(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガス供給流から過冷却された液化天然ガス流を生産するための方法において、
−  −20℃未満に予め冷却された供給流を得るために、天然ガス供給流に第１の熱交換器を通過させて天然ガス供給流を予め冷却するステップと、
−  −80℃未満の温度の少なくとも１つの液化天然ガス流を得るために、予め冷却された供給流に第２の熱交換器を通過させて予め冷却された供給流を液化するステップと、
−  −120 ℃未満の温度に過冷却された液化天然ガス流を得るために、少なくとも１つの液化天然ガス流に第３の熱交換器を通過させて少なくとも１つの液化天然ガス流を過冷却するステップと、
−  前記天然ガス供給流を前記第１の熱交換器に流し、第１の冷凍サイクルで気相循環する第１の略ガス状冷媒流として、第１の動的膨張タービンから出る第１のガス状膨張冷媒流体流を用い、前記第１の略ガス状冷媒流と前記天然ガス供給流との熱交換を前記第１の熱交換器で行うステップと、
−  第２の冷凍サイクルで気相循環する第２のガス状冷媒流として、第１の動的膨張タービンから離れて設けられた第２の動的膨張タービンから出る第２のガス状膨張冷媒流体流を用い、前記第２のガス状冷媒流と予め冷却された供給流との熱交換を前記第２の熱交換器で行うステップと、
−  第３の冷凍サイクルで循環する第３の冷媒流を、前記第１の動的膨張タービン及び前記第２の動的膨張タービンから離れて設けられた第３の動的膨張タービンから出る第３のガス状膨張冷媒流体流から少なくとも部分的に生成し、前記第３の冷媒流と少なくとも１つの液化天然ガス流との熱交換を前記第３の熱交換器で行うステップと、
−  前記第１の熱交換器の出口で得られた第１の加熱された冷媒流を、前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器を通過させることなく第１の圧縮装置に搬送するステップと、
−  前記第２の熱交換器から出る第２の加熱された冷媒流を、前記第１の熱交換器及び前記第３の熱交換器を通過させることなく第２の圧縮装置に搬送するステップと、
−  前記第３の熱交換器から出る第３の加熱された冷媒流を、前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器を通過させることなく第３の圧縮装置に搬送するステップと
を有し、
第２の圧縮冷媒流が、前記第２の圧縮装置の出口で形成され、前記第２の圧縮冷媒流を、冷却後に、前記第１の熱交換器又は前記第３の熱交換器のいずれをも通過させることなく前記第２の動的膨張タービンに導入することを特徴とする方法。
【請求項２】
−  第１のガス状膨張冷媒流体流を前記第１の略ガス状冷媒流と第１の補助冷却流とに分離するステップと、
−  第２の冷却された圧縮冷媒流を形成するために、前記第２の圧縮装置から出る第２の圧縮冷媒流と前記第１の補助冷却流との熱交換を第２のサイクル交換器で行うステップと、
−  第２のガス状膨張冷媒流体流を形成するために、第２の冷却された圧縮冷媒流を前記第２の動的膨張タービンに搬送するステップと
を更に有することを特徴とする請求項１に係る方法。
【請求項３】
−  第２のガス状膨張冷媒流体流を前記第２のガス状冷媒流と第２の補助冷却流とに分離するステップと、
−  第３の冷却された圧縮冷媒流を形成するために、前記第３の圧縮装置から出る第３の圧縮冷媒流と前記第２の補助冷却流との熱交換を第３のサイクル交換器で行うステップと、
−  第３のガス状膨張冷媒流体流を形成するために、前記第３の冷却された圧縮冷媒流を前記第３の動的膨張タービンに搬送するステップと
を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の冷凍サイクル、前記第２の冷凍サイクル及び前記第３の冷凍サイクルで循環する冷媒流体は、分離されており、
前記第１の熱交換器から出る第１の加熱された冷媒流、前記第２の熱交換器から出る第２の加熱された冷媒流、及び前記第３の熱交換器から出る第３の加熱された冷媒流は、互いに別々に圧縮されるために、前記第１の圧縮装置、前記第２の圧縮装置及び前記第３の圧縮装置の別個の圧縮器に夫々搬送されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
−  前記第１の加熱された冷媒流、前記第２の加熱された冷媒流及び前記第３の加熱された冷媒流の内の少なくとも２つから少なくとも１つの混合流を形成するステップと、
−  前記第１の圧縮装置、前記第２の圧縮装置及び前記第３の圧縮装置の内の少なくとも２つに共通する圧縮器を用いて前記混合流を夫々圧縮するステップと
を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記第３の冷媒流は、前記第３の熱交換器に導入される前に略ガス状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
−  前記第３の圧縮装置から出る第３の圧縮冷媒流を、前記第３の冷媒流を形成するための形成流と、該形成流を冷却するためのガス状冷却流とに分離するステップと、
−  ガス状冷却流を前記第３の動的膨張タービンに搬送し、形成流を液化するために、前記第３の動的膨張タービンから出る第３のガス状膨張冷媒流体流と形成流との熱交換を行うステップと、
−  前記第３の冷媒流を略液状にするために、液化された形成流を水力膨張タービンに搬送するステップと、
−  略液状の第３の冷媒流と少なくとも１つの液化天然ガス流との熱交換を前記第３の熱交換器で行うステップと
を更に有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
−  前記第１の熱交換器から出る予め冷却された供給流を、予め冷却された主供給流と補助膨張流とに分離するステップと、
−  前記補助膨張流を、前記主供給流の圧力より少なくとも５バール低い低圧に膨張するステップと、
−  過冷却された低圧液化天然ガス流を搬送するために、前記補助膨張流からの流れに前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器を連続して通過させるステップと
を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第１の略ガス状冷媒流、前記第２のガス状冷媒流及び前記第３の冷媒流の夫々の窒素含有量が90mol ％より大きいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の略ガス状冷媒流は、メタン含有量が70mol ％より大きい天然ガスに基づき形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のガス状冷媒流のメタン含有量は90mol ％より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の略ガス状冷媒流の二酸化炭素含有量は５mol ％より大きいことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の圧縮装置の出口での圧力が、50バールより大きく、
前記第１の圧縮装置の入口での圧力が、10バールより大きいことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の圧縮装置の出口での圧力は、70バールより大きく、
前記第１の圧縮装置の入口での圧力は、15バールより大きいことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器は、２つの流体のみを夫々含んでいることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
天然ガス供給流から過冷却された液化天然ガス流を生産するための装置において、
−  −20℃未満の温度に予め冷却された供給流を得るための第１の熱交換器を有しており、天然ガス供給流を予め冷却するための手段と、
−  −80℃未満の温度の少なくとも１つの液化天然ガス流を得るための第２の熱交換器を有しており、予め冷却された供給流を液化するための手段と、
−  −120 ℃未満の温度に過冷却された液化天然ガス流を得るための第３の熱交換器を有しており、少なくとも１つの液化天然ガス流を過冷却するための手段と、
−  第１の動的膨張タービン及び第１の圧縮装置を有する第１の冷凍サイクルとを備えており、前記第１の動的膨張タービンから出る第１のガス状膨張冷媒流体流を用いた前記第１の冷凍サイクルで気相循環する第１の略ガス状冷媒流と前記天然ガス供給流との熱交換を前記第１の熱交換器で行い、
−  前記第１の動的膨張タービンから離れて設けられた第２の動的膨張タービンと第２の圧縮装置とを有する第２の冷凍サイクルを更に備えており、前記第２の動的膨張タービンから出る第２のガス状膨張冷媒流体流を用いた前記第２の冷凍サイクルで気相循環する第２のガス状冷媒流と予め冷却された供給流との熱交換を前記第２の熱交換器で行い、
−  前記第１の動的膨張タービン及び前記第２の動的膨張タービンから離れて設けられた第３の動的膨張タービンと、第３の圧縮装置とを有する第３の冷凍サイクルを更に備えており、前記第３の動的膨張タービンから出る第３のガス状膨張冷媒流体流から少なくとも部分的に生成されて、前記第３の冷凍サイクルで循環する第３の冷媒流と少なくとも１つの液化天然ガス流との熱交換を前記第３の熱交換器で行い、
前記第１の冷凍サイクルは、前記第１の熱交換器の出口で得られた第１の加熱された冷媒流を、前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器を通過させることなく前記第１の圧縮装置に搬送するための手段を更に有しており、
前記第２の冷凍サイクルは、前記第２の熱交換器の出口で得られた第２の加熱された冷媒流を、前記第１の熱交換器及び前記第３の熱交換器を通過させることなく前記第２の圧縮装置に搬送するための手段を更に有しており、
前記第３の冷凍サイクルは、前記第３の熱交換器から出る第３の加熱された冷媒流を、前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器を通過させることなく前記第３の圧縮装置に搬送するための手段を更に有しており、
前記第２の圧縮装置の出口で、第２の圧縮冷媒流が形成され、
該第２の圧縮冷媒流を、冷却後に、前記第１の熱交換器又は前記第３の熱交換器のいずれをも通過させることなく前記第２の動的膨張タービンに導入する手段を更に有していることを特徴とする装置。
【請求項１７】
前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器は、シェルアンドチューブ式交換器であることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器は、オーステナイト系ステンレス鋼から形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器は、２つの流体のみを夫々含むことを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス供給流から過冷却された液化天然ガス流を生産するための方法に関しており、該方法は、−120 ℃未満の温度に過冷却された液化天然ガス(LNG) を生産すべく意図されている。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、大量の天然ガス供給原料を量が減らされた液化天然ガスに変えるために、特に天然ガス生産現場の近くで行われる。LNG は特に、消費センタに海上で輸送されるためにメタンタンカに積み込まれ得る。
【０００３】
前記方法は、新しい天然ガス液化ユニット又は既存のユニットのいずれかで行われ得る。
【０００４】
天然ガス供給原料を液化するために、C2+ 炭化水素によって形成された冷媒流体を用いた複数の冷凍サイクルを有する方法が使用されることが多い。
【０００５】
頭字語「C3/MR 」によって表されるこのような方法の一例は、２つの冷凍サイクル、つまり、プロパンを用いる第１のサイクルと、窒素、メタン、エタン及びプロパンから構成された冷媒の混合物を用いる第２のサイクルとを使用する。
【０００６】
これらの冷凍サイクルで循環する冷媒は、ガス状での圧縮後に、例えば、膨張バルブの静的な膨張により少なくとも部分的に液化される。
【０００７】
このようにして得られた液体は、異なる温度レベルの供給原料と熱交換される。液状冷媒は供給原料との熱交換によって蒸発し、従って、供給原料の冷却、液化及び過冷却のためのフリゴリーを供給する。これらの冷凍サイクルは、非常に高い効率を得るために供給原料に熱力学的に適合され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第5768912 号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような方法は、冷媒が液化ユニットの内外の両方で液状で使用され貯蔵されることを必要とする。従って、プロパン及びエタンのような炭化水素は、液状で生成されるか又は供給されて、少なくとも一時的に貯蔵される必要がある。これは、事故を回避すべく適合された安全性と構造基盤との点で特別な予防措置を必要とする。
【００１０】
それ故、このような方法は、特に、頭字語「FPSO」で表される炭化水素の回収、貯蔵及び処理のための浮体式ユニット、又は海中の天然ガス田の真上の海上に置かれたプラットフォームのような小さな利用可能空間及び／又は安全制約を有する環境には適切ではない。
【００１１】
従って、浮体式ユニット及びプラットフォームの場合には、天然ガスを陸地に設けられた液化ユニットに搬送することが必要であり、これは、あまり経済的ではなく海底パイプラインの敷設を必要とする。
【００１２】
この問題に対応するために、米国特許第5768912 号明細書から上述のタイプの方法が知られており、該方法では、天然ガスを予め冷却して液化するために、従来の混合冷媒を用いた第１のサイクルと、第１のサイクルに続く３つの動的なガス膨張タービンを備えた第２の複合サイクルとが用いられている。
【００１３】
第２の複合サイクルでは、冷媒流体が略窒素から形成されており、冷媒流体が第２の複合サイクルで循環する全時間ガス状態のままである。
【００１４】
従って、このような方法により、C2+ 炭化水素によって形成された危険な液状冷媒流体の輸送、貯蔵及び使用に関連した問題点の内の一部を克服することが可能になる。更に、このような方法は、特に液化ユニットが浮体式システムに搭載されているとき、このような方法が行われる液化ユニットの移動に対して比較的無反応である。
【００１５】
しかしながら、このような方法の熱力学的効率は低く、エネルギーの点で使用コストがかかる。
【００１６】
従って、本発明は、非常に経済的である一方、確実な方法で且つ水域上に浮かぶことが可能な限られた空間で、天然ガス供給原料を予め冷却し、液化して過冷却することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このために、本発明は、上述したタイプの方法に関しており、該方法は、
−  −20℃未満に予め冷却された供給流を得るために、天然ガス供給流に第１の熱交換器を通過させて天然ガス供給流を予め冷却するステップと、
−  −80℃未満の温度の少なくとも１つの液化天然ガス流を得るために、予め冷却された供給流に第２の熱交換器を通過させて予め冷却された供給流を液化するステップと、
−  −120 ℃未満の温度に過冷却された液化天然ガス流を得るために、液化天然ガス流に第３の熱交換器を通過させて液化天然ガス流を過冷却するステップと、
−  第１の動的膨張タービンから出る第１のガス状膨張冷媒流体流から第１の冷凍サイクルで生成される第１の略ガス状冷媒流と前記天然ガス供給流との熱交換を前記第１の熱交換器で行うステップと、
−  第２の冷凍サイクルで循環する第２のガス状冷媒流を第１の動的膨張タービンから離れた第２の動的膨張タービンから出る第２のガス状膨張冷媒流体流から生成し、前記第２のガス状冷媒流と予め冷却された供給流との熱交換を前記第２の熱交換器で行うステップと、
−  第３の冷凍サイクルで循環する第３の冷媒流を、前記第１の動的膨張タービン及び前記第２の動的膨張タービンから離れた第３の動的膨張タービンから出る第３のガス状膨張冷媒流体流から少なくとも部分的に生成し、前記第３の冷媒流と液化天然ガス流との熱交換を前記第３の熱交換器で行うステップと、
−  前記第１の熱交換器の出口で得られた第１の加熱された冷媒流を、前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器を通過させることなく第１の圧縮装置に搬送するステップと、
−  前記第２の熱交換器から出る第２の加熱された冷媒流を、前記第１の熱交換器及び前記第３の熱交換器を通過させることなく第２の圧縮装置に搬送するステップと、
−  前記第３の熱交換器から出る第３の加熱された冷媒流を、前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器を通過させることなく第３の圧縮装置に搬送するステップと
を有する。
【００１８】
本発明に係る方法は、単独で又は技術的に可能な組み合わせに応じて、以下の１又は複数の特徴を備えることができる。
前記方法は、
−  第１のガス状膨張冷媒流体流を前記第１の略ガス状冷媒流と第１の補助冷却流とに分離するステップと、
−  第２の冷却された圧縮冷媒流を形成するために、前記第２の圧縮装置から出る第２の圧縮冷媒流と前記第１の補助冷却流との熱交換を第２のサイクル交換器で行うステップと、
−  第２のガス状膨張冷媒流体流を形成するために、第２の冷却された圧縮冷媒流を前記第２の動的膨張タービンに搬送するステップとを更に有しており、
前記方法は、
−  第２のガス状膨張冷媒流体流を前記第２のガス状冷媒流と第２の補助冷却流とに分離するステップと、
−  第３の冷却された圧縮冷媒流を形成するために、前記第３の圧縮装置から出る第３の圧縮冷媒流と前記第２の補助冷却流との熱交換を第３のサイクル交換器で行うステップと、
−  第３のガス状膨張冷媒流体流を形成するために、前記第３の冷却された圧縮冷媒流を前記第３の動的膨張タービンに搬送するステップとを更に有しており、
前記第１の冷凍サイクル、前記第２の冷凍サイクル及び前記第３の冷凍サイクルで循環する冷媒流体は、完全に分離されており、
前記第１の熱交換器から出る第１の加熱された冷媒流、前記第２の熱交換器から出る第２の加熱された冷媒流、及び前記第３の熱交換器から出る第３の加熱された冷媒流は、互いに別々に圧縮されるために、前記第１の圧縮装置、前記第２の圧縮装置及び前記第３の圧縮装置の別個の圧縮器に夫々搬送されており、
前記方法は、
−  前記第１の加熱された冷媒流、前記第２の加熱された冷媒流及び前記第３の加熱された冷媒流の内の少なくとも２つから少なくとも１つの混合流を形成するステップと、
−  前記第１の圧縮装置、前記第２の圧縮装置及び前記第３の圧縮装置の内の少なくとも２つに共通する圧縮器を用いて前記混合流を夫々圧縮するステップとを更に有しており、
−  前記第３の冷媒流は、前記第３の熱交換器に導入される前に略ガス状であり、
前記方法は、
−  前記第３の圧縮装置から出る第３の圧縮冷媒流を、前記第３の冷媒流を形成するための形成流と、該形成流を冷却するためのガス状冷却流とに分離するステップと、
−  ガス状冷却流を前記第３の動的膨張タービンに搬送し、形成流を液化するために、前記第３の動的膨張タービンから出る第３のガス状膨張冷媒流体流と形成流との熱交換を行うステップと、
−  前記第３の冷媒流を略液状にするために、液化された形成流を水力膨張タービンに搬送するステップと、
−  略液状の第３の冷媒流と液化天然ガス流との熱交換を前記第３の熱交換器で行うステップとを更に有しており、
前記方法は、
−  前記第１の熱交換器から出る予め冷却された供給流を、予め冷却された主供給流と補助膨張流とに分離するステップと、
−  前記補助膨張流を、前記主供給流の圧力より少なくとも５バール低い低圧に膨張するステップと、
−  過冷却された低圧液化天然ガス流を搬送するために、前記補助膨張流からの流れに前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器を連続して通過させるステップとを更に有しており、
−  前記第１の略ガス状冷媒流、前記第２のガス状冷媒流及び前記第３の冷媒流の夫々の窒素含有量が90mol ％より大きく、
−  前記第１の略ガス状冷媒流は、メタン含有量が70mol ％より大きい天然ガスに基づき形成されており、
−  前記第２のガス状冷媒流のメタン含有量は90mol ％より大きく、
−  前記第１の略ガス状冷媒流の二酸化炭素含有量は５mol ％より大きく、
−  前記第１の圧縮装置の出口での圧力が、50バールより大きく、好ましくは70バールより大きく、前記第１の圧縮装置の入口での圧力が、10バールより大きく、好ましくは15バールより大きい。
【００１９】
本発明は、更に、天然ガス供給流から過冷却された液化天然ガス流を生産するための装置に関しており、該装置は、
−  −20℃未満の温度に予め冷却された供給流を得るための第１の熱交換器を有しており、天然ガス供給流を予め冷却するための手段と、
−  −80℃未満の温度の少なくとも１つの液化天然ガス流を得るための第２の熱交換器を有しており、予め冷却された供給流を液化するための手段と、
−  −120 ℃未満の温度に過冷却された液化天然ガス流を得るための第３の熱交換器を有しており、液化天然ガス流を過冷却するための手段と、
−  第１の動的膨張タービン及び第１の圧縮装置を有する第１の冷凍サイクルとを備えており、前記第１の動的膨張タービンから出る第１のガス状膨張冷媒流体流から前記第１の冷凍サイクルで生成された第１の略ガス状冷媒流と前記天然ガス供給流との熱交換を前記第１の熱交換器で行い、
−  前記第１の動的膨張タービンから離れた第２の動的膨張タービンと第２の圧縮装置とを有する第２の冷凍サイクルを更に備えており、前記第２の動的膨張タービンから出る第２のガス状膨張冷媒流体流から生成された第２のガス状冷媒流と予め冷却された供給流との熱交換を前記第２の熱交換器で行い、
−  前記第１の動的膨張タービン及び前記第２の動的膨張タービンから離れた第３の動的膨張タービンと、第３の圧縮装置とを有する第３の冷凍サイクルを更に備えており、前記第３の動的膨張タービンから出る第３のガス状膨張冷媒流体流から少なくとも部分的に生成されて、前記第３の冷凍サイクルで循環する第３の冷媒流と液化天然ガス流との熱交換を前記第３の熱交換器で行い、
前記第１の冷凍サイクルは、前記第１の熱交換器の出口で得られた第１の加熱された冷媒流を、前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器を通過させることなく前記第１の圧縮装置に搬送するための手段を更に有しており、
前記第２の冷凍サイクルは、前記第２の熱交換器の出口で得られた第２の加熱された冷媒流を、前記第１の熱交換器及び前記第３の熱交換器を通過させることなく前記第２の圧縮装置に搬送するための手段を更に有しており、
前記第３の冷凍サイクルは、前記第３の熱交換器から出る第３の加熱された冷媒流を、前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器を通過させることなく前記第３の圧縮装置に搬送するための手段を更に有しており、
前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器は、シェルアンドチューブ式交換器であり、
前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器は、オーステナイト系ステンレス鋼から形成されている。
【００２０】
本発明は、添付図面を参照して、単に一例として挙げられた以下の説明を読むと更に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る第１の生産方法を行うための第１の装置を示す概略図である。
【図２】本発明に係る第２の生産方法を行うための第２の装置を示す、図１と同様の概略図である。
【図３】本発明に係る第３の生産方法を行うための第３の装置を示す、図１と同様の概略図である。
【図４】本発明に係る第４の生産方法を行うための第４の装置を示す、図１と同様の概略図である。
【図５】本発明に係る第５の生産方法を行うための第５の装置を示す、図１と同様の概略図である。
【図６】本発明に係る第６の生産方法を行うための第６の装置を示す、図１と同様の概略図である。
【図７】本発明に係る第７の生産方法を行うための第７の装置を示す、図１と同様の概略図である。
【図８】本発明に係る第８の生産方法を行うための第８の装置を示す、図１と同様の概略図である。
【図９】本発明に係る第９の生産方法を行うための第９の装置を示す、図１と同様の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、過冷却された液化天然ガス(LNG) の流れ14を形成するために、ガス状で得られた天然ガスの供給流12を液化し過冷却するための本発明に係る第１の装置10を示している。
【００２３】
第１の装置10は、供給流12を予め冷却して予め冷却された供給流18を形成するための第１の熱交換器16と、予め冷却された供給流18を液化して液化天然ガス流22を形成するための第２の熱交換器20と、液化天然ガス流22を過冷却して過冷却されたLNG 流14を形成するための第３の熱交換器24とを備えている。
【００２４】
第１の装置10は、第１の熱交換器16に供給するための第１の冷凍サイクル26、第２の熱交換器20に供給するための第２の冷凍サイクル28、及び第３の熱交換器24に供給するための第３の冷凍サイクル30を更に備えている。
【００２５】
第１、第２及び第３の冷凍サイクル26,28,30は「逆ブレイトン（Brayton ）」タイプのサイクルであり、第１、第２及び第３の冷凍サイクル26,28,30は、動的に膨張した略ガス状の冷媒流体を用いて夫々作動する。
【００２６】
従って、第１の冷凍サイクル26は第１の圧縮装置32及び第１の動的膨張タービン34を備えている。
【００２７】
第１の圧縮装置32は、本例では複数の圧縮段階を備えており、複数の圧縮段階は、圧縮器36A,36B,36C と圧縮器36A,36B,36C の出口に直列に取り付けられた冷却器38A,38B,38C とを備えている。
【００２８】
第１の圧縮装置32の最後の圧縮器36C は、好ましくは主に第１の動的膨張タービン34によって回転駆動されるように第１の動的膨張タービン34と共に回転すべく連結されている。圧縮器36A,36B は、好ましくは共通のモータによって回転駆動される。
【００２９】
第２の冷凍サイクル28は、第２の圧縮装置40と、第１の動的膨張タービン34とは別個の第２の動的膨張タービン42とを備えている。第２の冷凍サイクル28は、第２のサイクル交換器44を更に備えている。
【００３０】
第２の圧縮装置40は、第１の圧縮装置32の構造と同様の構造を有している。従って、本例では第２の圧縮装置40は複数の圧縮段階を備えており、複数の圧縮段階は、圧縮器46A,46B,46C と圧縮器46A,46B,46C の出口に直列に取り付けられた冷却器48A,48B,48C とを備えている。
【００３１】
第２の圧縮装置40の最後の圧縮器46C は、好ましくは主に第２の動的膨張タービン42によって回転駆動されるように第２の動的膨張タービン42と共に回転すべく連結されている。圧縮器46A,46B は、好ましくは共通のモータによって回転駆動される。
【００３２】
第３の冷凍サイクル30は、第３の圧縮装置50、第３の膨張タービン52及び第３のサイクル交換器54を備えている。
【００３３】
第３の圧縮装置50は、第１の圧縮装置32の構造と同様の構造を有している。従って、本例では第３の圧縮装置50は複数の圧縮段階を備えており、複数の圧縮段階は、圧縮器56A,56B,56C と圧縮器56A,56B,56C の出口に直列に取り付けられた冷却器58A,58B,58C とを備えている。
【００３４】
第３の圧縮装置50の最後の圧縮器56C は、好ましくは主に第３の膨張タービン52によって回転駆動されるように第３の膨張タービン52と共に回転すべく連結されている。圧縮器56A,56B は、好ましくは共通のモータによって回転駆動される。
【００３５】
図１に示された例では、第１、第２及び第３の冷凍サイクル26,28,30は完全に離れている。第１、第２及び第３の冷凍サイクル26,28,30は、第１の冷媒流体、第２の冷媒流体及び第３の冷媒流体を混合せず又は夫々の冷媒流体間で熱交換せずに、夫々の冷媒流体を用いて夫々作動する。
【００３６】
第１の圧縮装置32、第２の圧縮装置40及び第３の圧縮装置50の夫々の圧縮器は全て離れている。
【００３７】
本発明に係る第１の液化及び過冷却方法を説明する。
【００３８】
以下では、流体の流れと流体を運ぶパイプとは同一の参照番号で表されている。同様に、圧力は絶対圧力であり、特に示されていない場合、パーセントはモルパーセントである。
【００３９】
本例における各圧縮器の効率は82％のポリトロープ効率であり、各タービンの効率は86％の断熱効率である。
【００４０】
本例では、供給流12は、4.00mol ％の窒素、87.50mol％のメタン、5.50mol ％のエタン、2.10mol ％のプロパン、0.30mol ％のi-C4炭化水素、0.50mol ％のn-C4炭化水素及び0.10mol ％のi-C5炭化水素を含有する天然ガスの流れである。従って、供給流12の炭化水素含有量は、80mol ％を超えており、窒素含有量は０mol ％乃至20mol ％である。
【００４１】
供給流12の温度は、50℃未満であり、例えば０℃乃至50℃であり、本例では35℃である。供給流12の圧力は、30バールを超えており、特には30乃至90バールであり、好ましくは66.5バールである。
【００４２】
本例では、供給流12は完全にガス状である。供給流12は、0.1 質量％未満の液体留分を有する。
【００４３】
処理されるべき供給原料のモル流量は、本例では20kmoles/hを超えており、好ましくは40,000kmoles/hである。
【００４４】
供給流12は第１の熱交換器16に導入されて、第１の熱交換器16では、供給流12が、第１の冷凍サイクル26で循環する第１の冷媒流体によって形成された第１の冷媒流60との熱交換により−20℃未満、特には−40℃の温度に予め冷却される。
【００４５】
第１の熱交換器16の出口で、供給流12は予め冷却された供給流18に変わる。供給流18は、液体の体積分率が５％未満であるように略ガス状である。
【００４６】
その後、予め冷却された供給流18は第２の熱交換器20に導入されて、第２の熱交換器20では、供給流18は、第２の冷凍サイクル28で循環する第２の冷媒流体によって形成された第２のガス状冷媒流62により対向流で凝縮される。
【００４７】
第２の熱交換器20の出口で、供給流18は、温度が−80℃未満であり、特には−90℃に略等しいLNG 流22に変わる。
【００４８】
その後、LNG 流22は第３の熱交換器24に導入されて、第３の熱交換器24では、LNG 流22は、第３の冷凍サイクル30で循環する第３の冷媒流体によって形成されたガス状の第３の冷媒流64と対向流で熱交換される。
【００４９】
第３の熱交換器24の出口で、LNG 流22は、−120 ℃未満の温度で、特には−148.1 ℃に等しい温度で生成されて過冷却されたLNG 流14に変わる。
【００５０】
過冷却されたLNG 流14の圧力は、供給流12の圧力より僅かに低く、例えば、供給流12の圧力より10％低く、本例では62バールである。
【００５１】
図１に示された例では、第１の冷凍サイクル26は逆ブレイトンタイプの閉サイクルである。
【００５２】
この閉サイクルでは、第１の熱交換器16から出る第１の加熱された冷媒流66は、低圧の加熱された冷媒流体である第１の低圧流68全体を形成し、第１の低圧流68は、第１の圧縮装置32の第１の圧縮器36A の入口に注入される。
【００５３】
第１の加熱された冷媒流66は、第２の熱交換器20又は第３の熱交換器24のどちらも通過せずに第１の圧縮装置32に搬送される。第１の加熱された冷媒流66は、第１の熱交換器16の出口と第１の圧縮装置32の入口との間で天然ガス供給原料と再度熱交換されることはない。
【００５４】
第１の低圧流68は、各圧縮器36A,36B,36C で連続して圧縮されて、各圧縮器36A,36B,36C の出口で冷却器38A,38B,38C により冷却される。
【００５５】
冷媒は、第１の装置10で利用可能な水又は空気に基づき形成されている。従って、冷媒の温度は、例えば０℃乃至40℃である。
【００５６】
第１の圧縮装置32の出口で、第１の低圧流68は、圧力が60バールを超えており、特には75バールに略等しい第１の圧縮冷媒流70に変わる。第１の圧縮冷媒流70の温度は、冷却器38A,38B,38C の温度と略等しく、すなわち本例では約36℃である。
【００５７】
その後、第１の圧縮冷媒流70は第１の動的膨張タービン34に注入されて、第１の動的膨張タービン34では、第１の圧縮冷媒流70は動的に膨張し、25バール未満の圧力、特には17バールに略等しい圧力を有する。第１の動的膨張タービン34の出口で、第１の圧縮冷媒流70は、第１の冷媒流60全体を構成する第１の膨張冷媒流72に変わる。第１の冷媒流60の温度は、−22℃未満であり、特には−60℃に略等しい。
【００５８】
本例では、第１の冷媒流の流量が、59,960kmoles/hと略等しい。
【００５９】
第１の冷凍サイクル26で循環する第１の冷媒流体は、完全にガス状である。従って、第１の冷媒流体の液体含量は１体積％未満である。
【００６０】
第１の実施形態（事例１）では、第１の冷媒流体は、90mol ％を超える窒素、好ましくは100mol％の窒素から構成されている。
【００６１】
別の変形例（事例1a）では、第１の冷媒流体は、70％を超えるメタン、特には85％を超えるメタンと、５％を超えるC2+ 炭化水素とを好ましくは含有する天然ガスから構成されている。冷媒は、好ましくは天然ガスの供給流12によって形成されている。
【００６２】
二酸化炭素が、例えば、未精製天然ガスの除炭酸によって第１の装置10で生成されることにより第１の装置10で利用可能なとき、少なくとも10％、好ましくは少なくとも18％の二酸化炭素を第１の冷媒流体に導入することが好ましい。変形例（事例1b）では、第１の冷媒流体は約20％の二酸化炭素を含有している。
【００６３】
第２の熱交換器20の出口で、第２のガス状冷媒流62は第２の加熱された冷媒流76に変わり、第２の加熱された冷媒流76は、第２の低圧冷媒流78を形成するために第２のサイクル交換器44に導入されて、第２の低圧冷媒流78は第２の圧縮装置40に導入される。
【００６４】
第２の加熱された冷媒流76は、第１の熱交換器16又は第３の熱交換器24のどちらも通過せずに第２の圧縮装置40に搬送される。第２の加熱された冷媒流76は、第２の熱交換器20の出口と第２の圧縮装置40の入口との間で天然ガス供給原料と再度熱交換されることはない。
【００６５】
その後、第２の低圧冷媒流78は、圧縮器46B を通過した後に40バールを超える圧力、例えば50バールに略等しい圧力に圧縮されて、その後、好ましくは第２の動的膨張タービン42に接続された圧縮器46C を通過した後に好ましくは60バールを超える圧力、例えば75バールに略等しい圧力に圧縮されるために、各圧縮器46A,46B,46C と各冷却器48A,48B,48C とを連続して通過する。
【００６６】
冷却器48C の出口で、第２の圧縮冷媒流80が形成される。
【００６７】
第２の圧縮冷媒流80は、−20℃未満の温度、特には−37℃に略等しい温度に冷却された第２の圧縮流81を形成するために、第２の加熱された冷媒流76と対向した流れで第２のサイクル交換器44で冷却される。
【００６８】
その後、第２の圧縮流81は、第２の膨張冷媒流82を形成するために第２の膨張タービン42に導入されて、第２の膨張冷媒流82は全体として、第２の熱交換器20に導入される第２のガス状冷媒流62を構成する。
【００６９】
第２の熱交換器20の入口での第２のガス状冷媒流62の圧力は、32バール未満であり、特には約27バールである。
【００７０】
第２の熱交換器20の入口での第２のガス状冷媒流62の温度は、−80℃未満であり、特には−92℃である。本例では、第２のガス状冷媒流62の流量は、略164,850 kmoles/hである。
【００７１】
第２の冷凍サイクル28で循環する第２の冷媒流体も、完全にガス状である。従って、第２の冷媒流体の液体含量は１体積％未満である。
【００７２】
第１の実施形態では、第２の冷凍サイクル28で循環する第２の冷媒流体は、90％を超える窒素、好ましくは約100 ％の窒素から形成されている。
【００７３】
変形例では、第２の冷媒流体は、70％を超えるメタン及び10％未満の窒素を含有する天然ガスから形成されている。
【００７４】
第３の冷媒流64は、第３の熱交換器24を通過した後、第３の加熱された冷媒流86を形成し、第３の加熱された冷媒流86は、周囲温度に近い温度、特には34℃に略等しい温度の第３の加熱された低圧冷媒流88を形成するために、第３のサイクル交換器54に導入される。
【００７５】
第３の加熱された冷媒流86は、第１の熱交換器16又は第２の熱交換器20のどちらも通過せずに第３の圧縮装置50に搬送される。第３の加熱された冷媒流86は、第３の熱交換器24の出口と第３の圧縮装置50の入口との間で天然ガス供給原料と再度熱交換されることはない。
【００７６】
その後、第３の低圧冷媒流88は、第３の圧縮装置50の出口で第３の高圧冷媒流90を形成するために、各圧縮器56A,56B,56C と各冷却器58A,58B,58C とに連続して導入される。
【００７７】
圧縮器56B の出口での第３の高圧冷媒流90の圧力は、40バールを超えていることが好ましい。第３の高圧冷媒流90の圧力は、好ましくは第３の膨張タービン52に接続された圧縮器56C を通過した後、好ましくは50バールを超えており、特には70バールを超えている。
【００７８】
その後、第３の加熱された冷媒流86と対向した流で冷却されて、−60℃未満の温度、特には−75℃に略等しい温度に冷却された第３の圧縮流91を形成するために、第３の高圧冷媒流90は第３のサイクル交換器54に導入される。
【００７９】
その後、第３の熱交換器24に導入される第３の冷媒流64を全体として構成する第３の膨張冷媒流92を形成するために、第３の圧縮流91は第３の膨張タービン52に導入される。
【００８０】
第３の熱交換器24の入口での第３の冷媒流64の圧力は、20バール未満であり、特には約13バールである。
【００８１】
第３の熱交換器24の入口での第３の冷媒流64の温度は、−120 ℃未満であり、特には−150 ℃である。本例では、第３の冷媒流64の流量は、略79,818kmoles/hである。
【００８２】
図１に示された例では、第３の冷凍サイクル30で循環する第３の冷却流体は略ガス状であり、つまり、１体積％の未満の液体を含有している。
【００８３】
第３の冷媒流体の窒素含有量は90mol ％を超えており、好ましくは100 mol ％である。
【００８４】
図１の方法で示された様々な流れの温度、圧力及び質量流量の例が、以下の表に要約されている。
【００８５】
【表１】
0005642697.tif 000002
【００８６】
様々なタイプの冷媒に関する方法のエネルギー消費が以下の表に示されている。
【００８７】
【表２】
0005642697.tif 000003
【００８８】
これらの表から分かるように、ガス膨張を有する冷凍サイクルの理論的なエネルギー効率が低いにも関わらず、直列に配置された動的なガス膨張を有する少なくとも３つの冷凍サイクル26,28,30を用いることにより、非常に良好な全体効率を得ることが可能になる。
【００８９】
各冷凍サイクル26,28,30に存在する冷媒流体の特質の最適化は、処理される流体の流量を考慮すると相当量の選択された冷媒含有量に応じて、15MW又は20MWをも超えるサイクル効率での更なる改良を可能にする。
【００９０】
本発明に係る第２の装置100 が図２に示されている。第２の装置100 は本発明に係る第２の生産方法を行う。
【００９１】
本発明に係る第２の方法は、第１の動的膨張タービン34から出る第１の膨張冷媒流72が、第１の熱交換器16に搬送される第１の冷媒流60と第２の冷凍サイクル28の第１の補助冷却流102 とに分離される点において第１の方法とは異なる。
【００９２】
第１の補助冷媒流102 のモル流量は、第１の膨張冷媒流72のモル流量の０％乃至30％である。
【００９３】
第１の補助冷媒流102 は、第２の高圧冷媒流80が第２の膨張タービン42を通過する前に第２の高圧冷媒流80を対向流で冷却するために、第２の冷凍サイクル28の第２のサイクル交換器44に導入される。
【００９４】
第２のサイクル交換器44の出口で、第１の補助冷媒流102 は、第１の加熱された低圧流68を形成するために第１の加熱された冷媒流66と混合される。
【００９５】
本例では、第１の冷媒流体及び第２の冷媒流体は完全に分離されたままであり、特に第２のサイクル交換器44で互いと混合されない。
【００９６】
図２の方法で示された様々な流れの温度、圧力及び質量流量の例が、以下の表に要約されている。
【００９７】
【表３】
0005642697.tif 000004
【００９８】
以下の表に示されているように、冷媒流体の組成を一定にすることで、1.8 MWの利得が図１の方法に対して得られる。
【００９９】
【表４】
0005642697.tif 000005
【０１００】
本発明に係る第３の装置110 が図３に示されている。第３の装置110 は、本発明に係る第３の生産方法を行う。
【０１０１】
本発明に係る第３の方法は、第２の膨張冷媒流82が、第２の熱交換器20に導入される第２のガス状冷媒流62と、第３の冷凍サイクル30にフリゴリーを与える第２の補助冷媒流112 とに分離される点において図１に示された第１の方法とは異なる。
【０１０２】
第２の補助冷媒流112 のモル流量が、第２の膨張タービン42から出る第２の膨張冷媒流82のモル流量より25％少ない。
【０１０３】
第２の補助冷媒流112 は、第３の高圧冷媒流90が第３の膨張タービン52に導入される前に第３の高圧冷媒流90を対向流で冷却するために、第３のサイクル交換器54に導入される。
【０１０４】
第２のサイクル交換器44の出口で第２の低圧冷媒流78を形成するために、第２の補助冷媒流112 は、第３のサイクル交換器54を通過した後であって第２のサイクル交換器44に導入される前に第２の加熱された冷媒流76と混合される。
【０１０５】
図３の方法で示されている様々な流れの温度、圧力及びモル流量の例が以下の表に要約されている。
【０１０６】
【表５】
0005642697.tif 000006
【０１０７】
エネルギー消費が、以下の表に示されている。約6.5 MWの効率の向上がこの構成によって得られる。
【０１０８】
【表６】
0005642697.tif 000007
【０１０９】
本発明に係る第４の装置120 が図４に示されている。第２の装置100 とは異なり、第２の膨張冷媒流82が、図３に示された実施形態のように、第２のガス状冷媒流62と第３の冷凍サイクル30の第２の補助冷媒流112 とに分離される。
【０１１０】
図４の方法で使用される様々な流れの温度、圧力及び質量流量の例が、以下の表に要約されている。
【０１１１】
【表７】
0005642697.tif 000008
【０１１２】
この方法のエネルギー消費は、図１の方法に比べて約8.5 MW少ない。
【０１１３】
本発明に係る第５の装置130 が図５に示されている。
【０１１４】
本発明に係る第５の装置130 は、予め冷却された供給流18の一部を分離するための分離フラスコ132 と、分離フラスコ132 の上方部分に接続されたガス膨張タービン134 と、分離フラスコ132 の下方部分に接続され静的膨張バルブ136 とを備えている点が第１の装置10とは異なる。
【０１１５】
本発明に係る第５の方法は、予め冷却された供給流18が、予め冷却された主供給流138 と予め冷却された補助供給流140 とに第１の熱交換器16の出口で分離される点において本発明に係る第１の方法とは異なる。
【０１１６】
高圧のLNG 流22 を形成して、その後、第３の熱交換器24を通過した後に30バールを超えた圧力、特には62バールと略等しい圧力の高圧の過冷却されたLNG 流14を形成するために、予め冷却された主供給流138 は第２の熱交換器20に搬送される。
【０１１７】
予め冷却された補助供給流140 は、分離フラスコ132 に導入される。分離フラスコ132 から出る蒸気留分142 が、始動圧力未満の少なくとも５バール、特には40バールに略等しい圧力に膨張されるためにガス膨張タービン134 に導入される。
【０１１８】
液体留分144 が、ガス膨張タービン134 の出口の圧力と略同一の圧力、特には40バールに略等しい圧力に膨張されるために静的膨張バルブ136 に導入される。
【０１１９】
蒸気留分142 及び液体留分144 は、膨張された後に組み合わせられて、その後、第２の熱交換器20に導入される。第２の熱交換器20の出口で、蒸気留分142 及び液体留分144 は補助低圧LNG 流146 に変わり、補助低圧LNG 流146 は、過冷却された補助LNG 流148 を形成するために第３の熱交換器24で冷却される。過冷却された補助LNG 流148 の温度は、主流である高圧の過冷却されたLNG 流14の温度と略等しい。
【０１２０】
従って、この方法は、２つの過冷却されたLNG 流14,148を少なくとも５バール異なる別個の圧力で送る。
【０１２１】
図５の方法で示されている様々な流れの温度、圧力及び質量流量の例が、以下の表に要約されている。
【０１２２】
【表８】
0005642697.tif 000009
【０１２３】
この方法のエネルギー消費が、以下の表に示されている。１MWを超える増加が、ガス膨張タービン134 によって生み出される600kW の電気を含まない図４の方法に対して得られる。
【０１２４】
【表９】
0005642697.tif 000010
【０１２５】
本発明に係る第６の装置150 が図６に示されている。第６の装置150 は本発明に係る第６の方法を行う。
【０１２６】
第６の装置150 は、第３の冷凍サイクル30が、水力膨張タービン152 を備えた「間接的な逆ブレイトン」タイプのサイクルである点において第２の装置100 とは異なる。
【０１２７】
本発明に係る第６の方法は、第３の圧縮冷媒流90が、第３のサイクル交換器54を通過する前に、第３の冷媒流64を形成するための形成流154 と形成流154 を冷却するためのガス状冷却流156 とに分離される点において本発明に係る第２の方法とは異なる。
【０１２８】
形成流154 は、第３の圧縮冷媒流90の50％未満のモル分率を構成している。
【０１２９】
形成流154 は、略全体を液化して高圧の液状冷媒流158 を生成するために、第３のサイクル交換器54に導入されて、その後第３の熱交換器24に導入される。
【０１３０】
液状冷媒流158 中の液体の体積分率は99％を超えている。液状冷媒流158 は、50バールを超えて73バールと略等しい圧力で且つ過冷却されたLNG の温度と略等しい温度で水力膨張タービン152 に導入される。
【０１３１】
液状冷媒流158 は、水力膨張タービン152 を通過した後第３の冷媒流64に変わり、第３の冷媒流64の蒸気留分は10質量％を超えない。
【０１３２】
第３の冷媒流64は、LNG 流22と、第３の熱交換器24の第３のサイクル交換器54から出る形成流154 と熱交換される。
【０１３３】
大部分が液体である第３の冷媒流64は、第３のガス状の加熱された冷媒流86を形成すべく第３の熱交換器24で略完全に蒸発されて、それにより、第３の熱交換器24の出口での第３の冷媒流64の体積の液体留分が１％未満になる。
【０１３４】
ガス状冷却流156 は、第３の冷却された圧縮流91を形成するために第３のサイクル交換器54に導入されて、その後、第３のガス状の冷却された膨張冷媒流92を形成するために第３の動的膨張タービン52で動的に膨張される。
【０１３５】
第３のガス状膨張冷媒流92の温度は、好ましくは−100 ℃未満であり、特には−118 ℃である。第３のガス状膨張冷媒流92の圧力は、好ましくは20バール未満であり、特には約14バールである。
【０１３６】
第３の冷媒流64及び第３のガス状膨張冷媒流92は、液化されるべき形成流154 とガス状冷却流156 とを対向流で冷却するために第３のサイクル交換器54に導入される前に混合される。
【０１３７】
第３のサイクル交換器54の出口で、第３の冷媒流64及び第３のガス状膨張冷媒流92の混合流161 が第３の低圧冷媒流88に変わる。
【０１３８】
従って、形成流154 、ひいては第３の冷媒流64は、第３の膨張タービン52での動的膨張から出る第３のガス状膨張冷媒流92から少なくとも部分的に得られる。
【０１３９】
更に、形成流154 の液化に必要なフリゴリーの大部分は、第３のガス状膨張冷媒流92によって与えられる。ガス状冷媒を用いた逆ブレイトンタイプの冷凍サイクルが、第３の膨張タービン52、第３のガス状膨張冷媒流92、混合流161 、第３の低圧冷媒流88、第３の圧縮装置50、第３の圧縮冷媒流90、ガス状冷却流156 及び第３の圧縮流91間に形成されている。
【０１４０】
図６の方法で示された様々な流れの温度、圧力及び質量流量の例が、以下の表に要約されている。
【０１４１】
【表１０】
0005642697.tif 000011
【０１４２】
この方法のエネルギー消費は226 MWである。
【０１４３】
本発明に係る第７の装置170 が図７に示されている。第７の装置170 は本発明に係る第７の方法を行う。
【０１４４】
第７の装置170 は、第１の動的膨張タービン34及び第２の動的膨張タービン42に夫々接続された圧縮器36C 及び圧縮器46C が、同一の電力の２つの圧縮段階によって形成されており、２つの圧縮段階が、好ましくは40℃未満であり、例えば36℃に略等しい温度にガスを冷却する中間冷却器172 によって分離されている点において図３に示された第３の装置110 とは異なる。
【０１４５】
更に、本発明に係る第７の方法は、第３のサイクル交換器54を通過した後の第２の補助冷媒流112 が、第２のサイクル交換器44を通過した後の第２の加熱された冷媒流76と混合される点において本発明に係る第３の方法とは異なる。従って、第２の補助冷媒流112 は第２のサイクル交換器44を通過しない。
【０１４６】
第１、第２及び第３の熱交換器16,20,24の出口での様々な温度に関する図７の方法に示された様々な流れの温度、圧力及び質量流量の例が、以下の表に要約されている。
【０１４７】
【表１１】
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【０１４８】
これらの方法のエネルギー消費が以下の表に示されている。
【０１４９】
【表１２】
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【０１５０】
変形例（事例７−４）では、二酸化炭素が、例えば未精製天然ガスの除炭酸によって第１の装置10で生成されることにより第１の装置10で利用可能であるとき、少なくとも10％、好ましくは少なくとも18％の二酸化炭素を第１の冷媒流体に導入することが好ましい。事例７−２の変形例では、第１の冷媒流体が約20％の二酸化炭素を含有している。CO2 含有量は、膨張タービンでのCO2 の結晶化を回避するために50mol ％未満に制限される必要がある。
【０１５１】
事例７−４の変形例の第１の冷凍サイクル26のエネルギー消費が、上記の事例７−２と比較して以下の表に示されている。二酸化炭素の存在は効率を非常に改善している。
【０１５２】
【表１３】
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【０１５３】
本発明に係る第８の装置180 が図８に示されている。第８の装置180 は、本発明に係る第８の方法を行う。
【０１５４】
第８の装置180 は、少なくとも１つの第１の共通圧縮器182 が、第１の冷凍サイクル26で循環する第１の冷媒流体と第２の冷凍サイクル28で循環する第２の冷媒流体とを同時に圧縮するために第１の圧縮装置32と第２の圧縮装置40とに共通であり、第１及び第２の冷媒流体が第１の共通圧縮器182 を通過する前に混合される点において第３の装置110 とは異なる。
【０１５５】
第８の装置180 は、第１の共通圧縮器182 の出口に設けられた共通冷却器184 を更に備えている。
【０１５６】
第１の圧縮装置32は、従って第１及び第２の圧縮装置32,40 に共通する第１の共通圧縮器182 と第１の膨張タービン34に接続された圧縮器36C とを備えている。
【０１５７】
第２の圧縮装置40は、第１の共通圧縮器182 の上流側に圧縮器46A を備えており、第１の共通圧縮器182 の下流側に、好ましくは第２の膨張タービン42に接続された圧縮器46C を備えている。
【０１５８】
第８の方法では、第２のサイクル交換器44から出る第２の低圧冷媒流78が、第２の圧縮装置40の圧縮器46A に導入される。
【０１５９】
圧縮器46A の出口で、第２の低圧冷媒流78は、20バールを超えて30バール未満の中間圧力を有する混合流186 を形成するために、第１の低圧流68と混合される。
【０１６０】
その後、中間圧力の混合流186 は、共通冷却器184 を通過した後に中間圧力の混合流188 を形成するために、第１の共通圧縮器182 に導入される。
【０１６１】
中間圧力の混合流188 の圧力は、35バールより大きく50バールより小さい。
【０１６２】
その後、中間圧力の混合流188 は、第１の圧縮冷媒流70を形成すべく好ましくは第１の膨張タービン34に接続された圧縮器36C に搬送される第１の中間冷媒流189Aと、第２の膨張冷媒流82を形成すべく好ましくは第２の膨張タービン42に接続された第２の圧縮装置40の圧縮器46C に導入される第２の中間冷媒流189Bとに分離される。
【０１６３】
図８の方法で示された様々な流れの温度、圧力及びモル流量の例が、以下の表に要約されている。
【０１６４】
【表１４】
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【０１６５】
この方法及び対応する第８の装置180 は特に簡素である。
【０１６６】
本発明に係る第９の装置190 が図９に示されている。第９の装置190 は本発明に係る第９の方法を行う。
【０１６７】
第８の装置180 とは異なり、第１の圧縮装置32と第２の圧縮装置40とに共通する第１の共通圧縮器182 が、第３の圧縮装置50にも共通である。
【０１６８】
更に、第２の圧縮装置40の低圧圧縮器192 が、第３の圧縮装置50に共通である。低圧圧縮器192 の出口に設けられた低圧冷却器194 が、第２の圧縮装置40と第３の圧縮装置50とに共通である。
【０１６９】
従って、第３の圧縮装置50は、第２の圧縮装置40と第３の圧縮装置50とに共通する低圧圧縮器192 と、第１、第２及び第３の圧縮装置32,40,50に共通する第１の共通圧縮器182 と、好ましくは第３の膨張タービン52に接続された圧縮器56C とを連続して備えている。
【０１７０】
本発明に係る第９の方法では、第２のサイクル交換器44及び第３のサイクル交換器54から夫々出る第２の低圧冷媒流78及び第３の低圧冷媒流88が、低圧混合流196 を形成するために共に混合される。
【０１７１】
低圧混合流196 は、第２の圧縮装置40と第３の圧縮装置50とに共通である低圧圧縮器192 に導入されて、その後共通の低圧冷却器194 に導入される。
【０１７２】
その後、低圧混合流196 は、第１の共通圧縮器182 に導入される混合流186 を形成するために第１の低圧流68と混合される。
【０１７３】
共通冷却器184 から出る中間圧力の混合流188 は、第１の中間流189A、第２の中間流189B及び第３の中間流198 に分離されて、第３の中間流198 は、第３の圧縮冷媒流90を形成するために、好ましくは第３の膨張タービン52に接続された圧縮器56C に導入される。
【０１７４】
図９の方法で示された様々な流れの温度、圧力及びモル流量の例が、以下の表に要約されている。
【０１７５】
【表１５】
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【０１７６】
同様に、予め冷却された供給流18が分離フラスコ132 に部分的に導入されるために分離される第５の装置130 に述べられている構造は、上述された装置10,100,110,120,150,170,180,190のいずれにも配置され得る。
【０１７７】
上述された本発明に係る装置は、陸地に配置されているか、或いは好ましくは、プラットフォーム若しくは頭字語「FPSO」で表される炭化水素の回収、貯蔵及び処理のための浮体式ユニットのような浮体式構造又は水域の表面上の固定構造に配置される。
【０１７８】
装置10,100,110,120,130,150,170,180,190内で供給流12、予め冷却された供給流18、液化天然ガス流22及び過冷却されたLNG 流14を循環させる熱交換器16,20,22は、好ましくは（従来のタイプの）直管部分又は（コイルタイプの）螺旋状に曲げられた部分を有するシェルアンドチューブ式交換器である。交換器の正常動作又は機械的完全性に影響を及ぼし得る不純物を含有している場合がある天然ガス流が交換器を通過する。シェルアンドチューブ式交換器は、プレート式交換器より堅牢であり、このような交換器を製造するための装置及び安全性の信頼度を高める。このような交換器を製造するために、例えばASTM 304であるオーステナイト系ステンレス鋼がアルミニウム系合金よりも好ましい。
【０１７９】
上述された交換器が２つの流体のみを含んでいる装置10,100,110,120,170,180,190では、交換器は、組織体である熱交換器工業会（Thermal Exchanger Manufacturing Association）、すなわち「TEMA」により公表されている基準に従って製造されたASTM 304タイプのオーステナイト系ステンレス鋼から形成された、従来のタイプのシェルアンドチューブ式交換器である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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