JPH0711320B2 - 液化天然ガス貯蔵システム - Google Patents

液化天然ガス貯蔵システム

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JPH0711320B2
JPH0711320B2 JP4571592A JP4571592A JPH0711320B2 JP H0711320 B2 JPH0711320 B2 JP H0711320B2 JP 4571592 A JP4571592 A JP 4571592A JP 4571592 A JP4571592 A JP 4571592A JP H0711320 B2 JPH0711320 B2 JP H0711320B2
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JP
Japan
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heat exchanger
heat
natural gas
lng
liquefied natural
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富徳 佐藤
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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(以下、
「LNG」という。)の貯蔵システムに関し、特に都市
ガス供給用LNGの気化時の冷熱を利用してLNGタン
ク内のLNGを冷却し、ボイルオフガスの発生を防ぐL
NGの貯蔵システムに関する。
【0002】
【従来の技術】LNGタンクは保冷されているが、外部
からの熱によって、その一部が気化して季節、時間を問
わずほぼ一定のボイルオフガス(以下、「BOG」とい
う。)が発生する。BOGの処理方法として、従来は加
圧後、気化された天然ガスに混ぜて用いたり、加圧後L
NGの気化の際に発生する冷熱を利用して再液化してL
NGタンクに戻すなどしている。
【0003】一方、LNGを気化する際に発生する冷熱
を利用して空気を液化分離し、液体窒素、液体酸素、液
体アルゴンを製造したり、炭酸ガスを冷却してドライア
イスを製造したり、食品などを冷却して冷凍食品を製造
したり、冷熱発電をしたりしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、天然ガ
スを都市ガスとして利用するとき、その需要は季節、時
間によって大きく変動する。特に、時間による変動に追
随するように、上に述べた冷熱利用装置を稼動すること
は困難である。たとえば、1日の気化天然ガス送出パタ
ーンが、図5のL1で示すものであるとする。
【0005】LNGタンクに外部からの入熱によって発
生するボイルオフガスは、LNGの沸点が−160℃近
辺の低温であるため、気温の影響をほとんど受けず、略
一定のL2で示す量発生する。また、空気液化による空
気分離などは、その性質上略一定の冷熱を利用すること
が要求されるので、ここで利用される冷熱量はL3で示
す量となる。残った冷熱は、冷熱発電装置で電気として
回収するが、電気は貯えることができないので、電気の
需要の少ないときは、発生する冷熱は一部しか利用され
ず、需要の多いときは不足する電力を買電で補わねばな
らない。すなわち、斜線を付した部分の冷熱は利用され
ず、海水を冷やすなどして無駄にされている。
【0006】一方、発生したBOGは図4に示すように
圧縮機51で加圧して、送出用の気化した天然ガスと混
合したり、LNGポンプ52で引出された送出用LNG
と熱交換器53で熱交換し、冷却液化後、膨張弁54で
常圧にし、LNGタンク50に戻している。しかし、圧
縮機51を稼動する電力は、たとえば0〜5時の間は冷
熱発電が少ないので、買電などに頼らねばならず、また
圧縮機51は送出用ガスに混ぜる場合はたとえば70k
g/cm2にまで加圧せねばならず、大型のものを要
し、使用電力量も大きくなるという問題がある。一方、
BOGの再液化は加圧圧力は10kg/cm2程度でよ
いが、送出用天然ガスとのバランスでその量が制限され
るという問題がある。
【0007】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
ガス需要の多い時間帯にLNG気化時の冷熱の一部を利
用して、LNGタンク内のLNGを過冷却し、特にガス
需要の少ない時間帯にBOGの発生を防ぐLNG貯蔵シ
ステムを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、液化天然ガス
を貯蔵するタンクと、タンクから液化天然ガスが供給さ
れ、その後外部に送出される第1熱交換器と、タンクか
ら液化天然ガスが供給され、その後タンクに戻される第
2熱交換器と、第1熱交換器で液化天然ガスによって冷
却されて液化した熱媒体を、膨張弁によって膨張して、
第2熱交換器で蒸発させ液化天然ガスを冷却し、圧縮機
によって圧縮し、第1熱交換器へ循環する圧縮式ヒート
ポンプサイクルとを含むことを特徴とする液化天然ガス
貯蔵システムである。
【0009】また本発明は、第1熱交換器から液化天然
ガスが供給され、その後外部に送出される第3熱交換器
によって、第2熱媒体が冷却されて液化し、これをポン
プによって加圧し、第4熱交換器で海水などによって加
熱気化し、この高圧の熱媒体によってタービンを作動さ
せ第3熱交換器へ循環させるランキンサイクルのタービ
ンによって、前記圧縮機を駆動することを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明に従えば、ガス需要の多い時間帯にLN
G気化時の冷熱の一部を利用して、LNGタンク内のL
NGを過冷却し、冷熱として貯え、これをガス需要の少
ない時間帯のBOG発生の防止に利用し、全体として有
効に冷熱を利用できる。
【0011】
【実施例】次に、本発明を実施例を用いて説明するが、
本発明の権利範囲はこれに限定されるものではない。
【0012】図1は、本発明の一実施例の系統図であ
る。送出用LNGの一部は、LNGタンク1からポンプ
2によって吸引加圧され、第1熱交換器5に入り、ここ
でその温度が−160℃から−146℃に上昇し、さら
に第3熱交換器6によって温度を−50℃に上昇され気
化し、気化器7で海水などによって常温にされ、熱量調
整後高圧パイプラインを通じて都市ガスとして市中に供
給される。第1熱交換器5では、窒素などの第1熱媒ガ
スが30kg/cm2の圧力で−123℃から−150
℃に送出用LNGによって冷却され液化する。この第1
熱媒液は膨張弁11を通ることによって圧力を8kg/
cm2に低下させられ、同時に温度が−175℃に下が
り第2熱交換器へ入り、ここで後述する循環LNGによ
って加熱気化され、−150℃になる。第1熱媒ガス
は、8kg/cm2、−150℃の状態で圧縮機13に
入り、−123℃、30kg/cm2の状態とされ、第
1熱交換器に入るという循環の圧縮式ヒートポンプサイ
クル10を構成する。ポンプ3でLNGタンク1から吸
引された循環LNGは、第2熱交換器で第1熱媒液を蒸
発することによって、温度を−160℃から−166℃
に下げられ、LNGタンク1に戻り、LNGタンク内の
LNGの温度を下げる。
【0013】第3熱交換器6では、フロンR22または
プロパンなどの第2熱媒が送出用LNGによって冷却さ
れて液化する。液化した第2熱媒液はポンプ16で加圧
され、第4熱交換器17で海水などによって気化し、高
圧のガスとなる。この高圧の第2熱媒ガスは、タービン
18を回転し、低圧のガスとなって第3熱交換器6に入
るという循環のランキンサイクル15を構成する。圧縮
機13は、タービン18と動力変換装置19を介して連
結されている。また、循環LNGを第2熱交換器12で
冷やす必要のないときは、タービン18で得た動力は動
力変換装置19を介して発電機20から電力として回収
する。
【0014】ポンプ4でLNGタンク1から吸引加圧さ
れた残りの送出用LNGは、空気分離や冷熱発電などそ
の他の用途に冷熱を用いる装置21を通って昇温され、
または直接気化器7に導かれ送出される。
【0015】次に、本実施例による熱バランスを考え
る。条件としては、気温が高いためBOGの発生が若干
多く、気化した都市ガス供給用天然ガス量の少ない夏期
について考える。冬期は、BOGの発生も夏期に比して
少なく、都市ガス供給用天然ガスの気化量も多く、熱バ
ランスは夏期よりも有利になる。この時期における気化
天然ガスの送出量は、7,200t/日、BOG発生量
は480t/日(いずれもLNG換算)とする。また、
送出プラントは1基当たり60t/hのものを気化天然
ガスの送出量に見合うように、時間毎に運転基数を変え
て運転する。
【0016】図2のL1は、気化天然ガスの送出パター
ンであり、横軸に24時間制で時刻を示し、朝6時に始
まって翌朝6時に終わる。縦軸は、送出プラントの運転
基数を示す。本実施例では、時刻別の送出プラントの運
転基数は表1のようになり、1日の延運転時間は137
時間となる。
【0017】
【表1】
【0018】このうちで、空気液化などの冷熱利用21
に毎時ガス送出プラント1基分の冷熱を利用すると、そ
れは図2のL12で示される量となり、残りの137−
24=113時間分の冷熱が本プラントに使えることに
なる。すなわち、ガス送出プラント1基当たり処理すべ
きBOG量qcは、次のようになる。
【0019】
【数1】 qc=480/113≒4.2(t/h)
【0020】BOGの気化潜熱は、120kcal/k
gであるので、上記の量qcのBOGを液化するために
必要な熱量Q(BOG)は次のようになる。
【0021】
【数2】 Q(BOG)=120×10×4.2=504×10(kacal/h)
【0022】この熱を第2熱交換器12で循環LNGか
ら奪うことによって、LNGタンクでBOGの発生を防
げる。この場合、循環LNGの量を120t/hとし、
第2熱交換器入口の温度を−160℃とすると、LNG
の比熱は0.75kcal/kg℃であるので、第2熱
交換器12でΔT(L2)温度が低下する。
【0023】
【数3】
【0024】すなわち、循環LNGは−166℃で第2
熱交換器12から出ることになる。
【0025】次に圧縮式ヒートポンプサイクル10につ
いて、これに使う第1熱媒として窒素ガスを使用した場
合を、図3に示すモリエル線図で考える。このサイクル
はA点(30kg/cm2,−123℃)の窒素ガスを
第1熱交換器5で送出LNGにエネルギーを与え、途中
A1でその一部を液化、A2で完全に液化し、過冷却の
液体窒素のB点(30kg/cm2,−150℃)にす
る。B点の液体窒素は膨張弁11で、ほとんど等エンタ
ルピ的に膨張され、途中B1でその一部を気化し、C点
(8kg/cm2,−175℃)にする。C点の気液混
合状態の窒素は、第2熱交換器12で、循環LNGから
エネルギーを受け、D点(8kg/cm2,−150
℃)になる。D点は、ほぼ飽和蒸気線上にあり、完全に
窒素ガスになっている。D点の窒素ガスは圧縮機13に
よってほぼ断熱圧縮されるので等エントロビー線に沿っ
て、A点に至りサイクルが完成する。このサイクルによ
って、第1熱交換器5では、1170cal/mol、
第2熱交換器12では890cal/molの熱交換を
することになる。したがって、第1熱交換器5で送出L
NGから奪われる熱量Q(LNG)は次のようになる。
【0026】
【数4】
【0027】またこれによって、送出LNGはΔT(L
1)だけ温度が上昇する。
【0028】
【数5】
【0029】すなわち、送出用LNGは、−145℃で
第1熱交換器5から出ることになる。第1熱交換器5出
口のLNGの圧力が20kg/cm2以上であれば、L
NGは液体のままで第3熱交換器6へ送られる。
【0030】次に圧縮機13の必要動力AL(C)を考
える。これは前記両熱交換器の熱交換量の差であるの
で、
【0031】
【数6】 AL(C)=(664−504)×10=160×10(kcal/h)
【0032】また1KW=860kcal/hであるの
で次のようになる。
【0033】
【数7】
【0034】次にランキンサイクル15で得られる動力
のうちどれだけの動力を使えば圧縮機13が稼働できる
かを考える。
【0035】図1のランキンサイクル15と略同じ構成
の従来の冷熱発電プラントの実績から、ガス送出プラン
ト1基当たり1200KWの発電が可能である。LNG
の入側温度が圧縮式ヒートポンプサイクル10によって
−160℃から−145℃に上昇していることを考え
て、発電量が90%となるものとすれば、ガス送出プラ
ント1基当たり、次のBOGを処理できる。
【0036】
【数8】
【0037】BOGの発生量は20t/hであるので、
深夜のガス送出プラントの稼働が2基であり、そのうち
1基分を空気分離などの冷熱利用装置21に利用し、第
1、第2の熱交換器の熱交換率、動力変換装置19の効
率等を考えても十分BOGを処理できる。
【0038】BOGの発生量(20t/h)に比例して
本装置を稼動すれば、図2のL13のようになる。ま
た、効率を考えてガス送出プラントの運転基数の多い時
間帯、たとえば17時から21時の4時間に本システム
を運転すれば、L14のようになる。この17時から2
1時の時間帯では、(L14−L13)は、図2の斜線
を付した量となり、この冷熱がLNGタンク内に貯えら
れ、他の時間帯のBOGの発生を抑制することになる。
電気の需給バランスを考え、最も効率のよい時間帯に本
システムを運転することが好ましい。
【0039】またランキンサイクル15のタービン18
と圧縮式ヒートポンプサイクル10の圧縮機13とは、
その軸同志を直結してもよく、歯車などの変速装置を介
して連結してもよく、またタービン18の動力で発電機
を動かし、その発生した電力でモータを動かし、そのモ
ータによって圧縮機13を稼働してもよい。これらを動
力変換装置19として表示している。
【0040】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、LNGを
気化して送出する都市ガス需要の多い時間帯にLNG気
化時の冷熱の一部を有効に利用して、圧縮式ヒートポン
プシステムによってタンク内のLNGを過冷却し、LN
Gを気化して送出するガス需要の少ない時間帯のBOG
発生を防止できる。また、24時間連続して、タンク内
のLNGを冷却しBOGの発生を防止できる。したがっ
て、ガス需要の少ない時間帯にBOGを買電によって加
圧し、送出するなどのBOGの処理が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の液化天然ガス貯蔵システム
の系統図である。
【図2】本発明の一実施例を説明するためのガス送出プ
ラントの1日の運転状態を示すグラフである。
【図3】窒素のモリエル線図である。
【図4】従来技術の液化天然ガス貯蔵システムの系統図
である。
【図5】従来技術の冷熱の利用状況を説明するためのガ
ス送出プラントの1日の運転状態を示すグラフである。
【符号の説明】
1 LNGタンク 2,3,4 LNGポンプ 5 第1熱交換器 6 第3熱交換器 7 気化器 10 圧縮式ヒートポンプサイクル 11 膨張弁 12 第2熱交換器 13 圧縮機 15 ランキンサイクル 17 第4熱交換器 18 タービン 19 動力変換装置 20 発電機 21 空気分離などの用途に冷熱を用いる装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液化天然ガスを貯蔵するタンクと、 タンクから液化天然ガスが供給され、その後外部に送出
    される第1熱交換器と、 タンクから液化天然ガスが供給され、その後タンクに戻
    される第2熱交換器と、 第1熱交換器で液化天然ガスによって冷却されて液化し
    た熱媒体を、膨張弁によって膨張して、第2熱交換器で
    蒸発させ液化天然ガスを冷却し、圧縮機によって圧縮
    し、第1熱交換器へ循環する圧縮式ヒートポンプサイク
    ルとを含むことを特徴とする液化天然ガス貯蔵システ
    ム。
  2. 【請求項2】 第1熱交換器から液化天然ガスが供給さ
    れ、その後外部に送出される第3熱交換器によって、第
    2熱媒体が冷却されて液化し、これをポンプによって加
    圧し、第4熱交換器で海水などによって加熱気化し、こ
    の高圧の熱媒体ガスによってタービンを作動させ第3熱
    交換器へ循環させるランキンサイクルのタービンの動力
    によって、前記圧縮機を駆動することを特徴とする請求
    項1記載の液化天然ガス貯蔵システム。
JP4571592A 1992-03-03 1992-03-03 液化天然ガス貯蔵システム Expired - Lifetime JPH0711320B2 (ja)

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