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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-11
(45)【発行日】2022-10-19
(54)【発明の名称】燃料ガスの成分調整装置
(51)【国際特許分類】
C10L 3/00 20060101AFI20221012BHJP
B01D 53/22 20060101ALI20221012BHJP
F23K 5/00 20060101ALI20221012BHJP
F17C 9/02 20060101ALI20221012BHJP
【ＦＩ】
C10L3/00 D
B01D53/22
F23K5/00 303
F17C9/02
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2019022478
(22)【出願日】2019-02-12
(65)【公開番号】P2020128514
(43)【公開日】2020-08-27
【審査請求日】2021-03-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000004123
【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127845
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 壽彦
(72)【発明者】
【氏名】戸村 啓二
(72)【発明者】
【氏名】浦部 治貴
(72)【発明者】
【氏名】林 謙年
【審査官】岡田 三恵
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１４／０１００３３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１４／０９２８７７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】欧州特許出願公開第０２８３３０４６（ＥＰ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０４１３６８２７（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１４５４０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１６５８２９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０７－１５０１５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２１００４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１０Ｌ ３／００
Ｂ０１Ｄ ５３／２２
Ｆ２３Ｋ ５／００
Ｆ１７Ｃ ９／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＬＮＧを気化する気化装置と、該気化装置で気化されたＮＧから特定成分を分離する膜分離装置とを有し、前記膜分離装置の分離膜を透過することで特定成分が濃縮化されて都市ガスとして使用する燃料ガスと前記分離膜を透過することなく特定成分が希薄化されて都市ガス以外に使用する燃料ガスとに分離することで燃料ガスの成分を調整する燃料ガスの成分調整装置であって、前記膜分離装置に供給するＮＧの温度を検知する温度検知装置と、
前記膜分離装置の分離膜を透過した膜透過ガスの熱量を検知する熱量検知装置と、
前記温度検知装置で検知された検知温度と前記熱量検知装置で検知された検知熱量の相関を記録すると共に日々変動するＬＮＧ組成に応じてアップデートされるデータベースと、
前記検知温度を入力し、前記データベースの情報に基づいて前記膜分離装置に供給されるＮＧ温度を目標熱量に相当するＮＧ温度に制御するＮＧ温度制御手段とを備えたことを特徴とする燃料ガスの成分調整装置。
【請求項2】
ＬＮＧにおける特定成分を希薄化した特定成分希薄ガスを都市ガス以外に使用するその他ガスとして供給するための第一ラインと、該第一ラインに設けられて、ＬＮＧを気化する気化装置と、気化されたＮＧから特定成分を分離する膜分離装置と、ＬＮＧにおける特定成分を濃縮化した特定成分濃縮ガスを都市ガスとして供給するための第二ラインと、該第二ラインに設けられて、前記膜分離装置で分離された特定成分が濃縮された濃縮ガスをＬＮＧに混合して前記濃縮ガスを液化する第二ライン気液混合液化装置と、該第二ライン気液混合液化装置で混合された混合液を気化する第２気化装置と、前記膜分離装置で分離された特定成分が濃縮された濃縮ガスを前記第二ライン気液混合液化装置に供給する膜透過ガス供給ラインと、を備え、前記膜分離装置の分離膜を透過して特定成分が濃縮化された濃縮ガスを前記第二ラインのＬＮＧに混合することで特定成分が濃縮化されて都市ガスとして使用する燃料ガスとし、前記分離膜を透過することなく特定成分が希薄化されたガスを都市ガス以外に使用する燃料ガスとすることで燃料ガスの成分を調整する燃料ガスの成分調整装置であって、前記膜分離装置に供給するＮＧの温度を検知する温度検知装置と、
前記第２気化装置で気化された特定成分濃縮ガスの熱量を検知する第２熱量検知装置と、
前記温度検知装置で検知された検知温度と前記第２熱量検知装置で検知された第２検知熱量の相関を記録すると共に日々変動するＬＮＧ組成に応じてアップデートされるデータベースと、
前記検知温度を入力し、前記データベースの情報に基づいて前記膜分離装置に供給されるＮＧ温度を目標熱量に相当するＮＧ温度に制御するＮＧ温度制御手段とを備えたことを特徴とする燃料ガスの成分調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）又はＬＮＧをガス化したＮＧ（天然ガス）の成分を調整することで燃料ガス成分を調整する燃料ガスの成分調整装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ＬＮＧ基地においては、ＬＮＧを気化させて都市ガス向けの燃料ガス、および発電向けの燃料ガスが製造されている。
都市ガス向けの燃料ガスは、都市ガスとして規定された熱量範囲を満足するように熱量を調整して供給する必要がある。ＬＮＧを気化させた燃料ガスの熱量は上述した規定熱量範囲より低い場合が多く、通常、増熱剤（ＬＰＧ等）を混合して熱量調整する。
他方、発電向けの燃料ガスは、都市ガス向けのように熱量範囲が規定されているわけではなく、通常は熱量調整を行わずに供給されている。
都市ガス向けの燃料ガスは、都市ガスとして規定された熱量範囲を満足するように熱量を調整して供給する必要がある。ＬＮＧを気化させた燃料ガスの熱量は上述した規定熱量範囲より低い場合が多く、通常、増熱剤（ＬＰＧ等）を混合して熱量調整する。
他方、発電向けの燃料ガスは、都市ガス向けのように熱量範囲が規定されているわけではなく、通常は熱量調整を行わずに供給されている。
【0003】
都市ガス向けの燃料ガスに混合される増熱剤はＬＮＧとは別途調達する必要があり、そのコスト削減には大きなニーズがある。混合する増熱剤量を低減するための一方策として、熱量調整が要求されない発電向け燃料ガスからプロパン、ブタン等の重質成分を分離回収し、熱量調整に用いる技術が例えば特許文献１に開示されている。
【0004】
特許文献１においては、ＬＮＧを気化させたＮＧから重質成分を分離回収する分離回収装置として蒸留装置、膜分離装置、吸着装置が実施の形態に開示されている。
しかし、蒸留装置は設備構成が複雑でありコストが高くなるし、吸着装置はバッチ式であるため、連続処理を行うには複数の吸着装置を組み合わせる必要があり構成が複雑でコストが高くなるという問題がある。
他方、膜分離装置は装置構造が単純でコストが低いという利点がある。
しかし、蒸留装置は設備構成が複雑でありコストが高くなるし、吸着装置はバッチ式であるため、連続処理を行うには複数の吸着装置を組み合わせる必要があり構成が複雑でコストが高くなるという問題がある。
他方、膜分離装置は装置構造が単純でコストが低いという利点がある。
【0005】
したがって、構造の単純化やコスト低下という観点から膜分離装置を適用するのが好ましい。
ガス分離装置に使用される分離膜は、ガスの種類によって透過しやすさが異なる性質を利用してＬＮＧ等の多成分系ガスから特定成分のガスを分離するものであり、例えばゴム状高分子膜やガラス状高分子膜などがある。
膜を透過して流出してくるガス（膜透過ガス）には、透過しやすいガス成分が濃縮されている。一方、分離膜を透過しないで流出してくるガス（非透過ガス）には、逆に透過しにくいガス成分が濃縮されている。
ガス分離装置に使用される分離膜は、ガスの種類によって透過しやすさが異なる性質を利用してＬＮＧ等の多成分系ガスから特定成分のガスを分離するものであり、例えばゴム状高分子膜やガラス状高分子膜などがある。
膜を透過して流出してくるガス（膜透過ガス）には、透過しやすいガス成分が濃縮されている。一方、分離膜を透過しないで流出してくるガス（非透過ガス）には、逆に透過しにくいガス成分が濃縮されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特許第５６５３５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ＬＮＧをガス化した燃料ガスから重質成分を分離回収する場合、シリコンラバー等のゴム状高分子膜が使用されるが、当然のことながら、分離膜の分離性能が膜透過ガスの成分を左右する。
そして、発明者の知見によれば、分離膜に供給される燃料ガスの温度が分離膜の分離性能に影響する。他方、都市ガスとして使用される燃料ガスは熱量の上限があるため、膜分離装置で分離された膜透過ガスの熱量が大きすぎるのも適切でない。
この点、特許文献１では、膜分離装置を用いることの開示はあるものの、膜分離装置で分離される膜透過ガスの熱量を制御することまでの言及はなく、それ故に、ＬＮＧを気化した燃料ガスを都市ガスとして用いる場合には、膜透過ガスの成分の制御性という点において課題が残されていた。
そして、発明者の知見によれば、分離膜に供給される燃料ガスの温度が分離膜の分離性能に影響する。他方、都市ガスとして使用される燃料ガスは熱量の上限があるため、膜分離装置で分離された膜透過ガスの熱量が大きすぎるのも適切でない。
この点、特許文献１では、膜分離装置を用いることの開示はあるものの、膜分離装置で分離される膜透過ガスの熱量を制御することまでの言及はなく、それ故に、ＬＮＧを気化した燃料ガスを都市ガスとして用いる場合には、膜透過ガスの成分の制御性という点において課題が残されていた。
【0008】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、ＬＮＧを気化して都市ガスとして用いる燃料ガスの成分調整をするのに際して膜分離装置を用いる場合において、分離膜を透過する膜透過ガスの成分の制御性に優れた燃料ガスの成分調整装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
（１）本発明に係る燃料ガスの成分調整装置は、ＬＮＧを気化する気化装置と、該気化装置で気化されたＮＧから特定成分を分離する膜分離装置と、該膜分離装置に供給するＮＧの温度を検知する温度検知装置及び／又は前記膜分離装置の分離膜を透過した膜透過ガスの熱量を検知する熱量検知装置と、該温度検知装置及び／又は熱量検知装置の検出値を入力して、前記膜分離装置に供給されるＮＧ温度を制御するＮＧ温度制御手段を備え、
前記膜分離装置の分離膜を透過することで特定成分が濃縮化されて都市ガスとして使用する燃料ガスと、前記分離膜を透過することなく特定成分が希薄化されて都市ガス以外に使用する燃料ガスとに分離することで燃料ガスの成分を調整することを特徴とするものである。
前記膜分離装置の分離膜を透過することで特定成分が濃縮化されて都市ガスとして使用する燃料ガスと、前記分離膜を透過することなく特定成分が希薄化されて都市ガス以外に使用する燃料ガスとに分離することで燃料ガスの成分を調整することを特徴とするものである。
【0010】
（２）また、ＬＮＧにおける特定成分を希薄化した特定成分希薄ガスを都市ガス以外に使用するその他ガスとして供給するための第一ラインと、ＬＮＧにおける特定成分を濃縮化した特定成分濃縮ガスを都市ガスとして供給するための第二ラインとを備え、
前記第一ラインにおいて、ＬＮＧを気化する気化装置と、気化されたＮＧから特定成分を分離する膜分離装置と、該膜分離装置に供給するＮＧの温度を検知する温度検知装置と前記膜分離装置の分離膜を透過した膜透過ガスの熱量を検知する熱量検知装置と前記特定成分濃縮ガスの熱量を検知する第２熱量検知装置のうち少なくとも一つと、該温度検知装置、熱量検知装置及び第２熱量検知装置の少なくとも１つの検出値を入力して、前記膜分離装置に供給されるＮＧ温度を制御するＮＧ温度制御手段とを有し、
前記第二ラインにおいて、前記膜分離装置で分離された特定成分が濃縮された濃縮ガスをＬＮＧに混合して前記濃縮ガスを液化する第二ライン気液混合液化装置と、該第二ライン気液混合液化装置で混合された混合液を気化する第２気化装置とを有し、
前記膜分離装置で分離された特定成分が濃縮された濃縮ガスを前記第二ライン気液混合液化装置に供給する膜透過ガス供給ラインを有し、
前記膜分離装置の分離膜を透過して特定成分が濃縮化された濃縮ガスを前記第二ラインのＬＮＧに混合することで特定成分が濃縮化されて都市ガスとして使用する燃料ガスとし、前記分離膜を透過することなく特定成分が希薄化されたガスを都市ガス以外に使用する燃料ガスとすることで燃料ガスの成分を調整することを特徴とするものである。
前記第一ラインにおいて、ＬＮＧを気化する気化装置と、気化されたＮＧから特定成分を分離する膜分離装置と、該膜分離装置に供給するＮＧの温度を検知する温度検知装置と前記膜分離装置の分離膜を透過した膜透過ガスの熱量を検知する熱量検知装置と前記特定成分濃縮ガスの熱量を検知する第２熱量検知装置のうち少なくとも一つと、該温度検知装置、熱量検知装置及び第２熱量検知装置の少なくとも１つの検出値を入力して、前記膜分離装置に供給されるＮＧ温度を制御するＮＧ温度制御手段とを有し、
前記第二ラインにおいて、前記膜分離装置で分離された特定成分が濃縮された濃縮ガスをＬＮＧに混合して前記濃縮ガスを液化する第二ライン気液混合液化装置と、該第二ライン気液混合液化装置で混合された混合液を気化する第２気化装置とを有し、
前記膜分離装置で分離された特定成分が濃縮された濃縮ガスを前記第二ライン気液混合液化装置に供給する膜透過ガス供給ラインを有し、
前記膜分離装置の分離膜を透過して特定成分が濃縮化された濃縮ガスを前記第二ラインのＬＮＧに混合することで特定成分が濃縮化されて都市ガスとして使用する燃料ガスとし、前記分離膜を透過することなく特定成分が希薄化されたガスを都市ガス以外に使用する燃料ガスとすることで燃料ガスの成分を調整することを特徴とするものである。
【0011】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記ＮＧ温度制御手段は、前記ＬＮＧと熱交換する加熱媒体を前記気化装置に供給する加熱媒体供給管に設けられて前記加熱媒体の供給量を調整する供給量調整弁と、前記検出値を入力して前記供給量調整弁を制御する第１制御部とを備えてなることを特徴とするものである。
【0012】
（４）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記ＮＧ温度制御手段は、前記気化装置にＬＮＧを供給するＬＮＧ供給管に設けられた第１流量制御弁と、前記気化装置から排出されたＮＧを前記膜分離装置に供給するＮＧ供給管に設けられて前記ＮＧにＬＮＧを供給して混合すると共に該ＬＮＧを気化する気液混合気化装置と、前記ＬＮＧ供給管から分岐して前記気液混合気化装置にＬＮＧを供給するバイパス管と、該バイパス管に設けられた第２流量制御弁と、前記検出値を入力して前記第１流量制御弁及び前記第２流量制御弁を制御する第２制御部とを備えてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る燃料ガスの成分調整装置においては、温度検知装置及び／又は熱量検知装置の検出値を入力して、膜分離装置に供給されるＮＧ温度を制御するＮＧ温度制御手段を備えたことにより、分離膜を透過する膜透過ガスの成分の制御性に優れた燃料ガスの成分調整装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施の形態１に係る燃料ガスの成分調整装置の説明図である（その１）。
【図2】本発明の実施の形態１に係る燃料ガスの成分調整装置の説明図である（その２）。
【図3】本発明の実施の形態２に係る燃料ガスの成分調整装置の説明図である（その１）。
【図4】本発明の実施の形態２に係る燃料ガスの成分調整装置の説明図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【0015】
［実施の形態１］
実施の形態１に係る燃料ガスの成分調整装置１は、図１に示すように、ＬＮＧを気化する気化装置３と、気化装置３で気化されたＮＧから特定成分を分離する膜分離装置５と、膜分離装置５に供給するＮＧの温度を検知する温度検知装置７及び膜分離装置５の分離膜を透過した膜透過ガスの熱量を検知する熱量検知装置９と、温度検知装置７及び熱量検知装置９の検出値を入力して、膜分離装置５に供給されるＮＧ温度を制御するＮＧ温度制御手段１１を備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。
実施の形態１に係る燃料ガスの成分調整装置１は、図１に示すように、ＬＮＧを気化する気化装置３と、気化装置３で気化されたＮＧから特定成分を分離する膜分離装置５と、膜分離装置５に供給するＮＧの温度を検知する温度検知装置７及び膜分離装置５の分離膜を透過した膜透過ガスの熱量を検知する熱量検知装置９と、温度検知装置７及び熱量検知装置９の検出値を入力して、膜分離装置５に供給されるＮＧ温度を制御するＮＧ温度制御手段１１を備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。
【0016】
＜気化装置＞
気化装置３は、ＬＮＧを気化させてＮＧ（燃料ガス）を得るものであり、海水等の加熱媒体とＬＮＧとの間で熱交換させることにより、ＬＮＧを加熱して気化させるものである。
気化装置３の方式としては、オープンラック式気化器、中間熱媒体式気化器、サブマージドコンバッション式気化器、空温式気化器あるいは温水式気化器等があるが、いずれの方式のものも適用可能であり、いずれかの方式のものに限定されるものではない。
気化装置３は、ＬＮＧを気化させてＮＧ（燃料ガス）を得るものであり、海水等の加熱媒体とＬＮＧとの間で熱交換させることにより、ＬＮＧを加熱して気化させるものである。
気化装置３の方式としては、オープンラック式気化器、中間熱媒体式気化器、サブマージドコンバッション式気化器、空温式気化器あるいは温水式気化器等があるが、いずれの方式のものも適用可能であり、いずれかの方式のものに限定されるものではない。
【0017】
オープンラック式気化器は、主に海水を熱源とし、伝熱管内部を流れるＬＮＧと伝熱管外部を流れる海水との間で熱交換し、ＬＮＧをガス化させる気化器である。
また、中間熱媒体式気化器は、海水などの加熱源の温度とＬＮＧの温度との間に沸点及び凝縮点を有するプロパンなどの熱媒体を介して熱交換させる気化器である。
また、サブマージドコンバッション式気化器は、水中バーナによる燃料ガスの燃焼熱によりＬＮＧを気化させる気化器である。
空温式気化器は、アルミ合金製のフィン付伝熱管を組合せ、伝熱管周囲の空気を熱源としてＬＮＧを気化させる気化器である。
また、温水式気化器は、温水を熱源とする気化器であって、ステンレス製伝熱管コイルを温水が流動する槽内に設置し、温水と直接熱交換させてＬＮＧを気化させる。
また、中間熱媒体式気化器は、海水などの加熱源の温度とＬＮＧの温度との間に沸点及び凝縮点を有するプロパンなどの熱媒体を介して熱交換させる気化器である。
また、サブマージドコンバッション式気化器は、水中バーナによる燃料ガスの燃焼熱によりＬＮＧを気化させる気化器である。
空温式気化器は、アルミ合金製のフィン付伝熱管を組合せ、伝熱管周囲の空気を熱源としてＬＮＧを気化させる気化器である。
また、温水式気化器は、温水を熱源とする気化器であって、ステンレス製伝熱管コイルを温水が流動する槽内に設置し、温水と直接熱交換させてＬＮＧを気化させる。
【0018】
＜膜分離装置＞
膜分離装置５は、気化装置３で気化されたＮＧから特定成分を分離膜５ａによって分離する装置であって、本実施の形態では、分離膜５ａとしてシリコンラバー素材のものを用いた。
膜分離装置５は、気化装置３で気化されたＮＧから特定成分を分離膜５ａによって分離する装置であって、本実施の形態では、分離膜５ａとしてシリコンラバー素材のものを用いた。
【0019】
＜温度検知装置＞
温度検知装置７は、ＬＮＧが気化装置３によって気化された膜分離装置５に供給されるＮＧの温度を検知するものである。
温度検知装置７は、ＬＮＧが気化装置３によって気化された膜分離装置５に供給されるＮＧの温度を検知するものである。
【0020】
＜熱量検知装置＞
熱量検知装置９は、膜分離装置５の分離膜５ａを透過した膜透過ガスの熱量を検知するものであり、熱量計を用いることができる。
熱量検知装置９は、膜分離装置５の分離膜５ａを透過した膜透過ガスの熱量を検知するものであり、熱量計を用いることができる。
【0021】
＜ＮＧ温度制御手段＞
ＮＧ温度制御手段１１は、温度検知装置７又は熱量検知装置９のいずれか一方又は両方の検出値を入力し、該検出値に基づいて、膜分離装置５に供給されるＮＧ温度を制御するものである。
具体的には、ＮＧ温度制御手段１１は、ＬＮＧと熱交換する加熱媒体を気化装置３に供給する加熱媒体供給管１３に設けられて加熱媒体の供給量を調整する供給量調整弁１１ａと、温度検知装置７及び／又は熱量検知装置９の検出値を入力して、供給量調整弁１１ａを制御する第１制御部１１ｂとを備えてなるものである。
ＮＧ温度制御手段１１は、温度検知装置７又は熱量検知装置９のいずれか一方又は両方の検出値を入力し、該検出値に基づいて、膜分離装置５に供給されるＮＧ温度を制御するものである。
具体的には、ＮＧ温度制御手段１１は、ＬＮＧと熱交換する加熱媒体を気化装置３に供給する加熱媒体供給管１３に設けられて加熱媒体の供給量を調整する供給量調整弁１１ａと、温度検知装置７及び／又は熱量検知装置９の検出値を入力して、供給量調整弁１１ａを制御する第１制御部１１ｂとを備えてなるものである。
【0022】
加熱媒体とは、適用される気化装置３の方式によって異なるが、例えばオープンラック式気化器及び中間熱媒体式気化器では海水、サブマージドコンバッション式気化器では燃料ガス、空温式気化器では伝熱管周囲の空気、温水式気化器では温水となる。
【0023】
上記のように構成された本実施の形態においては、ＬＮＧを気化装置３で気化したＮＧを膜分離装置５で膜分離し、プロパン、ブタン等の重質成分が濃縮された膜透過ガスと、重質分が希薄化された非透過ガスに分離し、膜透過ガスは必要に応じて増熱剤を添加して都市ガスとして利用する。他方、非透過ガスは発電向けガスとして利用する。
そして、第１制御部１１ｂは、温度検知装置７又は熱量検知装置９のいずれか一方又は両方の検出値を入力し、該検出値に基づいて、供給量調整弁１１ａを制御することで膜分離装置５に供給されるＮＧ温度を制御する。
そして、第１制御部１１ｂは、温度検知装置７又は熱量検知装置９のいずれか一方又は両方の検出値を入力し、該検出値に基づいて、供給量調整弁１１ａを制御することで膜分離装置５に供給されるＮＧ温度を制御する。
【0024】
ここで、具体的な制御温度について説明する。
表１に、供給するＮＧ（燃料ガス）の組成及び熱量を示す。また、ＮＧ（燃料ガス）の圧力が7MPaG、膜透過ガスの圧力が1MPaGの条件で、分離温度が常温である25℃、および0℃、-10℃、-30℃における膜透過ガスの組成及び熱量も併せて示した。表１におけるＣ１はメタン、Ｃ２はエタン、Ｃ３はプロパン、Ｃ４はブタンであるが、いずれも参考値である。
表１に、供給するＮＧ（燃料ガス）の組成及び熱量を示す。また、ＮＧ（燃料ガス）の圧力が7MPaG、膜透過ガスの圧力が1MPaGの条件で、分離温度が常温である25℃、および0℃、-10℃、-30℃における膜透過ガスの組成及び熱量も併せて示した。表１におけるＣ１はメタン、Ｃ２はエタン、Ｃ３はプロパン、Ｃ４はブタンであるが、いずれも参考値である。
【0025】
【表1】
【0026】
表１に示されたとおり、膜透過ガスの熱量は、常温である25℃よりも、0℃、-10℃および-30℃の方が高い結果を与えた。
【0027】
表２に、膜分離温度が常温である25℃、及び0℃、-10℃、-30℃における非透過ガス量、都市ガス量、増熱剤量、都市ガス熱量を示した。膜透過ガスの圧力は1MPaGとした。
都市ガスの規定熱量は45.0MJ/m3で、膜透過ガスがこの値に達しない場合、増熱剤を添加した。増熱剤としては、熱量が102MJ/m3のLPGを用いた。また、都市ガスの供給圧力は1MPaGとした。
都市ガスの規定熱量は45.0MJ/m3で、膜透過ガスがこの値に達しない場合、増熱剤を添加した。増熱剤としては、熱量が102MJ/m3のLPGを用いた。また、都市ガスの供給圧力は1MPaGとした。
【0028】
【表2】
【0029】
都市ガス熱量を45.0MJ/m3となるように調整するための増熱剤の量は、常温の25℃の場合に比べ、低温の0℃および-10℃の場合の方が少量とすることが可能となった。しかし、-30℃の場合、膜透過ガスの熱量が都市ガスの規定熱量である45.0MJ/m3を超えてしまったため、規定熱量への調整が不可能であった。
したがって、この４ケースの中では、膜分離温度を-10℃に設定することで、都市ガスの規定熱量への調整が可能な範囲で、増熱剤の量を最小にすることができることが分かる。
このように、膜分離装置５でＮＧを分離する場合、膜分離装置５に供給するＮＧ温度が重要であるが、本実施の形態によれば、このようなＮＧの温度制御を適切に行うことができ、増熱を最小限にして都市ガスの製造を適切に行うことができる。
なお、分離膜５ａとしてシリコンラバーを用いた場合には、ＮＧ温度は、シリコンラバーのガラス転移点である-120℃よりは高い温度に設定する必要がある。
したがって、この４ケースの中では、膜分離温度を-10℃に設定することで、都市ガスの規定熱量への調整が可能な範囲で、増熱剤の量を最小にすることができることが分かる。
このように、膜分離装置５でＮＧを分離する場合、膜分離装置５に供給するＮＧ温度が重要であるが、本実施の形態によれば、このようなＮＧの温度制御を適切に行うことができ、増熱を最小限にして都市ガスの製造を適切に行うことができる。
なお、分離膜５ａとしてシリコンラバーを用いた場合には、ＮＧ温度は、シリコンラバーのガラス転移点である-120℃よりは高い温度に設定する必要がある。
【0030】
上記の実施の形態では、第１制御部１１ｂは、膜分離装置５に供給されるＮＧ温度を制御するのに際して、温度検知装置７又は熱量検知装置９のいずれか一方又は両方の検出値を入力するとしたが、温度検知装置７の検出値、すなわち検知温度を入力してＮＧ温度を制御する場合には、上記のように、予めＮＧの適切な温度を設定しておく。
また、熱量検知装置９の検出値、すなわち検知熱量を入力してＮＧ温度を制御する場合には、目標とする膜透過ガスの熱量を設定しておき、その目標熱量になるように、ＮＧ温度を制御する。
さらに、検知温度と検知熱量の両方を入力してＮＧ温度を制御する場合には、検知温度と検知熱量の相関をデータベース化するとともに日々変動するＬＮＧ組成に応じて常にアップデートしておき、そのデータベースを活用して目標熱量に相当するＮＧ温度を狙って制御する。温度制御の方が応答が早く、検知温度と検知熱量の両方を入力することにより高い制御性が実現できる。
また、熱量検知装置９の検出値、すなわち検知熱量を入力してＮＧ温度を制御する場合には、目標とする膜透過ガスの熱量を設定しておき、その目標熱量になるように、ＮＧ温度を制御する。
さらに、検知温度と検知熱量の両方を入力してＮＧ温度を制御する場合には、検知温度と検知熱量の相関をデータベース化するとともに日々変動するＬＮＧ組成に応じて常にアップデートしておき、そのデータベースを活用して目標熱量に相当するＮＧ温度を狙って制御する。温度制御の方が応答が早く、検知温度と検知熱量の両方を入力することにより高い制御性が実現できる。
【0031】
上記の説明では、ＮＧ温度制御手段の態様として、気化装置３に供給する加熱媒体の供給量を調整する供給量調整弁１１ａを第１制御部１１ｂで制御するＮＧ温度制御手段１１を例示したが、本発明のＮＧ温度制御手段はこれに限定されるものではなく、図２に示すように、気化装置３にＬＮＧを供給するＬＮＧ供給管１５に設けられた第１流量制御弁１７ａと、気化装置３から排出されたＮＧを膜分離装置５に供給するＮＧ供給管１９に設けられて前記ＮＧにＬＮＧを供給して混合すると共にＬＮＧを気化する気液混合気化装置１７ｂと、ＬＮＧ供給管１５から分岐して気液混合気化装置１７ｂにＬＮＧを供給するバイパス管１７ｃと、バイパス管１７ｃに設けられた第２流量制御弁１７ｄと、温度検知装置７及び／又は熱量検知装置９の検出値を入力して、第１流量制御弁１７ａ及び第２流量制御弁１７ｂを制御する第２制御部１７ｅとを備えてなるＮＧ温度制御手段１７であってもよい。
【0032】
図２に示す態様では、加熱媒体の量を制御しない気化装置３から得られる常温のＮＧと、バイパス管１７ｃから得られる低温のＬＮＧを気液混合気化装置１７ｂによって任意の割合で混合させることで、得られる燃料ガスの温度を制御することができる。すなわち、気化装置３と気液混合気化装置１７ｂに供給されるＬＮＧの流量バランスを調整することで、膜分離装置５に供給されるＮＧ温度を制御するものである。
この場合、気化装置３の方式が異なっても同一の構成で対応できる点が好ましい。
この場合、気化装置３の方式が異なっても同一の構成で対応できる点が好ましい。
【0033】
［実施の形態２］
本実施の形態に係る燃料ガスの成分調整装置を、図３に基づいて説明する。なお、実施の形態１と同一又は対応する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施の形態に係る燃料ガスの成分調整装置２１は、ＬＮＧにおける特定成分を希薄化した特定成分希薄ガスを都市ガス以外に使用するその他ガスとして供給するための第一ライン２３と、ＬＮＧにおける特定成分を濃縮化した特定成分濃縮ガスを都市ガスとして供給するための第二ライン２５とを備えている。
本実施の形態に係る燃料ガスの成分調整装置を、図３に基づいて説明する。なお、実施の形態１と同一又は対応する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施の形態に係る燃料ガスの成分調整装置２１は、ＬＮＧにおける特定成分を希薄化した特定成分希薄ガスを都市ガス以外に使用するその他ガスとして供給するための第一ライン２３と、ＬＮＧにおける特定成分を濃縮化した特定成分濃縮ガスを都市ガスとして供給するための第二ライン２５とを備えている。
【0034】
そして、第一ライン２３において、ＬＮＧを気化する気化装置３と、気化されたＮＧから特定成分を分離する膜分離装置５と、膜分離装置５に供給するＮＧの温度を検知する温度検知装置７及び／又は膜分離装置５の分離膜５ａを透過した膜透過ガスの熱量を検知する熱量検知装置９と、温度検知装置７、熱量検知装置９の検出値及び後述する第２熱量検知装置３３の少なくとも一つの検出値を入力して、膜分離装置５に供給されるＮＧ温度を制御するＮＧ温度制御手段１１とを有している。
【0035】
また、第二ライン２５において、膜分離装置５で分離された特定成分が濃縮された膜透過ガスをＬＮＧに混合して膜透過ガスを液化する第二ライン気液混合液化装置２７と、第二ライン気液混合液化装置２７で混合された混合液を昇圧する昇圧ポンプ２９と、昇圧された混合液を気化する第２気化装置３１と、第２気化装置３１で気化されたＮＧの熱量を検知する第２熱量検知装置３３とを有している。
さらに、第一ライン２５と第二ライン２７の間には、膜分離装置５で分離された特定成分が濃縮された膜透過ガスを第二ライン気液混合液化装置２７に供給する膜透過ガス供給ライン３５を有している。
さらに、第一ライン２５と第二ライン２７の間には、膜分離装置５で分離された特定成分が濃縮された膜透過ガスを第二ライン気液混合液化装置２７に供給する膜透過ガス供給ライン３５を有している。
【0036】
以下、実施の形態１には設けられていない、第二ライン気液混合液化装置２７、昇圧ポンプ２９、第２気化装置３１及び第２熱量検知装置３３について説明する。
＜第二ライン気液混合液化装置＞
第二ライン気液混合液化装置２７は、膜分離装置５で分離された重質成分が濃縮された膜透過ガスをＬＮＧに混合するものであり、液体に気体を直接接触させて前記液体に前記気体を混合、溶解、あるいは前記気体を液化させるものであればその形態は特に限定されない。
もっとも、気液混合液化装置として、液化を促進するような機構の混合装置を用いてもよい。
＜第二ライン気液混合液化装置＞
第二ライン気液混合液化装置２７は、膜分離装置５で分離された重質成分が濃縮された膜透過ガスをＬＮＧに混合するものであり、液体に気体を直接接触させて前記液体に前記気体を混合、溶解、あるいは前記気体を液化させるものであればその形態は特に限定されない。
もっとも、気液混合液化装置として、液化を促進するような機構の混合装置を用いてもよい。
【0037】
＜昇圧ポンプ＞
昇圧ポンプ２９は、混合液を昇圧して都市ガスの需要者に向けて送出するためのポンプである。なお、需要家へ供給圧力が低い場合等においては昇圧ポンプ２９を設ける必要がない場合もあり、本発明において昇圧ポンプ２９は必須ではない。
昇圧ポンプ２９は、混合液を昇圧して都市ガスの需要者に向けて送出するためのポンプである。なお、需要家へ供給圧力が低い場合等においては昇圧ポンプ２９を設ける必要がない場合もあり、本発明において昇圧ポンプ２９は必須ではない。
【0038】
＜第２気化装置＞
第２気化装置３１は混合液を気化するための装置であり、例えば第一ラインに設けた実施の形態１で説明したのと同様に種々の方式のものを使用できる。
第２気化装置３１は混合液を気化するための装置であり、例えば第一ラインに設けた実施の形態１で説明したのと同様に種々の方式のものを使用できる。
【0039】
＜第２熱量検知装置＞
第２熱量検知装置３３は、実施の形態１で説明した熱量検知装置９と同様のもので、ＮＧの熱量を検知して、検出値を第１制御部１１ｂに入力する。
本実施の形態の第１制御部１１ｂは、この第２熱量検知装置３３の検出値を入力している点において実施の形態１と異なるが、他の点は実施の形態１と同様である。第２熱量検知装置３３で検知される熱量が規定値を超えないように管理するために使用することができる。
第２熱量検知装置３３は、実施の形態１で説明した熱量検知装置９と同様のもので、ＮＧの熱量を検知して、検出値を第１制御部１１ｂに入力する。
本実施の形態の第１制御部１１ｂは、この第２熱量検知装置３３の検出値を入力している点において実施の形態１と異なるが、他の点は実施の形態１と同様である。第２熱量検知装置３３で検知される熱量が規定値を超えないように管理するために使用することができる。
【0040】
以上のように構成された本実施の形態の燃料ガスの成分調整装置２１においては、膜分離装置５の分離膜５ａを透過して特定成分が濃縮化された膜透過ガスを第二ライン２５のＬＮＧに混合することで特定成分が濃縮化されて都市ガスとして使用する燃料ガスとし、分離膜５ａを透過することなく特定成分が希薄化されたガス（非透過ガス）を都市ガス以外に使用する燃料ガスとすることで燃料ガスの成分を調整する。
膜透過ガスの圧力は1MPaGとし、この膜透過ガスは同じ圧力で供給されるＬＮＧと第二ライン気液混合液化装置２７で混合され、全量が液化される。液化された膜透過ガスとＬＮＧの混合物を昇圧ポンプ２９で昇圧し、第２気化装置３１で気化し、増熱剤を添加して都市ガスを製造する。このような構成にすることで、膜透過ガスの圧力よりも高い圧力で都市ガスを供給することが可能となる。
膜透過ガスをガス圧縮機で昇圧する場合に比べ、本実施の形態のように昇圧ポンプ２９を用いることで、はるかに小さな動力で高圧の都市ガスを製造することが可能となる。
膜透過ガスの圧力は1MPaGとし、この膜透過ガスは同じ圧力で供給されるＬＮＧと第二ライン気液混合液化装置２７で混合され、全量が液化される。液化された膜透過ガスとＬＮＧの混合物を昇圧ポンプ２９で昇圧し、第２気化装置３１で気化し、増熱剤を添加して都市ガスを製造する。このような構成にすることで、膜透過ガスの圧力よりも高い圧力で都市ガスを供給することが可能となる。
膜透過ガスをガス圧縮機で昇圧する場合に比べ、本実施の形態のように昇圧ポンプ２９を用いることで、はるかに小さな動力で高圧の都市ガスを製造することが可能となる。
【0041】
ここで、具体的な制御温度について説明する。
表３に、供給する燃料ガスの組成及び熱量を記した。また、表３には燃料ガスの圧力が7MPaG、膜透過ガスの圧力が1MPaGの条件で、分離温度が常温である25℃、および0℃、-10℃、-30℃における膜透過ガスの組成及び熱量も併せて示した。
表３に、供給する燃料ガスの組成及び熱量を記した。また、表３には燃料ガスの圧力が7MPaG、膜透過ガスの圧力が1MPaGの条件で、分離温度が常温である25℃、および0℃、-10℃、-30℃における膜透過ガスの組成及び熱量も併せて示した。
【0042】
【表3】
【0043】
表３に示されたとおり、膜透過ガスの熱量は、常温である25℃よりも、0℃、-10℃および-30℃の方が高い結果を与えた。
表４に、膜分離温度が常温である25℃、および0℃、-10℃、-30℃における非透過ガス量、膜透過ガス量、都市ガス量、増熱剤量、都市ガス熱量を示した。膜透過ガスの圧力は1MPaGとした。
都市ガスの規定熱量は45.0MJ/m3で、膜透過ガスと第二ラインのＬＮＧとの混合物を気化させた濃縮ガスがこの値に達しない場合、増熱剤を添加した。増熱剤としては、熱量が102MJ/m3のLPGを用いた。また、都市ガスの供給圧力は6MPaGとした。
表４に、膜分離温度が常温である25℃、および0℃、-10℃、-30℃における非透過ガス量、膜透過ガス量、都市ガス量、増熱剤量、都市ガス熱量を示した。膜透過ガスの圧力は1MPaGとした。
都市ガスの規定熱量は45.0MJ/m3で、膜透過ガスと第二ラインのＬＮＧとの混合物を気化させた濃縮ガスがこの値に達しない場合、増熱剤を添加した。増熱剤としては、熱量が102MJ/m3のLPGを用いた。また、都市ガスの供給圧力は6MPaGとした。
【0044】
【表4】
【0045】
都市ガス熱量を45.0MJ/m3となるように調整するための増熱剤の量は、常温の25℃の場合に比べ、低温の0℃および-10℃の場合の方が少量とすることが可能となった。しかし、-30℃の場合、膜透過ガスと第二ラインのＬＮＧとの混合物を気化させた濃縮ガスの熱量が都市ガスの規定熱量である45.0MJ/m3を超えてしまったため、規定熱量への調整が不可能であった。
したがって、この４ケースの中では、実施の形態１と同様に、膜分離温度を-10℃に設定することで、都市ガスの規定熱量への調整が可能な範囲で、増熱剤の量を最小にすることができることが分かる。
このように、膜分離装置でＮＧを分離する場合、膜分離装置に供給するＮＧ温度が重要であるが、本実施の形態によれば、このようなＮＧの温度制御を適切に行うことができ、増熱を最小限にして都市ガスの製造を適切に行うことができる。
したがって、この４ケースの中では、実施の形態１と同様に、膜分離温度を-10℃に設定することで、都市ガスの規定熱量への調整が可能な範囲で、増熱剤の量を最小にすることができることが分かる。
このように、膜分離装置でＮＧを分離する場合、膜分離装置に供給するＮＧ温度が重要であるが、本実施の形態によれば、このようなＮＧの温度制御を適切に行うことができ、増熱を最小限にして都市ガスの製造を適切に行うことができる。
【0046】
なお、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、ＮＧ温度制御手段の態様として、図４に示すように、気化装置３にＬＮＧを供給するＬＮＧ供給管１５に設けられた第１流量制御弁１７ａと、気化装置３から排出されたＮＧを膜分離装置５に供給するＮＧ供給管１９に設けられて前記ＮＧにＬＮＧを供給して気液混合する気液混合気化装置１７ｂと、ＬＮＧ供給管１５から分岐して気液混合気化装置１７ｂにＬＮＧを供給するバイパス管１７ｃと、バイパス管１７ｃに設けられた第２流量制御弁１７ｂと、温度検知装置７及び／又は熱量検知装置９、第２熱量検知装置３３の検出値を入力して、第１流量制御弁１７ａ及び第２流量制御弁１７ｄを制御する第２制御部１７ｅとを備えてなるＮＧ温度制御手段１７であってもよい。
【符号の説明】
【0047】
１ 燃料ガスの成分調整装置（実施の形態１）
３ 気化装置
５ 膜分離装置
５ａ 分離膜
７ 温度検知装置
９ 熱量検知装置
１１ ＮＧ温度制御手段
１１ａ 供給量調整弁
１１ｂ 第１制御部
１３ 加熱媒体供給管
１５ ＬＮＧ供給管
１７ ＮＧ温度制御手段（他の態様）
１７ａ 第１流量制御弁
１７ｂ 気液混合気化装置
１７ｃ バイパス管
１７ｄ 第２流量制御弁
１７ｅ 第２制御部
１９ ＮＧ供給管
２１ 燃料ガスの成分調整装置（実施の形態２）
２３ 第一ライン
２５ 第二ライン
２７ 第二ライン気液混合液化装置
２９ 昇圧ポンプ
３１ 第２気化装置
３３ 第２熱量検知装置
３５ 膜透過ガス供給ライン
３ 気化装置
５ 膜分離装置
５ａ 分離膜
７ 温度検知装置
９ 熱量検知装置
１１ ＮＧ温度制御手段
１１ａ 供給量調整弁
１１ｂ 第１制御部
１３ 加熱媒体供給管
１５ ＬＮＧ供給管
１７ ＮＧ温度制御手段（他の態様）
１７ａ 第１流量制御弁
１７ｂ 気液混合気化装置
１７ｃ バイパス管
１７ｄ 第２流量制御弁
１７ｅ 第２制御部
１９ ＮＧ供給管
２１ 燃料ガスの成分調整装置（実施の形態２）
２３ 第一ライン
２５ 第二ライン
２７ 第二ライン気液混合液化装置
２９ 昇圧ポンプ
３１ 第２気化装置
３３ 第２熱量検知装置
３５ 膜透過ガス供給ライン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】