JP4817555B2

JP4817555B2 - Natural gas storage system

Info

Publication number: JP4817555B2
Application number: JP2001274932A
Authority: JP
Inventors: 剛鈴木; 茂永森
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: JP2003082370A

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 heat exchange system 7, a first refrigerant circulation line 11 provided with a compressor (not shown), a second heat exchange system 15, and an expansion valve (not shown). The second refrigerant circulation line 13 provided with a) is a main component.
[0007]
In the time zone when the gas demand is low, methane, ethane, propane, etc. in the city gas introduced from the high-pressure pipeline 1 through the high-pressure pipe 3 to the storage container 5 are not changed in the first heat exchange system 7. The refrigerant is cooled by the refrigerant sent from one refrigerant circulation line 11, reacted with water to be hydrated, and stored in the storage container 5. The refrigerant that has recovered heat by exchanging heat with the city gas passes through the second refrigerant circulation line 13, performs heat exchange with the heat storage material stored in the heat storage tank 17 in the second heat exchange system 15, and stores the heat. Heat the material.
[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 heat storage tank 17 is given to the refrigerant in the second heat exchange system 15, and this refrigerant is supplied to the hydrate storage container 5 through the first refrigerant circulation line 11. Decompose (vaporize). The vaporized gas is heated by the after heater 21 through the vaporized gas delivery line 19 and returned to the supply line.
[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 claim 1 converts the natural gas into a hydrate by cooling it under a predetermined pressure when the demand is low, and stores it in a storage tank . When the demand is high, the hydrate is stored in the storage tank. the pooled natural gas by Ri disassembly, is vaporized under reduced pressure and / or heating as in the natural gas storage system for delivering a natural gas, when the conversion of natural gas hydrate, electrically driven chiller When the facility is driven by nighttime power to cool down and send the decomposed and vaporized natural gas , the storage tank hydrate is sent to the vaporized gas delivery line attached to the storage tank for gasification, The vaporized gas delivery line dehumidifies the vaporized gas separated by the heat exchanger that applies hot waste water to the heat source, the gas separator that vapor-liquid separates the vaporized gas vaporized by the heat exchanger, and the gas separator A dehumidifier and the Those characterized with warmer for warming the humidifier in dehumidified vaporized gas, that the vaporized gas heated by the heating device is constituted by the low pressure and the generator driving expansion turbine powered It is.
[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 makeup water tank 6, a hydrate storage tank 5a, a heat exchanger 8, and a decompression / generator drive. The expansion turbine 10 is a main component.
[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-pressure pipeline 1 to the hydrate generation tank 2 via the high-pressure pipe 3 Ethane, propane, etc. are cooled in the hydrate production tank 2 by the slurry b sent from the slurry circulation line 12 and react with the water c sent from the makeup water tank 6 through the pipe 14 to hydrate. It becomes. At that time, the inside of the hydrate production tank 2 is stirred by the stirrer 16. Reference numeral 18 denotes a water supply pump.
[0021]
Hydrate d produced in the hydrate production tank 2 is pumped out by the slurry circulation pump 20 and stored in the hydrate storage tank 5a.
[0022]
The slurry b passing through the slurry circulation line 12 is cooled by the refrigerant e sent from the electrically driven refrigerator 4 in the heat exchanger 22. This electric drive type refrigerator 4 is driven by nighttime electric power and contributes to leveling of electric power. In addition, since the electricity charge according to the nighttime power adjustment contract is about 1/4 of the electricity charge during the daytime, the running cost is reduced and it is very economical.
[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 governor valve 28, the first valve 30, and the second valve 32 are opened to open the hydrate storage tank. The hydrate d in 5 a is sent to the vaporized gas delivery line 34.
[0025]
The hydrate d delivered from the hydrate storage tank 5a by the slurry transfer pump 26 is decomposed (vaporized) by the heat exchanger 8 installed in the vaporized gas delivery line 34, and then gas vaporized by the gas separator 36. (Natural gas) Separated into a and water c. The separated vaporized gas a is dehumidified by the dehumidifier 38, further heated by the heater 40, and supplied to the expansion turbine 10. The water a separated by the gas separator 36 is returned to the makeup water tank 6 through the pipe 42 and the pipe 24. Reference numeral 44 denotes a drain transfer pump.
[0026]
The gas f serving as the heat source of the heat exchanger 8 may be warm drainage or air, but for example, application of gas turbine cogeneration exhaust gas is most preferable in terms of cost effectiveness.
[0027]
The vaporized gas a supplied to the expansion turbine 10 is reduced to a predetermined pressure while passing through the expansion turbine 10, and returned to the high-pressure pipeline 1. At that time, the expansion turbine 10 and the generator 46 are driven by the vaporized gas a, and the electric power obtained by the generator 46 can be sold to an electric power company.
[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 night 10. It shows a case where it is generated and stored over time, and shows the capacity of the refrigerator and expansion turbine required for it.
[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 type refrigeration equipment 10 expansion turbine for decompression and generator drive

Claims

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天然ガス貯蔵システム。When demand is low, natural gas is cooled to a hydrate by cooling under a predetermined pressure and stored in a storage tank . When demand is high, the natural gas stored as hydrate in the storage tank is decompressed and reduced. in natural gas storage system / or by Ri disassembly, is vaporized by heating delivering as natural gas, when the conversion of natural gas hydrate is an electrically driven refrigeration equipment driven by nighttime power When the natural gas that has been cooled and decomposed and vaporized is sent out, the hydrate of the storage tank is sent to a vaporized gas delivery line provided in the storage tank for gasification, and the vaporized gas delivery line serves as a heat source. A heat exchanger that applies hot waste water, a gas separator that gas-liquid separates the vaporized gas vaporized by the heat exchanger, a dehumidifier that dehumidifies the vaporized gas separated by the gas separator, and the dehumidifier Dehumidified vaporization Natural gas storage system for a warmer for warming the scan, characterized in that the vaporized gas heated by the heating device is constituted by the low pressure and the generator driving expansion turbine powered.