(57)【要約】  圧縮前の液化プラント内のボイルオフ・ガスの温度を制御するための装置及び方法であって、そこでは、ＬＮＧ貯蔵タンクから生じるボイルオフ・ガスが圧縮され、少なくとも部分的に凝縮し、又、前記凝縮したボイルオフ・ガス（ＬＮＧ）が貯蔵タンクに戻される。熱交換器（２０）が圧縮機（１０）の上流にあるボイルオフ・ガス供給配管に接続していて、又、第一の導管（２２）がＬＮＧを貯蔵タンクと熱交換器（２０）に戻すための配管に流体的に接続している。第２の導管（２６）は、前記熱交換器（２０）の上流位置で熱交換器（２０）をボイルオフ・ガス供給配管に流体的に接続する。ボイルオフ・ガスは、前記圧縮器（１０）に供給される前に前記クーラー（２４）と接触して熱交換が行われる。このように、ボイルオフ・ガスの温度が前記熱交換器の下流で低くなる。本発明によれば、例えば圧縮機特性により決定された特定の温度又は温度範囲を、熱交換器の上流でクーラーを通過して、ボイルオフ・ガス供給配管に流れる流体を制御するチョーク弁に対する制御パラメーターとして使用しうる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＮＧ貯蔵タンクから生じたボイルオフ・ガスが圧縮され、かつ、少なくとも部分的に凝縮し、かつ、その場合、前記凝縮されたボイルオフ・ガス（ＬＮＧ）が貯蔵タンクに戻される、圧縮前に液化プラント内のボイルオフ・ガスの温度を制御するための方法であって、
ボイルオフ・ガスと前記ＬＮＧの熱交換が行われ、その場合、ボイルオフ・ガスの温度を低くし、かつ、前記ＬＮＧが完全に蒸発し、前記完全に蒸発したＬＮＧと前記ボイルオフ・ガスを制御可能に混合することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記熱交換の上流で、前記完全に蒸発したＬＮＧと前記ボイルオフ・ガスを混合することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
前記圧縮の間に前記完全に蒸発したＬＮＧと前記ボイルオフ・ガスを混合することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項４】
前記圧縮の後で前記完全に蒸発したＬＮＧと前記ボイルオフ・ガスを混合することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項５】
前記熱交換中にＬＮＧ及びボイルオフ・ガスの連続流を維持し、それにより、ＬＮＧの温度を実質的に一定にすることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項６】
前記熱交換の下流でボイルオフ・ガスの温度を事前決定された温度又は温度範囲と比較することに基づいて混合割合を制御すること（２５、６０）を特徴とする請求項１の方法。
【請求項７】
ＬＮＧ貯蔵タンクからのボイルオフ・ガスが供給配管を介して少なくとも１台の圧縮機（１０）に供給され、そこで圧縮されたガスがさらに少なくとも部分的に凝縮するために熱交換器（３０）に供給され、かつ、その場合、前記の凝縮されたボイルオフ・ガス（ＬＮＧ）を戻し配管を経由して貯蔵タンクに戻される、圧縮前に液化プラントのボイルオフ・ガスの温度を制御するための装置であって、
−  ＬＮＧ貯蔵タンクと圧縮機（１０）の間でボイルオフ・ガス供給配管に接続されたミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）、
−  貯蔵タンクとミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）にＬＮＧを戻すための配管を流体的に接続する第一の導管（２２）、
−  ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）をボイルオフ・ガス供給配管に流体的に接続する第二の導管（２６；２６’；２６”）、
−  前記ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）内のクーラー（２４）を介して流体的に接続された前記第一（２２）と第二（２６；２６’；２６”）の導管、
−  その場合、ボイルオフ・ガスが前記圧縮機（１０）に供給される前に前記クーラー（２４）に接触して熱交換をすること、
を特徴とする前記装置。
【請求項８】
ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）を、前記ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）の上流のボイルオフ・ガス供給配管に流体的に接続する前記第二の導管（２６）を特徴とする請求項７の装置。
【請求項９】
ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）を、前記圧縮機（１０）の第一圧縮段の後のボイルオフ・ガス供給配管に流体的に接続する前記第二の導管（２６’）を特徴とする請求項７の装置。
【請求項１０】
ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）を、前記圧縮機（１０）の下流のボイルオフ・ガス供給配管に流体的に接続する前記第二の導管（２６”）を特徴とする請求項７の装置。
【請求項１１】
ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）へのＬＮＧ流量を制御するための前記第一の導管（２２）内の制御弁（２５）を特徴とする請求項７の装置。
【請求項１２】
制御弁（２５）とボイルオフ・ガス供給配管に、ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）の下流で、かつ、前記圧縮機（１０）の上流で接続された制御装置（６０）、制御弁（２５）とボイルオフ・ガス供給配管に、コールド・ボックス（３０）の上流で、かつ、前記圧縮機（１０）の下流で接続された制御装置（６１）、それにより、ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）へのＬＮＧ流量が、前記ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）の下流での、かつ、前記圧縮機（１０）の下流での供給配管内のボイルオフ・ガスの温度検出値に基づいて制御可能であること、
を特徴とする請求項７の装置。
【請求項１３】
ミスト分離器・熱交換器の一体化装置（２０）が、前記クーラー（２４）の上流で、ボイルオフ・ガス入口（２７）、チャンバー（２９）、ドレイン（９３）を、又、前記熱交換器（２４）と出口（９１）の間のメッシュ・スクリーン（２８）を追加的に含んでなり、それにより、ボイルオフ・ガスがクーラー（２４）との熱交換により冷却されることを特徴とする請求項７の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体天然ガス（ＬＮＧ）プラント（ｐｌａｎｔ）のボイルオフ・ガス（ｂｏｉｌ−ｏｆｆ  ｇａｓ）の再液化の分野に関する。より特定すれば、ボイルオフ・ガスの温度を制御するための方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
採取地点から天然ガスを輸送するための一般的技術はその天然ガスをその地点又は近傍で液化し、そのＬＮＧを多くの場合海上運航する船舶内に積み込まれた特別設計の貯蔵タンクで市場に輸送する。
【０００３】
天然ガスを液化する工程にはガスを圧縮し、低温（例えば、−１６０℃）に冷却することが含まれる。それにより、ＬＮＧ輸送船は有意な量の液化ガスを目的地に輸送する。この目的地で、ＬＮＧは沿岸の特製タンクに移された後で、ＬＮＧ運搬車で道路又は鉄道により輸送されるか、又は、再蒸発させて、例えばパイプラインにより輸送される。
【０００４】
ＬＮＧは大気圧で−１６３℃より僅かに上で蒸発し、通常、この温度で積込み、輸送、積おろしが行われる。これには、低温で、かつ、ボイルオフ蒸気を扱うために特別な材料、断熱材、取扱い機器を必要とする。熱の漏洩により、積荷（ＬＮＧ）の表面は常に沸騰し、蒸発した天然ガス（“ｂｏｉｌ−ｏｆｆ”ボイルオフ）がＬＮＧ（例えば、メタン）から発生する。
【０００５】
このボイルオフ・ガスを連続的に液化するためのプラント（ｐｌａｎｔ）は良く知られている。ＬＮＧ輸送船でボイルオフ・ガスを液化することで、積荷の引渡しを増やして、運航者は最適の輸送船推進システムを選択できる。ＬＮＧ輸送船は伝統的に蒸気タービンにより駆動されていて、ＬＮＧ積荷からのボイルオフ・ガスを燃料として用いてきた。これは割高な解決策として考えられてきた。
【０００６】
ボイルオフ・ガスを燃料として用いることへの一代替策はＭｏｓｓ  ＲＳ（ＴＭ）のコンセプト（ｃｏｎｃｅｐｔ）である。この場合、ボイルオフ・ガスが液化され、得られたＬＮＧはカーゴ・タンク（ｃａｒｇｏ  ｔａｎｋ）にポンプで戻される。Ｍｏｓｓ  ＲＳ（ＴＭ）のコンセプトを図１に示すが、窒素膨張の閉サイクルとボイルオフ・ガスから熱を抽出することに基づいている。図１の流れ線図では全ての機器をカーゴ・マシナリー・デッキ・ハウス（ｃａｒｇｏ  ｍａｃｈｉｎｅｒｙ  ｄｅｃｋ  ｈｏｕｓｅ）内に配置して示している。ボイルオフ・ガス（ｂｏｉｌ−ｏｆｆ  ｇａｓ，  ＢＯＧ）は直列運転をしている２台の通常のＬＤ圧縮機によりカーゴ・タンクから取出される。ＢＯＧを低温熱交換器（「コールドボックス」（“ｃｏｌｄ  ｂｏｘ”））内で、圧縮したＣＨ４とＮ２に対する飽和温度の間の温度に冷却し、ＬＮＧに凝縮した後で、分離器に送られて、一定の不凝縮物（主としてＮ２）が取り除かれる。分離器から出て来たＬＮＧはカーゴ・タンクにポンプで戻される。一方、不凝縮物（即ちガス）燃焼部又は放出用煙突に送られる。特許文献１も参照されたい。
【０００７】
特許文献２は圧縮された蒸気の再液化用プラントを開示している。ここでは、蒸気が凝縮した天然ガスと共にＬＮＧ貯蔵タンクに戻されるときに生じる問題を緩和する手段が組込まれている。液化した天然ガスは、典型的には遠洋タンカーの一部を形成している断熱したタンクに貯蔵される。ボイルオフ蒸気は圧縮機で圧縮され、少なくとも一部は凝縮器内で凝縮される。得られた凝縮液はタンクに戻される。蒸気は圧縮機の上流にある混合チャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）内で液化天然ガスと混合される。混合チャンバー内でそのように蒸気と混合された液化天然ガスは凝縮液から又は貯蔵タンクから取出される。
【０００８】
特許文献３がＬＮＧ輸送船のカーゴ・タンク内の圧力を制御するための装置と方法を開示している。
【０００９】
上記のように、ＬＮＧは大気圧で−１６３℃より僅かに上で沸騰する。それゆえ、液化プラントの入口でのボイルオフ・ガスの温度は典型的に−１４０℃から−１００℃の範囲になる。それゆえ、プラントの圧縮機（例えば、ＬＤ圧縮機）はほぼそのような温度範囲に設計されている。
【００１０】
しかしながら、ボイルオフ・ガスの温度変動はかなりのものになることが発見されていて、数値が上記範囲を大きく外れることも珍しくない。このことは、カーゴ・タンクがほぼ空であり、容易に高い温度になるバラスト（ｂａｌｌａｓｔ）航海中に生じうる。各カーゴ・タンクから出ている蒸気ヘッダー（ｈｅａｄｅｒ）はある程度の断熱しない領域を有していて、ボイルオフ・ガスの温度を有意に高める。蒸気ヘッダーはボイルオフ・ガスの流量よりも有意に大きな蒸気流量に合わせて設計されているので、蒸気ヘッダー内でのボイルオフ・ガスの滞留時間が長くなる。結果として、ガスへの伝熱がそれに応じて高くなる。
【００１１】
例えば、圧縮機の入口で、−４０℃という高い温度が記録されている。圧縮機の設計はずっと低い温度に設計されているので、そのような高い温度は好ましくない。それゆえ、可能とされ、かつ、必要と見なされた値を遙かに超えた程度迄、圧縮機に流入する前にボイルオフ・ガスの温度を制御することが望ましい。
【特許文献１】ノルウエー特許第３０  ５５  ２５号明細書
【特許文献２】欧州特許出願第ＥＰ  １  １３２  ６９８  Ａ１号明細書
【特許文献３】国際特許出願第ＷＯ  ０２／０９５２８５号明細書
【発明の開示】
【００１２】
本発明は上記の必要性に適合していて、圧縮の前に、液化プラント内のボイルオフ・ガスの温度を制御するための方法を提供し、その場合、ＬＮＧ貯蔵タンクから生じたボイルオフ・ガスを圧縮し、少なくとも部分的に凝縮し、その場合、前記の凝縮されたボイルオフ・ガス（ＬＮＧ）が貯蔵タンクに戻される。前記方法は、ボイルオフ・ガスと前記ＬＮＧが熱交換することを特徴とし、その場合、ボイルオフ・ガスの温度が低下し、前記ＬＮＧが完全に蒸発する。そして、前記の完全に蒸発したＬＮＧを前記ボイルオフ・ガスと制御可能に混合する。
【００１３】
一実施態様では、前記熱交換器の上流で、前記ボイルオフ・ガスと完全に蒸発したＬＮＧが混合される。
【００１４】
他の実施態様では、前記圧縮の間に、前記ボイルオフ・ガスと完全に蒸発したＬＮＧが混合される。
【００１５】
他の実施態様では、前記圧縮の後で、前記ボイルオフ・ガスと完全に蒸発したＬＮＧが混合される。
【００１６】
それゆえ、本発明は圧縮前に液化プラント内のボイルオフ・ガスの温度を制御するための装置を提供し、この場合、ＬＮＧ貯蔵タンクからのボイルオフ・ガスが供給配管を経由
して少なくとも１台の圧縮機に供給され、さらに、その場合、圧縮されたガスが少なくとも部分的に凝縮するために熱交換器に供給され、かつ、その場合、前記の凝縮されたボイルオフ・ガス（ＬＮＧ）が戻り配管を経由して貯蔵タンクに戻される。前記装置の特徴は、ＬＮＧ貯蔵タンクと圧縮機の間でボイルオフ・ガス供給配管に接続されたミスト（ｍｉｓｔ）分離器・熱交換器の一体化装置、ＬＮＧを戻すための配管を貯蔵タンクと、ミスト分離器・熱交換器の一体化装置に流体的に接続する第一の導管、ミスト分離器・熱交換器の一体化装置をボイルオフ・ガス供給配管に流体的に接続する第二の導管、前記第一及び第二の導管が前記ミスト分離器・熱交換器の一体化装置にクーラーを介して流体的に接続していること、その場合、ボイルオフ・ガスが前記圧縮機に供給される前に前記クーラーに接触して熱交換されることである。
【００１７】
一実施態様では、第二の導管が、ミスト分離器・熱交換器の一体化装置の上流でボイルオフ・ガス供給配管にミスト分離器・熱交換器の一体化装置を流体的に接続している。
【００１８】
他の実施態様では、第二の導管が、前記圧縮機の第一圧縮段の後で、ミスト分離器・熱交換器の一体化装置をボイルオフ・ガス供給配管に流体的に接続している。
【００１９】
他の実施態様では、第二の導管が前記圧縮機の下流で、ミスト分離器・熱交換器の一体化装置をボイルオフ・ガス供給配管に流体的に接続している。
【００２０】
本発明の方法と装置の好ましい実施態様が従属請求項に示されている。
【００２１】
ここで、本発明の実施態様を、添付した図面を参照して、より詳細に説明する。この場合、同様の部分は同様の参照番号で示している。
【実施例１】
【００２２】
図２で、本発明に基づく装置を組込んだ液化プラントを示している。蒸発したＬＮＧ（即ち、ボイルオフ・ガス）が貯蔵タンク（図示せず）からプラントに流れる。慣用の方法でボイルオフ・ガスはＬＤ圧縮機１０で圧縮される。従来技術のシステムと同様に、ボイルオフ・ガスは次いで低温熱交換機（「コールド・ボックス」）３０で冷却液（例えば、窒素ガス）により冷却される。冷却液はコールド・ボックスの右側にあって、中間クーラー付き多段圧縮機４０と膨張器５０を含んで成っている回路により処理される。それは技術者であれば容易に理解しうる。
【００２３】
コールドボックス３０はＬＮＧを生じるが、ボイルオフ・ガスは完全には液化されない。一部のガス（主として窒素と少量のメタン）が残存し、コールド・ボックスからＬＮＧと共に流出する。そして、窒素分離器８０と関連する制御装置７０が回路内に通常含まれる。
【００２４】
用途により異なるが、必要で望ましい処理ステップの後で、ＬＮＧが貯蔵タンクに戻される。これは図２の左下側に示されている。
【００２５】
本発明はＬＮＧ貯蔵タンクと圧縮機１０の間でボイルオフ・ガス供給配管に接続されたミスト分離器・熱交換器の一体装置２０を含んで成っている。図２に示すように、導管２２が貯蔵タンクと熱交換器２０にＬＮＧを戻すための配管に流体的に接続している。第二の導管２６が熱交換器２０をその熱交換器２０の上流の位置でボイルオフ・ガス供給配管に流体的に接続する。
【００２６】
ここで図３に注目すると、熱交換器２０の中心部分が示されている。これは一般に、クーラー２４、本実施態様ではパイプ・クーラー（ｐｉｐｅ  ｃｏｏｌｅｒ）を保持する分離チャンバー２９を含んで成っている。ＬＮＧ／窒素分離器からの凝縮したボイルオフ・ガスが導管２２を経由してクーラーに供給される。貯蔵タンクからのボイルオフ・ガスが供給された場合、入口２７を経由して分離チャンバー２９に入る。ボイルオフ・ガスは既に述べているように、−４０℃という高い温度を保つことがあり、クーラー２４を通過するＬＮＧとの熱交換で冷却される。冷却されたボイルオフ・ガスが出口９１を通って分離チャンバーから出る。偶発的に液滴が圧縮機に入らないように、メッシュ・スクリーン（ｍｅｓｈ  ｓｃｒｅｅｎ）２８も示されている。
【００２７】
クーラー２４に流入したＬＮＧは例えば−１５９℃のオーダーの温度を有している。ＬＮＧは、ボイルオフ・ガスとの熱交換中にクーラー２４内で完全に蒸発する。
【００２８】
蒸発した天然ガスはクーラー２４から流出して、弁２５により制御された割合で、図３に示すようにボイルオフの流れに注入され、上記のように分離チャンバー２９に供給される。最初の起動及び乾ドック作業後の起動中に生じうる残留液はドレイン（ｄｒａｉｎ）９２を通って分離チャンバー２９から重力で流出する。
【００２９】
一体化装置のミスト分離器の部分が特に、最初の起動の際、乾ドック作業後、弁２５が故障の場合に、圧縮機１０を守るために特に必要になる。
【００３０】
コールド・ボックス及び圧縮機に入るボイルオフ・ガスの温度を（上記のような）事前決定された範囲内に維持するために、熱交換器２０の下流で、さらに、圧縮機１０の下流でも（図２で参照番号６１により示すように）温度を測定し、導管２２内の制御弁（チョーク（ｃｈｏｋｅ）弁）２５を制御装置６０により調節する。それにより、導管２２を通り、ミスト分離器・熱交換器の一体化装置に入る流量を制御する。
【００３１】
図４は本発明に基づく装置の代替的実施態様を示す。導管２６からの完全に蒸発したＬＮＧをボイルオフ・ガス供給配管を用いて、（図２に示すように）ミスト分離器・熱交換器の一体化装置の上流で混合する代わりとして、導管２６’を圧縮機１０の第一圧縮段の吐き出し口に接続することである。これにより、僅かな動力節減になる。
【００３２】
図５は本発明に基づく装置の他の代替的実施態様を示す。導管２６からの完全に蒸発したＬＮＧを、ボイルオフ・ガス供給配管を用いて、（図２に示すように）ミスト分離器・熱交換器の一体化装置の上流で混合する代わりとして、導管２６”を圧縮機１０の吐き出し口に接続することである。この代替策は窒素分離器８０の下流に示されたＬＮＧ戻しポンプ１００を必要とする。
【００３３】
新規の方法として、前記熱交換器内のＬＮＧとボイルオフ・ガスの連続流が維持される。それにより、ＬＮＧの温度が実質的に一定である。混合割合はボイルオフ・ガスの温度を前記熱交換器の下流で、事前決定された温度又は温度範囲と比較することに基づいて制御される。
【００３４】
上記のように、一実施態様で、制御装置６０が、ミスト分離器・熱交換器の一体化装置２０の下流で、かつ、前記圧縮機１０の上流で、制御弁２５とボイルオフ・ガス供給配管に接続されている。制御装置６１はコールド・ボックス３０の上流で、かつ、前記圧縮機１０の下流で、制御弁２５とボイルオフ・ガス供給配管に接続されている。それゆえ、ミスト分離器・熱交換器の一体化装置２０へのＬＮＧ流量は、前記ミスト分離器・熱交換器の一体化装置２０の下流で、かつ、前記圧縮機１０の下流で、供給配管内のボイルオフ・ガスの温度検出値に基づいて制御できる。
【００３５】
本発明に基づく装置は液化プラントの大規模変更を必要としない。ＢＯＧ用圧縮機、関
連する歯車等は従来技術のプラントと同じ寸法にしうる。クーラー２４はパイプ・クーラーとして示されているけれども、技術者であれば、適当なクーラーを使用しうることを理解するであろう。
【００３６】
本発明で、熱交換器の上流で、クーラーを通過してボイルオフ・ガス供給配管に流れる流量を制御するために、例えば、圧縮機特性により決定された特定の温度又は温度範囲をチョーク弁に対する制御パラメーターとして使用しうる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】前記で示した従来技術のＬＮＧ再液化システムを示す。
【図２】本発明に基づく装置の一実施態様を組込んだ液化プラントの原理流れ線図である。
【図３】本発明に基づくミスト分離器・熱交換器の一体化装置の原理図である。
【図４】本発明に基づく装置の別の実施態様を組込んだ液化プラントの原理流れ線図である。
【図５】本発明に基づく装置の別の実施態様を組込んだ液化プラントの原理流れ線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2007511717.tif 000008
2007511717.tif 000009