(57)【要約】【課題】ＬＮＧの燃焼特性を劣化させることなく容易にかつ安価に発熱量を調整して出荷できる高発熱量ＬＮＧの低カロリー化方法を提供する。【解決手段】低温貯蔵タンク１１内で濃縮されて重質化したＬＮＧを所定の発熱量のガスに調整して消費系に供給するに際し、低温貯蔵タンク１１から払い出されるＬＮＧを加熱して気化し、その気化ガスと低温貯蔵タンク１１から払い出されるＬＮＧとを混合してその温度を調整し、気液を平衡させた後、これを気液分離器１４に導入して一定圧力下で気液分離し、その気液分離された重質の分離液を蒸留塔３１に導入して分離液から重質成分を分離すると共に軽質成分をガス化させ、そのガス化した軽質成分のガスを気液分離器１４で分離されたガスに混入して消費系に供給するようにしたものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温貯蔵タンク内で濃縮されて重質化したＬＮＧを所定の発熱量のガスに調整して消費系に供給するに際し、低温貯蔵タンクから払い出されるＬＮＧを加熱して気化し、その気化ガスと低温貯蔵タンクから払い出されるＬＮＧとを混合してその温度を調整し、気液を平衡させた後、これを気液分離器に導入して一定圧力下で気液分離し、その気液分離された重質の分離液を蒸留塔に導入して分離液から重質成分を分離すると共に軽質成分をガス化させ、そのガス化した軽質成分のガスを気液分離器で分離されたガスに混入して消費系に供給することを特徴とする高発熱量ＬＮＧの低カロリー化方法。
【請求項２】
気液分離器で分離されたガスの温度を検出し、その温度が設定温度となるよう、上記気化ガスとＬＮＧの混合量を制御する請求項１記載の高発熱量ＬＮＧの低カロリー化方法。
【請求項３】
蒸留塔に導入した分離液を加熱してメタン、エタンからなる軽質成分とプロパン、ブタンからなる重質成分とに分離し、その軽質成分のガスを、気液分離器で分離されたガスに混入する請求項１又は２記載の高発熱量ＬＮＧの低カロリー化方法。
【請求項４】
低温貯蔵タンク内で濃縮されて重質化したＬＮＧを所定の発熱量のガスに調整して消費系に供給するための高発熱量ＬＮＧの低カロリー化装置において、低温貯蔵タンク内の重質化したＬＮＧを払い出す払出ラインと、その払出ラインに接続された気化器と、気化器をバイパスするＬＮＧラインと、払出ラインに接続され、気化器で気化された気化ガスとＬＮＧラインからのＬＮＧを混合する第１ラインミキサーと、払出ラインに接続され、ラインミキサーで混合されたＬＮＧを導入し、これを気液分離する気液分離器と、気液分離器の頂部に接続され、分離された軽質成分のガスを消費系に供給するためのガスラインと、気液分離器で、分離された分離液を導入してこれを蒸留分離する蒸留塔と、蒸留塔で蒸留分離された軽質成分を上記ガスラインのガスに混入する蒸留ガスライとを備えたことを特徴とする高発熱量ＬＮＧの低カロリー化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＮＧ貯蔵基地等からＬＮＧを都市ガスとして供給するための高発熱量ＬＮＧの低カロリー化方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＮＧの貯蔵基地で、ＬＮＧを長期間貯蔵すると、タンク及び付帯設備に低温で滞留しているＬＮＧへの外気、付属ポンプ等からの入熱により、メタンを主成分としたガス（ＢＯＧ）が蒸発する。
【０００３】
ＬＮＧは、メタンを主成分とした、エタン、プロパン、ブタンなどの重質分との混合成分であるために、ＬＮＧの大部分を占める低沸点成分であるメタンが優先的に蒸発する。ＢＯＧは、自圧或いは圧縮機で昇圧して消費者に供給するが、ＢＯＧ量が多く（貯蔵量大）消費量が少ないケースでは、メタン成分がＢＯＧとして多く失われるために残留液は重質化し、高発熱量のＬＮＧとなる。
【０００４】
輸入されるＬＮＧ或いはこれらの基地からサテライト基地等に入るＬＮＧは、殆どの場合、都市ガス（１３Ａ）の発熱量４６．０５ＭＪ／Ｎｍ３　（１１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３　）より低い。しかし、貯蔵は低温度であるため、タンクへの外気等からの入熱により、メタンを主成分とした低沸点の軽質成分が先に蒸発して失われ、残液が重質化（高発熱量）する。
【０００５】
このような重質化は貯蔵基地に入荷するＬＮＧが１３Ａガスの規制値に近い場合は、容易に発熱量が規制値を超える。また、貯蔵基地のＢＯＧ量が多く年間の貯蔵液量から年間のＢＯＧ発生量を引いた貯蔵液の収斂組成が、発熱量の規制値を超える場合はＬＮＧからの気化ガスから重質分を除去しなければならない。また、入荷液が当初から規制値を超える場合は当然入荷ＬＮＧから重質分を除去しなければならない。
【０００６】
ＬＮＧ貯蔵基地において重質化した気化ガスの単位体積当たりの発熱量は高くなり、都市ガスで規制されている発熱量を超えるために、濃縮ＬＮＧの気化ガスを低発熱量に調整する装置が必要になる。
【０００７】
従来、単位体積当たりの高発熱量ガスを低発熱量に調整する方法としては、水素ガスで希釈する方法、空気で希釈する方法、ＢＯＧを再液化して貯蔵タンクに戻す方法などが考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３８１７０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法は以下の問題がある。
【００１０】
（ａ）水素ガスで希釈する方法
この方法は燃焼性等の点から優れた方法であるが、水素ガスを得るのが難しいので、その点に難点がある。水素ガス製造装置を作ると設備費或いは運転費が高くなり経済性が悪くなる。運転、維持等が面倒になる。
【００１１】
（ｂ）空気で希釈する方法
この方法は空気を圧縮して必要量を混合すれば、容易に所定の発熱量の都市ガスが得られるので経済的に優れた方法であるが、重質成分の含有量によっては燃焼特性が悪くなるために混合量が制限される。従って、十分な熱調設備とは言えない。
【００１２】
（ｃ）ＢＯＧの再液化方法
ＢＯＧを再液化して貯蔵タンクに返せば貯蔵液は濃縮しない。再液化方法には冷凍機或いは出荷するＬＮＧの冷熱でＢＯＧを凝縮させる方法があるが、冷凍機での再液化は設備費及び運転費が高価になるので経済性が劣る。
【００１３】
出荷ＬＮＧで冷却してＢＯＧを再液化する設備は冷凍機設備より経済性が優れているが、ＢＯＧの量が多くＬＮＧの出荷量が少ない場合は、出荷ＬＮＧの量では、必要なＢＯＧを液化できない場合があり濃縮の問題を解決できないケースがある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＬＮＧの燃焼特性を劣化させることなく容易にかつ安価に発熱量を調整して出荷できる高発熱量ＬＮＧの低カロリー化方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、低温貯蔵タンク内で濃縮されて重質化したＬＮＧを所定の発熱量のガスに調整して消費系に供給するに際し、低温貯蔵タンクから払い出されるＬＮＧを加熱して気化し、その気化ガスと低温貯蔵タンクから払い出されるＬＮＧとを混合してその温度を調整し、気液を平衡させた後、これを気液分離器に導入して一定圧力下で気液分離し、その気液分離された重質の分離液を蒸留塔に導入して分離液から重質成分を分離すると共に軽質成分をガス化させ、そのガス化した軽質成分のガスを気液分離器で分離されたガスに混入して消費系に供給するようにした高発熱量ＬＮＧの低カロリー化方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、気液分離器で分離されたガスの温度を検出し、その温度が設定温度となるよう、上記気化ガスとＬＮＧの混合量を制御する請求項１記載の高発熱量ＬＮＧの低カロリー化方法である。
【００１７】
請求項３の発明は、蒸留塔に導入した分離液を加熱してメタン、エタンからなる軽質成分とプロパン、ブタンからなる重質成分とに分離し、その軽質成分のガスを、気液分離器で分離されたガスに混入する請求項１又は２記載の高発熱量ＬＮＧの低カロリー化方法である。
【００１８】
請求項４の発明は、低温貯蔵タンク内で濃縮されて重質化したＬＮＧを所定の発熱量のガスに調整して消費系に供給するための高発熱量ＬＮＧの低カロリー化装置において、低温貯蔵タンク内の重質化したＬＮＧを払い出す払出ラインと、その払出ラインに接続された気化器と、気化器をバイパスするＬＮＧラインと、払出ラインに接続され、気化器で気化された気化ガスとＬＮＧラインからのＬＮＧを混合する第１ラインミキサーと、払出ラインに接続され、ラインミキサーで混合されたＬＮＧを導入し、これを気液分離する気液分離器と、気液分離器の頂部に接続され、分離された軽質成分のガスを消費系に供給するためのガスラインと、気液分離器で、分離された分離液を導入してこれを蒸留分離する蒸留塔と、蒸留塔で蒸留分離された軽質成分を上記ガスラインのガスに混入する蒸留ガスライとを備えた高発熱量ＬＮＧの低カロリー化装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１において、１０は、低温貯蔵タンク１１と払出ポンプ１２から構成されるＬＮＧ設備で、そのＬＮＧ払出ライン１３に気液分離器１４が接続される。
【００２１】
気液分離器１４に至るＬＮＧ払出ライン１３には、第１圧力調整弁１５、第１開閉弁１６、気化器１７、第１ラインミキサー１８が順次接続される。
【００２２】
気液分離器１４の頂部には、ガスライン１９が接続され、そのガスライン１９に、第２圧力調整弁２０、第２開閉弁２１、ガス加熱器２２、流量計２３、閉止弁２５、第３圧力調整弁２６が順次接続される。
【００２３】
閉止弁２５の前後のガスライン１９には、導入ライン２７と排出ライン２８を介してバッファタンク３０が接続される。導入ライン２７には、導入弁２９ａが、排出ライン２８には、排出弁２９ｂが接続される。
【００２４】
気液分離器１４の底部には、気液分離後の液を蒸留塔３１に供給する液ライン３２が接続される。この液ライン３２には、液位調整弁３３、流量計３４、液導入弁３５が接続される。
【００２５】
蒸留塔３１は、その塔体３６の下部にボトム加熱器３７が設けられ、その上部に下段蒸留部３８と上段蒸留部３９が設けられ、蒸留塔頂部にコンデンサー４０が設けられる。
【００２６】
液ライン３２は、下段蒸留部３８と上段蒸留部３９の間の塔体３６に接続される。
【００２７】
塔体３６の頂部には蒸留ガスライン４１が接続され、その蒸留ガスライン４１が、第２圧力調整弁２０と第２開閉弁２１間のガスライン１９に接続される。このガスライン１９に至る蒸留ガスライン４１には、第２圧力調節器４２と第３圧力調整弁４３が接続される。第３圧力調整弁４３は、第２圧力調節器４２により制御される。
【００２８】
塔体３６の底部には、ＬＰＧ排出ライン４４が接続され、そのＬＰＧ排出ライン４４に、液位調節弁４５、ＬＰＧ冷却器４６が接続される。液位調節弁４５は、蒸留塔３１に設けた第２液面調節計４７により制御される。
【００２９】
払出ポンプ１２の吐出側の払出ライン１３には、第１圧力調整弁１５をバイパスして、低温貯蔵タンク１１のＬＮＧをコンデンサー４０に流した後、第１圧力調整弁１５の下流側に戻すバイパスライン４８が接続され、その入口側バイパスライン４８ａに、蒸留塔３１の頂部に設けた温度調節器４９に応じてＬＮＧ量を調整する温度調整弁５０が接続される。
【００３０】
また、入口側バイパスライン４８ａの下流側の払出ライン１３には、第１圧力調整弁１５、第１開閉弁１６、気化器１７をバイパスして第１ラインミキサー１８にＬＮＧを流すＬＮＧライン５１が接続され、そのＬＮＧライン５１に温度調整弁５２が接続される。
【００３１】
気化器１７の出口側の払出ライン１３には、気化ガスを定期的に分析する成分分析計５３が接続され、その分析値が制御器５４に入力される。また気液分離器１４の頂部には温度調節器５５が設けられ、その検出値が制御器５４に入力される。
【００３２】
また、ガス加熱器２２の出口側のガスライン１９には圧力調節器５６が接続され、この圧力調節器５６の検出値が設定圧となるように払出ライン１３の第１圧力調整弁１５が制御されるようになっている。
【００３３】
さらにガスライン１９には、発熱量分析器５７が接続され、この発熱量分析器５７で分析された発熱量が温度調節器５５を介して制御器５４に入力され、発熱量分析器５７で分析された発熱量が規制値（１３Ａ）となるように制御器５４が温度調節器５５の設定温度を設定するようになっている。
【００３４】
気液分離器１４には、分離した分離液の液面を検出する液面計５８が設けられ、この液面計５８の検出値が制御器５９に入力される。制御器５９には、ガスライン１９に接続した流量計２３の流量値と、液ライン３２に接続した流量計３４の流量値とが入力される。制御器５９は、これら流量値と液面計５８の検出値に応じて液位調整弁３３を制御するようになっている。
【００３５】
ボトム加熱器３７の加熱媒体供給ライン３７ａには、流量制御弁６０が接続される。蒸留塔３１の下部には温度制御器６１が設けられ、この検出値が制御器６２に入力される。制御器６２は、温度制御器６１からの検出値と流量計３４から入力される流量値に応じて流量制御弁６０を制御するようになっている。
【００３６】
次に、本発明の高発熱量ＬＮＧの低カロリー化方法を説明する。
【００３７】
低温貯蔵タンク１１内で濃縮されたＬＮＧは払出ポンプ１２で加圧されて、ガスライン１９の圧力調整器５６の圧力が所定圧力になるように第１圧力調節弁１５で制御されて第１気化器１７に入る。
【００３８】
気化器１７でＬＮＧは海水、空気、その他の加熱媒体で加熱されて、約０℃以上の気化ガスになる。
【００３９】
気化ガスは定期的に成分分析器５３で分析されて組成を確定する。その後第１ラインミキサー１８に入る。
【００４０】
第１ラインミキサー１８には第１圧力調節弁１５の上流から分岐されたＬＮＧライン５１を通して、温度調整弁５２で、その流量が調節されたＬＮＧが流入する。第１ラインミキサー１８に入った気化ガスとＬＮＧとは、両流体が均一になるように十分に混合される。
【００４１】
ＬＮＧライン５１の温度調節弁５２は、下流側の気液分離器１４に設置されている温度調節器５５により、温度が所定温度になるように制御器５４で制御されて、第１ラインミキサー１８での気化ガスとＬＮＧの混合量が制御されてＬＮＧが流入する。
【００４２】
温度調節器５５の設定温度は、成分分析器５３の分析結果から定期的に決められる。温度調節器５５の設定温度は、例えば圧力が０．６ＭＰａの場合に約−６０℃前後（気・液平衡計算から求める）になる。
【００４３】
第１ラインミキサー１８に入った気化ガスとＬＮＧは、第１ラインミキサー１８内で両流体が均一になるように十分に混合される。
【００４４】
混合流体は気液分離器１４に入り比重差でガスと液に分離される。気液分離器１４内の圧力は、気液平衡状態から算出される必要圧力に、ガスライン１９に設置された第２圧力調整弁２０により一定に調整される。分離されたガスは低発熱量の軽質成分で、分離液は高発熱量の重質成分となる。
【００４５】
第２圧力調整弁２０から流出したガスは低温なのでガス加熱器２２に入り０℃以上に海水、空気、その他の加熱媒体により加熱される。
【００４６】
ガス加熱器２２からの流出ガスは、圧力調整器５６の圧力が所定圧力になるように第１圧力調節弁１５により調節され、流量が流量計２３で測定され、バッファタンク３０に溜められた後、第３圧力調整弁２６を介して消費系に供給される。
【００４７】
バッファタンク３０は、基地外へのガス供給が激しく変動する場合のシステムの圧力変動を緩やかにするために設置する。第３圧力調整弁２６は下流側の圧力を必要な圧力に維持するために設けられる。
【００４８】
気液分離器１４で分離されたガスとの平衡液（分離液）は気液分離器１４の底部に貯蔵され、余剰液は底部から液ライン３２を介して蒸留塔３１に送られる。
【００４９】
気液分離器１４から蒸留塔３１に送られる余剰分離液は、液面計５８と液位調整弁３３により制御されると同時に流量計３４により、蒸留塔３１への流量を一定時間（θ）の間一定流量で流れるように制御される。これは、流量が短時間で大きく変動すると塔頂・塔底のプロダクトの性質が安定しないのでこのような制御を行なう。このために、気液分離器１４の底部の分離液貯蔵体積を、分離量の数時間分以上溜められるようにする。
【００５０】
制御器５９は、流量計２３と第２液面調節計４７から蒸留塔３１での妥当な処理量を定期的に算定し、算定値を流量計３４に伝送して液位調整弁３３で流量制御することにより、蒸留塔３１に適切な処理量を送り込む。
【００５１】
蒸留塔３１に送られた分離液はエタン以上の軽沸点成分とＬＰＧに分離される。軽沸点成分は塔頂からガスとして、ＬＰＧは塔底から液状でそれぞれ分離される。
【００５２】
塔頂ガスは蒸留ガスライン４１より、気液分離器１４からの分離ガスに混入して都市ガスの原料とするが、低温度なのでガス加熱器２２の入口で気液分離器１４の分離ガスと合流する。
【００５３】
蒸留塔３１内に導入された気液分離器１４からの分離液は、塔底に設置されているボトム加熱器３７で加熱され蒸発し、塔頂ではコンデンサー４０で、バイパスライン４８からのＬＮＧを冷却媒体として冷却される。
【００５４】
この蒸留塔３１の分離のためのキー成分は、塔頂ではプロパン成分で、塔底ではエタン成分となる。
【００５５】
塔頂、塔底温度は定期的に原料ＬＮＧの組成を確認している成分分析計５３から、塔頂と塔底のキー成分の許容含有量を算定して、蒸留塔３１の圧力に対応した温度になるように加熱媒体或は冷却媒体の流量を制御する。
【００５６】
塔底のボトム加熱器３７は温度調節器４９と成分分析計５３から決められた温度になるように、温度制御器６１と温度制御弁６０により加熱流体が制御される。同時に気液分離器１４の分離液の流入量を測定している流量計３４のデータにより、蒸留塔３１の塔底での必要加熱量を確保するように熱媒体の流量を流量制御弁６０で制御する。
【００５７】
塔頂温度は決められた温度になるように温度調節器４９と温度調整弁５０によりＬＮＧ量を制御する。
【００５８】
塔頂コンデンサー４０の冷却温度は通常低い温度となるので、冷却媒体はＬＮＧの顕熱を使用することになる。従って、ＬＮＧは第１圧力調節弁１５の上流側からコンデンサー４０に導き、下流側に返して気化器１７で気化させてガスの製造に供する。
【００５９】
塔頂ガスは塔内圧力調節器４２と圧力調節弁４３により、所定の圧力を維持するように塔内から排出され、圧力調節弁２０の下流側で、ガス加熱器２２の入口より上流で気液分離器１４の分離ガスに混入される。
【００６０】
塔底のＬＰＧは設定液面より高くなると、液面調節計４７と液面調節弁４５より塔外に排出される。ＬＰＧは冷却器４６で常温に冷却されてＬＰＧタンクに送られ、貯蔵されると共に熱調の原料或は他の用途に供する。
【００６１】
次に、より具体的な実施例を説明する。
【００６２】
（１）発熱量が４６．０５ＭＪ／Ｎｍ３　（１１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３　）以上になったＬＮＧの組成の一例として、下記の例について実施例を説明する。
【００６３】
2004099718.tif 000003
上記のＬＮＧ組成中のＣ２（エタン）、Ｃ３（プロパン）、Ｃ４（ブタン），Ｃ５（ペンタン）の含有量は僅かであるが、メタンに比べて発熱量が約２〜３倍以上あり、これが都市ガスの発熱量４６．０５ＭＪ／Ｎｍ３　（１１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３　）以上とする要因である。
【００６４】
（２）（１）のガスの気液分離器１４における気液平衡関係からガスと液の組成を求める。それぞれの概略の分離量と発熱量は次のようになる。
【００６５】
2004099718.tif 000004
（３）気液分離器１４での熱的条件を作る為にラインミキサー１８で、気化器１７での気化ガス量と冷却ＬＮＧ量を求める。
【００６６】
2004099718.tif 000005
（４）上記の平衡計算をべースにして実際に都市ガス（１３Ａ）を製造する場合のマテリアルバランスについて一例を示す。
【００６７】
2004099718.tif 000006
このように本発明は（５）に示した各流量を各ユニット毎に設定された圧力と温度条件下で制御し、所定の発熱量のガスを製造するものである。
【００６８】
ＬＮＧの組成が変動しない場合の気液分離器１４での分離は、圧力と温度を正確に制御すれば、理論上は所定の発熱量のガス（１３Ａ）を得ることが可能であるが、都市ガスの消費量が常に変動するので、実際には正確な温度（検知遅れ等）とそれに対する流量の制御が難しい。
【００６９】
この理由で本発明では、気液分離器１４での分離ガスの発熱量が規定値（１３Ａ）よりも低めになるように、設定圧力に対する温度の制御値を設定する。気液分離器１４の分離ガスを規定値（１３Ａ）にする為の微調整は、下流に設置されている常設の熱調設備により行なう。この場合、蒸留塔３１で分離回収したＬＰＧ排出ライン４４からのＬＰＧを分離ガスに混入して熱調する。
【００７０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、重質化したＬＮＧを気液分離器で気液分離し、その気液分離した分離液を蒸留塔で蒸留してプロパンなどの重質成分を除去し、軽質成分を気液分離器で分離されたガスに混入して消費系に供給することで、燃料特性を劣化させることなく容易にかつ安価に発熱量を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１１　低温貯蔵タンク
１３　払出ライン
１４　気液分離器
１９　ガスライン
３１　蒸留塔
【図１】
2004099718.tif 000007