JP4879606B2 - 冷熱供給システム - Google Patents

Description

この発明は、液化天然ガスの冷熱を効率的に利用して冷却するシステムに関する。詳しくは、液化天然ガスの冷熱を利用して得られた液化二酸化炭素を、二酸化炭素ガスに変換する際に発生する冷熱を化学プラントの冷熱源として有効に利用する方法に関する。

一般に、天然ガスを使用する際には、天然ガスを原産地から輸送する際に体積を圧縮するために冷却し液化された液化天然ガスを、一度気体に戻した上で、炭化水素化学材料や冷媒、都市ガス等の様々な用途に用いることが行われている。

通常、この液化天然ガスを気体に戻す際には、空気や海水が熱源として用いられているが、この方法では単に空気や海水が冷やされるだけで、−１００℃以下の低温である液化天然ガスの冷熱が有効に利用できない。そのため、この液化天然ガスが持つ冷熱を、化学プラント等の冷熱源として利用するシステムが特許文献１に記載されている。

ところで、化学プラントにおいては、冷却・冷凍を必要とする工程が多くあり、これらの工程に冷熱を供給する冷熱供給システムが備えられている。

冷熱供給システムは、メタン、エチレン、プロピレン、アンモニア、フロンといったガスを用い、ガスの圧縮、冷却による液化、減圧膨張、冷熱の供与による蒸発を繰り返す工程より構成されることが一般的であるが、ガスの圧縮、液化にあたっては多くのエネルギーを必要とする。

そこで化学プラントでのエネルギー消費量削減のために、液化天然ガスの冷熱を、化学プラントの冷熱源として利用し、その冷熱媒体として液化二酸化炭素を用いることが提案されている。

特開２００３−１６１５７４号公報

しかしながら、化学プラントでは運転負荷に合わせた冷却、冷凍工程への冷熱供給が必要であり、冷熱供給工程の運転安定化が不可欠であるが、液化天然ガスが有する冷熱供給可能量は液化天然ガスの使用量に依存し変動する。そのため、化学プラントの安定運転のためには、液化天然ガスの冷熱利用量は一定量とする必要があり、この場合に利用できる液化天然ガスの冷熱量は最低供給可能量となることが多く、液化天然ガスが有する冷熱量を最大限利用できないという問題があった。

従って、液化天然ガスの冷熱を化学プラントの冷熱源として最大限有効に利用するためには、冷熱の効率的な利用と共に、液化天然ガス使用量の変動にも耐えうる冷熱回収システムの構築が必要であった。

また、特許文献１の方法をそのまま用いるには、化学プラントでは、多種、多様の冷却効果が存在し、一方で液化二酸化炭素のガス化条件によってもエネルギー削減効果が異なる。従って、化学プラントの冷却工程に合わせて、二酸化炭素のガス化条件を最適化する必要があった。

そこでこの発明は、化学プラントで液化天然ガスの有する冷熱を効率的に化学プラントの冷熱源として利用する際の、液化天然ガス使用量の変動時にも安定運転確保が可能で、かつ、液化天然ガスの冷熱の利用効率を向上させた、冷熱供給システムを提供することを目的とする。

この発明は、液化天然ガスの冷熱を利用して二酸化炭素ガスを液化二酸化炭素に変換した後、液化二酸化炭素を冷熱の供給先に供給して、この液化二酸化炭素を二酸化炭素ガスに変換する際に発生する気化熱を冷熱源として利用する工程を、冷熱供給システムの一部として組み込むことにより、上記の課題を解決したのである。

また、この冷熱供給システムを、化学プラントのエチレンプラントに代表されるプロピレンを用いた冷熱供給システムに組み込むことで、化学プラントにおいて冷熱を安定供給可能としたのである。

化学プラントにおける大型冷却装置を利用した冷熱供給システム内で、あらかじめ液化天然ガスの冷熱により液化した液化二酸化炭素を二酸化炭素ガスに変換することで、液化天然ガス使用量が変化した場合でも、化学プラントで必要な冷熱を安定的に供給することが可能となる。

一般的にエチレンプラントでは、プロピレンガスを用いて、プロピレンガス圧縮機によるガスの圧縮、冷却による液化、減圧膨張、その後プラントへの冷熱の供与による蒸発を繰り返す冷熱供給システムが採用されている。化学プラント内の冷熱供給システムが供給する冷熱量は非常に多く、液化二酸化炭素により外部から供与される冷熱量に比べて、２〜１０倍程度の冷熱供給能力を有している場合が多い。このため、液化天然ガスの使用量変化に伴う液化二酸化炭素製造量、ひいては液化二酸化炭素の気化に伴う冷熱回収量の変動があっても、十分にプロピレンガス圧縮機の運転調整で対応することが可能である。この結果、液化天然ガスの使用量に対応して生成される液化二酸化炭素全量を二酸化炭素ガスへ変換しても、全体の冷熱供給量を安定させることができ、液化天然ガスの有する冷熱を最大限利用することが可能となる。

以下、この発明について詳細に説明する。
この発明は、（１）ガスの圧縮、（２）冷却による液化、又は過冷却、（３）減圧膨張、（４）冷熱の供与による蒸発、の各工程を順に繰り返す冷熱供給システムの、前記工程（２）における冷却の際の冷媒の少なくとも一部として、液化天然ガスの冷熱を利用して得られた液化二酸化炭素（以下、「液化炭酸ガス」と表記する。）を、二酸化炭素ガス（以下、「炭酸ガス」と表記する。）に気化する際に発生する冷熱を用いることを特徴とする、冷熱供給システムである。特に、化学プラントにおいて、プロピレンを冷却する際に、液化炭酸ガスの有する冷熱、すなわち液化天然ガス由来の冷熱を利用する冷熱供給システムに好適に用いられる発明である。ここで、冷熱の供与とは熱の奪取を意味し、冷媒による冷熱供給システムとは、より低温の媒体に熱を移動させることで対象を冷却するシステムである。

上記冷熱供給システムの各工程は、一般的な冷凍サイクルの工程であって、具体的には以下の通りとなる。なお、冷媒となる上記のガスの種類としては、エチレン、プロピレン、メタン、アンモニア、フロン等が使用されるが、ここでは、上記のガスとしてプロピレンを用い、上記化学プラントがエチレンプラントである場合を例にとり説明する。プロピレンを用いると、運転条件が液化炭酸ガスの冷熱を受ける冷媒として好適であり、かつ、プロピレンはエチレンプラントで一般的に存在するので流用が容易である。

上記（１）工程のガスの圧縮は、ガス状態であるプロピレンを断熱圧縮するものである。このガス状態であるプロピレンは、上記（４）工程で蒸発したプロピレンを循環させて用いることが一般的であるが、不足する場合は外部から新たに追加したものでもよい。また、ガスの圧縮は、圧縮に要するエネルギー削減の観点から、多段圧縮を行うとより好ましく、化学プラントで必要とするプロピレン冷熱温度の種類に合わせて、１〜４段程度の多段圧縮機を採用すると好ましい。この発明にかかる冷熱供給システムで必要とするエネルギーは、上記（１）工程における上記ガスの圧縮にかかる圧縮機動力であり、エネルギーの最適有効利用を図るためには、圧縮すべき上記ガス量、及び圧縮比を最小に抑えることが必要である。

上記（２）工程の冷却では、プロピレンを液化するか、又は、液化プロピレンをさらに冷却して過冷却状態とする。ここで液化するプロピレンガスは、上記（１）工程で圧縮されたプロピレンガス以外に、後述する上記（４）工程で冷熱を供与して蒸発したプロピレンガスであってもよい。この発明は、プロピレンガス、又は液化プロピレンの冷却に用いる冷媒として、上記液化天然ガスの冷熱を利用して得られた液化炭酸ガスを使用するものである。

上記（３）工程の減圧膨張により、液体状態のプロピレンは、温度が低下するとともに、液体と気体とが混在した湿り蒸気となる。この工程は、出来るだけ熱の出入りの少ない断熱膨張弁により行うことが好ましい。

上記（４）工程の冷熱の供与による蒸発は、液体プロピレンと、冷却対象との間で熱交換が実施され、冷却対象が冷やされる。一方で、液体プロピレンは温められた結果、蒸発して再び元のプロピレンガスとなる。ガス状態になったプロピレンは上記（１）工程に戻り、上記の各工程を順に繰り返すことになる。なお、この発明において冷熱を供与するとは、相手を冷却して熱を奪うことを言う。

次に、上記（２）工程において、プロピレンを冷却して液化する際の冷媒として用いる液化炭酸ガスについて説明する。この液化炭酸ガスは、液化天然ガスをガス化する際に、液化天然ガスが有する冷熱を利用し、炭酸ガスに吸収させることで、液化したものである。液化の方法としては、例えば、炭酸ガスそのものを冷却する方法、空気など炭酸ガスを含有する混合ガスを冷却して分離する方法などが挙げられる。ここで、冷媒として液化炭酸ガスを用いることで、移送が容易になり、かつ、移送した炭酸ガスを移送した先の化学プラントで原料として使用することができる。液化天然ガスの液化装置と化学プラントとは、距離が離れていることが一般的であり、−１００℃以下の低温である液化天然ガスを直接移送することは、放熱ロスが大きく非経済的である。しかし、液化炭酸ガスを移送することで、液化炭酸ガスの温度は天然ガスの沸点より高いために、移送時の放熱ロスを低く抑えることができ、かつ、移送後にガス化した後の炭酸ガスを化学プラントの原料として使用できるので有用である。

なお、液化天然ガスが有する冷熱を化学プラントで利用する場合の冷熱移送媒体として、液化天然ガスと化学プラントで必要な冷媒である液化炭酸ガスとの間の温度である中間冷媒を用い、液化天然ガスと炭酸ガスとの冷熱移動を間接的に行ってもよい。
このような中間冷媒としては、沸点が、天然ガスの主成分であるメタンの沸点と、炭酸ガスの沸点との中間にある物質を用いることができる。例えば、三フッ化メタン、四フッ化メタンなどのフッ素化炭化水素、エタンなどが挙げられる。これらの中から、液化天然ガスのガス化装置と、冷熱を利用する化学プラントとの距離を考慮し、選択することが望ましい。

上記の液化炭酸ガスを、上記（２）工程におけるプロピレン冷却の際の冷媒として用いる際の、液化炭酸ガスの圧力は、ゲージ圧力で０．５２ＭＰａ以上の圧力であることが好ましい。以下、この明細書において圧力とはゲージ圧力を示す。液化炭酸ガスの飽和温度は圧力により決定されるが、０．５２ＭＰａ未満であると、二酸化炭素は固体又は気体の状態でしか存在できず、液化炭酸ガスのガス化による冷熱利用が出来なくなるためである。一方で、圧力が３ＭＰａを超えると、液化炭酸ガスのガス化温度が常温近くになり、冷媒としての効果が少なくなってしまうため、圧力は３ＭＰａ以下であることが好ましい。

上記の液化炭酸ガスを、上記（２）工程におけるプロピレン冷却の際の冷媒として用いる際の、液化炭酸ガスの温度は、−５５℃以上であることが好ましい。−５５℃未満であると、圧力によっては二酸化炭素が固体又は気体の状態でしか存在できず、液化炭酸ガスの冷媒として使用できなくなるおそれがあるためである。一方で、−１０℃以下であることが好ましく、−３０℃以下であるとより好ましい。−１０℃を超えると、液化炭酸ガスのガス化温度が高くなりすぎ、冷媒としての効果が少なくなる。

この発明で用いる冷熱供給システムは、化学プラントにおけるエチレンプラントに代表される大型のガス圧縮機を有する冷熱供給システムで液化炭酸ガスのガス化を行うため、冷熱供給システムで供給する冷熱量全体に対して、液化炭酸ガスのガス化時の熱量が占める割合は小さい。従って、液化天然ガスの使用量、ひいては液化炭酸ガスのガス化量が変動しても、ガス圧縮機の運転調整で、化学プラントで必要とする冷熱供給量を十分確保でき、安定運転が可能となる。化学プラントで一般的に用いられる遠心式ガス圧縮機は、６０〜１００％の運転範囲を有するため、液化天然ガスの有する冷熱を最大限利用するためには、液化天然ガスの最大使用時に得られる液化炭酸ガス量が有する冷熱量と同等以上、望ましくは、３倍以上の冷熱供給能力を持つ冷熱供給システムにおいて、液化炭酸ガスのガス化を行うことが望ましい。

一般的に、エチレンプラントなどの化学プラントにおけるプロピレンによる冷熱供給システムは、多段ガス圧縮機を用いることが多く、システム内には異なる温度の液化プロピレンとプロピレンガスとが存在する。その場合には、より低温である液化プロピレン又はプロピレンガスと、液化炭酸ガスとの間で熱交換した方が、ガス圧縮機の動力削減に繋がり、より効率的に冷熱利用を図ることが出来る。

この発明にかかる工程の全体図の一例を図１に示す。まず、液化天然ガス（ＬＮＧ）Ａは、液化天然ガスＡを貯蔵してあるＬＮＧ貯蔵タンク１からＬＮＧ移送ライン２を通じて、液化炭酸ガス製造工程３に供給され、炭酸ガスＢ等と熱交換を実施する。その結果、液化天然ガスＡは加熱されて気化する。気化したガスＣは、天然ガス移送ライン４を通して、天然ガス（ＮＧ）を利用する工程へ移す。一方で、液化炭酸ガスＤの原料となる炭酸ガスＢは、炭酸ガス原料供給ライン５を通して液化炭酸ガス製造工程３に供給され、液化天然ガスＡにより冷却され、液化炭酸ガスＤが製造される。なお、液化天然ガスＡと炭酸ガスＢとの熱交換に際しては、フロン等の中間冷媒を使用する場合もある。

次に、液化炭酸ガスＤは、液化炭酸ガス移送ライン６を通じて、化学プラント内の液化炭酸ガス冷熱回収工程７に供給され、気化される。気化した炭酸ガスＥは、炭酸ガス移送ライン８を通して、炭酸ガスを利用する工程へ送られる。

ここで、従来の、１段プロピレンガス圧縮機を用いた冷熱供給システムの一例を図２に示し、この図２にかかる冷熱供給システムに炭酸ガス冷熱回収工程である液化炭酸ガス蒸発器７’を組みこんだ冷熱供給システムの一例を図３に示す。

まず、図２の冷熱供給システムについて説明する。ガス圧縮機１０で圧縮されたプロピレンガスＦは、圧縮機吐出ライン１１を通して、吐出ガス凝縮器１２に供給され、冷却液供給ライン１３から供給される冷却液Ｇとの間で熱交換を行って、冷却、液化され、液化プロピレンＨとなる。ここで用いる冷却液は、プロピレンガスの圧力により選定されるが、一般的には、海水、若しくは冷却水が使用される。液化プロピレンＨは、減圧器１４を経て減圧膨張し、減圧後圧力の飽和温度まで温度が低下し、プロピレン液とプロピレンガスとの混合物Ｊとなり、プロピレン蒸発器１５に供給される。プロピレン蒸発器１５では、プラント流体供給ライン１６より供給される冷却を必要とするプラント流体Ｋと混合物Ｊとの間で熱交換を行い、完全にプロピレンガスＬとなる。気体化したプロピレンガスＬは、蒸発器出口プロピレンガスライン１７を通じて、ガス圧縮機１０に供給され、再度圧縮されてこのシステム内をリサイクルする。なお、プラント流体Ｋとは、化学プラント内を移動する気体又は液体をいう。

このシステムは、前記のプロピレン蒸発器１５において、化学プラント内で冷却を必要とするプラント流体Ｋを冷却することで、冷熱供給の役目を果たす。このプロピレン蒸発器１５は、最低１器以上から成り立ち、化学プラントでは複数の蒸発器で、複数のプラント流体Ｋの冷却を行うことが一般的である。

このシステムにおいて、プラント流体Ｋに供給できる冷熱量は、プロピレン蒸発器１５へ供給するプロピレン量、及びプロピレンの温度、圧力条件により決定される。よって、プラント流体Ｋで必要とされる冷熱量の調整は、ガス圧縮機１０の運転調整で行われる。なお、一般的にガス圧縮機１０の運転調整はスチーム蒸気タービン、又は電気駆動のモーターで実施される。

次に、このような図２のシステムに加えて、この発明にかかる、液化炭酸ガスを気化する際の冷熱を利用する冷熱供給システムを用いた、図３の冷熱供給システムについて説明する。すなわち、減圧膨張後のプロピレン液及びプロピレンガスの混合物と、液化炭酸ガスＤとの間で熱交換を行い、液化炭酸ガスＤを気化する際の冷熱を利用する。

具体的には、減圧器１４から出たプロピレン液及びプロピレンガスの混合物Ｊを、そのままプラント流体Ｋと熱交換するのではなく、液化炭酸ガス冷熱回収工程７である液化炭酸ガス蒸発器７’に導入して、液化炭酸ガス移送ライン６から供給される液化炭酸ガスＤとの間で熱交換を実施する。この熱交換により、混合物Ｊは液化、若しくは過冷却された後、プロピレン蒸発器１５に供給される。一方、液化炭酸ガス蒸発器７’に供給された液化炭酸ガスＤは、気化して炭酸ガスＥとなり、炭酸ガス移送ライン８により炭酸ガスＥを必要とする工程へ送られる。

上記の熱交換により、プロピレンが有する潜熱及び顕熱である冷熱が増加し、プロピレン蒸発器１５へ供給する際のプロピレンの温度が低下することで、混合物Ｊ又はそれを液化したものをプロピレン蒸発器１５で完全にプロピレンガスＬとする際の蒸発冷熱量を増加させることができる。
一般的な冷熱供給システムにおいては、プロピレン蒸発器１５での必要交換熱量は、プロセス側の要求に応じて一定となるように調整されるため、単位体積あたりの冷熱量が増加することで相対的にプロピレン蒸発器１５へ供給するプロピレン流量を少なくすることができ、発生するプロピレンガス量も低下する。その結果、ガス圧縮機１０でプロピレンガスの圧縮に必要とされる動力も少なくなり、この冷熱供給システムで必要とするガス圧縮に要するエネルギー量の削減を図ることができ、液化炭酸ガスを気化し炭酸ガスとする際の冷熱を有効に利用することが出来る。また、液化炭酸ガスの流量が変化した場合には、ガス圧縮機１０の運転調整によって、この冷熱供給システムを循環しているプロピレンガス量を変化させ、プロピレン蒸発器１５における熱交換量を所定量に保つことが可能である。

なお、液化炭酸ガス蒸発器７’は、図４のように、プロピレン蒸発器１５からプロピレンガスＬが出た位置に設置しても良い。この場合には、プロピレンガスＬと液化炭酸ガスＤとの間で熱交換を行うことになるが、液化炭酸ガスＤの冷熱によりプロピレンガスＬの一部が液化することになる。この気液混合プロピレンＬ’を、気液分離ドラム１７ａで液化プロピレンＬ’’とプロピレンガスＬ’’’とに分離して、プロピレンガスＬ’’’のみを圧縮機１０へ送る。また、液化プロピレンＬ’’は、圧縮機１０を通さずにリサイクルさせ、再度プロピレン蒸発器１５に供給される。結果として、ガス圧縮機１０に供給されるプロピレンガス量が低下し、減圧器１４を出た液化プロピレンを冷却するのと同様の効果が得られる。なお、液化炭酸ガス蒸発器７’における液化炭酸ガスＤを気化する条件は、上記の圧力、温度範囲とすることが好ましい。

図５に、エチレンプラントで採用されている代表的な多段プロピレン圧縮機（ここでは第１段から第４段までの４段階を有する４段圧縮機）を用いた冷熱供給システムにおける、液化炭酸ガス冷熱回収工程の例を示す。
まず、第４段ガス圧縮機１８で圧縮されたプロピレンガスＦ’は、４段吐口ガスライン１９から吐出ガス凝縮器２０に供給され、冷却液Ｇ’により冷却されて液化プロピレンＨ’となる。液化プロピレンＨ’は、炭酸ガス加熱器２２に供給され、低温炭酸ガスＥ’と熱交換し、過冷却される。液化炭酸ガスＤ’は液化炭酸ガス蒸発器４２で気化し、炭酸ガスとなるが、この状態ではまだ温度が低く、この低温炭酸ガスＥ’の冷熱利用が可能である。そこで炭酸ガス加熱器２２において、この低温炭酸ガスＥ’と液化プロピレンＨ’との間で熱交換を行い、低温炭酸ガスＥ’を高温炭酸ガスＥ’’として、炭酸ガス移送ライン２３を通して、炭酸ガスを必要とする工程へ移送することで、冷熱利用の最大化を図ることができる。

液化炭酸ガス加熱器２２で冷却された液化プロピレンＨ’は、減圧器２４で減圧膨張して液化プロピレン及びプロピレンガスの混合物Ｊとなり、これを単純分離した一部は、プロピレン蒸発器２５へ供給されるとともに、残りはプロピレン気液分離器供給ライン２６を通じて、直接にプロピレン気液分離器２７へ供給される。プロピレン蒸発器２５では、冷却を必要とするプロセス流体Ｋ１との熱交換が行われ、液化プロピレンＨ’はプロピレンガスＬ１となり、プロピレン気液分離器２７へ供給される。なお、プロピレン蒸発器２５は、複数の蒸発器を有することもあり、様々な冷却を必要とするプロセス流体Ｋ１と熱交換することで、冷熱を供給する。プロピレン気液分離器２７では、プロピレンガスＭ１と液化プロピレンＮ１とに分離され、プロピレンガスＭ１は、プロピレンガスライン２８を通して第４段ガス圧縮機１８へ戻され、再び圧縮しリサイクルする。一方液化プロピレンＮ１は、液化プロピレン抜出ライン２９を通して、さらなる低温のプロピレン冷媒を生み出すべく減圧器３０へ送られる。

減圧器３０で減圧膨張したプロピレンの気液混合物Ｊ１は、一部はプロピレン蒸発器３１でプロセス流体Ｋ２と熱交換してプロピレンガスＬ２とした後、残りは直接にプロピレン気液分離器３２へ送られる。プロピレン気液分離器３２では、再度プロピレンガスＭ２と液化プロピレンＮ２とに分離され、プロピレンガスＭ２は、プロピレンガスライン３３を通して、第３段ガス圧縮機３４へ戻される。液化プロピレンＮ２は、液化プロピレン抜出ライン３５より減圧器３６へ供給され、減圧膨張によりさらに温度が低下した気液混合物Ｊ２となり、同様に一部はプロピレン蒸発器３７でプロセス流体Ｋ３と熱交換してプロピレンガスＬ３とし、残りは直接にプロピレン気液分離器３８へ送られる。プロピレン蒸発器３１、及びプロピレン蒸発器３７において、液化プロピレンが気化しプロピレンガスとなる過程で、プロセス流体Ｋ２，Ｋ３を冷却することで冷熱を供給する。

プロピレン気液分離器３８で分離されたプロピレンガスＭ３は、プロピレンガスライン３９より第２段ガス圧縮機４１へ供給され、再び圧縮、リサイクルを繰り返す。液化プロピレンＮ３は、液化プロピレン抜出ライン４０より抜き出されて、液化炭酸ガス蒸発器４２に供給され、液化炭酸ガスＤ’と熱交換を行い過冷却される。液化炭酸ガスＤ’は、液化炭酸ガス供給ライン４３により供給され、液化炭酸ガス減圧器４４にて減圧し、減圧後の飽和温度で液化炭酸ガス蒸発器４２に供給され、プロピレンガスＭ３と熱交換を行い、気化し、低温炭酸ガスＥ’となる。なお、減圧後の圧力は、上記の温度、圧力条件となることが望ましい。

液化炭酸ガス蒸発器４２を出た低温炭酸ガスＥ’は、ガス化してもなお温度が低いため液化炭酸ガス蒸発器出口炭酸ガスライン４５から前述の炭酸ガス加熱器２２に移送し、さらに加熱し冷熱回収することが、液化炭酸ガスの冷熱利用の観点からはなお望ましい。液化炭酸ガス蒸発器４２で低温炭酸ガスＥ’により過冷却された液化プロピレンＮ３’は、減圧器４６で減圧膨張しさらに温度を低下させた後、プロピレン蒸発器４７に供給される。液化プロピレンＮ３’はプロピレン蒸発器４７でプロセス流体Ｋ４と熱交換を行いプロピレンガスＬ４となった後、プロピレンガスライン４８を通して第１段ガス圧縮機４９へ戻され、再び圧縮されこの冷却供給システム内をリサイクルする。このように、液化炭酸ガス蒸発器４２で液化炭酸ガスＤ’により液化プロピレンＮ３が過冷却された結果、プロピレン蒸発器４７で必要とするプロピレン量を削減することができ、その結果、第１段ガス圧縮機４９で圧縮を必要とするプロピレン量が低下し、圧縮機動力の低下を図ることが出来る。

液化炭酸ガス蒸発器４２は、液化プロピレン抜出ライン４０だけではなく、プロピレンガスライン４８，３９，３３，２８に設置しプロピレンガスの凝縮に利用、もしくは液化プロピレン抜出ライン３５、２９に設置し液化プロピレンの過冷却に利用してもよいが、液化炭酸ガスの冷熱をより有効に利用するためにはより低温低圧であるプロピレンの冷却に利用することが好ましい。

液化炭酸ガスの流量が変化した場合には、ガス圧縮機１８，３４，４１，４９の運転調整で各プロピレン蒸発器２５，３１，３７，４７でのプロピレン流量を変化させ、プロセス流体Ｋ１乃至Ｋ４へ供給する冷熱量を所定量に保つことが可能で、液化炭酸ガスＤ’の流量が変化しても、安定した冷熱供給が可能である。なお、ガス圧縮機１８，３４，４１，４９の運転調整は、スチーム蒸気タービン、もしくは電気駆動のモーターで行われる。

なお、図５において、図４のように液化炭酸ガス蒸発器を、プロピレン蒸発器２５，３１，３７の後に設置する場合には、プロピレンガスライン２８，３３，３９を流れるプロピレンの一部を液化炭酸ガス蒸発器によって冷却、液化し、液化した分をそれぞれ減圧器３０，３６，４６の後に導入することで、多段圧縮機で必要とするエネルギーを減らすことができる。

化学プラントにおけるプロピレン圧縮機を用いた冷熱供給システムは、様々なプロセス流体へまとめて冷熱供給している場合が多く、全体の冷熱供給量が多い。従って液化炭酸ガスを気化による冷熱量と比較しても全体の冷熱供給量は十分に多い。このため、液化炭酸ガス量が変化しても、十分にプロピレン圧縮機の運転調整で必要な冷熱量を保つことが可能で、液化炭酸ガスの冷熱を最大限利用可能となり、その分、プロピレン圧縮機で必要とするエネルギーを節約することが出来る。

以下、この発明について実施した具体例として、化学プラントのエチレンプラントにおける多段式プロピレン圧縮機を利用した冷熱供給システムに、液化炭酸ガスの冷熱回収工程を組みこんだ冷熱供給システムの実施例を示す。図５に示したプロセスフローで液化炭酸ガスの冷熱回収を行った場合の、液化炭酸ガス量とプロピレン圧縮機動力との関係を表１に示す。

液化天然ガスにより冷却された液化炭酸ガスの、液化炭酸ガス減圧器４４への受入条件は、−４０℃、１．１ＭＰａＧとし、液化炭酸ガスの減圧後の気化条件は、０．８ＭＰａＧとした。また、液化炭酸ガスの冷熱回収は、液化炭酸ガス蒸発器４４による気化に伴う蒸発潜熱、及び炭酸ガス加熱器２２による炭酸ガス潜熱を回収することにした。

この４段プロピレン圧縮機は、液化炭酸ガス受入量が０Ｔ／Ｈでも、エチレンプラントで必要とする動力１８６９３ＫＷを賄うことができるが、液化炭酸ガス受入量が１０Ｔ／Ｈ（トン／時）であると、４９９ＫＷの動力削減が可能となる。この動力削減量は、受入液化炭酸ガス量に比例し、表１のように、４０Ｔ／Ｈの液化炭酸ガス受入を実施した場合は、１９９６ＫＷの動力削減となった。

一方、液化炭酸ガスの冷熱回収が、プロピレン圧縮機全体に及ぼす影響は、最大となる４０Ｔ／Ｈの液化炭酸ガスを受け入れた場合でも、４段プロピレン圧縮機１８，３４，４１，４９の所用動力を節約した動力削減率は１０．７％であり、液化炭酸ガス量が０〜４０Ｔ／Ｈの範囲で変動しても、プロピレン圧縮機の運転調整幅は、１０．７％以下となった。

これに対して、遠心圧縮形式のガス圧縮機の運転可能範囲は、最大負荷の６０〜１００％であるので、１０％程度の負荷変動に対しては十分対応可能である。

本実施例におけるエチレンプラントに併設される液化天然ガスのプラントにおける液化天然ガスの使用量は、液化天然ガスが燃料向けに使用されることが多いために、昼夜で２５〜１００％まで変動する。その結果、液化天然ガスの使用量により変動する液化炭酸ガス受入量は、１０〜４０Ｔ／Ｈまで変化するが、これはプロピレン圧縮機の運転可能範囲の変動であるので、液化炭酸ガスの冷熱を全て回収可能であった。これにより、液化天然ガスが有する冷熱を最大限に化学プラントで利用可能となり、その分プロピレン圧縮に必要なエネルギーを節約することが出来た。

この発明にかかるシステムのフロー例を示す図 従来の冷媒供給システムのフロー例を示す図 この発明にかかる冷熱供給システムを組みこんだフロー例を示す図 この発明にかかる冷熱供給システムを組みこんだ別のフロー例を示す図 多段プロピレン圧縮機を用いた冷熱供給システムでの液化炭酸ガス冷熱回収システムのフロー例を示す図

符号の説明

１ ＬＮＧ貯蔵タンク
２ ＬＮＧ移送ライン
３ 液化炭酸ガス製造工程
４ 天然ガス移送ライン
５ 炭酸ガス原料供給ライン
６ 液化炭酸ガス移送ライン
７ 液化炭酸ガス冷熱回収工程
７’ 液化炭酸ガス蒸発器
８ 炭酸ガス移送ライン
１０ ガス圧縮機
１１ 圧縮機吐出ライン
１２ 吐出ガス凝縮器
１３ 冷却液供給ライン
１４ 減圧器
１５ プロピレン蒸発器
１６ プラント流体供給ライン
１７ 蒸発器出口プロピレンガスライン
１７ａ 気液分離ドラム
１８ 第４段ガス圧縮機
１９ ４段吐口ガスライン
２０ 吐出ガス凝縮器
２２ 炭酸ガス加熱器
２３ 炭酸ガス移送ライン
２４，３０，３６ 減圧器
２５，３１，３７ プロピレン蒸発器
２６ プロピレン気液分離器供給ライン
２７，３２，３８ プロピレン気液分離器
２８，３３，３９，４８ プロピレンガスライン
２９，３５，４０ 液化プロピレン抜出ライン
３４ 第３段ガス圧縮機
４１ 第２段ガス圧縮機
４２ 液化炭酸ガス蒸発器
４３ 液化炭酸ガス供給ライン
４４ 液化炭酸ガス減圧器
４５ 液化炭酸ガス蒸発器出口炭酸ガスライン
４６ 減圧器
４７ プロピレン蒸発器
４９ 第１段ガス圧縮機
Ａ 液化天然ガス
Ｂ 炭酸ガス
Ｃ 気化した（天然）ガス
Ｄ，Ｄ’ 液化炭酸ガス
Ｅ 炭酸ガス
Ｅ’ 低温炭酸ガス
Ｅ’’ 高温炭酸ガス
Ｆ，Ｆ’ プロピレンガス
Ｇ，Ｇ’ 冷却液
Ｈ，Ｈ’ 液化プロピレン
Ｊ 混合物
Ｊ１，Ｊ２ 気液混合物
Ｋ プラント流体
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４ プロセス流体
Ｌ プロピレンガス
Ｌ’ 気液混合プロピレン
Ｌ’’ 液化プロピレン
Ｌ’’’ プロピレンガス
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ プロピレンガス
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ プロピレンガス
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ３’ 液化プロピレン

Claims (3)

1. （１）ガスの圧縮、（２）冷却による液化、又は過冷却、（３）減圧膨張、（４）冷熱の供与による蒸発、の各工程を順に繰り返す冷熱供給システムであって、
   前記冷熱供給システムがエチレンプラントにおける多段のプロピレン圧縮機によるもので、
   前記工程（２）における冷却の際の冷媒の少なくとも一部として、液化天然ガスの冷熱を利用して得られた液化二酸化炭素を、低温の二酸化炭素ガスに気化する際に発生する冷熱を用い、さらに別途、上記の低温の二酸化炭素ガスから高温の二酸化炭素ガスにする際の冷熱も用いることを特徴とする冷熱供給システム。
2. 上記の液化二酸化炭素を冷却の際の冷媒として用いる際の、上記液化二酸化炭素の圧力がゲージ圧力で０．５２ＭＰａ以上、３ＭＰａ以下である、請求項１に記載の冷熱供給システム。
3. 上記の冷媒として用いる液化二酸化炭素の温度が、−５５℃以上であり、−１０℃以下である、請求項１又は２に記載の冷熱供給システム。

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