TWM572422U - 蒸發氣體再冷凝裝置及具備其的液化天然氣儲藏系統 - Google Patents

蒸發氣體再冷凝裝置及具備其的液化天然氣儲藏系統 Download PDF

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Abstract

本創作提供一種一面將液化天然氣之蒸發氣體中之氮去除，一面不使用壓縮器而將液化天然氣之蒸發氣體以較高之熱交換效率進行再冷凝之蒸發氣體再冷凝裝置。
蒸發氣體再冷凝裝置1具有液化天然氣緩衝槽12、第一冷凝器111、及第二冷凝器211。第一冷凝器111具有第一熱交換部112。第二冷凝器211具有第二熱交換部212。
液化天然氣緩衝槽12內產生之蒸發氣體藉由於第一熱交換部112內與冷媒之熱交換而再冷凝。未被再冷凝之蒸發氣體向第二冷凝器211導入。向第二冷凝器211導入之蒸發氣體之一部分於第二熱交換部212中再冷凝，並向液化天然氣緩衝槽12返送。
使於第二熱交換部212中與第二冷凝器211內之蒸發氣體熱交換後之冷媒之至少一部分於第一熱交換部112中與第一冷凝器111內之蒸發氣體進而熱交換。

Description

蒸發氣體再冷凝裝置及具備其的液化天然氣儲藏系統
本創作係關於一種用以將液化天然氣之蒸發氣體再冷凝之蒸發氣體再冷凝裝置及具備其的液化天然氣儲藏系統。
於儲藏如液化天然氣(Liquefied Natural Gas,LNG)或液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas,LPG)般之低溫液體之情形時，一般而言使用將藉由來自外部之自然熱輸入等而氣化後之蒸發氣體(Boil-off Gas,BOG)再次液化、冷凝之再冷凝裝置(亦稱為再冷凝器Recondenser)。
已知有如下方法：藉由利用壓縮器將自儲藏液化天然氣之儲槽產生之蒸發氣體壓縮，並與自液化天然氣之儲槽供給之過冷狀態之液化天然氣熱交換，而將蒸發氣體再冷凝(例如專利文獻1)。根據該方法，將再冷凝後之液化天然氣向液化天然氣之儲槽返送。
亦創作出如下方法：作為儲藏液化天然氣時所使用之再冷凝裝置內之熱交換器之冷媒，使用液態氮而並非液化天然氣(例如專利文獻2)。
且說，一般已知，儲藏於儲槽中之液化天然氣中包含氮。其原因在於，液化天然氣中之氮除了包含於自氣田產生之天然氣中以外，有時還混入天然氣儲藏設備中之沖洗用氮或儀器用氮。若氮混入至液化天然氣中則液化天然氣之液密度降低。於是，液密度不同之液化天然氣會存在於相同之液化天 然氣儲槽，於液化天然氣儲槽內形成液體密度不同之多個液體層，成為於液化天然氣儲槽內產生被稱為所謂翻轉之液化天然氣之急遽之氣化的原因。若因氣化而使儲槽內之壓力急遽地上升，則有對儲槽帶來損傷之危險。因此，進行了將液化天然氣中之氮去除之技術之開發(例如專利文獻3)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本實開平5-6299
[專利文獻2]日本特開2002-295799號公報
[專利文獻3]國際公開第2011/064605號
就使用壓縮器之再冷凝裝置(例如專利文獻1)而言，由於壓縮器價格高，且為包含旋轉部分之複雜構成，故而存在維護亦繁雜之問題。
藉由使壓縮後之蒸發氣體與自液化天然氣之儲槽供給之過冷狀態之液化天然氣熱交換而再冷凝之系統，係以液化天然氣之持續性的消耗為前提而設計(例如專利文獻1)。然而，於無液化天然氣之持續性消耗之情形時，或液化天然氣之消耗量之變動較大之情形時，由於熱交換之變動亦變大，故而不適合將蒸發氣體再冷凝。
另一方面，於將液態氮用作蒸發氣體之再冷凝裝置之冷媒之情形時，一般利用液態氮之潛熱(例如專利文獻2)。然而，於僅利用潛熱之情形時，液態氮與蒸發氣體之溫度差較大，熱效率較差。進一步地，由於不利用藉由與蒸發氣體之熱交換而氣化後之低溫氮氣之顯熱，故而於該方面而言熱效 率亦較差。因此，存在用於熱交換之液態氮之消耗量增加之問題。
又，於單一之熱交換器中利用液態氮之潛熱與氣化後之氮氣之顯熱之兩者係指處理不同之狀態之冷媒，於應用於如蒸發氣體再冷凝般之負載變動較大之系統之情形時，冷媒之溫度控制會變得困難，結果會導致蒸發氣體側之急遽之壓力上升或壓力降低。應對此種壓力上升或壓力降低會對液化天然氣緩衝槽及熱交換器之設計帶來影響，自構件之選定、構造之複雜度之方面而言其設計並不容易。
再者，於將蒸發氣體之全量再冷凝之該等方法中，由於包含於蒸發氣體中之氮亦再冷凝，故而於儲槽內之液化天然氣中會持續存在氮。因此，有於液化天然氣儲槽內產生被稱為所謂翻轉之液化天然氣之急遽之氣化之虞。
於專利文獻3中，提出有藉由精餾等方式將液化天然氣中之氮去除之方法，但存在如下問題：必須設置屬於大規模設備之精餾設備，從而一面消耗較多之電力一面使精餾設備運轉。具體而言，為了將原料液化天然氣先利用膨脹渦輪減壓之後進行精餾，而自塔底部回收之氣體或液體必須再次升壓，該製程需要電力。又，於將氮於塔頂部濃縮後去除之情形時，為了將塔頂部之氣體壓縮並再冷凝後作為回餾液返送至精餾塔，更需要電力。
鑒於上述實際情況，於本創作中，目的在於提供一種一面將液化天然氣之蒸發氣體中之氮去除，一面不使用壓縮器而將液化天然氣之蒸發氣體以較高之熱交換效率進行再冷凝之蒸發氣體再冷凝裝置及具備其的液化天然氣儲藏系統。
(創作1)
本創作之蒸發氣體再冷凝裝置係將自液化天然氣緩衝槽內之液化天然氣氣 化後之蒸發氣體(BOG)再冷凝，且其特徵在於具備：蒸發氣體導出配管，其將蒸發氣體自液化天然氣緩衝槽導出；第一冷凝器，其使自上述蒸發氣體導出配管傳送之蒸發氣體之至少一部分冷凝；第一氣體供給部，其將上述第一冷凝器內之氣體之至少一部分自上述第一冷凝器向第二冷凝器供給；第一返送配管，其將上述第一冷凝器內之再冷凝蒸發氣體之至少一部分自上述第一冷凝器返送至上述液化天然氣緩衝槽；第二返送配管，其將上述第二冷凝器內之再冷凝蒸發氣體自上述第二冷凝器返送至上述液化天然氣緩衝槽；及第二排氣配管，其將上述第二冷凝器內之氣體之至少一部分自上述第二冷凝器排出；上述第一冷凝器具備第一熱交換部，上述第二冷凝器具備第二熱交換部，使於上述第二熱交換部中與上述第二冷凝器內之蒸發氣體熱交換後之冷媒之至少一部分於上述第一熱交換部中與上述第一冷凝器內之蒸發氣體進一步進行熱交換。
於本創作之蒸發氣體再冷凝裝置中，無須使用價格高之旋轉機器即壓縮器，且無壓縮器之維護之繁雜度。又，於本創作之蒸發氣體再冷凝裝置中，由於將於第二熱交換部中使用之冷熱能進一步使用於第一熱交換部中，故而可有效率地利用冷媒之冷熱能，且可獲得較高之熱交換效率。
進一步地，根據本創作，於第一熱交換部中，自液化天然氣緩衝槽產生之相對溫度較高之蒸發氣體，係藉此與於第二熱交換部中進行熱交換後冷媒自身之溫度上升之狀態之冷媒進行熱交換，而被冷卻。於第二熱交換部中，於第一 熱交換部中被冷卻之蒸發氣體，係藉由溫度較第一熱交換部內之冷媒低之狀態之冷媒進一步冷卻。因此，於第一熱交換部及第二熱交換部之任一者中，進行熱交換之流體間之溫度差與使自液化天然氣緩衝槽產生之蒸發氣體於單一之熱交換器內與液體狀態之冷媒熱交換之情形時相比較小。
進一步地，於本創作之蒸發氣體再冷凝裝置中，由於可將第二冷凝器內之富氮之氣體之至少一部分自第二排氣配管排出，故而可將氮自蒸發氣體中去除。
於本創作中，第一冷凝器與第二冷凝器亦可並列地設置於液化天然氣緩衝槽之上部。於該情形時，第一氣體供給部例如亦可為將自第一冷凝器導出之氣體向第二冷凝器導入之氣體供給配管。
於本創作中，又，第一冷凝器、第二冷凝器亦可串聯地配置於液化天然氣緩衝槽之上部。於該情形時，第一氣體供給部位於第一冷凝器與第二冷凝器之中間部。
於本創作中，液化天然氣緩衝槽只要為供給、儲藏液化天然氣之儲槽則並不特別限定，既可為進行液化天然氣之一次儲藏之儲槽，亦可為於進行液化天然氣之一次儲藏之儲槽中進行暫時儲藏以供於第一冷凝器及/或第二冷凝器中冷凝之蒸發氣體返送之緩衝槽。
於本創作中所使用之冷媒只要為成為蒸發氣體之冷凝點以下之溫度之冷媒則並不特別限定，例如可使用液態氮、液態空氣等。
(創作2)
於本創作之蒸發氣體再冷凝裝置中，上述第二熱交換部係進行上述第二冷凝器內之蒸發氣體之熱量與上述冷媒之潛熱之熱交換的潛熱交換部，上述第一熱交換部係進行上述第一冷凝器內之蒸發氣體之熱量與上述冷媒之顯熱之熱交換的顯熱交換部。
根據本創作，液體狀態之冷媒首先被導入至第二熱交換部，進行熱交換。藉由熱交換而令溫度上升，且液體狀態之冷媒氣化而成為氣體狀態。氣體狀態之冷媒進而被導入至第一熱交換部，進行熱交換。於第二熱交換部中利用冷媒之潛熱部之冷熱能進行熱交換，進一步於第一熱交換部中利用冷媒之顯熱進行熱交換，故而可有效地利用冷媒所具有之熱量，有效地進行熱交換。因此，能夠降低為了使蒸發氣體冷卻而使用之冷媒之消耗量。
根據本創作，於第一熱交換部中，自液化天然氣緩衝槽產生之溫度相對較高之蒸發氣體，係藉由與溫度較液體狀態之冷媒高之氣體狀態之冷媒之熱交換而冷卻。於第二熱交換部中，藉由與氣體狀態之冷媒之熱交換而冷卻之該蒸發氣體，係藉由溫度較氣體狀態之冷媒低之液體狀態之冷媒進一步冷卻。因此，於第一熱交換部及第二熱交換部中，均使用單一相位之冷媒。因此，熱交換器之構造設計變得容易。
將潛熱與顯熱各別分離而利用之本創作尤其適合於蒸發氣體之溫度變動較大之情形時。
已知有由於液化天然氣採掘時之混入或使用氮氣進行液化天然氣設備之沖洗，而令蒸發氣體中包含氮。蒸發氣體中之含氮量會根據進行沖洗之設備之構成或設備內之液化天然氣儲藏期間等而大幅變動。隨著蒸發氣體中之含氮量之變動，蒸發氣體之冷凝點亦變動。
又，根據液化天然氣設備之特性或用以向液化天然氣緩衝槽移送液化天然氣之移送線路之溫度，蒸發氣體之溫度會變化。於存在自液化天然氣船等向液化天然氣緩衝槽進行移送(自液化天然氣船向液化天然氣緩衝槽之接收、燃料貯存(bunkering)、液化天然氣向液化天然氣船之出貨等)之情形時，存在蒸發氣體溫度向高溫側變化之傾向。
於此種情形時，將於第一熱交換部中預冷後之蒸發氣體進而於 第二熱交換器中冷卻後進行冷凝之本創作尤其適合。於蒸發氣體之冷凝點向高溫側變動之情形時或蒸發氣體之溫度成為高溫之情形時，若於第一熱交換部中藉由氣體狀態之冷媒而預冷，則第二熱交換部中之熱負載得到緩和，液體冷媒之消耗量得到抑制。藉此，包含第一熱交換部及第二熱交換部之熱交換部整體之熱效率提高。
根據使用單一之熱交換器之習知方法，例如，於藉由-170℃之液態氮進行熱交換之情形時，於導入至熱交換器之蒸發氣體溫度為-150℃時，與蒸發氣體溫度為-162℃時相比，需要之液態氮量增加約5%。再者，於該情形時，於熱交換器中產生-170℃之氣體氮。
另一方面，根據於第一熱交換部中使用氣體氮進行預冷之本創作，於第一熱交換部中，能夠藉由氣體氮而將-150℃之蒸發氣體冷卻至-162℃左右，能夠使導入至第二熱交換部之蒸發氣體溫度降低，故而於第二熱交換部中蒸發氣體再冷凝時所需要之熱量減少。結果可抑制所消耗之液態氮之消耗量。
(創作3)
本創作之蒸發氣體再冷凝裝置中可為，上述蒸發氣體導出配管之上述第一冷凝器側之端部設置於較上述第一熱交換部靠下方，上述第一返送配管之上述第一冷凝器側之端部設置於較上述蒸發氣體導出配管之上述第一冷凝器側之端部靠下方，上述第一氣體供給部之上述第一冷凝器側之端部設置於較上述第一熱交換部靠上方，上述第一氣體供給部之上述第二冷凝器側之端部設置於較上述第二熱交換部靠下方，上述第二返送配管之上述第二冷凝器側之端部設置於較上述第一氣體供給部之上述第二冷凝器側之端部靠下方。
根據本創作，蒸發氣體自第一冷凝器及第二冷凝器之下方供給，再冷凝後之蒸發氣體自底部向冷凝器外排出。另一方面，未冷凝之成分自冷凝器之上部向冷凝器外排出。因此，於第一冷凝器及第二冷凝器之內部，藉由蒸發氣體與再冷凝之蒸發氣體接觸而產生精餾效果。藉由該精餾效果，可於冷凝器上部使氮等冷凝點較蒸發氣體低之成分濃縮，使再冷凝蒸發氣體中之低冷凝點成分(例如氮)減少。
(創作4)
於本創作之蒸發氣體再冷凝裝置中，上述第二冷凝器進而具備：第二排氣配管，其將上述第二冷凝器內之氣體導出；及排氣壓力調整閥，其以使上述第二排氣配管內之壓力成為既定值以下之方式進行控制；上述第二排氣配管可設置於較第二熱交換部靠上方。
第二排氣配管為將廢棄氮氣自第二冷凝器之氣相部去除之配管。
第二冷凝器內之氣相部由含有大量氮氣之蒸發氣體構成。該氮氣之濃度由第二冷凝器內之溫度與壓力而決定。因此，藉由利用排氣壓力調整閥將第二冷凝器內之壓力維持為既定之值以下(例如，較1.013bar~1.5bar之範圍低之值)，可使既定之濃度之氮氣自第二排氣配管排出。藉此，能夠將蒸發氣體中含有之氮去除，將去除了氮之再冷凝蒸發氣體返送至液化天然氣緩衝槽，其結果能夠使液化天然氣緩衝槽內之液化天然氣之熱量品質提高。
(創作5)
於本創作之蒸發氣體再冷凝裝置中，上述第二熱交換部可具備：第二冷媒送出流路，其將上述冷媒自上述第二熱交換部導出；冷媒緩衝槽，其儲留經由上述第二冷媒送出路之冷媒；第二冷媒返送流路，其將上述冷媒緩衝槽內之上述冷媒之液相部之至少一部分向上述第二熱交換部返送；及第二冷媒流量調整 閥，其控制上述冷媒之循環量。
(創作6)
於本創作之蒸發氣體再冷凝裝置中，上述冷媒緩衝槽可進而具備使上述冷媒緩衝槽內之上述冷媒之氣相部之至少一部分導出至上述第一熱交換部的第一冷媒返送流路。
(創作7)
於本創作之蒸發氣體再冷凝裝置中，上述冷媒可為液態氮及/或液態空氣。
第二熱交換部內之冷媒經由第二冷媒送出流路、冷媒緩衝槽、及第二冷媒返送流路，再次向第二熱交換部內循環。其原因在於，可利用起因於藉由進行蒸發氣體與冷媒之熱交換而產生之冷媒之溫度差的冷媒之密度之變動(熱虹吸)而使冷媒循環。於冷媒緩衝槽中，藉由將氣相部之冷媒向第一熱交換部傳送，將液相部之冷媒向第二熱交換部傳送，能夠使利用潛熱之熱交換功能與利用顯熱之熱交換功能分離。
於冷媒緩衝槽中，由於將冷媒分離為氣體與液體，故而熱交換器中之冷媒並非氣液混合相，而成為單一相(於第一熱交換部中使用之冷媒僅成為氣相，於第二熱交換部中使用之冷媒僅成為液相)。因此，能夠使第一熱交換部及第二熱交換部中之溫度調整變得容易。
即，於自冷媒緩衝槽向第一熱交換部導入氣相之冷媒之第一冷媒返送流路中，藉由調節冷媒之流量，可控制第一熱交換部之溫度。
第二熱交換部之溫度係藉由控制第二熱交換部內之冷媒液面，且藉由控制冷媒與蒸發氣體之傳熱面積而實現。於第二熱交換部內之溫度較所期望之溫度低之情形時，使第二冷媒流量調整閥關閉，或減少開度而使該第二冷媒流量調整閥前段儲留氣相之冷媒。藉此，使自冷媒緩衝槽經由第二冷媒返送流路向第二熱交換部流入之液相之冷媒量減少，使第二熱交換部之溫度上升。相反，於 必須使第二熱交換部之溫度降低之情形時，打開第二冷媒流量調整閥，使該第二冷媒流量調整閥前段之氣相之冷媒之壓力降低。藉此，自第二冷媒返送流路流入至第二熱交換部之液相之冷媒之量增加，第二熱交換部之溫度降低。
可謂，於任一個熱交換部中，因均利用單一相之冷媒而並非氣液混合相故使溫度調整變得容易。
又，供給至第二熱交換部之冷媒可如過冷狀態之液態氮(例如-196℃)般以較蒸發氣體之凝固點低之溫度供給，利用藉由設置冷媒緩衝槽所帶來之緩衝作用能夠防止該熱交換部之運轉溫度達到蒸發氣體之冷凝點。自熱效率之觀點而言，其意味著能夠使用冷熱能量更多之狀態之冷媒，與使用以避開蒸發氣體之冷凝之方式進行溫度調整後之冷媒之情形時相比，可降低冷媒之消耗量。
冷媒只要為可使蒸發氣體冷卻至其冷凝點以下並冷凝者即可，例如只要為液態氮或液態空氣即可。亦可為液態氮與液態空氣之混合物。冷媒既可為液體狀態，亦可為氣體狀態。
液態氮由於為低活性且不可燃，故而當使用於處理可燃性之液化天然氣之設備中時於安全上尤其適合。液態氮必須將氮自空氣分離，相對於此，液態空氣不需要分離操作，故而於能量上較為有利。因此，既可將液態空氣而並非液態氮用作蒸發氣體再冷凝之冷媒，亦可使氮為中間媒體而與液態空氣進行熱交換，使已經液化之液態氮與蒸發氣體進行熱交換。
(創作8)
本創作之液化天然氣儲藏系統具備：創作1至創作7中任一項之蒸發氣體再冷凝裝置；液化天然氣槽，其儲藏液化天然氣；液化天然氣槽蒸發氣體排出配管，其將上述液化天然氣槽內之蒸發氣體導入至上述液化天然氣緩衝槽；及液化天然氣緩衝槽液化天然氣排出配管，其將上述液化天然氣緩衝槽內之液化天 然氣之液相之至少一部分返送至上述液化天然氣槽內。
於已自液化天然氣船等接收液化天然氣之液化天然氣槽直接安裝用以使液化天然氣再冷凝之冷凝器，使再冷凝蒸發氣體直接返送至液化天然氣槽亦為可能。另一方面，亦可使再冷凝蒸發氣體先由液化天然氣緩衝槽接收，然後利用泵等自液化天然氣緩衝槽返送至液化天然氣槽。液化天然氣緩衝槽具有確保泵之NPSH(Net Positive Suction Head，淨有效吸水頭)之功能。又，具有如下功能：於將再冷凝蒸發氣體自該液化天然氣緩衝槽向液化天然氣槽返送時，藉由使液化天然氣槽內之氣相部分由液化天然氣緩衝槽接收，而使液化天然氣槽之壓力上升減少。
1‧‧‧蒸發氣體再冷凝裝置
11‧‧‧蒸發氣體導出配管
12‧‧‧液化天然氣緩衝槽
13‧‧‧冷媒緩衝槽
21‧‧‧第一冷媒流量調整閥
22‧‧‧第二冷媒流量調整閥
23‧‧‧排氣壓力調整閥
25‧‧‧冷媒壓力調整閥
33‧‧‧液化天然氣槽
111‧‧‧第一冷凝器
112‧‧‧第一熱交換部
113‧‧‧第一返送配管
114‧‧‧第一氣體供給部
115‧‧‧第一冷媒返送流路
116‧‧‧第一冷媒送出流路
211‧‧‧第二冷凝器
212‧‧‧第二熱交換部
213‧‧‧第二返送配管
214‧‧‧第二排氣配管
215‧‧‧第二冷媒返送流路
216‧‧‧第二冷媒送出流路
301‧‧‧位準指示調整計
302‧‧‧第一壓力指示調整計
303‧‧‧運算部
304‧‧‧第二壓力指示調整計
305‧‧‧第三壓力指示調整計
圖1係表示實施形態1之蒸發氣體再冷凝裝置之構成例之圖。
圖2係表示實施形態2之液化天然氣儲藏系統之構成例之圖。
圖3係表示實施形態1之蒸發氣體再冷凝裝置之構成例之圖。
以下對本創作之幾個實施形態進行說明。以下將說明之實施形態係說明本創作之一例者。本創作並不受以下之實施形態任何限定，亦包含於不變更本創作之主旨之範圍中實施之各種變形形態。再者，並未限定以下將說明之構成全部為本創作必須之構成。
(實施形態1)
參照圖1對實施形態1之蒸發氣體再冷凝裝置進行說明。
蒸發氣體再冷凝裝置1具有液化天然氣緩衝槽12、第一冷凝器111、及第二 冷凝器211。第一冷凝器111具有第一熱交換部112。第二冷凝器211具有第二熱交換部212。
液化天然氣緩衝槽12只要為具有可儲藏液化天然氣之構造者即可，自液化天然氣船等直接接收液化天然氣亦可，為暫時保存使從自液化天然氣船接收液化天然氣之液化天然氣槽(未圖示)產生之蒸發氣體再冷凝後所得之再冷凝蒸發氣體的緩衝槽亦可。
於液化天然氣緩衝槽12內產生之蒸發氣體自蒸發氣體導出配管11向第一冷凝器111導入。向第一冷凝器111導入之蒸發氣體之至少一部分於第一熱交換部112內藉由與冷媒之熱交換而再冷凝。再冷凝後之蒸發氣體經由第一返送配管113而向液化天然氣緩衝槽12返送。導入至第一冷凝器111之蒸發氣體中的於第一冷凝器111內未冷凝之部分自第一氣體供給部114向第二冷凝器211導入。向第二冷凝器211導入之蒸發氣體之至少一部分於第二熱交換部212與冷媒進行熱交換，藉此再冷凝。再冷凝後之蒸發氣體經由第二返送配管213向液化天然氣緩衝槽12返送。
第一氣體供給部114為供蒸發氣體流通之配管。
液化天然氣緩衝槽12只要為供給、儲藏液化天然氣之儲槽則並不特別限定，亦可為進行液化天然氣之一次儲藏之儲槽，亦可為於進行液化天然氣之一次儲藏之儲槽中進行暫時儲藏以供於第一冷凝器111及第二冷凝器211中冷凝之蒸發氣體返送的緩衝槽。
於第二熱交換部212中所使用之冷媒被導入至該第二熱交換部212，於與第二冷凝器211內之蒸發氣體進行熱交換之後經由第二冷媒送出流路216向第一熱交換部112導入。向第一熱交換部112導入之冷媒進一步與第一冷凝器111內之蒸發氣體進行熱交換。
於本實施形態中，冷媒只要為可使蒸發氣體冷卻至其冷凝點以 下而冷凝者即可，例如只要為液態氮或液態空氣即可。冷媒(例如氮)係以液體狀態向第二熱交換部212導入。此時之冷媒(液態氮)之溫度只要為蒸發氣體之液化溫度以下即可，例如為-170℃以下。液態氮於第二熱交換部212中與蒸發氣體進行熱交換之後自第一冷媒返送流路115向第一熱交換部112導入。冷媒以液體狀態向第一熱交換部112導入亦可，以將冷媒之一部分或全部氣化之狀態向第一熱交換部112導入亦可。於第一熱交換部112中，以較第二熱交換部212高之溫度(例如-162℃)進行熱交換，而將第一冷凝器111內之蒸發氣體之一部分冷凝。於第一熱交換器111中進行熱交換之後，成為冷媒之一部分或全部氣化之狀態。該冷媒亦可被廢棄，但再次冷卻後液化，再利用亦可。
(冷凝器與配管之位置關係)
蒸發氣體導出配管11之第一冷凝器111側端部設置於較第一熱交換部112之下端靠下方。其原因在於，藉由一面使蒸發氣體自第一熱交換部112之下端向上方流通一面進行熱交換，而使自下方向上方流通之蒸發氣體，與自上方向下方流通之再冷凝蒸發氣體接觸從而獲得精餾效果。藉由精餾效果，而使包含大量低沸點化合物(例如氮)之氣體儲留於第一冷凝器111之上方，該氣體自第一冷凝器111之上方經由第一氣體供給部114向第二冷凝器211傳送。
由於相同之理由，第一氣體供給部114之第二冷凝器211側端部設置於較第二熱交換部212之下端靠下方。於第二冷凝器211內，蒸發氣體亦自第二熱交換部212之下方向上方流通，而與自上方向下方流通之再冷凝蒸發氣體接觸。藉由精餾效果，使得於第二冷凝器211之上部儲留包含更多低沸點化合物(例如氮)之氣體，作為廢棄氮而自第二排氣配管214排出。
積存於第一冷凝器111之下方之再冷凝蒸發氣體自第一返送配管113向液化天然氣緩衝槽12返送。積存於第二冷凝器211之下方之再冷凝蒸發氣體自第二返送配管213向液化天然氣緩衝槽12返送。由於在第一冷凝器111及第二冷凝器 211之底部儲留固定量之再冷凝蒸發氣體，故而較佳為蒸發氣體導出配管11之第一冷凝器111側端部位於較所儲留之再冷凝蒸發氣體液面靠上方。
(冷媒緩衝槽)
雖可自第二熱交換部212向第一熱交換部112直接導入冷媒，但經由冷媒緩衝槽13而導入亦可。自第二熱交換部212導出之冷媒自第二冷媒送出流路216導入至冷媒緩衝槽13。導入至冷媒緩衝槽13之冷媒中之液相部分儲留於冷媒緩衝槽13之下方，自第二冷媒返送流路215再次向第二熱交換部212傳送。導入至冷媒緩衝槽13之冷媒中之氣相部分儲留於冷媒緩衝槽13之上方，自第一冷媒返送流路115向第一熱交換部112傳送。
冷媒於冷媒緩衝槽13內冷卻而使一部分被液化亦可。冷媒之冷卻使用例如液態空氣或液態氮亦可。使用液態氮作為冷媒，液態氮之冷卻亦使用液態氮亦可，但使用液態空氣亦可。
冷媒先導入至冷媒緩衝槽13，與循環之冷媒混合而供給至第二熱交換部212。系統內之冷媒量係藉由位準指示計301而指示，若冷媒量減少則打開第二冷媒流調整閥22並追加冷媒。
若藉由於熱交換部212內與蒸發氣體進行熱交換，而使冷媒之一部分氣化，則就冷媒之氣相部分而言，自第二冷媒送出流路216而使冷媒緩衝槽13中之氣相部之壓力上升，自冷媒緩衝槽13之下方將冷媒之液相部分推出。被推出之冷媒自第二冷媒返送流路215向第二熱交換部212導入。因此，冷媒緩衝槽13與第二熱交換部212之間之冷媒之移動可不使用泵等之動力而實施。
於第二冷媒送出流路216配置有第一冷媒流量調整閥21。第一冷媒流量調整閥21通常以全開狀態運用。
若於第二熱交換部212中因蒸發氣體過度冷凝等而使第二熱交換部212內之蒸發氣體壓力降低，則第二熱交換部212內之壓力相對於大氣壓成為負壓。藉 此會導致大氣混入第二熱交換部212內之蒸發氣體從而造成污染，或會導致第二熱交換部212之損壞。
為了解決該問題，利用第一壓力指示調整計304偵測第二熱交換部212內之蒸發氣體壓力，於判斷為由運算部303偵測出之蒸發氣體側壓力低於閾值之情形時進行將第一冷媒流量調整閥21關閉之控制。
此處，第一壓力指示調整計304配置於第二排氣配管214上，第二排氣配管214之壓力成為與第二熱交換部212內部之壓力同等之壓力，故而能夠藉由第一壓力指示調整計304而檢測第二熱交換部212內之壓力。
藉由將第一冷媒流量調整閥21關閉之控制，而使於第二熱交換部212內藉由熱交換而產生之蒸發氣體蓄積於第二熱交換部212之上部，因其壓力而將液冷媒推回至冷媒緩衝槽13。於是，可使第二熱交換部212中之熱交換停止，結果可停止蒸發氣體之進一步冷凝，從而防止第二熱交換部212內之蒸發氣體壓力成為負壓。若第二熱交換部212內之冷媒之液相部分自第二冷媒返送流路215向冷媒緩衝槽13逆流，則第二熱交換部212內之冷媒之液面降低。其結果，第二熱交換部212內之蒸發氣體與液相之冷媒之傳熱面積減少，可抑制蒸發氣體過度冷卻之現象。於第二熱交換部212內之溫度上升之情形時可使第一冷媒流量調整閥21之開度上升，使第二熱交換部212內之冷媒之液面上升，使蒸發氣體溫度降低。
第二熱交換部212之溫度既可藉由檢測第二熱交換部212之壁面之溫度或內部之冷媒溫度而測定，藉由檢測自第二熱交換部212排出之廢棄氮氣之溫度而取得亦可。
冷媒必須在如於第二熱交換部212中蒸發氣體不固化之溫度下運用，其溫度控制較佳為考慮了冷媒之氣液平衡之壓力控制。因此，藉由測定與調整第一冷媒供給流路115之壓力之第一壓力指示調整計302使冷媒壓力調整閥25開閉， 以控制第二熱交換部212之運轉壓力。
以控制第二熱交換部212內之蒸發氣體壓力之方式，藉由第三壓力指示調整計305將排氣壓力調整閥23開閉。
(其他實施形態)
第一冷凝器111與第二冷凝器211亦可如圖1所示並列地配置，但作為其他實施形態，於第一冷凝器111之下部配置第二冷凝器211亦可。於該情形時，第一氣體供給部114為位於第一冷凝器111與第二冷凝器211之間之氣體流通部。
又，作為其他實施形態，第一冷媒流量調整閥21配置於第二冷媒返送流路215亦可。於該情形時，以於第二熱交換部212內之溫度較所期望之溫度低時將第二冷媒流量調整閥21關閉，於第二熱交換部212內之溫度較所期望之溫度高時將第二冷媒流量調整閥21打開之方式進行控制。如以上所述，藉由控制第一冷媒流量調整閥21，即便於蒸發氣體之熱量變動較大之情形時亦可迅速地進行溫度調節，有效地使蒸發氣體再冷凝。
(實施形態2)
參照圖2對實施形態2之液化天然氣儲藏系統2進行說明。由於與實施形態1之蒸發氣體再冷凝裝置1相同之符號之要素具有相同之功能，故而省略其說明。
實施形態2之液化天然氣儲藏系統2具有接收移送來之液化天然氣之液化天然氣槽33、及接收液化天然氣槽內之蒸發氣體之液化天然氣緩衝槽12。液化天然氣槽33內之蒸發氣體一次性地儲留於液化天然氣緩衝槽12，然後藉由實施形態1之液化天然氣冷凝裝置1而再冷凝。再冷凝後儲留於液化天然氣緩衝槽12內之再冷凝蒸發氣體藉由泵而向液化天然氣槽33返送。若自液化天然氣緩衝槽12接收再冷凝蒸發氣體，則液化天然氣槽33內之液相(液化天然氣)之容積增加，氣相(蒸發氣體)部分之壓力上升。於液化天然氣槽33內之壓力 較既定之閾值(例如1.1bar)高之情形時，進行控制以於液化天然氣緩衝槽12內接收液化天然氣槽33內之蒸發氣體亦可。
(實施例1)
使用實施形態1之液化天然氣儲藏系統，藉由模擬而證實儲藏含有甲烷80重量%與氮20重量%之液化天然氣作為原料之情形時之各部中之壓力(barA)、溫度(℃)、流量(kg/h)、甲烷濃度(重量%)及氮濃度(重量%)。冷媒使用液態氮。
(結果)
若自液化天然氣槽對液化天然氣緩衝槽12以11,740kg/h之流量供給液化天然氣之蒸發氣體(-150℃，1.2barA)，則圖3中之各部A~F、a~e之壓力(barA)、溫度(℃)、流量(kg/h)、甲烷濃度(重量%)及氮濃度(重量%)獲得表1所示之結果。
圖3中之各部A~F係測定蒸發氣體之溫度等之部位，圖3中之各部a~e係測定冷媒氮之溫度等之部位。圖3中之各部A~F、a~e之位置如下所述。
A之位置為來自液化天然氣槽(未圖示)之蒸發氣體即將導入至液化天然氣緩衝槽12之前。A之位置中之測定結果與蒸發氣體導出配管11中之部位(圖3中之(A)所示)之測定結果同等。
B之位置處於第一氣體供給部114，為第一冷凝器111與第二冷凝器211之間。
C之位置處於第一返送配管113，為第一冷凝器111與液化天然氣緩衝槽12之間。
D之位置處於第二排氣配管214，為第二冷凝器211之上部出口部分。
E之位置處於第二返送配管213，為第二冷凝器211與液化天然氣緩衝槽12之間。
F之位置為液化天然氣緩衝槽12之底部出口部分，為液化天然氣緩衝槽12與液化天然氣槽(未圖示)之間。
a之位置為即將使冷媒之液態氮導入至冷媒緩衝槽13之前，為配置於冷媒緩衝槽13之前段之壓力調整器22與冷媒緩衝槽13之間。
b之位置處於第二冷媒返送流路215，為冷媒緩衝槽13與第二熱交換部212之間。
c之位置處於第二冷媒送出流路216，為第二熱交換部212與第一冷媒流量調整閥21之間。
d之位置處於第一冷媒返送流路115，為冷媒緩衝槽13與第一熱交換部112之間。
e之位置為第一熱交換部112之出口部分。
根據實施例1之結果，不使用壓縮器，可藉由利用作為冷媒之液態氮之潛熱及顯熱之兩者而以較高之熱交換效率將液化天然氣之蒸發氣體再冷凝。液化天然氣中之氮濃度於已自液化天然氣槽導入至液化天然氣緩衝槽12時為20.0重量%，相對於此，於已自第一冷凝器111返送至液化天然氣緩衝槽12時降低至1.1重量%(圖3中之C)。於已自第二冷凝器211返送至液化天然氣緩衝 槽12時，氮濃度稍微上升為20.6重量%(圖3中之E)，但是結果於自液化天然氣緩衝槽12向液化天然氣槽返送時降低至18.6重量%(圖3中之F)。因此，於本實施例中可減少液化天然氣之蒸發氣體中之氮。

Claims (8)

  1. 一種蒸發氣體再冷凝裝置，其將自液化天然氣緩衝槽內之液化天然氣氣化後之蒸發氣體再冷凝，且其特徵在於具備：蒸發氣體導出配管，其將蒸發氣體自上述液化天然氣緩衝槽導出；第一冷凝器，其使自上述蒸發氣體導出配管傳送之蒸發氣體之至少一部分冷凝；第一氣體供給部，其將上述第一冷凝器內之氣體之至少一部分自上述第一冷凝器向第二冷凝器供給；第一返送配管，其將上述第一冷凝器內之再冷凝蒸發氣體之至少一部分自上述第一冷凝器返送至上述液化天然氣緩衝槽；第二返送配管，其將上述第二冷凝器內之再冷凝蒸發氣體自上述第二冷凝器返送至上述液化天然氣緩衝槽；及第二排氣配管，其將上述第二冷凝器內之氣體之至少一部分自上述第二冷凝器排出；上述第一冷凝器具備第一熱交換部，上述第二冷凝器具備第二熱交換部，使於上述第二熱交換部中與上述第二冷凝器內之蒸發氣體熱交換後之冷媒之至少一部分，於上述第一熱交換部中與上述第一冷凝器內之蒸發氣體進一步進行熱交換。
  2. 如請求項1所述之蒸發氣體再冷凝裝置，其中上述第二熱交換部係進行上述第二冷凝器內之蒸發氣體之熱量與上述冷媒之潛熱之熱交換的潛熱交換部，上述第一熱交換部係進行上述第一冷凝器內之蒸發氣體之熱量與上述冷媒之顯熱之熱交換的顯熱交換部。
  3. 如請求項1或2所述之蒸發氣體再冷凝裝置，其中上述蒸發氣體導出配管之上述第一冷凝器側之端部設置於較上述第一熱交換部靠下方，上述第一返送配管之上述第一冷凝器側之端部設置於較上述蒸發氣體導出配管之上述第一冷凝器側之端部靠下方，上述第一氣體供給部之上述第一冷凝器側之端部設置於較上述第一熱交換部靠上方，上述第一氣體供給部之上述第二冷凝器側之端部設置於較上述第二熱交換部靠下方，上述第二返送配管之上述第二冷凝器側之端部設置於較上述第一氣體供給部之上述第二冷凝器側之端部靠下方。
  4. 如請求項1或2所述之蒸發氣體再冷凝裝置，其中上述第二冷凝器進而具備：第二排氣配管，其將上述第二冷凝器內之氣體導出；及排氣壓力調整閥，其以使上述第二排氣配管內之壓力成為既定值以下之方式進行控制；上述第二排氣配管設置於較第二熱交換部靠上方。
  5. 如請求項1或2所述之蒸發氣體再冷凝裝置，其中上述第二熱交換部具備：第二冷媒送出流路，其將上述冷媒自上述第二熱交換部導出；冷媒緩衝槽，其儲留經由上述第二冷媒送出路之冷媒；第二冷媒返送流路，其將上述冷媒緩衝槽內之上述冷媒之液相部之至少一部分向上述第二熱交換部返送；及第二冷媒流量調整閥，其控制上述冷媒之循環量。
  6. 如請求項1或2所述之蒸發氣體再冷凝裝置，其中上述冷媒緩衝槽進而具備使上述冷媒緩衝槽內之上述冷媒之氣相部之至少一部分導出至上述第一熱交換部的第一冷媒返送流路。
  7. 如請求項1或2所述之蒸發氣體再冷凝裝置，其中上述冷媒為液態氮及/或液態空氣。
  8. 一種液化天然氣儲藏系統，其具備：如請求項1至7中任一項之蒸發氣體再冷凝裝置；液化天然氣槽，其儲藏液化天然氣；液化天然氣槽蒸發氣體排出配管，其將上述液化天然氣槽內之蒸發氣體導入至上述液化天然氣緩衝槽；及液化天然氣緩衝槽液化天然氣排出配管，其將上述液化天然氣緩衝槽內之液化天然氣之液相之至少一部分返送至上述液化天然氣槽內。
TW107207726U 2017-11-21 2018-06-08 蒸發氣體再冷凝裝置及具備其的液化天然氣儲藏系統 TWM572422U (zh)

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