(57)【要約】  天然ガス精製設備７０で不純物を分離した天然ガスを液化する天然ガス液化プラントに動力を供給する天然ガス液化プラント用動力供給設備７１において、空気を圧縮する圧縮機７４、圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器７５、燃焼器からの燃焼ガスによって回転されるタービンを有するガスタービン設備７２と、ガスタービン設備の定格負荷運転中に、天然ガス精製設備で天然ガスから分離した二酸化炭素をガスタービン設備の冷却媒体としてガスタービン設備に供給する冷熱源供給系統８５とを備える。  これにより冷熱源供給系統からの二酸化炭素によってガスタービン設備の高温部品を充分に冷却できるので、ガスタービン設備の出力及び効率を低下させることなく信頼性を向上させることができる。
2009093315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガス精製設備で不純物を分離した天然ガスを液化する天然ガス液化プラントに動力を供給する天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器、該燃焼器からの燃焼ガスによって回転されるタービンを有するガスタービン設備と、
該ガスタービン設備の定格負荷運転中に、前記天然ガス精製設備で天然ガスから分離した二酸化炭素を前記ガスタービン設備の冷却媒体として前記ガスタービン設備に供給する冷熱源供給系統とを備えることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
【請求項２】
請求項１記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
前記冷熱源供給系統からの二酸化炭素の冷却対象は、前記タービンであることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
【請求項３】
請求項１記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
前記冷熱源供給系統からの二酸化炭素の冷却対象は、前記燃焼器であることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
【請求項４】
請求項１記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
前記ガスタービン設備を冷却した二酸化炭素を前記天然ガス精製設備に還流する冷熱源回収系統をさらに備えることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
【請求項５】
請求項１記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
前記ガスタービン設備の排ガスで熱媒体を加熱する排熱回収ボイラと、
該排熱回収ボイラからの熱媒体を前記天然ガス精製設備に循環供給する温熱源供給系統をさらに備えることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
【請求項６】
請求項１記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
前記ガスタービン設備は前記天然ガス液化プラントに電力供給する発電機と接続されていることを特徴とする天然ガス液化プラント用動力供給設備。
【請求項７】
採掘した天然ガスから不純物を分離する天然ガス精製設備と、
該天然ガス精製設備からの天然ガスを第１冷媒で冷却する主熱交換器と、
該主熱交換器に供給するための第１冷媒を圧縮して冷却する第１冷凍サイクル系統と、
第１冷媒を冷却するための第２冷媒を圧縮して冷却し、前記第１冷凍サイクル系統からの第１冷媒を第２冷媒で冷却する第２冷凍サイクル系統と、
前記第１冷凍サイクル系統及び前記第２冷凍サイクル系統に動力を供給するガスタービン設備と、
該ガスタービン設備の定格負荷運転中に、前記天然ガス精製設備で天然ガスから分離した二酸化炭素を前記ガスタービン設備の冷却媒体として前記ガスタービン設備に供給する冷熱源供給系統とを備えることを特徴とする天然ガス液化プラント。
【請求項８】
請求項７記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
前記天然ガス精製設備は、
採掘した天然ガスから二酸化炭素を含む酸性ガスを吸収液で吸収する吸収塔と、
該吸収塔からの吸収液を減圧して二酸化炭素を分離する中間槽と、
該中間槽からの吸収液を減圧して酸性ガスを分離する再生塔とを備えていることを特徴とする天然ガス液化プラント。
【請求項９】
請求項８記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
前記中間槽は、その内部温度を調整する温度調整装置を備えていることを特徴とする天然ガス液化プラント。
【請求項１０】
請求項９記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
前記温度調整装置の熱源は、前記ガスタービン設備の排ガスを熱源とする排熱回収ボイラであることを特徴とする天然ガス液化プラント。
【請求項１１】
請求項７記載の天然ガス液化プラント用動力供給設備において、
前記ガスタービン設備を冷却した二酸化炭素を前記天然ガス精製設備に還流する冷熱源回収系統をさらに備えることを特徴とする天然ガス液化プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガスを液化する天然ガス液化プラント、及びこれに動力供給する天然ガス液化プラント用動力供給設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス田から採掘した天然ガスを精製・液化する天然ガス液化プラントでは、天然ガス産出地が都市部や他の工業施設から離れた地域に立地している等の制約から、プラント稼働に必要な動力をプラント内で自給することが多い。このような背景を受け、天然ガス液化プラントの動力供給設備としては、採掘した天然ガスを燃料にするガスタービン設備が用いられることがある（特表２００３−５１５７２０号公報等参照）。【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５１５７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガスタービン設備では、一般的に、タービン翼や燃焼器等の高温下に晒される部品（以下、高温部品）の冷却に作動流体となる圧縮空気の一部が利用されている。しかし、天然ガス産出地は中東・東南アジアなどの気温が高い地域が多く、圧縮空気を利用する冷却方法では高温部品の温度条件は過酷となる。また、その一方で、天然ガス液化プラントには、天然ガスの品質保持と生産量増大を図るために継続的かつ安定的な動力の確保が必要であり、その動力源であるガスタービン設備には他のプラントの場合と比較して高い信頼性が要求されている。【０００５】
高温部品の冷却を強化する１つの方策としては、冷却空気の流量を増加させることが考えられる。しかし、冷却空気の流量を増加すると、その分だけ燃焼空気が減少してガスタービン設備の出力及び効率が低下するので、ガスタービン設備のコストが増加してしまう。【０００６】
本発明の目的は、ガスタービン設備の出力及び効率の低下を招くことなく、高温部品を充分に冷却できる天然ガス液化プラント及びその動力供給設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、天然ガス精製設備で不純物を分離した天然ガスを液化する天然ガス液化プラントに動力を供給する天然ガス液化プラント用動力供給設備において、空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器、該燃焼器からの燃焼ガスによって回転されるタービンを有するガスタービン設備と、該ガスタービン設備の定格負荷運転中に、前記天然ガス精製設備で天然ガスから分離した二酸化炭素を前記ガスタービン設備の冷却媒体として前記ガスタービン設備に供給する冷熱源供給系統とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、二酸化炭素によってガスタービン設備の高温部品を充分に冷却できるので、ガスタービン設備の出力及び効率を低下させることなく信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図において、天然ガス精製設備７０と動力供給設備７１を詳細に示した図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図。
【符号の説明】
【００１０】
１      冷媒圧縮機
５      電気モータ
２０      天然ガス導入配管
２１      主熱交換器
２７      気液分離器
６０      第１冷凍サイクル系統（混合冷媒冷凍サイクル系統）
６１      第２冷凍サイクル系統（プロパン冷凍サイクル系統）
６５      電気モータ
７０      天然ガス精製設備
７１      動力供給設備
７２      ガスタービン設備
７３      発電機
７４      圧縮機
７５      燃焼器
７６      タービン
７７      冷熱源流路
７９      流量調節弁
８５      冷熱源供給系統
８６      冷熱源回収系統
９０      吸収塔
９１      中間槽
９２      再生塔
９４      熱交換器
９７      ガス処理装置
１００      排熱回収ボイラ
１０１      伝熱管
１０３      温熱源供給系統
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。【００１２】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図である。【００１３】
この図に示した天然ガス液化プラントは、主に、天然ガス精製設備７０と、主熱交換器２１と、第１冷凍サイクル系統（混合冷媒冷凍サイクル系統）６０と、第２冷凍サイクル系統（プロパン冷凍サイクル系統）６１と、動力供給設備（プラント用動力供給設備）７１と、冷熱源供給系統８５を備えている。【００１４】
天然ガス精製設備７０は、ガス田から採掘した天然ガス（原料天然ガス）６９から不純物を分離する処理（前処理）を行うものである。原料天然ガス６９に含まれる不純物は産地によって異なるが、例えば、二酸化炭素や硫化水素等の酸性ガスや、水分、水銀等がある。天然ガス精製設備７０は、原料天然ガスから二酸化炭素を分離する工程（以下、ＣＯ２分離工程という）を備えている。なお、ＣＯ２分離工程の一例については後に図を用いて説明する。【００１５】
天然ガス精製設備７０は、冷熱源供給系統８５を介して動力供給設備７１のガスタービン設備７２（後述）と接続されている。【００１６】
冷熱源供給系統８５は、天然ガス精製設備７０のＣＯ２分離工程で天然ガスから分離された二酸化炭素をガスタービン設備７２に供給するものである。冷熱源供給系統８５を介してガスタービン設備７２に供給された二酸化炭素は、ガスタービン設備７２の定格負荷運転中に高温環境下に晒される高温部品（例えば、タービン動翼、タービン静翼、燃焼器等）を冷却する冷却媒体として利用されている。また、冷熱源供給系統８５には流量調節弁７９が設けられており、ガスタービン設備７２に供給する二酸化炭素の流量を調節できるようになっている。【００１７】
また、天然ガス精製設備７０は、天然ガス導入配管２０を介して主熱交換器２１と接続されている。天然ガス導入配管２０内には、不純物が分離された天然ガスが流通している。【００１８】
主熱交換器２１は、天然ガス精製設備７０で不純物が分離された天然ガスを第１冷凍サイクル系統６０からの第１冷媒で冷却して液化するものである。【００１９】
主熱交換器２１には、天然ガス精製設備７０からの天然ガス導入配管２０が導入されている。天然ガス導入配管２０は、液化される天然ガスが流通するもので、主熱交換器２１の内部を通過した後、配管４５となって主熱交換器２１の外部まで延びている。配管２０は、主熱交換器２１の内部に設けられた伝熱経路３１，３２と、主熱交換器２１の外部に設けられた膨張弁３７を有している。天然ガス精製設備７０から供給された天然ガスは、主熱交換器２１内の伝熱経路３１，３２を通過する際にノズル３５，３６（後述）から噴霧される第１冷媒によって冷却され、さらに膨張弁３７で冷却されて液化天然ガスとなる。【００２０】
また、主熱交換器２１は、第１冷凍サイクル系統６０で冷却された第１冷媒が導入される気液分離器２７と配管４３及び配管４４を介して接続されており、第１冷媒の液相部分が流通する配管４３と気相部分が流通する配管４４は主熱交換器２１内に導入されている。【００２１】
配管４３は、主熱交換器２１の内部に導入された後に、いったん主熱交換器２１の外部に出され、その後、再び主熱交換器２１の内部に導入されてノズル３５と接続されている。配管４３は、主熱交換器２１の内部に設けられた伝熱経路２８と、主熱交換器２１の外部に設けられた膨張弁３３を有している。気液分離器２７から供給された第１冷媒の液相部分は、伝熱経路２８と膨張弁３３を通過する際に冷却され、ノズル３５を介して主熱交換器２１内に噴霧される。このようにノズル３５から噴霧された第１冷媒は、配管２０内の天然ガスや、配管４３，４４内の第１冷媒を冷却している。【００２２】
配管４４も、主熱交換器２１の内部に導入された後にいったん主熱交換器２１の外部に出され、その後再び主熱交換器２１の内部に導入されて、ノズル３６と接続されている。配管４４は、主熱交換器２１の内部に設けられた伝熱経路２９，３０と、主熱交換器２１の外部に設けられた膨張弁３４を有している。気液分離器２７から供給された第１冷媒の気相部分は、伝熱経路２９，３０と膨張弁３４を通過する際に冷却され、ノズル３６を介して主熱交換器２１内に噴霧される。このようにノズル３６から噴霧された第１冷媒は、配管２０内の天然ガスや、配管４３，４４内の第１冷媒を冷却している。【００２３】
第１冷凍サイクル系統（混合冷媒冷凍サイクル系統）６０は、主熱交換器２１に供給するための第１冷媒を圧縮して冷却するもので、主熱交換器２１で天然ガスの冷却に用いられた第１冷媒を圧縮する低圧冷媒圧縮機２３と、低圧冷媒圧縮機２３で圧縮された第１冷媒を冷却する中間冷却器２５と、中間冷却器２５で冷却された第１冷媒を圧縮する高圧冷媒圧縮機２４と、高圧冷媒圧縮機２４で圧縮された第１冷媒を冷却する後置冷却器２６と、動力供給設備７１から電力線（図示せず）を介して供給される電力によって低圧冷媒圧縮機２３及び高圧冷媒圧縮機２４を駆動する電気モータ６５を備えている。なお、本実施の形態における第１冷凍サイクル系統６０の作動流体（第１冷媒）は、メタン、エタン、及びプロパンを主成分とする混合冷媒（ＭＣＲ）である。【００２４】
低圧冷媒圧縮機２３の入口は主熱交換器２１に接続された配管４０と接続されており、後置冷却器２６の出口は配管４１と接続されている。配管４１は、後置冷却器２６の下流側において、第２冷凍サイクル系統６１の冷却器群（冷却器１５，１６，１７）を通過した後に気液分離器２７に接続されている。【００２５】
気液分離器２７は、配管４１を介して供給される第１冷媒の気液分離を行うもので、第１冷凍サイクル系統６０の出口（即ち、第３冷却器１７の出口）と配管４１を介して接続されている。気液分離器２７には、主熱交換器２１に第１冷媒の液相部分を供給する配管４３と、第１冷媒の気相部分を供給する配管４４が接続されている。【００２６】
第２冷凍サイクル系統（プロパン冷凍サイクル系統）６１は、第１冷媒を冷却するための第２冷媒を圧縮して冷却し、第１冷凍サイクル系統６０からの第１冷媒を第２冷媒で冷却するものである。第２冷凍サイクル系統６１は、冷媒圧縮機１と、電気モータ５と、凝縮器１０と、受液器１１と、第１冷却器１５、第２冷却器１６、及び第３冷却器１７を備えている。なお、本実施の形態における第２冷凍サイクル系統６１の作動流体（第２冷媒）はプロパンである。【００２７】
冷媒圧縮機１は、第２冷媒を圧縮するもので、駆動軸に連結された電気モータ５によって駆動されている。本実施の形態の冷媒圧縮機１は、高圧圧縮機４、中圧圧縮機３、低圧圧縮機２の３段から構成されている。高圧圧縮機４は配管５４を介して冷却器１５と、中圧圧縮機３は配管５５を介して冷却器１６と、低圧圧縮機２は配管５６を介して冷却器１７と接続されている。配管５４には流量調節弁６２が、配管５５には流量調節弁６３が、配管５６には流量調節弁６４が設けられている。流量調節弁６２，６３，６４は、冷媒圧縮機１の運転状態に応じて、各圧縮機４，３，２への吸い込み流量を調整するものである。電気モータ５の電力は電力線（図示せず）を介して動力供給設備７１から供給されている。【００２８】
凝縮器１０は、冷媒圧縮機１の出口と配管５０を介して接続されており、冷媒圧縮機１によって圧縮された第２冷媒を大気又は海水等で冷却して凝縮している。【００２９】
受液器１１は、凝縮器１０の出口と接続されており、凝縮器１０で凝縮した第２冷媒を受け入れている。受液器１１内には凝縮して液化した第２冷媒が貯留されている。【００３０】
第１冷却器１５は、受液器１１の出口と配管５１を介して接続されており、配管５１に設けられた膨張弁１２を介して減圧膨張し減温した第２冷媒を受け入れている。第２冷却器１６は、第１冷却器１５と配管５２を介して接続されており、配管５２に設けられた膨張弁１３を介してさらに減温された第２冷媒を受け入れている。第３冷却器１７は、第２冷却器１６と配管５３を介して接続されており、配管５３に設けられた膨張弁１４を介してまたさらに減温された第２冷媒を受け入れている。【００３１】
第１冷却器１５、第２冷却器１６、及び第３冷却器１７の内部には第１冷媒（混合冷媒）が流通する配管４１が配されている。冷却器１５，１６，１７に受け入れられた第２冷媒（プロパン）は、配管４１を流通する第１冷媒から熱を奪って蒸発し、第１冷媒を段階的に冷却する。これにより第１冷媒は、第３冷却器１７を通過した時点で、例えば−３５℃程度まで冷却される。また、冷却器１５，１６，１７は、圧縮機４，３，２とそれぞれ接続されており、冷却器１５，１６，１７から圧縮機４，３，２に供給される気相第２冷媒は圧縮機１内の第２冷媒の中間冷却も行っている。【００３２】
動力供給設備７１は、天然ガス液化プラントに動力を供給するもので、ガスタービン設備７２を備えている。ガスタービン設備７２は、空気を圧縮する圧縮機７４と、圧縮機７４からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器７５と、燃焼器７５からの燃焼ガスによって回転されるタービン７６と、タービン７６によって駆動される発電機７３を備えている。発電機７３で発生した電力は、電力線（図示せず）を介して電気モータ５や電気モータ６５等に供給され、プラントの動力として用いられている。ガスタービン設備７２の運転中には、冷熱源供給系統８５を介して天然ガス精製設備７０から二酸化炭素が供給されている。【００３３】
なお、本実施の形態では簡略のためガスタービン設備７２を１台のみ図示したが、プラントが要求する動力に応じて複数台のガスタービン設備を設けても良い。また、天然ガス液化プラントに動力を供給するには、ガスタービン設備７２のタービン７６に第１冷凍サイクル系統６０の圧縮機２３，２４や、第２冷凍サイクル系統６１の冷媒圧縮機１を直接接続する構成を利用しても良い。しかし、上記のように動力供給設備７１でプラントに供給する動力として電力を発生する場合には、下記の効果を得ることができる。【００３４】
天然ガス液化プラントでは、天然ガスの品質保持と生産量増大のために継続的かつ安定的な動力が必要であるため、その動力源である動力供給設備には、他のプラントと比較して特に高い信頼性が要求される。しかし、天然ガス液化プラントが設置される天然ガス産出地は、電力網が整備された都市部から離れていることが多く、ガスタービン設備の点検や故障時の動力確保が課題となることがある。ここで、上記のように、複数台のガスタービン設備で電力を発生するように構成すれば、一部のガスタービン設備が停止した場合にも、その電力損失分を正常稼働している他のガスタービン設備によって補填することができる。これにより、タービンに直接接続して冷媒圧縮機１等を駆動した場合と比較して、動力供給設備の信頼性を向上させることができる。【００３５】
図２は図１において天然ガス精製設備７０と動力供給設備７１を詳細に示した図である。なお、この図において、主熱交換器２１、第１冷凍サイクル系統６０、及び第２冷凍サイクル系統６１は簡略化してある。また、先の図と同じ部分には同じ符号を付し説明は省略する。【００３６】
この図において、天然ガス精製設備７０は、吸収塔９０と、熱交換器９４と、中間槽９１と、再生塔９２と、ガス処理装置９７を備えている。【００３７】
吸収塔９０は、酸性ガスを吸収する高圧・低温の吸収液（例えば、アミン系の溶液）を原料天然ガス６９と接触させ、原料天然ガス６９中の二酸化炭素を含む酸性ガスを吸収するものである。吸収塔９０内には、吸収液が噴霧されるノズル９０ａが設けられている。吸収塔９０の上部には天然ガス導入配管２０が接続されており、吸収塔９０の下部には配管８１が接続されている。配管８１は、熱交換器９４を経て中間槽９１に接続されており、熱交換器９４の下流側に設けられた膨張弁９５を備えている。【００３８】
熱交換器９４は、吸収塔９０で酸性ガスを吸収した吸収液と、再生塔９２で酸性ガスを放出した吸収液とを熱交換させるもので、吸収塔９０と中間槽９１の間、かつ再生塔９２と吸収塔９０の間に設けられている。【００３９】
中間槽９１は、吸収液に含まれた二酸化炭素の一部を分離するもので、中間槽９１内の温度及び圧力は吸収液から二酸化炭素を抽出できるように設定されている。中間槽９１の上部には、中間槽９１内で分離した二酸化炭素が流通する冷熱源供給系統８５が接続されており、中間槽９１の下部には、中間槽９１内で二酸化炭素の一部を放出した吸収液が流通する配管８８が接続されている。【００４０】
冷熱源供給系統８５における中間槽９１と流量調節弁７９との間の位置には、配管８２が接続されている。配管８２は、ガス処理装置９７と接続されており、中間槽９１からの二酸化炭素の一部をガス処理装置９７へ供給している。ガス処理装置９７は、原料天然ガス６９から分離された酸性ガスを処理する装置であり、ガスタービン設備７２に供給される二酸化炭素以外の酸性ガスはガス処理装置９７で回収される。また、配管８８は、再生塔９２内に設けられたノズル９２ａと接続されており、再生塔９２に至る経路に膨張弁９６を備えている。【００４１】
再生塔９２は、吸収液に含まれた酸性ガスを分離するもので、再生塔９２内の温度及び圧力は吸収液から酸性ガスを抽出できるように設定されている。再生塔９２の上部には、再生塔９２内で分離した酸性ガスが流通する配管８３が接続されており、再生塔９２の下部には、再生塔９２で酸性ガスを放出した吸収液が流通する配管８４が接続されている。【００４２】
配管８３は、配管８２と接続されており、再生塔９２で分離された酸性ガスをガス処理装置９７へ供給している。配管８４は、熱交換器９４を介して吸収塔９０のノズル９０ａと接続されており、再生後の吸収液を吸収塔９０に供給している。配管８４には、吸収液を昇圧するポンプ９９が設けられている。【００４３】
また、図２において、冷熱源供給系統８５は、流量調節弁７９の下流側で配管８５ａと配管８５ｂに分岐している。配管８５ａは、タービン７６に二酸化炭素を供給するもので、配管８５ｂは、燃焼器７５に二酸化炭素を供給するものである。【００４４】
配管８５ａからの二酸化炭素でタービン７６のタービン動翼やタービン静翼を冷却する構成としては、例えば、既存の圧縮空気（冷却空気）の流路に配管８５ａを接続して圧縮空気を二酸化炭素と混合する方法（オープン冷却）や、二酸化炭素の流路を別途設ける方法（クローズド冷却）があるが、二酸化炭素で冷却する分だけ冷却空気を燃焼空気として利用できること等を考慮すると後者の方が好ましい。一方、配管８５ｂからの二酸化炭素で燃焼器７５を冷却する構成としては、例えば、燃焼器ライナの外周側に二酸化炭素の流路を設ける方法がある。【００４５】
なお、高温部材と二酸化炭素を熱交換させる方法としては、高温部材を覆うような流路を設ける等して高温部材と二酸化炭素を直接的に熱交換させる方法や、高温部材に二酸化炭素が流通する流路を取り付ける等して高温部材と二酸化炭素を間接的に熱交換させる方法がある。また、ここではタービン７６と燃焼器７５を冷却する場合について説明したが、冷熱源供給系統８５から別途配管を分岐させる等して、他の高温部品を冷却する目的で二酸化炭素を利用しても勿論良い。【００４６】
次に本発明の第１の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの動作を説明する。【００４７】
上記のように構成される天然ガス液化プラントにおいて、吸収塔９０に導入された原料天然ガス６９は、吸収液と接触して二酸化炭素等の酸性ガスを吸収される。吸収液によって酸性ガスが分離された天然ガスは、天然ガス導入配管２０を介して主熱交換器２１に供給され、第１冷媒で冷却されて液化天然ガスとして精製される。【００４８】
一方、酸性ガスを吸収した吸収液は、配管８１を介して熱交換器９４に導入されて加熱される。熱交換器９４で加熱された吸収液は、膨張弁９５で減圧されて中間槽９１に導入される。中間槽９１に導入された吸収液は、含有していた二酸化炭素の一部を放出し、残りは中間槽９１の下部に液体として貯留する。中間槽９１内で放出された二酸化炭素は、冷熱源供給系統８５を介してガスタービン設備７２に供給される。ここで、冷熱源供給系統８５の二酸化炭素の一部は、配管８２を介してガス処理装置９７に供給されて処理される。【００４９】
一方、中間槽９１の下部に溜まった吸収液は、配管８８を流通して膨張弁９６で再度減圧される。膨張弁９６で減圧された吸収液は、再生塔９２に導入されて、含有していた残りの酸性ガスを放出する。放出された酸性ガスは、配管８３，８２を介してガス処理装置９７に供給される。酸性ガスが分離して再生した吸収液は、ポンプ９９に加圧されて、熱交換器９４に供給される。熱交換器９４に供給された吸収液は、吸収塔９０からの吸収液によって冷却され、吸収塔９０へ送られて酸性ガスの吸収に再度利用される。【００５０】
中間槽９１から冷熱源供給系統８５に導入された二酸化炭素は、流量調節弁７９においてガスタービン設備７２の冷却に適した量に調節されて、配管８５ａ，８５ｂに供給される。配管８５ａに供給された二酸化炭素は、タービン７６に供給され、タービン７６の高温部品（例えば、タービン動翼やタービン静翼）をガスタービン設備７２の定格負荷運転中に亘って冷却する。これにより、タービン７６の高温部品の温度上昇を抑制することができるので、高温部品のメタル温度を設計許容値内に抑えることができる。また、配管８５ｂに供給された二酸化炭素は、燃焼器７５に供給され、燃焼器７５の高温部品（例えば、燃焼器ライナ）を冷却する。これにより、ガスタービン設備７２の定格負荷運転中に亘って燃焼器７５の高温部品の温度上昇も抑えることができる。【００５１】
次に本発明の第１の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの効果について、天然ガス液化プラントの動力供給設備が晒され得る状況に触れながら説明する。【００５２】
一般的に、ガスタービン設備では、タービン翼や燃焼器等の高温下に晒される高温部品の冷却に作動流体となる圧縮空気の一部を利用することが多い。ところで、本実施の形態のように天然ガス液化プラントの動力供給設備として使用する場合には、天然ガス産出地が中東・東南アジアなどの気温が高い地域に多いため、他の地域に設けられるガスタービン設備と比較して高温部品のおかれる状況は過酷となる。そのため、他のプラントの動力源として利用する場合と比較して、高温部品の温度上昇が懸念となる状況が発生しやすい。また、その一方で、天然ガス液化プラントには、天然ガスの品質保持と生産量増大を図るために継続的かつ安定的な動力の確保が必要であり、その動力源であるガスタービン設備には他のプラントの場合と比較して高い信頼性が要求されている。【００５３】
高温部品の冷却を強化する１つの方策としては、冷却空気の流量を増加させることが考えられる。しかし、このように冷却空気の流量を増加すると、その分だけ燃焼空気が減少してガスタービン設備の出力及び効率が低下するので、ガスタービン設備のコストが増加してしまうという課題があった。【００５４】
こうした状況に対して、本実施の形態に係る天然ガス液化プラントは、ガスタービン設備７２の定格負荷運転中に、天然ガス精製設備７０で天然ガスから分離した二酸化炭素をガスタービン設備７２の冷却媒体としてガスタービン設備７２に供給する冷熱源供給系統８５を備えている。このように設けた冷熱源供給系統８５によれば、天然ガス精製設備７０で発生する大量の二酸化炭素を利用してガスタービン設備７２の高温部品を冷却することができるので、高温部品のメタル温度を設計許容値内に容易に抑えることができる。これにより、高温部品の冷却媒体として利用される圧縮空気の量が低減するので、ガスタービン設備７２の出力及び効率を低下させることなくガスタービン設備７２の信頼性を向上させることができる。また、ガスタービン設備７２の出力及び効率の低下を抑制することができるので、発電コストを低下させることができたり、燃料使用に基づく二酸化炭素の発生量を抑制することができたりする。【００５５】
特に、中東・東南アジア等の気温が高い地域に設置される天然ガス液化プラントでは、ガスタービン設備の高温部品は過酷な温度環境に晒される傾向があるが、本実施の形態のように高温部品を二酸化炭素で冷却すれば、天然ガス精製設備７０で分離される二酸化炭素が気温の影響を受けにくい上、その流量を任意に制御できる程多量に利用できるので、圧縮空気を使用する場合と比較して天然ガス液化プラント用動力供給設備を効果的に冷却することができる。【００５６】
また、上記の実施の形態において配管８５ｂを介して燃焼器７５に供給される二酸化炭素を燃焼器ライナの冷却に利用した場合には、従来ライナの冷却に使用されていた空気を燃焼用空気として利用することができるので、燃焼用空気を増加することができる。これにより、ガスタービン設備７２から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を低下することができるので、プラント周辺の環境を保全することができる。また、これにより脱硝装置に要するコストを低下させることができる。【００５７】
さらに、いわゆるオープン冷却を行う場合には、二酸化炭素の圧力を少なくともガスタービン設備の内圧以上に確保する必要があるが、膨張弁９５及び膨張弁９６の開度を調節することによってガスタービン設備７２への供給に適した値に中間槽９１の圧力を調整することができる。したがって、冷熱源供給系統８５の途中にポンプ等の圧縮動力源を別途設けることなく二酸化炭素を高温部品に供給することができる。【００５８】
また、二酸化炭素は空気と比較して比熱が大きいため、冷却能力が高く、冷却流路内部での温度変化が小さい。そのため、冷却媒体として空気を利用する場合よりも効果的に高温部品の冷却を行うことができる。【００５９】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。【００６０】
本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は中間槽９１Ａ内の温度調節を行っている点にある。【００６１】
図３は本発明の第２の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図である。【００６２】
この図に示す天然ガス液化プラントは、天然ガス精製設備７０Ａと、動力供給設備７１Ａと、温熱源供給系統１０３を備えている。【００６３】
温熱源供給系統１０３は、排熱回収ボイラ１００からの熱媒体を天然ガス精製設備７０Ａに循環供給するもので、排熱回収ボイラ１００と、配管１０２と、伝熱管１０１と、ポンプ１０４を備えている。【００６４】
排熱回収ボイラ１００は、ガスタービン設備７２の排ガスの流通方向の下流側に設けられており、配管１０２内の熱媒体（本実施の形態では蒸気）の加熱を排ガスで行っている。【００６５】
配管１０２は、排熱回収ボイラ１００と伝熱管１０１を接続するもので、加熱された熱媒体が伝熱管１０１に循環供給されるように環状に構成されている。また、配管１０２には熱媒体を昇圧するポンプ１０４が設けられている。ポンプ１０４は中間槽９１Ａの内部温度を調節するものである。【００６６】
伝熱管１０１は、中間槽９１Ａの内部温度を加熱するもので、中間槽９１Ａの内部に設けられている。伝熱管１０１は、排熱回収ボイラ１００で加熱された熱媒体を利用して中間槽９１Ａ内の吸収液を加熱している。【００６７】
上記のように構成した天然ガス液化プラントによれば、温熱源供給系統１０３で中間槽９１の内部温度を調整することができ、中間槽９１Ａの圧力だけでなく温度も調整できるようになる。これにより、中間槽９１Ａで発生する二酸化炭素の量や圧力をより細かく調整できる。このように中間槽９１Ａで分離される二酸化炭素の性状を細かく調節できれば、ガスタービン設備７２の冷却の自由度が増して高温部品の温度管理が容易となるので、ガスタービン設備７２の信頼性及び長寿命性をさらに向上させることができる。特に、本実施の形態では、中間槽９１Ａの加熱に用いる熱源としてガスタービン設備７２の排ガスを利用しているので、上記の効果に加えてプラント全体の省エネルギー化及び効率化を図ることができる。【００６８】
また、本実施の形態において、中間槽９１Ａ内で二酸化炭素以外の酸性ガスが分離されることが抑制されるように中間槽９１Ａの圧力及び温度を調整すれば、二酸化炭素以外の酸性ガスが冷熱源供給系統８５やガスタービン設備７２に流入することを抑制できる。このように他の酸性ガスが冷熱源供給系統８５やガスタービン設備７２に流入することを抑制すると、冷熱源供給系統８５やガスタービン設備７２における酸性ガスによる腐食の発生を抑制することができる。【００６９】
なお、上記では、中間槽９１Ａを加熱する熱媒体の加熱源として排熱回収ボイラ１００を利用する構成を説明したが、別置のボイラ、伝熱ヒータ、又は他の熱媒体による加熱等、排熱回収ボイラ１００に替わる加熱手段を利用して中間槽９１Ａの内部温度を調整する温度調整装置を構成しても良い。また、排熱回収ボイラ１００で加熱した熱媒体は、天然ガス精製設備７０内に設けられる他の加熱装置（例えば、熱交換器９４）の熱源として利用しても良い。【００７０】
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。【００７１】
本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点はガスタービン設備７２の冷却に利用した二酸化炭素を回収している点にある。【００７２】
図４は本発明の第３の実施の形態に係る天然ガス液化プラントの概略図である。【００７３】
この図に示す天然ガス液化プラントは、天然ガス精製設備７０Ｂと、動力供給設備７１Ｂと、冷熱源回収系統８６を備えている。【００７４】
冷熱源回収系統８６は、ガスタービン設備７２Ｂの冷却に利用された二酸化炭素を天然ガス精製設備７０Ｂに戻すもので、ガス処理装置９７とガスタービン設備７２Ｂを接続している。【００７５】
ガスタービン設備７２Ｂは冷熱源流路７７を有している。冷熱源流路７７は、冷熱源供給系統８５からの二酸化炭素が流通するもので、冷熱源供給系統８５と冷熱源回収系統８６の間に設けられている。冷熱源流路７７は、圧縮空気の流路に対して別途設けた二酸化炭素専用の流路であり、ガスタービン設備７２の高温部品をクローズド冷却するものである。冷熱源流路７７は、例えば、高温部品の表面又は内部に取り付けても良いし、高温部品を外部から覆う流路として設けても良い。なお、図４では、冷熱源流路７７はタービン７６に設けられているが、燃焼器７５等の他の高温部品の周囲に設けても良い。【００７６】
上記のように構成した天然ガス液化プラントにおいて、冷熱源供給系統８５を介してガスタービン設備７２に供給された二酸化炭素は、冷熱源流路７７を通過する際にガスタービン設備７２の高温部品の冷却を行った後に、冷熱源回収系統８６に導入される。冷熱源回収系統８６に導入された二酸化炭素は、ガス処理装置９７に導入されて、中間槽９１から放出される二酸化炭素や再生塔９２から放出される他の酸性ガスとともに処理される。【００７７】
このようにガスタービン設備７２の冷却に利用した二酸化炭素をガス処理装置９７で処理すれば、天然ガス液化プラントからの二酸化炭素排出を防止することができるので、地球温暖化を防止することができる。なお、この場合のガス処理装置９７における処理方法としては、例えば、酸性ガスを圧縮・固化するものがある。この場合、ガス処理装置９７で圧縮・固化された酸性ガスを地中、海中等に貯蔵すれば二酸化炭素の大気放出を防止できる。【００７８】
また、上記のようにガスタービン設備７２Ｂをクローズド冷却すると、冷熱源回収系統８６を介してガス処理装置９７に流入する二酸化炭素の圧力は再生塔９２の圧力以下となるため、オープン冷却の場合と比較してガスタービン設備７２Ｂに供給する二酸化炭素の圧力（すなわち、中間槽９１の圧力）を低くすることができる。これにより、第１の実施の形態と比較して中間槽９１の圧力設定の設計範囲が広がるので、プラントの設計が容易になる。【００７９】
また、本実施の形態によれば、再生塔９２の内部圧以上の圧力の二酸化炭素でガスタービン設備７２Ｂを冷却することができるので、中間槽９１を省略することもできる。このように中間槽９１を省略すれば、天然ガス精製設備７０Ｂの簡略化とコスト削減を図ることができる。【００８０】
なお、以上においては、ガスタービン設備として、いわゆるシンプルサイクルガスタービンを用いた実施の形態について説明したが、ガスタービン設備と蒸気タービン設備を組み合わせたコンバインドサイクルガスタービンを用いても上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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