JPH06123553A - 液化天然ガス冷熱発電設備を組込んだ空気分離方法および装置 - Google Patents

液化天然ガス冷熱発電設備を組込んだ空気分離方法および装置

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JPH06123553A
JPH06123553A JP4270465A JP27046592A JPH06123553A JP H06123553 A JPH06123553 A JP H06123553A JP 4270465 A JP4270465 A JP 4270465A JP 27046592 A JP27046592 A JP 27046592A JP H06123553 A JPH06123553 A JP H06123553A
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JP
Japan
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natural gas
liquefied natural
air
gas
heat exchanger
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JP4270465A
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English (en)
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Yoshinori Hisakado
喜徳 久角
Takashi Ohama
隆司 大濱
Mitsuo Sakamoto
光男 坂本
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Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 液化天然ガスを気化して都市ガスとして供給
する際に、その液化天然ガスの冷熱エネルギー量を最大
限に利用すること。 【構成】 空気分離装置にランキンサイクル式液化天然
ガス冷熱発電設備を組合わせ、その冷熱発電設備に備え
られている熱交換器２２に流れる液化天然ガスを用い
て、空気分離のためのＮ2 を冷却するとともに、その冷
熱発電設備に備えられている膨張タービンの出側の天然
ガスを冷却液化して循環する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液化天然ガス冷熱発電
設備を組込んだ新規な空気分離方法および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】原料となる空気を窒素および酸素などに
分離する先行技術では、液化天然ガスの冷熱を利用し、
複雑な構造を有する多段のプレート式熱交換器を用いて
いる。したがって構成が大形化するという問題がある。
【０００３】また空気分離のために用いられる液化天然
ガスの冷熱の利用可能量は、都市ガスとしてのガス送出
量の日間格差のため昼間大きく、夜間少ないという現状
があり、そのため空気分離のために冷熱エネルギを利用
する場合、夜間の天然ガスの利用量に合わせた製造プロ
セスを実現しており、しかも冷熱としての利用のみであ
る。そのため昼間の冷熱エネルギの利用は充分ではな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、構成
を小形化し、しかも液化天然ガスの冷熱エネルギを高度
に利用することができるようにした液化天然ガス冷熱発
電設備を組込んだ空気分離装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、液化天然ガス
を熱交換器の入口に導き、循環窒素ガスを用いて、原料
空気を冷却し、その原料空気から分離したＮ2の一部
を、前記熱交換器に導いて、液化天然ガスによって冷却
液化し、原料空気の分離のために再び用いるとともに、
天然ガスを作動媒体とするランキンサイクル式液化天然
ガス冷熱発電設備に備えられている膨張タービン出口か
らの前記作動媒体を、前記熱交換器に導いて液化天然ガ
スによって冷却液化し、熱交換器の入口に導かれる液化
天然ガスに戻し、前記膨張タービンによって発電機を駆
動することを特徴とする液化天然ガス冷熱発電設備を組
込んだ空気分離方法である。
【０００６】また本発明は、（ａ）循環窒素ガスを用い
て原料空気からＮ2を分離する空気分離装置と、（ｂ）
ランキンサイクル式液化天然ガス冷熱発電設備であっ
て、液化天然ガスを昇圧するポンプと、ポンプからの液
化天然ガスによって、空気分離装置によって分離された
Ｎ2の一部を冷却する熱交換器と、熱交換器からの液化
天然ガスを気化する気化器と、気化器からの天然ガスが
導かれる膨張タービンと、膨張タービンによって駆動さ
れる発電機とを有し、膨張タービンからの天然ガスの一
部を熱交換器に導いて冷却液化し、ポンプに供給される
液化天然ガスに戻すランキンサイクル式液化天然ガス冷
熱発電設備とを備え、（ｃ）膨張タービンからの天然ガ
スの残余を外部に供給することを特徴とする液化天然ガ
ス冷熱発電設備を組込んだ空気分離装置である。
【０００７】
【作用】本発明に従えば、空気分離装置に天然ガスを作
動媒体とするランキンサイクル式液化天然ガス冷熱発電
設備を組込み、液化天然ガスをポンプによって昇圧して
熱交換器を経て、気化器によって気化し、膨張タービン
に導き、この膨張タービンによって発電機を駆動して発
電を行い、前記熱交換器にポンプから供給される液化天
然ガスの冷熱を利用して、膨張タービンからの天然ガス
の一部を冷却してポンプに戻し、空気分離装置では、気
体Ｎ2を用いて原料空気を冷却液化してＮ2を分離して
得、こうして得られたＮ2 の一部を、前記熱交換器に導
いて液化天然ガスの冷熱を用いて冷却液化し、こうして
液化されたＮ2 を原料空気の分離のために再び用いる。
こうして単一の熱交換器を用いて、液化天然ガスの冷熱
を、ランキンサイクル式液化天然ガス冷熱発電設備の作
動媒体である天然ガスの冷却液化のために用いるととも
に、空気分離装置における原料空気の冷却のために用い
られるＮ2 の冷却のためにも共用することができる。こ
れによって設備機器数の低減を図り、プロセスのシンプ
ル化を図ることができるようになる。
【０００８】ランキンサイクル式液化天然ガス冷熱発電
設備に備えられている膨張タービン出口からの天然ガス
を、都市ガスとして用いるとき、その使用量が多い昼間
の冷熱利用可能量に合せたプロセスとし、夜間において
ランキンサイクル式液化天然ガス冷熱発電設備の発電機
によって発電される発電量が足りない分は、比較的安価
な深夜電力を有効に利用することができる。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の一実施例の全体の系統図で
ある。この実施例では、原料空気１をＮ2、Ｏ2およびＡ
ｒに分離する空気分離装置２を備え、この空気分離装置
２には、参照符３で示されるランキンサイクル式液化天
然ガス冷熱発電設備が組込まれる。原料空気１は、電力
ライン４からの電力によって付勢される原料空気圧縮機
５によって中圧とされ、次にＨ2／ＣＯ除去手段６にお
いてＨ2およびＣＯが除去され、さらにモレキュラシー
ブ７において水分が除去され、管路８から空気分離装置
２に供給されるとともに、管路９０を経て空気液化装置
８９に供給される。
【００１０】空気分離装置２では、管路９からの循環窒
素ガスの冷熱を用いて管路８からの原料空気を液化して
管路１０には、分離した液体Ｎ2（略称ＬＮ2）が得ら
れ、また管路１１には液体Ｏ2（略称ＬＯ2）が得られ、
さらにまた精製装置１２から管路１３には、液体Ａｒ
（略称ＬＡｒ）が得られる。また空気液化装置８９で
は、管路１４からの循環窒素ガスの冷熱を利用して管路
９０からの原料空気を液化し、その液体空気（略称Ｌａ
ｉｒ）は管路１５から得られる。こうして液体Ｎ2、液
体Ｏ2、液体Ａｒおよび液体空気は、総括的に参照符１
６で示される個別的な貯蔵設備に貯蔵され、出荷設備１
７から、出荷供給される。
【００１１】ランキンサイクル式液化天然ガス冷熱発電
設備３では、供給される液化天然ガス１８は、たとえば
４０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇであり、管路１９から、ブースタポ
ンプ２０によって昇圧され、その昇圧された液化天然ガ
スは管路２１から、比較的小形のプレート式熱交換器２
２に供給されてその液化天然ガスの冷熱が利用され、そ
の後、管路２３から気化器２４に導かれて気化され、膨
張タービン２５の入口２６に供給される。この膨張ター
ビン２５の出口２７からの気化した天然ガスは、管路２
８から熱交換器２２に導かれ、これによって管路２８内
の天然ガスは液化され、管路２９から管路１９に供給さ
れ、ポンプ２０に戻される。
【００１２】膨張タービン２５の出口２７からの天然ガ
スは、管路３０からヒータ３１に供給されて加熱され、
参照符３２で示されるように、たとえば３５ｋｇ／ｃｍ
2Ｇで都市ガスとして送出される。こうして液化天然ガ
ス冷熱発電設備３では、天然ガスを作動媒体とし、その
一部は管路２８を介して熱交換器２２によって冷却液化
されて循環され、残余の天然ガスは膨張タービン２５か
ら都市ガスとして用いられることになる。膨張タービン
２５によって発電機３３が駆動され、発電が行われる。
【００１３】空気分離装置２および空気液化装置８９に
おいて冷熱が利用された管路９，１４からのＮ2 は、管
路３４，３５から、圧縮機３６，３７に供給される。圧
縮機３６，３７は直列に接続されている。これらの圧縮
機３６，３７によって圧縮されたＮ2 は、管路３８から
熱交換器２２に供給され、ここで管路２１からの液化天
然ガスの冷熱によって、冷却液化され、前述のように管
路９，１４を経て空気分離装置２および空気液化装置８
９において再び用いられる。このＮ2 は、空気分離装置
２において原料空気から分離して得られたＮ2 であり、
この空気分離装置２において得られたＮ2 の大部分は、
前述の管路１０を経て貯蔵設備１６で貯蔵され、残余の
Ｎ2は、管路９からのＮ2とともに、管路３４に導かれ
る。
【００１４】空気分離装置２、液化天然ガス冷熱発電設
備３および空気液化装置８９は、都市ガス使用量が大き
い昼間の冷熱利用可能量に合せた比較的大形の構成プロ
セスとされる。したがって夜間では、発電機３３による
発電量は減少し、その足りない電力分は、安価ないわゆ
る深夜電力を利用し、そのような発電機３３によって発
電される電力および深夜電力を利用して、圧縮機５，３
６，３７を駆動する。こうして安価な深夜電力を、本発
明によれば、有効に利用することが可能になる。
【００１５】このような図１に示される空気液化装置８
９は、図２に示される液化天然ガスの受入れ基地５６に
関連して実施することができる。小規模ガス田のために
海上に設けられた天然ガスの液化基地５１では、液化天
然ガスが約８〜９ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ、−１３０℃で、タン
ク５２に貯留され、ローディングアーム５３によって、
運搬船５４のタンク５５内に移送される。運搬船５４に
よって運搬されたタンク５５内の液化天然ガスは、地上
に設けられた受入れ基地５６に、アンローディングアー
ム１５７から移送され、液化天然ガス用タンク５７に、
大気圧で貯留され、このタンク５７内の液化天然ガス
は、管路３５から天然ガスとして供給される。
【００１６】海上の液化基地５１では、ガス田５９から
の天然ガスは、高圧の天然ガス６０で、精製設備６１で
精製され、液化器である熱交換器６２の伝熱管６３に供
給される。この熱交換器６２で天然ガスを液化するため
に、圧縮冷凍器６４が設けられる。ガス田５９からの天
然ガスを燃料とするガス・インジェクション・ディーゼ
ル機関６５は、中圧圧縮機６６を駆動して混合冷媒を圧
縮し、その冷媒は冷却器６７で冷却され、気液分離器６
８に導かれ、さらにディーゼル機関６５によって駆動さ
れる高圧圧縮機６９で圧縮され、冷却器７０を経て気液
分離器７１に導かれる。気液分離器６８からの冷媒は、
昇圧ポンプ７２によって昇圧され、また気液分離器７１
の冷媒は冷媒移送ポンプ７３によって、管路７４から、
熱交換器６２の伝熱管７５に導かれ、減圧弁７６で減圧
され、たとえば−１３３℃の冷媒は、伝熱管７７に導か
れ、さらに管路７８を経て、中圧圧縮機６６に戻る。気
液分離器７１からのガス冷媒は管路７９を経て、伝熱管
７５に導かれる。このようにして熱交換器６２では、天
然ガスが圧縮冷凍機６４の冷媒によって間接熱交換され
る。伝熱管６３からの天然ガスは、管路８０から減圧弁
８１に導かれ、約８〜９ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ、−１３０℃の
液化天然ガスとされ、タンク５２に貯留される。こうし
て液化天然ガスは、上述のように８〜９ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ
であって、高圧とならない圧力で液化されており、これ
によって圧縮冷凍機６４のディーゼル機関６５の動力の
低減を図り、設備の建設費の削減を図ることができ、ま
たその運転コストを低減することができる。さらにまた
タンク５２では、高い温度で液化天然ガスが貯留される
ことになり、これによって断熱材を削減し、その保冷コ
ストを低減することができる。またこのようにして全体
の構成のコンパクト化を図ることができる。
【００１７】液化基地５１においてタンク５２に貯留さ
れている液化天然ガスは、運搬船５４のタンク５５に、
その圧力差で管路８３およびローディングアーム５３を
介して管路８４から移送され、移送ポンプを省略するこ
とができる。
【００１８】運搬船５４が矢符８５で示されるように、
液化基地５１から受入れ基地５６に液化天然ガスを輸送
する。この受入れ基地５６では、タンク５５内の液化天
然ガスは管路８６からアンローディングアーム１５７を
経て、熱交換器８７で、液体空気の寒冷によってさらに
冷却され、管路８８から、大気圧でタンク５７に液化天
然ガスが貯留される。運搬船５４のタンク５５内の圧力
は、前述のように高圧とならない圧力であり、一方、タ
ンク５７では液化天然ガスは大気圧であり、その圧力差
でタンク５５内の液化天然ガスをタンク５７に移送する
ことができ、移送ポンプを省略することができる。
【００１９】受入れ基地５６において熱交換器８７で液
化天然ガスを、冷却するために用いられる液体空気は、
空気液化装置８９において製造される。原料空気は、管
路９０から圧縮機９１で圧縮され、熱交換器９２でその
圧縮された原料空気を、水を用いて冷却し、モレキュラ
シーブ１９２では、原料空気中のＣＯ2および水分を除
去し、管路１９３から、熱交換器９３の伝熱管９４に導
かれる。熱交換器９３の伝熱管９５には、管路９６から
減圧弁９７によって大気圧まで減圧され、さらに低温と
なった空気が供給され、こうして伝熱管９４に供給され
る空気が液化され、管路９６では、液体空気は、たとえ
ば５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇである。伝熱管９５からの常温空気
は、圧縮機９８によって圧縮され、冷却器９９で、水に
よって冷却され、管路１９３に戻る。管路９６からの液
体空気は、液体空気用タンク１００に貯留される。この
タンク１００に貯留された液体空気は、液体空気ポンプ
１０１から、管路１０２を経て、熱交換器８７の伝熱管
１０３に導かれる。この伝熱管１０３に導かれる液体空
気は、約−１８０℃である。これによって熱交換器８７
の伝熱管１０４を通る運搬船５４からの液化天然ガス
が、−１６２℃以下に冷却され、こうしてタンク５７に
液化天然ガスが供給されるとき、フラッシュすることが
防がれる。熱交換器８７の伝熱管１０３からの液体空気
は、管路１０５において気体であり、膨張タービン１０
６で膨張され、ボイルオフガス予冷器１０７から、管路
１０８を経て、大気放散される。
【００２０】液化天然ガス用タンク５７からのボイルオ
フガスは、管路１０９から圧縮機１１０によって圧縮さ
れる。この圧縮機１１０は、膨張タービン１０６によっ
て駆動され、このようにして、空気の圧力エネルギーを
回収することができる。圧縮機１１０からのたとえば９
ｋｇ／ｃｍ2 Ｇのボイルオフガスは、常温程度となり、
このボイルオフガスは、予冷器１０７で、膨張タービン
１０６からの低温空気で予冷され、管路１１１から熱交
換器８７の伝熱管１１２に導かれる。こうして熱交換器
８７では、伝熱管１１２内のボイルオフガスは、伝熱管
１０３を流れる液体空気に熱を奪われて液体となり、過
冷却され、その過冷却された液化天然ガスは、減圧弁１
１３で大気圧程度に減圧され、液体のままで、タンク５
７に戻る。こうして伝熱管１１２では、ボイルオフガス
は、たとえば−１６５℃以下まで冷却される。
【００２１】運搬船５４のタンク５５から受入れる液化
天然ガスの温度は、たとえば−１２８℃前後であり、熱
交換器８７では、タンク５７においてボイルオフガスが
発生しないように、たとえば前述のように約−１６０℃
まで、伝熱管１０３を流れる液体空気によって冷却す
る。この液体空気の流量を制御することで、管路８８か
らタンク５７に移送される液化天然ガスの温度を調整
し、上述のようにボイルオフガスを発生しないようにす
ることができる。これによって前述の先行技術において
荷役用に必要とされていたボイルオフガス圧縮機が不要
となり、またタンク５７におけるロールオーバ現象が発
生しないようにすることが容易に可能になる。
【００２２】また液体空気は、タンク１００において一
旦、貯留された後、ポンプ１０１によって流量が制御さ
れて熱交換器８７に導かれ、したがって運搬船５４によ
って運搬されてくる受入れるべき液化天然ガスの組成お
よび温度にばらつきがあっても、タンク５７においてボ
イルオフガスが発生しないように、管路８８の液化天然
ガスの温度を調整することが可能となる。こうして液体
空気の冷熱を効率的に活用することができる。しかもそ
の液体空気は、熱交換器８７から膨張タービン１０６に
導かれてその圧力エネルギーが回収され、また管路１０
８では、空気は常温程度であり、こうして液体空気の冷
熱および圧力エネルギーを１００％、効率的に活用する
ことができる。
【００２３】タンク５７内に貯留されている液化天然ガ
スは、移送ポンプ１１４から高圧ポンプ１１５で昇圧さ
れ、図１に示される液化天然ガス１８として、管路１４
から熱交換器９３の伝熱管１１６に供給され、その潜熱
によって空気を冷却し、気化された天然ガスは、管路３
５から排出され、膨張タービン１１８で圧力エネルギー
を回収し、加温器１１９で昇温され都市ガスとして送出
される。熱交換器９２，９９および加温器１１９におい
て用いられる水は、循環して用いられる。圧縮機９１，
９８は、モータまたはガス・インジェクション・ディー
ゼル機関などの駆動源１２０および膨張タービン１１８
によって駆動される。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、空気分離
装置に、天然ガスを作動媒体とするランキンサイクル式
液化天然ガス冷熱発電設備を組込み、外部から供給され
る液化天然ガスの冷熱によって、熱交換器を用いて、膨
張タービン出口からの作動媒体である天然ガスを冷却液
化して循環するとともに、Ｎ2 を冷却液化して空気分離
装置における原料空気の冷却を行うようにしたので、設
備機器数の低減を図り、プロセスのシンプル化を図るこ
とができるようになり、経済的である。またこのような
設備機器数の低減によって設置スペースを削減すること
ができるとともに、熱損失の低減を図ることができ、液
化天然ガスの冷熱エネルギを高度に利用することができ
るようになる。さらに設置機器数の低減によって、それ
らの制御のための装置が簡略化され、制御点数の低減を
図ることができる。
【００２５】さらにまたランキンサイクル式液化天然ガ
ス冷熱発電設備の膨張タービン出口からの天然ガスを都
市ガスとして利用するとき、その冷熱発電設置および空
気分離装置を、都市ガスの使用量が多い昼間の冷熱利用
可能量に合せたプロセスに構成にし、夜間の都市ガスの
利用量が少ないときには、その冷熱発電設置の発電機に
よって発生される電力の他に、比較的安価な深夜電力を
有効に利用し、こうして安価なエネルギである深夜電力
の有効利用がなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の全体の系統図である。
【図２】図１に示される空気液化装置８９を備える受入
れ基地５６とそれに関連する液化天然ガスの液化基地５
１とを示す全体の系統図である。
【符号の説明】
２ 空気分離装置 ３ ランキンサイクル式液化天然ガス冷熱発電設備 ５，３６，３７ 圧縮機 １６ 貯蔵設備 １７ 出荷設備 １８ 液化天然ガス ２０ ブースタポンプ ２２ 熱交換器 ２４ 気化器 ２５ 膨張タービン ３１ ヒータ ３３ 発電機 ８９ 空気液化装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液化天然ガスを熱交換器の入口に導き、 循環窒素ガスを用いて、原料空気を冷却し、その原料空
    気から分離したＮ2の一部を、前記熱交換器に導いて、
    液化天然ガスによって冷却液化し、原料空気の分離のた
    めに再び用いるとともに、 天然ガスを作動媒体とするランキンサイクル式液化天然
    ガス冷熱発電設備に備えられている膨張タービン出口か
    らの前記作動媒体を、前記熱交換器に導いて液化天然ガ
    スによって冷却液化し、熱交換器の入口に導かれる液化
    天然ガスに戻し、前記膨張タービンによって発電機を駆
    動することを特徴とする液化天然ガス冷熱発電設備を組
    込んだ空気分離方法。
  2. 【請求項２】 （ａ）循環窒素ガスを用いて原料空気か
    らＮ2を分離する空気分離装置と、 （ｂ）ランキンサイクル式液化天然ガス冷熱発電設備で
    あって、 液化天然ガスを昇圧するポンプと、 ポンプからの液化天然ガスによって、空気分離装置によ
    って分離されたＮ2の一部を冷却する熱交換器と、 熱交換器からの液化天然ガスを気化する気化器と、 気化器からの天然ガスが導かれる膨張タービンと、 膨張タービンによって駆動される発電機とを有し、 膨張タービンからの天然ガスの一部を熱交換器に導いて
    冷却液化し、ポンプに供給される液化天然ガスに戻すラ
    ンキンサイクル式液化天然ガス冷熱発電設備とを備え、 （ｃ）膨張タービンからの天然ガスの残余を外部に供給
    することを特徴とする液化天然ガス冷熱発電設備を組込
    んだ空気分離装置。
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