JP4817555B2 - Natural gas storage system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ガスを水和物に転換して貯蔵する天然ガス貯蔵システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
昨今、電力及び都市ガス(天然ガスを主原料とするガス)の昼夜の需給変動、或いは季節間の需給変動が著しい。これらの需給変動を平準化するには、過大な供給設備が必要である。
【0003】
例えば、電力の平準化を計る場合には、電力需要の少ない時(夜間)に、蒸気タービン駆動用の余剰蒸気を熱水として熱水タンクに貯蔵し、電力需要のピーク時(昼間)に、熱水タンクに貯蔵した熱水を、再度、蒸気に変換し、更に、必要ならば、過熱器で過熱して過熱蒸気として発電機駆動用蒸気タービンに供給することが提案されているが、この場合には、新たに熱水タンクや過熱器などの設備が必要になる。
【0004】
一方、都市ガスの平準化を計る場合には、都市ガス需要のピーク時に対応するために、貯蔵タンクを増設したり、或いは、需要地の付近に中高圧ガスホルダー(ガス貯蔵送出装置)を増設する必要があるが、中高圧ガスホルダーを需要地の付近に設置することは、環境問題との関連で用地取得が困難となりつつある。また、用地取得費の高騰を招くなどの大きな問題点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、天然ガスの貯蔵方法として、昨今、天然ガスを水和物(以下、ハイドレートともいう)に転換して貯蔵する方法が注目されている。この天然ガスの貯蔵方法としては、例えば、蓄熱槽内に収容した蓄熱材を使用するヒートポンプにより、天然ガスの冷却によるハイドレートの生成及び生成されたハイドレートの加熱を行う方法が知られている。
【0006】
このヒートポンプは、図4に示すように、第1の熱交換系7、コンプレッサー(図示せず)を設けた第1の冷媒循環ライン11、第2の熱交換系15および膨張弁(図示せず)を設けた第2の冷媒循環ライン13を主要な構成要素としている。
【0007】
そして、ガス需要の少ない時間帯には、高圧パイプライン1から高圧配管3を経て貯蔵容器5に導入される都市ガス中のメタン、エタン、プロパンなどは、第1の熱交換系7において、第1の冷媒循環ライン11から送られてくる冷媒により冷却され、水と反応してハイドレート化され、貯蔵容器5で貯蔵される。都市ガスとの熱交換により熱回収を行った冷媒は、第2の冷媒循環ライン13を通り、第2の熱交換系15において、蓄熱槽17に蓄えられた蓄熱材と熱交換を行い、蓄熱材を加熱する。
【0008】
ガス需要の多い時間帯には、減圧及び/又は加熱条件下にハイドレートの分解(気化)を行う。例えば、メタンハイドレートの場合には、圧力8kg/m2 、温度0℃で分解する。従って、蓄熱槽17内の蓄熱材に蓄えられた熱を第2の熱交換系15において冷媒に与え、この冷媒を第1の冷媒循環ライン11を経てハイドレート貯蔵容器5に供給し、ハイドレートの分解(気化)を行う。気化されたガスは、気化ガス送出ライン19を経てアフターヒーター21により加温され、供給ラインに戻される。
【0009】
しかし、この天然ガスの貯蔵方法は、蓄熱材が膨大な量になることから、蓄熱槽が必然的に大型化するという問題がある。
【0010】
そこで、本発明者らは、電力と都市ガスの併用に着目して本発明に至ったのである。例えば、冷房は、一般に、電力に依存することが多いが、ガス焚き吸収式冷凍機を用いることによって電力の消費を軽減でき、電力と都市ガスの相互の消費形態の平準化に寄与することが可能であるからである。
【0011】
この発明は、このような観点に基づいたものであって、電力と都市ガスとの相互の需要調整及び都市ガスの安定確保を計る天然ガス貯蔵システムを提供することを主な目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明は、次のように構成されている。
【0013】
請求項1に係る発明は、需要が少ない時には、天然ガスを所定の圧力下で冷却することにより水和物に転換して貯蔵タンクに貯蔵し、需要が多い時には、前記貯蔵タンクに水和物として貯蔵した天然ガスを減圧及び/又は加熱することにより分解・気化させて天然ガスとして送出する天然ガス貯蔵システムにおいて、天然ガスを水和物に転換するときは、電気駆動式冷凍機設備を夜間電力により駆動して冷却し、分解・気化させた天然ガスを送出するときは、前記貯蔵タンクの水和物を前記貯蔵タンクに併設した気化ガス送出ラインに送出してガス化し、該気化ガス送出ラインが、熱源に温排水を適用する熱交換器と、該熱交換器で気化された気化ガスを気液分離するガス分離器と、該ガス分離器で分離した気化ガスを除湿する除湿器と、該除湿器で除湿された気化ガスを加温する加温器と、該加熱器で加熱された気化ガスを動力源とする減圧兼発電機駆動用膨張タービンにより構成されていることを特徴とするものである。
【0014】
天然ガスを主原料とする都市ガスは、メタンを主成分とする軟質炭化水素により構成されている。メタン、エタン、プロパンなどは、圧力および温度条件が適切であれば、水と水和物(以下、ハイドレートともいう)を生成し、ガス状態に比してその容積は、著しく減少するので、貯蔵能力が大幅に向上する。
【0015】
例えば、メタンに関しては、圧力30kg/m2 、温度0℃でメタン8分子と水46分子とにより、ハイドレートを生成し、その容積は、標準状態のメタンガスの1/170に減少する。
【0016】
一方、メタンハイドレートは、圧力8kg/m2 、温度0℃で分解(気化)する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0018】
図1は、この発明に係る天然ガス貯蔵システムの概略図である。
【0019】
この天然ガス貯蔵システムは、図1に示すように、ハイドレート生成槽2、電気駆動式冷凍機4、補給水タンク6、ハイドレート貯蔵タンク5a、熱交換器8、および減圧兼発電機駆動用膨張タービン10を主要な構成要素としている。
【0020】
そして、ガス需要の少ない時間帯(夜間)には、図1(夜間モード)に示すように、高圧パイプライン1から高圧配管3を経てハイドレート生成槽2に導入される都市ガスa中のメタン、エタン、プロパンなどは、ハイドレート生成槽2において、スラリー循環ライン12から送られてくるスラリーbにより冷却され、補給水タンク6から配管14を経て送られてくる水cと反応してハイドレート化される。その際、ハイドレート生成槽2内は、攪拌機16により攪拌されている。18は、給水ポンプを示している。
【0021】
ハイドレート生成槽2で生成されたハイドレートdは、スラリー循環ポンプ20によって汲み出され、ハイドレート貯蔵タンク5aに貯蔵される。
【0022】
スラリー循環ライン12を通過するスラリーbは、熱交換器22にて電気駆動式冷凍機4から送られてくる冷媒eにより冷却される。この電気駆動式冷凍機4は、夜間電力により駆動され、電力の平準化に寄与している。また、夜間電力調整契約による電力料金は、昼間の電力料金の約1/4であるから、ランニングコストが軽減し、非常に経済的である。
【0023】
図中、28は、ガバナー弁、30は、第1バルブ、32は、第2バルブであり、これらのバルブは、夜間モード下で閉止されている。
【0024】
一方、ガス需要の多い時間帯(昼間(ピーク時))には、図2(昼間モード)に示すように、ガバナー弁28、第1バルブ30、および第2バルブ32を開いてハイドレート貯蔵タンク5a内のハイドレートdを気化ガス送出ライン34に送出する。
【0025】
ハイドレート貯蔵タンク5aからスラリー移送ポンプ26により送出されたハイドレートdは、気化ガス送出ライン34に設置されている熱交換器8によって分解(気化)され、次いで、ガス分離器36で気化したガス(天然ガス)aと水cとに分離される。分離された気化ガスaは、除湿器38で除湿され、更に、加温器40により加温されて膨張タービン10に供給される。ガス分離器36で分離された水aは、配管42および配管24を経て補給水タンク6に戻される。44は、ドレン移送ポンプを示している。
【0026】
熱交換器8の熱源となるガスfには、温排水や大気などでもよいが、例えば、ガスタービンコージェネレーションの排ガスを適用すると、費用に対する効果の点で最も好ましい。
【0027】
膨張タービン10に供給された気化ガスaは、膨張タービン10を通過する間に所定の圧力に減圧され、高圧パイプライン1に戻される。その際、膨張タービン10および発電機46は、気化ガスaによって駆動され、発電機46で得られた電力は、電力会社に売電することが可能となる。
【0028】
上記のように、本発明によれば、ハイドレートの生成に夜間電力を適用するから、電力の平準化に寄与することができる。また、ハイドレートを分解(気化)させた気化ガスを所定の圧力に減圧する際に発電した電力を電力会社に売電することが可能である。
【0029】
以上の説明では、夜間電力使用の電気電動式冷凍機によりハイドレートを生成する場合について説明したが、夜間に送出されてくるガスを用いるガス焚き吸収式冷凍機を適用することも可能である。
【0030】
【実施例】
(実施例)
[表1]は、本願のプラント諸元を示すものであり、図3に矢印で記した解離条件(5℃、5Mpa)下で、7,500kg/hの天然ガスからメタンハイドレートを夜間10時間で生成、貯蔵するケースを示したもので、それに必要な冷凍機設備および膨張タービン設備容量を示している。
【0031】
冷凍機設備および膨張タービン設備は、本発明の主要設備となるものであるが、所要動力をメタンハイドレートを生成する供給ガス量に見合う動力消費量(エネルギー原単位)は、102.4kWh/tとなり、天然ガス液化原単位の約1/4である。
【0032】
この表において、昼間のガス放出時間は、5時間のピーク時としている。ピーク時以外は、通常、ガバナー弁を介してガスが供給されるが、ピーク時にもガス需要が多い場合には、ガバナー弁を経由したガスの供給と併用して行われる。
【0033】
【表1】
【0034】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、ハイドレートの生成に夜間電力を適用するから、電力の平準化に寄与することができる。
【0035】
従って、昼夜、或いは季節間の都市ガスと電力との需給調整、おとび今後増大すると思われるガス消費に対応することができる。
【0036】
また、ハイドレートを分解(気化)させた気化ガスを所定の圧力に減圧する際に発電した電力を電力会社に売電することが可能である。しかして、従って、売電益を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る天然ガス貯蔵システム(夜間モード)の概略図である。
【図2】本発明に係る天然ガス貯蔵システム(昼間モード)の概略図である。
【図3】ハイドレートの解離条件を示す図である。
【図4】従来の天然ガス貯蔵システムの概略図である。
【符号の説明】
a 天然ガス
d 水和物
4 電気駆動式冷凍機設備
10 減圧兼発電機駆動用膨張タービン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a natural gas storage system that converts natural gas into hydrate and stores it.
[0002]
[Prior art]
In recent years, fluctuations in the supply and demand of electricity and city gas (gas that uses natural gas as the main raw material) day and night, or fluctuations in supply and demand between seasons, are remarkable. To equalize these fluctuations in supply and demand, an excessive supply facility is required.
[0003]
For example, when measuring power leveling, when the demand for power is low (nighttime), excess steam for driving the steam turbine is stored in hot water tanks as hot water, and at the peak time of power demand (daytime) It has been proposed that the hot water stored in the hot water tank is converted again into steam and, if necessary, overheated with a superheater and supplied as superheated steam to the steam turbine for driving the generator. In some cases, new facilities such as a hot water tank and a superheater are required.
[0004]
On the other hand, when leveling city gas, in order to cope with the peak of city gas demand, a storage tank is added, or a medium-high pressure gas holder (gas storage and delivery device) is added near the demand area. However, it is becoming difficult to obtain land for the installation of medium- and high-pressure gas holders in the vicinity of demand areas because of environmental problems. In addition, there are major problems such as a rise in land acquisition costs.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as a method for storing natural gas, recently, a method for converting natural gas into hydrate (hereinafter also referred to as hydrate) and storing it has attracted attention. As a method for storing this natural gas, for example, a method of generating hydrate by cooling natural gas and heating the generated hydrate with a heat pump using a heat storage material accommodated in a heat storage tank is known. .
[0006]
As shown in FIG. 4, the heat pump includes a first
[0007]
In the time zone when the gas demand is low, methane, ethane, propane, etc. in the city gas introduced from the high-
[0008]
In a time zone with a high gas demand, hydrate decomposition (vaporization) is performed under reduced pressure and / or heating conditions. For example, in the case of methane hydrate, it decomposes at a pressure of 8 kg / m 2 and a temperature of 0 ° C. Accordingly, the heat stored in the heat storage material in the
[0009]
However, this method of storing natural gas has a problem that the heat storage tank inevitably increases in size because of the enormous amount of heat storage material.
[0010]
Thus, the present inventors have reached the present invention by paying attention to the combined use of electric power and city gas. For example, cooling generally depends on electric power, but the consumption of electric power can be reduced by using a gas-fired absorption refrigerator, which contributes to leveling of the mutual consumption form of electric power and city gas. It is possible.
[0011]
The present invention is based on such a viewpoint, and has as its main object to provide a natural gas storage system that adjusts the mutual demand between electric power and city gas and ensures the stability of city gas.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the present invention is configured as follows.
[0013]
The invention according to
[0014]
City gas mainly made of natural gas is composed of soft hydrocarbons mainly composed of methane. Methane, ethane, propane, and the like generate water and hydrate (hereinafter also referred to as hydrate) if the pressure and temperature conditions are appropriate, and their volume is significantly reduced compared to the gas state. The storage capacity is greatly improved.
[0015]
For example, with respect to methane, a hydrate is produced by 8 molecules of methane and 46 molecules of water at a pressure of 30 kg / m 2 and a temperature of 0 ° C., and its volume is reduced to 1/170 of the standard state methane gas.
[0016]
On the other hand, methane hydrate decomposes (vaporizes) at a pressure of 8 kg / m 2 and a temperature of 0 ° C.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a schematic view of a natural gas storage system according to the present invention.
[0019]
As shown in FIG. 1, the natural gas storage system includes a hydrate production tank 2, an electrically driven refrigerator 4, a
[0020]
And, in the time zone (nighttime) when the gas demand is low, as shown in FIG. 1 (nighttime mode), methane in the city gas a introduced from the high-
[0021]
Hydrate d produced in the hydrate production tank 2 is pumped out by the
[0022]
The slurry b passing through the
[0023]
In the figure, 28 is a governor valve, 30 is a first valve, 32 is a second valve, and these valves are closed under night mode.
[0024]
On the other hand, in a time zone when gas demand is high (daytime (peak hours)), as shown in FIG. 2 (daytime mode), the
[0025]
The hydrate d delivered from the
[0026]
The gas f serving as the heat source of the
[0027]
The vaporized gas a supplied to the
[0028]
As described above, according to the present invention, nighttime power is applied to the generation of hydrate, which can contribute to power leveling. Moreover, it is possible to sell the electric power generated when the vaporized gas obtained by decomposing (vaporizing) the hydrate to a predetermined pressure is sold to an electric power company.
[0029]
In the above description, the case where hydrate is generated by an electric electric refrigerator using nighttime power is described, but a gas-fired absorption refrigerator using gas sent out at night can also be applied.
[0030]
【Example】
(Example)
[Table 1] shows the plant specifications of the present application. Under the dissociation conditions (5 ° C., 5 Mpa) indicated by arrows in FIG. 3, methane hydrate was converted from natural gas of 7,500 kg / h at
[0031]
The refrigerator equipment and the expansion turbine equipment are the main equipment of the present invention, but the power consumption (energy intensity) corresponding to the amount of supply gas for generating methane hydrate is 102.4 kWh / t. It is about 1/4 of the natural gas liquefaction unit.
[0032]
In this table, the daytime gas release time is at the peak of 5 hours. Gas is usually supplied through the governor valve at times other than the peak, but when the gas demand is high even at the peak, the gas is supplied together with the gas supply through the governor valve.
[0033]
[Table 1]
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, nighttime power is applied to the generation of hydrate, which can contribute to power leveling.
[0035]
Accordingly, it is possible to cope with the supply and demand adjustment of city gas and electric power between day and night or between seasons, and gas consumption that is expected to increase in the future.
[0036]
Moreover, it is possible to sell the electric power generated when the vaporized gas obtained by decomposing (vaporizing) the hydrate to a predetermined pressure is sold to an electric power company. Therefore, it is possible to obtain a power sale profit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a natural gas storage system (night mode) according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a natural gas storage system (daytime mode) according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing hydrate dissociation conditions.
FIG. 4 is a schematic view of a conventional natural gas storage system.
[Explanation of symbols]
a natural gas d hydrate 4 electric drive
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