(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＮＧを貯蔵するタンクから発生するＢＯＧを再液化する方法であって、
タンクから昇圧して取出されるＬＮＧの一部を分岐し、
分岐したＬＮＧに、ＢＯＧを同じ圧力に昇圧して混合し、
ＬＮＧとＢＯＧとの混合流体を昇圧されたＬＮＧの残部と熱交換して、ＢＯＧを液化させることを特徴とするＬＮＧ利用のＢＯＧ再液化方法。
【請求項２】
前記タンクから取出されるＬＮＧおよびＢＯＧは、４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇに昇圧され、
前記ＢＯＧに混合されるＬＮＧの量は、ＢＯＧの１／３〜２／３であり、
前記ＬＮＧの残部が熱交換を行う圧力は、２０ｋｇ／ｃｍ２Ｇ〜３０ｋｇ／ｃｍ２Ｇであることを特徴とする請求項１記載のＬＮＧ利用のＢＯＧ再液化方法。
【請求項３】
前記熱交換では、前記ＬＮＧの残部の潜熱まで利用して、前記ＢＯＧを液化させることを特徴とする請求項１または２記載のＬＮＧ利用のＢＯＧ再液化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と略称する）を貯蔵する際に発生するボイルオフガス（以下、「ＢＯＧ」と略称する）を、ＬＮＧの有する冷熱を利用して液化させるＬＮＧ利用のＢＯＧ再液化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガスの原料などに広く使用されているＬＮＧは、ＬＮＧタンカーで大量に運搬され、ＬＮＧタンクなどに一旦貯蔵された後、需要に応じて取出される。ＬＮＧは約−１６０℃の超低温の液体であり、都市ガスの原料としては、気化させて常温まで昇温させる必要がある。一方で、ＬＮＧタンクの断熱壁を通じて大気などからの熱が入り込む自然入熱などによって、ＢＯＧが発生し、ＬＮＧタンク内圧力は、たとえば大気圧よりも僅かに高い程度の一定気内に保持される。自然入熱等によって発生するＢＯＧは、コンプレッサで昇圧して直接燃料などとして消費するために送出したり、昇圧後再液化してＬＮＧタンク内に戻すか、またはＬＮＧタンクから送り出されるＬＮＧと混合することなどによって処理されている。
【０００３】
特開昭５６−４１２９７号公報には、ＢＯＧの処理方法として、ＢＯＧにエタンやプロパン等の炭化水素を添加し、ＬＮＧと熱交換して再液化した後、ポンプで昇圧してＬＮＧと混合して送出するようにしている。この場合、添加する炭化水素は液化したＢＯＧから分離して生成したり、外部から導入することになる。しかしながら、ＢＯＧから分離する場合は、分離装置が必要になるので、装置および運転が繁雑になる。外部から導入する場合は、常温の炭化水素をＢＯＧと同様に液化しなければならず、再液化に使用するＬＮＧの量が増えて、結果的には効率的でなくなる。さらに、ＬＮＧとの熱交換では、ＬＮＧの顕熱しか利用しておらず、ＢＯＧを液化するためには多量のＬＮＧを必要とする。たとえばＢＯＧ１トンを液化するのに必要なＬＮＧは６〜７トンとなってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＮＧタンクなどから発生するＢＯＧは、自然入熱等によって常時発生するとともに、ＬＮＧタンカーなどからＬＮＧタンクにＬＮＧの供給が行われる際などには大量に発生する。ＢＯＧの再液化に、ＬＮＧを気化させて常温まで昇温させる際に発生する冷熱の一部を利用するとしても、ＬＮＧタンクから送出されるＬＮＧの需要量とＢＯＧの発生量とは必ずしも対応せず、ＬＮＧタンカーなどの入船時には、大量のＢＯＧが発生しても冷熱を利用可能なＬＮＧの送出量は少ないことがある。
【０００５】
ＢＯＧは、ＬＮＧに含まれる複数の成分のうち、メタンが大部分を占める。このため、燃料としての性状がＬＮＧと異なる。したがって、プロパンやブタンを加えて、ＬＮＧを主成分とする都市ガスと同じ熱量にしても性状が異なり、燃焼性の大きな変動を許容しない用途には使えない。しかも、ＢＯＧの発生量は変動するので、ＢＯＧを燃料として効率的に使用することは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、ＬＮＧタンクから発生するＢＯＧを少ない量のＬＮＧの冷熱を利用して再液化することができるＬＮＧ利用のＢＯＧ再液化方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＬＮＧを貯蔵するタンクから発生するＢＯＧを再液化する方法であって、
タンクから昇圧して取出されるＬＮＧの一部を分岐し、
分岐したＬＮＧに、ＢＯＧを同じ圧力に昇圧して混合し、
ＬＮＧとＢＯＧとの混合流体を昇圧されたＬＮＧの残部と熱交換して、ＢＯＧを液化させることを特徴とするＬＮＧ利用のＢＯＧ再液化方法である。
【０００８】
本発明に従えば、ＬＮＧを貯蔵するタンクから、使用するためのＬＮＧが昇圧して取出される。昇圧されたＬＮＧの一部を分岐し、ＬＮＧタンクから発生するＢＯＧを同じ圧力に昇圧して混合する。ＢＯＧは、ＬＮＧの有する冷熱で予冷され、かつ成分にメタン以外のＬＮＧの成分も加わるので、冷却の際の気相から液相への相変化も含む温度特性を示すクーリングカーブがＬＮＧに近いカーブを示すようになる。ＬＮＧとＢＯＧとの混合流体は、昇圧されたＬＮＧの残部と熱交換される。混合流体のクーリングカーブがＬＮＧのクーリングカーブに近いので熱交換の際にＬＮＧが昇温し、気化する相変化の際に示すヒーティングカーブに近い形状となり、熱交換の際の混合流体とＬＮＧとの間の温度差を小さくして、相変化を伴わない顕熱ばかりではなく、相変化に伴う潜熱についても熱交換し、効率的な熱交換を行い、ＢＯＧの再液化に必要なＬＮＧの量を少なくすることができる。たとえば、ＬＮＧを都市ガスの原料として使用し、ＬＮＧタンカーからＬＮＧタンクへのＬＮＧの供給を都市ガスの需要が少ない夜間に行うような場合であっても、発生する多量のＢＯＧを、少ない消費量のＬＮＧの冷熱を利用して再液化することができる。
【０００９】
また本発明で前記タンクから取出されるＬＮＧおよびＢＯＧは、４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇに昇圧され、
前記ＢＯＧに混合されるＬＮＧの量は、ＢＯＧの１／３〜２／３であり、
前記ＬＮＧの残部が熱交換を行う圧力は、２０ｋｇ／ｃｍ２Ｇ〜３０ｋｇ／ｃｍ２Ｇであることを特徴とする。
【００１０】
本発明に従えば、ＬＮＧを貯蔵するタンクから４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇに昇圧してＬＮＧを取出す際に、ＢＯＧも同一の圧力に昇圧して、ＢＯＧの１／３〜２／３のＬＮＧを混合するので、ＢＯＧは予冷され、かつ成分がＬＮＧに近づいて、相変化を含むクーリングカーブをＬＮＧのヒーティングカーブに近い形状にすることができる。ＬＮＧと混合流体を熱交換する際に、ＬＮＧは２０ｋｇ／ｃｍ２Ｇ〜３０ｋｇ／ｃｍ２Ｇに減圧するので、ＬＮＧ量の約半分以上のＢＯＧを液化させることができる。
【００１１】
また本発明の前記熱交換では、前記ＬＮＧの残部の潜熱まで利用して、前記ＢＯＧを液化させることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、ＬＮＧがＮＧに気化する際に発生する潜熱を利用して、少ないＬＮＧ量で効率良くＢＯＧの再液化を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態として、ＬＮＧの冷熱を利用してＢＯＧを再液化する装置の概略的な構成を示す。ＬＮＧタンク１には、大量のＬＮＧが貯蔵される。ＬＮＧは、ＬＮＧポンプ２によって約４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇに昇圧され、都市ガスなどの原料として送出される。なお、「Ｇ」はゲージ圧であることを示す。都市ガスの原料として使用されるＬＮＧは、気化させて常温付近まで昇温させる。ＬＮＧを気化させる際に必要な潜熱や昇温させる際に必要な顕熱として、ＢＯＧを液化させる際にＢＯＧから発生される潜熱を利用する。換言すれば、ＬＮＧの潜熱および顕熱の変化に基づく冷熱でＢＯＧを液化することになる。ＬＮＧの冷熱利用のため、ＬＮＧは減圧弁３で３０ｋｇ／ｃｍ２Ｇに減圧され、ＢＯＧ液化器４のＬＮＧ層５を通過する。ＢＯＧ液化器４のＬＮＧ層５を通過する間に、ＬＮＧは、−１５３℃から−７３．７℃まで昇温され、かつ気化される。ＬＮＧ層５の出側からは、気化した天然ガス（ＮＧ）が、２９．８ｋｇ／ｃｍ２Ｇの圧力で取出される。出側での温度は、−７３．７℃まで昇温されている。これによって、後工程でＮＧを常温まで昇温させるための熱量を減少させることができる。
【００１４】
ＬＮＧタンク１から発生するＢＯＧは、ＢＯＧコンプレッサ６によって、４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇまで昇圧される。ＢＯＧコンプレッサ６で昇圧されたＢＯＧは、冷却器７で冷却される。このときのＢＯＧの温度は、４５℃まで上昇する。冷却器７は、たとえば水冷式であり、冷却水が流れる伝熱管の周囲でＢＯＧを冷却する。冷却器７で冷却されたＢＯＧは、分岐管８で、ＬＮＧポンプ２の出側から分岐するＬＮＧと混合し、ＬＮＧの有する冷熱で−６２℃まで予冷される。ＬＮＧと混合して予冷されたＢＯＧを含む混合流体は、ＢＯＧ液化器４のＢＯＧ流路９を通過する。ＢＯＧ液化器４では、ＬＮＧ流路５を通過するＬＮＧとＢＯＧ流路９を通過するＢＯＧおよびＬＮＧの混合流体とが熱交換し、ＬＮＧ流路５では前述のようなＬＮＧの気化および昇温が行われ、ＢＯＧ流路９では混合流体の冷却が行われる。混合流体は−１４０℃まで冷却され、圧力も３８ｋｇ／ｃｍ２Ｇまで若干低下する。この混合流体は、減圧弁１０で減圧され、−１６１℃まで温度が低下するとともに、圧力は０．０６ｋｇ／ｃｍ２Ｇまで低下し、液体として、ＬＮＧタンク１に戻される。減圧弁１０からＬＮＧタンク１に戻される混合流体は、大部分が液化しているけれども、一部はフラッシュして気体の状態である。
【００１５】
次の表１は、図１のＢＯＧ再液化装置の動作の前提条件を示す。昇圧後のＢＯＧは、温度が４５℃で圧力は４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇである。またその流量は、時間あたりの重量として、１２ｔ／ｈとする。ＬＮＧは、圧力が４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇとなるまで昇圧させ、そのときの温度は−１５３℃であるとする。ＢＯＧ液化器４での熱交換の条件は、ＬＮＧの入側の圧力は任意であり、ＬＮＧ流路５およびＢＯＧ流路９の差圧はそれぞれ０．２ｋｇ／ｃｍ２であるとする。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
図２は、メタン濃度９９％のＢＯＧについてのクーリングカーブを示す。メタン濃度が９９％で単一成分に近いので、クーリングカーブは、気相と液相との相変化を生じる−８８℃付近で急激な変化を示す。この相変化の際には、気相または液相内での温度変化に関する顕熱に比較して大きい潜熱が関与する。
【００１８】
図３〜図７は、図１に示すようにＢＯＧを４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇに昇圧してＬＮＧを混合した混合流体の冷却曲線と、圧力を４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇ、３５ｋｇ／ｃｍ２Ｇ、３０ｋｇ／ｃｍ２Ｇ、２５ｋｇ／ｃｍ２Ｇ、２０ｋｇ／ｃｍ２ＧとしたＬＮＧのヒーティングカーブとの関係をそれぞれ示す。ＢＯＧにＬＮＧを混合しているので、相変化の温度が異なる成分が含まれ、クーリングカーブの変化は滑らかになって、特に図５に示すようなＬＮＧが３０ｋｇ／ｃｍ２Ｇの場合にはかなり類似度の高い曲線となる。
【００１９】
次の表２は、図５に示すように、ＢＯＧ液化器４のＬＮＧ流路５に入るＬＮＧの圧力を３０ｋｇ／ｃｍ２Ｇとし、ＢＯＧ流路９から出る液化したＢＯＧであるＬＢＯＧの温度を、−１４０℃、−１４３℃、−１４９℃とする３つのケースＢＯＧＮｅｗ１１、ＢＯＧＮｅｗ１２、ＢＯＧＮｅｗ１３についてのシミュレーション結果を示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
熱交換器としてのＢＯＧ液化器４のＢＯＧ流路９から出る再液化されたＢＯＧの出口温度を下げるほど、ＬＮＧタンク１へ戻したときのフラッシュ量を加味した液化量である正味の再液化量は増える。熱交換の際の流体間温度差である熱交ΔＴｍａｘは、ＬＢＯＧ温度が−１４３℃のときに最小となる。すなわち、熱交換の全域で均等に両流体のクーリングカーブとヒーティングカーブとが近づき、効率のよい熱交換を行うことができることが示されている。なお、予冷としてＢＯＧに混合するＬＮＧの量は、６ｔ／ｈである。
【００２２】
次の表３は、ＢＯＧに混合して成分調整と予冷とを行うためのＬＮＧ量の影響についてのシミュレーション結果を示す。ＬＮＧの量について、０、２、４、６、８、１０をそれぞれケースＢＯＧＮｅｗ１２０、ＢＯＧＮｅｗ１２１、ＢＯＧＮｅｗ１２２、ＢＯＧＮｅｗ１２、ＢＯＧＮｅｗ１２４、ＢＯＧＮｅｗ１２５としてそれぞれ示す。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
表３から、ＢＯＧを液化するのに必要なＬＮＧ（ＮＧ）量が最小となるのは、２ｔ／ｈ程度であることが判る。ただし、熱交換の際の流体間温度差が６３．８１℃となって大きくなるので、流体間温度差が１０よりも小さくなる６ｔ／ｈが最適であることが判る。流体間温度差およびＮＧ／ＬＢＯＧの値を考慮すると、ケースＢＯＧＮｅｗ１２２、ＢＯＧＮｅｗ１２、ＢＯＧＮｅｗ１２４の範囲であるＬＮＧ流量が４ｔ／ｈ〜８ｔ／ｈの範囲で、ＬＮＧをＢＯＧに混合すると、流体間の温度差もあまり大きくならず、かつＢＯＧの２倍程度のＬＮＧでＢＯＧの液化を行うことができることが判る。ＢＯＧは１２ｔ／ｈであるので、１／３〜２／３のＬＮＧを混合することになる。なお、ＢＯＧのＢＯＧ流路９の出口温度は−１４３℃であり、ＬＮＧ流路５へのＬＮＧの入側圧力は３０ｋｇ／ｃｍ２Ｇである。
【００２５】
次の表４は、熱交換器としてＢＯＧ液化器４のＬＮＧ流路５に入るＬＮＧの圧力を、２０、２５、３０、３５、４０ｋｇ／ｃｍ２Ｇと変えたケースＢＯＧＮｅｗ１２３１、ＢＯＧＮｅｗ１２３２、ＢＯＧＮｅｗ１２、ＢＯＧＮｅｗ１２３４、ＢＯＧＮｅｗ１２３５についてのそれぞれのシミュレーション結果を示す。なお、ＢＯＧＮｅｗ１２３１のケースは図７に相当し、ＢＯＧＮｅｗ１２３２のケースは図６に相当し、ＢＯＧＮｅｗ１２のケースは図５に相当し、ＢＯＧＮｅｗ１２３４のケースは図４に相当し、ＢＯＧＮｅｗ１２３５のケースは図３に相当する。
【００２６】
【表４】
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【００２７】
ＬＮＧ圧力は低いほど効率的で、ＢＯＧを液化するのに必要なＬＮＧ量が少なくて済むことが判るけれども、流体間温度差である熱交ΔＴｍａｘを考慮すると、ケースＢＯＧＮｅｗ１２の３０ｋｇ／ｃｍ２Ｇが最適であることが判る。なお流体間温度差は上昇するけれども、ＢＯＧを液化するのに必要なＬＮＧ量が少なくなる２５ｋｇ／ｃｍ２Ｇや２０ｋｇ／ｃｍ２Ｇの条件も、効率的なＢＯＧの液化が可能であることが判る。ここでも、ＢＯＧに添加するＬＮＧ量は６ｔ／ｈであり、ＢＯＧ流路の出側でのＬＢＯＧ温度は−１４３℃である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、再液化するＢＯＧを、ＬＮＧと混合して予冷し、かつ成分をＬＮＧに近づけてクーリングカーブをＬＮＧのヒーティングカーブに近い形状にするので、ＢＯＧとＬＮＧの混合流体と、ＬＮＧとを効率的に熱交換することができる。ＬＮＧは、熱交換の際に、ＢＯＧを再液化させるために顕熱を利用するとともに、液相から気相への変化にともなう潜熱も供給し、相対的に多くのＢＯＧの再液化に必要な冷熱を供給することができる。
【００２９】
また本発明によれば、ＬＮＧで予冷されるＢＯＧのクーリングカーブはＬＮＧに近づき、熱交換器の全領域にわたってＬＮＧのヒーティングカーブとフィットさせ、効率的な熱交換を行うことができる。これによって、ＢＯＧを１トン液化するのに必要なＬＮＧの量は約２トンとなり、従来の方法よりもかなり効率的にＢＯＧの再液化を行うことができる。
【００３０】
また本発明によれば、ＢＯＧの再液化にＬＮＧの潜熱も利用するので、少量のＬＮＧでＢＯＧを再液化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のＬＮＧ利用のＢＯＧ再液化のための概略的な構成を示す配管系統図である。
【図２】メタン９９％のＢＯＧについてのクーリングカーブとヒーティングカーブとを示すグラフである。
【図３】図１の実施形態でＬＮＧを混合したＢＯＧのクーリングカーブと、圧力を４０ｋｇ／ｃｍ２ＧとしたＬＮＧのヒーティングカーブとを示すグラフである。
【図４】図１の実施形態でＬＮＧを混合したＢＯＧのクーリングカーブと、圧力を３５ｋｇ／ｃｍ２ＧとしたＬＮＧのヒーティングカーブとを示すグラフである。
【図５】図１の実施形態でＬＮＧを混合したＢＯＧのクーリングカーブと、圧力を３０ｋｇ／ｃｍ２ＧとしたＬＮＧのヒーティングカーブとを示すグラフである。
【図６】図１の実施形態でＬＮＧを混合したＢＯＧのクーリングカーブと、圧力を２５ｋｇ／ｃｍ２ＧとしたＬＮＧのヒーティングカーブとを示すグラフである。
【図７】図１の実施形態でＬＮＧを混合したＢＯＧのクーリングカーブと、圧力を２０ｋｇ／ｃｍ２ＧとしたＬＮＧのヒーティングカーブとを示すグラフである。
【符号の説明】
１  ＬＮＧタンク
２  ＬＮＧポンプ
４  ＢＯＧ液化器
５  ＬＮＧ流路
６  ＢＯＧコンプレッサ
９  ＢＯＧ流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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