JPS58119907A - 液化天然ガスの冷熱エネルギ−利用装置 - Google Patents

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】 本発明は、液化天然ガスの冷熱エネルギー利用装置に係
り、特に液化天然ガスを気体として膨張させ、この膨張
仕事全効率よく外部仕事として取り出すに好適な液化天
然ガスの冷熱エネルギー利用装置に関する。

近年、主成分をメタンとする液化天然ガス（以下ｒＬＮ
ＧＪと称する。）の需要増大にともない、その沸点が、
１気圧で一１６２Ｃと低温であることｔ−竜大限利用す
る冷熱エネルギー有効利用の必要性が強調されている。

そのうち最も重要視されている分野の一つが冷熱エネル
ギー利用発電である。

第１図は、従来におけるＬＮＧの冷熱エネルギーを利用
する発電装置を示す回路図である。

ＬＮＧ供給源ＩＦｉ管路１ａｔ−介してタービンの膨張
機３に連結され、この管路１ａの途中ＫＦｉ、ＬＮＧ供
給源１の側から順次、ポンプ４および海水または低品位
温排水＠によってＬＮＧｔ−気化させる蒸発器５が配設
されている。また、この蒸発器５には、膨張機３と並列
に管路１ｂが連結され、この管路１ｂの途中にはバイパ
ス弁７が配設されて、膨張機３に異常が生じた場合に、
管路１畠内を流通する天然ガスを管路１ｂｉｃ導く。

膨張機３は発電機１１に連結され、ＬＮＧの冷熱エネル
ギーを膨張機３によって外部仕事に変換するとともに、
仁の発電機１１１ＩＣよりこの外部仕事を電力に変換し
ている。更に、膨張機３には、途中に加熱器１３が配設
される管路ＩＣが連結され、この管路１ｃの他端は、管
路１ｂのバイパス弁７後段に連結されている。加熱器１
３は海水または低品位温排水等によって、膨張機３から
排出される冷却天然ガスに熱量を供給するものである。

次に１上記装置の作用を説明する。

ＬＮＧは、ＬＮＧ供給源１から蒸発器５にて気化し、そ
の後、直接膨張機３に：導びかれて断熱膨張する。この
膨張エネルギーとしてのＬＮＧの冷熱エネルギーは、膨
張機３および発電機１１により、外部仕事として取プ出
される。更に膨張機３から排出される天然ガスは、加熱
器１３によって昇温され、管路１ｂｔ−経て利用者に供
給される。

しかしながら、上記のような装置にあっては、天然ガス
がメタンを主成分とし、エタンおよびプロパン等の炭化
水素を含有する混合物であることから、ＬＮＧの液滴を
生成する露点温度の推算が困難である。このため、膨張
機３の出口温ｆを比較的高温に設定して液滴生成を回避
するのが一般的であるが、その分、膨張機３でのエンタ
ルピ落差が小さく、シたがって冷熱発電量が小さくなる
。

すなわち、純メタンの沸点は１０Ｋｇ／を一下で　−−
１２７Ｃであるが、例えばエタンを１０％含有する天然
ガスの露点にあっては同一圧力下で−８９０と高いので
、この組成の天然ガスから液滴を生じさせずに膨張仕事
を得るＫは、膨張４１１３の出口温ｆｔ−８９Ｃ’以上
にしなければならない。したがって、この場合取〕出し
得るエンタルピ落差は、純粋メタンの場合より著しく減
少してしまうという問題点がある。

また、エンタルピ落差を大きくとって、膨張機３の出口
にてＬＮＧの液滴を生成させた場合には、液滴によるタ
ービン羽根の腐蝕が生じたり、膨張機３の出口に排水口
を設けねばならず、膨張機３の構造が複雑になるという
問題点がある。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、ＬＮ
Ｇの冷熱エネルギーを安定的に、かつ効率よく回収し利
用することができる液化天然ガスの冷熱エネルギー利用
装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る液化天然ガス
の冷熱エネルギー利用装置は、メタンを主成分とする液
化天然ガスに熱量を与えて天然ガスとする蒸発器と、咳
蒸発器の後段に設けられ、装置において、前記膨張機の
前段に、液化天然ガスまたは天然ガスの成分をほぼ純粋
なメタンとする吸着器を配設するものであり、膨張機内
部での天然ガスの露点を低下させてエンタルピ落差の大
きな膨張仕事を取り出すものである。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第２図は、本発明に係る液化天然ガスの冷熱エネルギー
利用装置の一実施例を示す回路図であり、従来例と同一
の部分は同一の符号を附すことによって説明を省略する
。

管路１ａの途中で蒸発器５と膨張機３との間には、吸着
器としての一対の吸着塔１５．１７が互いに並列に配設
され、また、管路１１１の途中で吸着塔１５．１７と膨
張機３との間には、／＜イノ（ス弁７を備える管路１ｄ
が膨張機３と並列に連結されている。この管路１ｄの他
端郁は、吸着塔１５゜１７における膨張機３がわ端部に
連結され、更に吸着塔１５．１７の蒸発器５がわ端部か
らは管路ＩＣが連結されている。

一対の吸着塔１５．１７には活性炭等の吸着剤が封入さ
れ、更にこの一対の吸着塔１５．１１１タイマー等によ
って、一方の吸着塔１５に管路１１中の天然ガスが、他
方の吸着塔１７に、加熱器１３によって昇温される管路
ｌｄ中の天然ガスがパージカスとして、それぞれ選択的
に交互に流通するよう罠なっている。すなわち、管路１
畠中の天然ガスが流れる吸着塔１５では、天然ガスの組
成成分を吸着して天然ガス中のメタン以外の成分を除去
する操作を行なうと同時に、パージガスが流れる他方の
吸着塔１７では、脱着・浄化操作を行なってこの他方の
吸着塔１７の再生を行うものであり、吸着塔１５．１７
は、タイマー等によって一定時間経過後に上記両操作が
切ル換わり、この切換えが連続的に行われるものである
。

次に、上記実施例の作用を説明する。

ＬＮＧ供給源１からのＬＮＧはポンプ４によシ昇圧され
、蒸発器５によって気化されて一方の吸着塔１５に導か
れる。天然ガスは、この吸着塔１５によりメタン以外の
成分が吸着・除去されて膨張機３に導かれ、この膨張機
３内で膨張し、したがって、発電機３１Ｃより電気とし
て外部仕事が取り出される。

膨張機３から排出される天然ガスは、加熱器１３により
昇温されて吸着塔１７に導かれ、この吸着塔１７内で、
吸着剤の脱着・浄化を行なった後管路１ｅに導かれる。

したがって、管路１ｅ中の天然ガスＶｃＶｉ、吸着塔１
５によって吸着された成分が吸着塔１７の脱着によ如再
び混入されることになシ、吸着が行なわれる前とほぼ同
一成分の天然ガスが利用者に供給されることになる。上
記吸着塔１５．１７による吸着・脱着は一定時間経過後
に切り換わり、この切換えは以下交互に繰シ返される。

次に、従来例と上記実施例とによプ得られる外部仕事量
を、対比例りおよび対比例■によって比較検討する。

（１）、対比例■ この対比何重にあっては、下記のａ−ｆの６条件を共通
とし、従来例および実施例についてそれぞれの外部仕事
量を比較する。

ａ、天然ガス供給量ｔｆ１００）ン／ｈとする。

ｂ、膨張機３の入口圧力は４０Ｋｇ々が、入口温ＷＬは
１０Ｃとする。

Ｃ１ｊ１１張は等エントロピ的に行われる。

ｄ、膨張機３から外部仕事を取り出す際にはＬＮＧの液
滴を生じさせない。

ｅ、ＬＮＧの組成はメタン９０％、エタン１０％とする
。

ｆ、膨張機３の効率を１００％とする。

Ａ、従来例 第３図は、仕事量算出に当って使用するエンタルピ量−
エントロピＳ線図（以下ｒｉ−ｓ線図」という、）であ
り、図中の点Ａ１点Ｂは、それぞれ膨張機３の入口また
は出口での天然ガスのエンタルピおよびエントロピの値
を示し、曲線ｃｈ、このｉ　−ｆ３線図上での露点曲線
を示す。

点Ａ９点ＢＫおける天然ガースの状態量を表１に示す、
この表から、点Ａと点Ｂとのエンタルピ落差は４３　Ｋ
ｃａｔ／Ｋｇであシ、シたがって得られる外部仕事量は
、前記条件鳳およびｆから５０００ＫＷｈとなる。

表１ Ｂ、実施例 この実施例では吸着剤として活性炭を用い、また、吸着
塔１５または１７から流出される天然ガスの組成は、メ
タン９９％、エタン１％である。

また、このエタン吸着・除去のＩＮ！には、は埋同量の
メタンが吸着・除去されることになるため、膨張機３へ
の天然ガス供給量は前記条件鳳の約８０％、即ち８０ト
ン／ｈとする。

嬉４図は、仕事量算出ＶＣ轟って使用するｉ　−８線図
であり、図中点り、点Ｅｒｉ、それぞれ膨張機３０入口
または出口での天然ガスのエンタルピおよびエントロピ
の値を示し、曲線Ｆは、このｉ　−８線図上での露点曲
線を示す。

表２は、点り９点ＨＫおける天然ガスの状態量を示す、
この表から、点りと点Ｅとのエンタルピ落差は６２　Ｋ
ｃａｌ／Ｋｇであり、前記従来例の場合の約１．４４倍
となる。したがって、得られる仕事量は、条件ｆと、前
記変更を加えた条件卑とから５７７０ＫＷｈとなり、故
に発電出力値は、従来例の１５％増となる。

表２ （２）、対比例■ この対比例２にあっては、対比何重のうち条件１〜ｄｔ
での４条件を共通とし、更に下記の条件ｇ−ｉｔ共通と
して、従来例および上記実施例につきそれぞれの外部仕
事量を比較する。

ｇ、ＬＮＧの組成はメタン８８％、エタン８％、プロパ
ン４％とする。

ｈ、膨張機３の効＜ｄｔ−８０％とする。

ｉ、膨張機３の出口での最低圧力をＩＫｇ／ｃｆｌ？と
する、 また、この対比例■において使用する従来例の装置およ
び実施例の装置は、それぞれ対比例Ｉにおいて用いたも
のと同様の装置とする。

Ａ、従来例 第５図は、仕事量算出に当って使用するｉ　−８線図で
ある。図中点Ｇは、膨張機３０入口での天然ガスのエン
タルピおよびエントロピの値を示し、点Ｈおよび点■は
、膨張機３の効率がそれぞれ１００％および８０％の場
合の膨張機３の出口でのエントロピおよびエンタルどの
値を示し、更に、曲線Ｊｆｌ、このｉ　−１３線図上で
の露点曲線を示す。

−表３は、点Ｇおよび点工における天然ガスの状態量を
示す。この表から、点Ａと点Ｂとのエンタルピ落差は２
５　Ｋｃａｔ／Ｋｇ　　であり、したがって得られる外
部仕事量は、条件１および条件りから、２９１０ＫＷｈ
となる。

表３ Ｂ、実施例 この実施例では吸着塔１５またＦｉ１７から流出される
天然ガスの組成は、メタン９９．１％、エタン０．８％
およびプロパンα１％となる。また、エタンおよびプロ
パン管吸着・除去する際に、はぼ同量のメタンも吸着・
除去されることになるため、膨張機３への天然ガス供給
ｔは、前記条件１の約７５％、即ち７５トン／ｈとする
。

第６図は、仕事量算出ＩＩＣ当って使用するｉ　−ｆ３
３線である６図中点には、膨張機３０入口での天然ガス
のエンタルピおよびエントロピの値を示し、点りおよび
点Ｍは、それぞれ膨張機３効率がそれぞれ１００％およ
び８０％の場合の膨張機３の出口でのエンタルピおよび
エントロピの値を示り。

更に１曲線Ｎは、このｉ−９線図上での露点曲線を示す
。

Ｎｕ；ｔ、点に、点Ｍにおける天然ガスの状ａ量を示す
。この表から、点にと点Ｍとのエンタルピ落差は６３　
Ｋｃａｌ／Ｋｇであシ、前記従来例の場合の約２５倍と
なる。したがって、得られる仕事量は一条件りと変更を
加えた条件１とから５４９゜ＫＷｈとなり、故に発電出
方値は従来例の１．９倍の値が得られる。

表４ 上記実施例によれば、天然ガスのメタン以外の成分を吸
着塔１５．１７によって吸着・除去した後に、この天然
ガスを膨張機３に導くようにしたことから、膨張機３の
内部でＬＮＧの液滴を生成させることなく天然ガスにお
ける膨張機３０入口。

出口間のエンタル落差を大とすることができ、したがっ
て安定的かつ効率よく外部仕事を得ることができる。

また、膨張機３ｔ−ＬＮＧ組成に応じて変えることなく
常に純メタン用膨張機を使用できることから、冷熱エネ
ルギーの利用状況に応じた最適サイクルの設計、例えば
ランキンサイクルとの組合せ方式等が可能となり、効率
上および経済上の利点を大幅に向上させることができる
。

更に、吸着塔１５．１７の脱着には、膨張機３にて膨張
仕事をなした後の天然ガスを使用することから、この使
用後の天然ガス内に吸着・除去された成分を再び混入さ
せることができ、ＬＮＧの気化に際し、その組成ｔＶ化
させることなく天然ガス利用者に供給することができる
。

また、本実施例では、従来の冷熱エネルギー利用装置に
吸着塔１５．１７および吸着剤を追加させることＫなる
が、装置傷用の上昇は、従来に比べ通常２０％以内の範
囲内であり、したがって本実施例九より外部仕事量当り
の装置費用を大幅に低減させることができる。

向、上記実施例によれば、吸着塔１５．１７を蒸発器５
と膨張機３との関に配役する場合につき説明したが、蒸
発１６３の前段に設置し低温下にて吸着を行なうように
してもよい。

以上のように、本発明に係る液化天然ガスの冷熱エネル
キー利用装置によれば、ＬＮＧの冷熱エネルギーを安定
的に、かつ効率よく回収し利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来における液化天然ガスの冷熱エネルギー利
用装置を示す回路図、第２図は本発明に係る液化天然ガ
スの冷熱エネルギー利用装置の一実施例を示す回路図、
第３図乃至第６図は天然ガスのエンタルピーエントロピ
線図である。 ｌ・・・ＬＮＧ供給源、３・・・膨張機、５・・・蒸発
器、第３０ エン［口ビＣ１ｃｔｄ々、） 第４−日 エントロピ（Ｉｃａｌ／、Ｑ） ｆＪ５図 ２．７　　　２．８２．Ｑ　　　　３．θエントロピ（
−Ｉｃａｌ、脅ｌ’ｃ） 第Ｇ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、メタンを主成分とする液化天然ガス圧熱量を与えて
   天然ガスとする蒸発器と、鋏蒸発器の後段に設けられ前
   記天然ガスの膨張仕事を系外に取り出す膨張機と、を有
   する液化天然ガスの冷熱エネルギー利用装置において、
   前記膨張機の前段に吸着器を配設することｔ特徴とする
   液化天然ガスの冷熱エネルギー利用装置。