(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮された混合冷媒流を冷却することと、冷却および圧縮された混合冷媒流を蒸気および液体部分に分離することと、を含む、複数圧力レベルを有する混合冷媒予備冷却システムを備える天然ガス液化プロセスの能力および効率を向上するシステムおよび方法の提供。【解決手段】液体部分は、第１の予備冷却熱交換器２６０に冷却能力を提供する。蒸気部分は、さらに圧縮され、冷却され、および凝縮され、第２の予備冷却熱交換器２６２に冷却能力を提供するために使用される。任意に追加の予備冷却熱交換器、および／または相分離器が使用されてもよい。【選択図】図２
2020098092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱交換区分の各々における第１の冷媒との間接的な熱交換によって、炭化水素流体、および第２の冷媒を備える第２の冷媒供給流を備える炭化水素供給流を冷却する方法であって、
（ａ）前記炭化水素供給流および前記第２の冷媒供給流を前記複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｂ）予備冷却された炭化水素流および予備冷却された第２の冷媒流を生成するために、前記炭化水素供給流および前記第２の冷媒供給流を前記複数の熱交換区分の各々において冷却することと、
（ｃ）液化された炭化水素流を生成するために、前記予備冷却された炭化水素流を主熱交換器において前記第２の冷媒と接触させて、さらに冷却して液化することと、
（ｄ）低圧の第１の冷媒流を前記複数の熱交換区分のうちの最も低温の熱交換区分から取り出し、前記低圧の第１の冷媒流を圧縮システムの少なくとも１つの圧縮ステージにおいて圧縮することと、
（ｅ）中圧の第１の冷媒流を前記複数の熱交換区分のうち、前記最も低温の熱交換区分より高温である第１の熱交換区分から取り出すことと、
（ｆ）ステップ（ｄ）および（ｅ）が行われた後に、併合された第１の冷媒流を生成するために、前記低圧の第１の冷媒流および前記中圧の第１の冷媒流を併合することと、
（ｇ）前記圧縮システムから、高高圧の第１の冷媒流を取り出すことと、
（ｈ）冷却された高高圧の第１の冷媒流を生成するために、前記高高圧の第１の冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニットにおいて冷却して少なくとも部分的に凝縮することと、
（ｉ）第１の蒸気冷媒流および第１の液体冷媒流を生成するために、前記冷却された高高圧の第１の冷媒流を第１の気液分離機器内に導入することと、
（ｊ）前記第１の液体冷媒流を前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｋ）第１の冷却された液体冷媒流を生成するために、前記第１の液体冷媒流を前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分において冷却することと、
（ｌ）第１の膨張された冷媒流を生成するために、前記第１の冷却された液体冷媒流の少なくとも一部分を膨張させることと、
（ｍ）ステップ（ｂ）の前記冷却の第１の部分を提供すべく、冷却能力を提供するために、前記第１の膨張された冷媒流を前記最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｎ）ステップ（ｉ）の前記第１の蒸気冷媒流の少なくとも一部分を少なくとも１つの圧縮ステージにおいて圧縮することと、
（ｏ）ステップ（ｎ）の前記少なくとも１つの圧縮ステージの下流にあり、これと流体流連通している少なくとも１つの冷却ユニットにおいて、凝縮された第１の冷媒流を生成するために、圧縮された第１の冷媒流を冷却して凝縮することと、
（ｐ）前記凝縮された第１の冷媒流を前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｑ）第１の冷却および凝縮された冷媒流を生成するために、前記凝縮された第１の冷媒流を前記第１の熱交換区分および前記最も低温の熱交換区分において冷却することと、
（ｒ）第２の膨張された冷媒流を生成するために、前記第１の冷却および凝縮された冷媒流を膨張させることと、
（ｓ）ステップ（ｂ）の前記冷却の第２の部分を提供すべく、冷却能力を提供するために、前記第２の膨張された冷媒流を前記最も低温の熱交換区分内に導入することと、を含む方法。
【請求項２】
ステップ（ｅ）は、前記中圧の第１の冷媒流を前記複数の熱交換区分のうち、前記最も低温の熱交換区分より高温である前記第１の熱交換区分から取り出すことをさらに含み、前記第１の熱交換区分はまた、前記最も高温の熱交換区分でもある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｎ）は、ステップ（ｏ）の前記圧縮された第１の冷媒流を形成するために、ステップ（ｉ）の前記第１の蒸気冷媒流を少なくとも１つの圧縮ステージにおいて圧縮することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｇ）を行う前に前記圧縮システムの少なくとも１つの圧縮ステージにおいて、ステップ（ｆ）の前記併合された第１の冷媒流を圧縮することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｅ）は、前記中圧の第１の冷媒流を前記複数の熱交換区分のうちの第１の熱交換区分から取り出すことと、前記中圧の第１の冷媒流を前記圧縮システムの少なくとも１つの圧縮ステージにおいて圧縮することと、をさらに含み、前記第１の熱交換区分が、前記最も低温の熱交換区分より高温である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
（ｔ）第１の中間冷媒流をステップ（ｇ）の前に前記圧縮システムから取り出すことと、
（ｕ）冷却された第１の中間冷媒流を生成するために、前記第１の中間冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニットにおいて冷却し、前記冷却された第１の中間冷媒流をステップ（ｇ）の前に前記圧縮システム内に導入することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
（ｔ）高圧の第１の冷媒流を前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分から取り出すことと、
（ｕ）前記高圧の第１の冷媒流をステップ（ｇ）の前に前記圧縮システム内に導入することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
（ｖ）高圧の第１の冷媒流を前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分から取り出すことと、
（ｗ）併合された第１の中間冷媒流を形成するために、前記高圧の第１の冷媒流を前記冷却された第１の中間冷媒流と併合し、前記併合された第１の中間冷媒流をステップ（ｇ）の前に前記圧縮システム内に導入することと、をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｎ）は、
（ｔ）第２の中間冷媒流を前記圧縮システムから取り出すことと、
（ｕ）冷却された第２の中間冷媒流を生成するために、前記第２の中間冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニットにおいて冷却することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
（ｖ）第２の蒸気冷媒流および第２の液体冷媒流を生成するために、前記冷却された第２の中間冷媒流を第２の気液分離機器に導入することと、
（ｗ）前記第２の液体冷媒流を前記複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｘ）流れ（ｏ）の前記圧縮された第１の冷媒流を生成する前に、前記第２の蒸気冷媒流を前記圧縮システムの少なくとも１つの圧縮ステージにおいて圧縮することと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ステップ（ｑ）は、前記第１の熱交換器区分における冷却の前に、前記凝縮された第１の冷媒流を前記最も高温の熱交換器区分において冷却することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ステップ（ｄ）の前記低圧の第１の冷媒流、ステップ（ｆ）の前記併合された第１の冷媒流、およびステップ（ｉ）の前記第１の蒸気冷媒流は、単一圧縮機の複数圧縮ステージにおいて圧縮される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
炭化水素供給流を冷却する装置であって、
最も高温の熱交換区分および最も低温の熱交換区分を含む複数の熱交換区分と、
炭化水素流体の供給源の下流にあり、これと流体流連通している、前記複数の熱交換区分の各々を通って延びる第１の炭化水素回路と、
第２の冷媒を含有し、前記複数の熱交換区分の各々を通って延びる第２の冷媒回路と、
第１の冷媒を含有し、前記最も高温の熱交換区分を通って延びる第１の予備冷却冷媒回路と、
前記第１の冷媒を含有し、前記最も高温の熱交換区分および前記最も低温の熱交換区分を通って延びる第２の予備冷却冷媒回路と、
前記第１の予備冷却冷媒回路の上流端に位置する第１の予備冷却冷媒回路入口、前記第１の予備冷却冷媒回路の下流端に位置する第１の圧力降下機器、ならびに前記第１の圧力降下機器および前記最も高温の熱交換区分の第１の低温回路の下流にあり、これらと流体流連通している第１の膨張された冷媒導管と、
前記第２の予備冷却冷媒回路の上流端に位置する第２の予備冷却冷媒回路入口、前記第２の予備冷却冷媒回路の下流端に位置する第２の圧力降下機器、ならびに前記第２の圧力降下機器および前記最も低温の熱交換区分の第２の低温回路の下流にあり、これらと流体流連通している第２の膨張された冷媒導管と、
圧縮システムであって、
第１の圧力ステージおよび前記最も低温の熱交換区分の高温端と流体流連通している低圧の第１の冷媒導管、
第２の圧力ステージおよび第１の熱交換区分の高温端と流体流連通している中圧の第１の冷媒導管、
前記第２の圧縮ステージの下流の第１の後部冷却器、
前記第１の後部冷却器と流体流連通しており、これの下流にある第１の入口を有する第１の気液分離機器であって、第１の蒸気出口が、前記第１の気液分離機器の上半分に位置し、第１の液体出口が、前記第１の気液分離機器の下半分に位置し、前記第１の液体出口が、前記第１の予備冷却冷媒回路入口の上流にあり、これと流体流連通している、気液分離機器、
前記第１の蒸気出口の下流にある第３の圧縮ステージ、ならびに
前記第３の圧縮ステージの下流にある第２の後部冷却器、
を備える、圧縮システムと、を備え、
前記最も高温の熱交換区分は、前記第１の炭化水素回路を通って流れる前記炭化水素流体、前記第２の冷媒回路を通って流れる前記第２の冷媒、前記第１の第１の予備冷却冷媒回路を通って流れる前記第１の冷媒、および前記最も高温の熱交換区分の前記第１の低温回路を通って流れる前記第１の冷媒と接触する前記第２の予備冷却冷媒回路を部分的に予備冷却するように運転自在に構成され、
前記最も低温の熱交換区分は、予備冷却された炭化水素流を生成するために前記第１の炭化水素回路を通って流れる前記炭化水素流体を予備冷却する、前記第２の冷媒回路を通って流れる前記第２の冷媒を予備冷却する、および前記最も低温の熱交換区分の前記第１の低温回路を通って流れる前記第１の冷媒と接触して前記第２の予備冷却冷媒回路を通って流れる前記第１の冷媒を予備冷却するように運転自在に構成される、装置。
【請求項１４】
前記複数の熱交換区分の前記第１の炭化水素回路の下流にあり、これと流体流連通している第２の炭化水素回路を有する主熱交換器をさらに備え、前記主熱交換器は、前記第２の冷媒と接触させる間接的な熱交換によって、前記予備冷却された炭化水素流を少なくとも部分的に液化するように運転自在に構成されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記圧縮システムは、前記第２の圧縮ステージの下流にある第１の中間冷却器、および前記第１の中間冷却器の下流にあり、これと流体流連通している冷却された第１の中間冷媒導管をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記最も高温の熱交換区分の高温端および前記冷却された第１の中間冷媒導管と流体流連通している高圧の第１の冷媒導管をさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の気液分離機器の下流にある第３の後部冷却器と、
第２の気液分離機器であって、前記第３の後部冷却器と流体流連通しており、これの下流にある第３の入口、前記第２の気液分離機器の上半分に位置する第２の蒸気出口、前記第２の気液分離機器の下半分に位置する第２の液体出口を有する第２の気液分離機器と、をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記複数の熱交換区分は、第１の熱交換器の複数区分である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
前記第２の予備冷却冷媒回路に含有される前記第１の冷媒は、前記第１の予備冷却冷媒回路に含有される前記第１の冷媒より高濃度のエタンおよびより軽い炭化水素を有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
少なくとも前記最も高温の熱交換区分および前記第１の熱交換区分を通って延びる第３の予備冷却冷媒回路をさらに備え、前記第３の予備冷却冷媒回路は、前記第１の冷媒を含有している、請求項１３に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１の熱交換区分は、前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分である、請求項１３に記載の装置。
【請求項２２】
前記第２の予備冷却冷媒回路は、前記最も高温の熱交換区分、前記第１の熱交換区分、および前記最も低温の熱交換区分を通って延びる、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
天然ガスを冷却、液化、および任意に過冷却する複数の液化システムが当分野においてよく知られており、例えば、一系列混合冷媒（ＳＭＲ）サイクル、プロパン予備冷却混合冷媒（Ｃ３ＭＲ）サイクル、二系列混合冷媒（ＤＭＲ）サイクル、Ｃ３ＭＲ−窒素混成（例えば、ＡＰ−Ｘ（商標））サイクル、窒素またはメチレンエキスパンダサイクル、およびカスケードサイクルがある。通常、このようなシステムにおいて、天然ガスは、１つ以上の冷媒との間接的な熱交換によって冷却、液化、および任意に過冷却される。混合冷媒、純粋構成要素、２相冷媒、気体相冷媒等のような種々の冷媒が用いられ得る。窒素、メタン、エタン／エチレン、プロパン、ブタン、およびペンタンの混合物である混合冷媒（ＭＲ）は、多くのベース負荷液化天然ガス（ＬＮＧ）プラントにおいて使用されている。ＭＲ流の成分は、通常、供給ガス成分および運転条件に基づいて最適化される。
【０００２】
冷媒は、１つ以上の熱交換器および冷媒圧縮システムを含む冷媒回路内で循環される。冷媒回路は、閉ループであってもよく、開ループであってもよい。天然ガスは、熱交換器において冷媒を含む間接熱交換器による１つ以上の冷媒回路における間接的な熱交換によって冷却、液化、および／または過冷却される。
【０００３】
冷媒圧縮システムは、循環冷媒を圧縮および冷却する圧縮シーケンス、ならびに圧縮機を駆動するために必要な力を提供するための駆動装置アセンブリを含む。予備冷却液化システムに対して、駆動装置アセンブリにおける駆動装置および圧縮シーケンスの数および形式は、予備冷却システムおよび液化システムに対して要求される動力の比率に影響を有する。天然ガスを冷却、液化、および任意に過冷却するために必要な熱能力を提供する低温低圧の冷媒流を生成するために、冷媒が、高圧に圧縮され、膨張の前に冷却される必要があるので、冷媒圧縮システムは、液化システムの重要な構成要素である。
【０００４】
ＤＭＲプロセスは、２つの混合冷媒流を伴い、１つ目が供給天然ガスを予備冷却するためのものであり、２つ目が予備冷却された天然ガスを液化するためのものである。２つの混合冷媒流は、２つの冷媒回路、予備冷却システム内の予備冷却冷媒回路、および液化システム内の液化冷媒回路を通過する。各冷媒回路において、天然ガス供給流を冷却および液化するために要求される冷却能力を提供する間に冷媒流が蒸気化される。冷媒流が単一圧力レベルで蒸気化される場合、システムおよびプロセスは、「単一圧力」と呼ばれる。冷媒流が２つ以上の圧力レベルで蒸気化される場合、システムおよびプロセスは、「複数圧力」と呼ばれる。図１を参照すると、従来技術のＤＭＲプロセスが、冷却および液化システム１００において示される。ここに説明されるＤＭＲプロセスは、単一圧力液化システムおよび２つの圧力レベルを有する複数圧力予備冷却システムを伴う。ただし、任意の数の圧力レベルが提示され得る。供給流、好ましくは、天然ガスが、水、ＣＯ２およびＨ２Ｓのような酸性気体、ならびに水銀のような他の汚染物質を除去するために前処理区分（図示されない）において公知の方法によって洗浄および乾燥され、結果として前処理された供給流１０２をもたらす。本質的に水のない、前処理された供給流１０２が、第２の予備冷却された天然ガス流１０６を生成するために予備冷却システム１３４において予備冷却され、ＬＮＧ流１０８を生成するために主低温熱交換器（ＭＣＨＥ）１６４においてさらに冷却、液化、および／または過冷却される。ＬＮＧ流１０８は、通常、バルブまたはタービン（図示されない）にそれを通すことによって、圧力降下され、次いで、ＬＮＧ貯蔵タンクに送られる。タンクにおける圧力降下および／または蒸発中に生成される任意のフラッシュ蒸気は、プラントにおいて燃料として使用されてもよく、供給に再利用されてもよく、および／またはフレアに送られてもよい。
【０００５】
前処理された供給流１０２は、第１の予備冷却された天然ガス流１０４を生成するために、第１の予備冷却熱交換器１６０において冷却される。第１の予備冷却された天然ガス流１０４は、第２の予備冷却された天然ガス流１０６を生成するために、第２の予備冷却熱交換器１６２において冷却される。第２の予備冷却された天然ガス流１０６は、液化され、続いて、約−１７０℃〜約−１２０℃、好ましくは、約−１７０℃〜約−１４０℃の温度のＬＮＧ流１０８を生成するために過冷却される。図１に示されるＭＣＨＥ１６４は、２つのチューブ束、高温束１６６および低温束１６７を有するコイル巻熱交換器である。ただし、任意の数の束、および任意の交換器形式が利用され得る。図１は、２つの予備冷却熱交換器および予備冷却コイルにおける２つの圧力レベルを示すが、任意の数の予備冷却熱交換器および圧力レベルが利用され得る。予備冷却熱交換器は、図１においてコイル巻熱交換器であるように示される。ただし、それらは、プレートおよびフィン熱交換器、シェルおよびチューブ熱交換器、または天然ガスの予備冷却に適切な任意の他の熱交換器であってもよい。
【０００６】
「本質的に水のない」という用語は、前処理された供給流１０２における全残留水分が、下流の冷却および液化プロセスにおいて水の凍結に伴う運転上の問題を防止するために十分な低濃度で存在することを意味する。本明細書において説明される実施形態において、水の濃度は、好ましくは１．０ｐｐｍ以下、より好ましくは０．１ｐｐｍ〜０．５ｐｐｍである。
【０００７】
ＤＭＲにおいて使用される予備冷却冷媒は、本明細書において高温の混合冷媒（ＷＭＲ）または「第１の冷媒」として呼ばれる混合冷媒（ＭＲ）であり、窒素、メタン、エタン／エチレン、プロパン、ブタン、および他の炭化水素構成要素のような構成要素を含む。図１に例示されるように、低圧ＷＭＲ流１１０は、第２の予備冷却熱交換器１６２のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機１１２の第１圧縮ステージ１１２Ａにおいて圧縮される。中圧ＷＭＲ流１１８は、第１の予備冷却熱交換器１６０のシェル側の高温端から取り出され、それが第１の圧縮ステージ１１２Ａからの圧縮流（図示されない）と混合するＷＭＲ圧縮機１１２内に副流として導入される。混合流（図示されない）は、圧縮されたＷＭＲ流１１４を生成するために、ＷＭＲ圧縮機１１２の第２のＷＭＲ圧縮ステージ１１２Ｂにおいて圧縮される。低圧ＷＭＲ流１１０および中圧ＷＭＲ流１１８において存在する任意の液体は、気液分離機器（図示されない）において除去される。
【０００８】
圧縮されたＷＭＲ流１１４は、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流１１６を生成するために、ＷＭＲ後部冷却器１１５において冷却され、好ましくは凝縮され、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流１１６が、第２の冷却および圧縮されたＷＭＲ流１２０を生成するために、チューブ回路においてさらに冷却されるように第１の予備冷却熱交換器１６０内に導入される。第２の冷却および圧縮されたＷＭＲ流１２０は、２つの部分、第１の部分１２２および第２の部分１２４に分割される。第２の冷却および圧縮されたＷＭＲ流１２２の第１部分は、第１の膨張されたＷＭＲ流１２８を生成するために、第１のＷＭＲ膨張機器１２６において膨張され、第１の膨張されたＷＭＲ流１２８が、冷却能力を提供するために、第１の予備冷却熱交換器１６０のシェル側内に導入される。第２の冷却および圧縮されたＷＭＲ流１２４の第２の部分は、さらに冷却されるように第２の予備冷却熱交換器１６２内に導入され、その後、それは、第２の膨張されたＷＭＲ流１３２を生成するために、第２のＷＭＲ膨張機器１３０において膨張され、第２の膨張されたＷＭＲ流１３２が、冷却能力を提供するために、第２の予備冷却熱交換器１６２のシェル側内に導入される。予備冷却熱交換器から取り出された後のＷＭＲを圧縮および冷却するプロセスは、概して、本明細書においてＷＭＲ圧縮シーケンスと呼ばれる。
【０００９】
図１は、圧縮ステージ１１２Ａおよび１１２Ｂが単一圧縮機本体内で行われることが示されるが、それらは、２つ以上の別個の圧縮機において行われてもよい。さらに、中間冷却熱交換器がステージ間に提供されてもよい。ＷＭＲ圧縮機１１２は、遠心力を利用するもの、軸を利用するもの、容積式、または任意の他の圧縮機形式のような任意の形式の圧縮機であり得る。
【００１０】
ＤＭＲプロセスにおいて、液化および過冷却は、予備冷却された天然ガスを、本明細書において低温混合冷媒（ＣＭＲ）または「第２の冷媒」と呼ばれる第２の混合冷媒流と接触させる熱交換によって行われる。
【００１１】
高温低圧ＣＭＲ流１４０は、ＭＣＨＥ１６４のシェル側の高温端から取り出され、任意の液体を分離するために吸引ドラム（図示されない）を通って送られ、蒸気流は、圧縮されたＣＭＲ流１４２を生成するために、ＣＭＲ圧縮機１４１において圧縮される。高温低圧ＣＭＲ流１４０は、通常、ＷＭＲ予備冷却温度、またはその近傍の温度、好ましくは約−３０℃未満および１０ｂａｒａ（１４５ｐｓｉａ）未満で取り出される。圧縮されたＣＭＲ流１４２は、圧縮され冷却されたＣＭＲ流１４４を生成するために、ＣＭＲ後部冷却器１４３において冷却される。追加の相分離器、圧縮機、および後部冷却器があってもよい。ＭＣＨＥ１６４の高温端から取り出された後のＣＭＲを圧縮および冷却するプロセスは、概して、本明細書においてＣＭＲ圧縮シーケンスと呼ばれる。
【００１２】
圧縮され冷却されたＣＭＲ流１４４は、その後、予備冷却システム１３４において蒸発ＷＭＲと接触して冷却される。圧縮され冷却されたＣＭＲ流１４４は、第１の予備冷却されたＣＭＲ流１４６を生成するために、第１予備冷却熱交換器１６０において冷却され、その後、第２の予備冷却されたＣＭＲ流１４８を生成するために、第２の予備冷却熱交換器１６２において冷却され、第２の予備冷却されたＣＭＲ流１４８は、ＣＭＲ流の予備冷却温度および成分に応じて、完全に凝縮される、または２相に凝縮され得る。図１は、第２の予備冷却されたＣＭＲ流１４８が２相であり、ＣＭＲ液体（ＣＭＲＬ）流１５２およびＣＭＲ蒸気（ＣＭＲＶ）流１５１を生成するために、ＣＭＲ相分離器１５０に送られ、これらがさらに冷却されるために、ＭＣＨＥ１６４に返送される配置を示す。それらが続いて液化された後でも、液体流残留相分離器は、工業的にＭＲＬと呼ばれ、蒸気流残留相分離器は、工業的にＭＲＶと呼ばれる。
【００１３】
ＣＭＲＬ流１５２およびＣＭＲＶ流１５１の両方が、ＭＣＨＥ１６４の２つの別個の回路において冷却される。ＣＭＲＬ流１５２は、冷却され、ＭＣＨＥ１６４の高温束１６６において部分的に液化され、結果として膨張されたＣＭＲＬ流１５４を生成するために、ＣＭＲＬ膨張機器１５３を通って圧力降下される低温流をもたらし、膨張されたＣＭＲＬ流１５４が、高温束１６６において要求される冷却を提供するために、ＭＣＨＥ１６４のシェル側に返送される。ＣＭＲＶ流１５１は、高温束１６６において冷却され、続いて、ＭＣＨＥ１６４の低温束１６７において、膨張されたＣＭＲＶ流１５６を生成するために、ＣＭＲＶ膨張機器１５５を通って圧力が低減され、膨張されたＣＭＲＶ流１５６が、低温束１６７および高温束１６６において要求される冷却を提供するために、ＭＣＨＥ１６４に導入される。
【００１４】
ＭＣＨＥ１６４および予備冷却熱交換器１６０は、コイル巻熱交換器、プレートおよびフィン熱交換器、またはシェルおよびチューブ熱交換器のような天然ガス冷却および液化に適切な任意の交換器であり得る。コイル巻熱交換器は、天然ガス液化用の最新の熱交換器であり、プロセスおよび高温冷媒流を流すための複数の螺旋巻チューブならびに低温冷媒流を流すためのシェル空間を有する少なくとも１つのチューブ束を含む。
【００１５】
図１に示される配置において、第１の予備冷却熱交換器１６０の低温端は、２０℃未満、好ましくは約１０℃未満、より好ましくは約０℃未満の温度である。第２の予備冷却熱交換器１６２の低温端は、１０℃未満、好ましくは約０℃未満、より好ましくは約−３０℃未満の温度である。このため、第２の予備冷却熱交換器は、第１の予備冷却熱交換器より低い温度である。
【００１６】
混合冷媒サイクルの主な利益は、混合冷媒流の組成が、熱交換器における冷却曲線、出口温度、およびこのためプロセス効率を調節するために最適化可能なことである。これは、冷却プロセスの種々のステージに対する冷媒流の組成を調節することによって実現され得る。例えば、高濃度のエタンおよびより重い構成要素を含む混合冷媒は、予備冷却冷媒として適し、一方で高濃度のメタンおよび窒素を含むものは、過冷却冷媒として適する。
【００１７】
図１に示される配置において、第１の予備冷却熱交換器に冷却能力を提供する第１の膨張されたＷＭＲ流１２８の組成は、第２の予備冷却熱交換器１６２に冷却能力を提供する第２の膨張されたＷＭＲ流１３２の組成と同じである。第１の予備冷却熱交換器および第２の予備冷却熱交換器が、異なる温度に冷却を行うので、両方の交換器に同じ冷媒組成を使用することは非効率である。さらに、この非効率さは、３つ以上の予備冷却熱交換器に伴い増加する。
【００１８】
低下した効率は、同じ量のＬＮＧを生成するために要求される動力の増大をもたらす。低下した効率はさらに、結果として定量の利用可能な予備冷却駆動装置動力における、より高温の総体的な予備冷却温度をもたらす。これは、冷媒負荷を予備冷却システムから液化システムにシフトし、ＭＣＨＥをより大きくし、液化動力負荷を増大し、これは、資本コストおよび実現性の見地から望ましいものではないであろう。
【００１９】
この問題を解決する１つのアプローチは、予備冷却の各ステージに対して２つの別個の閉ループ冷媒回路を有することである。これは、第１の予備冷却熱交換器１６０および第２の予備冷却熱交換器１６２に対して別個の混合冷媒回路を有することを意味することになる。これは、独立的に最適化されるように２つの冷媒流の組成を許容することになり、このため効率が向上する。ただし、このアプローチは、各予備冷却熱交換器に対して別個の圧縮システムを要求することになり、望ましくない資本コスト、設置面積、および運転上の複雑さの増大をもたらすことになる。
【００２０】
本発明は、上述された問題を解決し従来技術に対して著しい改善を提供する高効率、低資本コスト、運転が簡単、低設置面積、および柔軟なＤＭＲプロセスである。
【発明の概要】
【００２１】
この概要は、詳細な説明において以下にさらに説明される内容の簡素化された形式における概念の選択を導入するために提供される。この概要は、請求項に記載された対象の主な特徴または本質的な特徴を確認することが意図されるものではなく、また請求項に記載された対象の範囲を限定するために使用されることが意図されるものでもない。
【００２２】
以下に説明され、続く請求項に定義される、いくつかの実施形態は、ＬＮＧ液化プロセスの予備冷却プロセスに対する改善を含む。いくつかの実施形態は、予備冷却部分において複数予備冷却熱交換区分を使用すること、および予備冷却熱交換区分に冷却能力を提供するために使用される冷媒の流れを異なる圧力の圧縮システム内に導入することによって当分野におけるニーズを満たす。いくつかの実施形態は、圧縮システムの圧縮ステージ間において中間冷却され分離される冷媒の流れの液体分を配向することによって当分野におけるニーズを満たす。
【００２３】
システムおよび方法の数個の態様について以下に概要を記載する。
【００２４】
態様１：複数の熱交換区分の各々における第１の冷媒との間接的な熱交換によって、炭化水素流体、および第２の冷媒を有する第２の冷媒供給流を含む炭化水素供給流を冷却する方法であって、
（ａ）炭化水素供給流および第２の冷媒供給流を複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｂ）予備冷却された炭化水素流および予備冷却された第２の冷媒流を生成するために、炭化水素供給流および第２の冷媒供給流を複数の熱交換区分の各々において冷却することと、
（ｃ）液化された炭化水素流（２０６、３０６、４０６、５０６）を生成するために、予備冷却された炭化水素流を主熱交換器において第２の冷媒と接触させて、さらに冷却して液化することと、
（ｄ）低圧の第１の冷媒流を複数の熱交換区分のうちの最も低温の熱交換区分から取り出し、低圧の第１の冷媒流を圧縮システムの少なくとも１つの圧縮ステージにおいて圧縮することと、
（ｅ）中圧の第１の冷媒流を複数の熱交換区分のうち、最も低温の熱交換区分より高温である第１の熱交換区分から取り出すことと、
（ｆ）ステップ（ｄ）および（ｅ）が行われた後に、併合された第１の冷媒流を生成するために、低圧の第１の冷媒流および中圧の第１の冷媒流を併合することと、
（ｇ）圧縮システムから、高高圧（ｈｉｇｈ−ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の第１の冷媒流を取り出すことと、
（ｈ）冷却された高高圧の第１の冷媒流を生成するために、高高圧の第１の冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニットにおいて冷却して少なくとも部分的に凝縮することと、
（ｉ）第１の蒸気冷媒流および第１の液体冷媒流を生成するために、冷却された高高圧の第１の冷媒流を第１の気液分離機器内に導入することと、
（ｊ）第１の液体冷媒流を複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｋ）第１の冷却された液体冷媒流を生成するために、第１の液体冷媒流を複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分において冷却することと、
（ｌ）第１の膨張された冷媒流を生成するために、第１の冷却された液体冷媒流の少なくとも一部分を膨張させることと、
（ｍ）ステップ（ｂ）の冷却の第１の部分を提供すべく、冷却能力を提供するために、第１の膨張された冷媒流を最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｎ）ステップ（ｉ）の第１の蒸気冷媒流の少なくとも一部分を少なくとも１つの圧縮ステージにおいて圧縮することと、
（ｏ）ステップ（ｎ）の少なくとも１つの圧縮ステージの下流にあり、これと流体流連通している少なくとも１つの冷却ユニットにおいて、凝縮された第１の冷媒流を生成するために、圧縮された第１の冷媒流を冷却して凝縮することと、
（ｐ）凝縮された第１の冷媒流を複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｑ）第１の冷却および凝縮された冷媒流を生成するために、凝縮された第１の冷媒流を第１の熱交換区分および最も低温の熱交換区分において冷却することと、
（ｒ）第２の膨張された冷媒流を生成するために、第１の冷却および凝縮された冷媒流を膨張させることと、
（ｓ）ステップ（ｂ）の冷却の第２の部分を提供すべく、冷却能力を提供するために、第２の膨張された冷媒流を最も低温の熱交換区分内に導入することと、を含む方法。
【００２５】
態様２：ステップ（ｅ）は、中圧の第１の冷媒流を複数の熱交換区分のうち、最も低温の熱交換区分より高温である第１の熱交換区分から取り出すことをさらに含み、第１の熱交換区分はまた、最も高温の熱交換区分である、態様１に記載の方法。
【００２６】
態様３：ステップ（ｎ）は、ステップ（ｏ）の圧縮された第１の冷媒流を形成するために、ステップ（ｉ）の第１の蒸気冷媒流を少なくとも１つの圧縮ステージにおいて圧縮することをさらに含む、態様１から２のいずれかに記載の方法。
【００２７】
態様４：ステップ（ｇ）を行う前の圧縮システムの少なくとも１つの圧縮ステージにおいて、ステップ（ｆ）の併合された第１の冷媒流を圧縮することをさらに含む、態様１から３のいずれかに記載の方法。
【００２８】
態様５：ステップ（ｅ）は、中圧の第１の冷媒流を複数の熱交換区分のうちの第１の熱交換区分から取り出すことと、中圧の第１の冷媒流を圧縮システムの少なくとも１つの圧縮ステージにおいて圧縮することと、をさらに含み、第１の熱交換区分が、最も低温の熱交換区分より高温である、態様１から４のいずれかに記載の方法。
【００２９】
態様６：さらに、
（ｔ）第１の中間冷媒流をステップ（ｇ）の前に圧縮システムから取り出すことと、
（ｕ）冷却された第１の中間冷媒流を生成するために、第１の中間冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニットにおいて冷却し、冷却された第一の中間冷媒流をステップ（ｇ）の前に圧縮システム内に導入することと、を含む、態様１から５のいずれかに記載の方法。
【００３０】
態様７：さらに、
（ｔ）高圧の第１の冷媒流を複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分から取り出すことと、
（ｕ）高圧の第１の冷媒流をステップ（ｇ）の前に圧縮システム内に導入することと、を含む、態様１から６のいずれかに記載の方法。
【００３１】
態様８：さらに、
（ｖ）高圧の第１の冷媒流を複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分から取り出すことと、
（ｗ）併合された第１の中間冷媒流を形成するために、高圧の第１の冷媒流を冷却された第１の中間冷媒流と併合し、併合された第１の中間冷媒流をステップ（ｇ）の前に圧縮システム内に導入することと、を含む、態様７に記載の方法。
【００３２】
態様９：ステップ（ｎ）は、
（ｔ）第２の中間冷媒流を圧縮システムから取り出すことと、
（ｕ）冷却された第２の中間冷媒流を生成するために、第２の中間冷媒システムを少なくとも１つの冷却ユニットにおいて冷却することと、をさらに含む、態様１から８のいずれかに記載の方法。
【００３３】
態様１０：さらに、
（ｖ）第２の蒸気冷媒流および第２の液体冷媒流を生成するために、冷却された第２の中間冷媒流を第２の気液分離機器に導入することと、
（ｗ）第２の液体冷媒流を複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｘ）流れ（ｏ）の圧縮された第１の冷媒流を生成する前に、第２の蒸気冷媒流を圧縮システムの少なくとも１つの圧縮ステージにおいて圧縮することと、を含む、態様９に記載の方法。
【００３４】
態様１１：ステップ（ｑ）は、第１の熱交換区分における冷却の前に、凝縮された第１の冷媒流を最も高温の熱交換区分において冷却することをさらに含む、態様１から１０のいずれかに記載の方法。
【００３５】
態様１２：ステップ（ｄ）の低圧の第１の冷媒流、ステップ（ｆ）の併合された第１の冷媒流、およびステップ（ｉ）の第１の蒸気冷媒流は、単一圧縮機の複数圧縮ステージにおいて圧縮される、態様１から１１のいずれかに記載の方法。
【００３６】
態様１３：第１の液体冷媒流は、５０％未満のエタンおよびより軽い構成要素からなる第１の成分を有する、態様１から１２のいずれかに記載の方法。
【００３７】
態様１４：第１の蒸気冷媒流は、４０％を超過するエタンより軽い構成要素からなる第２の成分を有する、態様１から１３のいずれかに記載の方法。
【００３８】
態様１５：炭化水素供給流を冷却する装置であって、
最も高温の熱交換区分および最も低温の熱交換区分を含む複数の熱交換区分と、
炭化水素流体の供給源の下流にあり、これと流体流連通している、複数の熱交換区分の各々を通って延びる第１の炭化水素回路と、
第２の冷媒を含有し、複数の熱交換区分の各々を通って延びる第２の冷媒回路と、
第１の冷媒を含有し、最も高温の熱交換区分を通って延びる第１の予備冷却冷媒回路と、
第１の冷媒を含有し、最も高温の熱交換区分および最も低温の熱交換区分を通って延びる第２の予備冷却冷媒回路と、
第１の予備冷却冷媒回路の上流端に位置する第１の予備冷却冷媒回路入口、第１の予備冷却冷媒回路の下流端に位置する第１の圧力降下機器、ならびに第１の圧力降下機器および最も高温の熱交換区分の第１の低温回路の下流にあり、これらと流体流連通している第１の膨張された冷媒導管と、
第２の予備冷却冷媒回路の上流端に位置する第２の予備冷却冷媒回路入口、第２の予備冷却冷媒回路の下流端に位置する第２の圧力降下機器、ならびに第２の圧力降下機器および最も低温の熱交換区分の第２の低温回路の下流にあり、これらと流体流連通している第２の膨張された冷媒導管と、
圧縮システムであって、
第１の圧力ステージおよび最も低温の熱交換区分の高温端と流体流連通している低圧の第１の冷媒導管と、
第２の圧力ステージおよび第１の熱交換区分の高温端と流体流連通している中圧の第１の冷媒導管と、
第２の圧縮ステージの下流の第１の後部冷却器と、
第１の後部冷却器と流体流連通しており、これの下流にある第１の入口を有する第１の気液分離機器であって、第１の蒸気出口が、第１の気液分離機器の上半分に位置し、第１の液体出口が、第１の気液分離機器の下半分に位置し、第１の液体出口が、第１の予備冷却冷媒回路入口の上流にあり、これと流体流連通している、気液分離機器と、
第１の蒸気出口の下流にある第３の圧縮ステージと、
第３の圧縮ステージの下流にある第２の後部冷却器と、
を含む圧縮システムと、を備え、
最も高温の熱交換区分は、第１の炭化水素回路を通って流れる炭化水素流体、第２の冷媒回路を通って流れる第２の冷媒、第１の第１の予備冷却冷媒回路を通って流れる第１の冷媒、および最も高温の熱交換区分の第１の低温回路を通って流れる第１の冷媒と接触する第２の予備冷却冷媒回路を部分的に予備冷却するように運転自在に構成され、
最も低温の熱交換区分は、予備冷却された炭化水素流を生成するために第１の炭化水素回路を通って流れる炭化水素流体を予備冷却する、第２の冷媒回路を通って流れる第２の冷媒を予備冷却する、および最も低温の熱交換区分の第１の低温回路を通って流れる第１の冷媒と接触して第２の予備冷却冷媒回路を通って流れる第１の冷媒を予備冷却するように運転自在に構成される、装置。
【００３９】
態様１６：第１の熱交換区分は、複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分である、態様１５に記載の装置。
【００４０】
態様１７：第１の圧縮ステージ、第２の圧縮ステージ、および第３の圧縮ステージは、第１の圧縮機の単一ケースに位置する、態様１５から１６のいずれかに記載の装置。
【００４１】
態様１８：複数の熱交換区分の第１の炭化水素回路の下流にあり、これと流体流連通している第２の炭化水素回路を有する主熱交換器をさらに備え、主熱交換器は、第２の冷媒と接触させる間接的な熱交換によって、予備冷却された炭化水素流を少なくとも部分的に液化するように運転自在に構成されている、態様１５から１７のいずれかに記載の装置。
【００４２】
態様１９：圧縮システムは、第２の圧縮ステージの下流にある第１の中間冷却器、および第１の中間冷却器の下流にあり、これと流体流連通している冷却された第１の中間冷媒導管をさらに備える、態様１５から１８のいずれかに記載の装置。
【００４３】
態様２０：最も高温の熱交換区分の高温端および冷却された第１の中間冷媒導管と流体流連通している高圧の第１の冷媒導管をさらに備える、態様１９に記載の装置。
【００４４】
態様２１：さらに、
第１の気液分離機器の下流にある第３の後部冷却器と、
第２の気液分離機器であって、第３の後部冷却器と流体流連通しており、これの下流にある第３の入口、第２の気液分離機器の上半分に位置する第２の蒸気出口、第２の気液分離機器の下半分に位置する第２の液体出口を有する第２の気液分離機器と、を備える、態様２０に記載の装置。
【００４５】
態様２２：複数の熱交換区分は、第１の熱交換器の複数区分である、態様１５から２１のいずれかに記載の装置。
【００４６】
態様２３：複数の熱交換区分は各々、コイル巻熱交換器を備える、態様１５から２２のいずれかに記載の装置。
【００４７】
態様２４：主熱交換器は、コイル巻熱交換器である、態様１５から２３のいずれかに記載の装置。
【００４８】
態様２５：第２の予備冷却冷媒回路は、最も高温の熱交換区分、第１の熱交換区分、および最も低温の熱交換区分を通って延びる、態様１５から２４のいずれかに記載の装置。
【００４９】
態様２６：第２の予備冷却冷媒回路に含有される第１の冷媒は、第１の予備冷却冷媒回路に含有される第１の冷媒より高濃度のエタンおよびより軽い炭化水素を有する、態様１５から２５のいずれかに記載の装置。
【００５０】
態様２７：最も高温の熱区分の第１の低温回路は、最も高温の熱交換区分のシェル側であり、最も低温の熱交換区分の第１の低温回路は、最も低温の熱交換区分のシェル側である、態様１５から２６のいずれかに記載の装置。
【００５１】
態様２８：少なくとも最も高温の熱交換区分および第１の熱交換区分を通って延びる第３の予備冷却冷媒回路をさらに備え、第３の予備冷却冷媒回路は、第１の冷媒を含有している、態様１５から２７のいずれかに記載の装置。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、従来技術によるＤＭＲシステムの概略フロー図である。
【００５３】
【図２】図２は、第１の代表的な実施形態による、ＤＭＲシステムの予備冷却システムの概略フロー図である。
【００５４】
【図３】図３は、第２の代表的な実施形態による、ＤＭＲシステムの予備冷却システムの概略フロー図である。
【００５５】
【図４】図４は、第３の代表的な実施形態による、ＤＭＲシステムの予備冷却システムの概略フロー図である。
【００５６】
【図５】図５は、第４の代表的な実施形態による、ＤＭＲシステムの予備冷却システムの概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
続く詳細な説明は、好ましい代表的な実施形態のみを提供し、その範囲、適用範囲、または構成を限定するものではない。むしろ、好ましい代表的な実施形態の続く詳細な説明は、好ましい代表的な実施形態を実装することを可能にする説明を当業者に提供するであろう。種々の変更が、その概念および範囲から逸脱することなく要素の機能および配置においてなされ得る。
【００５８】
図示図に伴って明細書に導入される参照符号は、他の特徴についての文脈を提供するために、明細書において追加の説明なしに１つ以上の後続図において繰り返される。
【００５９】
明細書および請求項において使用される「流体」の用語は、気体および／または液体を意味する。
【００６０】
明細書および請求項において使用される「流体流連通」の用語は、液体、蒸気および／または２相混合物が直接的または間接的に制御された様式（つまり、漏れがない）で構成要素間において移送されることを可能にする２つ以上の構成要素間の接続性の性質を意味する。互いに流体流連通するように２つ以上の構成要素を結合することは、溶接、フランジ付き導管、ガスケット、およびボルトのような、当分野において公知の任意の適切な方法を伴い得る。２つ以上の構成要素はまた、それらを分離し得るシステムの他の構成要素、例えば、バルブ、ゲート、または流体流を選択的に遮断または配向し得る他の機器を介して共に結合され得る。
【００６１】
明細書および請求項において使用される「導管」の用語は、これを通って流体がシステムの２つ以上の構成要素間を移送され得る、１つ以上の構造体を意味する。例えば、導管は、液体、蒸気、および／または気体を移送するパイプ、ダクト、経路、およびその組み合わせを含む。
【００６２】
明細書および請求項において使用される「天然ガス」の用語は、主にメタンからなる炭化水素ガス混合物を意味する。
【００６３】
明細書および請求項において使用される「炭化水素ガス」または「炭化水素流体」の用語は、ガスまたは流体が少なくとも１つの炭化水素を含み、炭化水素が、ガスまたは流体の総体的な成分の少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％であることを意味する。
【００６４】
明細書および請求項において使用される「混合冷媒」（「ＭＲ」と略される）の用語は、流体が少なくとも２つの炭化水素含み、炭化水素が冷媒の総体的な成分の少なくとも８０％であることを意味する。
【００６５】
明細書および請求項において使用される「重い混合冷媒」の用語は、ＭＲが、少なくともエタンと同等に重い炭化水素がＭＲの総体的な成分の少なくとも８０％であることを意味する。好ましくは、少なくともブタンと同等に重い炭化水素が混合冷媒の総体的な成分の少なくとも１０％である。
【００６６】
「束」および「チューブ束」の用語は、この出願内において交換可能に使用され、同義であることが意図される。
【００６７】
明細書および請求項において使用される「周囲流体」の用語は、周囲圧力および温度、またはその近くでシステムに提供される流体を意味する。
【００６８】
請求項において、文字が、請求項のステップを識別するために使用される（例えば、（ａ）、（ｂ）、および（ｃ））。これらの文字は、方法のステップに対する参照を助けるために使用され、この順番が請求項に明確に列挙されない限りおよびその限度のみにおいて、請求項のステップが行われる順番を示すことが意図されるものではない。
【００６９】
方向を示す用語が、明細書および請求項において使用され得る（例えば、上位、下位、左、右等）。これらの方向を示す用語は、代表的な実施形態の説明を補助することが単に意図され、その範囲を限定することが意図されるものではない。本明細書において使用される、「上流」の用語は、基準点からの導管における流体の流れの方向に反対である方向を意味することが意図される。同様に、「下流」の用語は、基準点からの導管における流体の流れの方向と同じである方向を意味することが意図される。
【００７０】
明細書および請求項において使用される、「高高」、「高」、「中」、「低」、および「低低」の用語は、これらの用語が使用される要素の性質に対する相対値を表現することが意図される。例えば、高高圧流は、この出願において説明され、または請求項に挙げられる、対応する高圧流または中圧流または低圧流より高い圧力を有する流れを示すことが意図される。同様に高圧流は、この出願において説明され、または請求項に挙げられる、対応する中圧流または低圧流より高い圧力であるが、この出願において説明され、または請求項に挙げられる、対応する高高圧流より低い圧力を有する流れを示すことが意図される。同様に、中圧流は、この出願において説明され、または請求項に挙げられる、対応する低圧流より高い圧力であるが、この出願において説明され、または請求項に挙げられる、対応する高圧流より低い圧力を有する流れを示すことが意図される。
【００７１】
本明細書において別段に記載されない限り、明細書、図面および請求項において識別される任意のおよびすべての割合は、重量割合に基づくことが理解されるべきである。本明細書において別段に記載されない限り、明細書、図面および請求項において識別される任意のおよびすべての圧力は、ゲージ圧を意味することが理解されるべきである。
【００７２】
本明細書において使用される、「低温体」または「低温流体」の用語は、−７０℃未満の温度を有する液体、気体、または混合相流体を意味することが意図される。低温体の例としては、液体窒素（ＬＩＮ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液体ヘリウム、液体二酸化炭素および加圧混合相低温体（例えば、ＬＩＮおよび気体窒素の混合物）を含む。本明細書において使用される、「低温体温度」の用語は、−７０℃未満の温度を意味することが意図される。
【００７３】
明細書および請求項において使用される、「熱交換区分」の用語は、高温端および低温端を有するものとして定義され、別個の低温冷媒流（大気以外の）が、熱交換区分の低温端に導入され、高温の第１の冷媒流が、熱交換区分の高温端から取り出される。複数熱交換区分は、単一または複数熱交換器内に任意に含有され得る。シェルおよびチューブ熱交換器またはコイル巻熱交換器の場合において、複数熱交換区分は、単一シェル内に含有され得る。
【００７４】
明細書および請求項に使用される、熱交換区分の「温度」は、熱交換区分からの炭化水素流の出口温度によって定義される。例えば、「最も高温」、「高温」、「最も低温」、および「低温」の用語は、熱交換区分に対して使用されるとき、他の熱交換区分の炭化水素流の出口温度に対する熱交換区分からの炭化水素の出口温度を表す。例えば、最も高温の熱交換区分は、任意の他の熱交換区分における炭化水素流出口温度より高温である炭化水素流出口温度を有する熱交換区分を示すことが意図される。
【００７５】
明細書および請求項において使用される、「圧縮システム」の用語は、１つ以上の圧縮ステージとして定義される。例えば、圧縮システムは、単一圧縮機内に複数圧縮ステージを含み得る。別の例において、圧縮システムは、複数圧縮機を備え得る。
【００７６】
本明細書において別段に記載されない限り、ある場所における流れの導入は、実質的に流れのすべてをその場所に導入することを意味することが意図される。明細書において説明され図面において示されるすべての流れは（通常、通常運転中の流体流の総体的な方向を示す矢印を伴う線によって表される）、対応する導管内に含有されることが理解されるべきである。各導管は、少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口を有することが理解されるべきである。さらに、各々の１つの設備は、少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口を有することが理解されるべきである。
【００７７】
表１は、説明される実施形態を理解することの助けとして明細書および図面の全体を通して用いられる頭文字の一覧を定義する。
【表１】
2020098092.tif 000003
【００７８】
図２は、第１実施形態を示す。簡素化のために、予備冷却システム２３４のみが図２および後続図に示される。低圧ＷＭＲ流２１０が、第２の予備冷却熱交換器２６２のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機２１２の第１の圧縮ステージ２１２Ａにおいて圧縮される。中圧ＷＭＲ流２１８が、第１の予備冷却熱交換器２６０のシェル側の高温端から取り出され、それが第１の圧縮ステージ２１２Ａからの圧縮された流れ（図示されない）と混合する、ＷＭＲ圧縮機２１２内に副流として導入される。混合流（図示されない）は、高高圧ＷＭＲ流２７０を生成するために、ＷＭＲ圧縮機２１２の第２のＷＭＲ圧縮ステージ２１２Ｂにおいて圧縮される。低圧ＷＭＲ流２１０および中圧ＷＭＲ流２１８に存在する任意の液体が、ＷＭＲ圧縮機２１２における導入の前に、気液分離機器（図示されない）において除去される。
【００７９】
高高圧ＷＭＲ流２７０は、５ｂａｒａ〜４０ｂａｒａ、好ましくは１５ｂａｒａ〜３０ｂａｒａの圧力であり得る。高高圧ＷＭＲ流２７０は、ＷＭＲ圧縮機２１２から取り出され、冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２を生成するために、高高圧ＷＭＲ中間冷却器２７１において冷却され部分的に凝縮される。高高圧ＷＭＲ中間冷却器２７１は、空気または水を使用する周囲温度冷却器のような任意の適切な冷却ユニットであってもよく、１つ以上の熱交換器を備えてもよい。冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２は、０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６の蒸気分を有し得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２は、第１のＷＭＲＶ流２７４および第１のＷＭＲＬ流２７５を生成するために、第１のＷＭＲ気液分離機器２７３において相分離される。
【００８０】
第１のＷＭＲＬ流２７５は、５０％未満のエタンおよびより軽い炭化水素、好ましくは４５％未満のエタンおよびより軽い炭化水素、より好ましくは４０％未満のエタンおよびより軽い炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＶ流２７４は、４０％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素、好ましくは４５％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素、より好ましくは５０％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＬ流２７５は、第１の予備冷却熱交換器２６０に冷却能力を提供する第１の膨張されたＷＭＲ流２２８を生成するために、第１のＷＭＲ膨張機器２２６（圧力降下機器とも呼ばれる）において膨張される第１のさらに冷却されたＷＭＲ流２３６（冷却された液体冷媒流とも呼ばれる）を生成するために、チューブ回路において冷却されるように第１の予備冷却熱交換器２６０内に導入される。適切な膨張機器の例としては、ジュールトムソン（Ｊ−Ｔ）バルブおよびタービンを含む。
【００８１】
第１のＷＭＲＶ流２７４は、圧縮されたＷＭＲ流２１４を生成するために、ＷＭＲ圧縮機２１２の第３のＷＭＲ圧縮ステージ２１２Ｃにおいて圧縮されるようにＷＭＲ圧縮機２１２内に導入される。圧縮されたＷＭＲ流２１４は、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流２１６（圧縮された第１の冷媒流とも呼ばれる）を生成するために、ＷＭＲ後部冷却器２１５において冷却され、好ましくは凝縮され、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流２１６が、第１の予備冷却されたＷＭＲ流２１７を生成するために、チューブ回路においてさらに冷却されるように第１の予備冷却熱交換器２６０内に導入される。第１の予備冷却ＷＭＲ流２１７は、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流２３７を生成するために、チューブ回路においてさらに冷却されるように第２の予備冷却熱交換器２６２内に導入される。第２のさらに冷却されたＷＭＲ流２３７は、第２の膨張されたＷＭＲ流２３２を生成するために、第２のＷＭＲ膨張機器２３０（圧力降下機器とも呼ばれる）において膨張され、第２の膨張されたＷＭＲ流２３２が、冷却能力を提供するために第２の予備冷却熱交換器２６２のシェル側内に導入される。
【００８２】
第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流２１６は、完全に凝縮されてもよく、または部分的に凝縮されてもよい。好ましい実施形態において、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流２１６は、完全に凝縮される。冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２は、１０％未満のエタンより軽い構成要素、好ましくは５％未満のエタンより軽い構成要素、より好ましくは２％未満のエタンより軽い構成要素を含み得る。軽い構成要素は、第１のＷＭＲＶ流２７４に蓄積し、第１のＷＭＲＶ流２７４が、２０％未満のエタンより軽い構成要素、好ましくは１５％未満のエタンより軽い構成要素、より好ましくは１０％未満のエタンより軽い構成要素を含み得る。このため、非常に高い圧力に圧縮する必要なく、完全に凝縮された第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流２１６を生成するために、圧縮されたＷＭＲ流２１４を完全に凝縮することが可能である。圧縮されたＷＭＲ流２１４は、３００ｐｓｉａ（２１ｂａｒａ）〜６００ｐｓｉａ（４１ｂａｒａ）、好ましくは４００ｐｓｉａ（２８ｂａｒａ）〜５００ｐｓｉａ（３５ｂａｒａ）の圧力であり得る。第２の予備冷却熱交換器２６２が、天然ガスを完全に液化するために使用される液化熱交換器である場合、冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２は、より高濃度の窒素およびメタンを有することになり、このため圧縮されたＷＭＲ流２１４の圧力は、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流２１６が完全に凝縮されるように、より高くなければならないことになる。これは、実現することができないので、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流２１６は、完全には凝縮されないことになり、別々に液化される必要がある、かなりの蒸気濃度を含有することになる。
【００８３】
天然ガス供給流２０２（請求項では炭化水素供給流と呼ばれる）は、２０℃未満、好ましくは約１０℃未満、より好ましくは約０℃未満の温度の第１の予備冷却された天然ガス流２０４を生成するために、第１の予備冷却熱交換器２６０において冷却される。当分野において公知のように、天然ガス供給流２０２は、水分および酸性気体、水銀、および他の汚染物質のような他の不純物を除去するために、好ましくは前処理される。第１の予備冷却された天然ガス流２０４は、周囲温度、天然ガス供給成分および圧力に応じて、１０℃未満、好ましくは約０℃未満、より好ましくは約−３０℃未満の温度の第２の予備冷却された天然ガス流２０６を生成するために、第２の予備冷却熱交換器２６２において冷却される。第２の予備冷却された天然ガス流２０６は、部分的に凝縮され得る。第２の予備冷却された天然ガス流２０６は、ＭＣＨＥ（図１における１６４）に送られ、約−１５０℃〜約−７０℃、好ましくは約−１４５℃〜約−１００℃の温度に液化され、続いて、約−１７０℃〜約−１２０℃、好ましくは約−１７０℃〜約−１４０℃の温度のＬＮＧ流（図１における流れ１０８、請求項において液化された炭化水素流と呼ばれる）を生成するために過冷却される。圧縮され冷却されたＣＭＲ流２４４（第２の冷媒供給流とも呼ばれる）が、第１の予備冷却されたＣＭＲ流２４６を生成するために、第１の予備冷却熱交換器２６０において冷却される。圧縮され冷却されたＣＭＲ流２４４は、４０％を超過するエタンより軽い構成要素、好ましくは４５％を超過するエタンより軽い構成要素、より好ましくは５０％を超過するエタンより軽い構成要素を含み得る。第１の予備冷却されたＣＭＲ流２４６は、第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８（予備冷却された第２の冷媒流とも呼ばれる）を生成するために、第２の予備冷却熱交換器２６２において冷却される。
【００８４】
図２は、予備冷却回路における２つの予備冷却熱交換器および２つの圧力レベルを示すが、任意の数の予備冷却熱交換器および圧力レベルが利用され得る。予備冷却熱交換器は、図２においてコイル巻熱交換器であるように示される。ただし、それらは、プレートおよびフィン熱交換器、シェルおよびチューブ熱交換器、または天然ガスの予備冷却に適切な任意の他の熱交換器であってもよい。
【００８５】
図２の２つの予備冷却熱交換器（２６０、２６２）は、単一熱交換器内の２つの熱交換区分であってもよい。これに代えて、２つの予備冷却熱交換器は、各々１つ以上の熱交換区分を含む、２つの熱交換器であってもよい。
【００８６】
任意に、第１の予備冷却ＷＭＲ流２１７の一部分は、第１の予備冷却熱交換器２６０に対する補足の冷媒を生成するために（点線２１７ａにより示される）、第１のＷＭＲ膨張機器２２６における膨張の前に、第１のさらに冷却されたＷＭＲ流２３６と混合されてもよい。
【００８７】
図２は、３つの圧縮ステージを示すが、任意の数の圧縮ステージが行われてもよい。さらに、圧縮ステージ２１２Ａ、２１２Ｂ、および２１２Ｃは、単一圧縮機本体の一部であってもよく、または複数の別個の圧縮機であってもよい。加えて、中間冷却熱交換器が、ステージ間に提供されてもよい。ＷＭＲ圧縮機２１２は、遠心力を利用するもの、軸を利用するもの、容積式、または任意の他の圧縮機形式のような任意の形式の圧縮機であり得る。
【００８８】
図２に示される実施形態において、最も高温の熱交換区分は、第１の熱交換器２６０であり、最も低温の熱交換区分は、第２の予備冷却熱交換器２６２である。
【００８９】
図２に示される配置の利益は、ＷＭＲ冷媒流が２つの部分、重い炭化水素を含む第１のＷＭＲＬ流２７５およびより軽い構成要素を含む第１のＷＭＲＶ流２７４に分割されることである。第１の予備冷却熱交換器２６０は、第１のＷＭＲＬ流２７５を使用して冷却され、第２の予備冷却熱交換器２６２は、第１のＷＭＲＶ流２７４を使用して冷却される。第１の予備冷却熱交換器２６０が、第２の予備冷却熱交換器２６２より高い温度に冷却するので、ＷＭＲにおけるより重い炭化水素が、第１の予備冷却熱交換器２６０において要求され、一方でＷＭＲにおけるより軽い炭化水素が、より深い冷却を提供するために第２の予備冷却熱交換器２６２において要求される。このため、図２に示される配置は、改善されたプロセス効率をもたらし、このため同じ量の冷却能力に対して要求されるより低い予備冷却動力をもたらす。固定化された冷却動力および供給流量において、より低温の予備冷却温度が可能になる。このため、この配置はまた、冷媒負荷を液化システムから予備冷却システムにシフトすることを可能にし、これによって液化システムにおける所要動力を低減し、ＭＣＨＥのサイズを低減する。さらに、ＷＭＲ圧縮機２１２の種々の圧縮ステージにおけるＷＭＲ成分および圧力は、結果として冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２における最適な蒸気分をもたらすように最適化され、プロセス効率におけるさらなる改善をもたらし得る。好ましい実施形態において、ＷＭＲ圧縮機２１２（２１２Ａ、２１２Ｂ、および２１２Ｃ）の３つの圧縮ステージが、単一圧縮機本体において行われ、これによって資本コストを最小化する。
【００９０】
図３は、第２実施形態を示す。低圧ＷＭＲ流３１０が、第１の高圧ＷＭＲ流３１３を生成するために、低圧ＷＭＲ圧縮機３１１において圧縮される。中圧ＷＭＲ流３１８が、第２の高圧ＷＭＲ流３２３を生成するために、中圧ＷＭＲ圧縮機３２１において圧縮される。第１の高圧ＷＭＲ流３１３および第２の高圧ＷＭＲ流３２３は、５ｂａｒａ〜２５ｂａｒａ、好ましくは１０ｂａｒａ〜２０ｂａｒａの圧力の高高圧ＷＭＲ流３７０を生成するために混合される。高高圧ＷＭＲ流３７０は、冷却された高高圧ＷＭＲ流３７２を生成するために、高高圧ＷＭＲ中間冷却器３７１において冷却される。高高圧ＷＭＲ中間冷却器３７１は、空気または水と接触して冷却する周囲温度冷却器であり、複数熱交換器を備え得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流３７２は、０．３〜０．９、好ましくは０．４〜０．８、より好ましくは０．４５〜０．６の蒸気分を有し得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流３７２は、第１のＷＭＲＶ流３７４および第１のＷＭＲＬ流３７５を生成するために、第１のＷＭＲ気液分離機器３７３において相分離される。
【００９１】
第１のＷＭＲＬ流３７５は、５０％未満のエタンおよびより軽い炭化水素、好ましくは４５％未満のエタンおよびより軽い炭化水素、より好ましくは、４０％未満のエタンおよびより軽い炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＶ流３７４は、４０％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素、好ましくは、４５％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素、より好ましくは５０％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＬ流３７５は、第１のさらに冷却されたＷＭＲ流３３６を生成するために冷却されるように第１の予備冷却熱交換器内に導入される。第１のさらに冷却されたＷＭＲ流３３６は、第１の予備冷却熱交換器３６０に冷却能力を提供する第１の膨張されたＷＭＲ流３２８を生成するために、第１のＷＭＲ膨張機器３２６において膨張される。
【００９２】
第１のＷＭＲＶ流３７４は、圧縮されたＷＭＲ流３１４を生成するために、高圧ＷＭＲ圧縮機３７６において圧縮される。圧縮されたＷＭＲ流３１４は、第１の予備冷却されたＷＭＲ流３１７を生成するために、チューブ回路においてさらに冷却されるように第１の予備冷却熱交換器３６０内に導入される、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流３１６を生成すべく、ＷＭＲ後部冷却器３１５において冷却され、好ましくは凝縮される。第１の予備冷却ＷＭＲ流３１７は、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流３３７を生成するために、さらに冷却されるように第２の予備冷却熱交換器３６２内に導入される。第２のさらに冷却されたＷＭＲ流３３７は、第２の膨張されたＷＭＲ流３３２を生成するために、第２のＷＭＲ膨張機器３３０において膨張され、第２の膨張されたＷＭＲ流３３２が、冷却能力を提供するために、第２の予備冷却熱交換器３６２のシェル側内に導入される。
【００９３】
低圧ＷＭＲ圧縮機３１１、中圧ＷＭＲ圧縮機３２１、および高圧ＷＭＲ圧縮機３７６は、任意の中間冷却熱交換器を含む複数圧縮ステージを備え得る。高圧ＷＭＲ圧縮機３７６は、低圧ＷＭＲ圧縮機３１１または中圧ＷＭＲ圧縮機３２１と同じ圧縮機本体の一部であってもよい。圧縮機は、遠心力を利用するもの、軸を利用するもの、容積式、または任意の他の圧縮機形式であり得る。さらに、高高圧ＷＭＲ中間冷却器３７１において高高圧ＷＭＲ流３７０を冷却することに代えて、第１の高圧ＷＭＲ流３１３および第２の高圧ＷＭＲ流３２３が、別個の熱交換器（図示されない）において個別的に冷却されてもよい。第１のＷＭＲ気液分離機器３７３は、相分離器であり得る。代替的な実施形態において、第１のＷＭＲ気液分離機器３７３は、カラム内に導入される適切な低温流を含む蒸留カラムまたは混合カラムであってもよい。
【００９４】
任意に、第１の予備冷却されたＷＭＲ流３１７の一部分は、第１の予備冷却熱交換器３６０に対する補足の冷媒を提供するために（点線３１７ａにより示される）、第１のＷＭＲ膨張機器３２６における膨張の前に、第１のさらに冷却されたＷＭＲ流３３６と混合されてもよい。さらなる実施形態が、３つの圧力予備冷却回路を含む図３の変形例である。この実施形態は、低圧ＷＭＲ圧縮機３１１および中圧ＷＭＲ圧縮機３２１に加えて第３の圧縮機を伴う。
【００９５】
図３に示される実施形態において、最も高温の熱交換区分は、第１の予備冷却熱交換器３６０であり、最も低温の熱交換区分は、第２の予備冷却熱交換器３６２である。
【００９６】
図２と同様、図３に示される配置の利益は、ＷＭＲ冷媒流が２つの部分、より重い炭化水素を含む第１のＷＭＲＬ流３７５およびより軽い炭化水素を含む第１のＷＭＲＶ流３７４に分割されることである。第１の予備冷却熱交換器３６０が、第２の予備冷却熱交換器３６２より高い温度に冷却するので、ＷＭＲにおけるより重い炭化水素が、第１の予備冷却熱交換器２６０において要求され、一方でＷＭＲにおけるより軽い炭化水素が、第２の予備冷却熱交換器２６２においてより深い冷却を提供するために要求される。このため、図３に示される配置は、改善されたプロセス効率をもたらし、このため従来技術の図１と比べて、より低い要求される予備冷却動力をもたらす。この配置はまた、冷媒負荷を液化システムから予備冷却システム内にシフトすることを可能にし、これによって液化システムにおける所要動力を低減し、ＭＣＨＥのサイズを低減する。さらに、ＷＭＲ成分および圧縮圧力が、結果として冷却された高高圧ＷＭＲ流３７２に対して最適な蒸気分をもたらすように最適化され、プロセス効率におけるさらなる改善をもたらし得る。
【００９７】
図２と比べて図３に示される配置の不利益は、ＷＭＲの並行圧縮のために少なくとも２つの圧縮機本体を要求することである。ただし、複数圧縮本体が存在する場合に有益である。図３に示される実施形態において、低圧ＷＭＲ流３１０および中圧ＷＭＲ流３１８は、並行に圧縮され、これは、圧縮機サイズ制限が重要である場合に有益である。低圧ＷＭＲ圧縮機３１１および中圧ＷＭＲ圧縮機３２１は、独立的に設計され、異なる数のインペラ、圧力比、および他の設計特性を有し得る。
【００９８】
図４は、３つの圧力予備冷却回路についての第３の実施形態を示す。低圧ＷＭＲ流４１０が、第３の予備冷却熱交換器４６４のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機４１２の第１の圧縮ステージ４１２Ａにおいて圧縮される。中圧ＷＭＲ流４１８が、第２の予備冷却熱交換器４６２のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機４１２内に副流として導入され、ここにおいて第１の圧縮ステージ４１２Ａからの圧縮された流れ（図示されない）と混合する。混合流（図示されない）は、第１の中間ＷＭＲ流４２５を生成するために、ＷＭＲ圧縮機４１２の第２の圧縮ステージ４１２Ｂにおいて圧縮される。
【００９９】
第１の中間ＷＭＲ流４２５は、ＷＭＲ圧縮機４１２から取り出され、冷却された第１の中間ＷＭＲ流４２９を生成するために、周囲温度冷却器であり得る高圧ＷＭＲ中間冷却器４２７において冷却される。高圧ＷＭＲ流４１９は、第１の予備冷却熱交換器４６０のシェル側の高温端から取り出され、混合高圧ＷＭＲ流４３１を生成するために、冷却された第１の中間ＷＭＲ流４２９と混合される。低圧ＷＭＲ流４１０、中圧ＷＭＲ流４１８、高圧ＷＭＲ流４１９、および冷却された第１の中間ＷＭＲ流４２９に存在する任意の液体は、気液分離機器（図示されない）において除去され得る。代替的な実施形態において、高圧ＷＭＲ流４１９は、ＷＭＲ圧縮シーケンスにおける任意の他の適切な場所で、例えば、副流としてＷＭＲ圧縮機４１２に導入され、またはＷＭＲ圧縮機４１２への任意の他の入口流と混合され得る。
【０１００】
混合高圧ＷＭＲ流４３１は、高高圧ＷＭＲ流４７０を生成するために、ＷＭＲ圧縮機４１２内に導入され、ＷＭＲ圧縮機４１２の第３のＷＭＲ圧縮ステージ４１２Ｃにおいて圧縮される。高高圧ＷＭＲ流４７０は、５ｂａｒａ〜３５ｂａｒａ、好ましくは１５ｂａｒａ〜２５ｂａｒａの圧力であり得る。高高圧ＷＭＲ流４７０は、ＷＭＲ圧縮機４１２から取り出され、冷却された高高圧ＷＭＲ流４７２を生成するために、高高圧ＷＭＲ中間冷却器４７１において冷却され部分的に凝縮される。高高圧ＷＭＲ中間冷却器４７１は、空気または水を使用する周囲温度冷却器であり得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流４７２は、０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６の蒸気分を有し得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流４７２は、第１のＷＭＲＶ流４７４および第１のＷＭＲＬ流４７５を生成するために、第１のＷＭＲ気液分離器４７３において相分離される。
【０１０１】
第１のＷＭＲＬ流４７５は、５０％未満のエタンおよびより軽い炭化水素、好ましくは４５％未満のエタンおよびより軽い炭化水素、より好ましくは４０％未満のエタンおよびより軽い炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＶ流４７４は、４０％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素、好ましくは４５％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素、より好ましくは５０％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＬ流４７５は、２つの部分、第１の部分４２２および第２の部分４２４に分割される第２の冷却および圧縮されたＷＭＲ流４２０を生成するために、冷却されるように第１の予備冷却熱交換器４６０内に導入される。第２の冷却および圧縮されたＷＭＲ流４２２の第１の部分は、第１の予備冷却熱交換器４６０に冷却能力を提供する第１の膨張されたＷＭＲ流４２８を生成するために、第１のＷＭＲ膨張機器４２６において膨張される。第２の冷却および圧縮されたＷＭＲ流４２４の第２の部分は、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流４３７を生成するために、第２の予備冷却熱交換器４６２のチューブ回路においてさらに冷却される。第２のさらに冷却されたＷＭＲ流４３７は、第２の膨張されたＷＭＲ流４３２を生成するために、第２のＷＭＲ膨張機器４３０において膨張され、第２の膨張されたＷＭＲ流４３２が、冷却能力を提供するために、第２の予備冷却熱交換器４６２のシェル側内に導入される。
【０１０２】
第１のＷＭＲＶ流４７４は、圧縮されたＷＭＲ流４１４を生成するために、第４のＷＭＲ圧縮ステージ４１２Ｄにおいて圧縮されるようにＷＭＲ圧縮機４１２内に導入される。圧縮されたＷＭＲ流４１４は、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流４１６を生成するためにＷＭＲ後部冷却器４１５において冷却され、好ましくは凝縮され、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流４１６が、第２の予備冷却されたＷＭＲ流４８０を生成するために、チューブ回路においてさらに冷却されるように第１の予備冷却熱交換器４６０内に導入される。第２の予備冷却ＷＭＲ流４８０は、第３の予備冷却されたＷＭＲ流４８１を生成するために、さらに冷却されるように第２の予備冷却熱交換器４６２内に導入され、第３の予備冷却されたＷＭＲ流４８１が、第３のさらに冷却されたＷＭＲ流４３８を生成するために、さらに冷却されるように第３の予備冷却熱交換器４６４内に導入される。第３のさらに冷却されたＷＭＲ流４３８は、第３の膨張されたＷＭＲ流４８３を生成するために、第３のＷＭＲ膨張機器４８２において膨張され、第３の膨張されたＷＭＲ流４８３が、冷却能力を提供するために、第３の予備冷却熱交換器４６４のシェル側内に導入される。
【０１０３】
任意に、第３の予備冷却されたＷＭＲ流４８１の一部分が、第２の予備冷却熱交換器４６２に補足の冷媒を提供するために、第２のＷＭＲ膨張機器４３０における膨張の前に、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流４３７と混合されてもよい（点線４８１ａにより示される）。
【０１０４】
前処理された供給流４０２（炭化水素供給流とも呼ばれる）が、第１の予備冷却された天然ガス流４０４を生成するために、第１の予備冷却熱交換器４６０において冷却される。第１の予備冷却された天然ガス流４０４は、第３の予備冷却された天然ガス流４０５を生成するために、第２の予備冷却熱交換器４６２において冷却され、第３の予備冷却された天然ガス流４０５が、第２の予備冷却された天然ガス流４０６を生成するために、第３の予備冷却熱交換器４６４においてさらに冷却される。圧縮され冷却されたＣＭＲ流４４４が、第１の予備冷却されたＣＭＲ流４４６を生成するために、第１の予備冷却熱交換器４６０において冷却される。第１の予備冷却されたＣＭＲ流４４６は、第３の予備冷却されたＣＭＲ流４４７を生成するために、第２の予備冷却熱交換器４６２において冷却され、第３の予備冷却されたＣＭＲ流４４７が、第２の予備冷却されたＣＭＲ流４４８を生成するために、第３の予備冷却熱交換器４６４においてさらに冷却される。
【０１０５】
図４は、４つの圧縮ステージを示すが、任意の数の圧縮ステージが存在してもよい。さらに、圧縮ステージは、単一圧縮機本体の一部であってもよく、または任意の中間冷却を伴う複数の別個の圧縮機であってもよい。ＷＭＲ圧縮機４１２は、遠心力を利用するもの、軸を利用するもの、容積式、または任意の他の圧縮機形式のような任意の形式の圧縮機であり得る。
【０１０６】
図４に示される実施形態において、最も高温の熱交換区分は、第１の予備冷却熱交換器４６０であり、最も低温の熱交換区分は、第３の予備冷却熱交換器４６４である。
【０１０７】
図４に示される実施形態は、図２に示される実施形態のすべての利益を保有する。さらなる実施形態が、全体の第２の冷却および圧縮されたＷＭＲ流４２０が第１の熱交換器に冷媒を提供するために使用されるような、２つの熱交換器のみを有する図４の変形例である。この実施形態は、追加の熱交換器に対するニーズを取り除き、より低い資本コストである。
【０１０８】
図５は、第４実施形態および３つの予備冷却熱交換器を有する図４に示される実施形態の変形例を示す。低圧ＷＭＲ流５１０が、第３の予備冷却熱交換器５６４のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機５１２の第１の圧縮ステージ５１２Ａにおいて圧縮される。中圧ＷＭＲ流５１８が、第２の予備冷却熱交換器５６２のシェル側の高温端から取り出され、副流としてＷＭＲ圧縮機５１２内に導入され、ここにおいて第１の圧縮ステージ５１２Ａからの圧縮された流れ（図示されない）と混合する。混合流（図示されない）は、第１の中間ＷＭＲ流５２５を生成するために、ＷＭＲ圧縮機５１２の第２の圧縮ステージ５１２Ｂにおいて圧縮される。第１の中間ＷＭＲ流５２５は、冷却された第１の中間ＷＭＲ流５２９を生成するために、周囲温度冷却器であり得る高圧ＷＭＲ中間冷却器５２７において冷却される。
【０１０９】
低圧ＷＭＲ流５１０、中圧ＷＭＲ流５１８、および高圧ＷＭＲ流５１９において存在する任意の液体が、気液分離機器（図示されない）において除去され得る。
【０１１０】
高圧ＷＭＲ流５１９は、第１の予備冷却熱交換器５６０のシェル側の高温端から取り出され、混合中圧ＷＭＲ流５３１を生成するために冷却された第１の中間ＷＭＲ流５２９と混合される。
【０１１１】
混合中圧ＷＭＲ流５３１は、高高圧ＷＭＲ流５７０を生成するために、ＷＭＲ圧縮機５１２の第３のＷＭＲ圧縮ステージ５１２Ｃにおいて圧縮されるようにＷＭＲ圧縮機５１２内に導入される。高高圧ＷＭＲ流５７０は、５ｂａｒａ〜３５ｂａｒａ、好ましくは１０ｂａｒａ〜２５ｂａｒａの圧力であり得る。高高圧ＷＭＲ流５７０は、ＷＭＲ圧縮機５１２から取り出され、冷却された高高圧ＷＭＲ流５７２を生成するために、高高圧ＷＭＲ中間冷却器５７１において冷却され部分的に凝縮される。高高圧ＷＭＲ中間冷却器５７１は、空気または水を使用する周囲温度冷却器であり得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流５７２は、０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６の蒸気分を有し得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流５７２は、第１のＷＭＲＶ流５７４および第１のＷＭＲＬ流５７５を生成するために、第１のＷＭＲ気液分離機器５７３において相分離される。
【０１１２】
第１のＷＭＲＬ流５７５は、５０％未満のエタンおよびより軽い炭化水素、好ましくは４５％未満のエタンおよびより軽い炭化水素、より好ましくは４０％未満のエタンおよびより軽い炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＶ流５７４は、４０％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素、好ましくは４５％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素、より好ましくは５０％を超過するエタンおよびより軽い炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＬ流５７５は、第１のさらに冷却されたＷＭＲ流５３６を生成するために、チューブ回路において冷却されるように第１の予備冷却熱交換器５６０内に導入される。第１のさらに冷却されたＷＭＲ流５３６は、第１の膨張されたＷＭＲ流５２８を生成するために、第１のＷＭＲ膨張機器５２６において膨張される。第１の膨張されたＷＭＲ流５２８は、第１の予備冷却熱交換器５６０に対する冷却能力を提供する。
【０１１３】
第１のＷＭＲＶ流５７４は、１０ｂａｒａ〜５０ｂａｒａ、好ましくは１５ｂａｒａ〜４５ｂａｒａの圧力の第２の中間ＷＭＲ流５９０を生成するために、第４のＷＭＲ圧縮ステージ５１２Ｄにおいて圧縮されるようにＷＭＲ圧縮機５１２内に導入される。第２の中間ＷＭＲ流５９０は、ＷＭＲ圧縮機５１２から取り出され、冷却された第２の中間ＷＭＲ流５９２を生成するために、第１のＷＭＲＶ中間冷却器５９１において冷却され部分的に凝縮される。第１のＷＭＲＶ中間冷却器５９１は、空気または水と接触して冷却する周囲温度冷却器であり得る。冷却された第２の中間ＷＭＲ流５９２は、０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６の蒸気分を有する。冷却された第２の中間ＷＭＲ流５９２は、第２のＷＭＲＶ流５９４および第２のＷＭＲＬ流５９５を生成するために第２のＷＭＲ気液分離機器５９３において相分離される。
【０１１４】
第２のＷＭＲＬ流５９５は、第１の予備冷却されたＷＭＲ流５１７を生成するために第１の予備冷却熱交換器５６０の回路のチューブにおいて冷却される。第１の予備冷却されたＷＭＲ流５１７は、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流５３７を生成するために、第２の予備冷却熱交換器５６２のチューブ回路においてさらに冷却される。第２のさらに冷却されたＷＭＲ流５３７は、第２の予備冷却熱交換器５６２に冷却能力を提供する第２の膨張されたＷＭＲ流５３２を生成するために、第２のＷＭＲ膨張機器５３０において膨張される。代替的な実施形態において、第１の予備冷却されたＷＭＲ流５１７が、第１の予備冷却熱交換器５６０に補足の冷媒を提供するために、第１のＷＭＲ膨張機器５２６において膨張される前に、第１のさらに冷却されたＷＭＲ流５３６と混合され得る。
【０１１５】
第２のＷＭＲＶ流５９４は、圧縮されたＷＭＲ流５１４を生成するために、第５のＷＭＲ圧縮ステージ５１２Ｅにおいて圧縮されるようにＷＭＲ圧縮機５１２内に導入される。圧縮されたＷＭＲ流５１４は、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流５１６を生成するために、ＷＭＲ後部冷却器５１５において冷却され、好ましくは凝縮され、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流５１６が、第２の予備冷却されたＷＭＲ流５８０を生成するために、チューブ回路においてさらに冷却されるように第１の予備冷却熱交換器５６０内に導入される。第２の予備冷却されたＷＭＲ流５８０は、第３の予備冷却ＷＭＲ流５８１を生成するために、さらに冷却されるように第２の予備冷却熱交換器５６２内に導入され、第３の予備冷却ＷＭＲ流５８１が、第３のさらに冷却されたＷＭＲ流５３８を生成するために、さらに冷却されるように第３の予備冷却熱交換器５６４内に導入される。第３のさらに冷却されたＷＭＲ流５３８は、第３の膨張されたＷＭＲ流５８３を生成するために、第３のＷＭＲ膨張機器５８２において膨張され、第３の膨張されたＷＭＲ流５８３が、冷却能力を提供するために、第３の予備冷却熱交換器５６４のシェル側内に導入される。
【０１１６】
図５に示される実施形態において、最も高温の熱交換区分は、第１の予備冷却熱交換器４６０であり、最も低温の熱交換区分は、第３の予備冷却熱交換器４６４である。
【０１１７】
図５は、図２において説明された実施形態のすべての利益を保有する。それは、第３の予備冷却熱交換器および追加の圧縮ステージを伴い、このため図２より高い資本コストを伴う。ただし、図５は、３つの予備冷却熱交換器の各々に対し１つの、３つの異なるＷＭＲ成分を伴う。このため図５の実施形態は、結果として増大された資本コストで改善されたプロセス効率をもたらす。
【０１１８】
任意に、第２の予備冷却されたＷＭＲ流５８０の一部分が、第１の予備冷却熱交換器５６０に補足の冷媒を提供するために（点線５８１ａにより示される）、第１のＷＭＲ膨張機器５２６における膨張の前に、第１のさらに冷却されたＷＭＲ流５３６と混合されてもよい。これに代えて、またはこれに加えて、第３の予備冷却されたＷＭＲ流５８１の一部分が、第２の予備冷却熱交換器５６２に冷却能力を提供するために、第２のＷＭＲ膨張機器５３０における膨張の前に、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流５３７と混合されてもよい。
【０１１９】
前処理された供給流５０２が、第１の予備冷却された天然ガス５０４を生成するために、第１の予備冷却熱交換器５６０において冷却される。第１の予備冷却された天然ガス流５０４は、第３の予備冷却された天然ガス流５０５を生成するために、第２の予備冷却熱交換器５６２において冷却され、第３の予備冷却された天然ガス流５０５が、第２の予備冷却された天然ガス流５０６を生成するために、第３の予備冷却熱交換器５６４においてさらに冷却される。圧縮され冷却されたＣＭＲ流５４４が、第１の予備冷却されたＣＭＲ流５４６を生成するために、第１の予備冷却熱交換器５６０において冷却される。第１の予備冷却されたＣＭＲ流５４６は、第３の予備冷却されたＣＭＲ流５４７を生成するために、第２の予備冷却熱交換器５６２において冷却され、第３の予備冷却されたＣＭＲ流５４７が、第２の予備冷却されたＣＭＲ流５４８を生成するために、第３の予備冷却熱交換器５６４においてさらに冷却される。
【０１２０】
すべての実施形態（図２〜図５およびその変形例）において、予備冷却熱交換器からの高温シェル側流において存在する任意の液体は、ＷＭＲ圧縮機において蒸気を圧縮する前に、すべての液体を除去するために気液相分離器に送られ得る。代替的な実施形態において、大量の液体が予備冷却器からの高温シェル側流において存在する場合、液体分は、予備冷却熱交換器内に導入される、または予備冷却熱交換器における分離回路に導入されるために、任意の圧縮ステージの排出物と混合される、または１つ以上の液体流と混合されるように送液され得る。例えば、図５において、高圧ＷＭＲ流５１９、低圧ＷＭＲ流５１０、または中圧ＷＭＲ流５１８において存在する任意の液体は、圧縮されたＷＭＲ流５１４、または第１のＷＭＲＬ流５７５と混合されるように送液され得る。
【０１２１】
すべての実施形態において、任意の後部冷却器または中間冷却器は、過熱低減器および凝縮器のような複数の個別的な熱交換器を備えることができる。
【０１２２】
第２の予備冷却された天然ガス流（２０６、３０６、４０６、５０６）の温度は、「予備冷却温度」として定義され得る。予備冷却温度は、供給天然ガス流が、予備冷却システムから出て液化システムに入る温度である。予備冷却温度は、供給天然ガスを予備冷却および液化するための所要動力に影響を有する。全体システムについての所要動力は、予備冷却システムについての所要動力と液化システムについての所要動力との合計として定義される。全体システムについての所要動力に対する予備冷却システムについての所要動力の比率は、「動力配分」として定義される。
【０１２３】
図２〜図５において説明される実施形態について、動力配分は、０．２〜０．７、好ましくは０．３〜０．６、より好ましくは約０．５である。
【０１２４】
動力配分が増大すると、液化システムについての所要動力が減少し、予備冷却温度が低下する。言い換えると、冷媒負荷が、液化システムから予備冷却システムにシフトされる。これは、ＭＣＨＥサイズおよび／または液化動力可用性を制御するシステムに対して有益である。動力配分が低下すると、液化システムについての所要動力が増大し、予備冷却温度が上昇する。言い換えると、冷媒負荷が、予備冷却システムから液化システムにシフトされる。この配置は、予備冷却交換器サイズ、数、または予備冷却動力可用性を制限するシステムに対して有益である。動力配分は、通常、特定の天然ガス液化設備に対して選択された駆動装置の形式、量、および容量によって決定される。例えば、偶数の数の駆動装置が利用可能である場合、約０．５の動力配分で、動力負荷を予備冷却熱交換器にシフトし、予備冷却温度を低くして運転することが好ましいであろう。奇数の数の駆動装置が利用可能である場合、動力配分は、０．３〜０．５であり、冷媒負荷を液化システムにシフトし、予備冷却温度を上げ得る。
【０１２５】
すべての実施形態の主な利益は、利用可能な駆動装置の数、量、形式、および容量、熱交換器の数、熱交換器設計基準、圧縮機制限、ならびに他のプロジェクト特有の要求のような種々の要因に基づいて、動力配分、予備冷却熱交換器の数、圧縮ステージ、圧力レベル、および予備冷却温度の最適化を許容することである。
【０１２６】
すべての説明された実施形態について、任意の数の圧力レベルが、予備冷却および液化システムにおいて存在し得る。さらに、冷媒システムは、開ループであってもよく、または閉ループであってもよい。
【０１２７】
実施例１
【０１２８】
以下は、代表的な実施形態の運転の実施例である。実施例のプロセスおよびデータは、１年で約５．５百万メートルトンのＬＮＧを生成するＬＮＧプラントにおける２つの圧力予備冷却回路および単一圧力液化回路を含むＤＭＲプロセスのシミュレーションに基づき、特に図２に示される実施形態を参照する。この実施例の説明を簡素化するために、図２に示される実施形態に対して説明される要素および参照符号が使用されることになる。
【０１２９】
７６ｂａｒａ（１１０２ｐｓｉａ）および２０℃（カ氏６８度）の天然ガス流２０２が、−１８℃（カ氏０．５度）の第１の予備冷却された天然ガス流２０４を生成するために、第１の予備冷却熱交換器２６０において冷却され、第１の予備冷却された天然ガス流２０４が、−５３℃（カ氏−６４度）の第２の予備冷却された天然ガス流２０６を生成するために、第２の予備冷却熱交換器２６２において冷却される。６２ｂａｒａ（８９３ｐｓｉａ）および２５℃（カ氏７７度）の圧縮され冷却されたＣＭＲ流２４４が、−１８℃（カ氏０．５度）の第１の予備冷却されたＣＭＲ流２４６を生成するために、第１の予備冷却熱交換器２６０において冷却され、第１の予備冷却されたＣＭＲ流２４６が、−５２℃（カ氏−６１度）の第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８を生成するために、第２の予備冷却熱交換器２６２にある。
【０１３０】
３ｂａｒａ（４５ｐｓｉａ）、−２０℃（カ氏−５度）、および１１，７３２ｋｇｍｏｌｅ／ｈｒ（２５，８６５ｌｂｍｏｌｅ／ｈｒ）の低圧ＷＭＲ流２１０（低圧の第１の冷媒流とも呼ばれる）が、第２の予備冷却熱交換器２６２のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機２１２の第１の圧縮ステージ２１２Ａにおいて圧縮される。５ｂａｒａ（７４ｐｓｉａ）、２２℃（カ氏７１度）、および１３，１２５ｋｇｍｏｌｅ／ｈｒ（２８９３６ｌｂｍｏｌｅ／ｈｒ）の中圧ＷＭＲ流２１８（中圧の第１の冷媒流とも呼ばれる）が、第１の予備冷却熱交換器２６０のシェル側の高温端から取り出され、副流としてＷＭＲ圧縮機２１２内に導入され、ここにおいて第１の圧縮ステージ２１２Ａからの圧縮された流れ（図示されない）と混合する。混合流（図示されない）は、１８ｂａｒａ（２６４ｐｓｉａ）および７９℃（カ氏１７５度）の高高圧ＷＭＲ流２７０生成するためにＷＭＲ圧縮機２１２の第２のＷＭＲ圧縮ステージ２１２Ｂにおいて圧縮される。
【０１３１】
高高圧ＷＭＲ流２７０は、ＷＭＲ圧縮機２１２から取り出され、１７ｂａｒａ（２５０ｐｓｉａ）、２５℃（カ氏７７度）、２４，８５７ｋｇｍｏｌｅ／ｈｒ（５４，８０１ｌｂｍｏｌｅ／ｈｒ）、および０．４７の蒸気分の冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２を生成するために、高高圧ＷＭＲ中間冷却器２７１において冷却され部分的に凝縮される。冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２は、第１のＷＭＲＶ流２７４および第１のＷＭＲＬ流２７５を生成するために、第１のＷＭＲ気液分離機器２７３において相分離される。第１のＷＭＲＬ流２７５は、３１％のエタンおよびより軽い炭化水素を含有し、一方で第１のＷＭＲＶ流２７４は、５９％のエタンおよびより軽い炭化水素を含有する。
【０１３２】
第１のＷＭＲＬ流２７５は、第１の予備冷却熱交換器２６０に冷却能力を提供する、６ｂａｒａ（８１ｐｓｉａ）および−２１℃（カ氏ー５度）の第１の膨張されたＷＭＲ流２２８を生成するために、第１のＷＭＲ膨張機器２２６において膨張される、−１８℃（カ氏０度）の第１のさらに冷却されたＷＭＲ流２３６を生成すべく、チューブ回路において冷却されるように第１の予備冷却熱交換器２６０内に導入される。
【０１３３】
第１のＷＭＲＶ流２７４は、２９ｂａｒａ（４２３ｐｓｉａ）および５６℃（カ氏１３４度）の圧縮されたＷＭＲ流２１４を生成するために、第３のＷＭＲ圧縮ステージ２１２Ｃにおいて圧縮されるようにＷＭＲ圧縮機２１２内に導入される。圧縮されたＷＭＲ流２１４は、２５℃（カ氏７７度）の第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流２１６を生成するために、ＷＭＲ後部冷却器２１５において冷却され、好ましくは凝縮され、第１の冷却および圧縮されたＷＭＲ流２１６が、−１８℃（カ氏０度）の第１の予備冷却されたＷＭＲ流２１７を生成するために、チューブ回路においてさらに冷却されるように第１の予備冷却熱交換器２６０内に導入される。第１の予備冷却されたＷＭＲ流２１７は、−５３℃（カ氏−６３度）の第２のさらに冷却されたＷＭＲ流２３７を生成するために、チューブ回路においてさらに冷却されるように第２の予備冷却熱交換器２６２内に導入される。第２のさらに冷却されたＷＭＲ流２３７は、３ｂａｒａ（４７ｐｓｉａ）および−５７℃（カ氏−７０度）の第２の膨張されたＷＭＲ流２３２を生成するために、第２のＷＭＲ膨張機器２３０において膨張され、第２の膨張されたＷＭＲ流２３２が、冷却能力を提供するために、第２の予備冷却熱交換器２６２のシェル側内に導入される。
【０１３４】
この実施例において、動力配分は、０．４４であり、全体で４つの、各々約４０ＭＷの容量を有するガスタービン駆動装置が利用された。この実施形態は、図１に対応するものより約３．５％高いプロセス効率、および図１に対するものより約９℃低温の予備冷却温度を有する。このため、この実施例は、本明細書において説明された実施形態が低資本コストで効率を改善する効率的方法およびシステムを提供することを証明する。
【図１】
2020098092.tif 000004
【図２】
2020098092.tif 000005
【図３】
2020098092.tif 000006
【図４】
2020098092.tif 000007
【図５】
2020098092.tif 000008
【外国語明細書】
2020098092000001.pdf