(57)【要約】      （修正有）【課題】最高速度において及びターンダウン中において安定しておりかつ運転が可能である、より大容量の液化プラント向け液体天然ガス液化装置及び方法を提供する。【解決手段】少なくとも天然ガス原料流を受け入れる第１の予冷却用冷凍システム１０６と、少なくとも第１の冷媒流を受け入れる第２の予冷却用冷凍システム１０８と、第１の予冷却用冷凍システム１０６及び第２の予冷却用冷凍システム１０８に連通しており、第１の予冷却用冷凍システムから天然ガス原料流をそして第２の予冷却用冷凍システムから第１の冷媒流を受け入れて天然ガス原料流を液化する低温熱交換器１４６と、を含む天然ガス液化装置であって、第２の予冷却用冷凍システム１０８が、第１の予冷却用冷凍システム１０６によって受け入れられる流れ（単数又は複数）とは異なる組成を有する流れ（単数又は複数）のみを受け入れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも天然ガス原料流を受け入れる第１の予冷却用冷凍システムと、
少なくとも第１の冷媒流を受け入れる第２の予冷却用冷凍システムと、
前記第１の予冷却用冷凍システム及び前記第２の予冷却用冷凍システムに連通される低温熱交換器であって、前記第１の予冷却用冷凍システムから前記天然ガス原料流をそして前記第２の予冷却用冷凍システムから前記第１の冷媒流を受け入れて該天然ガス原料流を液化する低温熱交換器と、
を含む天然ガス液化装置であって、前記第２の予冷却用冷凍システムが、前記第１の予冷却用冷凍システムによって受け入れられる流れ（単数又は複数）とは異なる組成を有する流れ（単数又は複数）のみを受け入れる、天然ガス液化装置。
【請求項２】
前記第１の冷媒流が混合冷媒流である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の冷媒流が窒素、メタン、エタン及びプロパンを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記低温熱交換器に連通された過冷却交換器を更に含み、該過冷却交換器が前記低温熱交換器から第２の冷媒流を受け入れて間接熱交換により前記天然ガス原料流を過冷却する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の予冷却用冷凍システム及び前記第２の予冷却用冷凍システムが各々、
少なくとも１つのプロパン蒸発器、及び
該少なくとも１つのプロパン蒸発器に対し流体結合され、少なくとも１つのプロパン蒸気流を受け入れるように適合されたプロパン圧縮機、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の予冷却用冷凍システム及び前記第２の予冷却用冷凍システムがＣＯ2冷凍システムである、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の予冷却用冷凍システムが、少なくとも２つの負荷流を受け入れる熱交換器を少なくとも１つ含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
第１の駆動装置と第２の駆動装置を更に含み、該第１の駆動装置が前記第１の予冷却用冷凍システムの前記プロパン圧縮機と、前記第２の予冷却用冷凍システムの前記プロパン圧縮機と、第１の高圧冷媒圧縮機とを駆動し、該第２の駆動装置が第１の中圧冷媒圧縮機と第１の低圧冷媒圧縮機とを駆動する、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
第１の駆動装置と第２の駆動装置を更に含み、該第１の駆動装置が前記第１の予冷却用冷凍システムの前記プロパン圧縮機と、第１の低圧冷媒圧縮機とを駆動し、該第２の駆動装置が前記第２の予冷却用冷凍システムの前記プロパン圧縮機と、第１の高圧冷媒圧縮機とを駆動する、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
第１の駆動装置と第２の駆動装置を更に含み、該第１の駆動装置が前記第１の予冷却用冷凍システムの前記プロパン圧縮機と前記第２の予冷却用冷凍システムの前記プロパン圧縮機とを駆動し、該第２の駆動装置が第１の低圧冷媒圧縮機と第１の高圧冷媒圧縮機とを駆動する、請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
第３の駆動装置を更に含み、該第３の駆動装置が第２の低圧冷媒圧縮機と第２の高圧冷媒圧縮機とを駆動する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の駆動装置及び前記第２の駆動装置がガスタービンである、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記低温熱交換器が巻きコイル熱交換器である、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
天然ガス原料流を供給する工程、
第１の冷媒流を供給する工程、
第１の予冷却用冷凍システムで少なくとも前記天然ガス原料流を予冷却する工程、
第２の予冷却用冷凍システムで少なくとも前記第１の冷媒流を予冷却する工程、及び
予冷却した前記第１の冷媒流を低温熱交換器で気化させて、予冷却した前記天然ガス原料流を間接熱交換によりを冷却する工程、
を含む、天然ガス液化方法であって、前記第２の予冷却用冷凍システムが、前記第１の予冷却用冷凍システムによって予冷却される流れ（単数又は複数）とは異なる組成を有する流れ（単数又は複数）のみを予冷却する、天然ガス液化方法。
【請求項１５】
前記天然ガス原料流及び前記第１の冷媒流を＋６０°Ｆ〜−１００°Ｆまで予冷却する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第２の冷媒流を供給することを更に含み、該第２の冷媒流を前記第１の予冷却用冷凍システム又は前記第２の予冷却用冷凍システムで予冷却し、気化させて、前記天然ガス原料流を過冷却する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の冷媒流が混合冷媒流である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
大容量液化プラント向けの天然ガス液化装置であり、
次のものからなる群、すなわち、
天然ガス原料流、及び
少なくとも１つの冷媒流、
からなる群、から選択される１つの流れを受け入れる第１の予冷却用冷凍システム、
前記第１の予冷却用冷凍システムにより受け入れられない、次のものからなる群、すなわち、
前記天然ガス原料流、及び
前記少なくとも１つの冷媒流、
からなる群、からの残りの流れ（単数又は複数）を受け入れる第２の予冷却用冷凍システム、及び
前記第１の予冷却用冷凍システム及び前記第２の予冷却用冷凍システムに連通され、かつ、前記第１の予冷却用冷凍システム及び前記第２の予冷却用冷凍システムから前記天然ガス原料流及び前記少なくとも１つの冷媒流を受け入れるように適合された低温熱交換器であって、前記少なくとも１つの冷媒流が前記天然ガス原料流を液化するために用いられる、低温熱交換器、
を含む天然ガス液化装置であって、前記第２の予冷却用冷凍システムが、前記第１の予冷却用冷凍システムによって受け入れられる流れ（単数又は複数）とは異なる組成を有する流れ（単数又は複数）のみを受け入れる、天然ガス液化装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの冷媒流が混合冷媒流である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの冷媒流が第１の冷媒流と第２の冷媒流を含む、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流を液化するための装置と方法、より具体的には、大容量液化プラントにおける天然ガス流液化のための装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去数年来、液体天然ガス（ＬＮＧ）産業は、大規模プラントに付随する経済的利点を得るために大容量液化プラントを使用する方向に移行してきた。ただし、冷媒の質量及び体積流量が増大する場合には、スケールアップ問題が発生する。例えば、圧縮機器の設計、特に予冷却に関連する圧縮機器の設計は、流量の増大によってより速い先端速度をもつより大型の圧縮機インペラ、より厚く重いケーシング、そしてインペラへのより大きい入口速度が必要となるため、問題をはらむことになる。機器をスケールアップするにつれて、根本的な空気力学的限界に近づくことから、圧縮機の設計が更に問題を含むことになり、かくしてスケールアップはこれらの考慮事項によって制限される可能性がある。更に、これらの予冷却圧縮機は大きくて、多くの場合多数の段を含んでいる。その上、数多くの場合においてスケールアップには、製造及び／又は設置がむずかしく高コストとなる可能性のある大型で重量のある機器が必要となる。
【０００３】
本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６９６２０６０号明細書（Ｐｅｔｒｏｗｓｋｉら）には、第１段と第２段を有する第１の圧縮機であって、その第１段が第１のガスを圧縮するように適合され、その第２段が第４のガスと第１の圧縮機の第１段からの中間圧縮ガスとの組合せを圧縮するように適合されている、第１の圧縮機と、第１段と第２段を有する第２の圧縮機であって、その第１段が第２のガスを圧縮するように適合され、その第２段が、第３のガスと第２の圧縮機の第１段からの中間圧縮ガスとの組合せを圧縮するように適合されている、第２の圧縮機と、を含む圧縮機システムを含む大型プラントにおける液化用に設計された、既存のものに代わる１つの新しい装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最高速度において及びターンダウン中において安定した運転を提供する、より大容量の液化プラント向けの方法及びシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態は、最高速度において及びターンダウン中において安定しておりかつ運転が可能である、より大容量の液化プラント向け液体天然ガス液化装置及び方法を提供することによって、当該技術分野におけるこの必要を満たす。
【０００６】
一つの典型的実施形態においては、天然ガス液化装置が開示され、この装置は、少なくとも天然ガス原料流を受け入れる第１の予冷却用冷凍システム、少なくとも第１の冷媒流を受け入れる第２の予冷却用冷凍システム、及び第１の予冷却用冷凍システム及び第２の予冷却用冷凍システムに連通される低温熱交換器であって、第１の予冷却用冷凍システムから天然ガス原料流をそして第２の予冷却用冷凍システムから第１の冷媒流を受け入れて天然ガス原料流を液化する低温熱交換器、を含み、ここで第２の予冷却用冷凍システムは、第１の予冷却用冷凍システムによって受け入れられる流れ（単数又は複数）とは異なる組成を有する流れ（単数又は複数）のみを受け入れる。
【０００７】
別の典型的実施形態においては、天然ガス液化方法が開示され、この方法は、天然ガス原料流を供給する工程、第１の冷媒流を供給する工程、第１の予冷却用冷凍システムで少なくとも天然ガス原料流を予冷却する工程、第２の予冷却用冷凍システムで少なくとも第１の冷媒流を予冷却する工程、及び予冷却した第１の冷媒流を低温熱交換器において気化させて、予冷却した天然ガス原料流を間接熱交換により冷却する工程、を含み、ここで第２の予冷却用冷凍システムは、第１の予冷却用冷凍システムによって予冷却される流れ（単数又は複数）とは異なる組成を有する流れ（単数又は複数）のみを予冷却する。
【０００８】
更に別の典型的実施形態においては、大容量液化プラント向けの天然ガス液化装置が開示され、この装置は、天然ガス原料流及び少なくとも１つの冷媒流からなる群から選択された１つの流れを受け入れる第１の予冷却用冷凍システムと、第１の予冷却用冷凍システムにより受け入れられない、天然ガス原料流及び少なくとも１つの冷媒流からなる群からの残りの流れ（単数又は複数）を受け入れる第２の予冷却用冷凍システムと、第１の予冷却用冷凍システム及び第２の予冷却用冷凍システムに連通され、かつ、第１の予冷却用冷凍システム及び第２の予冷却用冷凍システムから天然ガス原料流及び少なくとも１つの冷媒流を受け入れるように適合された低温熱交換器であって、少なくとも１つの冷媒流が天然ガス原料流を液化するために用いられる低温熱交換器と、を含み、ここで第２の予冷却用冷凍システムは、第１の予冷却用冷凍システムによって受け入れられる流れ（単数又は複数）とは異なる組成を有する流れ（単数又は複数）のみを受け入れる。
【０００９】
以上の簡潔な要約ならびに以下の典型的実施形態の詳細な説明は、添付図面と合わせて読むことでよりよく理解される。本発明の実施形態を説明する目的で、図面には本発明の典型的実施形態が示されている。しかしながら、本発明は、ここに示されている具体的な方法及び手段に限定されるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【図２Ａ】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【図２Ｂ】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【図３】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【図４】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【図５】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【図６】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【図７Ａ】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【図７Ｂ】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【図８Ａ】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【図８Ｂ】本発明の態様に関係する典型的な装置と方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、予冷却される冷媒のシステムとプロセスに適用された本発明の典型的実施形態を示している。この典型的な装置１００においては、天然ガス原料流１０２及び液化冷媒流１０４の両方を予冷却するためにプロパンが使用されている。天然ガス原料流１０２は、例えば前処理してもよい。液化冷媒流１０４は、例えば純粋であってもよく、又は混合冷媒であってもよい。以下で説明される典型的実施形態では、液化冷媒流は混合冷媒流として言及されることがあるとは言え、以下で説明する液化冷媒流は、例えば純粋冷媒流であってもよいということを指摘しておくべきである。現場地域における冷媒の入手可能性及び装置の要件（例えば、最適な冷却性能を得るために冷却曲線を適合させる目的で混合冷媒の組成を調整すること）に応じて、液化冷媒流１０４は、窒素、メタン、エチレン、エタン、プロピレン、プロパン、イソブタン、ｎ−ブタン及びイソペンタンなどのうちの１種以上を含むことができる。
【００１２】
天然ガス原料流１０２の冷却の結果発生する蒸気の圧縮を１つの圧縮機１１８で行なうことができる一方で、液化冷媒流１０４の冷却から生成されるプロパン蒸気の圧縮は、別の圧縮機１２６で行なうことができる。
【００１３】
天然ガス原料流１０２及び混合冷媒流１０４の予冷却は、閉ループ予冷却冷凍システム（単数又は複数）において４つの異なる圧力レベルでプロパンなどの予冷却用冷媒を気化させることによって行うことができる。天然ガス原料流１０２は、機器の制限を理由として及び効率目的で予冷却することができる。４つの異なる圧力レベルで気化させるために予冷却用冷媒としてプロパンを使用することができる（典型的な図１〜７Ａに示しているように）ものの、例えば、二酸化炭素、メタン、プロパン、ブタン、イソブタン、プロピレン、エタン、エチレン、Ｒ２２、そしてＲ４１０Ａ、Ｒ１３４Ａ、Ｒ５０７、Ｒ２３を始めとする、ただしこれらに制限されるわけではない、ＨＦＣ冷媒、又はそれらの組合せも使用可能であるという点を指摘しておくべきである。
【００１４】
天然ガス原料流１０２の冷却は、ユニット１０６で実施される。ユニット１０６は、図２Ａで例示されているとおり、一連の熱交換器、弁及び分離器を含むことができる。天然ガス原料流１０２は、漸減する圧力（例えば２０２が最高で、２０８が最低）で運転して冷却した一連の流れ２０３、２０５、２０７及び１５０を生成しうる一連のプロパン蒸発器２０２、２０４、２０６、２０８で予冷却用冷媒との間接熱交換により冷却される。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果、４つのプロパン蒸気流１１０、１１２、１１４、１１６が得られ、これらはその後圧縮機１１８で圧縮される。結果として得られた圧縮流１２０はその後、プロパン凝縮器１２２で凝縮されて液体流１２４を生成し、一連のプロパン蒸発器２０２、２０４、２０６、２０８へ再導入される。これらのタイプの方法及びシステムで使用されるプロパン凝縮器としては、例えば、プロパンデスーパーヒーター、凝縮器、蓄圧器及びプロパン過冷却器を挙げることができる。図１、２Ａ、２Ｂ、３、４、５、６及び７Ａに示されているこの典型的実施形態では４段予冷却システムが使用されているものの、予冷却システムは、単段、２段、３段からなることができ、あるいは、例えば一連のプロパン蒸発器が漸減する圧力で運転することができる場合には、５段以上を有するシステムが考えられるということを指摘しておくべきである。
【００１５】
混合冷媒流１０４の冷却は、ユニット１０８で実施される。ユニット１０８も、図２Ｂに示されているように、一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。混合冷媒流１０４も、漸減する圧力（例えば２２２が最高で、２２８が最低）で運転して冷却した一連の流れ２２３、２２５、２２７及び１３８を生成しうる一連のプロパン蒸発器２２２、２２４、２２６、２２８で予冷却用冷媒との間接熱交換により冷却することができる。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果として４つのプロパン蒸気流１３０、１３２、１３４、１３６が得られ、これらはその後圧縮機１２６で圧縮される。結果として得られた圧縮流１２７はその後、プロパン凝縮器１２８で凝縮されて液体流１２９を生成し、一連のプロパン蒸発器２２２、２２４、２２６、２２８に再導入される。
【００１６】
冷却された混合冷媒流１３８は、相分離器１４０で、液体混合冷媒流１４２と蒸気混合冷媒流１４４へと分離される。液体混合冷媒流１４２は、低温熱交換器（ＭＣＨＥ）１４６で過冷却されて流れ１４７を生成する。その後、等エンタルピー弁１４８を通して流れ１４７を減圧して流れ１４９を生成することができる。次に、ＭＣＨＥ１４６のシェル側で流れ１４９を気化させて、チューブ側の流れ１４２、１４４、１５０を冷却することができる。
【００１７】
蒸気混合冷媒流１４４は、ＭＣＨＥ１４６で凝縮され過冷却されて流れ１５１を生成する。その後、等エンタルピー弁１５２を通して流れ１５１を減圧して流れ１５３を生成することができる。次に、ＭＣＨＥ１４６のシェル側で流れ１５３を気化させて、チューブ側の流れ１４２、１４４、１５０を冷却することができる。
【００１８】
冷却された天然ガス原料流１５０はＭＣＨＥ１４６に入り、そこで更に冷却されて製品流１６６を生成でき、この製品流１６６は例えば液体天然ガス（ＬＮＧ）であることができる。
【００１９】
ＭＣＨＥ１４６から出てくる低圧混合冷媒流１４５は、低圧混合冷媒圧縮機１５４で圧縮されて流れ１５５を生成する。全ての典型的実施形態の冷媒圧縮機が１つ以上の中間冷却器及び圧縮機ケーシングを含み得るという点を指摘しておくべきである。例えば、混合冷媒圧縮機１５４は、１つ以上の中間冷却器と少なくとも１つの圧縮機ケーシングを含むことができる。中間冷却器及び後段冷却器は、周囲環境に圧縮熱を廃棄するために周囲ヒートシンク（空気又は水）を用いる。
【００２０】
流れ１５５は、中間冷却器１５６で冷却されて流れ１５７を生成する。流れ１５７は、中圧混合冷媒圧縮機１５８で更に圧縮されて、流れ１５９を生成する。流れ１５９は、中間冷却器１６０で冷却されて流れ１６１を生成する。流れ１６１は、高圧混合冷媒圧縮機１６２で更に圧縮されて流れ１６３を生成する。流れ１６３は、後段冷却器１６４で冷却されて、もとの混合冷媒流１０４として再循環される。
【００２１】
図１に示された典型的実施形態は、冷凍圧縮機１１８、１２６、１５４、１５８、１６２に供給される動力が、直結された同一サイズの２基のガスタービン１８０、１８２によっていかにして提供されるかを示している。例えば、混合冷媒圧縮機１５４、１５８はガスタービン駆動装置１８０により駆動される一方で、混合冷媒圧縮機１６０及びプロパン圧縮機１１８、１２６はガスタービン駆動装置１８２によって駆動される。この典型的実施形態においては、混合冷媒圧縮機１５８及び１６２の間の設計圧力レベルは、２つのガスタービン駆動装置１８０、１８２の所要仕事が本質的に等しくなるように選択することができる。全ての典型的実施形態におけるガスタービン駆動装置は、例えば、単軸ガスタービンか又は多軸ガスタービンであってよい。
【００２２】
この典型的実施形態は、冷凍圧縮機１１８、１２６、１５４、１５８及び１６２に動力供給するために用いられる方法とは無関係である。冷凍圧縮機１１８、１２６、１５４、１５８及び１６２及びその他の典型的実施形態の冷凍圧縮機は、１つ以上のガスタービン、電動モーター、蒸気タービン、又は異なる駆動装置の組合せによって駆動することができる。図１に例示されている通り、ガスタービン１８０、１８２は、スターター／ヘルパー電動モーター１８４、１８６を含んでいてよく、それぞれガスタービン１８０、１８２の始動を助け、最適には付加的な動力を提供してガスタービン１８０、１８２を補助するか、或いはガスタービンから余剰の電力が利用可能である場合に電力を発生させて電力網へと送出する。その上、図１に示された典型的実施形態及び、開示されたその他全ての典型的実施形態について、圧縮機本体及び各々の駆動装置に結合されたスターター／ヘルパー電動モーターの順序は固定されておらず、任意のシステム要件、メンテナンス要件及び／又はプラント設計要件に応じて操作／変更可能である。例えば、図１のスターター／ヘルパー電動モーター１８６は、駆動装置１８２に近接せず離れたところに（すなわち、駆動装置列の反対側に）配置することができる。圧縮機本体１１８、１２６、１６２の位置も同様に交換可能である。
【００２３】
図３は、プロパン圧縮機３１８、３２６がそれぞれ異なる駆動装置３８０、３８２によって動力供給される、別の典型的実施形態３００を示している。この典型的実施形態においては、同等のガスタービン駆動装置３８０、３８２からの動力需要は、低圧混合冷媒圧縮機３５４の吐出圧力を調整することによってバランスをとることができる。
【００２４】
図３の典型的実施形態３００に示されているように、天然ガス原料流３０２の冷却はユニット３０６で実施される。図１のユニット１０６と同様に、ユニット３０６は、図２Ａに例示されているような、一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。天然ガス原料流３０２は、間接熱交換によって冷却されて、最終的に冷却した流れ３５０を生成する。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果、４つのプロパン蒸気流３１０、３１２、３１４、３１６が得られ、これらの流れは次に圧縮機３１８で圧縮することができる。結果として得られた圧縮流３２０はその後プロパン凝縮器３２２で凝縮されて液体流３２４を生成し、図２Ａに示されているような一連のプロパン蒸発器に再導入することができる。
【００２５】
混合冷媒流３０４の冷却は、ユニット３０８で実施される。ユニット３０８も、図２Ｂに示されているような、一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。混合冷媒流３０４も、間接熱交換により冷却されて最終的に冷却した流れ３３８を生成することができる。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果として４種類のプロパン蒸気流３３０、３３２、３３４、３３６が得られ、これらはその後圧縮機３２６で圧縮することができる。結果として得られた圧縮流３２７はその後、プロパン凝縮器３２８で凝縮されて液体流３２９を生成し、図２Ｂに示されているような一連のプロパン蒸発器に再導入することができる。
【００２６】
ここでもまた、冷却された混合冷媒流３３８は、相分離器３４０で液体混合冷媒流３４２と蒸気混合冷媒流３４４へと分離される。液体混合冷媒流３４２は、低温熱交換器（ＭＣＨＥ）３４６で過冷却されて流れ３４７を生成する。その後、等エンタルピー弁３４８を通して流れ３４７を減圧して流れ３４９を生成することができる。次に、ＭＣＨＥ３４６のシェル側で流れ３４９を気化させて、チューブ側の流れ３４２、３４４、３５０を冷却することができる。
【００２７】
蒸気混合冷媒流３４４は、ＭＣＨＥ３４６で凝縮され過冷却されて流れ３５１を生成する。その後、等エンタルピー弁３５２を通して流れ３５１を減圧して流れ３５３を生成することができる。次に、ＭＣＨＥ３４６のシェル側で流れ３５３を気化させて、チューブ側の流れ３４２、３４４、３５０を冷却することができる。
【００２８】
冷却された天然ガス原料流３５０はＭＣＨＥ３４６に入ることができ、そこで更に冷却されて製品流３６６を生成し、この製品流３６６は例えば液体天然ガス（ＬＮＧ）であることができる。
【００２９】
ＭＣＨＥ３４６から出てくる低圧混合冷媒流３４５は、低圧冷媒圧縮機３５４で圧縮されて流れ３５５を生成する。流れ３５５は、中間冷却器３５６で冷却されて流れ３５７を生成する。流れ３５７は、高圧冷媒圧縮機３６２で更に圧縮されて、流れ３６３を生成する。流れ３６３は、後段冷却器３６４で冷却されて、もとの混合冷媒流３０４として再循環される。
【００３０】
動力は直結された同一サイズの２基のガスタービン３８０、３８２によって冷凍圧縮機３１８、３２６、３５４、３６２に供給される。図３にに示したように、ガスタービン３８０、３８２は、スターター／ヘルパー電動モーター３８４、３８６を含んでいてよく、それぞれガスタービン３８０、３８２の始動を助け、最適には付加的な動力を提供してガスタービン３８０、３８２を補助するか、或いはガスタービンから余剰の電力が利用可能である場合には電力網へと送出する。
【００３１】
図４は、別の典型的実施形態４００を示しており、ここでは駆動装置の１つがプロパン圧縮機４１８及び高圧冷媒圧縮機４６２に対して動力を提供する一方、他方の駆動装置がプロパン圧縮機４２６及び低圧冷媒圧縮機４５４に動力を提供するように、図３の圧縮機４１８、４２６の位置を入れ替えることができる。
【００３２】
図４の典型的実施形態４００に示されているように、天然ガス原料流４０２の冷却はユニット４０６で実施される。図１のユニット１０６と同様に、ユニット４０６は、図２Ａに示されているような、一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。天然ガス原料流４０２は、間接熱交換によって冷却されて、最終的に冷却した流れ４５０を生成する。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果、４つのプロパン蒸気流４１０、４１２、４１４、４１６が得られ、これらの流れは次に圧縮機４１８で圧縮することができる。結果として得られた圧縮流４２０はその後プロパン凝縮器４２２で凝縮されて液体流４２４を生成し、図２Ａに示されているような一連のプロパン蒸発器に再導入することができる。
【００３３】
混合冷媒流４０４の冷却は、ユニット４０８で実施される。ユニット４０８も、図２Ｂに示されているような、一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。混合冷媒流４０４も、間接熱交換により冷却されて最終的に冷却した流れ４３８を生成することができる。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果、４つのプロパン蒸気流４３０、４３２、４３４、４３６が得られ、これらはその後圧縮機４２６で圧縮することができる。結果として得られた圧縮流４２７はその後、プロパン凝縮器４２８で凝縮されて液体流４２９を生成し、図２Ｂに示されているような一連のプロパン蒸発器に再導入することができる。
【００３４】
ここでもまた、冷却された混合冷媒流４３８は、相分離器４４０で、液体混合冷媒流４４２と蒸気混合冷媒流４４４に分離される。液体混合冷媒流４４２は、低温熱交換器（ＭＣＨＥ）４４６で過冷却されて流れ４４７を生成する。その後、等エンタルピー弁４４８を通して流れ４４７を減圧して流れ４４９を生成することができる。次に、ＭＣＨＥ４４６のシェル側で流れ４４９を気化して、チューブ側の流れ４４２、４４４、４５０を冷却することができる。
【００３５】
蒸気混合冷媒流４４４は、ＭＣＨＥ４４６で凝縮され過冷却されて流れ４５１を生成する。その後、等エンタルピー弁４５２を通して流れ４５１を減圧して流れ４５３を生成することができる。次に、ＭＣＨＥ４４６のシェル側で流れ４５３を気化して、チューブ側の流れ４４２、４４４、４５０を冷却することができる。
【００３６】
冷却された天然ガス原料流４５０はＭＣＨＥ４４６に入り、そこで更に冷却されて製品流４６６を生成でき、この製品流４６６は例えば液体天然ガス（ＬＮＧ）であることができる。
【００３７】
ＭＣＨＥ４４６から出てくる低圧混合冷媒流４４５は、低圧冷媒圧縮機４５４で圧縮されて流れ４５５を生成する。流れ４５５は、中間冷却器４５６で冷却されて流れ４５７を生成する。流れ４５７は、高圧冷媒圧縮機４６２で更に圧縮されて、流れ４６３を生成する。流れ４６３は、後段冷却器４６４で冷却されて、もとの混合冷媒流４０４として再循環される。
【００３８】
動力は、直結された同一サイズの２基のガスタービン４８０、４８２によって冷凍圧縮機４１８、４２６、４５４、４６２に供給される。図４に示されているような、ガスタービン４８０、４８２は、スターター／ヘルパー電動モーター４８４、４８６を含んでいてよく、それぞれガスタービン４８０、４８２の始動を助け、最適には付加的な動力を提供してガスタービン４８０、４８２を補助するか、或いはガスタービンから余剰の電力が利用可能である場合には電力網へと送出する。
【００３９】
図５は、３ループ冷凍システムに適用された、更に別の典型的実施形態５００を示す。この典型的実施形態５００では、ユニット５０６は、天然ガス原料流５０２に加えて第３の冷媒流５０３を予冷却する。図１のユニット１０６と同様に、ユニット５０６は、図２Ａに例示されているような、一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。天然ガス原料流５０２は、間接熱交換によって冷却されて、最終的に冷却した流れ５５０を生成する。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果、４つのプロパン蒸気流５１０、５１２、５１４、５１６が得られ、これらの流れは次に圧縮機５１８で圧縮することができる。結果として得られた圧縮流５２０はその後プロパン凝縮器５２２で凝縮されて液体流５２４を生成し、図２Ａに示されているような一連のプロパン蒸発器に再導入することができる。
【００４０】
混合冷媒流５０４の冷却は、ユニット５０８で実施される。ユニット５０８も、図２Ｂに示されているような、一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。混合冷媒流５０４も、間接熱交換により冷却されて最終的に冷却した流れ５３８を生成することができる。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果として４つのプロパン蒸気流５３０、５３２、５３４、５３６が得られ、これらはその後圧縮機５２６で圧縮することができる。結果として得られた圧縮流５２７はその後、プロパン凝縮器５２８で凝縮されて液体流５２９を生成し、図２Ｂに示されているような一連のプロパン蒸発器に再導入することができる。
【００４１】
冷却された混合冷媒流５３８は、低温熱交換器（ＭＣＨＥ）５４６で過冷却されて流れ５４７を生成する。その後、等エンタルピー弁５４８を通して流れ５４７を減圧して流れ５４９を生成することができる。次に、ＭＣＨＥ５４６のシェル側で流れ５４９を気化させて、チューブ側の流れ５０５、５３８及び５５０を冷却することができる。
【００４２】
冷却された混合冷媒流５０５も、ＭＣＨＥ５４６で過冷却され液化されて流れ５６９を生成し、次に交換器５６８で過冷却されて流れ５５１を生成することができる。交換器５６８は、例えば、巻きコイルタイプの交換器でよい。結果として得られた流れ５５１は次に等エンタルピー弁５５２を通して減圧され、流れ５５３を生成することができる。その後、流れ５５３を交換器５６８で気化させて、原料ガス流（流れ５６７として入り５６６として出てゆく）及び第３の冷媒流５６９の両方を過冷却するための寒冷を提供することができる。気化及び加温の後、第３の冷媒流５５３は流れ５９３として交換器５６８から出てゆき、次に圧縮機５９４により圧縮されて流れ５９５を生成する。流れ５９５は次に混合冷媒中間冷却器５９６で冷却されて流れ５９７を生成する。流れ５９７は圧縮機５９８で圧縮されて、流れ５９９を生成する。流れ５９９はその後、混合冷媒後段冷却器５０１で冷却されて、もとの流れ５０３として再循環される。
【００４３】
冷却された天然ガス原料流５５０はＭＣＨＥ５４６に入ることができ、そこで更に冷却されて流れ５６７を生成する。流れ５６７は次に交換器５６８で過冷却されて製品流５６６を生成することができ、この製品流は、例えば液体天然ガス（ＬＮＧ）であることができる。
【００４４】
ＭＣＨＥ５４６から出てくる低圧混合冷媒流５４５は、低圧冷媒圧縮機５５４で圧縮されて流れ５５５を生成する。流れ５５５は、中間冷却器５５６で冷却されて流れ５５７を生成する。流れ５５７は、高圧冷媒圧縮機５５８で更に圧縮されて、流れ５５９を生成する。流れ５５９は、後段冷却器５６４で冷却されて、もとの混合冷媒流５０４として再循環される。
【００４５】
動力は直結された同一サイズの３基のガスタービン５８０、５８２、５９２によって冷凍圧縮機５１８、５２６、５５４、５５８、５９４、５９８に供給される。図１、３及び４に示されているように、ガスタービンは、スターター／ヘルパー電動モーター（この実施形態では図示せず）を含んでいてよく、ガスタービンの始動を助け、最適には付加的な動力を提供してガスタービンを補助するか、或いはガスタービンから余剰の電力が利用可能である場合には電力網へと送出する。
【００４６】
図６は、別の３ループ冷凍システムに適用された、更に別の典型的実施形態６００を示す。この典型的実施形態６００では、ユニット６０６は天然ガス原料流６０２のみを予冷却する。図１のユニット１０６と同様に、ユニット６０６は、図２Ａに示されているような一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。天然ガス原料流６０２は、間接熱交換によって冷却されて、最終的に冷却した流れ６５０を生成する。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果、４つのプロパン蒸気流６１０、６１２、６１４、６１６が得られ、これらの流れは次に圧縮機６１８で圧縮することができる。結果として得られた圧縮流６２０はその後プロパン凝縮器６２２で凝縮されて液体流６２４を生成し、図２Ａに示されているような一連のプロパン蒸発器に再導入することができる。
【００４７】
この典型的実施形態では、混合冷媒流６０３、６０４の両方がユニット６０８で冷却される。ユニット６０８も、図２Ｂに示されているような、一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。混合冷媒流６０３、６０４も、間接熱交換により冷却されて最終的に冷却した流れ６０５、６３８を生成することができる。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果、４つのプロパン蒸気流６３０、６３２、６３４、６３６が得られ、これらはその後圧縮機６２６で圧縮することができる。結果として得られた圧縮流６２７はその後、プロパン凝縮器６２８で凝縮されて液体流６２９を生成し、図２Ｂに示されているような一連のプロパン蒸発器に再導入することができる。
【００４８】
冷却された混合冷媒流６３８は、低温熱交換器（ＭＣＨＥ）６４６で過冷却されて流れ６４７を生成する。その後、等エンタルピー弁６４８を通して流れ６４７を減圧して流れ６４９を生成することができる。次に、ＭＣＨＥ６４６のシェル側で流れ６４９を気化させて、チューブ側の流れ６０５、６３８、６５０を冷却することができる。
【００４９】
冷却された混合冷媒流６０５も、ＭＣＨＥ６４６で過冷却され液化されて流れ６６９を生成し、次に交換器６６８で過冷却されて流れ６５１を生成することができる。交換器６６８は、例えば、巻きコイルタイプの交換器でよい。結果として得られた流れ６５１は次に等エンタルピー弁６５２を通して減圧され、流れ６５３を生成することができる。その後、流れ６５３を交換器６６８で気化させて、原料ガス流（流れ６６７として入り６６６として出てゆく）及び第３の冷媒流６６９の両方を過冷却するための寒冷を提供することができる。気化及び加温の後、第３の冷媒流６５３は流れ６９３として交換器６６８から出てゆき、次に圧縮機６９４により圧縮されて流れ６９５を生成する。流れ６９５は次に混合冷媒中間冷却器６９６で冷却されて流れ６９７を生成する。流れ６９７は圧縮機６９８で圧縮されて、流れ６９９を生成する。流れ６９９はその後、混合冷媒後段冷却器６０１で冷却されて、もとの流れ６０３として再循環される。
【００５０】
冷却された天然ガス原料流６５０はＭＣＨＥ６４６に入ることができ、そこで更に冷却されて流れ６６７を生成する。流れ６６７は次に交換器６６８で過冷却されて製品流６６６を生成することができ、この製品流は例えば液体天然ガス（ＬＮＧ）であることができる。
【００５１】
ＭＣＨＥ６４６から出てゆく低圧混合冷媒流６４５は、低圧冷媒圧縮機６５４で圧縮されて流れ６５５を生成する。流れ６５５は、中間冷却器６５６で冷却されて流れ６５７を生成する。流れ６５７は、高圧冷媒圧縮機６５８で更に圧縮されて、流れ６５９を生成する。流れ６５９は、後段冷却器６６４で冷却されて、もとの混合冷媒流６０４として再循環される。
【００５２】
動力は直結された同一サイズの３基のガスタービン６８０、６８２、６９２によって冷凍圧縮機６１８、６２６、６５４、６５８、６９４、６９８に供給される。図１、３及び４に示されているように、ガスタービンはスターター／ヘルパー電動モーター（この実施形態では図示せず）を含んでいてよく、ガスタービンの始動を助け、最適には付加的な動力を提供してガスタービンを補助するか、或いはガスタービンから余剰の電力が利用可能である場合には電力網へと送出する。
【００５３】
図７Ａは、更に別の３ループ冷凍システムに適用された別の典型的実施形態７００Ａを示す。この典型的実施形態７００Ａでは、ユニット７０６は、天然ガス原料流７０２と混合冷媒流７０４を予冷却する。図１のユニット１０６と同様に、ユニット７０６は、図２Ａに例示されているような、一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。天然ガス原料流７０２及び混合冷媒流７０４は、間接熱交換によって冷却されて、最終的に冷却した流れ７５０、７３８を生成する。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果、４つのプロパン蒸気流７１０、７１２、７１４、７１６が得られ、これらの流れは次に圧縮機７１８で圧縮することができる。結果として得られた圧縮流７２０はその後プロパン凝縮器７２２で凝縮されて液体流７２４を生成し、図２Ａに示されているような一連のプロパン蒸発器に再導入することができる。
【００５４】
この典型的実施形態では、混合冷媒流７０３のみがユニット７０８で冷却される。ユニット７０８も、図２Ｂで例示されているような、一連の熱交換器、弁及び分離器を含み得る。混合冷媒流７０３は、間接熱交換により冷却されて最終的に冷却した流れ７０５を生成する。４つの圧力でプロパンを蒸発させた結果として４つのプロパン蒸気流７３０、７３２、７３４、７３６が得られ、これらはその後圧縮機７２６で圧縮することができる。結果として得られた圧縮流７２７はその後、プロパン凝縮器７２８で凝縮されて液体流７２９を生成し、図２Ｂに示されているような一連のプロパン蒸発器に再導入することができる。
【００５５】
冷却された混合冷媒流７３８は、低温熱交換器（ＭＣＨＥ）７４６で過冷却されて流れ７４７を生成する。その後、等エンタルピー弁７４８を通して流れ７４７を減圧して流れ７４９を生成することができる。次に、ＭＣＨＥ７４６のシェル側で流れ７４９を気化させて、チューブ側の流れ７０５、７３８、７５０を冷却することができる。
【００５６】
冷却された混合冷媒流７０５も、ＭＣＨＥ７４６で過冷却され液化されて流れ７６９を生成し、次に交換器７６８で過冷却されて流れ７５１を生成することができる。交換器７６８は、例えば、巻きコイルタイプの交換器でよい。結果として得られた流れ７５１は次に等エンタルピー弁７５２を通して減圧され、流れ７５３を生成することができる。その後、流れ７５３を交換器７６８で気化させて、原料ガス流（流れ７６７として入り７６６として出てゆく）及び第３の冷媒流７６９の両方を過冷却するための寒冷を提供することができる。気化及び加温の後、第３の冷媒流７５３は流れ７９３として交換器７６８から出てゆき、次に圧縮機７９４により圧縮されて流れ７９５を生成する。流れ７９５は次に混合冷媒中間冷却器７９６で冷却されて流れ７９７を生成する。流れ７９７は圧縮機７９８で圧縮されて、流れ７９９を生成する。流れ７９９はその後、混合冷媒後段冷却器７０１で冷却されて、もとの流れ７０３として再循環される。
【００５７】
冷却された天然ガス原料流７５０はＭＣＨＥ７４６に入ることができ、そこで更に冷却されて流れ７６７を生成する。流れ７６７は次に交換器７６８で過冷却されて製品流７６６を生成することができ、この製品は例えば液体天然ガス（ＬＮＧ）などであることができる。
【００５８】
ＭＣＨＥ７４６から出てゆく低圧混合冷媒流７４５は、低圧冷媒圧縮機７５４で圧縮されて流れ７５５を生成する。流れ７５５は、中間冷却器７５６で冷却されて流れ７５７を生成する。流れ７５７は、高圧冷媒圧縮機７５８で更に圧縮されて、流れ７５９を生成する。流れ７５９は、後段冷却器７６４で冷却されて、もとの混合冷媒流７０４として再循環される。
【００５９】
動力は直結された同一サイズの３基のガスタービン７８０、７８２、７９２によって冷凍圧縮機７１８、７２６、７５４、７５８、７９４、７９８に供給される。図１、３及び４に示されているように、ガスタービンはスターター／ヘルパー電動モーター（この実施形態では図示せず）を含んでいてよく、ガスタービンの始動を助け、最適には付加的な動力を提供してガスタービンを補助するか、或いはガスタービンから余剰の電力が利用可能である場合には電力網へと送出する。
【００６０】
図７Ｂは、７００Ａと同様の更に別の実施形態７００Ｂを例示するが、この典型的実施形態７００Ｂにおいては、２段混合冷媒予冷却システムにおける混合冷媒流との間接熱交換によって、ユニット７０６が天然ガス原料流７０２と混合冷媒流７０４を予冷却する。図７Ｂは２段混合冷媒予冷却システムの使用を開示してはいるが、予冷却は、例えば、単段混合冷媒予冷却システムを使用して、又は３以上の段を有する混合冷媒予冷却システムを使用して実施してもよい。更に、混合冷媒予冷却システムを、上記の典型的実施形態のいずれかで開示されているプロパン予冷却システムと入れ換えてもよい。
【００６１】
図８Ａ及び図８Ｂは、図７Ｂに示された典型的ユニット７０６及び７０８を説明するものである。ユニット７０６は、２つの熱交換器８１０、８１２を含むことができ、そこでは流れ７０２、７０４と、流れ７２４の少なくとも一部とが、熱交換器８１０において流れ７１３との間接熱交換により冷却される。流れ７２４は、熱交換器８１０に入り、冷却されて流れ８３０を生成する。流れ８３０は２つの流れ８３１、８３２に分割され、流れ８３１は熱交換器８１２で更に冷却される一方、流れ８３２は等エンタルピー弁８１４を通して減圧され、流れ８３３を生成する。流れ８３３は次に熱交換器８１０に入って流れ７０２、７０４、７２４を冷却し、熱交換器８１０から流れ７１３として出てゆく。
【００６２】
流れ８３１は熱交換器８１２で冷却されて流れ８３４を生成し、等エンタルピー弁８１６を通して減圧された後、結果として得られた流れ８３５は熱交換器８１２に導入されて、結果として得られる流れ７３８、７５０、８３４のために更なる冷却を行う。
【００６３】
ユニット７０８は、２つの熱交換器８１８、８２０を含むことができ、そこでは流れ７０３、７２９が、熱交換器８１８における流れ７３３との間接熱交換によって冷却される。流れ７２９は熱交換器８１８に入り、冷却されて流れ８４０を生成する。流れ８４０は２つの流れ８４１、８４２に分割され、流れ８４１は熱交換器８２０で更に冷却される一方、流れ８４２は等エンタルピー弁８２２を通して減圧されて流れ８４３を生成する。流れ８４３は次に熱交換器８１８に入り、流れ７０３、７２９を冷却して、熱交換器８１８から流れ７３３として出てゆく。
【００６４】
流れ８４１は熱交換器８２０で冷却されて流れ８４４を生成し、等エンタルピー弁８２４を通して減圧された後、結果として得られた流れ８４５は熱交換器８２０に導入されて、結果として得られる流れ７０５、８４４のために更なる冷却を行う。
【００６５】
熱交換器８１０、８１２、８１８、８２０は、例えば、巻きコイル熱交換器、プレート−フィンろう付けアルミニウム（コア）タイプの熱交換器、又はシェル・アンド・チューブ式熱交換器でよい。熱交換器８１０、８１２を組み合わせて、例えば単一の熱交換器にしてもよい。熱交換器８１８、８２０もやはり組み合わせて、例えば単一の熱交換器にしてもよい。最終的には、熱交換器８１０、８１２、８１８、８２０を組み合わせて、例えば単一の熱交換器にしてもよい。熱交換器８１０、８１２、８１８、８２０は、例えば２つ以上の負荷流を受け入れることができる。
【００６６】
ユニット１０６、１０８での予冷却は、例えば、ＭＣＨＥ１４６での更なる冷却の前に流れ１５０と１３８の温度が＋６０°Ｆ〜−１００°Ｆ程度の低温に達することができるように、原料流１０２と液化冷媒流１０４を十分に冷却することができる。同じ冷却範囲を、図３〜７Ｂで達成することができる。一つの実施形態においては、例えば、プロパンを＋２０°Ｆ〜−４０°Ｆの温度範囲に達するための予冷却用冷媒として使用することができる。
【００６７】
効率を改善するため、等エンタルピー弁１４８、１５２（及び図３〜７Ｂ中の対応する等エンタルピー弁）を、任意選択的に、例えば仕事抽出液体タービンで置換えてもよい。更には、プロパン凝縮器１２２、１２８（及び図３〜７Ａ中の対応するプロパン凝縮器）は、例えば予冷却用冷媒を凝縮し、デスーパーヒートし、及び／又は任意選択的に過冷却するために使用される周囲ヒートシンク冷却器であってもよい。
【実施例】
【００６８】
以下の実施例は、プロパン予冷却型混合冷媒プロセスに適用された、図１、２Ａ及び２Ｂのコンピュータシミュレーションに基づくものである。図１におけるように、天然ガス原料流１０２は、水分（Ｈ2Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、二酸化硫黄（ＳＯ2）、水銀、そしてベンゼン、エチルベンゼン及びトルエンを始めとし、ただしこれらに制限されるわけではない、他の重質成分が、ＭＣＨＥ１４６で凍結することになるであろう濃度で天然ガス原料流１０２中に存在している場合には、それらを除去することを含む、前処理の後に、ユニット１０６に入ってきた。前処理された天然ガス原料流１０２は３５℃及び４０バール絶対圧にあり、１２，２６０ｋｇ−ｍｏｌ／ｈの流量であった。天然ガス原料流１０２を、プロパン蒸発器２０２が最高の圧力にありプロパン蒸発器２０８が最低圧力にある、７．１６バール、４．２５バール、２．５４バール及び１．４７バールの漸減する圧力で運転する一連のプロパン蒸発器２０２、２０４、２０６、２０８（図２Ａに図示）での間接熱交換によって冷却した。４つの圧力におけるプロパンの蒸発の結果、４つのプロパン蒸気流１１０、１１２、１１４、１１６が得られ、これらを次に圧縮機１１８で圧縮した。結果として得た流れ１２０（１６．２バール、及び１０，９３０ｋｇ−ｍｏｌ／ｈ）を次に、周囲ヒートシンク（空気又は水）を用いてプロパン凝縮器１２２で凝縮し、液体流１２４を生成した。
【００６９】
天然ガス原料流１０２をプロパンにより−２２．５℃まで予冷却した。結果として得られた冷却した流れ１５０を次に、混合冷媒を気化させることによりＭＣＨＥ１４６で冷却・液化し、−１６３．３℃の液体天然ガス（ＬＮＧ）流１６６を生成した。
【００７０】
混合冷媒流１０４のモル組成は次のとおりであった。
【００７１】
【表１】
2010189622.tif 000003
【００７２】
混合冷媒流１０４は３５℃及び６２バール絶対圧であり、その流量は５０，２５０ｋｇ−ｍｏｌ／ｈであった。混合冷媒流１０４を、プロパン蒸発器２０３が最高の圧力にありプロパン蒸発器２０９が最低圧力にある、７．１６バール絶対圧、４．２５バール、２．５４バール及び１．４７バールの漸減する圧力で運転する一連のプロパン蒸発器２２２、２２４、２２６、２２８（図２Ｂに図示）での間接熱交換によって冷却した。４つの圧力におけるプロパンの蒸発の結果、４つのプロパン蒸気流１３０、１３２、１３４、１３８が得られ、これらを次に圧縮機１２６で圧縮する。結果として得た流れ１２７（１６．２バール絶対圧、及び３１，６００ｋｇ−ｍｏｌ／ｈ）を、周囲ヒートシンク（空気又は水）を用いてプロパン凝縮器１２８で凝縮し、液体流１２９を生成する。
【００７３】
予冷却された混合冷媒流１３８を次に、相分離器１４０で液体流１４２と蒸気流１４４に分離する。液体流１４２を次に−１２５℃まで過冷却し、弁１４８を通して等エンタルピーでフラッシュさせ、その後交換器１４６のシェル側で気化させて、チューブ側の流れ１４２、１４４、１５０を冷却する。蒸気流１４４を液化し、−１６３℃の温度まで過冷却し、弁１５２を通して等エンタルピーでフラッシュさせ、その後交換器１４６のシェル側で気化、加温して、チューブ側の流れ１４２、１４４、１５０を冷却する。気化及び加温後、一緒にされた混合冷媒流１４５が３２．７℃の温度及び４．１４バールの絶対圧でＭＣＨＥ１４６から出てくる。一緒にされた混合冷媒流１５４を次に、３段の圧縮機１５６、１５８、１６０で圧縮して６２バール絶対圧に戻し、ループを完成させる。
【００７４】
米国特許第６９６２０６０号明細書との比較
【００７５】
図１に示した典型的実施形態のコンピュータシミュレーションを、米国特許第６９６２０６０号明細書の予冷却設備を用いたプロパン予冷却混合冷媒プロセスのシミュレーションと同じ基準で実施した。
【００７６】
シミュレーションの結果を下記の表２に記載する。両方のシミュレーションについて、同じプロパン低圧吸気圧力を前提とし、２つの圧縮機ケーシングが必要であるとした。両方のシミュレーションのために、圧縮機についての予備的定寸計算を行った。図１に示された典型的実施形態の場合、圧縮機ケーシング１１８及び１２６は、直径がより小さくなり、体積流量がより少なくなって、これによりコストが低くなった。更に、供給メーカー及びプラント規模に応じて、大きい直径のインペラ及びケーシングの製造が実現可能でない場合があり、かくして従来技術を利用する解決策では潜在的なスケールアップがより限定されていた可能性がある。
【００７７】
表２に示されているように、図１の典型的実施形態は、同数の圧縮機ケーシングを用いて同じ予冷却を行う米国特許第６９６２０６１号明細書に開示されているシステムよりも最適かつ実現可能な圧縮機の設計を可能にする。これは、予冷却の寒冷を必要とする熱負荷を２つの独立したシステムに分離することにより達成される。
【００７８】
【表２】
2010189622.tif 000004
【００７９】
本発明の態様をさまざまな図の好ましい実施形態に関連して説明してきたが、本発明から逸脱することなく、その他の類似の実施形態を使用することもでき、また、説明した実施形態に対し本発明と同じ機能を果たすために修正及び付加を行なってもよいということを理解すべきである。したがって、特許請求対象の発明は、いずれかの単一の実施形態に限定されるべきではなく、むしろ、特許請求の範囲の記載による幅と範囲で解釈されるべきものである。
【図１】
2010189622.tif 000005
【図２Ａ】
2010189622.tif 000006
【図２Ｂ】
2010189622.tif 000007
【図３】
2010189622.tif 000008
【図４】
2010189622.tif 000009
【図５】
2010189622.tif 000010
【図６】
2010189622.tif 000011
【図７Ａ】
2010189622.tif 000012
【図７Ｂ】
2010189622.tif 000013
【図８Ａ】
2010189622.tif 000014
【図８Ｂ】
2010189622.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月18日(2010.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
図１に示された典型的実施形態は、冷凍圧縮機１１８、１２６、１５４、１５８、１６２に供給される動力が、直結された同一サイズの２基のガスタービン１８０、１８２によっていかにして提供されるかを示している。例えば、混合冷媒圧縮機１５４、１５８はガスタービン駆動装置１８０により駆動される一方で、混合冷媒圧縮機１６２及びプロパン圧縮機１１８、１２６はガスタービン駆動装置１８２によって駆動される。この典型的実施形態においては、混合冷媒圧縮機１５８及び１６２の間の設計圧力レベルは、２つのガスタービン駆動装置１８０、１８２の所要仕事が本質的に等しくなるように選択することができる。全ての典型的実施形態におけるガスタービン駆動装置は、例えば、単軸ガスタービンか又は多軸ガスタービンであってよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図４は、別の典型的実施形態４００を示しており、ここでは駆動装置の１つがプロパン圧縮機４１８及び高圧冷媒圧縮機４６２に対して動力を提供する一方、他方の駆動装置がプロパン圧縮機４２６及び低圧冷媒圧縮機４５４に動力を提供するように、図３の圧縮機３６２、３５４の位置を入れ替えることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
ユニット１０６、１０８での予冷却は、例えば、ＭＣＨＥ１４６での更なる冷却の前に流れ１５０と１３８の温度が＋６０°Ｆ（＋１５．６℃）〜−１００°Ｆ（−７３．３℃）程度の低温に達することができるように、原料流１０２と液化冷媒流１０４を十分に冷却することができる。同じ冷却範囲を、図３〜７Ｂで達成することができる。一つの実施形態においては、例えば、プロパンを＋２０°Ｆ（＋６．７℃）〜−４０°Ｆ（−４０℃）の温度範囲に達するための予冷却用冷媒として使用することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
混合冷媒流１０４は３５℃及び６２バール絶対圧であり、その流量は５０，２５０ｋｇ−ｍｏｌ／ｈであった。混合冷媒流１０４を、プロパン蒸発器２２２が最高の圧力にありプロパン蒸発器２２８が最低圧力にある、７．１６バール絶対圧、４．２５バール、２．５４バール及び１．４７バールの漸減する圧力で運転する一連のプロパン蒸発器２２２、２２４、２２６、２２８（図２Ｂに図示）での間接熱交換によって冷却した。４つの圧力におけるプロパンの蒸発の結果、４つのプロパン蒸気流１３０、１３２、１３４、１３８が得られ、これらを次に圧縮機１２６で圧縮する。結果として得た流れ１２７（１６．２バール絶対圧、及び３１，６００ｋｇ−ｍｏｌ／ｈ）を、周囲ヒートシンク（空気又は水）を用いてプロパン凝縮器１２８で凝縮し、液体流１２９を生成する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
予冷却された混合冷媒流１３８を次に、相分離器１４０で液体流１４２と蒸気流１４４に分離する。液体流１４２を次に−１２５℃まで過冷却し、弁１４８を通して等エンタルピーでフラッシュさせ、その後交換器１４６のシェル側で気化させて、チューブ側の流れ１４２、１４４、１５０を冷却する。蒸気流１４４を液化し、−１６３℃の温度まで過冷却し、弁１５２を通して等エンタルピーでフラッシュさせ、その後交換器１４６のシェル側で気化、加温して、チューブ側の流れ１４２、１４４、１５０を冷却する。気化及び加温後、一緒にされた混合冷媒流１４５が３２．７℃の温度及び４．１４バールの絶対圧でＭＣＨＥ１４６から出てくる。一緒にされた混合冷媒流１４５を次に、３段の圧縮機１５４、１５８、１６２で圧縮して６２バール絶対圧に戻し、ループを完成させる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
前記天然ガス原料流及び前記第１の冷媒流を＋６０°Ｆ（＋１５．６℃）〜−１００°Ｆ（−７３．３℃）まで予冷却する、請求項１４に記載の方法。
【外国語明細書】
2010189622000001.pdf