JP4884527B2 - 天然ガス液化プラント及び天然ガス液化プラント用動力供給設備 - Google Patents

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Description

本発明は、天然ガスを液化する天然ガス液化プラント、及びこれに動力供給する天然ガス液化プラント用動力供給設備に関する。

ガス田から採掘した天然ガスを精製・液化する天然ガス液化プラントでは、天然ガス産出地が都市部や他の工業施設から離れた地域に立地している等の制約から、プラント稼働に必要な動力をプラント内で自給することが多い。このような背景を受け、天然ガス液化プラントの動力供給設備としては、採掘した天然ガスを燃料にするガスタービン設備が用いられることがある(特表2003−515720号公報等参照)。

特表2003−515720号公報

ところで、ガスタービン設備では、一般的に、タービン翼や燃焼器等の高温下に晒される部品(以下、高温部品)の冷却に作動流体となる圧縮空気の一部が利用されている。しかし、天然ガス産出地は中東・東南アジアなどの気温が高い地域が多く、圧縮空気を利用する冷却方法では高温部品の温度条件は過酷となる。また、その一方で、天然ガス液化プラントには、天然ガスの品質保持と生産量増大を図るために継続的かつ安定的な動力の確保が必要であり、その動力源であるガスタービン設備には他のプラントの場合と比較して高い信頼性が要求されている。

高温部品の冷却を強化する1つの方策としては、冷却空気の流量を増加させることが考えられる。しかし、冷却空気の流量を増加すると、その分だけ燃焼空気が減少してガスタービン設備の出力及び効率が低下するので、ガスタービン設備のコストが増加してしまう。

本発明の目的は、ガスタービン設備の出力及び効率の低下を招くことなく、高温部品を充分に冷却できる天然ガス液化プラント及びその動力供給設備を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、天然ガス精製設備で不純物を分離した天然ガスを液化する天然ガス液化プラントに動力を供給する天然ガス液化プラント用動力供給設備において、空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器、該燃焼器からの燃焼ガスによって回転されるタービンを有するガスタービン設備と、該ガスタービン設備の定格負荷運転中に、前記天然ガス精製設備で天然ガスから分離した二酸化炭素を前記ガスタービン設備の冷却媒体として前記ガスタービン設備に供給する冷熱源供給系統とを備える。

本発明によれば、二酸化炭素によってガスタービン設備の高温部品を充分に冷却できるので、ガスタービン設備の出力及び効率を低下させることなく信頼性を向上させることができる。

本発明の第1の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図。 本発明の第1の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図において、天然ガス精製設備70と動力供給設備71を詳細に示した図。 本発明の第2の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図。 本発明の第3の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図。

1 冷媒圧縮機
5 電気モータ
20 天然ガス導入配管
21 主熱交換器
27 気液分離器
60 第1冷凍サイクル系統(混合冷媒冷凍サイクル系統)
61 第2冷凍サイクル系統(プロパン冷凍サイクル系統)
65 電気モータ
70 天然ガス精製設備
71 動力供給設備
72 ガスタービン設備
73 発電機
74 圧縮機
75 燃焼器
76 タービン
77 冷熱源流路
79 流量調節弁
85 冷熱源供給系統
86 冷熱源回収系統
90 吸収塔
91 中間槽
92 再生塔
94 熱交換器
97 ガス処理装置
100 排熱回収ボイラ
101 伝熱管
103 温熱源供給系統

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図1は本発明の第1の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図である。

この図に示した天然ガス液化プラントは、主に、天然ガス精製設備70と、主熱交換器21と、第1冷凍サイクル系統(混合冷媒冷凍サイクル系統)60と、第2冷凍サイクル系統(プロパン冷凍サイクル系統)61と、動力供給設備(プラント用動力供給設備)71と、冷熱源供給系統85を備えている。

天然ガス精製設備70は、ガス田から採掘した天然ガス(原料天然ガス)69から不純物を分離する処理(前処理)を行うものである。原料天然ガス69に含まれる不純物は産地によって異なるが、例えば、二酸化炭素や硫化水素等の酸性ガスや、水分、水銀等がある。天然ガス精製設備70は、原料天然ガスから二酸化炭素を分離する工程(以下、CO 分離工程という)を備えている。なお、CO分離工程の一例については後に図を用いて説明する。

天然ガス精製設備70は、冷熱源供給系統85を介して動力供給設備71のガスタービン設備72(後述)と接続されている。

冷熱源供給系統85は、天然ガス精製設備70のCO分離工程で天然ガスから分離された二酸化炭素をガスタービン設備72に供給するものである。冷熱源供給系統85を介してガスタービン設備72に供給された二酸化炭素は、ガスタービン設備72の定格負荷運転中に高温環境下に晒される高温部品(例えば、タービン動翼、タービン静翼、燃焼器等)を冷却する冷却媒体として利用されている。また、冷熱源供給系統85には流量調節弁79が設けられており、ガスタービン設備72に供給する二酸化炭素の流量を調節できるようになっている。

また、天然ガス精製設備70は、天然ガス導入配管20を介して主熱交換器21と接続されている。天然ガス導入配管20内には、不純物が分離された天然ガスが流通している。

主熱交換器21は、天然ガス精製設備70で不純物が分離された天然ガスを第1冷凍サイクル系統60からの第1冷媒で冷却して液化するものである。

主熱交換器21には、天然ガス精製設備70からの天然ガス導入配管20が導入されている。天然ガス導入配管20は、液化される天然ガスが流通するもので、主熱交換器21の内部を通過した後、配管45となって主熱交換器21の外部まで延びている。配管20は、主熱交換器21の内部に設けられた伝熱経路31,32と、主熱交換器21の外部に設けられた膨張弁37を有している。天然ガス精製設備70から供給された天然ガスは、主熱交換器21内の伝熱経路31,32を通過する際にノズル35,36(後述)から噴霧される第1冷媒によって冷却され、さらに膨張弁37で冷却されて液化天然ガスとなる。

また、主熱交換器21は、第1冷凍サイクル系統60で冷却された第1冷媒が導入される気液分離器27と配管43及び配管44を介して接続されており、第1冷媒の液相部分が流通する配管43と気相部分が流通する配管44は主熱交換器21内に導入されている。

配管43は、主熱交換器21の内部に導入された後に、いったん主熱交換器21の外部に出され、その後、再び主熱交換器21の内部に導入されてノズル35と接続されている。配管43は、主熱交換器21の内部に設けられた伝熱経路28と、主熱交換器21の外部に設けられた膨張弁33を有している。気液分離器27から供給された第1冷媒の液相部分は、伝熱経路28と膨張弁33を通過する際に冷却され、ノズル35を介して主熱交換器21内に噴霧される。このようにノズル35から噴霧された第1冷媒は、配管20内の天然ガスや、配管43,44内の第1冷媒を冷却している。

配管44も、主熱交換器21の内部に導入された後にいったん主熱交換器21の外部に出され、その後再び主熱交換器21の内部に導入されて、ノズル36と接続されている。配管44は、主熱交換器21の内部に設けられた伝熱経路29,30と、主熱交換器21の外部に設けられた膨張弁34を有している。気液分離器27から供給された第1冷媒の気相部分は、伝熱経路29,30と膨張弁34を通過する際に冷却され、ノズル36を介して主熱交換器21内に噴霧される。このようにノズル36から噴霧された第1冷媒は、配管20内の天然ガスや、配管43,44内の第1冷媒を冷却している。

第1冷凍サイクル系統(混合冷媒冷凍サイクル系統)60は、主熱交換器21に供給するための第1冷媒を圧縮して冷却するもので、主熱交換器21で天然ガスの冷却に用いられた第1冷媒を圧縮する低圧冷媒圧縮機23と、低圧冷媒圧縮機23で圧縮された第1冷媒を冷却する中間冷却器25と、中間冷却器25で冷却された第1冷媒を圧縮する高圧冷媒圧縮機24と、高圧冷媒圧縮機24で圧縮された第1冷媒を冷却する後置冷却器26と、動力供給設備71から電力線(図示せず)を介して供給される電力によって低圧冷媒圧縮機23及び高圧冷媒圧縮機24を駆動する電気モータ65を備えている。なお、本実施の形態における第1冷凍サイクル系統60の作動流体(第1冷媒)は、メタン、エタン、及びプロパンを主成分とする混合冷媒(MCR)である。

低圧冷媒圧縮機23の入口は主熱交換器21に接続された配管40と接続されており、後置冷却器26の出口は配管41と接続されている。配管41は、後置冷却器26の下流側において、第2冷凍サイクル系統61の冷却器群(冷却器15,16,17)を通過した後に気液分離器27に接続されている。

気液分離器27は、配管41を介して供給される第1冷媒の気液分離を行うもので、第1冷凍サイクル系統60の出口(即ち、第3冷却器17の出口)と配管41を介して接続されている。気液分離器27には、主熱交換器21に第1冷媒の液相部分を供給する配管43と、第1冷媒の気相部分を供給する配管44が接続されている。

第2冷凍サイクル系統(プロパン冷凍サイクル系統)61は、第1冷媒を冷却するための第2冷媒を圧縮して冷却し、第1冷凍サイクル系統60からの第1冷媒を第2冷媒で冷却するものである。第2冷凍サイクル系統61は、冷媒圧縮機1と、電気モータ5と、凝縮器10と、受液器11と、第1冷却器15、第2冷却器16、及び第3冷却器17を備えている。なお、本実施の形態における第2冷凍サイクル系統61の作動流体(第2冷媒)はプロパンである。

冷媒圧縮機1は、第2冷媒を圧縮するもので、駆動軸に連結された電気モータ5によって駆動されている。本実施の形態の冷媒圧縮機1は、高圧圧縮機4、中圧圧縮機3、低圧圧縮機2の3段から構成されている。高圧圧縮機4は配管54を介して冷却器15と、中圧圧縮機3は配管55を介して冷却器16と、低圧圧縮機2は配管56を介して冷却器17と接続されている。配管54には流量調節弁62が、配管55には流量調節弁63が、配管56には流量調節弁64が設けられている。流量調節弁62,63,64は、冷媒圧縮機1の運転状態に応じて、各圧縮機4,3,2への吸い込み流量を調整するものである。電気モータ5の電力は電力線(図示せず)を介して動力供給設備71から供給されている。

凝縮器10は、冷媒圧縮機1の出口と配管50を介して接続されており、冷媒圧縮機1によって圧縮された第2冷媒を大気又は海水等で冷却して凝縮している。

受液器11は、凝縮器10の出口と接続されており、凝縮器10で凝縮した第2冷媒を受け入れている。受液器11内には凝縮して液化した第2冷媒が貯留されている。

第1冷却器15は、受液器11の出口と配管51を介して接続されており、配管51に設けられた膨張弁12を介して減圧膨張し減温した第2冷媒を受け入れている。第2冷却器16は、第1冷却器15と配管52を介して接続されており、配管52に設けられた膨張弁13を介してさらに減温された第2冷媒を受け入れている。第3冷却器17は、第2冷却器16と配管53を介して接続されており、配管53に設けられた膨張弁14を介してまたさらに減温された第2冷媒を受け入れている。

第1冷却器15、第2冷却器16、及び第3冷却器17の内部には第1冷媒(混合冷媒)が流通する配管41が配されている。冷却器15,16,17に受け入れられた第2冷媒(プロパン)は、配管41を流通する第1冷媒から熱を奪って蒸発し、第1冷媒を段階的に冷却する。これにより第1冷媒は、第3冷却器17を通過した時点で、例えば−35℃程度まで冷却される。また、冷却器15,16,17は、圧縮機4,3,2とそれぞれ接続されており、冷却器15,16,17から圧縮機4,3,2に供給される気相第2冷媒は圧縮機1内の第2冷媒の中間冷却も行っている。

動力供給設備71は、天然ガス液化プラントに動力を供給するもので、ガスタービン設備72を備えている。ガスタービン設備72は、空気を圧縮する圧縮機74と、圧縮機74からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器75と、燃焼器75からの燃焼ガスによって回転されるタービン76と、タービン76によって駆動される発電機73を備えている。発電機73で発生した電力は、電力線(図示せず)を介して電気モータ5や電気モータ65等に供給され、プラントの動力として用いられている。ガスタービン設備72の運転中には、冷熱源供給系統85を介して天然ガス精製設備70から二酸化炭素が供給されている。

なお、本実施の形態では簡略のためガスタービン設備72を1台のみ図示したが、プラントが要求する動力に応じて複数台のガスタービン設備を設けても良い。また、天然ガス液化プラントに動力を供給するには、ガスタービン設備72のタービン76に第1冷凍サイクル系統60の圧縮機23,24や、第2冷凍サイクル系統61の冷媒圧縮機1を直接接続する構成を利用しても良い。しかし、上記のように動力供給設備71でプラントに供給する動力として電力を発生する場合には、下記の効果を得ることができる。

天然ガス液化プラントでは、天然ガスの品質保持と生産量増大のために継続的かつ安定的な動力が必要であるため、その動力源である動力供給設備には、他のプラントと比較して特に高い信頼性が要求される。しかし、天然ガス液化プラントが設置される天然ガス産出地は、電力網が整備された都市部から離れていることが多く、ガスタービン設備の点検や故障時の動力確保が課題となることがある。ここで、上記のように、複数台のガスタービン設備で電力を発生するように構成すれば、一部のガスタービン設備が停止した場合にも、その電力損失分を正常稼働している他のガスタービン設備によって補填することができる。これにより、タービンに直接接続して冷媒圧縮機1等を駆動した場合と比較して、動力供給設備の信頼性を向上させることができる。

図2は図1において天然ガス精製設備70と動力供給設備71を詳細に示した図である。なお、この図において、主熱交換器21、第1冷凍サイクル系統60、及び第2冷凍サイクル系統61は簡略化してある。また、先の図と同じ部分には同じ符号を付し説明は省略する。

この図において、天然ガス精製設備70は、吸収塔90と、熱交換器94と、中間槽91と、再生塔92と、ガス処理装置97を備えている。

吸収塔90は、酸性ガスを吸収する高圧・低温の吸収液(例えば、アミン系の溶液)を原料天然ガス69と接触させ、原料天然ガス69中の二酸化炭素を含む酸性ガスを吸収するものである。吸収塔90内には、吸収液が噴霧されるノズル90aが設けられている。吸収塔90の上部には天然ガス導入配管20が接続されており、吸収塔90の下部には配管81が接続されている。配管81は、熱交換器94を経て中間槽91に接続されており、熱交換器94の下流側に設けられた膨張弁95を備えている。

熱交換器94は、吸収塔90で酸性ガスを吸収した吸収液と、再生塔92で酸性ガスを放出した吸収液とを熱交換させるもので、吸収塔90と中間槽91の間、かつ再生塔92と吸収塔90の間に設けられている。

中間槽91は、吸収液に含まれた二酸化炭素の一部を分離するもので、中間槽91内の温度及び圧力は吸収液から二酸化炭素を抽出できるように設定されている。中間槽91の上部には、中間槽91内で分離した二酸化炭素が流通する冷熱源供給系統85が接続されており、中間槽91の下部には、中間槽91内で二酸化炭素の一部を放出した吸収液が流通する配管88が接続されている。

冷熱源供給系統85における中間槽91と流量調節弁79との間の位置には、配管82が接続されている。配管82は、ガス処理装置97と接続されており、中間槽91からの二酸化炭素の一部をガス処理装置97へ供給している。ガス処理装置97は、原料天然ガス69から分離された酸性ガスを処理する装置であり、ガスタービン設備72に供給される二酸化炭素以外の酸性ガスはガス処理装置97で回収される。また、配管88は、再生塔92内に設けられたノズル92aと接続されており、再生塔92に至る経路に膨張弁96を備えている。

再生塔92は、吸収液に含まれた酸性ガスを分離するもので、再生塔92内の温度及び圧力は吸収液から酸性ガスを抽出できるように設定されている。再生塔92の上部には、再生塔92内で分離した酸性ガスが流通する配管83が接続されており、再生塔92の下部には、再生塔92で酸性ガスを放出した吸収液が流通する配管84が接続されている。

配管83は、配管82と接続されており、再生塔92で分離された酸性ガスをガス処理装置97へ供給している。配管84は、熱交換器94を介して吸収塔90のノズル90aと接続されており、再生後の吸収液を吸収塔90に供給している。配管84には、吸収液を昇圧するポンプ99が設けられている。

また、図2において、冷熱源供給系統85は、流量調節弁79の下流側で配管85aと配管85bに分岐している。配管85aは、タービン76に二酸化炭素を供給するもので、配管85bは、燃焼器75に二酸化炭素を供給するものである。

配管85aからの二酸化炭素でタービン76のタービン動翼やタービン静翼を冷却する構成としては、例えば、既存の圧縮空気(冷却空気)の流路に配管85aを接続して圧縮空気を二酸化炭素と混合する方法(オープン冷却)や、二酸化炭素の流路を別途設ける方法(クローズド冷却)があるが、二酸化炭素で冷却する分だけ冷却空気を燃焼空気として利用できること等を考慮すると後者の方が好ましい。一方、配管85bからの二酸化炭素で燃焼器75を冷却する構成としては、例えば、燃焼器ライナの外周側に二酸化炭素の流路を設ける方法がある。

なお、高温部材と二酸化炭素を熱交換させる方法としては、高温部材を覆うような流路を設ける等して高温部材と二酸化炭素を直接的に熱交換させる方法や、高温部材に二酸化炭素が流通する流路を取り付ける等して高温部材と二酸化炭素を間接的に熱交換させる方法がある。また、ここではタービン76と燃焼器75を冷却する場合について説明したが、冷熱源供給系統85から別途配管を分岐させる等して、他の高温部品を冷却する目的で二酸化炭素を利用しても勿論良い。

次に本発明の第1の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの動作を説明する。

上記のように構成される天然ガス液化プラントにおいて、吸収塔90に導入された原料天然ガス69は、吸収液と接触して二酸化炭素等の酸性ガスを吸収される。吸収液によって酸性ガスが分離された天然ガスは、天然ガス導入配管20を介して主熱交換器21に供給され、第1冷媒で冷却されて液化天然ガスとして精製される。

一方、酸性ガスを吸収した吸収液は、配管81を介して熱交換器94に導入されて加熱される。熱交換器94で加熱された吸収液は、膨張弁95で減圧されて中間槽91に導入される。中間槽91に導入された吸収液は、含有していた二酸化炭素の一部を放出し、残りは中間槽91の下部に液体として貯留する。中間槽91内で放出された二酸化炭素は、冷熱源供給系統85を介してガスタービン設備72に供給される。ここで、冷熱源供給系統85の二酸化炭素の一部は、配管82を介してガス処理装置97に供給されて処理される。

一方、中間槽91の下部に溜まった吸収液は、配管88を流通して膨張弁96で再度減圧される。膨張弁96で減圧された吸収液は、再生塔92に導入されて、含有していた残りの酸性ガスを放出する。放出された酸性ガスは、配管83,82を介してガス処理装置97に供給される。酸性ガスが分離して再生した吸収液は、ポンプ99に加圧されて、熱交換器94に供給される。熱交換器94に供給された吸収液は、吸収塔90からの吸収液によって冷却され、吸収塔90へ送られて酸性ガスの吸収に再度利用される。

中間槽91から冷熱源供給系統85に導入された二酸化炭素は、流量調節弁79においてガスタービン設備72の冷却に適した量に調節されて、配管85a,85bに供給される。配管85aに供給された二酸化炭素は、タービン76に供給され、タービン76の高温部品(例えば、タービン動翼やタービン静翼)をガスタービン設備72の定格負荷運転中に亘って冷却する。これにより、タービン76の高温部品の温度上昇を抑制することができるので、高温部品のメタル温度を設計許容値内に抑えることができる。また、配管85bに供給された二酸化炭素は、燃焼器75に供給され、燃焼器75の高温部品(例えば、燃焼器ライナ)を冷却する。これにより、ガスタービン設備72の定格負荷運転中に亘って燃焼器75の高温部品の温度上昇も抑えることができる。

次に本発明の第1の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの効果について、天然ガス液化プラントの動力供給設備が晒され得る状況に触れながら説明する。

一般的に、ガスタービン設備では、タービン翼や燃焼器等の高温下に晒される高温部品の冷却に作動流体となる圧縮空気の一部を利用することが多い。ところで、本実施の形態のように天然ガス液化プラントの動力供給設備として使用する場合には、天然ガス産出地が中東・東南アジアなどの気温が高い地域に多いため、他の地域に設けられるガスタービン設備と比較して高温部品のおかれる状況は過酷となる。そのため、他のプラントの動力源として利用する場合と比較して、高温部品の温度上昇が懸念となる状況が発生しやすい。また、その一方で、天然ガス液化プラントには、天然ガスの品質保持と生産量増大を図るために継続的かつ安定的な動力の確保が必要であり、その動力源であるガスタービン設備には他のプラントの場合と比較して高い信頼性が要求されている。

高温部品の冷却を強化する1つの方策としては、冷却空気の流量を増加させることが考えられる。しかし、このように冷却空気の流量を増加すると、その分だけ燃焼空気が減少してガスタービン設備の出力及び効率が低下するので、ガスタービン設備のコストが増加してしまうという課題があった。

こうした状況に対して、本実施の形態に係る天然ガス液化プラントは、ガスタービン設備72の定格負荷運転中に、天然ガス精製設備70で天然ガスから分離した二酸化炭素をガスタービン設備72の冷却媒体としてガスタービン設備72に供給する冷熱源供給系統85を備えている。このように設けた冷熱源供給系統85によれば、天然ガス精製設備70で発生する大量の二酸化炭素を利用してガスタービン設備72の高温部品を冷却することができるので、高温部品のメタル温度を設計許容値内に容易に抑えることができる。これにより、高温部品の冷却媒体として利用される圧縮空気の量が低減するので、ガスタービン設備72の出力及び効率を低下させることなくガスタービン設備72の信頼性を向上させることができる。また、ガスタービン設備72の出力及び効率の低下を抑制することができるので、発電コストを低下させることができたり、燃料使用に基づく二酸化炭素の発生量を抑制することができたりする。

特に、中東・東南アジア等の気温が高い地域に設置される天然ガス液化プラントでは、ガスタービン設備の高温部品は過酷な温度環境に晒される傾向があるが、本実施の形態のように高温部品を二酸化炭素で冷却すれば、天然ガス精製設備70で分離される二酸化炭素が気温の影響を受けにくい上、その流量を任意に制御できる程多量に利用できるので、圧縮空気を使用する場合と比較して天然ガス液化プラント用動力供給設備を効果的に冷却することができる。

また、上記の実施の形態において配管85bを介して燃焼器75に供給される二酸化炭素を燃焼器ライナの冷却に利用した場合には、従来ライナの冷却に使用されていた空気を燃焼用空気として利用することができるので、燃焼用空気を増加することができる。これにより、ガスタービン設備72から排出される窒素酸化物(NOx)を低下することができるので、プラント周辺の環境を保全することができる。また、これにより脱硝装置に要するコストを低下させることができる。

さらに、いわゆるオープン冷却を行う場合には、二酸化炭素の圧力を少なくともガスタービン設備の内圧以上に確保する必要があるが、膨張弁95及び膨張弁96の開度を調節することによってガスタービン設備72への供給に適した値に中間槽91の圧力を調整することができる。したがって、冷熱源供給系統85の途中にポンプ等の圧縮動力源を別途設けることなく二酸化炭素を高温部品に供給することができる。

また、二酸化炭素は空気と比較して比熱が大きいため、冷却能力が高く、冷却流路内部での温度変化が小さい。そのため、冷却媒体として空気を利用する場合よりも効果的に高温部品の冷却を行うことができる。

次に本発明の第2の実施の形態について説明する。

本実施の形態が第1の実施の形態と異なる点は中間槽91A内の温度調節を行っている点にある。

図3は本発明の第2の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図である。

この図に示す天然ガス液化プラントは、天然ガス精製設備70Aと、動力供給設備71Aと、温熱源供給系統103を備えている。

温熱源供給系統103は、排熱回収ボイラ100からの熱媒体を天然ガス精製設備70Aに循環供給するもので、排熱回収ボイラ100と、配管102と、伝熱管101と、ポンプ104を備えている。

排熱回収ボイラ100は、ガスタービン設備72の排ガスの流通方向の下流側に設けられており、配管102内の熱媒体(本実施の形態では蒸気)の加熱を排ガスで行っている。

配管102は、排熱回収ボイラ100と伝熱管101を接続するもので、加熱された熱媒体が伝熱管101に循環供給されるように環状に構成されている。また、配管102には熱媒体を昇圧するポンプ104が設けられている。ポンプ104は中間槽91Aの内部温度を調節するものである。

伝熱管101は、中間槽91Aの内部温度を加熱するもので、中間槽91Aの内部に設けられている。伝熱管101は、排熱回収ボイラ100で加熱された熱媒体を利用して中間槽91A内の吸収液を加熱している。

上記のように構成した天然ガス液化プラントによれば、温熱源供給系統103で中間槽91の内部温度を調整することができ、中間槽91Aの圧力だけでなく温度も調整できるようになる。これにより、中間槽91Aで発生する二酸化炭素の量や圧力をより細かく調整できる。このように中間槽91Aで分離される二酸化炭素の性状を細かく調節できれば、ガスタービン設備72の冷却の自由度が増して高温部品の温度管理が容易となるので、ガスタービン設備72の信頼性及び長寿命性をさらに向上させることができる。特に、本実施の形態では、中間槽91Aの加熱に用いる熱源としてガスタービン設備72の排ガスを利用しているので、上記の効果に加えてプラント全体の省エネルギー化及び効率化を図ることができる。

また、本実施の形態において、中間槽91A内で二酸化炭素以外の酸性ガスが分離されることが抑制されるように中間槽91Aの圧力及び温度を調整すれば、二酸化炭素以外の酸性ガスが冷熱源供給系統85やガスタービン設備72に流入することを抑制できる。このように他の酸性ガスが冷熱源供給系統85やガスタービン設備72に流入することを抑制すると、冷熱源供給系統85やガスタービン設備72における酸性ガスによる腐食の発生を抑制することができる。

なお、上記では、中間槽91Aを加熱する熱媒体の加熱源として排熱回収ボイラ100を利用する構成を説明したが、別置のボイラ、伝熱ヒータ、又は他の熱媒体による加熱等、排熱回収ボイラ100に替わる加熱手段を利用して中間槽91Aの内部温度を調整する温度調整装置を構成しても良い。また、排熱回収ボイラ100で加熱した熱媒体は、天然ガス精製設備70内に設けられる他の加熱装置(例えば、熱交換器94)の熱源として利用しても良い。

次に本発明の第3の実施の形態について説明する。

本実施の形態が第1の実施の形態と異なる点はガスタービン設備72の冷却に利用した二酸化炭素を回収している点にある。

図4は本発明の第3の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図である。

この図に示す天然ガス液化プラントは、天然ガス精製設備70Bと、動力供給設備71Bと、冷熱源回収系統86を備えている。

冷熱源回収系統86は、ガスタービン設備72Bの冷却に利用された二酸化炭素を天然ガス精製設備70Bに戻すもので、ガス処理装置97とガスタービン設備72Bを接続している。

ガスタービン設備72Bは冷熱源流路77を有している。冷熱源流路77は、冷熱源供給系統85からの二酸化炭素が流通するもので、冷熱源供給系統85と冷熱源回収系統86の間に設けられている。冷熱源流路77は、圧縮空気の流路に対して別途設けた二酸化炭素専用の流路であり、ガスタービン設備72の高温部品をクローズド冷却するものである。冷熱源流路77は、例えば、高温部品の表面又は内部に取り付けても良いし、高温部品を外部から覆う流路として設けても良い。なお、図4では、冷熱源流路77はタービン76に設けられているが、燃焼器75等の他の高温部品の周囲に設けても良い。

上記のように構成した天然ガス液化プラントにおいて、冷熱源供給系統85を介してガスタービン設備72に供給された二酸化炭素は、冷熱源流路77を通過する際にガスタービン設備72の高温部品の冷却を行った後に、冷熱源回収系統86に導入される。冷熱源回収系統86に導入された二酸化炭素は、ガス処理装置97に導入されて、中間槽91から放出される二酸化炭素や再生塔92から放出される他の酸性ガスとともに処理される。

このようにガスタービン設備72の冷却に利用した二酸化炭素をガス処理装置97で処理すれば、天然ガス液化プラントからの二酸化炭素排出を防止することができるので、地球温暖化を防止することができる。なお、この場合のガス処理装置97における処理方法としては、例えば、酸性ガスを圧縮・固化するものがある。この場合、ガス処理装置97で圧縮・固化された酸性ガスを地中、海中等に貯蔵すれば二酸化炭素の大気放出を防止できる。

また、上記のようにガスタービン設備72Bをクローズド冷却すると、冷熱源回収系統86を介してガス処理装置97に流入する二酸化炭素の圧力は再生塔92の圧力以下となるため、オープン冷却の場合と比較してガスタービン設備72Bに供給する二酸化炭素の圧力(すなわち、中間槽91の圧力)を低くすることができる。これにより、第1の実施の形態と比較して中間槽91の圧力設定の設計範囲が広がるので、プラントの設計が容易になる。

また、本実施の形態によれば、再生塔92の内部圧以上の圧力の二酸化炭素でガスタービン設備72Bを冷却することができるので、中間槽91を省略することもできる。このように中間槽91を省略すれば、天然ガス精製設備70Bの簡略化とコスト削減を図ることができる。

なお、以上においては、ガスタービン設備として、いわゆるシンプルサイクルガスタービンを用いた実施の形態について説明したが、ガスタービン設備と蒸気タービン設備を組み合わせたコンバインドサイクルガスタービンを用いても上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。

Claims (11)

  1. 天然ガス精製設備で不純物を分離した天然ガスを液化する天然ガス液化プラントに動力を供給する天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
    空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器、該燃焼器からの燃焼ガスによって回転されるタービンを有するガスタービン設備と、
    該ガスタービン設備の定格負荷運転中に、前記天然ガス精製設備で天然ガスから分離した二酸化炭素を前記ガスタービン設備の冷却媒体として前記ガスタービン設備に供給する冷熱源供給系統とを備えることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
  2. 請求項1記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
    前記冷熱源供給系統からの二酸化炭素の冷却対象は、前記タービンであることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
  3. 請求項1記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
    前記冷熱源供給系統からの二酸化炭素の冷却対象は、前記燃焼器であることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
  4. 請求項1記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
    前記ガスタービン設備を冷却した二酸化炭素を前記天然ガス精製設備に還流する冷熱源回収系統をさらに備えることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
  5. 請求項1記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
    前記ガスタービン設備の排ガスで熱媒体を加熱する排熱回収ボイラと、
    該排熱回収ボイラからの熱媒体を前記天然ガス精製設備に循環供給する温熱源供給系統をさらに備えることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
  6. 請求項1記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
    前記ガスタービン設備は前記天然ガス液化プラントに電力供給する発電機と接続されていることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
  7. 採掘した天然ガスから不純物を分離する天然ガス精製設備と、
    該天然ガス精製設備からの天然ガスを第1冷媒で冷却する主熱交換器と、
    該主熱交換器に供給するための第1冷媒を圧縮して冷却する第1冷凍サイクル系統と、
    第1冷媒を冷却するための第2冷媒を圧縮して冷却し、前記第1冷凍サイクル系統からの第1冷媒を第2冷媒で冷却する第2冷凍サイクル系統と、
    前記第1冷凍サイクル系統及び前記第2冷凍サイクル系統に動力を供給するガスタービン設備と、
    該ガスタービン設備の定格負荷運転中に、前記天然ガス精製設備で天然ガスから分離した二酸化炭素を前記ガスタービン設備の冷却媒体として前記ガスタービン設備に供給する冷熱源供給系統とを備えることを特徴とする天然ガス液化プラント。
  8. 請求項7記載の天然ガス液化プラントにおいて、
    前記天然ガス精製設備は、
    採掘した天然ガスから二酸化炭素を含む酸性ガスを吸収液で吸収する吸収塔と、
    該吸収塔からの吸収液を減圧して二酸化炭素を分離する中間槽と、
    該中間槽からの吸収液を減圧して酸性ガスを分離する再生塔とを備えていることを特徴とする天然ガス液化プラント。
  9. 請求項8記載の天然ガス液化プラントにおいて、
    前記中間槽は、その内部温度を調整する温度調整装置を備えていることを特徴とする天然ガス液化プラント。
  10. 請求項9記載の天然ガス液化プラントにおいて、
    前記温度調整装置の熱源は、前記ガスタービン設備の排ガスを熱源とする排熱回収ボイラであることを特徴とする天然ガス液化プラント。
  11. 請求項7記載の天然ガス液化プラントにおいて、
    前記ガスタービン設備を冷却した二酸化炭素を前記天然ガス精製設備に還流する冷熱源回収系統をさらに備えることを特徴とする天然ガス液化プラント。
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