(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一混合成分冷媒を天然ガスと共に第一熱交換領域に入れ、
第一熱交換領域の通過により冷却された第一混合成分冷媒を第一熱交換領域から取り出し、
該第一混合成分冷媒を膨張させて圧力が低下した２相流を生成し、
該２相流を分離して蒸気流及び液体流を生成し、
該蒸気流を第一熱交換領域のまわりで圧縮ユニットへバイパスし、
該液体流を第一熱交換領域に通し、そして、第一熱交換領域内で部分蒸発させて液相を保持することを特徴とする、天然ガス流の液化方法。
【請求項２】
第一熱交換領域が単一熱交換器内に含まれる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第一熱交換領域が二つ以上の熱交換器内に含まれる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
第一熱交換領域が単一熱交換器内に含まれた二つ以上の領域を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
第一熱交換領域が二つ以上の領域を含み、夫々の領域が単一熱交換器内に含まれる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
第一熱交換領域が二つ以上の熱交換器内に含まれた二つ以上の領域を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
第一混合成分冷媒がエタン及びプロパンを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
第一混合成分冷媒がさらにイソブタンを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
第一混合成分冷媒がメタン、エタン及び窒素を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
該冷却された第一混合成分冷媒の第一部分を1,500kPa〜1,900kPaの第一圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第二部分を500kPa〜700kPaの第二圧力まで膨張することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
該冷却された第一混合成分冷媒の第一部分を800kPa〜2,600kPaの第一圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第二部分を250kPa〜850kPaの第二圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第三部分を80kPa〜250kPaの第三圧力まで膨張することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
該冷却された第一混合成分冷媒の二つ以上の流を第一熱交換領域から取り出す請求項１記載の方法。
【請求項１３】
該冷却された第一混合成分冷媒の第一の取り出した流を1,500kPa〜1,900kPaの第一圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第二の取り出した流を500kPa〜700kPaの第二圧力まで膨張することを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
該冷却された第一混合成分冷媒の第一の取り出した流を800kPa〜2,600kPaの第一圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第二の取り出した流を250kPa〜850kPaの第二圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第三の取り出した流を80kPa〜250kPaの第三圧力まで膨張することを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
第一熱交換領域内の液体流の部分蒸発が少なくとも１重量％の液体画分を保持する、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
該冷却された第一混合成分冷媒を80kPa〜180kPaの圧力まで膨張することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
該冷却された第一混合成分冷媒を250kPa〜600kPaの圧力まで膨張することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
該冷却された第一混合成分冷媒を800kPa〜1900kPaの圧力まで膨張することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
該冷却された第一混合成分冷媒の第一部分を1,200kPa〜2,200kPaの第一圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第二部分を400kPa〜700kPaの第二圧力まで膨張することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
該冷却された第一混合成分冷媒の第一部分を1,500kPa〜1,900kPaの第一圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第二部分を500kPa〜600kPaの第二圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第三部分を150kPa〜180kPaの第三圧力まで膨張することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
第一熱交換領域内の液体流の少なくとも部分蒸発が少なくとも３重量％の液体画分を保持する、請求項１記載の方法。
【請求項２２】
液体流を第一熱交換領域に入れることが、プロセス流を冷却し、さらに、第二混合成分冷媒を前記冷却されたプロセス流と第二熱交換領域に入れてプロセス流を液化することを含む請求項１記載の方法。
【請求項２３】
液体流を第一熱交換領域内で部分蒸発させて少なくとも１重量％の液体画分を保持することを更に含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
第二混合成分冷媒を第二熱交換領域内で部分蒸発させて少なくとも１重量％の液体画分を保持することを更に含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
該冷却された第一混合成分冷媒を1200kPa〜2000kPaの圧力まで膨張することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
該冷却された第一混合成分冷媒を400kPa〜700kPaの圧力まで膨張することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
該冷却された第一混合成分冷媒を120kPa〜200kPaの圧力まで膨張することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２８】
該冷却された第一混合成分冷媒の第一部分を1,500kPa〜1,900kPaの第一圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第二部分を500kPa〜600kPaの第二圧力まで膨張することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２９】
該冷却された第一混合成分冷媒の第一部分を1,500kPa〜1,900kPaの第一圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第二部分を500kPa〜600kPaの第二圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第三部分を150kPa〜180kPaの第三圧力まで膨張することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項３０】
第二混合成分冷媒を単一圧力レベルで第二熱交換領域で部分的に蒸発させる請求項２２記載の方法。
【請求項３１】
液体流を第一熱交換領域内で部分蒸発させることが少なくとも１重量％の液体画分を保持する、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
第二混合成分冷媒を第二熱交換領域内で部分蒸発させることが少なくとも１重量％の液体画分を保持することを更に含む、請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
該冷却された第一混合成分冷媒を1,200kPa〜2,200kPaの圧力まで膨張することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項３４】
該冷却された第一混合成分冷媒を400kPa〜700kPaの圧力まで膨張することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項３５】
該冷却された第一混合成分冷媒を120kPa〜200kPaの圧力まで膨張することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項３６】
該冷却された第一混合成分冷媒の第一部分を1,500kPa〜1,900kPaの第一圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第二部分を500kPa〜600kPaの第二圧力まで膨張することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項３７】
該冷却された第一混合成分冷媒の第一部分を1,500kPa〜1,900kPaの第一圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第二部分を500kPa〜600kPaの第二圧力まで膨張し、該冷却された第一混合成分冷媒の第三部分を150kPa〜180kPaの第三圧力まで膨張することを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項３８】
第二混合成分冷媒を単一圧力レベルで部分的に蒸発させることが第二混合成分冷媒を減圧装置により200kPaから700kPaまでの範囲内の圧力までフラッシュすることを含む、請求項３０記載の方法。
【請求項３９】
第二混合成分冷媒を単一圧力レベルで蒸発させることが第二混合成分冷媒を弁により400kPaから500kPaまでの範囲内の圧力までフラッシュすることを含む、請求項３０記載の方法。
【請求項４０】
第二混合成分冷媒を第一熱交換領域内で第一混合成分冷媒との熱交換により冷却する、請求項２２記載の方法。
【請求項４１】
第二混合成分冷媒を第一熱交換領域内で第一混合成分冷媒との熱交換により凝縮する、請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は2004年６月23日に出願された、米国仮特許出願第60/565,589号の利益を主張する。
本発明の実施態様は一般に混合成分冷媒を使用して、天然ガスの如き、ガス流を冷凍するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスは普通に液化され、主要なエネルギー消費国に供給するために輸送される。天然ガスを液化するために、供給ガスが最初に処理されて汚染物質及び少なくともペンタンよりも重質の炭化水素を除去する。典型的には高圧の、この精製ガスがその後に一つ以上の冷凍サイクルにより間接的熱交換により冷却される。このような冷凍サイクルは必要とされる装置の複雑さ及び冷媒の効率性能のために資本の出費及び操作の両方に関してコストがかかる。それ故、冷凍効率を改良し、装置サイズを減少し、かつ運転費用を軽減するための方法についての要望がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
天然ガス流の液化方法が提供される。一実施態様において、その方法は混合成分冷媒をプロセス流で熱交換領域に入れ、混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成し、冷媒蒸気を熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスし、そして冷媒液体を熱交換領域に通すことを含む。
別の実施態様において、その方法は混合成分冷媒をプロセス流で熱交換領域に入れ、混合成分冷媒の二つ以上の側流を熱交換領域から取り出し、混合成分冷媒の側流を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成し、冷媒蒸気を熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスし、そして冷媒液体を熱交換領域に通すことを含む。
別の実施態様において、その方法は混合成分冷媒をプロセス流で熱交換領域に入れ、混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気流及び冷媒液体流を生成し、冷媒蒸気流を熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスし、冷媒液体流を熱交換領域に通し、そして冷媒液体流を熱交換領域内で部分蒸発させて少なくとも１重量％の液体画分を保持することを含む。
更に別の実施態様において、その方法は第一混合成分冷媒をプロセス流で第一熱交換領域に入れ、第一混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気流及び冷媒液体流を生成し、冷媒蒸気流を第一熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスし、冷媒液体流を第一熱交換領域に通してプロセス流を冷却し、そして第二混合成分冷媒を冷却されたプロセス流で第二熱交換領域に入れてプロセス流を液化することを含む。
更に別の実施態様において、その方法は第一混合成分冷媒をプロセス流で第一熱交換領域に入れ、混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気流及び冷媒液体流を生成し、冷媒蒸気流を第一熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスし、冷媒液体流を第一熱交換領域に戻してガス流を冷却し、第二混合成分冷媒を冷却されたプロセス流で第二熱交換領域に入れ、そして第二混合成分冷媒を単一圧力レベルで蒸発させてガス流を液化することを含む。
更に別の実施態様において、その方法は混合成分冷媒流をプロセス流で熱交換に入れ（その冷媒流は液体冷媒を含む）、そして液体冷媒流が完全に気化される前に熱交換を中止することを含む。
更に別の実施態様において、その方法は混合成分冷媒をプロセス流で熱交換領域に入れ、混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成し、少なくとも冷媒液体を熱交換領域に通し、そして冷媒液体を熱交換領域内で部分蒸発させて液相を保持することにより天然ガス流を液化することを含む。別の実施態様において、その方法は混合成分冷媒をプロセス流で熱交換領域に入れ、混合成分冷媒の二つ以上の側流を熱交換領域から取り出し、混合成分冷媒の側流を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成し、少なくとも冷媒液体を熱交換領域に通し、そして冷媒液体を熱交換領域内で部分蒸発させて液相を保持することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
序論及び定義
詳細な説明が今提示される。特許請求の範囲の夫々が別々の発明を特定し、これは侵害目的のために特許請求の範囲に特定された種々の要素又は制限の均等物を含むものと認められる。状況に応じて、“発明”についての以下の全ての言及は或る場合には或る特定の実施態様のみについて言及し得る。その他の場合には、“発明”についての言及は特許請求の範囲の一つ以上（必ずしも全てではないが）に記載された主題について言及することが認められるであろう。発明の夫々が以下に更に大いに詳しく今記載されるが（特定の実施態様、別型及び例を含む）、これらの発明はこれらの実施態様、別型又は例に制限されず、これらはこの特許における情報が利用できる情報及び技術と組み合わされる場合に、当業者がこれらの発明をつくり、使用することを可能にするために含まれる。本明細書に使用される種々の用語が以下に定義される。特許請求の範囲に使用される用語が以下に定義されない程度では、それは当業者が印刷された刊行物及び発行された特許に反映されたようなその用語に与えた最も広い定義を与えられるべきである。
“混合成分冷媒”及び“MCR”という用語は互換可能に使用され、２種以上の冷媒成分を含む混合物を意味する。本明細書に記載されるMCRの例は“第一MCR”及び“第二MCR”である。
“冷媒成分”という用語は低温で熱を吸収し、高温で熱を放出する伝熱に使用される物質を意味する。例えば、圧縮冷凍系中の、“冷媒成分”は、低温及び低圧で蒸発により熱を吸収し、高温及び高圧で凝縮により熱を放出するであろう。例示の冷媒成分として、１〜５個の炭素原子を有するアルカン、アルケン、及びアルキン、窒素、塩素化炭化水素、フッ素化炭化水素、その他のハロゲン化炭化水素、並びにこれらの混合物又は組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【０００５】
“天然ガス”という用語は軽質炭化水素ガス又は２種以上の軽質炭化水素ガスの混合物を意味する。例示の軽質炭化水素ガスとして、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、これらの異性体、これらの不飽和物、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。“天然ガス”という用語は或るレベルの不純物、例えば、窒素、硫化水素、二酸化炭素、カルボニルスルフィド、メルカプタン及び水を更に含んでもよい。天然ガスの正確な％組成は溜め源及びあらゆる前処理工程、例えば、アミン抽出又はモレキュラーシーブによる乾燥に応じて変化する。“天然ガス”組成物の少なくとも一つの例は約55モル％以上のメタンを含むガスである。
“ガス”及び“蒸気”という用語は互換可能に使用され、液体状態又は固体状態から区別されるようなガス状態の物質又は物質の混合物を意味する。
“部分蒸発された”という用語は100％の蒸気ではない物質の混合物を含んでもよい物質を記載する。“部分蒸発された”流れは気相及び液相の両方を有してもよい。“部分蒸発された”流れの少なくとも一つの例は少なくとも１重量％、もしくは少なくとも２重量％、又は少なくとも３重量％、或いは少なくとも４重量％、又は少なくとも５重量％の液相、及び気相である残部を有する流れを含む。一つ以上の特定の実施態様において、“部分蒸発された”流れは１重量％、もしくは３重量％、又は10重量％の低い値から90重量％、もしくは97重量％、又は99重量％の高い値までの範囲の液相を有する。
“熱交換領域”という用語は伝熱を促進するために当業界で知られているあらゆる一つの型の装置又は同様の型もしくは異なる型の装置の組み合わせを意味する。例えば、“熱交換領域”は一つ以上のらせん巻き型交換器、プレート-フィン型交換器、シェル及びチューブ型交換器、又は以下に更に詳しく本明細書に記載されるプロセス条件に耐えることができる当業界で知られているあらゆるその他の型の熱交換器内に含まれ、又は少なくとも部分的に含まれてもよい。
【０００６】
“圧縮ユニット”という用語はあらゆる一つの型又は同様の型もしくは異なる型の圧縮装置の組み合わせを意味し、物質又は物質の混合物を圧縮するために当業界で知られている、補助装置を含んでもよい。“圧縮ユニット”は一つ以上の圧縮段階を利用してもよい。例示のコンプレッサーとして、容積移送型、例えば、往復コンプレッサー及びロータリーコンプレッサー、及び動的型、例えば、遠心コンプレッサー及び軸流コンプレッサーが挙げられるが、これらに限定されない。例示の補助装置として、吸引ノックアウト容器、排出クーラー又は冷却器、リサイクルクーラー又は冷却器、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
特定の実施態様
種々の特定の実施例が今記載され、これらの少なくとも幾つかがまた特許請求の範囲に記載される。例えば、少なくとも一つの実施態様は混合成分冷媒をプロセス流で熱交換領域に入れ、混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成することによる天然ガス流の液化方法に関する。冷媒蒸気は熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスし、冷媒液体は熱交換領域に流入する。
少なくとも一つの別の特定実施例は混合成分冷媒をプロセス流で熱交換領域に入れ、混合成分冷媒の二つ以上の側流を熱交換領域から取り出すことによる天然ガス流の液化に関する。次いで混合成分冷媒の側流が一つ以上の圧力レベルで分離されて冷媒蒸気及び冷媒液体を生成する。冷媒蒸気が熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスされ、冷媒液体が熱交換領域に通される。
更に別の特定実施態様は混合成分冷媒をプロセス流で熱交換領域に入れ、混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気流及び冷媒液体流を生成することによる天然ガス流の液化に関する。冷媒蒸気流が熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスする。冷媒液体流が熱交換領域に通され、熱交換領域内で少なくとも部分蒸発されて少なくとも１重量％の液体画分を保持する。
【０００７】
更に別の特定実施態様は第一混合成分冷媒をプロセス流で第一熱交換領域に入れ、第一混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気流及び冷媒液体流を生成することによる天然ガス流の液化方法に関する。冷媒蒸気流が第一熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスされ、冷媒液体流が熱交換領域に通されてプロセス流を冷却する。次いで第二混合成分冷媒が冷却されたプロセス流で第二熱交換領域に入れられてプロセス流を液化する。
更に別の特定実施態様は第一混合成分冷媒をプロセス流で第一熱交換領域に入れ、混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気流及び冷媒液体流を生成することによる天然ガス流の液化に関する。冷媒蒸気流が第一熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスされ、冷媒液体流が第一熱交換領域に通されてガス流を冷却する。第二混合成分冷媒が冷却されたプロセス流で第二熱交換領域に入れられ、単一圧力レベルで蒸発されてガス流を液化する。
更に別の特定実施態様は混合成分冷媒流をプロセス流で熱交換に入れることによる天然ガスのプロセス流の冷却に関する。冷媒流が液体冷媒を含み、液体冷媒流が完全に気化される前に熱交換が中止される。
更に別の実施態様において、一つ以上の冷媒蒸気流は一つ以上の熱交換器をバイパスする必要がなく、かつ／又は圧縮ユニット直接送られる必要がない。このような実施態様において、一つ以上の蒸気流が、例えば、一つ以上の熱交換器に戻されてもよく、又はそれらが一つ以上の熱交換器をバイパスし、圧縮ユニット以外の装置に送られてもよい。こうして、本方法の実施態様は本明細書に記載されたあらゆる実施態様の改良を含み、これらの場合、一つ以上の冷媒蒸気流が一つ以上の熱交換器をバイパスせず、かつ／又は圧縮ユニットに直接送られない。このような実施態様は、例えば、混合成分冷媒をプロセス流で熱交換領域に入れ、混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成し、少なくとも冷媒液体を熱交換領域に通し、冷媒液体を熱交換領域内で部分蒸発させて液相を保持することによる天然ガス流の液化を含む。このような実施態様はまた混合成分冷媒をプロセス流で熱交換領域に入れ、混合成分冷媒の二つ以上の側流を熱交換領域から取り出し、混合成分冷媒の側流を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成し、少なくとも冷媒液体を熱交換領域に通し、冷媒液体を熱交換領域内で部分蒸発させて液相を保持することを含む。
【０００８】
図面中の特定実施態様
図面に示される特定実施態様が今記載される。特許請求の範囲は図面の局面に限定されると解されるべきではないことが強調される。記載の簡素化及び容易さのために、これらの冷凍方法はそれらが液化天然ガス（“LNG”）を生成するために過冷却される天然ガスのプロセス流又は供給ガスに関するように本明細書に更に記載される。
図１
図１は少なくとも部分蒸発された混合成分冷媒を利用してプロセス流又は供給ガスを少なくとも冷却する冷凍方法５を図示する。供給ガス流12が熱交換器10内で混合成分冷媒（“MCR”）流30との熱交換に入れられる。以下に更に詳しく説明されるように、MCR流30が膨張され、冷却されて熱交換器10内で供給ガス流12から熱を除く。示されていないが、冷凍を必要とする付加的なプロセス流が熱交換器10に入り得る。このような付加的な流れの非限定例として、その他の冷媒流、その後の処理段階で流れ12のガスとブレンドされるその他の炭化水素流、及び一つ以上の分別処理工程と一体化される流れが挙げられる。
図１に示されるような、熱交換器10は、少なくとも一つの熱交換領域を含む単一ユニットである。示されていないが、以下に記載されるように、熱交換器10は二つ以上、例えば、二つ、三つ、四つ、又は五つの熱交換領域を含んでもよく、これらは単一ユニット内に含まれてもよく、又は夫々の領域が別々のユニット中に含まれてもよい。
供給ガス流12は天然ガスであることが好ましく、少なくとも55モル％、もしくは少なくとも65モル％、又は少なくとも75モル％のメタンを含んでもよい。MCR流30は一種以上の１〜５個の炭素原子を有するアルカン、アルケン、及びアルキン、窒素、塩素化炭化水素、フッ素化炭化水素、その他のハロゲン化炭化水素、並びにこれらの混合物又は組み合わせを含んでもよい。一つ以上の特定実施態様において、MCR流30はエタンとプロパンの混合物である。一つ以上の特定実施態様において、MCR流30はエタン、プロパン及びイソブタンの混合物である。一つ以上の特定実施態様において、MCR流30はメタン、エタン、及び窒素の混合物である。
【０００９】
MCR流30は熱交換領域10中で冷却され、流れ40として熱交換領域10を出る。流れ40は膨張装置45を使用して膨張されて、２相流50（即ち、気相及び液相を有する流れ）を生じる。例示の膨張装置として、弁、調節弁、ジュール・トンプソン弁、ベンチュリ装置、液体膨張装置、水力タービン等が挙げられるが、これらに限定されない。膨張装置45は自動的に始動される膨張弁又はジュール・トンプソン型弁であることが好ましい。２相流50はその後にセパレーター55内で分離されて蒸気流60及び液体流65を生じる。２相流50はフラッシ分離にかけられることが好ましい。蒸気流60は熱交換領域10をバイパスし、圧縮ユニット75に直接送られる。
減圧され、こうして冷却された後に、液体流65は熱交換領域10に戻り、そこでそれがプロセスガス流12及びMCR流30との熱交換のために完全に蒸発される。この完全に蒸発された流れが流れ70として熱交換領域10を出る。一つ以上の特定実施態様において、流れ70は液相を有しない蒸気流である。次いで流れ70は圧縮ユニット75に流入する。
【００１０】
圧縮ユニット75はプロセス条件及び要件に応じて一つ以上の圧縮段階を利用してもよい。圧縮ユニット75は二つ以上の圧縮段階を利用することが好ましく、そこで夫々の段階が段階間クーラーを利用して圧縮の熱を除く。次いで圧縮された流れが流れ30として熱交換領域10に送られる。例示の圧縮ユニットが以下に更に詳しく説明される。
蒸気流60を熱交換領域10のまわりで圧縮ユニット75に直接送ることにより（即ち、冷媒蒸気を熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスすることにより）、２相冷媒と関連する或る分布問題が回避し得る。“２相冷媒”という用語は液相中の冷媒の少なくとも一部及び気相中の少なくとも10容積％を有する冷媒を表す。２相分布は熱交換領域内の２相冷媒の不適当な分布のために減少された液化ガス生成及び失われた収益をもたらし得る。熱交換領域内の２相冷媒の不適当な分布は非効率の伝熱をもたらす。何とならば、２相冷媒の気相が液相と較べて熱交換領域内で多くの容積を占有するからである。気相は蒸発する液相と較べて熱交換に非常にわずかに寄与するので、冷媒の冷却能が悪化される。
更に、２相冷媒を一つ以上の熱交換器に有効に分配し得る系の水力的デザインが操作時間及び購入装置の両方で高価であり得る。このようなデザインの挙動は温度、圧力、及び／又は流量に関するデザイン条件からあまりにもかけ離れている状況で予測するのに一層困難である。本明細書に記載された一つ以上の実施態様に従って得られる利益は共通の源から冷媒を供給される平行配置の熱交換器のアレイに特に適用できる。何とならば、気相が除去されてこの分布考慮を排除するからである。
【００１１】
図２
図２は一つより多い熱交換領域をその中に含んだ熱交換器を利用してプロセス流又は供給ガスを冷却又は液化する冷凍方法100を図示する。冷凍方法100は二つ以上の熱交換領域、例えば、図２に示された三つの領域をその中に含んだ熱交換器200、及びMCR圧縮ユニット300を利用する。供給ガス流102が熱交換器200内で混合成分冷媒（“MCR”）に対し冷却される。示されていないが、冷凍を必要とする付加的なプロセス流が熱交換器200に入り得る。このような付加的な流れの非限定例として、その他の冷媒流、その後の処理段階で流れ102のガスとブレンドされるその他の炭化水素流、及び一つ以上の分別処理工程と一体化される流れが挙げられる。
供給ガス流102の組成はその溜め源に依存するが、例えば、99モル％までのメタン、15モル％までのエタン、10モル％までのプロパン、及び30モル％までの窒素を含み得る。一つの特定実施態様において、供給ガス流102は少なくとも55モル容積％、もしくは少なくとも65モル容積％、又は少なくとも75モル容積％のメタンを含んでもよい。別の特定実施態様において、供給ガス流102はまた１モル％まで、もしくは２モル％まで、又は５モル％までの非炭化水素化合物、例えば、水、二酸化炭素、硫黄含有化合物、水銀、及びこれらの組み合わせを含んでもよい。一つ以上の特定実施態様において、供給ガス流102は精製方法（示されていない）にかけられて熱交換器200に入る前にこれらの非炭化水素化合物の大半（全てではないとしても）を供給ガス流102からストリップしてもよく、又はそれ以外に除去してもよい。
或る実施態様において、供給ガス流102が15℃、もしくは25℃、又は35℃の低い温度から40℃、もしくは45℃、又は55℃の高い温度までの範囲内の温度、及び4,000kPa、もしくは6,000kPa、又は7,000kPaの低い圧力から8,500kPa、もしくは10,000kPa、又は12,000kPaの高い圧力までの範囲内の圧力で熱交換器200に入る。供給ガス流102は冷却された流れ104として熱交換器200を出る。冷却された流れ104は-70℃、もしくは-80℃、又は-100℃の低い温度から-60℃、もしくは-50℃、又は-35℃の高い温度までの範囲内の温度で熱交換器200を出る。例えば、冷却された流れ104は約-70℃〜約-75℃の温度で熱交換器200を出ることができる。
【００１２】
MCR
混合成分冷媒（“MCR”）はエタン、プロパン及びイソブタンの混合物であることが好ましい。MCRは約20モル％〜80モル％のエタン、約10モル％〜90モル％のプロパン、及び約５モル％〜30モル％のイソブタンを含んでもよい。一つ以上の特定実施態様において、第一MCR内のエタンの濃度は20モル％、もしくは30モル％、又は40モル％の低い濃度から60モル％、もしくは70モル％、又は80モル％の高い濃度までの範囲である。一つ以上の特定実施態様において、MCR内のプロパンの濃度は10モル％、もしくは20モル％、又は30モル％の低い濃度から70モル％、もしくは80モル％、又は90モル％の高い濃度までの範囲である。一つ以上の特定実施態様において、MCR内のイソブタンの濃度は３モル％、もしくは５モル％、又は10モル％の低い濃度から20モル％、もしくは25モル％、又は30モル％の高い濃度までの範囲である。
一つの特定実施態様において、MCRは約32〜約45の分子量を有する。MCRの分子量は32、もしくは34、又は35の低い分子量から42、もしくは43、又は45の高い分子量までの範囲であることが更に好ましい。更に、MCR対供給ガス流102のモル比は1.0、もしくは1.2、又は1.5の低い値から1.8、もしくは2.0、又は2.2の高い値までの範囲である。一つ以上の特定実施態様において、MCR対供給ガス流102のモル比は少なくとも1.0、もしくは少なくとも1.2、又は少なくとも1.5である。
【００１３】
熱交換器
熱交換器200を更に詳しく考慮して、MCRが流れ202として熱交換器200に入る。流れ202の少なくとも一部が側流203として熱交換器200の第一熱交換領域から取り出される。側流203が膨張装置205を使用して第一圧力まで膨張されて、２相流207（即ち、気相及び液相を有する流れ）を生じる。一つ以上の特定実施態様において、この第一圧力は800kPa、もしくは1,200kPa、又は1,500kPaの低い圧力から1,900kPa、もしくは2,200kPa、又は2,600kPaの高い圧力までの範囲である。それ故、膨張された流れ207の温度は０℃、もしくは３℃、又は４℃の低い温度から６℃、もしくは10℃、又は15℃の高い温度までの範囲である。側流203は1,600kPaから1,800kPaまでの圧力及び４℃から６℃までの温度に膨張されることが好ましい。
次いで２相流207がセパレーター210内で分離されて蒸気流214及び液体流212を生じる。２相流207はフラッシ分離にかけられることが好ましい。蒸気流214が熱交換器200をバイパスし、圧縮ユニット300に直接送られる。蒸気流214を熱交換器200のまわりで圧縮ユニット300に直接送ることにより（即ち、冷媒蒸気を熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスすることにより）、先に注目された２相冷媒と関連する或る分布問題が回避し得る。
【００１４】
減圧され、こうして冷却された後に、液体流212が熱交換器200に戻り、そこでそれが熱交換器200内の熱交換のために完全に蒸発され、又は部分蒸発される。この完全に蒸発され、又は部分蒸発された流れが流れ216として熱交換器200を出る。一つ以上の特定実施態様において、流れ216が少なくとも85重量％、もしくは少なくとも90重量％、又は少なくとも99重量％の蒸気画分を有し、残部が液相画分である。一つ以上の特定実施態様において、流れ216が液相を有しない（即ち、完全に蒸発された）蒸気流である。流れ216は図１に示されるようにセパレーター210からの蒸気流214と合わされて圧縮ユニット300に流入するリサイクル流218を生成してもよい。
流れ202の少なくとも別の部分が側流213として熱交換器200の第二熱交換領域から取り出される。側流213が膨張装置215を使用して第二圧力まで膨張されて、流れ217を生じる。流れ217は気相及び液相を有する。一つ以上の特定実施態様において、この第二圧力は250kPa、もしくは400kPa、又は500kPaの低い圧力から600kPa、もしくは700kPa、又は850kPaの高い圧力までの範囲である。それ故、膨張された流れ217の温度は-60℃、もしくは-50℃、又は-40℃の低い温度から-30℃、もしくは-20℃、又は-10℃の高い温度までの範囲である。側流213は550kPaから570kPaまでの圧力及び-35℃から-45℃までの温度に膨張されることが好ましい。
次いで２相流217がセパレーター220内で分離されて蒸気流224及び液体流222を生じる。２相流217はフラッシ分離にかけられることが好ましい。蒸気流224が熱交換器200をバイパスし、圧縮ユニット300に直接送られる。減圧され、こうしれ冷却された、液体流222が、熱交換器200に戻り、そこでそれが熱交換器200内の熱交換のために完全に蒸発され、又は部分蒸発される。この完全に蒸発され、又は部分蒸発された流れが流れ226として熱交換器200を出る。一つ以上の特定実施態様において、流れ226が少なくとも85重量％、もしくは少なくとも90重量％、又は少なくとも99重量％の蒸気画分を有し、残部が液相画分である。流れ226は図１に示されるようにセパレーター220からの蒸気流224と合わされて圧縮ユニット300に流入するリサイクル流228を生成してもよい。
【００１５】
流れ202の更に別の部分が側流223として熱交換器200の第三熱交換領域から取り出される。側流223が膨張装置225を使用して第三圧力まで膨張されて、気相及び液相を有する流れ227を生じる。一つ以上の特定実施態様において、この第三圧力は80kPa、もしくは120kPa、又は150kPaの低い圧力から180kPa、もしくは200kPa、又は250kPaの高い圧力までの範囲である。それ故、膨張された流れ227の温度は-110℃、もしくは-90℃、又は-80℃の低い温度から-60℃、もしくは-50℃、又は-30℃の高い温度までの範囲である。側流223は160kPaから180kPaまでの圧力及び-65℃から-75℃までの温度に膨張されることが好ましい。
次いで２相流227がセパレーター230内で分離されてフラッシ蒸気流234及び飽和液体流232を生じる。２相流227はフラッシ分離にかけられることが好ましい。蒸気流234が熱交換器200をバイパスし、圧縮ユニット300に直接送られる。減圧され、こうしれ冷却された、飽和液体流232が、熱交換器200に戻り、そこでそれが熱交換器200内の熱交換のために完全に蒸発され、又は部分蒸発される。この完全に蒸発され、又は部分蒸発された冷媒が流れ236として熱交換器200を出る。一つ以上の特定実施態様において、流れ236が少なくとも85重量％、もしくは少なくとも90重量％、又は少なくとも99重量％の蒸気画分を有し、残部が液相画分である。流れ236は図２に示されるようにセパレーター230からの蒸気流234と合わされて圧縮ユニット300に流入するリサイクル流238を生成してもよい。
上記された一つ以上の特定実施態様において、膨張装置はあらゆる減圧装置であってもよい。例示の膨張装置として、弁、調節弁、ジュール・トンプソン弁、ベンチュリ装置、液体膨張装置、水力タービン等が挙げられるが、これらに限定されない。膨張装置205、215、225は自動的に始動される膨張弁又はジュール・トンプソン型弁であることが好ましい。
上記されたように、蒸気流214、224、234は熱交換器200をバイパスし、圧縮ユニット300に直接送られる。このバイパス配置は先に説明されたように２相冷媒と関連する分布問題を回避する。更に、２相を有する熱交換領域を出る部分蒸発された冷媒は熱交換領域内の機械応力を減少するように形成された。機械応力は液相により占有された容積及び気相により占有された容積にわたる迅速な温度遷移の産物であり得る。液体又は２相流体部分の容積から蒸気部分の容積への温度遷移は始動、シャットダウン、もしくはアップセット中の応力破断をもたらすかもしれず、又は交換器の疲労破損をもたらすかもしれない。それ故、冷媒流れ条件の形成は迅速な温度勾配により生じる機械応力の固有の効果を生じないで冷媒液体流212、222及び232の不完全な気化を可能にする。冷媒が充分に気化される系から冷媒が部分蒸発される系への遷移について、流量が増大されてもよく、蒸発圧力が変化されてもよく、冷媒組成が一層高い沸点を有する多い成分、又はこれらの設計パラメーターの組み合わせを含むように変化されてもよい。
【００１６】
MCR圧縮ユニット300
MCR圧縮ユニット300は一つ以上の異なる圧力レベルを含む。夫々の圧縮段階の吸引はリサイクル流218、228、238の圧力レベルに相当することが好ましい。少なくとも一つの特定実施態様において、第一圧縮段階は吸引ノックアウト容器310及びコンプレッサー320を含む。少なくとも一つの特定実施態様において、第二圧縮段階は吸引ノックアウト容器330、コンプレッサー340、及び排出クーラー又は冷却器350を含む。少なくとも一つの特定実施態様において、第三圧縮段階は吸引ノックアウト容器360、コンプレッサー370、及び排出クーラー380を含む。少なくとも一つの特定実施態様において、圧縮ユニット300は最終クーラー又は冷却器390を更に含む。
【００１７】
クーラー350、380、及び390は本明細書に記載されたプロセス条件に適したあらゆる型の熱交換器であってもよい。例示の熱交換器として、シェル及びチューブ熱交換器、コアー-イン-ケトル交換器及びろう付けアルミニウムプレート-フィン熱交換器が挙げられるが、これらに限定されない。一つ以上の特定実施態様において、プラント冷却水が伝熱媒体として使用されてクーラー350、380、及び390内のプロセス流体を冷却する。一つ以上の特定実施態様において、空気が伝熱媒体として使用されてクーラー350、380、及び390内のプロセス流体を冷却する。更に、上記された一つ以上の実施態様において、バイパスされたフラッシ蒸気流214、224、234が、熱交換器200を出る少なくとも部分蒸発された冷媒流216、226、236を冷却する。このようなものとして、合わされた流れ218、228、238（これらは圧縮ユニット300への吸引へと循環する）は、温度が一層低く、それにより排出クーラー350、380、及び390の使用要件を軽減する。
第一圧縮段階につき更に詳しく言及して、流れ322が第一段階320を出る。一つ以上の特定実施態様において、流れ322の圧力は200kPa、もしくは300kPa、又は400kPaの低い圧力から600kPa、もしくは700kPa、又は800kPaの高い圧力までの範囲である。流れ322の温度は５℃、もしくは10℃、又は15℃の低い温度から20℃、もしくは25℃、又は30℃の高い温度までの範囲である。
第二圧縮段階につき言及して、流れ342が第二段階340を出て、排出クーラー350内で冷却されて流れ352を生じる。一つ以上の特定実施態様において、流れ342の圧力は800kPa、もしくは1,200kPa、又は1,400kPaの低い圧力から1,800kPa、もしくは20,00kPa、又は2,500kPaの高い圧力までの範囲である。一つ以上の特定実施態様において、流れ352の温度は15℃、もしくは25℃、又は35℃の低い温度から40℃、もしくは45℃、又は55℃の高い温度までの範囲である。
第三圧縮段階につき言及して、流れ372が第三段階370を出て、排出クーラー380内で冷却されて流れ382を生じる。一つ以上の特定実施態様において、流れ372の圧力は1,600kPa、もしくは2,400kPa、又は2,900kPaの低い圧力から3,500kPa、もしくは40,00kPa、又は5,000kPaの高い圧力までの範囲である。流れ372の温度は40℃、もしくは50℃、又は60℃の低い温度から100℃、もしくは120℃、又は150℃の高い温度までの範囲である。一つ以上の特定実施態様において、流れ382の温度は０℃、もしくは10℃、又は20℃の低い温度から40℃、もしくは50℃、又は60℃の高い温度までの範囲である。
一つ以上の或る実施態様において、流れ382が冷却器390に流入して流れ392を生じる。流れ392の温度は０℃、もしくは10℃、又は20℃の低い温度から40℃、もしくは45℃、又は55℃の高い温度までの範囲である。一つ以上の或る実施態様において、流れ392がサージ容器295に流入して運転性考慮のための滞留時間を与える。何とならば、高圧液体冷媒が流れ202として熱交換器200に入るからである。
【００１８】
図３
冷凍又は液化方法100は図３に示されるように第二熱交換器400及び第二MCR圧縮ユニット500を更に利用してもよい。図３は２種の混合成分冷媒を別々の熱交換器中で利用してプロセス流又は供給ガスを冷却又は液化する冷凍方法を図示する。しかしながら、第一熱交換器200及び第二熱交換器400が共通のユニット内に含まれてもよい。両方の場合、第一熱交換器200及び第二熱交換器400は示されるように直列に配置されることが好ましい。
第一熱交換器200を去る冷却された流れ104が第二熱交換器400内で第二混合成分冷媒（“第二MCR”）に対し過冷却される。冷却された流れ104が液化された流れ106として第二熱交換器400を出る。或る実施態様において、液化された流れ106が-220℃、もしくは-180℃、又は-160℃の低い温度から-130℃、もしくは-110℃、又は-70℃の高い温度までの範囲内の温度で熱交換器400を出る。一つの特定実施態様において、液化された流れ106が約-145℃〜約-155℃の温度で熱交換器400を出る。或る実施態様において、液化された流れ106が3,900kPa、もしくは5,800kPa、又は6,900kPaの低い圧力から9,000kPa、もしくは10,000kPa、又は12,000kPaの高い圧力までの範囲内の圧力で熱交換器400を出る。
【００１９】
第二MCR
一つ以上の特定実施態様において、第二混合成分冷媒（“第二MCR”）は第一混合成分冷媒（“第一MCR”）と同じであってもよい。一つ以上の特定実施態様において、第二MCRは異なっていてもよい。例えば、第二MCRは窒素、メタン、及びエタンの混合物であってもよい。一つ以上の特定実施態様において、第二MCRは約５モル％〜20モル％の窒素、約20モル％〜80モル％のメタン、及び約10モル％〜60モル％のエタンを含んでもよい。一つ以上の特定実施態様において、第二MCR内の窒素の濃度は５モル％、もしくは６モル％、又は７モル％の低い濃度から15モル％、もしくは18モル％、又は20モル％の高い濃度までの範囲である。一つ以上の特定実施態様において、第二MCR内のメタンの濃度は20モル％、もしくは30モル％、又は40モル％の低い濃度から60モル％、もしくは70モル％、又は80モル％の高い濃度までの範囲である。一つ以上の特定実施態様において、第二MCR内のエタンの濃度は10モル％、もしくは15モル％、又は20モル％の低い濃度から45モル％、もしくは55モル％、又は60モル％の高い濃度までの範囲である。
第二MCRの分子量は18、もしくは19、又は20の低い分子量から25、もしくは26、又は27の高い分子量までの範囲である。一つ以上の特定実施態様において、第二MCRは約18〜約27の分子量を有する。更に、第二MCR対冷却された流れ104のモル比は0.5、もしくは0.6、又は0.7の低い値から0.8、もしくは0.9、又は1.0の高い値までの範囲である。一つ以上の特定実施態様において、第二MCR対冷却された流れ104のモル比は少なくとも0.5、もしくは少なくとも0.6、又は少なくとも0.7である。
【００２０】
第二MCRは第二熱交換器400に入る前に第二MCRを予備冷却又は凝縮するために流れ402により第一熱交換器200に供給されてもよい。流れ402が第一MCRとの間接の伝熱により第一熱交換器200内で冷却される。流れ402は2900kPa、もしくは4300kPa、又は5500kPaの低い圧力から6400kPa、もしくは7500kPa、又は9000kPaの高い圧力までの範囲内の圧力を有する。流れ402は０℃、もしくは10℃、又は20℃の低い温度から40℃、もしくは50℃、又は70℃の高い温度までの範囲内の温度を有する。
第二MCRは流れ404として第一熱交換器200を出る。一つ以上の特定実施態様において、流れ402が第一熱交換器200内で蒸気画分を有しない液体流404に完全に凝縮される。一つ以上の特定実施態様において、流れ402が第一MCRとの間接の伝熱により部分凝縮され、その結果、流れ404が少なくとも85重量％、もしくは少なくとも90重量％、又は少なくとも95重量％、或いは少なくとも99重量％の液体画分を有する。一つ以上の特定実施態様において、流れ404は2,500kPa、もしくは4,000kPa、又は5,000kPaの低い圧力から6,000kPa、もしくは7,000kPa、又は9,000kPaの高い圧力までの範囲内の圧力を有する。一つの特定実施態様において、流れ404は-110℃、もしくは-90℃、又は-80℃の低い温度から-60℃、もしくは-50℃、又は-30℃の高い温度までの範囲内の温度を有する。
一つ以上の特定実施態様において、冷凍を必要とする付加的なプロセス流が熱交換器400に入り得る。このような付加的な流れの非限定例として、その他の冷媒流、その後の処理段階で流れ102のガスとブレンドされるその他の炭化水素流、及び一つ以上の分別処理工程と一体化される流れが挙げられる。
【００２１】
第二熱交換器
第二熱交換器400を更に詳しく考慮して、第一熱交換器200内で冷却され、完全には凝縮されないとしても、少なくとも部分凝縮された第二MCRが、サージ容器406中に集められ、流れ410として第二熱交換器400に供給される。第二MCRは流れ415として第二熱交換器400を出る。一つ以上の特定実施態様において、流れ415が2,800kPa、もしくは4,200kPa、又は5,500kPaの低い圧力から6,200kPa、もしくは7,000kPa、又は8,500kPaの高い圧力までの範囲内の圧力を有する。一つ以上の特定実施態様において、流れ415が-230℃、もしくは-190℃、又は-170℃の低い温度から-140℃、もしくは-120℃、又は-70℃の高い温度までの範囲内の温度を有する。
一つ以上の特定実施態様において、第二熱交換器400を出る流れ415が膨張装置450を使用して減圧される（即ち、膨張される）。次いで流れ415が膨張装置420を使用して更に減圧されて（即ち、膨張されて）流れ425を生じる。上記のように、膨張装置420、450は弁、調節弁、ジュール・トンプソン弁、ベンチュリ装置、液体膨張装置、水力タービン等を含むが、これらに限定されないあらゆる減圧装置であってもよい。膨張装置420は自動的に始動される膨張弁又はジュール・トンプソン型弁であることが好ましい。膨張装置450は液体膨張装置又は水力タービンであることが好ましい。一つ以上の特定実施態様において、流れ425が200kPa、もしくは300kPa、又は400kPaの低い圧力から500kPa、もしくは600kPa、又は700kPaの高い圧力までの範囲内の圧力；-250℃、もしくは-200℃、又は-170℃の低い温度から-140℃、もしくは-110℃、又は-70℃の高い温度までの範囲内の温度を有する。流れ425が435kPa〜445kPaの圧力及び-150℃〜-160℃の温度まで膨張されることが好ましい。
膨張装置420内の等エンタルピー膨張後に、流れ425が第二熱交換器400内で完全に蒸発され、又は部分蒸発され、流れ430として第二熱交換器400を出る。一つ以上の特定実施態様において、流れ425が単一圧力レベルで第二熱交換器400内で完全に蒸発され、又は部分蒸発される。一つ以上の特定実施態様において、流れ425が単一圧力レベルで第二熱交換器400内で完全に蒸発される（即ち、全気相）。一つ以上の特定実施態様において、第二熱交換器400内の単一圧力レベルが150kPa、もしくは250kPa、又は350kPaの低い圧力から400kPa、もしくは500kPa、又は600kPaの高い圧力までの範囲内に維持される。第二熱交換器400内の単一圧力レベルは約350kPa〜約450kPaであることが好ましい。
【００２２】
第二MCR圧縮ユニット
次いで流れ430が第二圧縮ユニット500に送られる。圧縮ユニット500はプロセス要件に応じて一つ以上の圧縮段階を含んでもよい。一つ以上の特定実施態様において、圧縮ユニット500は図３に示されるように二つの圧縮段階を含む。例えば、圧縮ユニット500は第一圧縮段階510及び第二圧縮段階520を有する。
運転中に、流れ430が吸引ノックアウト容器510A中を流れ、そこで蒸気流が第一圧縮段階510に続き、アフター-クーラー515中で冷却されて流れ512を生じる。一つ以上の特定実施態様において、流れ512が1,900kPa、もしくは2,800kPa、又は3,500kPaの低い圧力から4,000kPa、もしくは4,800kPa、又は5,800kPaの高い圧力までの範囲内の圧力、及び15℃、もしくは25℃、又は30℃の低い温度から40℃、もしくは50℃、又は60℃の高い温度までの範囲内の温度を有する。
流れ512が吸引ノックアウト容器520A中を流れ、そこで蒸気流が第二圧縮段階520に続き、冷却される。一つ以上の特定実施態様において、第二圧縮段階520を出る蒸気流522は2,900kPa、もしくは4,300kPa、又は5,200kPaの低い圧力から6,400kPa、もしくは7,500kPa、又は9,000kPaの高い圧力までの範囲内の圧力、及び15℃、もしくは25℃、又は35℃の低い温度から40℃、もしくは45℃、又は60℃の高い温度までの範囲内の温度を有する。次いで蒸気流522がアフター-クーラー525内で冷却され、流れ402として第一熱交換器200に循環される。
【００２３】
図４
図４は液体冷媒収集系を利用するプロセス流又は供給ガスの別の冷凍方法を図示する。
図４に示されるように、セパレーター510A及び520Bから集められた液体冷媒がポンプ530と流体連通していてもよい。ポンプ530がこの液体冷媒を流れ532によりそのプロセスに戻す。これが熱交換領域内で部分蒸発する混合成分冷媒を処理するのに有効かつ効率のよい方法を可能にする。また、セパレーター510A及び520Bから集められた液体冷媒が排出され、捨てられてもよい。同様に、示されていないが、圧縮ユニット300のノックアウトドラム（例えば、ドラム310、330、及び360）が同様の液体収集系を備えていてもよい。
以下に本発明の実施態様を示す。
実施態様１：  混合成分冷媒をプロセス流と熱交換領域に入れ、
混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成し、
冷媒蒸気を熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスし、
冷媒液体を熱交換領域に通し、そして
冷媒液体を熱交換領域内で部分蒸発させて液相を保持することを特徴とする、天然ガス流の液化方法。
実施態様２：  熱交換領域が単一熱交換器内に含まれる、実施態様１の方法。
実施態様３：  熱交換領域が二つ以上の熱交換器内に含まれる、実施態様１の方法。
実施態様４：  熱交換領域が単一熱交換器内に含まれた二つ以上の領域を含む、実施態様１の方法。
実施態様５：  熱交換領域が二つ以上の領域を含み、夫々の領域が単一熱交換器内に含まれる、実施態様１の方法。
実施態様６：  熱交換領域が二つ以上の熱交換器内に含まれた二つ以上の領域を含む、実施態様１の方法。
実施態様７：  プロセス流が実質的に天然ガスからなる、実施態様１の方法。
実施態様８：  第一混合成分冷媒がエタン、プロパン、及びイソブタンを含む、実施態様１の方法。
実施態様９：  第一混合成分冷媒がエタン及びプロパンを含む、実施態様１の方法。
実施態様１０：  第一混合成分冷媒がメタン、エタン及び窒素を含む、実施態様１の方法。
実施態様１１：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒を約80kPa〜約2,600kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様１の方法。
実施態様１２：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒を約250kPa〜約2,200kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様１の方法。
実施態様１３：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒を約500kPa〜約1,900kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様１の方法。
実施態様１４：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒の第一部分を約1,500kPa〜約1,900kPaの第一圧力まで膨張し、混合成分冷媒の第二部分を約500kPa〜約700kPaの第二圧力まで膨張することを含む、実施態様１の方法。
実施態様１５：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒の第一部分を約800kPa〜約2,600kPaの第一圧力まで膨張し、混合成分冷媒の第二部分を約250kPa〜約850kPaの第二圧力まで膨張し、混合成分冷媒の第三部分を約80kPa〜約250kPaの第三圧力まで膨張することを含む、実施態様１の方法。
実施態様１６：  混合成分冷媒をプロセス流と熱交換領域に入れ、
混合成分冷媒の二つ以上の側流を熱交換領域から取り出し、
混合成分冷媒の側流を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成し、
冷媒蒸気を熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスし、
冷媒液体を熱交換領域に通し、そして
冷媒液体を熱交換領域内で部分蒸発させて液相を保持することを特徴とする、天然ガス流の液化方法。
実施態様１７：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒の側流を約80kPa〜約2,600kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様１６の方法。
実施態様１８：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒の側流を約250kPa〜約2,200kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様１６の方法。
実施態様１９：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒の第一側流を約1,500kPa〜約1,900kPaの第一圧力まで膨張し、混合成分冷媒の第二側流を約500kPa〜約700kPaの第二圧力まで膨張することを含む、実施態様１６の方法。
実施態様２０：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒の第一側流を約800kPa〜約2,600kPaの第一圧力まで膨張し、混合成分冷媒の第二側流を約250kPa〜約850kPaの第二圧力まで膨張し、混合成分冷媒の第三側流を約80kPa〜約250kPaの第三圧力まで膨張することを含む、実施態様１６の方法。
実施態様２１：  第一混合成分冷媒がエタン、プロパン、及びイソブタンを含む、実施態様１６の方法。
実施態様２２：  第一混合成分冷媒がエタン及びプロパンを含む、実施態様１６の方法。
実施態様２３：  第一混合成分冷媒がメタン、エタン及び窒素を含む、実施態様１６の方法。
実施態様２４：  熱交換領域内の冷媒液体の部分蒸発が少なくとも１重量％の液体画分を保持する、実施態様１の方法。
実施態様２５：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒を約80kPa〜約180kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様２４の方法。
実施態様２６：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒を約250kPa〜約600kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様２４の方法。
実施態様２７：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒を約800kPa〜約1900kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様２４の方法。
実施態様２８：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒の第一部分を約1,200kPa〜約2,200kPaの第一圧力まで膨張し、混合成分冷媒の第二部分を約400kPa〜約700kPaの第二圧力まで膨張することを含む、実施態様２４の方法。
実施態様２９：  混合成分冷媒の分離が混合成分冷媒の第一部分を約1,500kPa〜約1,900kPaの第一圧力まで膨張し、混合成分冷媒の第二部分を約500kPa〜約600kPaの第二圧力まで膨張し、混合成分冷媒の第三部分を約150kPa〜約180kPaの第三圧力まで膨張することを含む、実施態様２４の方法。
実施態様３０：  冷媒液体の部分蒸発が少なくとも１重量％の液体画分を有する２相冷媒を生成する、実施態様２４の方法。
実施態様３１：  冷媒液体の少なくとも部分蒸発が少なくとも３重量％の液体画分を有する２相冷媒を生成する、実施態様２４の方法。
実施態様３２：  プロセス流が実質的に天然ガスからなる、実施態様２４の方法。
実施態様３３：  第一混合成分冷媒がエタン、プロパン、及びイソブタンを含む、実施態様２４の方法。
実施態様３４：  第一混合成分冷媒がエタン及びプロパンを含む、実施態様２４の方法。
実施態様３５：  第一混合成分冷媒がメタン、エタン及び窒素を含む、実施態様２４の方法。
実施態様３６：  第一混合成分冷媒をプロセス流と第一熱交換領域に入れ、
第一混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気流及び冷媒液体流を生成し、
冷媒蒸気流を第一熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスし、
冷媒液体流を第一熱交換領域に通してプロセス流を冷却し、そして
第二混合成分冷媒を冷却されたプロセス流と第二熱交換領域に入れてプロセス流を液化することを特徴とする、天然ガス流の液化方法。
実施態様３７：  冷媒液体流を第一熱交換領域内で部分蒸発させて少なくとも１重量％の液体画分を保持することを更に含む、実施態様３６の方法。
実施態様３８：  第二混合成分冷媒を第二熱交換領域内で部分蒸発させて少なくとも１重量％の液体画分を保持することを更に含む、実施態様３６の方法。
実施態様３９：  第一混合成分冷媒の分離が第一混合成分冷媒を約1,200kPa〜約2,200kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様３６の方法。
実施態様４０：  第一混合成分冷媒の分離が第一混合成分冷媒を約400kPa〜約700kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様３６の方法。
実施態様４１：  第一混合成分冷媒の分離が第一混合成分冷媒を約120kPa〜約200kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様３６の方法。
実施態様４２：  第一混合成分冷媒の分離が第一混合成分冷媒の第一部分を約1,500kPa〜約1,900kPaの第一圧力まで膨張し、第一混合成分冷媒の第二部分を約500kPa〜約600kPaの第二圧力まで膨張することを含む、実施態様３６の方法。
実施態様４３：  第一混合成分冷媒の分離が第一混合成分冷媒の第一部分を約1,500kPa〜約1,900kPaの第一圧力まで膨張し、第一混合成分冷媒の第二部分を約500kPa〜約600kPaの第二圧力まで膨張し、第一混合成分冷媒の第三部分を約150kPa〜約180kPaの第三圧力まで膨張することを含む、実施態様３６の方法。
実施態様４４：  プロセス流が実質的に天然ガスからなる、実施態様３６の方法。
実施態様４５：  第一混合成分冷媒がエタン、プロパン、及びイソブタンを含む、実施態様３６の方法。
実施態様４６：  第一混合成分冷媒がエタン及びプロパンを含む、実施態様３６の方法。
実施態様４７：  第二混合成分冷媒がメタン、エタン及び窒素を含む、実施態様３６の方法。
実施態様４８：  第一混合成分冷媒をプロセス流と第一熱交換領域に入れ、
混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気流及び冷媒液体流を生成し、 冷媒蒸気流を第一熱交換領域のまわりで圧縮ユニットにバイパスし、
冷媒液体流を第一熱交換領域に戻してガス流を冷却し、
第二混合成分冷媒を冷却されたプロセス流と第二熱交換領域に入れ、そして
第二混合成分冷媒を単一圧力レベルで蒸発させてガス流を液化することを特徴とする、天然ガス流の液化方法。
実施態様４９：  冷媒液体流を第一熱交換領域内で部分蒸発させて少なくとも１重量％の液体画分を保持することを更に含む、実施態様４８の方法。
実施態様５０：  第二混合成分冷媒を第二熱交換領域内で部分蒸発させて少なくとも１重量％の液体画分を保持することを更に含む、実施態様４８の方法。
実施態様５１：  第一混合成分冷媒の分離が第一混合成分冷媒を約1,200kPa〜約2,200kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様４８の方法。
実施態様５２：  第一混合成分冷媒の分離が第一混合成分冷媒を約400kPa〜約700kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様４８の方法。
実施態様５３：  第一混合成分冷媒の分離が第一混合成分冷媒を約120kPa〜約200kPaの圧力まで膨張することを含む、実施態様４８の方法。
実施態様５４：  第一混合成分冷媒の分離が第一混合成分冷媒の第一部分を約1,500kPa〜約1,900kPaの第一圧力まで膨張し、第一混合成分冷媒の第二部分を約500kPa〜約600kPaの第二圧力まで膨張することを含む、実施態様４８の方法。
実施態様５５：  第一混合成分冷媒の分離が第一混合成分冷媒の第一部分を約1,500kPa〜約1,900kPaの第一圧力まで膨張し、第一混合成分冷媒の第二部分を約500kPa〜約600kPaの第二圧力まで膨張し、第一混合成分冷媒の第三部分を約150kPa〜約180kPaの第三圧力まで膨張することを含む、実施態様４８の方法。
実施態様５６：  第二混合成分冷媒を単一圧力レベルで蒸発させることが第二混合成分冷媒を減圧装置により200kPaから700kPaまでの範囲内の圧力までフラッシすることを含む、実施態様４８の方法。
実施態様５７：  第二混合成分冷媒を単一圧力レベルで蒸発させることが第二混合成分冷媒を弁により400kPaから500kPaまでの範囲内の圧力までフラッシすることを含む、実施態様４８の方法。
実施態様５８：  第二混合成分冷媒を第一熱交換領域内で第一混合成分冷媒との熱交換により冷却する、実施態様４８の方法。
実施態様５９：  第二混合成分冷媒を第一熱交換領域内で第一混合成分冷媒との熱交換により凝縮する、実施態様４８の方法。
実施態様６０：  プロセス流が実質的に天然ガスからなる、実施態様４８の方法。
実施態様６１：  第一混合成分冷媒がエタン、プロパン、及びイソブタンを含む、実施態様４８の方法。
実施態様６２：  第一混合成分冷媒がエタン及びプロパンを含む、実施態様４８の方法。
実施態様６３：  第二混合成分冷媒がメタン、エタン及び窒素を含む、実施態様４８の方法。
実施態様６４：  混合成分冷媒流をプロセス流と熱交換に入れ（その冷媒流は液体冷媒を含む）、そして  液体冷媒流が完全に気化される前に熱交換を中止することを特徴とする、天然ガスのプロセス流の冷却方法。
実施態様６５：  混合成分冷媒をプロセス流と熱交換領域に入れ、
混合成分冷媒を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成し、
少なくとも冷媒液体を熱交換領域に通し、そして
冷媒液体を熱交換領域内で部分蒸発させて液相を保持することを特徴とする、天然ガス流の液化方法。
実施態様６６：  混合成分冷媒をプロセス流と熱交換領域に入れ、
混合成分冷媒の二つ以上の側流を熱交換領域から取り出し、
混合成分冷媒の側流を一つ以上の圧力レベルで分離して冷媒蒸気及び冷媒液体を生成し、
少なくとも冷媒液体を熱交換領域に通し、そして
冷媒液体を熱交換領域内で部分蒸発させて液相を保持することを特徴とする、天然ガス流の液化方法。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】少なくとも部分蒸発された混合成分冷媒を利用してプロセス流又は供給ガスを冷却又は液化する冷凍方法を図示する。
【図２】二つ以上の熱交換領域をその中に含んだ熱交換器を利用してプロセス流又は供給ガスを冷却又は液化する冷凍方法を図示する。
【図３】２種の混合成分冷媒を利用してプロセス流又は供給ガスを冷却又は液化する冷凍方法を図示する。
【図４】液体冷媒収集系を利用するプロセス流又は供給ガスの別の冷凍方法を図示する。
【符号の説明】
【００２５】
５、１００−冷凍方法
１０、２００、４００−熱交換器
１２、１０２−供給ガス流
３０−混合成分冷媒流
４５、２０５、２１５、２２５、４２０、４５０−膨張装置
５０、２０７、２１７、２２７−２相流
５５、２１０、２２０、２３０−セパレーター
６０、２１４、２２４、２３４−蒸気流
６５、２１２、２２２、２３２−液体流
７５、３００、５００−圧縮ユニット
２１８、２２８、２３８−リサイクル流
２９５、４０６−サージ容器
３１０、３３０、３６０−吸引ノックアウト容器
３２０、３４０、３７０−コンプレッサー
３５０、３８０−排出クーラー
５３０−ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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