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JPH04251181A - 液化天然ガスの寒冷を利用した空気液化分離装置の冷却水冷却方法及び装置 - Google Patents

液化天然ガスの寒冷を利用した空気液化分離装置の冷却水冷却方法及び装置

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JPH04251181A
JPH04251181A JP40899890A JP40899890A JPH04251181A JP H04251181 A JPH04251181 A JP H04251181A JP 40899890 A JP40899890 A JP 40899890A JP 40899890 A JP40899890 A JP 40899890A JP H04251181 A JPH04251181 A JP H04251181A
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Japan
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cooling
natural gas
cooling water
air
liquefied natural
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JP40899890A
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Hideyuki Honda
秀幸 本田
Yasuhiro Murata
康浩 村田
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Japan Oxygen Co Ltd
Taiyo Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液化天然ガス(LNG
)の寒冷を利用した空気液化分離装置の冷却水冷却方法
及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、LNGの寒冷を利用した空気液
化分離装置の一例を示すものである。この空気液化分離
装置は、原料空気圧縮機1で昇圧した原料空気を水洗冷
却塔2で、例えばフロン冷凍機で得たチラー水と直接接
触させて−5℃付近まで冷却した後、吸着器3で精製し
て主熱交換器4で液化点付近まで冷却し、精留塔5に導
入して周知の液化精留分離を行い、液化酸素LO,液化
窒素LN,窒素ガスGN等を製品として採取するもので
、装置の運転に必要な寒冷を補給するために、LNGの
寒冷を利用する循環窒素系統6が設けられている。
【0003】上記循環窒素系統6において、まず精留塔
下部塔上部から導管7により導出された窒素ガスは、そ
の一部が導管8から主熱交換器4に導入されて前記原料
空気の冷却源として使用され、次いで第一冷却器9で冷
却された後、窒素圧縮機の低圧段10に吸引される。ま
た導管7から導管11に分岐した窒素ガスは、過冷器1
2,第一熱交換器13,第二熱交換器14に順次導入さ
れた後、前記導管8に分岐した窒素ガスと合流して前記
窒素圧縮機の低圧段10に吸引される。
【0004】上記窒素圧縮機の低圧段10で圧縮された
窒素ガスは、第二冷却器15で冷却された後、窒素圧縮
機の高圧段16でさらに高圧に圧縮される。高圧段16
で高圧となった窒素ガスの一部は、第二熱交換器14,
第一熱交換器13で冷却され、弁17を介して気液分離
器18内にフラッシュする。また、高圧の窒素ガスの残
部は、導管19から第一LNG熱交換器20に導入され
、導管21からのLNGと熱交換して該LNGの寒冷を
回収した後、前記窒素ガスに合流して第一熱交換器13
,弁17を介して気液分離器18内にフラッシュする。
【0005】気液分離器18内の未凝縮の窒素ガスは、
導管22に導出されて前記第一熱交換器13,第二熱交
換器14に順次導入された後、前記窒素圧縮機の高圧段
16に吸引される窒素ガスに合流し、前記系統を循環す
る。一方、気液分離器18内の液化窒素は、導管23に
導出され、過冷器12を経た後、弁24で精留塔下部塔
の圧力まで膨張して、該塔上部に循環する。
【0006】前記第一冷却器9及び第二冷却器15は、
適宜な冷媒、例えばフロンを使用した冷却回路を構成す
るもので、循環ポンプ25により循環する冷媒を第二L
NG熱交換器26でLNGと熱交換させて冷却し、該冷
媒を冷却源として前記第一冷却器9及び第二冷却器15
で窒素ガスを冷却するように構成されている。
【0007】一方、前記第一LNG熱交換器20及び第
二LNG熱交換器26で気化して導管27に導出された
天然ガスは、さらに大気,海水等により加温されて所定
の温度、圧力のガスとなって需要先に供給される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の空気液
化分離装置においては、LNGが保有する寒冷を大気,
海水等に放出しており、寒冷を十分に利用しているとは
いえず、一方でフロン冷凍機等の冷却源を必要としてい
た。即ち、従来のLNGの寒冷を利用した空気液化分離
装置は、空気成分の液化温度がLNGの気化温度より低
いため、LNGを多量に使用し、−150℃程度の低温
域を利用することで、その電力消費量を低減するよう計
画されることが多い。この場合は、熱バランスから−9
0℃程度以上のLNG寒冷は余剰となり、前述のように
大気,海水等に放出しているのが現状である。
【0009】一方、原料空気中の不純物である二酸化炭
素や水分を吸着除去する場合、吸着温度を5〜15℃に
予冷する必要がある。原料空気を予冷する方法としては
、フロン冷凍機でフロンと熱交換させて直接冷却する方
法と、5〜10℃のチラー水と原料空気とを水洗冷却塔
(充填塔等)に導入して、両者を直接熱交換する方法が
あり、さらにチラー水と原料空気とを熱交換器で間接熱
交換させる方法等がある。
【0010】そこで本発明は、LNGの寒冷を空気液化
分離装置の冷却水の冷却源として有効に利用した空気液
化分離装置の冷却水冷却方法及び装置を提供することを
目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明のLNGの寒冷を利用した空気液化分離
装置の冷却水冷却方法は、空気液化分離装置のプロセス
ガスとLNGとを熱交換して一部の寒冷を回収した低温
天然ガスを、さらに空気液化分離装置の冷却水冷却設備
の冷却水と熱交換させて前記低温天然ガスの寒冷を回収
し、前記冷却水を冷却することを特徴としている。
【0012】また、本発明のLNGの寒冷を利用した空
気液化分離装置の冷却水冷却装置は、LNGの寒冷によ
りプロセスガスを冷却する熱交換手段を備えるとともに
、循環冷却水による冷却設備を備えた空気液化分離装置
の冷却水冷却装置において、前記プロセスガスとLNG
とを熱交換して一部の寒冷を回収した後の低温天然ガス
と前記冷却水とを熱交換させて低温天然ガスの寒冷によ
り冷却水を冷却する熱交換手段を備えたことを特徴とし
ている。
【0013】
【作  用】空気液化分離装置のプロセスガスと熱交換
したLNGは、−100℃以上に昇温するが、未だ冷却
水を冷却するのには十分な寒冷を保有しているため、こ
の低温天然ガスを冷却水と熱交換させることにより、L
NGの寒冷を有効に利用でき、また、冷却水冷却用のフ
ロン冷凍機等の冷却源を省略できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。まず図1において、空気液化分離装置の冷却水
冷却設備30は、前記図3に示した空気液化分離装置に
おける水洗冷却塔2で使用する冷却水、原料空気圧縮機
1のアフタークーラーやインタークーラー1a、あるい
は各種圧縮機の冷却器31で使用する冷却水を所定温度
に冷却して循環供給する系統を備えるものであって、冷
却水を冷却するための機器としては、前記図3における
第一LNG熱交換器20及び第二LNG熱交換器26で
気化して導管27に導出された低温天然ガスと冷却水と
を熱交換させる低温天然ガス加温器32と、冷却水を大
気(Air)により冷却する空冷式冷却塔33とを備え
ている。
【0015】上記低温天然ガス加温器32は、前述のよ
うに空気液化分離装置のプロセスガスとLNGとを熱交
換して一部の寒冷を回収した低温天然ガスと冷却水とを
熱交換させて、LNGが有する残余の寒冷を冷却水の冷
却用寒冷として利用するものである。これにより、LN
Gが有する寒冷の大部分を、プロセスガスとの熱交換及
び冷却水との熱交換により回収することが可能となる。
【0016】以下、冷却水冷却設備30における冷却水
の動きを、夏場(空冷式冷却塔33出口水温30℃)と
冬場(大気温度0℃,相対湿度25%)とに分けて説明
する。
【0017】夏場 まず、低温天然ガス加温器32においては、500t/
h の冷却水が、約−90℃の低温天然ガスと熱交換し
て5℃に冷却され、導管34を通りポンプ35で導管3
6に送出される。この冷却水の内、325t/h は導
管37に分岐し、弁38を介して導管39に至り、前記
低温天然ガス加温器32に戻される。冷却水の一部18
t/h は、導管36から導管40に分岐して前記水洗
冷却塔2に供給され、原料空気GAを予冷して自身は2
6.7℃に昇温し、導管41,ポンプ42,導管43を
経て前記導管39を通り、前記低温天然ガス加温器32
に戻される。
【0018】また、冷却水の他の一部150t/h は
、導管44に分岐して前記圧縮機の冷却器31に供給さ
れ、昇温して12℃となり導管45から前記導管39を
経て前記低温天然ガス加温器32に戻される。さらに冷
却水の他の一部7t/h は、導管36から弁46を通
り、前記空冷式冷却塔33から導管47,ポンプ48,
導管49,導管50,弁51,導管52を介して送られ
た301t/h,30℃の冷却水と導管53に合流し、
308t/h,29.4℃となって前記アフタークーラ
ーやインタークーラー1aに供給される。ここで40.
7℃に昇温した冷却水は、導管54を経て空冷式冷却塔
33に導入され、大気と熱交換して30℃に冷却される
【0019】空冷式冷却塔33から前記導管47に導出
された冷却水は、前記ポンプ48,導管49を経て、そ
の一部7t/h が弁55を介して前記低温天然ガス加
温器32に通じる導管39に導入される。また、残部3
01t/hは、前述のように導管50から前記経路を循
環する。
【0020】導管39には、前記導管37,弁38から
の325t/h,5℃の冷却水、導管43からの18t
/h,26.7℃の冷却水、導管45からの150t/
h,12℃の冷却水、導管49,弁55からの7t/h
,30℃の冷却水が合流し、500t/h,8.3℃の
冷却水となって低温天然ガス加温器32に戻る。
【0021】冬場 低温天然ガス加温器32においては、前記同様に、50
0t/h の冷却水が、約−90℃の低温天然ガスと熱
交換して5℃に冷却され、導管34を通りポンプ35で
導管36に送出される。この冷却水の内、282t/h
 は導管37に分岐し、弁38を介して導管39に至り
、前記低温天然ガス加温器32に戻される。冷却水の一
部18t/h は、導管36から導管40に分岐して前
記水洗冷却塔2に供給され、原料空気GAを予冷して自
身は11.1℃に昇温し、導管41,ポンプ42,導管
43を経て前記導管39を通り、前記低温天然ガス加温
器32に戻される。
【0022】また、冷却水の他の一部150t/h は
、導管44に分岐して前記圧縮機の冷却器31に供給さ
れ、昇温して12℃となり導管45から前記導管39を
経て前記低温天然ガス加温器32に戻される。さらに冷
却水の他の一部50t/h は、導管36から弁46を
通り、前記空冷式冷却塔33から導管47,ポンプ48
,導管49,導管50,弁51,導管52を介して送ら
れた258t/h,14.9℃の冷却水と導管53に合
流し、308t/h,13.3℃となって前記アフター
クーラーやインタークーラー1aに供給される。ここで
24.6℃に昇温した冷却水は、導管54を経て空冷式
冷却塔33に導入され、大気と熱交換して14.9℃に
冷却される。
【0023】空冷式冷却塔33から前記導管47に導出
された冷却水は、前記ポンプ48,導管49を経て、そ
の一部50t/h が弁55を介して前記低温天然ガス
加温器32に通じる導管39に導入される。また、残部
258t/h は、前述のように導管50から前記経路
を循環する。
【0024】導管39には、前記導管37,弁38から
の282t/h,5℃の冷却水、導管43からの18t
/h,11.1℃の冷却水、導管45からの150t/
h,12℃の冷却水、導管49,弁55からの50t/
h,14.9℃の冷却水が合流し、500t/h,8.
3℃の冷却水となって低温天然ガス加温器32に戻る。
【0025】このように、気温や水温が異なる夏場と冬
場で各部の流量を調整することにより、低温天然ガス加
温器32に供給する冷却水量,温度を同一にすることが
でき、低温天然ガス加温器32における熱移動量、即ち
、プロセスガスとLNGとを熱交換して一部の寒冷を回
収した後の低温天然ガスが保有する寒冷の回収量を年間
を通じて略一定に保つことができる。
【0026】従って、従来放出されていたLNGの余剰
寒冷を効率よく回収できる。またこれにより、吸着器に
導入する原料空気を十分に冷却して吸着効率を向上でき
、圧縮機の圧縮効率を向上させて消費動力を低減できる
。さらに従来用いられていたフロン冷凍機等の冷却設備
も省略でき、この分の動力費を削減できる。加えて、低
温天然ガス加温器32を導出する低温天然ガスの温度も
、気温や水温(海水温度)に関係なく一定に保つことが
できる。
【0027】次に、図2は冬季の冷却水の凍結防止を配
慮した構成を付加した例を示している。即ち、図2に示
す冷却水冷却装置は、上記図1に示した冷却水冷却装置
30の空冷式冷却塔33に対応するように加熱器60を
設置し、該加熱器60及び空冷式冷却塔33をバイパス
させるバイパス管61,62,63を設けるとともに、
原料空気圧縮機のアフタークーラーやインタークーラー
1a,1b部分にバイパス管64を設け、さらにそれぞ
れのバイパス流量を調整するための弁を配設したもので
ある。尚、前記冷却水冷却装置30と同一構成要素のも
のには同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0028】まず、通常の使用状態においては、加熱器
60の弁60a及びバイパス管61の弁61aを閉じ、
バイパス管62の弁62a及びバイパス管63の弁63
aを開く。これにより、冷却水は、導管54から空冷式
冷却塔33に供給され、大気と熱交換して所定温度に冷
却された後、導管47,バイパス管62,バイパス管6
3,ポンプ48,導管49を経て前記同様に循環する。
【0029】また、大気温が下がり、各冷却部における
冷却水の昇温度が低下し、低温天然ガス加温器32にお
ける冷却水の冷却能力が過剰となり、該低温天然ガス加
温器32等で冷却水が凍結するおそれがでた場合には、
弁46,バイパス管64の弁64a,64bを適度に開
いて、低温天然ガス加温器32で冷却された冷却水を、
空冷式冷却塔33又は加熱器60に供給する。このとき
、空冷式冷却塔33に供給される水温が大気温より低け
れば、冷却水は大気により加温される。尚、弁46を開
くことによって、アフタークーラーやインタークーラー
1a,1b部分に供給される冷却水量が増加するので、
弁1c,1d,1e,1fの開度を調節してアフターク
ーラーやインタークーラー1a,1bに供給する冷却水
量を適度に保つ。
【0030】大気温がさらに低下し、空冷式冷却塔33
をバイパスさせる必要が生じた場合には、弁54a,弁
47aを閉じて、弁61a,弁63aを開けばよい。ま
た、加熱器60で冷却水を加熱する場合には、弁63a
を閉じて、弁60a,弁61a,弁62aを開けばよい
このように、加熱器60を設置するとともに、適宜部分
にバイパス管を設けることにより、夏場等の大気温が高
いときも、冬場に大気温度が低下して冷却水が凍結する
おそれがある場合でも、LNGの残余の寒冷を冷却水の
冷却源として回収し、原料空気等を十分に冷却できる。 尚、加熱器60を設置すると加熱源を必要とするが、フ
ロン冷凍機に要する動力量に比べてはるかに少なくてす
み、LNGの寒冷回収による動力費低減効果のほうがは
るかに大きい。
【0031】尚、各種機器の配置及び配管は、原料空気
量(空気液化分離装置の規模),LNGの量,冷却水の
量,各部の冷却能力等、様々な条件を勘案して適宜な状
態にすることができる。また、低温天然ガス加温器の形
態は、冷却水と低温天然ガスとの間に別の熱媒体を介在
させてもよく、オープンラックベーパライザーやシェル
アンドチューブ等の間接熱交換器方式としてもよい。さ
らに上記実施例では、気化した低温天然ガスから寒冷を
回収するようにしたが、LNGを直接、低温天然ガス加
温器(LNG蒸発加温器)に導入して気化させてもよい
。また、水洗冷却塔に代えて間接熱交換器を用いてもよ
い。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来、大気や海水等に放出していたLNGの余剰寒冷を
空気液化分離装置の冷却水冷却設備における冷却水によ
って回収することにより、十分に冷却された原料空気予
冷用冷却水や圧縮機に付随する冷却器用冷却水を容易に
得ることができる。また、低温天然ガスの出口温度も一
定に保つことが可能となる。
【0033】従って、空気液化分離装置の冷却水冷却設
備における動力費を低減するとともに、吸着器の吸着効
率の向上や圧縮機の圧縮効率の向上が図れ、空気液化分
離装置全体の効率向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の一実施例を示す冷却水冷却設備の
系統図である。
【図2】  本発明の他の実施例を示す冷却水冷却設備
の系統図である。
【図3】  LNGの寒冷を利用した空気液化分離装置
の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
1…原料空気圧縮機    1a,1b…アフタークー
ラーやインタークーラー 2…水洗冷却塔    30…冷却設備    31…
圧縮機の冷却器    32…低温天然ガス加温器  
  33…空冷式冷却塔    60…加熱器

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  空気液化分離装置のプロセスガスと液
    化天然ガスとを熱交換して一部の寒冷を回収した低温天
    然ガスを、さらに空気液化分離装置の冷却水冷却設備の
    冷却水と熱交換させて前記低温天然ガスの寒冷を回収し
    、前記冷却水を冷却することを特徴とする液化天然ガス
    の寒冷を利用した空気液化分離装置の冷却水冷却方法。
  2. 【請求項2】  前記空気液化分離装置に水洗冷却塔を
    設置するとともに、前記低温天然ガスとの熱交換により
    寒冷回収を行い冷却した冷却水の少なくとも一部を、前
    記水洗冷却塔の冷却水として用いることを特徴とする請
    求項1記載の液化天然ガスの寒冷を利用した空気液化分
    離装置の冷却水冷却方法。
  3. 【請求項3】  前記低温天然ガスとの熱交換により寒
    冷回収を行い冷却した冷却水の少なくとも一部を、前記
    空気液化分離装置に設置された圧縮機のインタークーラ
    ー及び/又はアフタークーラーの冷却水として用いるこ
    とを特徴とする請求項1記載の液化天然ガスの寒冷を利
    用した空気液化分離装置の冷却水冷却方法。
  4. 【請求項4】  液化天然ガスの寒冷によりプロセスガ
    スを冷却する熱交換手段を備えるとともに、冷却水によ
    る冷却設備を備えた空気液化分離装置の冷却水冷却装置
    において、前記プロセスガスと液化天然ガスとを熱交換
    して一部の寒冷を回収した後の低温天然ガスと前記冷却
    水とを熱交換させて低温天然ガスの寒冷により冷却水を
    冷却する熱交換手段を備えたことを特徴とする液化天然
    ガスの寒冷を利用した空気液化分離装置の冷却水冷却装
    置。
  5. 【請求項5】  前記熱交換手段が、直接熱交換である
    ことを特徴とする請求項4記載の液化天然ガスの寒冷を
    利用した空気液化分離装置の冷却水冷却装置。
  6. 【請求項6】  前記熱交換手段が、熱交換器を用いた
    間接熱交換であることを特徴とする請求項4記載の液化
    天然ガスの寒冷を利用した空気液化分離装置の冷却水冷
    却装置。
  7. 【請求項7】  前記空気液化分離装置に水洗冷却塔を
    設置するとともに、前記低温天然ガスとの熱交換により
    冷却した冷却水の少なくとも一部を、前記水洗冷却塔の
    冷却水として用いることを特徴とする請求項4記載の液
    化天然ガスの寒冷を利用した空気液化分離装置の冷却水
    冷却装置。
  8. 【請求項8】  前記低温天然ガスとの熱交換により冷
    却した冷却水の少なくとも一部を、前記空気液化分離装
    置に設置された圧縮機のインタークーラー及び/又はア
    フタークーラーの冷却水として用いることを特徴とする
    請求項4記載の液化天然ガスの寒冷を利用した空気液化
    分離装置の冷却水冷却装置。
  9. 【請求項9】  前記圧縮機が原料空気圧縮機であるこ
    とを特徴とする請求項8記載の液化天然ガスの寒冷を利
    用した空気液化分離装置の冷却水冷却装置。
  10. 【請求項10】  前記圧縮機が循環窒素圧縮機である
    ことを特徴とする請求項8記載の液化天然ガスの寒冷を
    利用した空気液化分離装置の冷却水冷却装置。
  11. 【請求項11】  前記冷却系統は、冷却水を冷却する
    空冷式冷却塔を備えていることを特徴とする請求項4記
    載の液化天然ガスの寒冷を利用した空気液化分離装置の
    冷却水冷却装置。
  12. 【請求項12】  前記冷却系統は、前記冷却水を加温
    する加熱器を備えていることを特徴とする請求項4記載
    の液化天然ガスの寒冷を利用した空気液化分離装置の冷
    却水冷却装置。
  13. 【請求項13】  前記冷却系統は、前記加熱器をバイ
    パスするバイパス経路を備えていることを特徴とする請
    求項12記載の液化天然ガスの寒冷を利用した空気液化
    分離装置の冷却水冷却装置。
  14. 【請求項14】  原料空気を昇圧する圧縮機と、原料
    空気の洗浄及び冷却を行う水洗冷却塔と、プロセスガス
    と液化天然ガスとを熱交換させて該液化天然ガスの寒冷
    を回収する熱交換手段を設けたプロセスガス循環系統を
    備えるとともに冷却水により装置各部を冷却する冷却設
    備を備えた空気液化分離装置の冷却水の冷却装置におい
    て、該冷却装置は、前記冷却設備と循環経路を形成する
    とともに前記プロセスガス循環系統のプロセスガスと液
    化天然ガスとを熱交換して一部の寒冷を回収した後の低
    温天然ガスと前記冷却水とを熱交換させて低温天然ガス
    の寒冷を回収する熱交換手段と、前記冷却水を大気によ
    り冷却する空冷式冷却塔と、該空冷式冷却塔をバイパス
    する冷却塔バイパス経路と、前記冷却水を加温する加熱
    器と、該加熱器をバイパスする加熱器バイパス経路とを
    備えていることを特徴とする液化天然ガスの寒冷を利用
    した空気液化分離装置の冷却水冷却装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1705443A1 (de) * 2005-02-11 2006-09-27 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Gases durch direkten Wärmeaustausch mit einer Kühlflüssigkeit
US7536873B2 (en) 2005-02-11 2009-05-26 Linde Aktiengesellschaft Process and device for cooling a gas by direct heat exchange with a cooling liquid

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EP1705443A1 (de) * 2005-02-11 2006-09-27 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Gases durch direkten Wärmeaustausch mit einer Kühlflüssigkeit
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