エネルギー供給、燃料供給

2.1.6

天然ガス

2 次媒体サイクルで得られる電力量は、液化天然ガス（LNG）の冷熱利用

LNG1 トンあたり約 30kW 時です

LNG は－162℃なので、再ガス化の前に冷熱を有効に利用する複数の方法が実用化され、受入基地の内部と、近接

直接膨張サイクルでは、図 2 に示すようしている工場や倉庫で利用されています。方法は冷熱発に LNG を海水気化器で直接気化させ、タ電、貯蔵中に蒸発したガスの再液化、空気分離による液体ービンを駆動して発電します。作動媒体を酸素と液体窒素の製造、液化炭酸の製造、冷蔵倉庫の 5 種使わないので、サイクルとしては２次媒体類です。それでも冷熱の一部利用に過ぎないので、今後のサイクルより単純ですが、低温の LNG で用途開発が望まれます。

直接タービンを駆動させるので、設備に厳しい低温対策が必要になります。直接膨張

LNG の再ガス化には、－162℃から常温にまで昇温させる顕熱と、蒸発に必要な潜熱の合計で、１kg あたり 880kJ の熱を与える必要があります。
通常、この熱源には海水を使っていますが、言い換えれば、このとき海水にせっかくの冷熱を捨てることになります。そこでこれまでに、LNG 受入基地内で LNG の冷熱を利用する方法と、基地の外に LNG を搬出して利用する方法が考案され実
図 1．二次媒体サイクル

用化されてきました。LNG 受入基地内で利用する方法は、冷熱発電と BOG（ボイルオフガス：蒸発した LNG）再液化の 2 種類です。基地の外に搬出して利用する方法は、空気分離による液体酸素と液体窒素の製造、液化炭酸の製造、冷蔵倉庫の 3 種類です。

1.

冷熱発電
図 2．直接膨張サイクル
LNG 冷熱発電には、作動媒体を使う 2 次媒体ササイクルで得られる電力量は、LNG1 トンあたりイクル、LNG を膨張させる直接膨張サイクル、両の約 40kW 時です。

者を組み合わせた 2 次媒体・直接膨張組み合わせサイクルがあります。2 次媒体サイクルでは、作動２次媒体・直接膨張組み合わせサイクルでは、媒体にメタンとエタンの混合液を使用します。図

図 3 に示すように LNG の冷熱を－162℃から－1 に示すように LNG の冷熱で液化した作動媒体

35℃程度まで２次媒体サイクルで、そこから数段を海水で気化し、圧力と温度を高めてタービンを階の直接膨張サイクルを使用して発電します。設駆動させ、同軸の発電機で発電します。タービン

備構成が複雑になるので設備費も大きくなります

で膨張しガス化した作動媒体は、LNG の冷熱で凝が、得られる電力は最も大きく LNG1 トンあたり縮させ、再び海水を熱源とする気化器に送ります。
1

約 50kW 時になります。2018 年の時点で、国内でLNG をガス化する前の液体の段階で加圧します。

稼動している LNG 冷熱発電設備は、約 10 基で総理由は液体加圧の方が、ガス加圧よりはるかに少出力は約 8 万 kW と推察されます。

ないエネルギー消費で済むからです。一方、LNGは低温貯蔵している間に、外部からの自然入熱で一部が蒸発し、低圧のガス（BOG：ボイルオフガス）が発生します。このガスもユーザーに送り出す前に加圧する必要があるので、LNG の冷熱で再度液化し、加圧してから再びガスに戻します。図 4 が BOG（ボイルオフガス）再液化プロセスで、発生した BOG を液化に必要な６～10 気圧（0.6～1.0MP）程度に

図 3．二次媒体・直接膨張組み合わせサイクル（事例）昇圧し、次にプレートフィン熱交換器を使い LNG 冷熱で液化します。次にその下流で 40 気圧（4.0MP）程度に加圧し、最後に原料 LNG とと２．BOG（ボイルオフガス）再液化もに気化器でガス化します。
LNG 受入基地でガス化した天然ガス（NG）は、

３．空気分離主なユーザーである発電所や都市ガスライン側から、約 30 気圧（3MP）の加圧状態で送り出すこと

空気は主成分が 78％の窒素と 21％の酸素なのが求められています。このため受入基地では、で、大量に必要な工業用酸素と窒素の原料になっています。空気から酸素や窒素を製造するには、酸素と窒素の蒸気圧の差を利用し、多数の棚段がある蒸留装置で分離します。蒸留塔は塔低液の一部を蒸発器で蒸発させるか、または塔低から気体の原料を送入し、塔内を上昇する蒸気にします。一方、塔頂から出る蒸気は冷却して凝縮させ、図 4．BOG（ボイルオフガス）再液化プロセス塔内に戻して塔内を落下する還流液にします。棚段では2

下部から上昇する蒸気と上部から落下する還流液

空気の冷却に LNG の冷熱を利用し、製品酸素とが接触し、塔頂には沸点の低い成分が、塔底には窒素は冷熱を保持したまま液体製品にします。蒸沸点の高い成分が濃縮します。

留設備は図 6 に示すような低圧塔と高圧塔で構成するダブルカラムが一般的で、原料空気は LNG の空気分離の場合は塔頂部に沸点がマイナス冷熱で冷却され、気体のまま高圧蒸留塔に送られ196℃の窒素が、塔低部には沸点がマイナス 186℃ます。高圧蒸留塔の塔頂部には凝縮器があり、この酸素が濃縮するので、これを抜き出して製品にこで液化された還流液が棚段を落下しながら上昇します。図 5 に一般的な深冷空気分離装置の仕組する空気と気液接触します。その結果、塔頂部かを示しますが、蒸留塔は 100～150 段で、段の間らは高濃度の窒素が、塔低部からは低窒素濃度の隔は 100mm 前後です。圧力の違う二本の塔を組液体空気が得られます。高圧蒸留塔で得られた液合せて使い、装置材料には低温脆性に耐えられる

体空気は低圧蒸留塔に送られ、高濃度の酸素と窒アルミニウムを使用します。原料空気は水分と炭素に分離します。なお、図 6 では煩雑さを避ける

酸ガスを除去してから、熱交換器で製品酸素や窒ために、アルゴンの分離工程を省略しています。

素で冷却し、蒸留装置に送り込まれます。蒸留装2001 年の時点では、7 ヶ所の LNG 基地で、冷熱置で得られた低温の酸素と窒素は、原料空気を冷を利用した空気分離装置が稼動しています。液体

却すると同時に自らはガス化して気体の酸素と窒酸素は製鋼、化学工業、医療、宇宙ロケットなどに素になります。この仕組だと製品冷熱のほとんど使われています。液体窒素は急速冷凍、凍結粉砕、を原料の冷却に利用するので、装置全体では熱の低温手術、冷凍輸送、IC の製造工程などに使われ出入りが少なく高効率で操業できます。しかし、ています。

製品酸素と窒素がほぼ常温の気体なので、大量の４．液化炭酸遠距離輸送には不向きです。目的製品が工場で使用する気体の酸素と窒素なら、LNG の冷熱を利用する利点がないのです。

液化炭酸ガスやドライアイスを製造する場合、原料炭酸ガスの選択が一つの課題です。ボイラ

一方、目的製品が陸上輸送に適した液体の酸素ーの燃焼ガスなら、どこでも容易に得られますと窒素の場合は、図 5 の主熱交換器における原料が、燃焼ガスには窒素や残留酸素が含まれています。一方、製油所の水素製造装置で発生する副生炭酸ガスは、炭酸ガスの純度が高いので原料炭酸ガスに適しています。このため、LNG の 冷熱を利用して液化炭酸を製造する工場は、LNG の受入基地に近く、同時に製油所にも近い 3 ヵ所です。
図 7 が代表的な工程で、LNG の冷熱は冷媒液（R-23:HFC）と熱交換し、間接的に炭酸ガスを冷却して液化し

図 5．空気深冷分離の仕組ます。ドライアイスは液化炭酸ガス
35.冷蔵倉庫
LNG の冷熱を利用している冷蔵倉庫は全国に2 ケ所で、畜肉や魚介類の長期保存に利用しています。食品貯蔵は温度が低いほど品質を長く保持できますが、それだけ多くの冷却エネルギーが必要です。このため、

図 6．空気深冷分離プロセス

冷蔵倉庫は温度の異なる数種類の冷蔵室を用意し、食品の種類と求められる保存期間に応じて使い分けています。たとえば、－ 60 ℃ の 冷 蔵 室には刺身用のマグロを保存しています。この温度にしないとマグロ特有
図 7．炭酸ガス液化フローシトの赤身が劣化して商品価値が落ちるを断熱膨張させてスノー状にし、プレスで 25 センからです。その上の－50℃の冷蔵室では、脂肪のチ角程度の立方体に圧縮成型します。液化炭酸ガ少ない海老類を、－40℃の冷蔵室は魚や肉の保存

スの需要は、主に飲料、食品、化学、鉄鋼などの分に利用しています。LNG の温度は冷蔵室の温度よ野です。飲料ではコーラやサイダーなどの封入用、りかなり低いので、冷蔵室の冷却には－75℃程度

食品では急速冷凍用、食品保存用、香辛料の抽出で循環する冷媒（R-22:HFC）を使い、LNG は間用などに使われています。化学分野では消火剤、接的に冷媒を冷却する方式が採用されています。

廃水中和剤、尿素原料、炭酸ソーダ原料などに使（おわり）

われています。

参考：エネルギー便覧
石油天然ガス・金属鉱物資源機構資料
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