(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化天然ガスに天然ガスを混合することによって得た気液混相状態の天然ガスの圧力と温度を制御することによって、液相の天然ガスの発熱量を所望の目標発熱量に調整し、前記液相の天然ガスを分離して発熱量調整済の天然ガスを得るとともに、得られた発熱量調整済の天然ガスを主原料として都市ガスを製造する都市ガス製造方法。
【請求項２】
液面制御機能を有する気液分離器内で、液化天然ガスと天然ガスとの前記気液混相状態を発生させ、気相の天然ガスの放出制御により気液混相状態の天然ガスの圧力を制御する請求項１記載の都市ガス製造方法。
【請求項３】
液化天然ガスと天然ガスの混合比率を制御することによって、前記気液混相状態の天然ガスの温度を制御する請求項１記載の都市ガス製造方法。
【請求項４】
分留液として分離される前記発熱量調整済の天然ガスに、液相状態の高発熱量炭化水素ガスを混合して、発熱量をさらに調整する請求項１〜３のいずれか１項に記載の都市ガス製造方法。
【請求項５】
前記発熱量調整済の天然ガスの発熱量を測定し、測定された発熱量に基づいて、気液混相状態の天然ガスの圧力と温度を制御する請求項１〜４のいずれか１項に記載の都市ガス製造方法。
【請求項６】
液化天然ガスに天然ガスを混合することによって得た気液混相状態の天然ガスを、任意の温度、圧力条件下で前記気液混相状態に維持可能であり、液相の天然ガスを分離排出可能な気液分離器を備え、
前記気液分離器の温度、圧力条件を、液相の天然ガスの発熱量が所望の目標発熱量となる発熱量調整対応温度、圧力条件とする条件設定手段を備え、
気液分離器から分留液として分離排出される発熱量調整済の天然ガスを主原料として都市ガスを製造する都市ガス製造設備。
【請求項７】
気液分離器に液面制御機構を備え、気相の天然ガスの放出制御により前記気液混相状態の天然ガスの圧力を制御する請求項６記載の都市ガス製造設備。
【請求項８】
気液混相状態の液化天然ガスと天然ガスの混合比率を制御する混合比率制御機構を備え、混合比率制御によって、前記気液混相状態の天然ガスの温度を制御する請求項６記載の都市ガス製造設備。
【請求項９】
分留液として分離排出される前記発熱量調整済の天然ガスに、液相状態の高発熱量炭化水素を混合する高発熱量炭化水素混合手段を備えた請求項６〜８のいずれか１項に記載の都市ガス製造設備。
【請求項１０】
前記発熱量調整済の天然ガスの発熱量を測定する発熱量測定手段を備え、測定された発熱量を加味して、前記条件設定手段が、気液混相状態の天然ガスの圧力と温度を制御する請求項６〜９のいずれか１項に記載の都市ガス製造設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ガスの製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガスは天然ガスを主成分とするものであり、都市ガスの製造、販売にあたっては、その発熱量を調整した状態で販売される。都市ガスの製造にあたっては、液化天然ガス（ＬＮＧ）を主原料とし、液化石油ガス（ＬＰＧ）の添加等により発熱量調整をおこない、得られた混合物を気化することで、発熱量が調整された都市ガスを得る。
従って、発熱量調整は、都市ガスの製造にあたり非常に重要な技術である。
さて、従来、このような発熱量調整を行って都市ガスを製造する場合には、発熱量未調整の液化天然ガスに、発熱量が判明しており、天然ガスより高発熱量の発熱量調整用ガスを混合して、これをおこなっていた。
このような発熱量調整用ガスとしては、通常、先にも示したように、液化石油ガスが用いられる。
さらに、特開昭６０−２６２８９０や特願平７−７３８２６に記載されているように、液化天然ガスを分留して発熱量の高い留分を得、この高発熱量成分を発熱量調整用に使用する試みも成されている。
しかしながら、これまでの試みは、主原料である発熱量未調整の液化天然ガス（あるいは気化済天然ガス）に、予め発熱量の判明した発熱量調整用ガスを、添加量制御を伴って混合して、所定の発熱量の都市ガスを得ようとするものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような製造方法を採る場合は、発熱量調整用のガス原料が常に必要であるとともに、発熱量調整を添加側のガス原料に主に依存することとなるため、この添加側のガス原料を充分に確保しておく必要が常に生じるという問題もある。
さらに、発熱量制御は、基本的に主原料である液化天然ガス量に対する、添加側のガス原料の添加量制御によることとなるため、制御要素の選択肢が限定されるという問題がある。換言すれば、都市ガスの主原料である液化天然ガス側においても、発熱量の制御をおこなう方が好ましい。
本発明の目的は、これらの発熱量調整に用いられる添加側のガス原料を使用せずに、あるいは使用する場合も、従来より極めて少ない使用量を使用するだけで、所望の発熱量を備えた都市ガスを得ることができる都市ガス製造技術を得ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明による都市ガス製造方法の特徴手段は、液化天然ガスに天然ガスを混合することによって得た気液混相状態の天然ガスの圧力と温度を制御することによって、液相の天然ガスの発熱量を所望の目標発熱量に調整し、前記液相の天然ガスを分離して発熱量調整済の天然ガスを得るとともに、得られた発熱量調整済の天然ガスを主原料として都市ガスを製造することにある。
都市ガスの主原料である天然ガスは、メタンを主成分とし、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン等の炭化水素ガスを含む、混合ガスである。従って、天然ガスが気液平衡状態にあるときの気相と液相の組成は、温度、圧力によって、それぞれ種々に一義的に変化する。そして、この組成の変化は、気相状態及び液相状態で得られるものの発熱量の変化を意味する。
この関係は、図１に示したように、ロットの同じ液化天然ガスを２水準の圧力（３１ｋｇｆ／ｃｍ2及び４５ｋｇｆ／ｃｍ2）のもとで、種々の温度（−１００℃〜−４０℃）に加熱した時の液相の天然ガス発熱量を測定することで確かめることができる。即ち、図１に示すように、液相の天然ガス（分留液）の発熱量は、液化天然ガスを加熱することによって生じた気液混相状態の天然ガスの温度が高い程、また圧力が低い程高くなる。この現象は、天然ガスの主成分で、低沸点、低発熱量のメタンが、気液混相状態の天然ガスの温度が高い程、圧力が低い程気相に移行し、逆に、液相においては高発熱量成分の濃度が高くなるためである。
【０００５】
本発明は、上述した、気液混相状態の天然ガスの圧力と温度を適切に選択すれば、液相の天然ガスを発熱量調節せずに、そのまま気化して都市ガス（例えば、発熱量１１，０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3）にすることができることに想到してなされたものである。
即ち、天然ガスの組成を知って、所望の発熱量の液相が出現する範囲の適当な圧力（例えば、３０ｋｇｆ／ｃｍ2）の気液混相状態の天然ガスの温度を、液相の天然ガスの発熱量が設定値になるように制御することによって、発熱量を所望の一定量に調整することが可能である。
なお、気液混相状態にある天然ガスの、気相の天然ガスの発熱量は、当然原料の天然ガスよりも低い発熱量のガスになるが、発電用など、常に一定の発熱量のガスを供給する必要のない工業用燃料に使用できる。
【０００６】
さらに、本願の場合は、このような気液分留操作を、都市ガスの主原料である天然ガス側に施して、これを主原料とするため、発熱量調整用のガス原料の有無に関係なく、発熱量調整された都市ガスを得ることができる。従って、さらに発熱量調整が必要な場合にあっても、添加側のガス原料の添加量を状況に応じて限定できる。ここで、主原料とは、気液分離して得られる分留液が、都市ガスの過半を占めていることを意味する。
また、発熱量制御は、基本的に主原料である天然ガス側の発熱量制御によることとでき、必要な場合は、添加側のガス原料の添加量制御を付加的に使用することができるため、発熱量制御に於ける制御要素の選択肢が広がり、良好な制御をおこなうことができる。
【０００７】
さて、このような場合に、気液混相状態の天然ガスの圧力と温度を設定する方法は、液相の発熱量を、図１を得たような実際の運転で求めた運転条件と発熱量との関係を利用する手法もあるが、計算で容易に求めることができる。
図２に、上記した２水準の圧力（３１ｋｇｆ／ｃｍ2、４５ｋｇｆ／ｃｍ2）の天然ガスの系の温度を種々に変化させた時の、液相の発熱量について、実測値と計算値との関係を示したが、１１，０００〜１３，０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3の比較的発熱量の低い範囲では、計算値は実測値と良く一致している。
【０００８】
上記のような気液混相状態の天然ガスは、液化天然ガスに天然ガスを混合することによって得られる。そして、気液混相状態の天然ガスの温度、圧力状態を利用して、容易に混合系の状態を分留に好ましい温度、圧力条件に近い状態にすることができる。
【０００９】
さらに、気液混相状態の天然ガスの圧力を制御する場合に、液面制御機能を有する気液分離器内で天然ガスの気液混相状態を実現し、この気相の天然ガスの放出制御により圧力を制御することが好ましい。
気液分離器内に実現されている気液混相状態にあって、その気相側の放出状態により混相系の圧力を制御することができる。従って、この手法により気液混相系の圧力を容易に制御できる。
【００１０】
さらに、例えば気液混相状態の天然ガスを得るための供給側液化天然ガスと天然ガスの混合比率を制御することによって、先に説明した気液混相状態の天然ガスの温度を制御することが好ましい。
液化天然ガスと天然ガスとの状態を比較すると、前者の方が後者に対して低温側にあり、これらの混相系の温度は、それらの混合比率に支配される。従って、このような混合比率を制御することで混相系の温度を的確に制御できる。
また、このように混合比率を制御することが基本ではあるが、気液混相状態にある系において、圧力が比較的安定している場合（例えば先に説明したように気相側の放出制御により気液分離器の内部圧力を一定に制御している場合）にあっては、天然ガス側の供給量を一定として、液化天然ガス側の供給量を制御するだけの制御で気液混相状態の温度は充分に制御可能であり、この構成の方が制御は簡略化できる。液化天然ガスの量比は比較的高く、これが温度に大きな影響を与えるためである。
【００１１】
さらに、分留液として分離される発熱量調整済の天然ガスに、液相状態の高発熱量炭化水素ガスを混合して、発熱量をさらに調整することが好ましい。
この構成は、従来構成のものと類似しているように見えるが、本願の場合、主原料である液相で分離された天然ガス（分留液）は、一応の発熱量調整を経たものであり、これにさらに、高発熱量炭化水素ガスを液−液混合して、更に、発熱量調整をおこなうこととなる。
この構成の場合は、高発熱量炭化水素ガスの消費量を減らした状態での熱量調整が可能となるとともに、分留側での発熱量調整と添加による発熱量調整とを共に行って、発熱量調整を良好に行って都市ガスを製造することができる。
【００１２】
さらに、発熱量調整済の天然ガスの発熱量を測定し、測定された発熱量に基づいて、気液混相状態の天然ガスの圧力と温度を制御することが好ましい。
この手法にあっては、気液分離された液相の天然ガスの発熱量を別途計測し、この計測結果を加味して気液分離の条件を決定して、液相の天然ガスを得ることとなるため、発熱量がフィードバック制御され、良好に発熱量が制御された天然ガスを主原料として使用して、都市ガスを製造することができる。
【００１３】
さて、以上説明してきたような都市ガスの製造方法を使用する都市ガス製造設備は、以下のように構成すればよい。
即ち、液化天然ガスに天然ガスを混合することによって得た気液混相状態の天然ガスを、任意の温度、圧力条件下で前記気液混相状態に維持可能であり、液相の天然ガスを分離排出可能な気液分離器を備え、
この気液分離器の温度、圧力条件を、液相の天然ガスの発熱量が所望の目標発熱量となる発熱量調整対応温度、圧力条件とする条件設定手段を備え、
気液分離器から分留液として分離排出される発熱量調整済の天然ガスを主原料として都市ガスを製造するものとするのである。
この設備は、気液分離器を備え、この気液分離器に天然ガスが導入される。
当然、この気液分離器内においては、天然ガスは気液混相状態に維持され、その条件（温度、圧力）の設定が、液相の天然ガスの発熱量を目標発熱量にするように条件設定手段によりおこなわれる。ここで、この条件を発熱量調整対応温度、圧力条件と呼んでいる。従って、このような特定の条件に設定された気液分離器より分留液を導出することにより、都市ガスの主原料とできる発熱量調整済の天然ガスを得ることができる。そして、この天然ガスを主原料として使用して、都市ガスを製造する。ここでも、主原料とは、過半がこの分留液からなることを意味する。
従って、この設備においては、都市ガスの主原料を、発熱量調整された液相状態の天然ガスとして得て、これをそのまま使用したり、これにさらに調整を加えて、都市ガスを得ることとなるため、先に説明した目的に合致した状態で、都市ガスを製造できる。
【００１４】
この設備の場合も、液化天然ガスに天然ガスを混合することによって、先に説明した気液混相状態の天然ガスを得る。
この場合、液化天然ガスと天然ガスとの供給ラインを、気液分離器の上流側に備え、これらを混合状態もしくは分離状態で、気液分離器に供給して、分離器内で先に説明した気液混相状態を実現することとなる。
この場合も、先に説明したように、天然ガスの状態を良好に利用して、気液混相状態を得ることができる。
【００１５】
さらに、気液分離器に液面制御機構を備え、気相の天然ガスの放出制御により気液混相状態の天然ガスの圧力を制御することが先に説明したように好ましい。この場合は、気液分離器に液面制御機構と備えることにより、液面位置を制御するとともに、気液分離器内の圧力を適切に制御できる。
【００１６】
また、液化天然ガスと天然ガスの混合比率を制御する混合比率制御機構を備え、この混合比率制御によって、気液混相状態の天然ガスの温度を制御することが、この場合も好ましい。このような混合比率制御機構は、気液分離器への液化天然ガス及び天然ガスの供給量を個別に制御可能で、その比を制御できる機構がこれにあたる。即ち、気液混相状態の天然ガスを得るための供給側の液化天然ガスと天然ガスの量比を制御するのである。
この場合は、気液分離器への液化天然ガスと天然ガスの供給混合比率を検出して、この混合比率を変化させることによって、気液混相状態の温度を変化させることができ、結果、温度制御を容易におこなうことができる。
この場合、先にも説明したように、おおまかには、天然ガス側の供給量を一定としておいて、液化天然ガスの供給量を制御するだけの制御で、気液混相状態に於ける温度を良好に制御できる。
【００１７】
さらに、分留液として分離排出される前記発熱量調整済の天然ガスに、液相状態の高発熱量炭化水素を混合する高発熱量炭化水素混合手段を備えることが好ましく、このように設備を構成することで、発熱量が良好に制御された都市ガスを得ることができる。
【００１８】
また、設備としても、発熱量調整済の天然ガスの発熱量を測定する発熱量測定手段を備え、測定された発熱量を加味して、条件設定手段が、気液混相状態の天然ガスの圧力と温度を制御する構成とすることにより、良好にフィードバック制御構成を達成できる。
【発明の実施の形態】
図３に、本願の都市ガス製造設備１００を示した。設備１００は、気液混相状態の天然ガスが所定の温度圧力状態下に収容される気液分離器４を備えている。この気液分離器４には、液面制御機構５が備えられており、この機構５により液面位置を制御できる。そして、分離器４の気相側に接続された分離ガスラインには、この部位からのガス放出を制御するための圧力制御用弁機構２０が備えられており、分離器４内の圧力が所定圧力に維持制御できるように構成されている。
さらに、この気液分離器４には、液化天然ガス１の供給ラインが備えられるとともに、この供給ラインに合流する天然ガス２の供給ラインが設けられている。従って、気液分離器４には、液化天然ガス１と天然ガス２とが混合状態で導入される。この導入にあたっては、液化天然ガスと天然ガスとの混合比率は可変とされており、この混合比率を制御することで、気液分離器４に於ける気液混相状態の温度、圧力が制御できる。ここで、気液分離器４の温度、圧力条件を、液相の天然ガス（分留液６）の発熱量が所望の目標発熱量となる発熱量調整対応温度、圧力条件とする手段を、条件設定手段と呼ぶ。この条件設定手段は、上記の例では、圧力制御用弁機構２０及び液化天然ガス１と天然ガス２との混合供給比率の制御機構（制御器１１及び流量制御弁１２）から構成される。即ち、目的発熱量が特定されれば、気液分離器４内に求められる温度、圧力条件は決まるため、この特定の温度、圧力条件とするように、圧力制御用弁機構２０及び液化天然ガス１と天然ガス２との混合供給比率の制御機構が働くのである。ここで、目的発熱量と温度、圧力条件との関係を、予め記憶させておき、目的発熱量の指定により決定される温度、圧力条件を実現するように、各機構を組んでおくことが好ましい。
また、分留された発熱量調整済の天然ガスの発熱量を測定する発熱量測定手段（連続発熱量測定計１０）が備えられ、測定された発熱量を加味して、条件設定手段が、気液混相状態の天然ガスの圧力と温度を制御する構成とされている。
【００１９】
以下、設備１００の運転状況について説明する。
図３において、４５ｋｇｆ／ｃｍ2圧力で供給された温度−１４６．８℃、流量４．１ｔ／ｈの液化天然ガス（ＬＮＧ）１に、温度２０．１℃の天然ガス（ＮＧ）２を２．５ｔ／ｈの流量で混合し、気液混相流３とし、気液分離器４に提供した。
気液分離器４では、液面制御機構５で液面を制御しながら、圧力を４４．７５ｋｇｆ／ｃｍ2に保つようにして、気液分離した。分留液６の温度は、−７５．７℃となり、５．０ｔ／ｈで排出した分留液６を気化器７で気化した。気化ガス８の発熱量は、１０，８５０ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。一方、０．７ｔ／ｈで排出した分離ガス９の発熱量は、９，７５０ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。
【００２０】
次に、液化天然ガス１の流量を４．１ｔ／ｈに保持しながら、天然ガス２を３．１ｔ／ｈの流量に増加させた。分留液６の温度は、−７４．２３℃となり、５．１ｔ／ｈで排出した分留液６を気化器７で気化した。気化ガス８の発熱量は１１，１８０ｋｃａｌ／Ｎｍ3であった。
さらに、気化ガス７の経路に連続発熱量測定計１０を取付け、その指示信号を制御器１１に送り、気化ガス７の発熱量が下がると、その低下度合いに応じて天然ガス２の経路を設けた制御弁１２の開度を上げる信号を、逆に気化ガス７の発熱量が上がると、その上昇度合いに応じて制御弁１２の開度を下げる信号を制御器８から、発信しながら連続運転した。その結果、気化ガス７の発熱量は、１１，０００±５０ｋｃａｌ／Ｎｍ3となった。
【００２１】
〔別実施の形態例〕
本願に於ける天然ガスの供給源としては、液化天然ガス１の一部を分岐して、海水等の外部熱源で気化したもの、別のロットの液化天然ガスを気化したもの、ボイルオフガス、発熱量調整済都市ガス等の炭化水素ガスも用いることができる。
また、気液分離器４に導入する天然ガスの気液混相流３は、液化天然ガス１を外部熱源を用いて加熱したものも用いることができる。
上記の実施の形態においては、液化天然ガスの分留操作のみにより発熱量調整された天然ガスを得て、これから都市ガスを得る例を示したが、図４に示すように、高発熱量の液化石油ガスを分留液に添加することで、さらに、発熱量調整できる構成を採用してもよい。即ち、分留液として、気液分離器４から分離排出された発熱量調整済の天然ガス６に、液相状態の高発熱量炭化水素（液化石油ガス）を混合する構成（高発熱量炭化水素混合手段４０を備える構成）としてもよい。
また、同図に示すように、気液分離器４内の圧力を概ね一定に設定する場合にあっては、天然ガス側の供給量を一定とし、液化天然ガス側の供給量を制御するだけで、気液混相状態の温度を制御できる。このような構造も好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】気液混相状態に於ける温度、圧力と分留液の実測発熱量との関係を示す図
【図２】分留液発熱量の実測値と計算値との関係を示す図
【図３】本願の都市ガス製造設備の基本形態を示す図
【図４】本願の都市ガス製造設備の別実施の形態を示す図
【符号の説明】
４    気液分離器
５    液面制御機構
１０  発熱量測定計（発熱量測定手段）
１１  制御器
１２  流量制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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