JP2002115564A - 分留設備を用いる発電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＬＮＧを原料として分留によって都市ガスを
製造しながら、低コストで発電を行う。 【解決手段】 ＬＮＧタンク２から発生するボイルオフ
ガスと、分留設備３からの低カロリーガスを燃料とし
て、ガスタービン１で発電を行う。ガスタービン１での
燃料の必要量に合わせて、分留設備３に供給するＬＮＧ
の流量を流量調整弁１１で制御する。低カロリーガス
は、燃料供給管１７の入口で温度計３２が計測する温度
がガスタービン１の仕様から求められる燃料温度となる
ように、流量調整弁１２で熱交換器１４に流れる海水の
流量を調整する。分留設備３からえられる高カロリー液
化ガスの冷熱で、ガスタービン１への吸気を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液化天然ガス（以
下、「ＬＮＧ」と略称することもある）を主原料として
都市ガスを製造する分留設備を用いる発電方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来からＬＮＧを主原料として都市ガス
が製造されている。都市ガスは、たとえば標準状態で単
位体積当り４６ＭＪ（１１０００ｋｃａｌ）の規定熱量
を保有しなければならない。ＬＮＧの保有する熱量は、
規定熱量よりも低いので、液化石油ガス（以下、「ＬＰ
Ｇ」と略称する）など、より高熱量を保有する原料を加
えて、規定熱量を保有するように調整している。

【０００３】ＬＮＧは、メタン（ＣＨ₄）を主成分とし
ている。メタンは、ＬＮＧの成分中でも沸点が低い軽質
分であり、また低熱量分でもある。したがって、比較的
低温の状態のＬＮＧが気化すると、気化したガス中では
ＬＮＧ中よりもメタンの割合がさらに大きくなる。また
このガスが保有する熱量は、元のＬＮＧが保有する熱量
よりも低くなるので、重質分として残留する液化ガスが
保有する熱量は、元のＬＮＧが保有する熱量よりも高く
なる。このような分留を利用しても、ＬＮＧ中から低熱
量成分の軽質分ガスを分離して、残留する重質分の液化
ガスに都市ガスとして必要な規定熱量を保有させること
ができる。分留を利用すれば、ＬＮＧに比較して高価格
なＬＰＧの使用量を少なくして、都市ガスの製造コスト
を低減することができる。

【０００４】一方、ＬＮＧは産地からＬＮＧタンカーな
どで運送され、ＬＮＧタンクに貯蔵しながら、需要に応
じてＬＮＧ気化器で気化されて使用される。ＬＮＧは−
１５０℃〜−１６０℃程度の極低温であり、ＬＮＧタン
クでは完全な断熱は不可能であるので、周囲の常温環境
からの入熱を避けることはできず、メタンなどの低熱量
成分が気化してボイルオフガスが発生する。ボイルオフ
ガスの発生を放置しておくと、ＬＮＧタンクの圧力が上
昇してしまう。このため、ボイルオフガスにＬＰＧ等の
高熱量成分を加えて熱量を調整し、ＬＮＧタンクから取
出されるＬＮＧを気化した後のガス状態に混ぜて都市ガ
スとして市中に送出したり、圧縮して冷却し、液化させ
てＬＮＧ中に戻すなどの対策が採られている。

【０００５】ボイルオフガスを直接燃料として使用すれ
ば、対策は容易となる。ＬＮＧの主用途には、都市ガス
の原料とともに火力発電用の燃料がある。そこで、ボイ
ルオフガスを主な燃料とし、ガスタービンやガスエンジ
ンなどのガス燃焼機関を用いる発電技術も開発されてき
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＬＮＧを都市ガスの原
料として使用する以上、ＬＮＧタンクでの貯蔵中にボイ
ルオフガスが発生し、その処理が必要となる。都市ガス
など、汎用の用途に使用可能なように、熱量調整のため
単価の高いＬＰＧを使用してボイルオフガスを市中に送
出することは、燃料コストの上昇を招いてしまう。分留
を利用して都市ガスを製造すれば、ＬＰＧを使用しない
で熱量を高めることができる。ただし、分留で高熱量成
分である重質分から分離される低熱量成分の軽質分の利
用にボイルオフガスと同様な問題がある。

【０００７】ボイルオフガスを使用することを前提に発
電設備などを設置しても、ボイルオフガスはＬＮＧタン
クから自然発生するため、設置する発電設備の要求する
燃料の必要量に発生量が必ずしも一致することはない。
そこで、ボイルオフガスに加え、ガスタービンやガスエ
ンジンの仕様から求められる燃料必要量と、ボイルオフ
ガス量との流量差分を、ＬＮＧ気化器出口に設置した流
量調整弁により流量制御されたＬＮＧ気化ガスを燃料と
する発電技術が開発されている。しかし重質分を含むＬ
ＮＧ気化ガスを燃料とすると、発電設備の運転で燃料コ
ストの上昇を招いてしまう。

【０００８】また、ガスタービンやガスエンジンでは、
吸気冷却によって効率を改善可能なことが知られてい
る。吸気冷却の方法としては、ＬＮＧタンクからのＬＮ
Ｇの冷熱を用いる方法や、冷凍機を用いる方法等が開発
され用いられている。ただし、ガスタービンやガスエン
ジン用吸気冷却の方法として冷凍機を用いると、ＬＮＧ
を燃料として発電される電力を用いて冷凍機を運転しな
ければならず、ガス燃焼機関自体では燃料消費を少なく
することができるとしても、全体的には燃料ガス等が多
く必要となってしまう。

【０００９】本発明の目的は、ＬＮＧを原料として分留
によって都市ガスを製造しながら、分留の過程で分離さ
れる低熱量成分や、ＬＮＧの貯蔵で発生するボイルオフ
ガスを有効に利用して、低コストで発電を行うことがで
きる分留設備を用いる発電方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、液化天然ガス
から低熱量ガスを分離し、残留する高熱量液化ガスの熱
量を、元の天然ガスの熱量より高い規定熱量に調整する
分留設備を用いて発電を行う方法であって、液化天然ガ
スをタンクに貯蔵する際に発生するボイルオフガスに加
え、液化天然ガスを分留することで得られる低熱量ガス
を燃料として発電設備に供給することを特徴とする分留
設備を用いる発電方法である。

【００１１】本発明に従えば、液化天然ガスをＬＮＧタ
ンクに貯蔵する際に発生するボイルオフガスに加え、液
化天然ガスを分留することで得られる低熱量ガスを燃料
として発電設備に供給する。ボイルオフガスおよび低熱
量ガスは、ＬＮＧ中のメタンなどの軽質分であり、発電
設備として同様に取扱うことができる。自然発生するボ
イルオフガスばかりではなく、熱量を調整して市中に送
出する都市ガスの製造に分留設備を用いる際に発生する
低熱量ガスを燃料として発電を行うので、低コストの燃
料を多く利用することができる。ＬＮＧ貯蔵中に発生す
るボイルオフガスや、分留で発生する低熱量ガスの処理
にコストをかけないで済むので、都市ガスの製造コスト
も低減することができる。

【００１２】また本発明は、前記発電設備の仕様に基づ
いて燃料必要量を求め、液化天然ガスをタンクに貯蔵す
る際に出るボイルオフガス量と燃料必要量との流量差を
分留装置からの前記低熱量ガスとして発電設備に供給す
るため、分留設備入口に流量調整弁を設け、分留設備に
流入する液化天然ガスの流量を制御することを特徴とす
る。

【００１３】本発明に従えば、ガスタービンやガスエン
ジンなどの発電設備の仕様より求められる燃料必要量
と、液化天然ガスをＬＮＧタンクに貯蔵する際に発生す
るボイルオフガス量との流量差を、分留設備から供給す
る。発電設備で必要とする燃料の量を、分留設備入口に
設ける流量調整弁による流量制御の範囲内としておくこ
とによって、ボイルオフガスと低熱量ガスとで発電を行
い、発電コストを低減することができる。なお、都市ガ
スの需要量が入口側で流量制御される分留設備からの高
熱量液化ガスの供給量よりも大きいときは、ＬＮＧにＬ
ＰＧ等を添加して熱量調整をして補うようにすればよ
い。都市ガスの需要量の全部を、ＬＰＧ等の添加で熱量
調整して製造する場合に比較すれば、低コストで都市ガ
スを製造することができる。

【００１４】また本発明は、前記発電設備の仕様に基づ
いて、発電設備に供給すべき燃料の温度を求め、求めら
れる温度に供給する燃料の温度を適合させるため、発電
設備入口で燃料温度を測定しながら、分留設備出口で前
記低熱量ガスに必要熱量を熱交換器によって加えること
を特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、ガスタービンやガスエン
ジンなどの発電設備仕様から求められる燃料温度に対
し、実際に供給する燃料温度を適合させる。求められる
燃料温度を目標として、ガスタービンやガスエンジンな
どへ燃料を供給する入口で燃料温度を測定しながら、分
留設備出口において必要熱量を熱交換器により加えるの
で、自然発生するボイルオフガスだけでは不安定な燃料
温度を安定化して、発電設備の仕様に適合させ、効率的
に発電を行うことができる。

【００１６】また本発明は、前記発電設備としてガス燃
焼機関を用い、前記分留設備で分留によって得られる高
熱量液化ガスと１次冷媒とを熱交換させ、その１次冷媒
と２次冷媒とを熱交換させ、更に２次冷媒と空気とを熱
交換させて、高熱量液化ガスの冷熱をガス燃焼機関用吸
気冷却の熱源とすることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、分留により得られる高熱
量液化ガスと１次冷媒とを熱交換させ、極低温の高熱量
液化ガスから冷熱を１次冷媒に与える。１次冷媒と２次
冷媒とを熱交換させ更に２次冷媒と空気とを熱交換させ
ることで、高熱量液化ガスをガスタービンやガスエンジ
ンなどのガス燃焼機関用吸気冷却の冷熱源とする。冷熱
源となる極低温の高熱量液化ガスから２段階の冷媒を用
いる熱交換で、常温付近のガス燃焼機関用吸気を冷却す
るので、ガス燃焼機関を効率よく運転することができ
る。分留設備からの低熱量液化ガスは熱交換によって加
温され、気化させることができるので、気化用の熱交換
器をを別途設ける必要がなくなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある分留設備を用いる発電方法を適用している一例とし
て、発電出力１５万kWクラスの発電設備の概略的な構成
を示す。本実施形態の発電設備は、ガス燃焼機関として
ガスタービン（図１では、「Ｇ／Ｔ」と略称する）１を
用いる。ＬＮＧタンク２には、ＬＮＧが貯蔵される。Ｌ
ＮＧタンク２に貯蔵されるＬＮＧからは、分留設備３で
高熱量液化ガスである高カロリー液化ガスが得られる。
分留設備３に供給するＬＮＧは、ＬＮＧタンク２から昇
圧ポンプ４で昇圧して取出され、ＬＮＧ送出ライン５か
らＬＮＧ気化器６に送られるＬＮＧの一部を、ＬＮＧラ
イン５の途中から分岐させる。ＬＮＧ気化器６では、Ｌ
ＮＧを海水ポンプ７で送込まれる海水と熱交換し、ＬＮ
Ｇが気化昇温されて送出ライン８から都市ガス原料の天
然ガスとして送出される。送出ライン８から送出する天
然ガスの気化昇温用の熱源となった海水は、排水ライン
９から排出される。

【００１９】ＬＮＧライン５の途中から分岐するＬＮＧ
配管１０は、ＬＮＧを流量調整弁１１を介して分留設備
３に導く。分留設備３では、ＬＮＧの成分のうち、メタ
ンを主とする軽質分の低熱量ガスが気化して分離され
る。残存する高熱量液化ガスの保有する熱量は、高熱量
液化ガス中に残存している低熱量成分の量によって変化
する。高熱量液化ガス中では低熱量成分は飽和濃度に達
しており、飽和濃度は温度と圧力との影響も受けるの
で、分留設備３では温度と圧力とを調整して、必要な熱
量を保有する高熱量液化ガスが得られるようにしてい
る。

【００２０】分留設備３で分留された低熱量ガスは、流
量調整弁１２で流量が調整され、海水ポンプ１３で熱交
換器１４に送込まれる海水と熱交換し、温度が調整され
てガスタービン１の燃料として供給される。ガスタービ
ン１の燃料としては、ＬＮＧタンク２で発生するボイル
オフガス（以下、図面では「ＢＯＧ」と略称する）も使
用される。ＬＮＧタンク２中では、大気圧に近い圧力で
ボイルオフガスが発生するので、ＢＯＧコンプレッサ１
５で昇圧し、ＢＯＧ配管１６を介してガスタービン１の
燃料として送込む。ＢＯＧ配管１６には、熱交換器１４
で加温された低熱量ガスが合流し、燃料供給管１７を介
してガスタービン１に供給される。

【００２１】ガスタービン１で、燃料供給管１７を介し
て供給される燃料を燃焼するための空気は、吸気配管１
８を介して供給される。吸気配管１８の途中には、熱交
換器１９が設けられ、分留設備３で得られる高カロリー
液化ガスの有する冷熱を利用して、ガスタービン１への
吸気を冷却する。常温の吸気と極低温の高カロリー液化
ガスとの温度差は大きく、吸気と高カロリー液化ガスと
を直接熱交換しようとすれば、吸気中の水分が凍結や着
霜を生じさせ、効率的な熱交換が困難となる。本実施形
態では１次冷媒と２次冷媒との２種類の冷媒を中間段階
の熱媒体として用いる。１次冷媒は、熱交換器２０で分
留設備３で得られる高カロリー液化ガスと熱交換する。
１次冷媒は冷却され、高カロリー液化ガスは加温され
る。冷却された１次冷媒は、１次冷媒管路２１内を循環
するように使用される。２次冷媒は、２次冷媒管路２２
内を循環し、１次冷媒と熱交換器２３で熱交換する。１
次冷媒および２次冷媒の循環は、１次冷媒ポンプ２３お
よび２次冷媒ポンプ２４によって、それぞれ行われる。

【００２２】分留設備３で熱量調整を行って都市ガスの
原料として送出すためのＬＮＧは、ＬＮＧタンク２から
昇圧ポンプ２６に吸引されて昇圧され、ＬＮＧ送出管２
７に送出される。分留設備３で得られる高カロリー液化
ガスは、熱交換器２０で１次冷媒との間で熱交換して加
温された後、ＬＮＧ送出管２７を流れるＬＮＧと混合さ
れる。分留設備３で、ＬＮＧと混合した状態で保有する
熱量が規定熱量となるように高カロリー液化ガスの熱量
を調整しておけば、混合後、混合液送出管２８を介して
送出する液化ガスは、ＬＰＧ添加での熱量調整量を削減
することが可能となる。この液化ガスは、ＬＮＧ気化器
２９で気化昇温され、送出ライン３０を介して送出され
る。海水ポンプ３１は、ＬＮＧ気化器２９に海水を供給
する。

【００２３】次に、本実施形態の運転状態の一例を説明
する。ＬＮＧタンク２からは、ボイルオフガスが１５ｔ
／ｈの割合で発生する場合を想定する。分留設備３への
ＬＮＧ配管１０の入口部に設置した流量調整弁１１によ
って、流入ＬＮＧ量を２４ｔ／ｈに調整する。−１５５
℃のＬＮＧ２４ｔ／ｈに６２８０ＭＪ／ｈ（１５００Ｍ
ｃａｌ／ｈ）の熱量を加えて−９６℃に温度を保つと、
６ｔ／ｈのメタンと、１８ｔ／ｈの標準状態で単位体積
当り４６ＭＪ（１１０００ｋｃａｌ）の熱量を保有する
液化ガスとが生成される。この液化ガスは、１００５０
ＭＪ／ｈ（２４００Ｍｃａｌ／ｈ）の熱量を与えること
で常温（２０℃）まで暖められ、更に付臭されて１３Ａ
都市ガスとして市中に送出される。

【００２４】−９６℃で生成された６ｔ／ｈのメタン
は、燃料供給管１７でガスエンジン１への入口部に設置
される温度計３２によって測定される温度に基いて供給
燃料設定温度（２０℃）とするために、熱交換器１４の
上流側に設置する海水用の流量調整弁１２の開度をコン
トローラ３３によって調整する。この調整では、必要な
熱量として８４０ＭＪ／ｈ（２００Ｍｃａｌ／ｈ）を加
え、ＬＮＧタンク２から発生し、ＢＯＧコンプレッサ１
５により２９４０ｋＰａ（３０ｋｇｆ／ｃｍ²）まで昇
圧されたボイルオフガス１５ｔ／ｈ（２０℃）と共にガ
スタービン１に供給し、発電の燃料として使用される。

【００２５】また分留設備３により生成される高カロリ
ー液化ガスを気化するのに必要な熱量は１００５０ＭＪ
／ｈ（２４００Ｍｃａｌ／ｈ）となる。この液化ガスに
１次冷媒および２次冷媒を介して空気と熱交換を行なわ
せ、空気を１５℃まで冷す。この１５℃まで冷やされた
空気を使用し、ガスタービン１の入口での吸気冷却を行
なう。大気温度を３３℃とした場合、この吸気冷却に必
要な熱量は４６０００ＭＪ／ｈ（１１０００Ｍｃａｌ／
ｈ）であり、これにより高カロリー液化ガスの気化熱量
を賄う。

【００２６】以上説明した実施形態では、発電設備とし
てガスタービン１を用いているけれども、ガスエンジン
など、ガス燃焼機関を同様に用いても、吸気冷却と、燃
料温度調整とによって、効率良く発電を行わせることが
できる。

【００２７】また、ガスエンジンや、ガスタービン１に
必要な熱量を全てメタンを主成分とするボイルオフガス
と分留設備３からの低カロリーガスとによって賄うこと
が可能となり、発電設備側から見て燃料コストが削減さ
れる。

【００２８】分留設備３の稼動によって、２４ｔ／ｈの
処理能力の分留によって生成される市中送出用高カロリ
ーガス分の熱量調整用にＬＰＧ３ｔ／ｈを用いる必要が
なくなるので、都市ガスの製造所側から見て燃料コスト
が削減される。

【００２９】ＬＮＧタンク２から発生するボイルオフガ
スの流量変化に、分留設備３から得られる低カロリーガ
スを対応させて補うことが可能となり、また必要なガス
エンジンやガスタービン１の入口温度が得られること
で、１５万ｋＷ級の発電機側から見て安定した２１ｔ／
ｈで２０℃の燃料供給が可能になる。さらに、１次冷媒
と２次冷媒とを用いて吸気と熱交換を行うので、高カロ
リー液化ガスを気化するための熱交換器を別途設ける必
要がない。なお、発電設備として、ガスタービン１やガ
スエンジンなどのガス燃焼機関を用いる場合について説
明しているけれども、燃料がメタンの単一成分に近いの
で、燃料電池を用いる発電にも本発明を適用することが
できる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、発電設備
の燃料を、液化天然ガスをＬＮＧタンクに貯蔵する際に
発生するボイルオフガスと、液化天然ガスを分留するこ
とで得られる低熱量ガスとで賄うことが可能となり、発
電設備側から見て燃料コストを削減することができる。
ＬＮＧ貯蔵中に発生するボイルオフガスや、分留で発生
する低熱量ガスの処理にもコストをかけないで済み、熱
量調整のために必要な高コストの原料を削減することが
できるので、都市ガスの製造コストの低減も図ることが
できる。

【００３１】また本発明によれば、ガスタービンやガス
エンジンなどの発電設備に供給する燃料の必要量とボイ
ルオフガス量との流量差を、分留設備入口に設ける流量
調整弁による流量制御で分留設備に供給するＬＮＧ流量
に対応して分離される低熱量ガスの流量で補う。ボイル
オフガスと低熱量ガスとで発電を行うので、発電コスト
を低減することができる。なお、都市ガスについても、
分留設備で分離される高熱量液化ガスに対応する流量分
については、ＬＮＧにＬＰＧ等を添加して熱量調整をし
て製造する必要がなくなるので、低コストで製造するこ
とができる。

【００３２】また本発明によれば、ガスタービンやガス
エンジンなどの発電設備仕様から求められる燃料温度に
調整して、ボイルオフガスと低熱量ガスとを供給するこ
とができる。発電設備に必要な燃料の入口温度が得られ
るので、発電設備を効率良く安定して運転させ、発電を
行わせることができる。

【００３３】また本発明によれば、分留により得られる
極低温の高熱量液化ガスの冷熱を有効に利用して、発電
設備に用いるガスタービンやガスエンジンなどのガス燃
焼機関用吸気冷却の冷熱源とすることができる。冷熱源
となる極低温の高熱量液化ガスから２段階の冷媒を用い
る熱交換で、常温付近のガス燃焼機関用吸気を冷却する
ので、ガス燃焼機関を効率よく運転することができる。
分留設備からの低熱量液化ガスも、ガス燃焼機関用吸気
を熱源として加温され、気化させることができるので、
気化用の熱交換器をを別途設ける必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態としての分留設備を用い
る発電方法の概要を示す配管系統図である。

【符号の説明】

１ ガスタービン ２ ＬＮＧタンク ３ 分留設備 ４，２６ 昇圧ポンプ ５ ＬＮＧ送出ライン ６，２９ ＬＮＧ気化器 ８，３０ 送出ライン １０ ＬＮＧ配管 １１，１２ 流量調整弁 １４，１９，２０，２３ 熱交換器 １５ ＢＯＧコンプレッサ １７ 燃料供給管 １８ 吸気供給管 ２１ １次冷媒管路 ２２ ２次冷媒管路 ２８ 混合液送出管 ３２ 温度計 ３３ コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 悦郎 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 田窪 稔 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 杉山 修 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 江見 浩 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 5H590 AA02 CA08 CA09 FA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液化天然ガスから低熱量ガスを分離し、
   残留する高熱量液化ガスの熱量を、元の天然ガスの熱量
   より高い規定熱量に調整する分留設備を用いて発電を行
   う方法であって、 液化天然ガスをタンクに貯蔵する際に発生するボイルオ
   フガスに加え、液化天然ガスを分留することで得られる
   低熱量ガスを燃料として発電設備に供給することを特徴
   とする分留設備を用いる発電方法。
2. 【請求項２】 前記発電設備の仕様に基づいて燃料必要
   量を求め、 液化天然ガスをタンクに貯蔵する際に出るボイルオフガ
   ス量と燃料必要量との流量差を分留装置からの前記低熱
   量ガスとして発電設備に供給するため、分留設備入口に
   流量調整弁を設け、分留設備に流入する液化天然ガスの
   流量を制御することを特徴とする請求項１記載の分留設
   備を用いる発電方法。
3. 【請求項３】 前記発電設備の仕様に基づいて、発電設
   備に供給すべき燃料の温度を求め、 求められる温度に供給する燃料の温度を適合させるた
   め、発電設備入口で燃料温度を測定しながら、分留設備
   出口で前記低熱量ガスに必要熱量を熱交換器によって加
   えることを特徴とする請求項１または２記載の分留設備
   を用いる発電方法。
4. 【請求項４】 前記発電設備としてガス燃焼機関を用
   い、 前記分留設備で分留によって得られる高熱量液化ガスと
   １次冷媒とを熱交換させ、その１次冷媒と２次冷媒とを
   熱交換させ、更に２次冷媒と空気とを熱交換させて、高
   熱量液化ガスの冷熱をガス燃焼機関用吸気冷却の熱源と
   することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   分留設備を用いる発電方法。