JP5265348B2 - 低エミッション天然ガス気化システム - Google Patents

Description

本出願は、２００５年４月２７日に出願された米国特許出願第１１／１１５，３５０号の優先権の利益を主張し、これは引用により全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、天然ガス気化に関し、より詳細には、低エミッション天然ガス気化システムに関する。

天然ガスは通常、液体状態で海外に船積みされる。液化天然ガス（ＬＮＧ）は、パイプラインを介して分配するために受入れターミナルで気化される。ＬＮＧ受入れターミナルは一般に、２つのタイプのＬＮＧ気化器の１つを用いる。タイプの１つは、海水オープンラック式気化器（ＯＲＶ）であり、他のタイプは、サブマージド燃焼式気化器（ＳＣＶ）である。

オープンラック式気化器（ＯＲＶ）は、開放された流下薄膜型構成において熱源として周囲温度の海水を用いており、ここでは海水が管体の上を流れて管体を通過するＬＮＧを気化する。ＯＲＶシステムは、アルミニウム合金ヘッダと、カーテン様に一列に並んだ多数のフィン付熱交換器管体を有する熱導体パネルとからなる。ＯＲＶは、パネルと呼ばれるこれらのカーテンの幾つかを含む。パネルは、独立したパネル群にグループ化される。パネルは、海水に対する耐食性を得るために亜鉛合金で外部が被覆される。

海水は、ＯＲＶのオーバーヘッド分配器から送給され、これによって海水はパネルの上から流下する。次に海水は、パネルの下のトラフ内に集められ、ＯＲＶから排出されて海に戻される。海水が、パネルの長いフィン付管熱交換器の外面上を流れると、パネルの内側を流れるＬＮＧに熱を提供し、海水を冷却しながらＬＮＧを気化するようにする。海水温は、ＯＲＶが効率よく働き、更に有効に制御することができるように常に８℃を上回るのが好ましい。

ＯＲＶのフィン付熱交換器管の表面は、効率的な熱交換を維持するために清浄に保つ必要がある。水質は、フィン付熱交換器管を清浄にしておくための重要な要因である。通常、海水は、管体パネルの表面が生物付着するのを保護し、ＯＲＶの配管内の海洋生物の付着を防ぐために塩素消毒される。水は、水トラフと管体パネルの上部との間で固体物が詰まることなく均一な水流を保証するために所定の最大直径を超える固体を含んではならない。更に、ＯＲＶ用の海水内の砂及び泥堆積物は、ごくわずかにすべきである。

ＯＲＶは、多量の海水を必要とする。従って、ＯＲＶの取水システムによって取り込まれる海中の魚及び植物の量を評価し査定する環境調査が必要とされる。上述のように、塩素消毒水処理を用いて、ＯＲＶの配管内の海洋生物の付着を防ぐことができる。しかしながら、排水内の残留塩素含有量は、海洋環境に悪影響を及ぼす可能性がある。

サブマージド燃焼式気化器（ＳＣＶ）は、天然ガスを熱源として燃焼し、燃焼用送風機を稼働させるのに電力を必要とする。より詳細には、ＳＣＶは、天然ガスバーナで加熱される水槽内に沈められたステンレス鋼管内に含まれるＬＮＧを気化させる。ベースロードターミナルＳＣＶにおいて、燃料ガスとして用いられる天然ガスは、複数の小型バーナではなく大型の単一バーナで燃焼される。単一大型バーナはより経済的である。更に単一バーナは、ＮＯｘ及びＣＯの排出レベルがより小さい。ＳＣＶは通常、設備のボイルオフガス及び／又は排出ガスからの降下ガスから取り出された低圧燃料ガスを使用するように設計される。ＳＣＶはまた、ＬＮＧターミナルでＬＮＧから抽出された重質燃料ガス（Ｃ₂プラス）を用いることができる。

水槽の熱容量はＳＣＶが高い。従って、急起動／停止及び急速負荷変動においても安定した動作を維持することが可能である。ＳＣＶは、停止後のクイック起動に対し卓越した融通性と、変更要求要件に迅速に応答する機能を提供する。

バーナからの高温の燃焼排気は、より経済的に水槽を加熱するためにＬＮＧ気化コイルが配置される水槽中に分散される。従って、燃焼生成物が吸収されると水槽の水は酸性になる。アルカリ剤（例えば希腐食剤、炭酸ナトリウム及び重炭酸ナトリウムなど）を水槽水に添加して、ｐＨ値を制御する必要があり、結果として得られる過剰燃焼水は環境に排出する前に中和する必要がある。

上述のように、ＳＣＶ及びＯＲＶの両方が環境に影響を及ぼす排出物を有する。環境への影響を最小限にするように両システムの処理方法が開発されてきたが、これらの処理方法によりコストが増大する。従って、環境への影響を低減するためのより費用対効果の高い方法が必要とされる。

従って、本発明は、関連技術の制限及び欠点に起因する問題の１つ又は複数を実質的に取り除く液化天然ガス気化システムを対象とする。
本発明の目的は、液化天然ガス気化システムの環境への影響を低減することである。

本発明の別の目的は、液化天然ガス気化システム用の熱源を提供することである。
本発明の別の目的は、生産システムに用いられる媒体を冷却する熱交換器用の冷却源として液化天然ガス気化システムを提供することである。

本発明の追加の特徴及び利点は、以下の説明において記載されることになり、部分的には当該説明から明らかになるか、又は本発明を実施することによって学習することができる。本発明の目的及び他の利点は、本明細書及びその請求項並びに添付図面において具体的に指摘される構造によって実現され達成されるであろう。

これらの利点及び他の利点を具現化され且つ広範に記載される本発明の目的に従って達成するために、低エミッション気化システムは、生産プロセスで用いられる媒体を冷却するための熱交換器と、熱を除去するためのヒートシンクと、液化天然ガスを気化天然ガスに変化させるための気化器と、ヒートシンクから熱交換器に冷却流体を供給するための冷却流体供給路と、熱交換器からヒートシンクに加熱流体を供給するための冷却流体帰還路と、熱交換器から気化器に加熱流体を供給するための加熱流体供給路と、気化器から熱交換器に冷却流体を供給するための加熱流体帰還路とを含む。

別の態様において、低エミッションガス気化システムは、媒体を用いる生産プロセスと、生産プロセスから入力媒体を受け取り、生産プロセスにおいて再利用するために出力媒体を生産プロセスに戻す熱交換器と、熱を除去するためのヒートシンクと、液化天然ガスを気化天然ガスに変化させるための気化器と、ヒートシンクから熱交換器に冷却流体を供給するための冷却流体供給路と、熱交換器からヒートシンクに加熱流体を供給するための冷却流体帰還路と、熱交換器から気化器に加熱流体を供給するための加熱流体供給路と、気化器から熱交換器に冷却流体を供給するための加熱流体帰還路とを含む。

更に別の態様において、低エミッション天然ガス気化システムは、水を用いて蒸気タービン発電機を駆動する発電プロセスと、蒸気タービン発電機からの蒸気出力を液化するための復水器と、熱を除去するためのヒートシンクと、液化天然ガスを気化天然ガスに変化させるための気化器と、ヒートシンクから復水器に冷却流体を供給するための冷却流体供給路と、復水器からヒートシンクに加熱流体を供給するための冷却流体帰還路と、復水器から気化器に加熱流体を供給するための加熱流体供給路と、気化器から復水器に冷却流体を供給するための加熱流体帰還路とを含む。

前述の概要及び以下の詳細な説明の両方は例示的で例証的であり、請求項に記載された本発明の更なる説明を提供することを意図する。

本発明をより理解するために含まれ、本明細書の一部に組み込まれ且つ一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示し、詳細な説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。

ここで、本発明の好ましい実施形態について詳細に述べることにし、この実施例が添付図面に例示される。

本発明の例示的な実施形態は、発電所又は他の工業生産プロセスのような生産プロセスからの廃熱を用いることによって気化ターミナルからのエミッションを低減する。図１は、本発明のブロック図である。図１に示すように、低エミッションのガス気化用のシステム１は、生産システム１０及びターミナル２０を含む。

生産システム１０は、生産システムの生産プロセスで用いられる媒体を冷却するための熱交換器１１を含む。より具体的には、熱交換器１１は、生産プロセスから入力媒体１２を受け取り、生産プロセスで用いられる媒体を冷却して、出力媒体１３を生産プロセス中に送り返し、該媒体を生産プロセスで再利用することができるようにする。入力媒体１２は、出力媒体１３よりも高温になる。生産システム１０はまた、熱を除去するためのヒートシンク１４を含む。熱交換器１１は、冷却流体を冷却流体供給路Ｐ１を介して受け取り、生産プロセスで用いられた媒体から熱を除去し、加熱流体を冷却流体帰還路Ｐ２を介してヒートシンク１４に戻すことによって、生産プロセスで用いられる媒体を冷却する。

ターミナル２０は、液体を気体に変化させるための気化器２１を含む。より具体的には、気化器２１は、液体入力２２を受け取り、液体を加熱して気体出力２３を生成する。気化器２１は、液体に熱を加える加熱流体供給路Ｐ３を介して熱交換器１１から加熱流体を受けることによって液体を気化し、加熱流体帰還路Ｐ４を介して熱交換器１１に冷却流体を戻す。

生産プロセスは、発電所における発電とすることができ、ここでは、生産プロセスの媒体は、蒸気タービン発電機を駆動するのに用いられる熱サイクルにおける水である。別の実施例において、生産システムは、冷却水を用いる化学プラント又は精製所とすることができる。更に別の実施例において、生産システムは、媒体が鋼鉄をクエンチするのに用いられる冷却剤である製鉄所の鉄骨製造プロセスとすることができる。一般に、生産プロセスは、熱を除去することができる媒体を用いるあらゆる工業プロセスとすることができる。

気化される液体は、液化天然ガスである。ヒートシンク１４は、例えば、冷却塔又は他のタイプの大型ヒートシンクとすることができる。気化器はＯＲＶとすることができ、これは天然ガスを気化するために熱交換器からの加熱流体を用いるだけである。代替の方法では、気化器はＳＣＶとすることができ、これはバーナと共に又はバーナなしでＳＣＶの水槽を通る加熱流体の流れを用いる。言い換えると、気化器は補完ＳＣＶとすることができ、これは気化用の熱源として加熱流体とバーナの両方を用いる。しかしながら、ＳＣＶは、バーナなしで加熱流体を受けることができる。更に他の代替方法では、熱が流体を通って伝達される他のタイプのシェル及び管型気化器を用いてもよい。

図２は、低エミッションガス気化システムの例示的な実施形態の代表的概略図である。図２に示すように、低エミッションのガス気化用のシステム１００は、発電所システム１０１及び液化天然ガス（ＬＮＧ）ターミナル２００を含む。発電所は、水又は水／グリコール混合物などの水性媒体を用いて、蒸気タービン発電機（図示せず）を駆動する。

発電所は、蒸気タービン発電機からの蒸気１２０を冷却するための復水器１１０を含む。より具体的には、復水器１１０は、蒸気タービン発電機から排出蒸気１２０を受け取り、蒸気を冷却し、蒸気タービン発電機を駆動するための熱サイクルに凝縮物１３０を戻す。発電所１０１はまた、熱を除去するための冷却塔１４０を含む。復水器１１０は、冷却水供給路Ｐ１０を介して冷却水を受け取り、蒸気タービン発電機から排出された蒸気から熱を除去し、冷却水帰還路Ｐ２０を介して冷却塔１４０に加熱された水を戻すことによって、蒸気タービン発電機から排出された蒸気を冷却する。

液化天然ガスターミナル２００は、液化天然ガスを気化天然ガスに変化させるための気化器２１０を含む。より具体的には、気化器２１０は、液化天然ガス２２０を受け取り、液化天然ガスを加熱して、気化天然ガス２３０を生成する。気化器２１０は、加熱水供給路Ｐ３０を介して復水器１１０から加熱流体を受け取り液化天然ガスに熱を加えることによって液化天然ガスを気化し、加熱水帰還路Ｐ４０を介して冷却された水を復水器１１０に戻す。

図２に示すように、冷却水は、冷却塔ポンプ１４１で冷却塔から移動される。冷却水供給路Ｐ１０は、冷却塔１４０からの冷却水の供給を制御するための冷却水供給弁を含む。システム１０１において水の供給が不十分である場合、リザーバからシステム１０１に水をポンプ輸送することによってなど、冷却水取水装置１４３を通して追加の水が供給される。システム１０１において水が多すぎる場合、余剰水を蒸発池にポンプ輸送することによってなど、ブローダウンによって余剰水が除去される。加熱水供給路Ｐ３０は、復水器１１０から気化器２１０への加熱水の流量を制御するための加熱水供給弁を含む。代替方法において、図２の破線の要素で示すように、冷却水供給路Ｐ１０と加熱水供給路Ｐ３０との間に冷却水混合供給路Ｐ５０を接続することができる。冷却水混合供給弁２４３は、冷却塔からの冷却水を復水器からの加熱水とどれだけ混合するかを制御することができる。冷却水と加熱水との混合物は、加熱水供給路Ｐ３０に提供される。

冷却塔の負荷は、加熱水をＬＮＧ気化に転流することによって低減することができる。例えば、３９０．８ＭＷ出力を備えたＧＥ９ＦＡユニット複合サイクルシステムでは、約３９℃の蒸気温度レベルで約５億３６００万ＢＴＵ／時の冷却水負荷が必要とされる。この熱負荷を用いて、約９億５０００万ｓｔｄ．ｆｔ³／日（すなわち６９０万トン／年）のＬＮＧを気化することができる。約３０，０００ガロン／分の水が、ＬＮＧ気化に使用される２０℃の水温低下に基づき、発電所とＬＮＧターミナルとの間のシステムの周囲でポンプ輸送することが必要とされる。更に、より低温の冷却水を用いていることから、蒸気タービン排出蒸気がより低圧で液化されるので発電所の効率が改善される。例えば、凝縮温度が１０℃だけ低くなると、蒸気タービン出力は１．３ＭＷだけ上昇する。

上述のＬＮＧ気化システムは、発電所又は他の工業設備のいずれかからの廃熱をＳＣＶに再利用する。更に上述のＬＮＧ気化システムは、ＯＲＶの海水の取水／排水が有意に少なくなるように用いることができる。更に、発電所の熱効率は、ＬＮＧ気化ターミナルからの廃冷を再利用することによって改善することができる。

本発明の低エミッション天然ガス気化システムにおいて、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく様々な修正及び変形を行い得ることは、当業者には明らかであろう。従って、本発明は、添付の請求項及びその均等物の範囲内にある条件下で、本発明の修正及び変形を包含するものとする。

本発明のブロック図である。 低エミッション天然ガス気化システムの例示的な実施形態の代表的な概略図である。

符号の説明

１０ 生産システム
１１ 生産プロセスで用いられる媒体を冷却するための熱交換器
１２ 生産プロセスからの入力媒体
１３ 生産プロセスに戻された出力媒体
１４ ヒートシンク
２０ ターミナル
２１ 気化器
２２ 液体入力
２３ ガス出力

Claims (3)

1. 低エミッション液化天然ガスを気化させる方法であって、
   熱交換器を提供する工程であって、該熱交換器は、工業プロセスで使用された媒体からの熱を流体に伝達する、前記工程、
   前記媒体を、熱交換後に、前記工業プロセスに戻す工程、
   前記熱交換器から、加熱された流体の第１の部分を、加熱流体供給路によって、気化器へ搬送する工程、
   前記気化器において、液化天然ガスを受け取る工程、
   前記加熱された流体の前記第１の部分を、液化天然ガスを気化するのに利用する工程、 前記気化器から、冷却された流体を前記熱交換器へ搬送する工程、
   前記熱交換器から、前記加熱された流体の第２の部分を、冷却塔へ搬送する工程、
   前記冷却塔の中で、前記加熱された流体の前記第２の部分を冷却する工程、
   前記冷却塔から、冷却された流体の第１の部分を、冷却流体供給路によって、前記熱交換器へ搬送する工程、及び
   前記冷却塔から冷却流体混合供給路が受け取った冷却された流体の第２の部分と、前記熱交換器から前記気化器へ搬送される前記加熱された流体の前記第１の部分とを、混合する工程であって、前記冷却流体混合供給路は前記加熱流体供給路と前記冷却流体供給路との間に接続されている工程
   を含む、前記方法。
2. 前記流体が水とグリコールの混合物である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記流体が水である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。

Images