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WO2016174706A1 - ガス回収システム、圧縮機システム及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

ガス回収システム、圧縮機システム及び冷凍サイクルシステム Download PDF

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WO2016174706A1
WO2016174706A1 PCT/JP2015/062656 JP2015062656W WO2016174706A1 WO 2016174706 A1 WO2016174706 A1 WO 2016174706A1 JP 2015062656 W JP2015062656 W JP 2015062656W WO 2016174706 A1 WO2016174706 A1 WO 2016174706A1
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WO
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gas
process gas
compressor
mixed
mixed gas
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Ceased
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PCT/JP2015/062656
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English (en)
French (fr)
Inventor
拓也 渡部
晃一 水下
知晃 武田
毛利　靖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
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Publication date
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Priority to US15/562,230 priority patent/US10337779B2/en
Priority to EP15890690.9A priority patent/EP3264011A4/en
Priority to JP2017515298A priority patent/JP6362292B2/ja
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    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/72—Processing device is used off-shore, e.g. on a platform or floating on a ship or barge

Definitions

  • the present invention relates to a gas recovery system, a compressor system including the same, and a refrigeration cycle system.
  • the compressor is provided with a dry gas seal to prevent the gas compressed inside (process gas) from leaking outside through the gap between the rotating body (rotor) and stationary body (stator) at both ends of the casing. ing.
  • the dry gas seal is supplied with a clean process gas that has passed through a filter and an inert gas for sealing so that a trace amount of process gas does not leak from the dry gas seal to the outer bearing.
  • a gas hereinafter, referred to as a mixed gas in which a small amount of process gas leaking outside from the dry gas seal and the above-described inert gas are mixed is discharged from the compressor as a vent gas.
  • Patent Document 1 discloses a method for regenerating recovered CFC that removes impurities such as oil and water contained in the recovered CFC.
  • this regeneration method the recovered chlorofluorocarbon in a liquid state is heated in an evaporator, and the chlorofluorocarbon contained in the recovered chlorofluorocarbon is gasified to be separated from impurities such as liquid oil and moisture.
  • the present invention provides a gas recovery system capable of reducing the amount of process gas additionally supplied to the compressor and suppressing the running cost of the compressor, and a compressor system and a refrigeration cycle system including the gas recovery system.
  • the gas recovery system provides a mixed gas in which a process gas compressed by a compressor and an inert gas supplied to a seal portion of the compressor are mixed with the process gas.
  • a gas recovery system that separates and collects the inert gas and cools the mixed gas at a temperature that is higher than the condensation temperature of the inert gas and lower than the condensation temperature of the process gas.
  • a cooling unit that cools and liquefies the process gas contained in the gas; a separation unit that separates the mixed gas cooled by the cooling unit from the liquid process gas and the inert gas in a gaseous state;
  • a process gas recovery line that is connected to the separation unit and circulates and vaporizes the process gas in a liquid state and supplies the process gas into the compressor.
  • the mixed gas is cooled until the process gas is liquefied in the cooling unit, and the process gas is recovered by separating the liquid process gas and the inert gas in the gaseous state in the separation unit. Collected by line.
  • the process gas and the inert gas in the mixed gas can be separated by deeply cooling the mixed gas by the cooling unit and the separation unit. Therefore, the recovered process gas can be returned to the compressor and reused. Therefore, the amount of process gas additionally supplied to the compressor can be reduced.
  • the cooling unit may cool the mixed gas by exchanging heat between the liquefied natural gas and the mixed gas.
  • the cooling unit heats the process gas in a liquid state flowing through the process gas recovery line and the mixed gas.
  • the mixed gas may be cooled by replacement.
  • a gas recovery system includes, in any one of the first to third aspects, a first compressor that compresses the mixed gas before being supplied to the cooling unit. May be.
  • the condensing temperature of the process gas contained in the mixed gas can be increased by increasing the pressure of the mixed gas with the first compressor before being supplied to the cooling unit. Therefore, the cooling temperature for condensing the gaseous process gas in the cooling unit can be suppressed. Therefore, the efficiency at the time of liquefying process gas in a cooling part can be improved.
  • a gas recovery system is the gas recovery system according to any one of the first to fourth aspects, comprising: a second compressor that compresses the process gas in a gas state flowing through the process gas recovery line. You may have.
  • the pressure of the low-pressure mixed gas supplied from the compressor can be set to a pressure condition that optimizes the cryogenic separation, and the separated process gas can be returned to the high-pressure compressor.
  • the gas recovery system is the gas recovery system according to any one of the first to fifth aspects, wherein the separation unit stores the separated process gas in the liquid state, and the process gas in the liquid state
  • a supply adjustment unit that supplies the process gas in a liquid state to the process gas recovery line may be provided so that the liquid level is maintained at a certain position in the separation unit.
  • a compressor system includes a compressor and the gas recovery system according to any one of the first to sixth aspects.
  • the refrigeration cycle system according to the eighth aspect of the present invention includes the compressor system according to the seventh aspect.
  • the process gas is separated from the mixed gas discharged from the seal portion of the compressor and returned to the compressor, thereby reducing the amount of process gas additionally supplied to the compressor and Running costs can be reduced.
  • the refrigerating cycle system 1 which concerns on 1st embodiment of this invention is a system for cooling the cooling target which is not shown in figure.
  • the refrigeration cycle system 1 of the present embodiment is used in, for example, a liquefied natural gas (hereinafter, LNG) plant.
  • LNG liquefied natural gas
  • the refrigeration cycle system 1 includes a compressor 3, a condenser 4, a storage unit 5, and an evaporator 6. These configurations are connected by piping in the order described above.
  • the compressor 3 compresses a refrigerant in a gaseous state (hereinafter referred to as process gas G1).
  • a drive machine 7 such as a motor for driving the rotor 11 (see FIG. 2) of the compressor 3 is connected.
  • the condenser 4 cools and condenses the high-temperature and high-pressure process gas G1 compressed in the compressor 3.
  • the storage unit 5 stores the process gas G ⁇ b> 1 made liquid in the condenser 4.
  • the evaporator 6 performs heat exchange between the liquid process gas G10 supplied in a state where the pressure and temperature are reduced by adiabatic expansion from the reservoir 5 by the valve 8 and a cooling target (not shown), The process gas G10 in the liquid state is evaporated (vaporized). The vaporized process gas G1 is sent to the compressor 3 again.
  • the process gas G1 may be, for example, Freon, but the process gas G1 of the present embodiment is a hydrocarbon (hydrocarbon).
  • the hydrocarbon used as the process gas G1 may be, for example, one or more types of hydrocarbons appropriately selected from methane, ethane, propane, butane, and the like.
  • the rotor 11 of the compressor 3 includes a rotating shaft 13 and an impeller (not shown) attached thereto.
  • the stator 12 of the compressor 3 includes a casing (not shown) that houses the impeller of the rotor 11.
  • the rotary shaft 13 has both first end 13 ⁇ / b> A and second end 13 ⁇ / b> B, which are both ends in the axial direction, protruding outside the casing.
  • the rotating shaft 13 is rotatably supported with respect to the stator 12 by a bearing 14 outside the casing.
  • a seal portion 10 is provided in a gap between the stator 12 and the rotor 11 at the first end portion 13A and the second end portion 13B of the rotating shaft 13.
  • the seal portion 10 includes a leakage suppression seal portion 15 that suppresses the above-described process gas G1 from leaking from the inside to the outside of the casing.
  • the leakage suppressing seal portion 15 is located inside the casing with respect to the bearing 14 in the axial direction of the rotary shaft 13.
  • the leak suppression seal portion 15 has a plurality of dry gas seals 17.
  • the leakage suppression seal portion 15 for example, another seal may not be provided between the plurality of dry gas seals 17, but in this embodiment, the labyrinth seal 16 is provided. Therefore, the leak suppressing seal portion 15 of this embodiment includes the labyrinth seal 16 and the dry gas seal 17.
  • the first labyrinth seal 16 ⁇ / b> A, the first dry gas seal 17 ⁇ / b> A, the second labyrinth seal 16 ⁇ / b> B, and the second dry gas seal 17 ⁇ / b> B are sequentially arranged from the inside to the outside of the casing along the axial direction of the rotating shaft 13. It is arranged.
  • a first space S1 is formed between the first labyrinth seal 16A and the first dry gas seal 17A.
  • a part of the process gas G1 compressed in the compressor 3 is supplied to the first space S1 as the first seal gas through the filter.
  • the pressure of the first space S1 increases, and leakage of the process gas G1 from the inside of the casing to the first space S1 is suppressed.
  • a second space S2 is formed between the first dry gas seal 17A and the second labyrinth seal 16B.
  • the process gas G1 leaked from the first dry gas seal 17A and the second seal gas G2 described later leaked from the second labyrinth seal 16B are mixed.
  • a primary vent 18 Connected to the second space S2 is a primary vent 18 that discharges the mixed gas G3, which is a mixture of the gaseous process gas G1 and the second seal gas G2, to the gas recovery system 30.
  • a third space S3 is formed between the second labyrinth seal 16B and the second dry gas seal 17B.
  • a second seal gas (inert gas) G2 is supplied to the third space S3 from the external supply source 21 illustrated in FIG.
  • the pressure in the third space S3 increases, and the process gas G1 leaked from the first space S1 into the second space S2 through the first dry gas seal 17A leaks into the third space S3 through the second labyrinth seal 16B. Prevent it from coming out.
  • the second seal gas G2 supplied to the third space S3 leaks from the second labyrinth seal 16B and flows into the second space S2.
  • the second seal gas G2 may be an inert gas having a lower condensation temperature than the process gas G1.
  • the second seal gas G2 of this embodiment is nitrogen.
  • the seal unit 10 further includes a separation seal 19 installed between the leak suppression seal unit 15 and the bearing 14.
  • the separation seal 19 prevents the lubricating oil used in the bearing 14 from being mixed into the leakage suppressing seal portion 15 including the dry gas seal 17 by supplying the gas separation gas G4.
  • the separation gas G4 used in the separation seal 19 is supplied only from the external supply source 21 illustrated in FIG. 1, similarly to the second seal gas G2.
  • the separation gas G4 may be an inert gas, but the separation gas G4 of the present embodiment is nitrogen, similar to the second seal gas G2.
  • a fourth space S4 is formed between the second dry gas seal 17B and the separation seal 19 in the gap between the stator 12 and the rotor 11.
  • a minute amount of the second seal gas G ⁇ b> 2 leaking from the leak suppression seal portion 15 and the separation gas G ⁇ b> 4 from the separation seal 19 are mixed.
  • the mixed gas is discharged from the fourth space S4 to the outside (for example, in the atmosphere) through the secondary vent 20.
  • FIG. 2 shows only a state in which the seal portion 10 having the above-described configuration of the leakage suppression seal portion 15 and the separation seal 19 is provided on the first end portion 13A of the rotary shaft 13.
  • the seal portion 10 having the configuration such as the suppression seal portion 15 and the separation seal 19 is also provided in the same manner with respect to the second end portion 13B of the rotating shaft 13.
  • the refrigeration cycle system 1 of the present embodiment separates the mixed gas G3 discharged from the primary vent 18 of the compressor 3 into a process gas G1 and a second seal gas G2.
  • a gas recovery system 30 for recovery is provided.
  • the gas recovery system 30 constitutes the compressor system 2 together with the compressor 3.
  • the gas recovery system 30 includes a mixed gas supply line 31, a cooling unit 32, a separation unit 33, a process gas recovery line 34, a refrigerant supply line 35, and a supply adjustment unit 36.
  • the mixed gas supply line 31 connects the compressor 3 and the separation unit 33.
  • the mixed gas supply line 31 supplies the mixed gas G3 in which the gaseous process gas G1 and the gaseous second seal gas G2 discharged from the compressor 3 are mixed to the separation unit 33 via the cooling unit 32. .
  • the mixed gas supply line 31 of the present embodiment is connected to the primary vent 18 of the compressor 3, passes through the cooling unit 32, and is connected to the separation unit 33.
  • a mixed gas G3 having a pressure higher by about 0.1 to 0.2 bar than the atmospheric pressure and having a temperature of about 30 ° C. to 40 ° C. flows from the primary vent 18.
  • the mixed gas supply line 31 is provided with a first compressor 37 on the upstream side (compressor 3 side) of the cooling unit 32.
  • the first compressor 37 compresses the mixed gas G3 before being supplied to the cooling unit 32.
  • the first compressor 37 raises the condensation temperature until the condensation temperature of the process gas G1 in the mixed gas G3 reaches a temperature at which the cooling unit 32 can efficiently condense.
  • the mixed gas G3 compressed by the first compressor 37 is supplied to the cooling unit 32 via the mixed gas supply line 31.
  • the temperature of the mixed gas G3 when the pressure of the mixed gas G3 is greatly increased to about 8 to 10 bar, the temperature of the mixed gas G3 also increases greatly. It is preferable to have a structure for cooling before supplying to the battery. For example, a cooler may be provided between the first compressor 37 and the cooling unit 32 of the mixed gas supply line 31 to cool the mixed gas G3 that has been compressed and whose temperature has increased.
  • the cooling unit 32 gasses the second seal gas G2 contained in the mixed gas G3 by cooling the mixed gas G3 at a temperature higher than the condensation temperature of the second seal gas G2 and lower than the condensation temperature of the process gas G1.
  • the process gas G1 contained in the mixed gas G3 is cooled and liquefied while remaining in the state.
  • the cooling unit 32 of this embodiment is provided in the middle of the mixed gas supply line 31. Specifically, the cooling unit 32 is disposed across three of the mixed gas supply line 31, the process gas recovery line 34, and the refrigerant supply line 35.
  • the cooling unit 32 cools the mixed gas G3 compressed by the first compressor 37, and liquefies the process gas G1 without liquefying most of the second seal gas G2 in the mixed gas G3.
  • the cooling unit 32 supplies the second mixed gas G30, which is a mixed gas G3 of the liquefied process gas G1 and the non-liquefied second seal gas G2, to the separation unit 33. That is, the second mixed gas G30 is in a gas-liquid mixed state in which the process gas G10 in the liquid state and the second seal gas G2 in the gas state are mixed.
  • the mixing state of the second seal gas G2 in the gas state in the second mixed gas G30 varies depending on the condensation pressure in the cooling unit 32. Therefore, it is preferable to increase the pressure with the compressor before passing through the cooling section 32 according to the mixing state of the second seal gas G2 in the gaseous state in the allowable second mixed gas G30, and to separate at a low pressure. In some cases, it is preferable to separate them with a compressor after the operation. Specifically, when the pressure is increased before passing through the cooling unit 32, the condensation temperature rises and it is easy to condense, but nitrogen that is the second seal gas G2 is mixed into the separated second mixed gas G30. The ratio will increase.
  • the cooling unit 32 of the present embodiment cools the mixed gas G3 by exchanging heat with LNG. At the same time, the cooling unit 32 cools the mixed gas G3 by exchanging heat between the mixed process gas G10 and the process gas G10 in a liquid state that flows through a process gas recovery line 34 described later.
  • the mixed gas G3 Since the temperature of the gaseous process gas G1 is higher than that of the liquid process gas G10, the mixed gas G3 is cooled by the liquid process gas G10 flowing through the process gas recovery line 34 in the cooling unit 32. Furthermore, since the condensation temperature of the process gas G1 is higher than that of LNG which is ⁇ 150 ° C. to ⁇ 160 ° C., the process gas G1 in the mixed gas G3 is cooled by the LNG flowing through the refrigerant supply line 35 in the cooling unit 32. Liquefied. As a result, the cooling unit 32 supplies, for example, the mixed gas G3 having a temperature of about 30 ° C. to 40 ° C. to the separation unit 33 as the second mixed gas G30 cooled to about ⁇ 150 ° C.
  • the process gas G1 contained in the mixed gas G3 is cooled and liquefied by exchanging heat between the LNG and the process gas G10 in a liquid state and the mixed gas G3.
  • the LNG flowing through the refrigerant supply line 35 and the process gas G10 in the liquid state flowing through the process gas recovery line 34 are heated and vaporized.
  • the separation unit 33 is supplied with the second mixed gas G30 from the cooling unit 32 via the mixed gas supply line 31.
  • the separation unit 33 separates the process gas G10 in the liquid state and the second seal gas G2 in the gas state from the second mixed gas G30 cooled by the cooling unit 32.
  • the separation part 33 of the present embodiment is formed in a cylindrical shape extending in the vertical direction and closing the upper part and the lower part.
  • the mixed gas supply line 31 is connected to the intermediate portion in the vertical direction of the separation unit 33, but it may be connected to an appropriate height.
  • the separation unit 33 of the present embodiment is a separator that has a member that has a function of allowing gas to pass while capturing fine mist-like particles, such as a demister, and stores liquid below. . That is, in the separation unit 33 of this embodiment, the second mixed gas G30 is supplied, whereby the process gas G10 in the liquid state is separated downward, and the second seal gas G2 in the gaseous state is separated upward.
  • the second seal gas G2 separated above the separation part 33 and the slightly mixed gas process gas G1 are discharged to the outside through a gas discharge line 38 connected above the separation part 33.
  • the gas discharge line 38 is provided with an on-off valve 381 so that the flow rate of the second seal gas G2 to be discharged can be adjusted.
  • the process gas recovery line 34 is connected to the lower part of the separation unit 33, and the liquid process gas G 10 stored in the lower part of the separation unit 33 is circulated and vaporized, and then supplied into the compressor 3.
  • the process gas recovery line 34 of the present embodiment passes through the cooling unit 32 and passes between the evaporator 6 and the compressor 3 so that the process gas G1 recovered from the separation unit 33 is compressed again in the compressor 3.
  • Connected to the pipe The process gas recovery line 34 passes through the cooling unit 32 and exchanges heat with the mixed gas G3, thereby heating and vaporizing the liquid process gas G10 flowing through the inside.
  • the process gas G10 in a liquid state of about ⁇ 150 ° C. flowing from the separation unit 33 passes through the cooling unit 32, so that the process gas G1 in a gas state of about 20 ° C. to 30 ° C. It becomes.
  • the supply adjusting unit 36 adjusts the amount of the process gas G1 in the gaseous state to be returned into the compressor 3.
  • the supply adjusting unit 36 supplies the process gas G10 in the liquid state to the process gas recovery line 34 so that the liquid level of the process gas G10 in the liquid state is kept at a certain position in the separation unit 33.
  • the supply adjustment unit 36 of the present embodiment directly adjusts the supply amount of the process gas G10 in the liquid state supplied from the separation unit 33 to the process gas recovery line 34, and returns the process gas G1 in the gas state to be returned to the compressor 3 Adjust the amount.
  • the supply adjustment unit 36 of this embodiment adjusts the opening degree by receiving a detection unit 361 provided in the separation unit 33, a control unit 362 to which a detection result is input from the detection unit 361, and a signal from the control unit 362. Possible control valve 363.
  • the detection unit 361 detects the position of the liquid level of the stored process gas G10 in a liquid state, and sends a signal to the control unit 362.
  • the control unit 362 sends an opening degree instruction to the control valve 363 so that the position of the liquid level of the process gas G10 in the liquid state in the separation unit 33 is kept constant.
  • the control valve 363 is provided upstream of the cooling unit 32 of the process gas recovery line 34 (on the separation unit 33 side).
  • the refrigerant supply line 35 supplies LNG to the cooling unit 32 as a refrigerant for cooling the mixed gas G3 by the cooling unit 32.
  • the refrigerant supply line 35 of the present embodiment uses LNG purified by the LNG plant.
  • the LNG is heated and vaporized by exchanging heat with the mixed gas G3 in the cooling unit 32, and becomes boil-off gas (BOG), which is returned to the LNG plant again to the fuel gas and the like in the plant. Used.
  • the refrigerant supply line 35 is provided with an on-off valve 351 so that the flow rate of LNG supplied to the cooling unit 32 can be adjusted.
  • the gaseous mixed gas G3 discharged from the primary vent 18 of the compressor 3 is at a pressure higher by about 0.1 to 0.2 bar than the atmospheric pressure and has a temperature of 30. It flows into the mixed gas supply line 31 at about 40 ° C. to 40 ° C.
  • the gaseous mixed gas G ⁇ b> 3 flows through the mixed gas supply line 31 and is boosted and heated by the first compressor 37. At this time, the mixed gas G3 is increased in pressure, and the condensation temperature also rises.
  • the mixed gas G ⁇ b> 3 whose pressure is increased and raised in the first compressor 37 is supplied to the cooling unit 32.
  • the cooling unit 32 is supplied with a process gas G10 in a liquid state via a process gas recovery line 34 and is supplied with LNG via a refrigerant supply line 35. Therefore, by passing through the cooling unit 32, the mixed gas G3 is cooled to about ⁇ 150 ° C. by the LNG in the liquid process gas G10 and the refrigerant supply line 35 flowing through the process gas recovery line 34. Specifically, the mixed gas G3 is cooled at a temperature higher than the condensation temperature of the second seal gas G2 and lower than the condensation temperature of the process gas G1, so that only the process gas G1 is liquefied. Therefore, the second mixed gas G30, which is a gas in a gas-liquid mixed state, is supplied to the separation unit 33 via the mixed gas supply line 31.
  • the liquid process gas G10 is separated downward, and the gaseous second seal gas G2 is separated upward.
  • the second seal gas G2 separated upward is discharged to the outside through the gas discharge line 38.
  • the process gas G10 in the liquid state stored below is supplied again to the cooling unit 32 via the process gas recovery line 34.
  • the liquid process gas G10 that has flowed into the process gas recovery line 34 passes through the cooling unit 32 and is heated by exchanging heat with the mixed gas G3 flowing through the mixed gas supply line 31.
  • the process gas G10 in a liquid state is heated from 20 ° C. to about 30 ° C. and vaporized by exchanging heat with the mixed gas G3. Therefore, the gaseous process gas G ⁇ b> 1 is supplied to the compressor 3 via the process gas recovery line 34.
  • the compressor system 2 including the same, and the refrigeration cycle system 1, the process gas G ⁇ b> 1 in the gaseous state contained in the mixed gas G ⁇ b> 3 discharged from the compressor 3 is sent by the cooling unit 32. It cools until it liquefies and is isolate
  • the liquid process gas G ⁇ b> 10 separated by the process gas recovery line 34 is vaporized and returned to the compressor 3.
  • the process gas G1 used as the first seal gas in the leakage suppression seal portion 15 can be returned to the compressor 3 and reused. Therefore, the amount of process gas G1 additionally supplied to the compressor 3 can be reduced. Thereby, the running cost of the compressor 3, the compressor system 2 provided with the same, and the refrigerating cycle system 1 can be suppressed.
  • the cooling unit 32 By using LNG to cool and condense the mixed gas G3 in the cooling unit 32, it is possible to perform cryogenic separation at a cryogenic temperature and a low pressure. It is not necessary to increase the condensation temperature by increasing the pressure of the mixed gas G3 mixed with the inert gas, and the cryogenic separation can be performed at a low pressure. Therefore, the gaseous process gas G1 can be efficiently converted into a liquid state without liquefying most of the second seal gas G2 in the mixed gas G3. Therefore, the recovery efficiency of the process gas G1 in the mixed gas G3 can be improved.
  • the mixed gas G3 in which the process gas G1 in the gaseous state and the second seal gas G2 are mixed has a lower partial pressure, and therefore the condensation temperature becomes lower than that in the case of the process gas G1 alone.
  • the second seal gas G2 is nitrogen
  • the ratio contained in the mixed gas G3 increases, and the condensation temperature may become very low. Therefore, by using cryogenic LNG, the mixed gas G3 can be subjected to deep cold separation without increasing the pressure.
  • the gas recovery system 30 of the compressor 3 when used in the LNG plant as in this embodiment, it is possible to easily supply the cryogenic LNG to the cooling unit 32. Therefore, it is not necessary to newly prepare a cooling heat source for cooling the mixed gas G3 or to prepare a large-scale device for the cooling unit 32, and the gas recovery system of the compressor 3 with a simple configuration. 30 can be configured.
  • cooling unit 32 Since the cooling unit 32 is provided across the mixed gas supply line 31 and the process gas recovery line 34, heat exchange is performed between the mixed gas G3 and the liquid process gas G10, and the mixed gas G3.
  • the process gas G10 in the liquid state can be heated while cooling. Therefore, the cooling energy at the time of cooling the mixed gas G3 can be recovered and effectively used as energy for heating the process gas G10 in the liquid state.
  • the cooling unit 32 By providing the cooling unit 32 across the mixed gas supply line 31, the process gas recovery line 34, and the refrigerant supply line 35, heat exchange is performed between the mixed gas G3 and not only the LNG but also the liquid process gas G10. Can be performed. Therefore, the cooling efficiency of the mixed gas G3 in the cooling unit 32 can be further improved as compared with the case of LNG alone. As a result, the supply amount of LNG supplied by the cooling unit 32 can be suppressed.
  • the pressure of the mixed gas G3 is increased by the first compressor 37 before being supplied to the cooling unit 32, whereby the condensation temperature of the process gas G1 contained in the mixed gas G3 can be increased. Therefore, the temperature cooled by the cooling unit 32 in order to condense the gaseous process gas G1 can be suppressed. Therefore, the cooling efficiency when the process gas G1 is liquefied by the cooling unit 32 can be improved.
  • the liquid level position of the liquid process gas G10 in the separation unit 33 is kept constant, the liquid process gas G10 can be reliably supplied from the separation unit 33 to the process gas recovery line 34. Therefore, it is possible to prevent the second seal gas G2 in the gas state in the separation part 33 from being mixed into the process gas recovery line 34.
  • Second Embodiment the gas recovery system of the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the gas recovery system of the second embodiment is different from the first embodiment in that a compressor is provided in the process gas recovery line instead of the mixed gas supply line.
  • the gas recovery system 30A of the second embodiment includes a mixed gas supply line 31A that is not provided with the first compressor 37, a cooling unit 32, a separation unit 33, and a process gas recovery that is provided with the second compressor 39.
  • a line 34, a supply adjusting unit 36 that adjusts the supply amount of the process gas G1 to the second compressor 39, and a refrigerant supply line 35 are provided.
  • the mixed gas supply line 31A of the second embodiment connects the primary vent 18 of the compressor 3 and the separation unit 33 via the cooling unit 32.
  • the first compressor 37 is not provided in the middle, and the mixed gas G3 discharged from the primary vent 18 passes through the cooling unit 32 without being pressurized and separated. Connected to the unit 33.
  • the process gas recovery line 34A of the second embodiment is connected to the lower part of the separation unit 33 and causes the liquid process gas G10 stored in the lower part of the separation unit 33 to flow and be vaporized. Then, it is supplied into the compressor 3.
  • the process gas recovery line 34 ⁇ / b> A is provided with a second compressor 39 that compresses the process gas G ⁇ b> 1 in a gaseous state downstream from the cooling unit 32 (on the compressor 3 side).
  • the second compressor 39 compresses the process gas G1 in a gaseous state before being cooled by the cooling unit 32 and supplied to the compressor 3.
  • the second compressor 39 increases the pressure of the process gas G1 until the pressure of the process gas G1 becomes approximately the same as the pressure in the compressor 3.
  • the gaseous process gas G1 compressed by the second compressor 39 is supplied to the compressor 3 via the process gas recovery line 34A.
  • the low pressure process gas G1 is pressurized by the second compressor 39 after the deep cold separation. By doing so, it can be returned to the compressor 43 system. Therefore, the low pressure mixed gas supplied from the compressor 3 can be set to a pressure condition that makes the cryogenic separation optimal, and the separated process gas can be returned to the high pressure compressor.
  • the cooling unit 32 is not limited to being disposed across three of the mixed gas supply lines 31 and 31A, the process gas recovery lines 34 and 34A, and the refrigerant supply line 35. It is sufficient if the mixed gas G3 flowing through the supply lines 31 and 31A can be cooled. Moreover, the cooling unit 32 may be disposed across only two of the mixed gas supply lines 31 and 31A and the refrigerant supply line 35, and the mixed gas G3 may be cooled only by LNG. In this case, in order to vaporize the process gas G10 in the liquid state, another heater (heat source) may be prepared in the process gas recovery lines 34 and 34A.
  • the cooling unit 32 is not limited to a structure that exchanges heat with LNG, and it is sufficient that the mixed gas G3 can be cooled at a temperature lower than the condensation temperature of the process gas G1.
  • the cooling unit 32 may exchange heat by circulating liquefied carbon or liquefied nitrogen in the refrigerant supply line 35 instead of LNG, and the mixed gas G3 using a device such as a refrigerator without using the refrigerant supply line 35.
  • the structure which cools may be sufficient.
  • the gas recovery systems 30, 30A are not limited to the configuration having only the first compressor 37 as in the first embodiment or the configuration having only the second compressor 39 as in the second embodiment, Both the first compressor 37 and the second compressor 39 may be included.
  • the amount of the process gas G1 that is additionally supplied to the compressor 3 is reduced by separating the process gas G1 from the mixed gas G3 and returning it to the compressor 3.
  • the running cost of the compressor 3 can be suppressed.

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Abstract

ガス回収システムは、混合ガスを前記不活性ガスの凝縮温度よりも高く前記プロセスガスの凝縮温度よりも低い温度で冷却することで、混合ガスに含まれる前記プロセスガスを冷却して液化する冷却部（３２）と、冷却部（３２）で冷却した混合ガスを液体状態の前記プロセスガスと、気体状態の前記不活性ガスとを分離する分離部（３３）と、分離部（３３）に接続され、液体状態の前記プロセスガスを流通させて気化させた上で前記圧縮機内に供給するプロセスガス回収ライン（３４）と、を備える。

Description

ガス回収システム、圧縮機システム及び冷凍サイクルシステム
　本発明は、ガス回収システム、これを備える圧縮機システム及び冷凍サイクルシステムに関する。
　圧縮機には、内部において圧縮されるガス（プロセスガス）がケーシング両端部において回転体（ロータ）と静止体（ステータ）との隙間から外部に漏れだすことを抑制するため、ドライガスシールを設けている。ドライガスシールには、フィルタを通した清浄なプロセスガスと、ドライガスシールから微量のプロセスガスが外側の軸受にさらに漏れださないようにシールするための不活性ガスが供給されている。ドライガスシールから外側に漏れだす微量のプロセスガスと、前述した不活性ガスとが混合されたガス（以下、混合ガスと呼ぶ。）がベントガスとして圧縮機から排出される。
　特許文献１には、回収フロンからこれに含まれる油分、水分等の不純物を除去する回収フロンの再生方法が開示されている。この再生方法では、液体状態の回収フロンを蒸発器において加熱し、回収フロンに含まれるフロンをガス化することで、液体状態の油分、水分等の不純物から分離する。
特許第３８１６０６６号公報
　上記した圧縮機において、ドライガスシールから混合ガスがベントガスとして排出されると、閉ループのシステムではプロセスガスを追加で供給する必要があり、プロセスガスを追加する分だけ圧縮機のランニングコストが高くなってしまう。
　特許文献１の再生方法を利用して上記した混合ガスからプロセスガスを分離回収する場合、混合ガスを液化する必要がある。このため、混合ガスの液化に要するエネルギーの分だけ、圧縮機のランニングコストが高くなってしまう。
　本発明は、圧縮機に対して追加供給するプロセスガスの量を削減して圧縮機のランニングコストを抑えることが可能なガス回収システム、これを備える圧縮機システム及び冷凍サイクルシステムを提供する。
　本発明の第一の態様に係るガス回収システムは、圧縮機で圧縮されるプロセスガスと、前記圧縮機のシール部に供給される不活性ガスとが混合された混合ガスを、前記プロセスガスと前記不活性ガスとに分離して回収するガス回収システムであって、前記混合ガスを前記不活性ガスの凝縮温度よりも高く前記プロセスガスの凝縮温度よりも低い温度で冷却することで、前記混合ガスに含まれる前記プロセスガスを冷却して液化する冷却部と、前記冷却部で冷却した前記混合ガスを液体状態の前記プロセスガスと、気体状態の前記不活性ガスとを分離する分離部と、前記分離部に接続され、液体状態の前記プロセスガスを流通させて気化させた上で前記圧縮機内に供給するプロセスガス回収ラインと、を備える。
　このような構成によれば、冷却部において混合ガスをプロセスガスが液化するまで冷却し、分離部で液体状態のプロセスガスと、気体状態の不活性ガスとを分離してプロセスガスをプロセスガス回収ラインによって回収している。つまり、混合ガスを冷却部及び分離部によって深冷分離することで、混合ガス中のプロセスガスと不活性ガスとを分離できる。そのため、回収されたプロセスガスを、圧縮機に戻して再利用することができる。したがって、圧縮機に対して追加で供給するプロセスガスの量を減らすことができる。
　本発明の第二の態様に係るガス回収システムは、第一の態様において、前記冷却部は、液化天然ガスと前記混合ガスとを熱交換することで前記混合ガスを冷却してもよい。
　このような構成によれば、混合ガスを冷却及び凝縮するために液化天然ガスを用いることで、極低温及び低圧で深冷分離を行うことができる。そのため、混合ガス中の不活性ガスの大部分を液化することなく、気体状態のプロセスガスを効率的に液体状態にすることができる。したがって、混合ガス中のプロセスガスの回収効率を向上させることができる。
　本発明の第三の態様に係るガス回収システムは、第一または第二の態様において、前記冷却部は、前記プロセスガス回収ラインを流通する液体状態の前記プロセスガスと、前記混合ガスとを熱交換することで前記混合ガスを冷却してもよい。
　このような構成によれば、混合ガスと液体状態のプロセスガスとの間で熱交換を行わせて、混合ガスを冷却しながら、液体状態のプロセスガスを加熱することができる。したがって、混合ガスを冷却する際の冷熱エネルギーを回収して、液体状態のプロセスガスを加熱するためのエネルギーとして有効に利用することができる。
　本発明の第四の態様に係るガス回収システムは、第一から第三の態様のいずれか一つにおいて、前記冷却部に供給される前の前記混合ガスを圧縮する第一圧縮機を備えていてもよい。
　このような構成によれば、冷却部に供給する前に第一圧縮機で混合ガスを昇圧することで、混合ガスに含まれるプロセスガスの凝縮温度を上げることができる。そのため、冷却部で気体状態のプロセスガスを凝縮させるために冷却する温度を抑えることができる。したがって、冷却部でプロセスガスを液化する際の効率を向上させることができる。
　本発明の第五の態様に係るガス回収システムは、第一から第四の態様のいずれか一つにおいて、前記プロセスガス回収ラインを流通する気体状態の前記プロセスガスを圧縮する第二圧縮機を備えていてもよい。
　このような構成によれば、圧縮機から供給される低圧の混合ガスを深冷分離が最適となるような圧力条件にするとともに、分離したプロセスガスを圧力の高い圧縮機内に戻すことができる。
　本発明の第六の態様に係るガス回収システムは、第一から第五の態様いずれか一つにおいて、前記分離部は、分離した液体状態の前記プロセスガスを貯留し、液体状態の前記プロセスガスが前記分離部で液面を一定の位置に保つように、前記プロセスガス回収ラインに液体状態の前記プロセスガスを供給する供給調整部を備えていてもよい。
　このような構成によれば、分離部中の気体状態の不活性ガスがプロセスガス回収ラインに混入してしまうことを防止できる。
　本発明の第七の態様に係る圧縮機システムは、圧縮機と、第一から第六の態様のいずれか一つのガス回収システムと、を備える。
　本発明の第八の態様に係る冷凍サイクルシステムは、第七の態様の圧縮機システムを備える。
　本発明によれば、圧縮機のシール部から排出される混合ガスからプロセスガスを分離して圧縮機に戻すことで、圧縮機に対して追加供給するプロセスガスの量を削減して圧縮機のランニングコストを抑えることができる。
本発明の第一実施形態に係る冷凍サイクルシステムの主要部を示す模式図である。 圧縮機の要部を示す半断面図である。 本発明の第一実施形態に係るガス回収システムを示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係るガス回収システムを示す模式図である。
　以下、図面を参照して、本発明によるガス回収システム、これを備える圧縮機システム及び冷凍サイクルシステムを実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
　《第一実施形態》
　図１に示すように、本発明の第一実施形態に係る冷凍サイクルシステム１は、図示しない冷却対象を冷却するためのシステムである。本実施形態の冷凍サイクルシステム１は、例えば、液化天然ガス（以下、ＬＮＧ）プラントに用いられる。特に、プロセスガスＧ１の補充が困難であり、冷却源として冷凍機を追加するスペースの確保も困難な洋上プラントや船上プラントのような海底から天然ガスを掘り出して液化するＬＮＧプラントに適用されることが好ましい。冷凍サイクルシステム１は、圧縮機３と、凝縮器４と、貯留部５と、蒸発器６と、を備える。これらの構成は、上記した順番で配管によって接続されている。
　圧縮機３は、気体状態の冷媒（以下、プロセスガスＧ１と呼ぶ。）を圧縮する。圧縮機３のロータ１１（図２参照）には、これを駆動するモータ等の駆動機７が接続されている。
　凝縮器４は、圧縮機３において圧縮された高温高圧のプロセスガスＧ１を冷却して凝縮する。
　貯留部５は、凝縮器４において液体状態とされたプロセスガスＧ１を貯留する。
　蒸発器６は、貯留部５からバルブ８により断熱膨張して圧力及び温度が低下した状態で供給される液体状態のプロセスガスＧ１０と、不図示の冷却対象との間で熱交換することで、液体状態のプロセスガスＧ１０を蒸発させる（気化させる）。気化したプロセスガスＧ１は、再び圧縮機３に送り込まれる。
　上記のプロセスガスＧ１は、例えばフレオンであってもよいが、本実施形態のプロセスガスＧ１は炭化水素（ハイドロカーボン）である。プロセスガスＧ１として用いる炭化水素は、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン等のうち適宜選択された一種類又は複数種類の炭化水素であってよい。
　図１及び図２に示すように、上記した圧縮機３のロータ１１は、回転軸１３及びこれに取り付けられた不図示のインペラを備える。圧縮機３のステータ１２は、ロータ１１のインペラを収容する不図示のケーシングを備える。回転軸１３は、その軸方向の両端である第一端部１３Ａ及び第二端部１３Ｂが共にケーシングの外側に突出している。回転軸１３は、ケーシングの外側において軸受１４によってステータ１２に対して回転自在に支持されている。図２には、回転軸１３の軸方向の第一端部１３Ａのみが軸受１４によってステータ１２に対して支持されている状態が記載されているが、回転軸１３の軸方向の第二端部１３Ｂも同様に軸受１４によって支持されている。
　図２に示すように、ステータ１２と回転軸１３の第一端部１３Ａ及び第二端部１３Ｂにおけるロータ１１との隙間には、シール部１０が設けられている。シール部１０は、前述したプロセスガスＧ１がケーシングの内側から外側に漏れることを抑える漏れ抑制用シール部１５を備える。漏れ抑制用シール部１５は、回転軸１３の軸方向において軸受１４よりもケーシングの内側に位置する。
　漏れ抑制用シール部１５は、複数のドライガスシール１７を有する。漏れ抑制用シール部１５では、複数のドライガスシール１７の間に、例えば他のシールが設けられなくてもよいが、本実施形態では、ラビリンスシール１６が設けられている。したがって、本実施形態の漏れ抑制用シール部１５は、ラビリンスシール１６及びドライガスシール１７が含まれる。本実施形態では、第一ラビリンスシール１６Ａ、第一ドライガスシール１７Ａ、第二ラビリンスシール１６Ｂ、及び第二ドライガスシール１７Ｂが、回転軸１３の軸方向に沿ってケーシングの内側から外側に順番に配列されている。
　第一ラビリンスシール１６Ａと第一ドライガスシール１７Ａとの間には第一空間Ｓ１が形成されている。第一空間Ｓ１には、圧縮機３において圧縮されたプロセスガスＧ１の一部がフィルタに通して、第一シールガスとして供給される。プロセスガスＧ１が第一空間Ｓ１に供給されることで、第一空間Ｓ１の圧力が上昇し、ケーシングの内側から第一空間Ｓ１へのプロセスガスＧ１の漏れ出しを抑制する。
　第一ドライガスシール１７Ａと第二ラビリンスシール１６Ｂとの間には、第二空間Ｓ２が形成されている。第二空間Ｓ２では、第一ドライガスシール１７Ａから漏れ出したプロセスガスＧ１と、第二ラビリンスシール１６Ｂから漏れ出た後述する第二シールガスＧ２とが混合する。第二空間Ｓ２には、気体状態のプロセスガスＧ１及び第二シールガスＧ２が混合された混合ガスＧ３をガス回収システム３０に排出する一次ベント１８が接続されている。
　第二ラビリンスシール１６Ｂと第二ドライガスシール１７Ｂとの間には第三空間Ｓ３が形成されている。第三空間Ｓ３には、図１に例示する外部供給源２１から第二シールガス（不活性ガス）Ｇ２が供給される。これにより、第三空間Ｓ３の圧力が上昇し、第一空間Ｓ１から第一ドライガスシール１７Ａを通して第二空間Ｓ２に漏れ出したプロセスガスＧ１が、第二ラビリンスシール１６Ｂを通して第三空間Ｓ３に漏れ出すことを防ぐ。一方、第三空間Ｓ３に供給された第二シールガスＧ２は、第二ラビリンスシール１６Ｂから漏れ出ることで、第二空間Ｓ２に流入する。
　第二シールガスＧ２は、プロセスガスＧ１よりも凝縮温度が低い不活性ガスであればよい。本実施形態の第二シールガスＧ２は窒素である。
　シール部１０は、漏れ抑制用シール部１５と軸受１４との間に設置されるセパレーションシール１９をさらに備える。セパレーションシール１９は、気体状態のセパレーションガスＧ４を供給することで、軸受１４において使用される潤滑油がドライガスシール１７を含む漏れ抑制用シール部１５に混入することを防ぐ。
　セパレーションシール１９において使用するセパレーションガスＧ４は、第二シールガスＧ２と同様に、図１に例示する外部供給源２１のみから供給される。セパレーションガスＧ４は、不活性ガスであればよいが、本実施形態のセパレーションガスＧ４は、第二シールガスＧ２と同様に、窒素である。
　ステータ１２とロータ１１との隙間のうち第二ドライガスシール１７Ｂとセパレーションシール１９との間には第四空間Ｓ４が形成されている。第四空間Ｓ４では、漏れ抑制用シール部１５から漏れ出した微小量の第二シールガスＧ２と、セパレーションシール１９からのセパレーションガスＧ４とが混合される。混合されたガスは第四空間Ｓ４から二次ベント２０を介して外部（例えば大気中）に排出される。
　図２には、上記した漏れ抑制用シール部１５及びセパレーションシール１９等の構成を有するシール部１０を回転軸１３の第一端部１３Ａに対して設けた状態だけが記載されているが、漏れ抑制用シール部１５及びセパレーションシール１９等の構成を有するシール部１０は回転軸１３の第二端部１３Ｂに対しても同様に設けられている。
　本実施形態の冷凍サイクルシステム１は、図２及び図３に示すように、圧縮機３の一次ベント１８から排出された混合ガスＧ３を、プロセスガスＧ１と第二シールガスＧ２とに分離して回収するガス回収システム３０を備える。ガス回収システム３０は、圧縮機３と共に圧縮機システム２を構成する。ガス回収システム３０は、混合ガス供給ライン３１と、冷却部３２と、分離部３３と、プロセスガス回収ライン３４と、冷媒供給ライン３５と、供給調整部３６と、を備える。
　混合ガス供給ライン３１は、圧縮機３と分離部３３とを接続している。混合ガス供給ライン３１は、圧縮機３から排出された気体状態のプロセスガスＧ１と気体状態の第二シールガスＧ２とが混在した混合ガスＧ３を、冷却部３２を介して分離部３３に供給する。本実施形態の混合ガス供給ライン３１は、圧縮機３の一次ベント１８に接続され、冷却部３２を通過して分離部３３に接続されている。本実施形態の混合ガス供給ライン３１には、大気圧よりも０．１～０．２ｂａｒ程度高い圧力であり、温度が３０℃～４０℃程度の混合ガスＧ３が一次ベント１８から流入する。混合ガス供給ライン３１には、冷却部３２よりも上流側（圧縮機３側）に第一圧縮機３７が設けられている。
　第一圧縮機３７は、冷却部３２に供給される前の混合ガスＧ３を圧縮する。第一圧縮機３７は、混合ガスＧ３中のプロセスガスＧ１の凝縮温度が、冷却部３２で効率的に凝縮させることが可能な温度となるまで、昇圧して凝縮温度を上昇させる。第一圧縮機３７で圧縮された混合ガスＧ３は、混合ガス供給ライン３１を介して冷却部３２に供給される。
　なお、本実施形態の第一圧縮機３７で、混合ガスＧ３を８～１０ｂａｒ程度まで大きく昇圧する場合には混合ガスＧ３の温度も大きく上昇してしまうため、昇圧した混合ガスＧ３を冷却部３２に供給する前に冷却する構造を有していることが好ましい。例えば、混合ガス供給ライン３１の第一圧縮機３７と冷却部３２との間にクーラを設けて、圧縮されて温度の上昇した混合ガスＧ３を冷却してもよい。
　冷却部３２は、混合ガスＧ３を第二シールガスＧ２の凝縮温度よりも高く、プロセスガスＧ１の凝縮温度よりも低い温度で冷却することで、混合ガスＧ３に含まれる第二シールガスＧ２を気体状態のままとし、混合ガスＧ３に含まれるプロセスガスＧ１を冷却して液化する。本実施形態の冷却部３２は、混合ガス供給ライン３１の途中に設けられている。具体的には、冷却部３２は、混合ガス供給ライン３１と、プロセスガス回収ライン３４と、冷媒供給ライン３５との三つに跨って配置されている。冷却部３２は、第一圧縮機３７で圧縮された混合ガスＧ３を冷却して、混合ガスＧ３中の第二シールガスＧ２の大部分を液化させずに、プロセスガスＧ１を液化させる。冷却部３２は、液化されたプロセスガスＧ１と液化されていない第二シールガスＧ２との混合ガスＧ３である第二混合ガスＧ３０を分離部３３に供給する。つまり、第二混合ガスＧ３０は、液体状態のプロセスガスＧ１０と気体状態の第二シールガスＧ２とが混合した気液混合の状態をなしている。
　なお、第二混合ガスＧ３０における気体状態の第二シールガスＧ２の混入具合は、冷却部３２での凝縮圧力によって変わる。そのため、許容可能な第二混合ガスＧ３０における気体状態の第二シールガスＧ２の混入具合に応じて、冷却部３２を通過する前に圧縮機で圧力を上げた方が好ましい場合と、低圧で分離した後に圧縮機で分離した方が好ましい場合とがある。具体的には、冷却部３２を通過する前に圧力を上げた場合には、凝縮温度が上がり凝縮させやすくなるが、分離した第二混合ガスＧ３０に第二シールガスＧ２である窒素が混入する割合が多くなってしまう。一方、低圧で分離した場合には、凝縮温度が低いために凝縮させにくくなるが、第二混合ガスＧ３０に第二シールガスＧ２である窒素が混入する割合を低くすることができる。したがって、窒素の混入が許容できない場合には、低圧で分離することが好ましい。第一実施形態では冷却部３２を通過する前に圧縮機で圧力を上げる場合を例に挙げている。
　本実施形態の冷却部３２は、ＬＮＧと熱交換することで混合ガスＧ３を冷却する。同時に、冷却部３２は、後述するプロセスガス回収ライン３４を流通する液体状態のプロセスガスＧ１０と、混合ガスＧ３とを熱交換することで、混合ガスＧ３を冷却する。
　気体状態のプロセスガスＧ１の温度は、液体状態のプロセスガスＧ１０よりも高いため、混合ガスＧ３は、冷却部３２においてプロセスガス回収ライン３４を流通する液体状態のプロセスガスＧ１０によって冷却される。さらに、プロセスガスＧ１の凝縮温度は－１５０℃～－１６０℃であるＬＮＧよりも高いため、混合ガスＧ３中のプロセスガスＧ１は、冷却部３２において冷媒供給ライン３５を流通するＬＮＧよって冷却されて液化される。その結果、冷却部３２は、例えば、３０℃から４０℃程度の温度の混合ガスＧ３を－１５０℃程度まで冷却された第二混合ガスＧ３０として分離部３３に供給する。これにより、冷却部３２では、ＬＮＧ及び液体状態のプロセスガスＧ１０と、混合ガスＧ３との間で熱交換することで、混合ガスＧ３に含まれるプロセスガスＧ１が冷却されて液化される。同時に、冷却部３２では、冷媒供給ライン３５を流通するＬＮＧ及びプロセスガス回収ライン３４を流通する液体状態のプロセスガスＧ１０が加熱されて気化される。
　分離部３３は、冷却部３２から混合ガス供給ライン３１を介して第二混合ガスＧ３０が供給される。分離部３３は、冷却部３２で冷却された第二混合ガスＧ３０を液体状態のプロセスガスＧ１０と、気体状態の第二シールガスＧ２とを分離する。本実施形態の分離部３３は、鉛直方向に延びて形成され、上部及び下部を閉塞した筒状に形成されている。図３において、混合ガス供給ライン３１は、分離部３３の鉛直方向の中間部に接続されているが、適切な高さに接続されればよい。
　本実施形態の分離部３３は、例えば、デミスターのように、ミスト状の微細な粒子を捕捉しつつ、気体を通過させる機能がある部材を上方に有し、下方に液体を貯留するセパレータである。つまり、本実施形態の分離部３３では、第二混合ガスＧ３０が供給されることで、液体状態のプロセスガスＧ１０が下方に分離され、気体状態の第二シールガスＧ２が上方に分離される。分離部３３の上方に分離された第二シールガスＧ２及び僅かに混入している気体状態のプロセスガスＧ１は、分離部３３の上方に接続されたガス排出ライン３８を介して外部に排出される。ガス排出ライン３８には、開閉弁３８１が設けられ、排出する第二シールガスＧ２の流量を調整可能とされている。
　プロセスガス回収ライン３４は、分離部３３の下部に接続され、分離部３３の下部に溜められた液体状態のプロセスガスＧ１０を流通させて気化させた上で圧縮機３内に供給する。本実施形態のプロセスガス回収ライン３４は、分離部３３から回収されたプロセスガスＧ１が再び圧縮機３において圧縮されるように、冷却部３２を通過して蒸発器６と圧縮機３との間の配管に接続されている。プロセスガス回収ライン３４は、冷却部３２を通過することで、混合ガスＧ３と熱交換させることで、内部を流通する液体状態のプロセスガスＧ１０を加熱して気化させる。例えば、プロセスガス回収ライン３４では、分離部３３から流入した－１５０℃程度の液体状態のプロセスガスＧ１０が、冷却部３２を通過することで、２０℃から３０℃程度の気体状態のプロセスガスＧ１となる。
　供給調整部３６は、圧縮機３内に戻す気体状態のプロセスガスＧ１の量を調整する。供給調整部３６は、液体状態のプロセスガスＧ１０が分離部３３で液面を一定の位置に保つように、プロセスガス回収ライン３４に液体状態のプロセスガスＧ１０を供給する。本実施形態の供給調整部３６は、分離部３３からプロセスガス回収ライン３４に供給される液体状態のプロセスガスＧ１０の供給量を直接調整し、圧縮機３内に戻す気体状態のプロセスガスＧ１の量を調整する。本実施形態の供給調整部３６は、分離部３３に設けられた検出部３６１と、検出部３６１から検出結果が入力される制御部３６２と、制御部３６２からの信号を受けて開度を調整可能な制御弁３６３とを有する。
　検出部３６１は、貯留されている液体状態のプロセスガスＧ１０の液面の位置を検出し、制御部３６２に信号を送る。
　制御部３６２は、分離部３３内の液体状態のプロセスガスＧ１０の液面の位置を一定に保つように制御弁３６３に開度指示を送る。
　制御弁３６３は、プロセスガス回収ライン３４の冷却部３２よりも上流側（分離部３３側）に設けられている。
　冷媒供給ライン３５は、冷却部３２で混合ガスＧ３を冷却するための冷媒として、ＬＮＧを冷却部３２に供給する。本実施形態の冷媒供給ライン３５は、ＬＮＧプラントで精製されたＬＮＧを流用する。冷媒供給ライン３５では、冷却部３２で混合ガスＧ３と熱交換することでＬＮＧが加熱されて気化され、ボイルオフガス（ＢＯＧ）となって再びＬＮＧプラント内に戻されて燃料ガス等にプラント内で利用される。冷媒供給ライン３５には、開閉弁３５１が設けられ、冷却部３２に供給するＬＮＧの流量を調整可能とされている。
　上記のような冷凍サイクルシステム１によれば、圧縮機３の一次ベント１８から排出された気体状態の混合ガスＧ３は、大気圧よりも０．１～０．２ｂａｒ程度高い圧力で、温度が３０℃～４０℃程度をなして混合ガス供給ライン３１に流入する。気体状態の混合ガスＧ３は、混合ガス供給ライン３１を流れ、第一圧縮機３７によって昇圧及び昇温される。この際、混合ガスＧ３は、昇圧されることで凝縮温度も上昇する。第一圧縮機３７において昇圧及び昇温された混合ガスＧ３は、冷却部３２に供給される。冷却部３２には、プロセスガス回収ライン３４を介して液体状態のプロセスガスＧ１０が供給されると共に、冷媒供給ライン３５を介してＬＮＧが供給されている。そのため、冷却部３２を通ることで、プロセスガス回収ライン３４を流れる液体状態のプロセスガスＧ１０及び冷媒供給ライン３５をＬＮＧによって、混合ガスＧ３は－１５０℃程度まで冷却される。具体的には、混合ガスＧ３は、第二シールガスＧ２の凝縮温度よりも高く、プロセスガスＧ１の凝縮温度よりも低い温度で冷却されることで、プロセスガスＧ１のみが液化する。そのため、混合ガス供給ライン３１を介して、気液混合の状態のガスである第二混合ガスＧ３０が分離部３３に供給される。
　分離部３３に供給された第二混合ガスＧ３０は、液体状態のプロセスガスＧ１０が下方に分離され、気体状態の第二シールガスＧ２が上方に分離される。上方に分離された第二シールガスＧ２は、ガス排出ライン３８を介して外部に排出される。下方に貯留された液体状態のプロセスガスＧ１０は、プロセスガス回収ライン３４を介して再び冷却部３２に供給される。プロセスガス回収ライン３４へ流入した液体状態のプロセスガスＧ１０は、冷却部３２を通ることで混合ガス供給ライン３１を流れる混合ガスＧ３と熱交換して加熱される。具体的には、液体状態のプロセスガスＧ１０は、混合ガスＧ３と熱交換することで、２０℃から３０℃程度まで加熱されて気化する。そのため、プロセスガス回収ライン３４を介して、気体状態のプロセスガスＧ１が圧縮機３に供給される。
　第一実施形態のガス回収システム３０、これを備える圧縮機システム２及び冷凍サイクルシステム１によれば、圧縮機３から排出された混合ガスＧ３に含まれる気体状態のプロセスガスＧ１が冷却部３２によって液化するまで冷却されて、分離部３３で気体状態の第二シールガスＧ２と分離される。つまり、混合ガスＧ３を冷却部３２及び分離部３３によって深冷分離することで、混合ガスＧ３中のプロセスガスＧ１と第二シールガスＧ２とを分離できる。プロセスガス回収ライン３４によって分離された液体状態のプロセスガスＧ１０が気化されて圧縮機３に戻される。そのため、第一シールガスとして漏れ抑制用シール部１５で利用されたプロセスガスＧ１を圧縮機３に戻して再利用することができる。したがって、圧縮機３に対して追加で供給するプロセスガスＧ１の量を減らすことができる。これにより、圧縮機３、これを備える圧縮機システム２、及び冷凍サイクルシステム１のランニングコストを抑えることができる。
　冷却部３２で、混合ガスＧ３を冷却及び凝縮するためにＬＮＧを用いることで、極低温及び低圧で深冷分離を行うことができる。不活性ガスが混ざった混合ガスＧ３の圧力を上げて凝縮温度を上げる必要がなく、低圧で深冷分離を行うことができる。そのため、混合ガスＧ３中の第二シールガスＧ２の大部分を液化することなく、気体状態のプロセスガスＧ１を効率的に液体状態にすることができる。したがって、混合ガスＧ３中のプロセスガスＧ１の回収効率を向上させることができる。
　気体状態のプロセスガスＧ１と第二シールガスＧ２とが混在している混合ガスＧ３は、分圧が下がるために、プロセスガスＧ１単体の場合に比べて、凝縮温度が低くなってしまう。特に、第二シールガスＧ２が窒素の場合、混合ガスＧ３中に含まれる割合が高くなり、凝縮温度が非常に低くなってしまうおそれがある。そのため、極低温のＬＮＧを利用することで、混合ガスＧ３を昇圧させることなく、深冷分離させることができる。
　特に、本実施形態のようにＬＮＧプラントで圧縮機３のガス回収システム３０が利用される場合、極低温のＬＮＧを冷却部３２に供給することが容易にできる。そのため、冷却部３２に対して、混合ガスＧ３を冷却するための冷熱源を新たに準備したり、大規模な装置を用意したりする必要がなくなり、簡易な構成で圧縮機３のガス回収システム３０を構成することができる。
　冷却部３２が混合ガス供給ライン３１とプロセスガス回収ライン３４とに跨って設けられていることで、混合ガスＧ３と液体状態のプロセスガスＧ１０との間で熱交換を行わせて、混合ガスＧ３を冷却しながら、液体状態のプロセスガスＧ１０を加熱することができる。したがって、混合ガスＧ３を冷却する際の冷熱エネルギーを回収して、液体状態のプロセスガスＧ１０を加熱するためのエネルギーとして有効に利用することができる。
　冷却部３２が混合ガス供給ライン３１とプロセスガス回収ライン３４と冷媒供給ライン３５とに跨って設けられていることで、混合ガスＧ３をＬＮＧだけでなく液体状態のプロセスガスＧ１０と間でも熱交換を行わせることができる。そのため、ＬＮＧだけの場合よりも、冷却部３２での混合ガスＧ３の冷却効率をより向上させることができる。その結果、冷却部３２で供給するＬＮＧの供給量を抑えることができる。
　冷却部３２に供給する前に第一圧縮機３７で混合ガスＧ３を昇圧することで、混合ガスＧ３に含まれるプロセスガスＧ１の凝縮温度を上げることができる。そのため、気体状態のプロセスガスＧ１を凝縮させるために冷却部３２で冷却する温度を抑えることができる。したがって、冷却部３２でプロセスガスＧ１を液化する際の冷却効率を向上させることができる。
　分離部３３での液体状態のプロセスガスＧ１０の液面の位置が一定に保たれることで、確実に分離部３３からプロセスガス回収ライン３４に液体状態のプロセスガスＧ１０を供給することができる。したがって、分離部３３内の気体状態の第二シールガスＧ２がプロセスガス回収ライン３４に混入してしまうことを防止できる。
《第二実施形態》
　次に、図４を参照して第二実施形態のガス回収システムについて説明する。
　第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態のガス回収システムは、混合ガス供給ラインではなく、プロセスガス回収ラインに圧縮機が設けられている点について第一実施形態と相違する。
　第二実施形態のガス回収システム３０Ａは、第一圧縮機３７を設けられていない混合ガス供給ライン３１Ａと、冷却部３２と、分離部３３と、第二圧縮機３９が設けられたプロセスガス回収ライン３４と、第二圧縮機３９へのプロセスガスＧ１の供給量を調整する供給調整部３６と、冷媒供給ライン３５と、を備える。
　第二実施形態の混合ガス供給ライン３１Ａは、第一実施形態と同様に、圧縮機３の一次ベント１８と分離部３３とを冷却部３２を介して接続している。第二実施形態の混合ガス供給ライン３１Ａには、途中に第一圧縮機３７が設けられておらず、一次ベント１８から排出された混合ガスＧ３は昇圧されずに冷却部３２を通過して分離部３３に接続されている。
　第二実施形態のプロセスガス回収ライン３４Ａは、第一実施形態と同様に、分離部３３の下部に接続され、分離部３３の下部に溜められた液体状態のプロセスガスＧ１０を流通させて気化させた上で圧縮機３内に供給する。プロセスガス回収ライン３４Ａには、冷却部３２よりも下流側（圧縮機３側）に気体状態のプロセスガスＧ１を圧縮する第二圧縮機３９が設けられている。
　第二圧縮機３９は、冷却部３２で冷却されて圧縮機３に供給される前の気体状態のプロセスガスＧ１を圧縮する。第二圧縮機３９は、プロセスガスＧ１の圧力が圧縮機３中の圧力と同程度となるまでプロセスガスＧ１を昇圧する。第二圧縮機３９で圧縮された気体状態のプロセスガスＧ１は、プロセスガス回収ライン３４Ａを介して圧縮機３に供給される。
　上記のような第二実施形態によれば、混合ガスＧ３を冷却部３２で低圧で深冷分離することが好ましい場合には、深冷分離後に低圧のプロセスガスＧ１を第二圧縮機３９で昇圧することで、圧縮機４３系内に戻すことができる。したがって、圧縮機３から供給される低圧の混合ガスを深冷分離が最適となるような圧力条件にするとともに、分離したプロセスガスを圧力の高い圧縮機内に戻すことができる。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
　なお、冷却部３２は、混合ガス供給ライン３１、３１Ａと、プロセスガス回収ライン３４、３４Ａと、冷媒供給ライン３５との三つに跨って配置されていることに限定されものではなく、混合ガス供給ライン３１、３１Ａを流れる混合ガスＧ３を冷却することができればよい。また、冷却部３２は混合ガス供給ライン３１、３１Ａと、冷媒供給ライン３５との二つのみに跨って配置されていてもよく、混合ガスＧ３をＬＮＧのみによって冷却してもよい。この場合、液体状態のプロセスガスＧ１０を気化させるために、プロセスガス回収ライン３４、３４Ａに別の加熱器（熱源）を用意してもよい。
　また、冷却部３２は、ＬＮＧと熱交換する構造であることに限定されるものではなく、プロセスガスＧ１の凝縮温度よりも低い温度で混合ガスＧ３を冷却できればよい。冷却部３２は、ＬＮＧの代わりに冷媒供給ライン３５に液化炭素や液化窒素を流通させて熱交換してもよく、冷媒供給ライン３５を用いずに冷凍機等の機器を利用して混合ガスＧ３を冷却する構造であってもよい。
　ガス回収システム３０、３０Ａは、第一実施形態のように第一圧縮機３７のみを有する構成や、第二実施形態のように第二圧縮機３９のみを有する構成に限定されるものではなく、第一圧縮機３７及び第二圧縮機３９を共に有していてもよい。
　上記した圧縮機３のガス回収システム３０Ａによれば、混合ガスＧ３からプロセスガスＧ１を分離して圧縮機３に戻すことで、圧縮機３に対して追加供給するプロセスガスＧ１の量を削減して圧縮機３のランニングコストを抑えることができる。
１            冷凍サイクルシステム
２            圧縮機システム
３            圧縮機
４            凝縮器
５            貯留部
６            蒸発器
７            駆動機
８            バルブ
１０          シール部
１１          ロータ
１２          ステータ
１３          回転軸
１４          軸受
１５          漏れ抑制用シール部
１６          ラビリンスシール
１６Ａ        第一ラビリンスシール
１６Ｂ        第二ラビリンスシール
１７          ドライガスシール
１７Ａ        第一ドライガスシール
１７Ｂ        第二ドライガスシール
１８          一次ベント
１９          セパレーションシール
２０          二次ベント
２１          外部供給源
Ｓ１          第一空間
Ｓ２          第二空間
Ｓ３          第三空間
Ｓ４          第四空間
Ｇ１          気体状態のプロセスガス
Ｇ２          第二シールガス（不活性ガス）
Ｇ３          混合ガス
Ｇ３０        第二混合ガス
Ｇ４          セパレーションガス
Ｇ１０        液体状態のプロセスガス
３０、３０Ａ  ガス回収システム
３１、３１Ａ  混合ガス供給ライン
３２          冷却部
３３          分離部
３４、３４Ａ  プロセスガス回収ライン
３５          冷媒供給ライン
３６          供給調整部
３６１        検出部
３６２        制御部
３６３        制御弁
３７          第一圧縮機
３８          ガス排出ライン
３９          第二圧縮機

Claims (8)

  1. 　圧縮機で圧縮されるプロセスガスと、前記圧縮機のシール部に供給される不活性ガスとが混合された混合ガスを、前記プロセスガスと前記不活性ガスとに分離して回収するガス回収システムであって、
    　前記混合ガスを前記不活性ガスの凝縮温度よりも高く前記プロセスガスの凝縮温度よりも低い温度で冷却することで、前記混合ガスに含まれる前記プロセスガスを冷却して液化する冷却部と、
    　前記冷却部で冷却した前記混合ガスを液体状態の前記プロセスガスと、気体状態の前記不活性ガスとを分離する分離部と、
    　前記分離部に接続され、液体状態の前記プロセスガスを流通させて気化させた上で前記圧縮機内に供給するプロセスガス回収ラインと、
    　を備えるガス回収システム。
  2. 　前記冷却部は、液化天然ガスと前記混合ガスとを熱交換することで前記混合ガスを冷却する請求項１に記載のガス回収システム。
  3. 　前記冷却部は、前記プロセスガス回収ラインを流通する液体状態の前記プロセスガスと、前記混合ガスとを熱交換することで前記混合ガスを冷却する請求項１または請求項２に記載のガス回収システム。
  4. 　前記冷却部に供給される前の前記混合ガスを圧縮する第一圧縮機を備える請求項１から請求項３のいずれかひとつに記載のガス回収システム。
  5. 　前記プロセスガス回収ラインを流通する気体状態の前記プロセスガスを圧縮する第二圧縮機を備える請求項１から請求項４のいずれかひとつに記載のガス回収システム。
  6. 　前記分離部は、分離した液体状態の前記プロセスガスを貯留し、
    　液体状態の前記プロセスガスが前記分離部で液面を一定の位置に保つように、前記プロセスガス回収ラインに液体状態の前記プロセスガスを供給する供給調整部を備える請求項１から請求項５のいずれかひとつに記載のガス回収システム。
  7. 　圧縮機と、
    　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のガス回収システムと、
    を備える圧縮機システム。
  8. 　請求項７に記載の圧縮機システムを備える冷凍サイクルシステム。
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