JPH03236589A - 天然ガスを液化貯蔵し、再気化して供給する方法および装置 - Google Patents

天然ガスを液化貯蔵し、再気化して供給する方法および装置

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JPH03236589A JP2032738A JP3273890A JPH03236589A JP H03236589 A JPH03236589 A JP H03236589A JP 2032738 A JP2032738 A JP 2032738A JP 3273890 A JP3273890 A JP 3273890A JP H03236589 A JPH03236589 A JP H03236589A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、都市ガスなどとして用いられる液化天然ガス
を再液化して貯蔵することができる供給方法および装置
に関する。
従来の技術 従来から都市ガスの貯蔵は、ガスホルダーで行われてい
る。ガスホルダーは大形であり、都市近郊での大形構造
物の建設は困難な状況となってきている。
発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、ガスホルダーを用いることなく、小形
で液化天然ガスの貯蔵を行うことができるようにした天
然ガスの再液化供給方法および装置を提供することであ
る。
課題を解決するための手段 本発明は、高圧力の気化した液化天然ガスを膨張タービ
ンに与えて寒冷を発生させ、この寒冷を、蓄冷剤の凝固
／溶融の潜熱および顕然を利用する蓄冷手段に溜め込み
、この寒冷を利用して天然ガスを液化貯蔵することを特
徴とする天然ガスの再液化供給方法である。
また本発明は、高圧力の気化した液化天然ガスによって
、寒冷を発生する膨張タービンと、凝固点が天然ガスの
液化温度未満である蓄冷剤が収納される蓄冷手段と、 作動媒体として天然ガスを用い、膨張タービンによって
駆動される冷凍機と、 天然ガスの液化温度未満である冷凍機からの低温液化天
然ガスによって、液化天然ガスを冷却する冷却器と、 液化天然ガスを貯留するタンクとを含み、膨張タービン
からのガスを蓄冷手段によって液化して冷却器を経てタ
ンクに導く液化天然ガスを液化貯蔵する第１動作と、 タンクからの液体を、冷却器を経て蓄冷手段に導いて蓄
冷剤に蓄冷するとともに、蓄冷手段からの液化天然ガス
を気化する第２動作とを切換えて行うことを特徴とする
天然ガスの再液化供給装置である。
また本発明は、冷凍機からの低温液化天然ガスを、蓄冷
手段に導いて蓄冷剤に蓄冷するとともに、その冷凍機か
らの低温液化天然ガスを蓄冷手段で気化する第３動作を
行うことを特徴する。
また本発明は、蓄冷手段は、 蓄冷剤を貯留する容器と、 蓄冷剤に浸漬される伝熱管であって、横に延びる複数の
伝熱管部分が上下に配置される伝熱管とを含むことを特
徴とする。
さらに本発明は、冷凍設備での圧縮された気体の天然ガ
スを、岩盤などに形式した貯槽、に溜め込むことを特徴
とする。
作　　用 本発明に従えば、都市ガスなどの天然ガスが供給される
高圧幹線から、膨張タービンに導いて、ここで減圧し、
動力の回収を行うとともに、ｍ張後の液化天然ガスは、
この蓄冷剤によって液体としてタンクに貯蔵する。その
ため小形のタンクで液化天然ガスを貯蔵することができ
る。
また蓄冷手段において用いられている蓄冷剤の凝固点は
、天然ガスの液化温度未満であり、蓄冷剤が溶融、昇温
する際における潜熱、顕然によって、膨張タービンから
のガスを冷却して液化することができ、こうして都市ガ
スの使用量が少ない深夜などにおいて都市ガスを液体で
貯蔵することができる。また夕方および夜間において都
市ガスの使用量が大きいときには、タンクからの液体の
液化天然ガスを、冷却器に導き、この冷却器では冷凍機
によって低温度に冷却された作動媒体としての液化天然
ガスによって、タンクからの液体が蓄冷剤の凝固点以下
に冷却され、こうして低温度に冷却されたタンクからの
液体が蓄冷手段において液体の蓄冷剤を凝固して蓄冷剤
の潜熱として蓄え、この蓄冷手段において気化された天
然ガスを供給することができる。
さらにまた、朝から昼における時間帯では、冷凍機によ
って得られる低温度の液体の液化天然ガスを蓄冷手段に
導いて、蓄冷剤を凝固させて潜熱として蓄冷する。この
ようにして天然ガスを作動媒体として用いる冷凍機をた
とえば２４時間連続運転し、したがって都市ガスの送出
量が落ちる深夜だけ、その天然ガスの液化のために冷凍
機を運転するのではないので、冷凍機の設備の能力を低
減することができる。
蓄冷手段において、蓄冷剤に浸漬されている伝熱管は、
横に延びる複数の伝熱管部分を有し、この伝熱管部分が
上下に配置されているので、蓄冷剤の温度分布を上から
下に順に低くして下部の蓄冷剤を凍結させることができ
る。こうして気体液化天然ガスは常温程度の温度から液
化温度まで冷却液化され、あるいは、この逆に液体の液
化天然ガスを常温程度の温度にまで気化させることがで
きる。
実施例 第１図は本発明の一実施例の全体の系統図である。高圧
力の幹線１には、たとえば１０〜４０ｋｇ　／　ｃ　ｍ
　２の都市ガスである天然ガスが供給され、膨張タービ
ンＥ１で動力を回収され、圧力調整点２を経て、管路４
からは７　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２のほぼ常温の天然ガ
スが供給される。この管路４から供給される都市ガスで
ある天然ガスは第２図に示されるように、その−日の時
刻において使用量が変化する時刻ｔ１〜ｔ２の深夜時間
帯Ｗ１では、ガス使用量は僅かであり、朝の時刻ｔ２か
ら夕方の時刻ｔ３までの長時間帯Ｗ２では、ガスの使用
量はほぼ一定値であり、その夕方の時刻ｔ３〜夜の時刻
ｔ１の夜時間帯Ｗ３では、ガスの使用量が急増する０本
発明では、時刻ｔ１〜ｔ２の深夜時間帯Ｗ１において天
然ガスを再液化してタンク５に貯蔵する第１動作を行い
、夕方から夜の時刻ｔ３〜ｔ１の夜時間帯Ｗ３では、こ
のタンク５からの液体の液化天然ガスを気化して供給す
る第２動作を行い、朝から夕方の時刻ｔ２〜ｔ３の長時
間帯Ｗ２では、後述のように、冷凍機６によって得られ
る低温度の液体の液化天然ガスによって蓄冷手段７にお
いて蓄冷する第３動作を行う。
冷凍機６は膨張タービンによって駆動され、常時駆動さ
れる。この冷凍機６において気液分離器９では、作動媒
体である液化天然ガスは参照符１０で示されるように液
体とされ、その温度は液化天然ガスの凝固点−１２５℃
未満である温度、たとえば−１３５℃である。
第３図は蓄冷手段７の簡略化した断面図である。
蓄冷手段７においてその容器１１には蓄冷剤１２が貯留
されており、この蓄冷剤は液化天然ガスの液化温度−１
２５℃未満である凝固点を有し、しかも冷凍機６の気液
分離器９に貯留されている液体１０の温度−１３５℃以
上で凝固する。このような蓄冷剤としては、たとえばア
ルコール系であり、その具体的な一例として、たとえば
メタノールとイソプロパツールとの混合物であってもよ
い。
蓄冷剤１２には、伝熱管１４が浸漬されている。
この伝熱管１４は、横に水平に延びる複数の伝熱’ｆ　
部分１４　ａ〜１４ｇを有し、これらの伝熱管部分１４
ａ〜１４ｇは上下に配置され、ジグザグの伝熱管を構成
する。これによって容器ｌｌ内の蓄冷剤はその温度によ
る密度差によって、下部から上部に、第３図（２〉では
、凍結域１５．融点域１６、中間域１７および常温域１
８を下から上にこの順序で形成することができる。
深夜の時刻ｔ１〜ｔ２の時間帯Ｗ１において、管路１か
らの高圧力の気体の液化天然ガスは、膨張タービンＥ１
に導かれて減圧され、この膨張タービンＥ１からの減圧
された液化天然ガスは、管路１９．２０．２１を経て、
さらに三方弁２２から管路２３，２４．流量制御弁２５
、管路２７を経て、蓄冷手段７における伝熱管１４の一
端部２８に供給される。蓄冷手段７では、第３図（１）
で示されるように、その蓄冷剤１２が凍結域１５におい
て凝固、共晶している。一端部２８から供給される気体
の液化天然ガスは常温域１８、中間域１７、融点域１６
および凍結域１５にこの順序で流れて液化され、他端部
２９から排出される伝熱管部分１４ａは、断熱材３０に
よって断熱された管路３１を介して端部２９に接続され
る。こうして得られた液体の液化天然ガスは、管路３２
から管路３３を経て冷却器３４に導かれ、ここで過冷却
され、開閉弁３５から管路３６を経てタンク５に参照符
３７で示されるように液体で貯蔵される、冷却器３４に
は、冷凍機６における気液分離器９の低温度の液化天然
ガス１０が三方弁３８を介して管路３９から導かれ、こ
れによって上述のように管路３２．３３からの液体の液
化天然ガスが過冷却される。
蓄冷手段７において伝熱管１４の一端部２８から常温程
度の気体の液化天然ガスが供給されることによって、蓄
冷剤１２の凍結域１５の蓄冷剤１２はその潜熱を液化天
然ガスに与えることによって溶融し、第３図（２）で示
されるように凍結域１５が小さくなり、最終的には第３
図（３）で示されるように凍結域１５がなくなり、容器
１１の下部は融点域１６となり、常温域が大きくなり、
蓄冷剤の顕然が利用される。
冷凍ｆｉ６において膨張タービンＥｌの動力によってギ
アボックス４１を介して、圧縮機Ｃ１，Ｃ２、Ｃ３が駆
動される。膨張タービンＥ１の動力が不足するときには
、モータ４２に電力が供給されてモータ４２が補助的に
駆動される。
夕方から夜の時刻ｔ３〜ｔ１の夜時間帯Ｗ３では、都市
ガスとしての天然ガスの使用量が多く、このときにはタ
ンク５において貯留されている液体の液化天然ガスが蓄
冷手段７において気化されて管路４がら供給される。前
述の時刻ｔ１〜ｔ２の深夜時間帯Ｗ１では冷凍機６の管
路４３．４４に設けられている圧力制御弁４５．４６は
閉じられていたけれども、時刻ｔ３〜ｔ１の夜時間帯Ｗ
３では、圧力制御弁４５．４６が開かれ、管路４７では
、気体の液化天然ガスがたとえば７．５ｋｇ　／　ｃ　
ｍ　２とされて、タンク５内の液体の液化天然ガス３７
が押される。弁３５を開くことによって、液体の液化天
然ガス３７がタンク５から管路３６、開閉弁３５、冷却
器３４、管路３３，３２を経て蓄冷手段７の端部２９に
供給される。冷却器３４では管路３９から前述のように
液体の液化天然ガス１０が三方弁３８を介して、たとえ
ば−１３５℃で供給されて、向流でタンク５からの液体
の液化天然ガス３７が冷却され、たとえば−１３３℃で
蓄冷手段７に供給され、この蓄冷手段７に端部２９から
供給される液体の液化天然ガスの温度は、蓄冷１段７に
おける蓄冷剤の凝固共晶温度未満である。これによって
蓄冷手段７では、第３図（４）の状態から、第３図（５
）で示されるように変わり、蓄冷剤１２が凝固されて凍
結域■５が形成され、さらにその凍結域１５が第３図（
６）で示されるように大きくなる。蓄冷剤１２の上部は
常温域１８となっている。このようにして蓄冷剤１２に
は凝固されることによって、その潜熱が蓄えられる。こ
うして端部２９から供給される液体の液化天然ガスは蓄
冷ｉ！ＦＩＪ　１２を凝固して冷却するとともに、気化
され、常温域１８ではほぼ常温となって端部２８から管
路２７を経て導かれる。この気体の液化天然ガスは流量
制御弁２５、管路２４，２Ｂ、三方弁２２、管路２１．
２０、圧力制御弁２、加温器３を経て管路４から都市ガ
スとして供給される。
さらに朝の時刻ｔ２〜夕方の時刻ｔ３の昼時間帯Ｗ２で
は、冷凍機６によって蓄冷手段７に蓄冷を行う。ここで
冷凍機６のｉｔおよび動作を、第・４図のモリエル線図
を用いて説明する。圧縮ｌＩＣ１の入口の管路５０では
、気化した液化天然ガスの温度は一１０℃であり、２．
５ｋｇ、／　Ｃｍ２Ｇであり、圧縮ＲＣ１において圧縮
され、管路５１では１００℃、７．５ｋｇ／ｃｍ２Ｇと
なる。この管路５１の液化天然ガスは冷却器ＨＥ４によ
って冷却され、管路４３では１０℃の液化天然ガスとな
る。この管路４３からの液化天然ガスは圧縮機Ｃ２にお
いて圧縮され、管路５３では１３０℃とされ、冷却器Ｈ
Ｅ５によって冷却されて１０℃とされ、管路４４からも
う１つの冷却器Ｃ３に導かれる。圧縮機Ｃ３では、液化
天然ガスが圧縮されて１３０℃、４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇと
なり、管路５４から冷却器ＨＥ６に導かれ、ここで冷却
される。冷却器ＨＥ６からの液化天然ガスはタービンＥ
２を駆動し、管路５５から主熱交換器５６の熱交換部Ｈ
ＥＩに導かれ、ここで管路５７からは＝１２０℃の気体
の液化天然ガスが得られる。管路５７からの気体は、タ
ービンＥ３においてさらに膨張され、管路５８では一１
３５℃に液化され、気液分離器９に導かれる。気液分離
器９からの気化した液化天然ガスは管路６０から主熱交
換器５６の熱交換部ＨＥ　２を経て、管路６１からさら
に管路５０に戻る。
冷却器ＨＥ６において冷却された気体の液化天然ガスは
管路６３から岩盤などに形成された穴である貯Ｍ６４に
高圧力で貯蔵する。主熱交換器５６では、管路５５から
の気体の液化天然ガスは、管路６０からのもつと低い温
度の気体の液化天然ガスによって向流熱交換して冷却さ
れ、この管路５７における気体の液化天然ガスはタービ
ンＥ３によって液化される。
冷却器３４において気液分離器９の液体１０が三方弁３
８および管路３９から導かれ、その気化した液化天然ガ
スは、管路６５から主熱交換器５６内の熱交換部ＨＥ２
の一部で、管路６０からのガスとともに、熱交換されて
、管路６１に導かれる。冷凍機６には、作動媒体として
の液化天然ガスは、制御弁８から供給する。
このようにして上述の実施例では、都市ガスとしての管
路１からの高圧力の気体の液化天然ガスの有している圧
力エネルギを、昼夜連続して利用して寒冷貯蔵が可能と
なる。蓄冷手段７における蓄冷剤の潜熱および顕然を同
時に利用して都市ガスの再液化および再送出を行うこと
ができる。さらにまたタンク５における液体の液化天然
ガス３７を、冷凍機６における作動媒体である液化天然
ガスの圧力で、時刻ｔ３〜ｔ１の夜時間帯Ｗｌで送り出
す、さらにまた主熱交換器５６において、液化天然ガス
を液化する際に、冷凍機６の寒冷で予冷し、深夜電力を
有効に活用することができる。
さらに天然ガスの液化圧力を、１０　ｋ　ｇ　／　ｃ　
ｍ　２以下で行うことができる。さらに冷凍プロセスで
圧縮した天然ガスを、安価な深夜電力を利用して岩盤貯
槽６４に溜め込み、ガス退出のピーク時に、膨張タービ
ンを介して返送することが可能である。
さらにまた冷凍機６において液化天然ガスの冷却、加熱
を、冷却器ＨＥ４．ＨＥ５、ＨＥ６との組合わせによっ
て行い、圧縮機ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３の中間および最終の冷
却後のガス冷却器出口温度を、はぼ０℃まで下げ、これ
によって圧縮機Ｃ１，Ｃ２，０３の動力削減を図るとと
もに、ガスの昇温に要する熱源を自給することができる
。さらにまた冷却器３４を用いることによって、液化天
然ガスのタンク５に充填する液化天然ガスを完全に飽和
温度以下に冷却し、タンク５内でのフラッシュを防止す
ることができ、また払い出す液化天然ガスを過冷却の状
態として蓄冷剤１２を冷却ないしは凝固することができ
る。
さらにまた流量制御弁２５の開度を制御して、管路２３
からの気体の液化天然ガスの１部を主熱交換器５６に管
路７０を介して導き、これによって、液化すべき天然ガ
スが主熱交換器５６の熱交換部ＨＥ３に導入されるバイ
パス経路を管路２４によって形威し、こうして冷凍機６
の負荷の調整を行うことができ、また蓄冷剤の表面液温
を常温として、液化天然ガスのガス化に要する熱源を削
減することができる。
蓄冷手段７における蓄冷剤１２の凝固温度は、前述のよ
うに液化天然ガスの凝固温度−１２５℃未満に選ばれ、
また−１３５℃以上に選ばれる。
この凝固温度が−】３５℃よりも低すぎると、冷凍機６
の動力を節減することができず、本発明の一実施例では
、その凝固温度の下限は上述のように一１３５℃程度に
選ぶことが好ましい。
また、この蓄冷手段７を用いることによって気化の熱源
が不必要である。
第５図を参照して、蓄冷と冷凍機６と天然ガス液化との
関係を述べる。ライン７２はタンク５における冷熱エネ
ルギを示し、そのライン７２よりも右下の領域７３は、
８　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２の天然ガスの冷却および液
体、液化、冷却および液化に必要な寒冷エネルギを示し
ている。ライン７４よりも第５図の右下の領域７５は、
蓄冷手段７に蓄冷することができる寒冷エネルギを示す
。ライン７６と、前述のライン７４とによって囲まれる
領域７７は、冷凍機６で発生させるべき寒冷エネルギを
示す。
発明の効果 以上のように、本発明によれば、膨張タービンを用いて
、高圧の天然ガスを膨張タービンで減圧し、その減圧の
圧力エネルギ、すなわち回収エネルギを用いて、低温を
発生して得られる寒冷を、蓄冷手段に溜め込むようにし
たので、先行技術における大形のガスホルダーを用いる
必要がなく、小形で、都市ガスなどの液化天然ガスを貯
蔵することが可能となる。
しかも本発明によれば、液化天然ガスを作動媒体とする
冷凍機を、前記膨張タービンによって常に駆動して運転
し、これによって冷凍機の設備の能力を低減することが
可能になる。
さらに本発明によれば、蓄冷手段において用いられる蓄
冷剤は、天然ガスの液化温度未満の凝固点を有し、これ
によって蓄冷剤の潜熱および顕然を利用して蓄冷するこ
とができ、構成を小形化することができる。
この蓄冷手段の伝熱管は、横に延びる複数の伝熱管部分
が上下に配置されて構成されるので、その蓄冷手段の容
器の下部では、低温の蓄冷剤が共晶状態で、または液体
として貯留されることができ、一方、蓄冷剤の表面層は
、たとえばほぼ大気温度と同程度の液体を貯留すること
ができ、こうして液化天然ガスを常温程度から液化温度
まで冷却液化することができ、これとは逆に低温度の液
体の液化天然ガスによって蓄冷剤を順次凝固させ、表面
層の常温の蓄冷剤によって、その液化天然ガスを常温近
くまで昇温することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の全体の系統図、第２図は都
市ガスとして用いられる液化天然ガスの使用量の時間経
過を示す図、第３図は蓄冷手段７の簡略化した断面図、
第４図は冷凍機６の動作を説明するためのモリエル線図
、第５図は本発明の一実施例の蓄冷と冷凍機と天然ガス
液化との関係を示す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）高圧力の気化した液化天然ガスを膨張タービンに
    与えて寒冷を発生させ、この寒冷を、蓄冷剤の凝固／溶
    融の潜熱および顕然を利用する蓄冷手段に溜め込み、こ
    の寒冷を利用して天然ガスを液化貯蔵することを特徴と
    する天然ガスの再液化供給方法。
  2. （２）高圧力の気化した液化天然ガスによつて、寒冷を
    発生する膨張タービンと、 凝固点が天然ガスの液化温度未満である蓄冷剤が収納さ
    れる蓄冷手段と、 作動媒体として天然ガスを用い、膨張タービンによつて
    駆動される冷凍機と、 天然ガスの液化温度未満である冷凍機からの低温液化天
    然ガスによつて、液化天然ガスを冷却する冷却器と、 液化天然ガスを貯留するタンクとを含み、 膨張タービンからのガスを蓄冷手段によつて液化して冷
    却器を経てタンクに導く液化天然ガスを液化貯蔵する第
    １動作と、 タンクからの液体を、冷却器を経て蓄冷手段に導いて蓄
    冷剤に蓄冷するとともに、蓄冷手段からの液化天然ガス
    を気化する第２動作とを切換えて行うことを特徴とする
    天然ガスの再液化供給装置。
  3. （３）冷凍機からの低温液化天然ガスを、蓄冷手段に導
    いて蓄冷剤に蓄冷するとともに、その冷凍機からの低温
    液化天然ガスを蓄冷手段で気化する第３動作を行うこと
    を特徴する特許請求の範囲第２項記載の天然ガスの再液
    化供給装置。
  4. （４）蓄冷手段は、 蓄冷剤を貯留する容器と、 蓄冷剤に浸漬される伝熱管であつて、横に延びる複数の
    伝熱管部分が上下に配置される伝熱管とを含むことを特
    徴とする特許請求の範囲第２項記載の天然ガスの再液化
    供給装置。（５）冷凍機の圧縮された気体の液化天然ガ
    スを貯槽に溜め込むことを特徴とする特許請求の範囲第
    ２項記載の天然ガスの再液化供給装置。
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