(57)【要約】【課題】  気体成分と液体成分の気液混合に際して、気体成分あるいは液体成分の流量や圧力あるいは温度等特性の急激な変動があっても、安定な気液混合による均一な混合液を作製し、安定した条件で混合液の供送を確保すること。【解決手段】  気体成分Ｇと液体成分Ｌが導入される気体導入部１と液体導入部２と導入された気体成分Ｇと液体成分Ｌを分配する分配部３を有する上段部１０と、充填層２０と、混合液貯留部４と混合液供出部５を有する下段部３０と、を備えるとともに、液体貯留部３ａに貯留された液体成分Ｌの一部の取り出し可能な液体抜取部Ｔと液体成分Ｌの流量調整部Ｖ１を有し、液体貯留部３ａに貯留された液体成分Ｌの一部が取り出され、液体成分Ｌの取り出し量によって、液体貯留部３ａの液面高さｈが迅速に制御・調整される。下段部３０から取り出された混合液Ｍは、供出ポンプ６によって供出される。【選択図】  図１
2017051892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供送された気体成分が導入される気体導入部と、供送された液体成分が導入される液体導入部と、導入された前記気体成分および前記液体成分がそれぞれ分配される分配部と、を有する上段部と、
前記分配部において分配された気体成分および液体成分が分散して導入され、気液接触により気体成分を液体成分に溶解または凝縮させて気液混合させる充填層と、
該充填層の下部に設けられ、気液混合された混合液が貯留される混合液貯留部と、貯留された混合液が供出される混合液供出部と、を有する下段部と、を備えるとともに、
前記分配部において、導入された前記液体成分を貯留する液体貯留部と、該液体貯留部の底部に設けられ貯留された液体成分を分配する複数の液体分配用孔部と、貯留された液体成分と非接触に前記上段部空間と前記充填層上部空間を前記気体成分が流通する複数の気体分配用管部と、該液体貯留部の液面高さを検知する液面計と、該液面高さを調整する液面調整部と、を有し、
前記液面調整部が、前記液体貯留部に貯留された液体成分の一部の取り出し可能な液体抜取部と該液体成分の流量調整部を有し、前記液体貯留部の液面高さが、該液体成分の取り出し量によって制御・調整されることを特徴とする気液混合装置。
【請求項２】
供送された気体成分が導入される気体導入部と、供送された液体成分が導入される液体導入部と、導入された前記気体成分および前記液体成分がそれぞれ分配される分配部と、を有する上段部と、
前記分配部において分配された気体成分および液体成分が分散して導入され、気液接触により気体成分を液体成分に溶解または凝縮させて気液混合させる充填層と、
該充填層の下部に設けられ、気液混合された混合液が貯留される混合液貯留部と、貯留された混合液が供出される混合液供出部と、を有する下段部と、を備えるとともに、
前記分配部において、導入された前記液体成分を貯留する液体貯留部と、該液体貯留部の底部に設けられ貯留された液体成分を分配する複数の液体分配用孔部と、貯留された液体成分と非接触に前記上段部空間と前記充填層上部空間を前記気体成分が流通する複数の気体分配用管部と、該液体貯留部の液面高さを検知する液面計と、該液面高さを調整する液面調整部と、を有し、
前記液面調整部が、前記液体貯留部に貯留された液体成分の一部の取り出し可能な液体抜取部と、該液体成分の流量調整部と、該取り出し量の流量調整部と、取り出された液体成分の一部を再度前記液体貯留部に還流する還流部と、該還流液の流量調整部を有し、前記液体貯留部の液面高さが、該液体成分の取り出し量および還流される液体成分の還流流量によって制御・調整されることを特徴とする気液混合装置。
【請求項３】
供送された気体成分と液体成分を、充填層を用いて気液接触させ、該気体成分を該液体成分に溶解または凝縮させて気液混合する気液混合方法であって、以下の工程
（１）前記充填層の上流段において、導入された前記気体成分および前記液体成分が、それぞれ分配部によって分配され、
（２）分配された気体成分および液体成分が分散して導入された前記充填層において、気液混合され、
（３）前記充填層の下流段において、気液混合された混合液が貯留され、貯留された混合液が供出されるとともに、
（４）前記分配部において、導入された前記液体成分が、液体貯留部に貯留され、貯留された液体成分が該液体貯留部の底部に設けられた複数の液体分配用孔部によって分配されて前記充填層に導入されるとともに、導入された前記気体成分が、前記液体貯留部に近接して設けられた複数の気体分配用管部を介して貯留された液体成分と非接触に前記上流段の空間から前記充填層に導入され、
（５）前記液体貯留部に貯留された液体成分の一部が取り出され、該液体貯留部の液面高さが、該液体成分の取り出し量によって制御・調整されることを特徴とする記載の気液混合方法。
【請求項４】
供送された気体成分と液体成分を、充填層を用いて気液接触させ、該気体成分を該液体成分に溶解または凝縮させて気液混合する気液混合方法であって、以下の工程
（１）前記充填層の上流段において、導入された前記気体成分および前記液体成分が、それぞれ分配部によって分配され、
（２）分配された気体成分および液体成分が分散して導入された前記充填層において、気液混合され、
（３）前記充填層の下流段において、気液混合された混合液が貯留され、貯留された混合液が供出されるとともに、
（４）前記分配部において、導入された前記液体成分が、液体貯留部に貯留され、貯留された液体成分が該液体貯留部の底部に設けられた複数の液体分配用孔部によって分配されて前記充填層に導入されるとともに、導入された前記気体成分が、前記液体貯留部に近接して設けられた複数の気体分配用管部を介して貯留された液体成分と非接触に前記上流段の空間から前記充填層に導入され、
（５）前記液体貯留部に貯留された液体成分の一部が取り出されるとともに、取り出された液体成分の一部が再度液体貯留部に還流され、該液体貯留部の液面高さが、該液体成分の取り出し量および還流される液体成分の還流流量によって制御・調整されることを特徴とする気液混合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液混合装置および気液混合方法に関し、具体的には、例えば貯留用タンクに収容された液化天然ガス（以下「ＬＮＧ」ということがある）の供送時において、分離した気体成分としてのボイルオフガス（以下「ＢＯＧ」ということがある）と液体成分としてのＬＮＧを気液混合する場合等に用いる気液混合装置および気液混合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス（ＮＧ）は、輸送や貯蔵の利便性などのため、液化天然ガス（ＬＮＧ）として貯蔵され、これを気化した後に、主として火力発電用や都市ガス用として用いられる。貯蔵されたＬＮＧを各地に搬送する場合、低温の液化ガスとして貯蔵タンクからタンクローリー車等に移送される。このとき、低温で貯蔵されたＬＮＧは、貯蔵タンク内あるいは移送流路内の終端部や停留部において、その一部が気化してＢＯＧを発生している。こうしたＢＯＧは、環境への配慮や経済的損失を防ぐために高圧・低温条件で回収されることが好ましく、種々の回収装置が提案され、実施されている。
【０００３】
例えば、供送先端部において生成されたすべてのＢＯＧを再液化させ、供送されるＬＮＧの残り部分と混合する装置（およびその関連制御部）として、図６に例示するＢＯＧ再凝縮器が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。具体的には、容器１１５を含む再凝縮器は、互いに干渉しない２つのゾーンからなる。収容する容器１１５の上部に位置する再凝縮充填物接触ゾーン１１１には、充填層１０７が配設され、そこでＢＯＧ圧縮排出路１１４から供送されたＢＯＧが、ＬＰポンプ１３２の排出路から取り出されたＬＮＧ１２２と接触し再凝縮する。収容する容器１１５の下部に位置する下部貯留ゾーン１１２は、ＨＰポンプに対して液体維持ドラムとして働き、そこでＬＮＧの余剰分１２３が、レベル制御バルブを介して最大容量の半分量以上導入される。最大容量の半分量からのＬＮＧの余剰分は、流量制御用バイパス１２４を介して再凝縮器をバイパスする。ここで、１０８，１０９は仕切弁、１２５は保守用バイパス、１２６はＨＰポンプ流通流路、１２７はキックバック流路、１２８はＬＮＧ排出流路、１２９は排出ＬＮＧのＨＰポンプへの流路、１３０は封入ガス流路、１３３は制御流通路接続流路を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２３７２２３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記再凝縮器のような気液接触による気液混合装置や気液混合方法では、以下のような種々の課題が生じることがあった。
（ｉ）ＬＮＧの流量は、ＢＯＧの流量に基づいて制御されるとともに、再凝縮器（リコンデンサ）下部の液面を一定に保つために、ＬＮＧの一部が当該下部液層に直接導入される。こうした条件において、ＢＯＧの流量が急激に変化した場合（例えば供送源の貯蔵タンクにＬＮＧが充填された場合等）、それに応じて充填層上部に導入されるＬＮＧの流量を変動させるが、充填層を経由して下部液層に流下するまでに所定の時間がかかり、その遅れ時間の後に下部液層の増量が発生する。しかしながら下部液層に直接導入されるＬＮＧの流量は、この変動に追随することができず、液面の一時的なシフトおよびこれに伴う気液混合部の圧力変動（オーバーシュートまたはアンダーシュート）が生じることがあった。下部液層からの取出し量の変動に伴う気液混合部の圧力変動および導入ＬＮＧの流量の変動が発生した場合も同様である。
（ii）また、ＢＯＧの流量が急激に変化した場合、再凝縮器上段に導入されるＬＮＧの流量と下部液層に導入されるＬＮＧの流量のバランスが大きく崩れ、ＬＮＧ供送用ポンプのヘッドに掛かる負荷のアンバランスによって供送量の安定性に影響を与える可能性があった。
（iii）さらに、例えばＢＯＧの流量が急激に増加した場合、再凝縮器の上段に導入されたＬＮＧの温度は急激に上昇し、加温されたＬＮＧが直接下部液層に流下し、下部液層の温度が上昇する。このとき、再凝縮器の下部から取り出される混合液の供送に用いられるポンプの運転に必要なＮＰＳＨ（正味吸込みヘッド）が確保できずにキャビテーションが発生し供送量の安定性に影響を与える可能性があった。ＢＯＧの温度が急激に上昇した場合においても同様である。
（ｉｖ）また、こうした課題は、気体成分としてＢＯＧと液体成分としてＬＮＧの場合に限らず、同一成分の気液における気体成分としてアンモニアガスと液体成分として液化アンモニアの気液混合やメタンガスと液化メタンの気液混合、あるいは複数の成分からなる灯油やナフサ（ガソリン）等の石油精製製品における気液混合、また天然ガスの熱量調整の場合に用いられる気体窒素とＬＮＧのように異なる成分の気液混合等に用いる気液混合装置および気液混合方法に関しても同様である。
【０００６】
本発明の目的は、気体成分と該気体成分よりも低温状態の液体成分の気液混合に際して、気体成分あるいは液体成分の流量や圧力あるいは温度等特性の急激な変動があっても、安定な気液混合による均一な混合液を作製し、安定した条件で混合液の供送を確保することができる気液混合装置および気液混合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に示す気液混合装置および気液混合方法によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明に係る気液混合装置は、気体成分が導入される気体導入部、供送された液体成分が導入される液体導入部と、導入された前記気体成分および前記液体成分がそれぞれ分配される分配部と、を有する上段部と、
前記分配部において分配された気体成分および液体成分が分散して導入され、気液接触により気体成分を液体成分に溶解または凝縮させて気液混合させる充填層と、
該充填層の下部に設けられ、気液混合された混合液が貯留される混合液貯留部と、貯留された混合液が供出される混合液供出部と、を有する下段部と、を備えるとともに、
前記分配部において、導入された前記液体成分を貯留する液体貯留部と、該液体貯留部の底部に設けられ貯留された液体成分を分配する複数の液体分配用孔部と、貯留された液体成分と非接触に前記上段部空間と前記充填層上部空間を前記気体成分が流通する複数の気体分配用管部と、該液体貯留部の液面高さを検知する液面計と、該液面高さを調整する液面調整部と、を有し、
前記液面調整部が、前記液体貯留部に貯留された液体成分の一部の取り出し可能な液体抜取部と該液体成分の流量調整部を有し、前記液体貯留部の液面高さが、該液体成分の取り出し量によって制御・調整されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、供送された気体成分と液体成分を、充填層を用いて気液接触させ、該気体成分を該液体成分に溶解または凝縮させて気液混合する気液混合方法であって、以下の工程
（１）前記充填層の上流段において、導入された前記気体成分および前記液体成分が、それぞれ分配部によって分配され、
（２）分配された気体成分および液体成分が分散して導入された前記充填層において、気液混合され、
（３）前記充填層の下流段において、気液混合された混合液が貯留され、貯留された混合液が供出されるとともに、
（４）前記分配部において、導入された前記液体成分が、液体貯留部に貯留され、貯留された液体成分が該液体貯留部の底部に設けられた複数の液体分配用孔部によって分配されて前記充填層に導入されるとともに、導入された前記気体成分が、前記液体貯留部に近接して設けられた複数の気体分配用管部を介して貯留された液体成分と非接触に前記上流段の空間から前記充填層に導入され、
（５）前記液体貯留部に貯留された液体成分の一部が取り出され、該液体貯留部の液面高さが、該液体成分の取り出し量によって制御・調整されることを特徴とする。
【００１０】
上記のように、充填層を用いて気液接触させ、均一な混合液を作製し、安定した特性（圧力・温度等）で取り出すことは、供送される気体成分あるいは液体成分の流量や特性が変動する場合においては、非常に難しい場合がある。本発明者は、充填層の上段（上流段）において、導入された液体成分を、所定の液面高さを有するように貯留可能な分配部を配設するとともに、貯留された液体成分の一部を取り出して、その取り出し量を調整することによって迅速に液体貯留部の液面高さを制御・調整することができる。具体的には、例えば液体分配用孔部とは別に、常に所定量を抜取り可能な液体抜取部を設け、気体成分が増加（減少）した場合、抜取り量を直ちに減少（増加）させることによって、液面高さを上昇（低下）させ充填層に供給する液体成分を迅速に増量（減量）することができる。これによって、充填部における気液混合条件を安定化させ、気体成分の流量や圧力あるいは温度等特性の急激な変動があっても、均一な混合液を作製し、安定した条件での混合液の供送を確保することができる気液混合装置および気液混合方法を提供すること可能となった。また、従前の課題であった液面の一時的なシフトおよびこれに伴う気液混合部の圧力変動を防ぐことができる。と同時に、例えば気体成分ＢＯＧと液体成分ＬＮＧの場合、気体成分より低温状態の液体成分の気液混合となり、ＢＯＧ流量の急激な増加に伴う混合されるＬＮＧの温度上昇を緩和することができ、安定的に均一な混合液を作製することが可能となった。なお、気体窒素とＬＮＧのように低温の気体窒素とこれより高温状態のＬＮＧの気液混合の場合には、気体窒素の温度上昇を緩和することができる。
【００１１】
本発明は、供送された気体成分が導入される気体導入部と、供送された液体成分が導入される液体導入部と、導入された前記気体成分および前記液体成分がそれぞれ分配される分配部と、を有する上段部と、
前記分配部において分配された気体成分および液体成分が分散して導入され、気液接触により気体成分を液体成分に溶解または凝縮させて気液混合させる充填層と、
該充填層の下部に設けられ、気液混合された混合液が貯留される混合液貯留部と、貯留された混合液が供出される混合液供出部と、を有する下段部と、を備えるとともに、
前記分配部において、導入された前記液体成分を貯留する液体貯留部と、該液体貯留部の底部に設けられ貯留された液体成分を分配する複数の液体分配用孔部と、貯留された液体成分と非接触に前記上段部空間と前記充填層上部空間を前記気体成分が流通する複数の気体分配用管部と、該液体貯留部の液面高さを検知する液面計と、該液面高さを調整する液面調整部と、を有し、
前記液面調整部が、液体貯留部に貯留された液体成分の一部の取り出し可能な液体抜取部と、該取り出し量の流量調整部と、取り出された液体成分の一部を再度前記液体貯留部に還流する還流部と、該還流液の流量調整部を有し、前記液体貯留部の液面高さが、該液体成分の取り出し量および還流される液体成分の還流流量によって制御・調整されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、供送された気体成分と液体成分を、充填層を用いて気液接触させ、該気体成分を該液体成分に溶解または凝縮させて気液混合する気液混合方法であって、以下の工程
（１）前記充填層の上流段において、導入された前記気体成分および前記液体成分が、それぞれ分配部によって分配され、
（２）分配された気体成分および液体成分が分散して導入された前記充填層において、気液混合され、
（３）前記充填層の下流段において、気液混合された混合液が貯留され、貯留された混合液が供出されるとともに、
（４）前記分配部において、導入された前記液体成分が、液体貯留部に貯留され、貯留された液体成分が該液体貯留部の底部に設けられた複数の液体分配用孔部によって分配されて前記充填層に導入されるとともに、導入された前記気体成分が、前記液体貯留部に近接して設けられた複数の気体分配用管部を介して貯留された液体成分と非接触に前記上流段の空間から前記充填層に導入され、
（５）前記液体貯留部に貯留された液体成分の一部が取り出されるとともに、取り出された液体成分の一部が再度液体貯留部に還流され、該液体貯留部の液面高さが、該液体成分の取り出し量および還流される液体成分の還流流量によって制御・調整されることを特徴とする。
【００１３】
上記のように、液体貯留部に貯留された液体成分の一部を取り出すことによって、液体貯留部の液面高さは迅速に調整することができる。一方、取り出された液体成分は、当該気液混合装置から供出される混合液に添加することができるとともに、気液混合装置に供送される原料液体成分として使用することができる。本発明は、さらに、これを液体貯留部に還流させることによって、その液面高さの調整幅を拡大し導入される気体成分の急激な変動に対する高い緩衝機能を得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る気液混合装置の第１構成例を示す概略図
【図２】本発明に係る気液混合装置の第２構成例を示す概略図
【図３】本発明に係る気液混合装置の第３構成例を示す概略図
【図４】本発明に係る気液混合装置を用いた装置内圧力変動緩衝機能の検証結果を例示する説明図
【図５】本発明に係る気液混合装置を用いた装置内圧力変動緩衝機能の検証結果を例示する説明図
【図６】従来技術に係る気液混合装置としてＢＯＧ再凝縮器を例示する概略図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜本発明に係る気液混合装置の基本構成例＞
本発明に係る気液混合装置（以下「本装置」という）の基本構成例（第１構成例）の概要を、図１（Ａ）に示し、本装置を構成する分配器３は、図１（Ｂ）に例示する。本装置は、気体成分Ｇと液体成分Ｌが導入される気体導入部１と液体導入部２と導入された気体成分Ｇと液体成分Ｌを分配する分配部３を有する上段部１０と、充填層２０と、混合液貯留部４と混合液供出部５を有する下段部３０と、を備えるとともに、分配部３において、導入された液体成分を貯留する液体貯留部３ａと、液体貯留部３ａの底部に設けられ貯留された液体成分を分配する複数の液体分配用孔部３ｂと、貯留された液体成分と非接触に上段部空間１０ａと充填層上部空間２０ａを気体成分が流通する複数の気体分配用管部３ｃと、液体貯留部３ａの液面高さｈを検知する液面計（図示せず）と、液面高さｈを調整する液面調整部と、を有する。本装置第１構成例は、当該液面調整部が、液体貯留部３ａに貯留された液体成分Ｌの一部の取り出し可能な液体抜取部Ｔと液体成分Ｌの流量調整部Ｖ１を有することを特徴とする。下段部３０から取り出された混合液Ｍは、供出ポンプ６によって供出される。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
液体貯留部３ａに貯留された液体成分Ｌの一部が取り出され、液体成分Ｌの取り出し量によって、液体貯留部３ａの液面高さｈが迅速に制御・調整されることによって、気体成分Ｇまたは液体成分Ｌの特性の過渡的な変化が生じた場合であっても、液面の一時的なシフトおよびこれに伴う気液混合部（特に充填層２０）の圧力変動を防ぐことができる。このとき、常に液体成分Ｌの取り出しを行い、取り出し量の基準値に対して上下限値の範囲内に増減させることによって制御する方法、あるいは取り出し量なしを基準として気体成分Ｇの増加に伴う液体成分Ｌの増量に対応して取り出し量を減少させることによって制御する方法等使用するプロセスによって設定することが好ましい。
【００１７】
液面調整機能として、液体抜取部Ｔと流量調整部Ｖ１を備えた装置であって、液体成分Ｌの取り出し量を制御することによって、液面高さｈが調整される。液体貯留部３ａに液面計（図示せず）以外の部材を設けることなく、液面高さｈの調整機能を確保することができるとともに、取り出された液体成分Ｌの活用を図ることができる。例えば、抜き取られた液体成分Ｌは、流量調整部Ｖ１によって流量調整され、図中の実線に示す液体抜取部Ｔを介して混合液供出部５を流通する混合液Ｍに添加することによって、異なる成分の気液混合の場合において供出される混合液Ｍの液温および純度を調整することができる。また、抜き取られた液体成分Ｌの一部を、図中上部破線に示すように、還流液Ｒとして液体導入部２を流通する液体成分Ｌに添加することによって、本装置に導入される液体成分Ｌの導入量を調整するとともに、液体貯留部３の液面高さｈを調整することができる。なお、抜き取られた液体成分Ｌの一部を、さらに、図中下部破線に示すように、下段液体導入部Ｓを介して混合液貯留部４に添加することによって、混合液Ｍの液温および純度を調整することができる。
【００１８】
上段部１０に導入される気体成分Ｇと液体成分Ｌは、気液接触により気体成分を液体成分に溶解または凝縮させて混合液が作製可能な気体成分と液体成分の組合せをいう。具体的には、同一物質（成分）の気体とこれが液化した液体成分、および異なる組成あるいは異なる物質の気体成分と低温状態の液体成分の組合せを挙げることができる。例えば、同一成分としてアンモニアガスと液化アンモニアの場合やメタンガスと液化メタンの場合等、あるいは複数の成分からなる灯油やナフサ（ガソリン）等の石油精製製品の気体成分と液体成分や気体成分がＢＯＧと液体成分としてＬＮＧの場合等が挙げられる。後者の場合、気体成分と液体成分で組成が異なるが、気液混合によって同一の液相物質を形成する。また、天然ガスの熱量調整の場合に用いられる気体窒素とＬＮＧのように成分が異なる場合が挙げられる。以下、具体例として、ＢＯＧとＬＮＧの場合について説明するが、これに限定されるものではない。
【００１９】
本装置において、上段部１０に導入された気体成分Ｇと液体成分Ｌは、上段部１０においては直接的な気液接触を図ることなく、分配部３によって、それぞれ個別に均等に分散されて、充填層２０に導入される。このとき、上段部１０は、液体成分Ｌの蒸散を防止できる温度条件および気液接触が行われる充填層２０と同一の圧力条件とすることが好ましい。例えばＢＯＧとＬＮＧの気液混合の場合は、ＬＮＧの貯蔵条件に近い低温高圧条件（例えば約−１５０℃，約６ＭＰａ）とすることによって、ＬＮＧの安定化とＢＯＧの一部の液化を図り、充填層２０での気液混合の効率化を図ることができる。また、導入される気体成分Ｇと液体成分Ｌの流量は、取り出される混合液Ｍの所望の流量によって設定される。
【００２０】
上段部１０に設けられた分配器３は、図１（Ｂ）に例示するように、導入された液体成分Ｌを貯留する液体貯留部３ａと、液体貯留部３ａの底部に設けられた複数の液体分配用孔部３ｂと、導入された気体成分Ｇが貯留された液体成分Ｌと非接触に上段部空間１０ａと充填層２０の上部空間２０ａを流通する複数の気体分配用管部３ｃと、液体貯留部３ａの液面高さを検知する液面計（図示せず）と、を有する。液体貯留部３ａに貯留された液体成分Ｌは、液体貯留部３ａの底部に均等に分布された複数の液体分配用孔部３ｂによって、均等に分配されて充填層２０に流下する。このとき、液体貯留部３ａの液面高さｈが一定に制御された場合には、分配された液体成分Ｌは、ほぼ同一の落下速度で充填層２０に導入され、安定な気液混合による均一な混合液Ｍを作製することができる。一方気体成分Ｇは、気体分配用管部３ｃを介して貯留された液体成分Ｌと直接接触することなく上段部空間１０ａから充填層の上部空間２０ａに流通する。このとき、気体成分Ｇを均等に分配するためには、複数の気体分配管部３ｃを、分配器３の図１（Ｂ）の横断面（液体貯留部３ａの底面）に対して均等に分布させることが好ましい。
【００２１】
〔液面調整機能について〕
液体貯留部３ａの液面高さｈは、導入される液体成分Ｌの流量（Ｌｉ）と液体分配用孔部３ｂから流下する液体成分Ｌの単位時間当りの総量（Ｌｄ）および流量調整部Ｖ１によって調整され液体抜取部Ｔを介して抜き取られた液体成分Ｌの流量によって決定される。このとき、Ｌｉの急激な増加に対する液面の一時的なシフトは、温度・圧力・両成分の流量のバランスにおいて、既述のように気液混合条件の変化を招来する。本装置は、液面上昇を防止するために、液体貯留部３ａに設けられた液体抜取部Ｔを介して液体成分Ｌの一部が取り出され、液体成分Ｌの取り出し量によって、液体貯留部３ａの液面高さｈが迅速に制御・調整されることによって、充填層２０での気液混合条件を図り、安定に気液混合された混合液Ｍを確保することができる。
【００２２】
〔充填層について〕
充填層２０は、上部から均等に分配された液体成分Ｌと気体成分Ｇがより長い時間、より広い面積で気液接触を行うことが好ましい。そのため、充填層２０を形成する充填剤として、液体成分Ｌが内部に十分に浸透し、一時的に滞留する多孔性の非吸着性物質が好ましい。具体的には、シリカ・アルミナ系やゼオライト系の多孔性材料、あるいは低温条件においては金属製の規則充填物または不規則充填物等を挙げることができる。また、充填層２０は、粒状あるいは細粉化された充填剤からなる流動層あるいはハニカム形状等の微小流通路を有する固定層を形成することによって、圧力損失の小さな状態で効率よく気液接触を行うことができる。このとき、充填層２０に導入された低温状態の液体成分Ｌが、充填層２０内を移動し充填剤の表層および充填剤間に形成される液膜において気体成分Ｇと接触することによって、同一成分の場合には気体成分Ｇを溶解させて、異なる成分の非溶解性の気体成分Ｇの場合には液化させて、均質な混合液Ｍを作製することができる。充填層２０は、液体成分Ｌに気体成分Ｇが溶解・混合し易い条件として液体成分Ｌの沸点よりも数〜数十℃低温であることが好ましい。
【００２３】
＜本発明に係る気液混合方法＞
本発明に係る気液混合方法（以下「本方法」という）は、以下の工程を形成する。導入される気体成分あるいは液体成分の特性の急激な変動があっても、安定な気液混合による均一な混合液を作製し、安定した条件での混合液の供送を確保することができる。上記本装置を用いた場合を例に説明する。
（１）気体成分および液体成分の導入と分配
充填層２０の上流段（上段部１０）において、導入された気体成分Ｇおよび液体成分Ｌが、それぞれ分配部３によって分配される。具体的な分散機能は、工程（４）に後述する。
（２）気体成分および液体成分の混合
分配された気体成分Ｇおよび液体成分Ｌが分散して導入された充填層２０において、気液混合され、混合液Ｍが作製される。具体的には、例えば多孔性の充填剤から形成される充填層２０に導入された低温状態の液体成分Ｌが、充填層２０内を移動し充填剤の表層および充填剤間に形成される液膜において気体成分Ｇと接触することによって、同一成分の場合には気体成分Ｇを溶解させ、異なる成分の非溶解性の気体成分Ｇの場合は液化させて混合液Ｍが作製される。
（３）混合液の供出
充填層２０の下流段（下段部３０）において、気液混合された混合液Ｍが貯留され、貯留された混合液Ｍが順次供出される。このとき、下段部３０の混合液貯留部４上空間において、充填層２０から流下する混合液Ｍは混合液貯留部４に貯留された混合液Ｍから蒸散する気体成分Ｇと向流接触し、該気体成分Ｇの溶解または混合が生じる。混合液貯留部４に貯留される混合液Ｍの濃縮度を維持することができる。
（４）分散部における気体成分および液体成分の分配機能
分配部３において、導入された液体成分Ｌが、液体貯留部３ａに貯留され、貯留された液体成分Ｌが液体貯留部３ａの底部に設けられた複数の液体分配用孔部３ｂによって分配されて充填層２０に導入されるとともに、導入された気体成分Ｌが、液体貯留部３ａに近接して設けられた複数の気体分配用管部３ｃを介して貯留された液体成分Ｌと非接触に上流段１０の空間１０ａから上部空間２０ａを介して充填層２０に導入される。気体成分Ｇおよび液体成分Ｌが均等に分配されることによって、均質な気液接触が行われ、均一な混合液Ｍを作製することができる。
（５）分散部における液体成分の貯留および貯留部の液面高さの調整
液体貯留部３ａの液面高さｈは、液体貯留部３ａに貯留された液体成分Ｌの一部が取り出され、該液体成分Ｌの取り出し量によって制御・調整される。基本的には、一定の液面高さｈｏを確保するように制御・調整される。ただし、急激な特性変動が生じた場合には、過渡的な充填層２０内の圧力変動が生じないように、短時間での液面高さｈを基準となる液面高さｈｏからズレた高さに制御・調整されることがある。
【００２４】
＜本装置の他の構成例＞
本装置の他の構成例として、上記第１構成例を基本とし、液体貯留部３ａに貯留された液体成分Ｌの一部の取り出し可能な液体抜取部Ｔと、該取り出し量を調整する流量調整部Ｖ１と、取り出された液体成分Ｌの一部を再度液体貯留部３ａに還流する還流部Ｒと、該還流液の流量調整部Ｖ２を有する構成によって液面高さｈの調整が機能する装置の概要を、図２に示す（第２構成例）。液体貯留部３ａに貯留された液体成分の一部が取り出され、液体貯留部３ａの液面高さｈが、該液体成分Ｌの取り出し量および還流される液体成分（還流液Ｒ）の還流流量によって調整・制御されることによって、気体成分Ｇまたは液体成分Ｌの特性の過渡的な変化が生じた場合であっても、液面の一時的なシフトおよびこれに伴う気液混合部（充填層２０）の圧力変動を防ぐことができる。本装置第２構成例では、液体抜取部Ｔから取り出された液体成分Ｌを、下段液体導入部Ｓを介して混合液貯留部４に添加し、その流量を流量調整部Ｖ３によって調整する構成を有することによって、混合液Ｍの液温および純度を調整することができる。
【００２５】
〔本装置第２構成例を用いた気液混合方法〕
本装置第２構成例を用いた場合には、上記本装置第１構成例用いた気液混合方法を基本として、以下の工程を形成する。なお、共通する内容については略する場合がある。
（１）気体成分および液体成分の導入と分配
充填層２０の上流段（上段部１０）において、導入された気体成分Ｇおよび液体成分Ｌが、それぞれ分配部３によって分配される。
（２）気体成分および液体成分の混合
分配された気体成分Ｇおよび液体成分Ｌが分散して導入された充填層２０において、気液混合され、混合液Ｍが作製される。
（３）混合液の供出
充填層２０の下流段（下段部３０）において、気液混合された混合液Ｍが貯留され、貯留された混合液Ｍが順次供出される。
（４）分散部における気体成分および液体成分の分配機能
分配部３において、導入された液体成分Ｌが、液体貯留部３ａに貯留され、貯留された液体成分Ｌが液体貯留部３ａの底部に設けられた複数の液体分配用孔部３ｂによって分配されて充填層２０に導入されるとともに、導入された気体成分Ｌが、液体貯留部３ａに近接して設けられた複数の気体分配用管部３ｃを介して貯留された液体成分Ｌと非接触に上流段１０の空間１０ａから上部空間２０ａを介して充填層２０に導入される。
（５）分散部における液体成分の貯留および貯留部の液面高さの調整
液体貯留部３ａの液面高さｈは、液体貯留部３ａに貯留された液体成分Ｌの一部が取り出されるとともに、取り出された液体成分Ｌの一部が、再度液体貯留部３ａに還流され、液体成分Ｌの取り出し量および還流される液体成分の還流流量によって制御・調整される。
【００２６】
＜本装置の第３構成例＞
本装置の第３の構成例として、上記第１構成例を基本とし、分配部３において、液体成分Ｌを貯留する液体貯留部３ａにおける液面高さｈおよび導入された気体成分Ｇと液体成分Ｌの特性情報を指標として、液体貯留部３ａの液面高さｈを制御・調整することを特徴とする装置の概要を、図３（Ａ）〜（Ｅ）に例示する。後述するように、液体貯留部３ａの液面高さｈは、導入された気体成分Ｇと液体成分Ｌの特性、具体的には圧力・温度・組成・流量によって変動し、安定な気液混合の障害となることがある。本装置は、図３（Ａ），（Ｂ）のように、こうした液面の変動を防止するために、液面調整部３ｄを設けるとともに、その原因となる気体成分Ｇと液体成分Ｌの特性情報（圧力・温度・組成・流量）を指標として、液面高さｈの調整量を制御することによって、充填層２０での気液混合条件を図り、安定に気液混合された混合液Ｍを確保することができる。
【００２７】
具体的に、気体成分ＧがＢＯＧ、液体成分ＬがＬＮＧの場合を例に説明する。例えば貯蔵タンクへの新規移送されたＬＮＧの導入時における一時的なＢＯＧの発生した場合、一時的に本装置に導入されるＢＯＧの流量が増加し、圧力および温度が上昇し、組成の変動が生じる。このとき、ＢＯＧの流量の増加に伴い、本装置に導入されるＬＮＧが増加し、液体貯留部３ａの液面高さｈは上昇する。と同時に、充填層２０の内部圧力が上昇し、気液混合条件が変化する。また、温度の高いＢＯＧの流量増加に伴い液体成分Ｌが加温されて液体貯留部３ａに増量した状態で存在し、ＢＯＧの流量が元に戻った状態においても加温された液体成分Ｌが充填層２０に供給され、充填層２０の内部温度が上昇し、気液混合条件が変化する。ここで、過渡的な変動が充填層２０における気液混合条件に与える影響は、一般に温度＞圧力＞流量＞組成と推察される。しかし、本装置においては各要素について、以下のように影響を低減することができる。
（ａ）温度条件の過渡的な変化について
本装置に導入される気体成分Ｇの過渡的な変化は、上段部１０から分配部３ａを通過することによって大幅に緩和され、充填層２０に導入される。特に気体成分Ｇは、比較的熱容量が小さいことから分配部３ａにおける緩衝機能は高い。一方、液体成分Ｌは、比較的熱容量が大きく比較的安定性が高い。また気体成分Ｇの過渡的な変化、特に加温された気体成分Ｇとの接触に伴い加温・増量された場合、液体貯留部３ａの液面高さｈの調整によって液体貯留部３ａでの増量を防止することによって過渡的な変化は大幅に緩和される。
（ｂ）圧力条件の過渡的な変化について
液体成分Ｌ自体は比較的圧縮率が小さく安定性が高い。一方、気体成分Ｇは圧縮率が大きく充填層２０における気液混合効率に対する影響が大きい。本装置は、上段部１０とこれに繋がる充填層２０の境界に液体貯留部３ａが配設され、上段部１０から充填層２０へ流通する気体成分Ｇおよび液体成分Ｌのヘッドを構成する液体貯留部３ａの液面高さｈを調整することによって、充填層２０における気体成分Ｇの圧力の過渡的な変化を緩衝する機能を働かせることができる。
（ｃ）流量条件の過渡的な変化について
気体成分Ｇは、充填層２０が流れの律速条件となることから、流量の過渡的な変化に対する影響は比較的少なく、充填層２０内部での液体成分Ｌとの十分な気液接触時間（面積）が確保されていれば、充填層２０での影響が緩和されて気液混合条件に与える影響は比較的少ない。一方、液体成分Ｌの充填層２０への導入量（流量）は、液体貯留部３ａの液面高さｈに依存することから、その調整・制御が重要となる。本装置は、液面高さｈが上昇しないようにあるいは上昇した液面を迅速に低下させることによって、充填層２０における気液混合条件の過渡的な変動を緩和・防止し、安定に気液混合を行うことができる。
（ｄ）組成条件の過渡的な変化について
導入される気体成分Ｇの組成が急激に変化した場合、元の組成自体および変化の状態によって影響が変動するが、現象として上記（ａ）または（ｂ）の変化が生じた場合と同様の影響が生じると考えられる。従って、液面高さｈを調整・制御することによって、充填層２０における気液混合条件の過渡的な変動を緩和・防止し、安定に気液混合を行うことができる。
【００２８】
気液混合条件を管理するこうした機能を確保するため、本装置において、気体導入部１と液体導入部２に各成分の流量測定器を配設するとともに、上段部１０あるいは充填層２０の上部に圧力計および温度計（図示せず）を備えることが好ましい。制御部（図示せず）によって、各計器の出力（ＰＩＣ）を基に液面調整部３ｄの制動量が演算され、液面の高さｈが調整される。気体成分Ｇおよび液体成分Ｌの特性の変化に対応し、気液混合条件の過渡的な変動を緩和・防止し、安定に気液混合を行うことができる。
【００２９】
具体的な液面調整部３ｄの構成は、気体成分Ｇあるいは液体成分Ｌの種類および特性によって選択することが好ましいが、本装置において適用可能な構成を、図３（Ｃ）〜（Ｅ）に例示する。無論こうした構成に限定されるものではない。
図３（Ｃ）は、上部からの気体Ｇｏ（例えば不活性ガス）の導入・排出によって圧力調整可能な所定の容積を有し、液体貯留部３ａに貯留する液体成分Ｌと連通する空間を備えた液面調整部３ｅを例示する。気体Ｇｏの導入量は調整バルブＶｏによって調整され、該空間への液体成分Ｌの引き込み・吐き出しによって液面高さｈを調整することができる。なお、液面調整部３ｅにおいて、気体Ｇｏの導入に代え、減圧手段と接続し、該空間の真空度を調整することも可能である。
図３（Ｄ）は、液体貯留部３ａに貯留する液体成分Ｌと連通し、液体成分Ｌが充当される空間を有するとともに、上部から該空間の圧縮・膨張を担うピストンＢｏが備えられた液面調整部３ｆを例示する。該ピストンＢｏの移動によって液体貯留部３ａに押し出す液量あるいは吸引する液量が調整され、液面高さｈを調整することができる。
図３（Ｅ）は、液体貯留部３ａに貯留する液体成分Ｌと連通し、液体成分Ｌが充当されるジャバラ構造の空間を有するとともに、該空間の圧縮・膨張を担うピストンＢｏが備えられた液面調整部３ｇを例示する。該ピストンＢｏの移動によって液体貯留部３ａに押し出す液量あるいは吸引する液量が調整され、液面高さｈを調整することができる。
【００３０】
＜液面高さ調整機能の有効性の検証＞
本装置の優れた機能を検証した。具体的には、上記第１構成例に係る本装置を用い、導入される気体成分Ｇの流量の急激な増減に伴う充填層２０の圧力変動、および液面高さｈの調整（取り出し流量の調整）による過渡的な圧力変動の緩衝機能を検証した。
【００３１】
〔検証条件〕
気体成分Ｇ（ＢＯＧ相当）としてメタン１００％（メタンガス：温度２５℃）、液体成分Ｌ（ＬＮＧ相当）としてメタン１００％（液化メタン：温度−１６０℃）を用い、混合液Ｍとして液化メタンを取り出す場合において、常に液化メタンの取り出しを行い、その取り出し量（バイパス流量）の増減によって液面高さｈを調整する条件で検証した。メタンガス導入量の急激な増減、これに対応した液化メタンの増減，このときの液化メタンの取り出し量の増減による充填層２０へ導入される液化メタンの増減の相違、および液化メタンの取り出しの有無による充填層２０の圧力の増減の相違をシミュレーションして検証した。
【００３２】
〔検証結果〕
ＢＯＧを急激に増減させた場合を設定して検証した結果、以下のように、液面高さｈを調整することによって、気液混合条件の過渡的な変動に対する本装置の優れた緩和・防止機能を確認することができた。
（ｉ）ＢＯＧが急激に増加する場合
図４（Ａ）に例示するように、ＢＯＧ（メタンガス）の流量が増加した場合、これに対応（例えば比例制御）してＬＮＧ（液化メタン）の流量が増加する。このとき、液体貯留部３ａに貯留された液化メタンの一部が取り出され、バイパス流量を減少させることにより充填層２０へのＬＮＧの供給量をより迅速に増加させることができる。応答遅れが生じるが、取り出し（バイパス）を全く行わない場合と比較して、充填層２０へ導入される液化メタンの流量の安定性が高く、図４（Ｂ）に例示するように、充填層２０内の圧力上昇を大幅に抑えることができることが確認できた。具体的には、バイパスがない場合に比べて圧力変動幅が１．７７ｂａｒから１．１６ｂａｒに抑えられている（−３４％）。また、圧力擾乱の継続時間が２０分から１０分に短縮された（ここで擾乱の継続時間としては、圧力が９．２ｂａｒに戻るのに要する時間とした）。
（ii）ＢＯＧが急激に減少する場合
図５（Ａ）に例示するように、ＢＯＧの流量が減少した場合、これに対応してＬＮＧの流量を減少させるとともに、バイパス流量を一時的に増加させることにより、充填層２０へのＬＮＧの供給量をより迅速に増加させることができる。バイパス流量を全く流さない場合と比較して、充填層２０へ導入される液化メタンの流量の安定性が高く、図５（Ｂ）に例示するように、充填層２０内の圧力上昇を大幅に抑えることができることが確認できた。具体的には、バイパスがない場合に比べて圧力の変動が２．４６ｂａｒから１．４７ｂａｒに抑えられ（−４０％）、圧力擾乱の継続時間は３３分から１３分に抑えられた。
【符号の説明】
【００３３】
１      気体導入部
２      液体導入部
３      分配器
３ａ    液体貯留部
３ｂ    液体分配用孔部
３ｃ    気体分配用管部
４      混合液貯留部
５      混合液貯留部
６      供出ポンプ
１０    上段部
１０ａ  上段部空間
２０    充填層
２０ａ  充填層の上部空間
３０    下段部
Ｇ      気体成分
ｈ      液面高さ
Ｌ      液体成分
Ｍ      混合液
Ｒ      還流液
Ｓ      下段液体導入部
Ｔ      液体抜取部
Ｖ１    流量調整部
【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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