JP5249051B2 - ガスまたは蒸気を液体に吸収させるための装置および蒸気またはガスが発生する液体に蒸気またはガスを再導入するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスおよび蒸気から選択される少なくとも一つの成分を液体に吸収させるための装置に関する。装置は、エゼクター原理に基づくものであり、エゼクターの直下流にある実質的に直線の管の形態の混合ゾーンを有する。もう一つの態様によると、本発明は、ガスまたは蒸気を液体に再導入するための方法に関する。

背景
本発明は、多くの応用領域を有する。一つの重要な応用は、種々の種類の炭化水素含有液体の輸送に関連して、揮発性および可燃性の流体を大きなタンク、例えば船舶のタンクで輸送または保管するためのものである。

既述の種類のタンク内では、液体のもっとも揮発性の成分であり、もっとも可燃性でさらに有毒でもある成分の蒸気およびガスが急速に形成される。これらのガスおよび蒸気は、タンク内での一定の過圧の生成下において、液体相の対応する成分との平衡に到達する。一般的に、これらの種類の成分は、「揮発性有機成分」、ＶＯＣとして表される。振動条件および変動する温度条件は、このプロセスに対し、より高い圧力の方向に影響することができる。経済的損失に加え、形成されるガスが安全上の危険となる。

安全上の問題は、主に、タンク船舶による石油輸送に関係する。液体からガスが蒸発すると、タンク内の圧力が増加し、したがって、タンクが損傷しないことを確保するための圧力低減が必要となる。これは、通例、通常は船舶中央部に所在するバルブを手動で開くことによって達成される。過酷な気候条件下では、これ自体が安全上の危険である。タンクへの空気の不要な導入および結果的なタンク内での爆発性ガスの生成につながるであろう、過度に低い圧力の可能性に関係する安全上のリスクもある。

経済的損失は、液体、例を挙げれば石油から成分が蒸発し、船舶がその目的地に到着した時点で液体が積載時よりも少なくなっていることに関係する。

これらの問題を克服するため、一般的に二つの分類に分割することができる種々の手段により、いくつもの試みがなされてきた。二つの分類またはシステムのどちらにおいても、液体から蒸発したガスを液体に吸収させる。第一の分類は、タンクのデッキ上に配置されるシステムを含み、ノルウェー国特許第３１６ ０４５号、米国特許第６，７８６，０６３号および米国特許第３，００３，３２５号に例示されている。第二の分類は、タンク内に組み込まれるシステムを含み、ノルウェー国特許第３１５ ２９３号およびノルウェー国特許第３１５ ４１７号に例示されている。

公知システムの不都合は、部分的には、システムが望ましい有効性に達していないことであり、すべての安全上のリスクまたは他の不都合を回避していないことでもある。

目的
そのため、本発明の目的は、効率的かつ安価であり、前述のような公知のリスク要素および他の不都合を取り除く、ガスおよび蒸気を吸収するための装置を提供することである。

装置は、構築が容易であり、保守が簡易であり、操作が容易かつ安価であるべきである。

さらに、液体、具体的には炭化水素含有液体から蒸発した蒸気を液体に再導入するための方法を提供することが具体的な目的である。特に重要なのは、方法および装置が船舶上での使用に適していることである。

発明
前記目的は、請求項１に定義するように、本発明による装置の形態で満足される。もう一つの態様によると、本発明は、請求項９に定義するように、液体から蒸発した蒸気を液体に再導入するための方法に関する。

本発明の好ましい実施態様を従属請求項に開示する。

本明細書において使用する用語「周囲表面に対する傾斜」により、常に管の内表面に近い流れの成分について、エゼクターの下流にある管の長手軸に平行ではない方向が理解される。管表面から管軸にかけて半径方向に内側に向かう流れ方向を考えると、速度成分の前記傾斜の度合いが低減され、管の中心では、流れ方向はやや乱れるが、管軸と主に平行になる。

本発明による装置は、エゼクター原理に基づくものであり、本発明の枢要な態様は、中心の好ましくは円形である液体通路を取り囲む環状の開口にガスのためのノズルまたは孔が配置され、ガスのための孔がエゼクターの下流にある管または「混合チャンバ」の軸に対して傾斜するように方向付けられている、本発明によるエゼクター内にガスを吸い込み、エゼクター内の液体と混合させる方式である。これにより、ガスは、少なくとも管壁付近の領域でガスと液体とのらせん状の流れを提供する方向において液体に導入される。この流れは、混合ゾーン内でより軽い成分（ガスおよび蒸気）よりも、より重い成分（液体）に作用する遠心力−または向心加速度−に寄与し、その結果、ガスは管の中心に向かって移動し、液体は管壁に向かって移動する。

ガスが液体の半径方向の外側から供給されるため、この設計では、液体へのガスの吸収を達成することに関してもっとも有意なパラメータである、エゼクターの下流にある管内のガスおよび液体の均等な分布が確保される。ガスの均等な分布により、ガス気泡が他のガス気泡と衝突し、吸収に対して負に作用するより大きな気泡が形成される可能性が低減する。

以下、船舶による石油および他の炭化水素含有液体の輸送に関し、本発明の方法をより詳細に説明する。

本発明による装置を対象の液体タンクの外側に配置し、タンクを空にすることなく摩耗部品の保守および交換を可能にすることが好都合である。

タンクのデッキ上ではなく、そのようなタンクの横方向の外側において、タンク内の液体水平面よりも低い水平面にシステムを配置することがさらに好都合である。それにより、管を長く配置し、デッキ上の外部環境で石油およびガスを循環させることと共に、それによって関与する安全上の危険を回避する。より通常には、本発明による装置は、よく保護され、適切に換気されたポンプ室等に所在することができる。

本発明は、他の技術、例えば主出口管路の背圧バルブと組み合わせることができる。この組み合わせによる具体的な効果として、タンク内で変動するガス／液体条件下で定圧力を確保することにより、液体をタンクに積載／充填する際にシステムの効率が増加するという事実がある。

図の記載
図１は、エゼクターのガス入口孔を構成し、ガスのための実質的に環状の開口４を含み、前記開口４が好ましくは区画化されており、開口（複数形）として言及することができる、実質的に輪状のカラー３によって中心の液体通路２が取り囲まれている、本発明による回転式エゼクター１を示す。開口または開口４は、通常、液体通路２を画定する周囲の半分よりも多くを構成し、好ましくは、開口４を区画に分割する壁または板（図示せず）を除いて液体通路２の周囲全体を取り囲む。エゼクター１の下流にある管５の長手軸に関して傾斜し、通路２の周囲に沿って見たときに傾斜がすべての区画で共通している壁または板によって開口４の区画を相互に隔離し、それにより、矢印６で指示するように、開口の様々な区画を通過するガスが液体中でらせん状の流れ経路を生じさせる。エゼクターの下流の領域、すなわち管５内をエゼクター混合ゾーンとして言及する。

図１にも示すように、液体は、管路７を通してしてエゼクターに送られ、ガスは、環状のカラー３で終わる管路８を通してエゼクターに送られる。

図２は、石油等の液体１０のタンク９に接続した、本発明によるエゼクター１を示す。タンク９内の液体１０にわたり、液体１０の揮発性成分がガス１１を形成する。タンク９の底部付近には、管路１２を含む液体ループと、液体ポンプ１３と、管路７と、エゼクター１と、タンク９にも入る管路５とを配置する。加えて、ガスがあるタンク９の上部付近に管路１４を接続し、ガスをポンプ１５および管路８を経由してエゼクター１のガス入口に導く。エゼクター１により、タンク９内における液体水平面の上方の空間からのガスを再び液体１０に混合させて吸収し、タンク９内の圧力生起を制御下に保持し、液体の損失を低減する。

図３は、一般的に、図２と同一であるものの、いくつかのタンク９を縦に列とした集合を示す。この実施態様では、各タンクに接続した主ガス配管１６またはガス配管網を、ポンプ１５を経由してエゼクター１に接続する。図には示さないが、タンク間で液体を連絡させ、吸収したガスを複数のタンクに分布させることができる。

図３は、さらに、圧力制御バルブ１８が提供されたガス主出口管路１７を示す。これは、積載中に圧力を調整し、圧力を比較的高く保持することにより、システムを使用することなくガスを吸収するバルブである。積載中に吸収したガスを輸送中のその後の蒸発において再吸収することができるよう、ガスの積載が完了したところで本システムを使用すべきである。バルブは、タンク内の過大な圧力を考えた安全上についての機能も有する。

図３に示すタンクは縦に列として配置されているが、タンクを二つ以上の列または他の構成で配置することもでき、共通の垂直水平面に配置する必要もないことが理解される。

図４は、図１に示すエゼクターの変形態様を示す。ガス入口の開口または開口４は、この実施態様では、開放回転体１４の外表面またはその外表面上に湾曲したベーンもしくはバッフル１５を有する対応する輪状部材により、内側に向かって制限される。回転体１４は、回転体を配置する管５の径よりもやや小さい径を有し、前記ベーンの半径方向の延長が実質的に管５径の残りの部分を占める。ベーンの湾曲形により、通過するガスが回転するため、回転体１４が回転する必要のないことが理解される。回転体１４または輪状部材は、中心の孔を有し、液体通路２を取り囲む。

図４に示すベーンは、それぞれの前縁において管５軸（および管７軸）と主に平行である。これは、好ましいものの、要件ではない。後縁付近では、ベーン１５は、前記軸に対して好ましくは３〜６０度の範囲、より好ましくは１０〜３０度の角度にある。

湾曲していないベーンまたはバッフル、すなわちその前縁から後縁までの管５軸に対する角度が固定されている平坦なバッフルまたはベーンを使用することもできる。平坦または湾曲したベーンまたはバッフルは、いずれを使用するかにかかわらず、（回転体周囲を平坦な表面に展開したかのように）回転体１４の軸に直角な任意の断面の周囲に沿って考えたときに実質的に平行であることが好ましい。

図１および４は、管７からエゼクターにかけて断面領域が低減し、エゼクターから管５にかけて断面が一定に増加することが明らかなエゼクターを示す。しかし、本発明によるエゼクターの厳密な形状寸法は重大ではない。

本発明の装置では、エゼクターへの蒸気またはガスの供給系統にコンプレッサーを配置し、より効率的かつ制御可能にエゼクターに蒸気またはガスを送ることが好ましい。

効率的な吸収に加え、図２〜３によるシステムを設置することにより、現在使用されているシステムと比較して有意な効果が提供される。ポンプ室にシステムを設置すると、液体をタンクデッキにポンプする必要がなく、システムを使用するうえでのリスクが有意に低減することになり、漏れを処理するための安全上の設計および「隙間」を有するポンプ室のみで漏れが生じることにもなる。

システムは、原理上、保守不要であるものの、大量の沈殿物を含有する液体を処理するための自己洗浄システムを備えることができる。システムが保守不要であるため、タンクの形状寸法上の設計がそのような設置に有利であれば、システムのタンク内への設置を選択することもできる。ガスが大量である場合には、例を挙げれば、例として５〜１０個のエゼクターを保持する別個の容器内にエゼクターを平行に組み立てることができる。そのような組み立てにより、システムを拡大縮小し、実際に任意の量のガスを処理することができる。

図は、矩形のタンクを示す。これは、本発明による装置に対して必須ではなく、タンクは、任意の所与の形を有することができる。例として、エゼクターを従来の吸収塔の入口管路に直接的に接続し、したがって、そのような設備の効率の増加に寄与することができる。

図１は、本発明によるエゼクターの簡易な側面断面図である。 図２は、本発明による装置を液体タンクの側面において示す斜視図である。 図３は、列に配置された一連のタンクに接続して使用する場合の本発明による装置の位置を示す斜視図である。 図４は、図１に示すエゼクターの変形態様の部分的な側面断面図である。

Claims (13)

1. 閉じられたタンクを含む液体の連続循環ループ内に配置され、エゼクターの直下流にある実質的に直線の管の形態の混合ゾーンを含む、閉じられたタンク内における液面の上方から蒸発したガスおよび蒸気から選択される少なくとも一つの成分を液体に吸収させるための装置であって、装置が、中心の液体通路（２）と、ガス／蒸気のための環状である区画化された開口（４）とを有するエゼクター（１）を含み、前記開口（４）が中心の液体通路（２）を全体的に取り囲み、前記管が、エゼクター（１）に隣接しかつエゼクターから離れるにつれて径が増加する領域を有しており、管の周囲表面に対して傾斜した速度成分を持ってガス／蒸気が混合ゾーンに入り、エゼクター（１）の下流でらせん状の流れ（６）を提供するように、ガス／蒸気のための環状の区画化された開口（４）が設計されることを特徴とする装置。
2. ガスのための区画化された開口が、エゼクター管（５）の周囲に沿って見たときに相互に平行であるバッフル（１５）を含み、エゼクターに吸い込まれるガス／蒸気のすべての部分が全体的に管（５）軸に関して傾斜した共通の角度で速度を有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 液体通路（２）を取り囲む輪状の部材（１４）の外表面上にバッフル（１５）が配置されることを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. バッフルと管軸との間の角度が、３〜６０度の範囲にあることを特徴とする、請求項２記載の装置。
5. 角度が、１０〜３０度の範囲にあることを特徴とする、請求項４記載の装置。
6. エゼクターへのガス／蒸気の流れ送り系統上に、コンプレッサーが配置されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
7. 装置が、輸送船舶上の閉じられたタンク内における液面の上方から蒸発したガス／蒸気を液体に再導入するためのシステムの部分であり、エゼクターがタンクの循環液体の閉じられたループに接続され、ループの部分を構成し、タンク内部の液体にわたる体積からのガス／蒸気がエゼクターのガス／蒸気入口に送られることを特徴とする、請求項１記載の装置。
8. ガス／蒸気の主出口管路に背圧バルブが配置されることを特徴とする、請求項７記載の装置。
9. 閉じられたタンク内における液面の上方から蒸発したガスおよび蒸気から選択される少なくとも一つの成分が、液体の連続循環ループに配置されたエゼクターによって対象の液体に再導入され、連続循環ループがエゼクターの直下流にある実質的に直線の管の形態の混合ゾーンを含む、揮発性の液体のための少なくとも一つの主に閉じられたタンクからのガス／蒸気を対象の液体に再導入するための方法であって、エゼクターが、液体のための中心の通路と、ガス／蒸気のための環状である区画化された開口とを有し、前記開口が中心の液体通路を取り囲み、前記混合ゾーンが、エゼクター（１）に隣接しかつエゼクターから離れるにつれて径が増加する領域を有しており、管の周囲表面に対して傾斜した速度成分を持ってガス／蒸気が混合ゾーンに入り、エゼクターの下流でらせん状の流れを提供するように、ガス／蒸気のための環状の区画化された開口が設計されることを特徴とする方法。
10. 液体ループが、少なくとも一つの閉じられたタンクの少なくとも部分的に外側に配置されることを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. 液体ループが、少なくとも一つの閉じられたタンク内の液体水平面よりも低い水平面に配置されることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
12. 少なくとも一つのタンクが、タンク船舶上のタンクであり、液体ループが、主に船舶のポンプ室に配置されることを特徴とする、請求項９記載の方法。
13. タンクが、炭化水素含有流体を輸送するためのタンクであることを特徴とする、請求項１２記載の方法。

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