熱を、冷熱を利用する設備に供給する方法に関する。

近年、環境への配慮やエネルギーの多様化により、液化天然ガス（ＬＮＧ）の輸入量は増加の一途であり、各地にＬＮＧの受入出荷基地が設置されている。ＬＮＧは−１６２℃という低温で輸送と貯蔵が行われ、ガスとして利用する際には、海水や空気に大量の冷熱を放散している。

最近では、石油コンビナートに隣接若しくはコンビナート内にＬＮＧ基地が建設される例もあり、石油コンビナートでのＬＮＧ冷熱の活用用途の拡大が期待できる。

特許文献１には、ＬＮＧの冷熱を利用して炭酸ガスを液化炭酸ガスに変換し、これを移送した後に再び炭酸ガスに変換し、さらにこれを移送する技術が開示される。
特開２００３−１６１５７４号公報

ＬＮＧは極低温であり、また極低温にて気化する。このため、冷熱を有するＬＮＧを長距離配管等にてやり取りすることは建設コストの増加に繋がる。また、ＬＮＧラインにおいてＬＮＧが気化しやすく、ＬＮＧの一部が気化して二相流になると、流れを安定させることが難しい。

特に、コンビナート等においてＬＮＧ冷熱の利用を図る場合のように複数の施設間で冷熱利用を図る場合においては、ＬＮＧ基地と冷熱を利用したい設備の距離が大きくならざるを得ず、建設コストの増加や、二相流による運転の不安定化が顕著になる恐れがある。

このようにＬＮＧの冷熱供給には、ＬＮＧが極低温であることに起因する困難さが伴う。この困難さが冷熱利用の促進の障害となりうる。

本発明の目的は、より安価に、かつより安定して冷熱供給を行うことができる冷熱供給方法を提供することである。

本発明により、液化天然ガスが保有する冷熱を、冷熱を利用する冷熱利用設備に供給する冷熱供給方法であって、
ａ）液化天然ガスと予冷された冷媒とを熱交換させることにより該冷媒を凝縮させる工程；
ｂ）工程ａを経た液化天然ガスを気液分離する工程；
ｃ）工程ｂから得られる気相を、冷熱利用設備から返送された気体状の冷媒と熱交換させて、該予冷された冷媒を得る工程；
ｄ）工程ｂから得られる液相を気化する工程；
ｅ）工程ｃから得られる気相と工程ｄから得られる気体とを、天然ガスとして払い出す工程；および
ｆ）工程ａから得られる液状の冷媒を冷熱利用設備に供給する工程
を有する冷熱供給方法が提供される。
前記冷熱利用設備に供給する液状の冷媒は、供給される液化天然ガスの温度より高い温度を有することになる。前記冷媒がエチレンまたはＣＨＦ ₃ であることができ、前記冷熱利用設備が炭酸ガス液化設備であることができる。

本発明により、より安価に、かつより安定して冷熱供給を行うことができる冷熱供給方法が提供される。

以下図面を用いて本発明の一形態について説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

図１は本発明の方法を行うに好適な冷熱供給装置の概要を説明するためのプロセスフロー図である。

本形態では、冷熱利用設備１０として炭酸ガス液化設備を採用しており、ＬＮＧにより冷媒を介して炭酸ガスを冷却して液化する。炭酸ガス液化設備（より具体的には液化器７）においてＬＮＧによって直接炭酸ガスを冷却すると、炭酸ガスが固化して配管閉塞等を生じる場合がある。しかしＬＮＧより高い温度レベルを有する冷媒を用いることにより、炭酸ガスの固化を防止することがより容易となる。

このように、ＬＮＧの温度はほとんどのガスの凝固点を下回るため、ガスを冷却する場合であっても固化の恐れがある。しかし、冷熱利用設備にて必要な温度レベルと、ＬＮＧの温度レベルの中間の温度レベルを有する冷媒（熱媒体）を用いて冷熱利用設備に冷熱を供給することにより、ガスの固化等を容易に防止することができる。

ＬＮＧタンク等から供給されるＬＮＧは、冷媒凝縮器１にて冷媒（予冷された冷媒）と熱交換し、冷媒ガスに冷熱を与える。ここで冷媒ガスは冷却され凝縮して冷媒液となる。

冷媒凝縮器を出たＬＮＧは気液分離器２にて気液分離され、その液相はＬＮＧ気化器３に導かれ、気相は冷媒予冷器４ｂおよび４ａにこの順に導かれる。

気液分離器２から得られる気相は冷媒予冷器にて冷媒ガスと熱交換し、冷熱利用設備１０から返送された冷媒ガスが予冷（予備冷却）される。
例えば、ＬＮＧの温度は約−１６０℃、冷熱利用設備から返送される冷媒ガスの温度は−４７℃、冷媒液の温度は−６０℃である。このような状況下では、冷媒ガスを冷却して液化する際、ＬＮＧ温度と冷媒の出口温度（冷媒液温度）の関係から、両流体を向流で熱交換させることが好ましい。そして両流体の温度差が大きいため、構造的に熱交換器はシェルアンドチューブ熱交換器を採用することが好ましいが、熱交換器を１基だけ用いるとチューブの長さが長くなるため、熱交換器を複数用いることが好ましい。この場合、２基目以降の熱交換器の入口（ＬＮＧ側）では気液混相状態となり、チューブ側で熱交換性能低下や不均一な温度分布によるストレス発生などの問題が生じるおそれがある。そこで本発明では、冷媒ガスをＬＮＧで冷却して冷媒液とする際に、冷却を冷媒凝縮器と冷媒予冷器との二段階で行い、その途中でＬＮＧについて気液分離操作を行う。これにより二段目（ＬＮＧ側から見て）の熱交換器（冷媒予冷器）には気体のみが供給され、上記のような問題を容易に回避することが可能となり、より安定した運転が可能となる。

気液分離器２から導出される液相のＬＮＧおよび冷媒予冷器から排出される気相のＬＮＧは、ＬＮＧ気化器（温水式気化器）３にて蒸気等の熱源により加熱されて全部が気体となり、製品天然ガスとして払い出される。この気化器は払い出される天然ガスの温度調整の機能を有することもできる。

冷媒予冷器にて予冷された冷媒ガスは、冷媒凝縮器にて凝縮して冷媒液となる。冷媒液は、冷媒ドラム５を経て、冷媒ポンプ６により昇圧され、冷熱利用設備１０に送られる。

冷熱利用設備は熱交換器（液化器７）を備え、液化器７において冷媒液と炭酸ガスとが熱交換し、炭酸ガスが液化され、冷媒液が気化して冷媒ガスとなる。

冷媒ガスは、冷熱利用設備から冷熱供給設備（図１において冷熱利用設備１０以外の部分が冷熱供給設備である）に返送され、冷媒予冷器４ａに導かれ、次いで冷媒予冷器４ｂに導かれる。

ＬＮＧは、例えば、−１６０℃程度の温度とされ、その気化温度は約−１４７℃である。また炭酸ガスの固化温度は約−５６℃である（液化温度は例えば−２０℃である）。これらの温度を考慮し、ＬＮＧの気化に好適で、炭酸ガスの固化を防止するにも好適な中間冷媒として、エチレンおよびＣＨＦ₃（フロンＲ２３）がある。フロンＲ２３はエチレンより蒸気圧が低く、より操作圧を低くすることができるため、中間冷媒としてフロンＲ２３が好ましい。フロンＲ２３の気化温度は例えば約−４５℃である。

以上説明したように、本発明ではＬＮＧ冷熱を熱交換により冷媒に与え、その冷媒を冷熱利用設備に供給する。つまりＬＮＧが保有する冷熱を、冷媒を介して冷熱利用設備に供給する。ＬＮＧと比較して高温の冷媒によって冷熱を移送するので、保冷のためのコストを抑制することができ、また配管における流体の気化を抑制することが容易となる。従って、より安価に、より安定した運転が容易となる。また、ＬＮＧラインについても気液分離操作を採用しているので、安定した運転が容易となる。

本発明は、特に遠距離の冷熱移送を行う場合にその効果が顕著である。また、一個所のＬＮＧ基地から、複数個所の冷熱利用設備に冷熱を供給する場合にも特に有効である。なぜなら、ＬＮＧラインや冷熱利用設備によるレイアウト上の制約をあまり受けずに冷媒のラインを設置もしくは変更することが容易で、設計上の自由度が高いからである。

本発明は、例えばＬＮＧ基地を備える製油所から、他の冷熱利用設備に冷熱を供給する際に利用することができる。

本発明の方法を実施するに好適な装置の例を示すプロセスフロー図である。

符号の説明

１ 冷媒凝縮器
２ 気液分離器
３ ＬＮＧ気化器
４ 冷媒予冷器
５ 冷媒ドラム
６ 冷媒ポンプ
７ 液化器
１０ 冷熱利用設備

Claims (4)

1. 液化天然ガスが保有する冷熱を、冷熱を利用する冷熱利用設備に供給する冷熱供給方法であって、
   ａ）液化天然ガスと予冷された冷媒とを熱交換させることにより該冷媒を凝縮させる工程；
   ｂ）工程ａを経た液化天然ガスを気液分離する工程；
   ｃ）工程ｂから得られる気相を、冷熱利用設備から返送された気体状の冷媒と熱交換させて、該予冷された冷媒を得る工程；
   ｄ）工程ｂから得られる液相を気化する工程；
   ｅ）工程ｃから得られる気相と工程ｄから得られる気体とを、天然ガスとして払い出す工程；および
   ｆ）工程ａから得られる液状の冷媒を冷熱利用設備に供給する工程
   を有する冷熱供給方法。
2. 前記冷熱利用設備に供給する液状の冷媒が、供給される液化天然ガスの温度より高い温度を有する請求項１記載の方法。
3. 前記冷媒がエチレンまたはＣＨＦ ₃ である請求項１記載の方法。
4. 前記冷熱利用設備が炭酸ガス液化設備である請求項３記載の方法。

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