(57)【要約】      （修正有）【課題】払い出されるＬＮＧに蒸発ガスを直接接触させて再液化する方法において、両者間の界面面積を十分に確保すると共に、再液化後の液を供給圧力まで昇圧する昇圧動力を低減できる蒸発ガス再液化・昇圧装置を提供する。【解決手段】貯留槽３内に貯留された低温液体から発生する蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機７と、蒸発ガス圧縮機７によって圧縮された蒸発ガスと貯留槽３から送出された低温液体とを混合する混合装置１５とを備え、混合装置１５は、流路が縮径する縮径部２７と、縮径部２７の下流側で流路が拡径する拡径部２９と、縮径部２７の上流側であって低温液体送出管１３によって送出された低温液体を噴出する低温液体噴出部３１と、同じく縮径部２７の上流側であって蒸発ガス圧縮機７によって圧縮された蒸発ガスを噴出する蒸発ガス噴出部３２とを有するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留槽内に貯留された低温液体から発生する蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機と、前記貯留槽から低温液体を送出する低温液体送出管と、該低温液体送出管に設けられた送出ポンプと、前記蒸発ガス圧縮機によって圧縮された前記蒸発ガスと前記貯留槽から送出された低温液体とを混合する混合装置とを備えてなり、
前記混合装置は、流路が縮径する縮径部と、該縮径部の下流側で流路が拡径する拡径部と、前記縮径部の上流側であって前記低温液体送出管によって送出された低温液体を噴出する低温液体噴出部と、同じく前記縮径部の上流側であって前記蒸発ガス圧縮機によって圧縮された蒸発ガスを噴出する蒸発ガス噴出部とを有し、
前記混合装置において、前記蒸発ガスが凝縮して内圧が低下することで、前記低温液体と前記蒸発ガスを、それぞれ前記低温液体噴出部と前記蒸発ガス噴出部を介して連続的に噴出させて混合し、混合液を前記拡径部の通過時に昇圧して吐出するようにしたことを特徴とする蒸発ガス再液化・昇圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と言う場合あり）をはじめとする低温液化ガス（以下、低温液体）が貯留された貯留槽内で発生する蒸発ガス（「ボイルオフガス」、「ＢＯＧ」）を再液化する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス(ＬＮＧ)を始めとする低温液体をタンクで貯蔵する場合、タンクへの入熱によりタンク内の低温液体の一部が蒸発し、蒸発ガスが発生する。低温液体がＬＮＧの場合には、メタンを主成分とする蒸発ガスが発生する。
都市ガス製造プラントの場合、ＬＮＧから発生した蒸発ガスは、そのまま圧縮して都市ガスとして供給することも可能であるが、圧縮動力が非常に大きくなる。そこで、動力を削減するために、蒸発ガスを再液化して液の状態で昇圧した後再びガス化して都市ガスとして供給することが考えられる。再液化するには、蒸発ガスを圧縮し、冷却する工程を経ることになるが、蒸発ガスの冷却を払出ＬＮＧの冷熱で冷却する、つまり低温液体であるＬＮＧと圧縮された蒸発ガスを熱交換する再液化装置の例が、特許文献１〜３に提案されている。
【０００３】
特許文献１では、ＬＮＧと圧縮された蒸発ガスを熱交換器で熱交換する方式（間接熱交換方式）が開示されている。
特許文献２では、圧縮された蒸発ガスを払出ＬＮＧ内に直接吹き込む方式（直接接触熱交換方式）が開示されている。
特許文献３においては、蒸発ガスのＬＮＧ中への吹込み方法として、払い出されるＬＮＧの流れ方向と直交する方向もしくはＬＮＧの流れ方向に逆らう方向になるように蒸発ガス供給ノズルを配置するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開S55-145897号公報
【特許文献２】特開H9-59657号公報
【特許文献３】特開H8-173781号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたように、ＬＮＧと圧縮された蒸発ガスを熱交換器で熱交換する方式（間接熱交換方式）では、伝熱面積を確保するために大型の熱交換器が必要となるという問題がある。
また、特許文献２に開示された直接接触熱交換方式は、伝熱面を介さずに熱交換するため両者が接している界面での伝熱性能は向上する。しかし、直接接触熱交換方式では、気体である蒸発ガスと液体であるＬＮＧの密度の違いから二相に分離しやすく、界面面積（伝熱面積）が十分に確保できないため液化効率が悪くなりやすい。そのため、気体の蒸発ガスと液体のＬＮＧの界面面積をいかにして確保するかが重要であるが、特許文献２にはこの点については何らの開示もない。
しかしながら、特許文献３の方法でも、気体の蒸発ガスと液体のＬＮＧの界面面積（伝熱面積）を十分に確保できるとは言い難い。
【０００６】
また特許文献１〜３のいずれの技術においても、ＢＯＧを冷却する熱交換部分において圧力損失が生じるため、再液化装置出口側の液化したＢＯＧや熱交換後のＬＮＧの圧力は、装置供給前のそれぞれの圧力より低くなる。このため、所定供給圧力に対して再液化装置の圧力損失分だけ余分に昇圧することが必要となり、昇圧動力（ポンプ動力、圧縮機動力）が大きくなるという問題があった。
【０００７】
以上のように、払い出されるＬＮＧに蒸発ガスを直接接触させる方法においては、両者間の界面面積を十分に確保することが重要なポイントとなるが、従来技術においては、この点を満足できるものはなく、かかる技術の開発が望まれていた。
また、再液化後の液の昇圧動力が大きくならないような装置の開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
インジェクタは通常、水と水蒸気で作動し、水蒸気が水に凝縮する際に生ずる低圧で水と水蒸気を吸引しつつ、水蒸気が凝縮・混合した液が昇圧されて吐出される機構であり、水蒸気で駆動される一種の液ポンプである。
インジェクタが機能するためには、その作動流体が、気相（上記の水蒸気に相当）が液相（上記の水に相当）に凝縮する性質を有することが必須となる。
この点、貯留槽から送出される低温液体と蒸発ガスとの関係がこの要件を満たすことに着眼し、インジェクタの原理を利用することで、低温液体と蒸発ガスを混合すると共に混合液を昇圧して吐出することができると考えた。
本発明はかかる知見に基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
【０００９】
（１）本発明に係る蒸発ガス再液化・昇圧装置は、貯留槽内に貯留された低温液体から発生する蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機と、前記貯留槽から低温液体を送出する低温液体送出管と、該低温液体送出管に設けられた送出ポンプと、前記蒸発ガス圧縮機によって圧縮された前記蒸発ガスと前記貯留槽から送出された低温液体とを混合する混合装置とを備えてなり、
前記混合装置は、流路が縮径する縮径部と、該縮径部の下流側で流路が拡径する拡径部と、前記縮径部の上流側であって前記低温液体送出管によって送出された低温液体を噴出する低温液体噴出部と、同じく前記縮径部の上流側であって前記蒸発ガス圧縮機によって圧縮された蒸発ガスを噴出する蒸発ガス噴出部とを有し、
前記混合装置において、前記蒸発ガスが凝縮して内圧が低下することで、前記低温液体と前記蒸発ガスを、それぞれ前記低温液体噴出部と前記蒸発ガス噴出部を介して連続的に噴出させて混合し、混合液を前記拡径部の通過時に昇圧して吐出するようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る蒸発ガス再液化・昇圧装置においては、混合装置を用いて蒸発ガスと低温液体を高速で噴出させて混合するようにしたので、蒸発ガスを低温液体に効果的に接触させて再液化させることができ、また、混合装置によって混合液の液圧が昇圧されるので、供給圧力まで昇圧するためのポンプや圧縮機の昇圧幅を小さくすることができ、昇圧動力が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る蒸発ガス再液化・昇圧装置の説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る蒸発ガス再液化・昇圧装置の一部を詳細に説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
本発明に係る蒸発ガス再液化・昇圧装置１は、貯留槽３内の低温液体４（例えば、ＬＮＧ）から発生する蒸発ガスを抜き出す蒸発ガス抜出し管５によって供給される蒸発ガスを圧縮する蒸発ガス圧縮機７と、該蒸発ガス圧縮機７によって圧縮された蒸発ガスを混合装置１５に送出する蒸発ガス送出管９と、貯留槽３内に設けられたプライマリポンプ１１（本発明の「送出ポンプ」に相当する）によって低温液体を送出する低温液体送出管１３と、低温液体送出管１３と蒸発ガス送出管９とが連結され、蒸発ガスと低温液体とを混合する混合装置１５とを備えている。
混合装置１５の下流側には混合装置１５によって再液化された蒸発ガスと低温液体との混合液を送出する混合液送出管１７が設けられている。都市ガス製造プラントの場合、高圧のガス状態で供給するために、混合液送出管１７には混合液をさらに昇圧するセカンダリポンプ１９が設けられ、さらにその下流側には低温液体を気化する気化器２１が設けられている。
蒸発ガス再液化・昇圧装置１を構成する主な機器を詳細に説明する。
【００１３】
＜蒸発ガス送出管＞
該蒸発ガス圧縮機７によって圧縮された蒸発ガスを混合装置１５に送出する。
なお、蒸発ガス送出管９には、貯留槽３から払い出される低温液体の流量に応じて混合装置１５に供給する蒸発ガスの流量を制御する蒸発ガス流量制御弁２３が設けられている。
なお、図１では蒸発ガス流量制御弁２３は蒸発ガス圧縮機の下流側に設けられているが、蒸発ガス圧縮機の上流側に設けても良い。
【００１４】
＜低温液体送出管＞
低温液体送出管１３は、貯留槽３内に設けられたプライマリポンプ１１によって低温液体を混合装置１５に向けて送出する管体である。
低温液体送出管１３には、送出される低温液体の流量を調整する低温液体流量制御弁２５が設けられている。
【００１５】
＜蒸発ガス圧縮機＞
蒸発ガス圧縮機７は、蒸発ガスをプライマリポンプ１１の吐出圧と同等程度まで昇圧する。
【００１６】
＜混合装置＞
混合装置１５は、図２に示すように、流路が縮径する縮径部２７と、縮径部２７の下流側で流路が拡径する拡径部２９と、縮径部２７の上流側であって低温液体送出管１３によって送出された低温液体を噴出する低温液体噴出部３１と、同じく縮径部２７の上流側であって蒸発ガス圧縮機７によって圧縮された蒸発ガスを噴出する蒸発ガス噴出部３２とを有している。縮径部２７と拡径部２９の間に直管部を設けても良い。また、蒸発ガス噴出部３２は縮径形状とすることにより、蒸発ガスの噴出流速を増大することができる。
なお、図２では、低温液体噴出部３１の周囲に蒸発ガス噴出部３２を設けてあるが、逆に蒸発ガス噴出部の周囲に低温液体噴出部を設ける構造としても良い。
混合装置１５は、インジェクタを構成しており、以下のような作用を有している。
混合装置１５において、蒸発ガス送出管９から供給された蒸発ガスは、低温液体送出管１３から供給された低温液体と混じり合うことで凝縮し、これによって混合装置１５の内部は低温液体送出管１３から混合装置１５に供給される低温液体の圧力より低圧状態となり、低温液体を自吸する。一方、混合装置１５に供給される蒸発ガスは、混合装置１５に供給される低温液体と同等程度の圧力まで蒸発ガス圧縮機７により昇圧されており、蒸発ガスについても混合装置１５内部の方が低圧状態であるため自吸することになる。
【００１７】
蒸発ガスと低温液体は混合装置１５における低圧状態の縮径部２７に向かって吸引され、それぞれ低温液体噴出部３１と蒸発ガス噴出部３２から縮径部内に噴出する。気相の蒸発ガスは特に高速で噴出することになり、その速度を保ったまま低温液体噴流と接触して凝縮し、低温液体と一体となり混合液となる。
高速噴流となっている蒸発ガスの運動エネルギーは混合液にそのまま受け渡され、混合液は、低温液体の低温液体噴出部３１からの噴出速度よりも加速される。縮径部終端ではちょうど蒸発ガスが全量凝縮しきった混合液の単相状態となり、この加速された混合液の運動エネルギーは、混合液が拡径部２９を通過する際に減速されて圧力エネルギーに変換される。その結果、混合液は、供給される低温液体や供給される蒸発ガスの圧力より高い吐出圧を得て、混合液送出管１７に吐出される。
【００１８】
なお、本実施の形態では、一端側が混合装置１５の縮径部２７に連結され、他端が混合液送出管１７における後述する圧力制御バルブ３７の下流側に接続されているドレン管３３が設けられている。
ドレン管３３には、混合装置１５側の圧力が、混合液送出管１７における圧力制御バルブ３７の下流側の圧力より一定値以上高くなった場合に開放するバルブ３５を設ける。
ドレン管３３は、起動時において、縮径部２７に滞留するドレン（凝縮した低温液体）を抜き出して、蒸発ガスを縮径部２７に供給しやすくして、起動時における蒸発ガスの連続的な凝縮を円滑にできるようにするものである。
なお、ドレン管３３に設けるバルブ３５は逆止弁でもよい。
【００１９】
＜混合液送出管＞
混合液送出管１７は、下流側には混合装置１５によって再液化された蒸発ガスと低温液体との混合液を送出する。
混合液送出管１７には、吐出圧力を制御する圧力制御バルブ３７を設ける。また、圧力制御バルブ３７上流側に圧力計測手段と温度計測手段を設置し、混合装置１５吐出側の圧力と温度を計測してもよい。
【００２０】
＜動作説明＞
上記のように構成された蒸発ガス再液化・昇圧装置１の動作を説明する。
貯留槽３内の低温液体（例えば、ＬＮＧ）は、プライマリポンプ１１によって送出されて混合装置１５に導入される。また、蒸発ガスは、蒸発ガス抜出し管５を介して蒸発ガス圧縮機７に供給され、蒸発ガス圧縮機７によって昇圧された後、蒸発ガス送出管９を介して混合装置１５に導入される。
【００２１】
混合装置１５に導入された蒸発ガスは低温液体によって冷却されて凝縮する。蒸発ガスの凝縮によって、混合装置１５の圧力は低圧になって、低温液体送出管１３から低温液体が連続して吸い込まれ、低温液体噴出部３１から縮径部２７内に噴出する。同じく、蒸発ガスも混合装置１５内の低圧に向かって連続して吸い込まれ、蒸発ガス噴出部３２から縮径部２７内に噴出する。気相の蒸発ガスは特に高速で噴出することになり、その速度を保ったまま低温液体噴流と接触して凝縮し、低温液体と一体となり混合液となる。
高速噴流となっている蒸発ガスの運動エネルギーは混合液にそのまま受け渡され、混合液は、低温液体の低温液体噴出部からの噴出速度よりも加速される。縮径部終端ではちょうど蒸発ガスが全量凝縮しきった状態となり、この加速された混合液の運動エネルギーは、混合液が拡径部を通過する際に減速されて圧力エネルギーに変換される。その結果、混合液は、供給される低温液体や供給される蒸発ガスの圧力より高い吐出圧を得る。混合液は、混合液送出管１７に吐出される。都市ガス製造プラントの場合、混合液送出管１７に吐出された混合液はセカンダリポンプ１９に送り出され、セカンダリポンプ１９で昇圧され、気化器２１で気化されて都市ガスとして需要側に送出される。
【００２２】
縮径部２７の圧力が、混合液送出管１７における圧力制御バルブ３７の下流側の圧力より高い状態ではドレン管３３に設けたバルブ３５が開となり、ドレン管３３を介して低温液体が混合液送出管１７へ排出される。縮径部２７の圧力が低下するとバルブ３５が閉じるとともに、拡径部２９下流端における混合液の圧力が高くなり、圧力制御バルブ３７が開放して混合液が混合液送出管１７に吐出される。
【００２３】
また、混合液送出管１７の圧力制御バルブ３７上流側に圧力計測手段と温度計測手段を設置し、これらによって計測される混合液の圧力と温度によって、低温液体と蒸発ガスの流量を制御するようにしても良い。
あらかじめ得られている、低温液体の飽和液の圧力と温度の関係から、圧力計測手段で計測された混合液の圧力Ｐｍからその飽和温度Ｔｓを算出し、温度計測手段で計測された混合液の温度Ｔｍが前記飽和温度Ｔｓより低く維持されるように低温液体流量調節弁２５および、蒸発ガス流量調節弁２３を調整する。
【００２４】
なお、低温液体流量調節弁２５を制御する代わりに、液ポンプであるプライマリポンプ１１にインバータなどの容量制御手段を付加して、直接プライマリポンプ１１の運転容量を制御してもよい。同じく、蒸発ガス流量調節弁２３を制御する代わりに、蒸発ガス圧縮機７にインバータなどの容量制御手段を付加して、直接蒸発ガス圧縮機７の運転容量を制御してもよい。
【００２５】
なお、低温液体流量に対する蒸発ガス流量が大きくなるほど混合液温度Ｔｍは高くなる傾向にあるため、混合液温度Ｔｍが上昇して前記飽和温度Ｔｓに近づいた場合には、低温液体流量を増大させるか、蒸発ガス流量を減少させるように制御するとよい。一般的には低温液体の送出流量は他の要因、例えば都市ガス需要などにより決められる場合が多く、その場合には蒸発ガス流量側を制御することになる。また、低温液体と蒸発ガスの圧力、温度条件がほぼ一定で変動の少ない場合には、低温液体と蒸発ガスのそれぞれの流量を計測する流量計測手段（図示せず）で得られる流量情報により、蒸発ガスと低温液体の流量比（＝蒸発ガス流量／低温液体流量）が所定値以下となるように制御するようにしても良い。
【００２６】
本実施の形態においては、混合装置１５によって混合液の液圧が昇圧されるので、供給圧力まで昇圧するためのポンプや圧縮機の昇圧幅を小さくすることができ、昇圧動力が低減される。
また、混合装置１５を用いて蒸発ガスと低温液体を高速で噴出させて混合するようにしたので、蒸発ガスを低温液体と効果的に接触させて再液化させることができ、後段のプロセスへの制約を低減することが可能となる。例えば都市ガス製造プラントの場合、混合装置１５下流側に設置されたセカンダリポンプ１９に蒸発ガスが気体のまま流入してセカンダリポンプ１９に障害が発生するのを防止できる。
また、蒸発ガスの再液化が効率よく短時間で完了するため、混合装置１５からセカンダリポンプ１９までの距離を短く設定することができ、機器レイアウトの自由度が向上し、設置面積を低減できるという効果もある。
なお、図１で示した実施形態では、本発明の蒸発ガス再液化・昇圧装置を都市ガス製造プラントに適用した例を示したが、蒸発ガス再液化・昇圧装置を他の用途に適用する場合には、混合液送出管１７にセカンダリポンプ１９や気化器２１を設置する必要は必ずしもない。
【符号の説明】
【００２７】
１  蒸発ガス再液化・昇圧装置
３  貯留槽
４  低温液体
５  蒸発ガス抜出し管
７  蒸発ガス圧縮機
９  蒸発ガス送出管
１１  プライマリポンプ
１３  低温液体送出管
１５  混合装置
１７  混合液送出管
１９  セカンダリポンプ
２１  気化器
２３  蒸発ガス流量制御弁
２５  低温液体流量制御弁
２７  縮径部
２９  拡径部
３１  低温液体噴出部
３２  蒸発ガス噴出部
３３  ドレン管
３５  バルブ
３７  圧力制御バルブ
【図１】
2014159859.tif 000003
【図２】
2014159859.tif 000004