(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス液化のための寒冷の提供方法であって、
（１）第１の温度とこの第１の温度より低い第２の温度との間の温度範囲内の寒冷を提供する第１の再循環冷却路から寒冷を提供する工程、
（２）第２の温度とこの第２の温度より低い第３の温度との間の温度範囲内の寒冷を第２の再循環冷却路から提供し、その際、第１の冷却路が第２の冷却路へ第１の温度と第２の温度との間の温度範囲内の寒冷を提供する工程、
（３）第２の再循環冷却路において混合冷媒蒸気を最終の一番高い圧力まで圧縮する工程、
（４）第２の再循環冷却路から混合冷媒蒸気のうちの少なくとも一部分を部分的に凝縮させ、そして得られた部分凝縮混合冷媒を少なくとも一つの液体冷媒流と少なくとも一つの蒸気冷媒流とに分ける工程、及び
（５）この少なくとも一つの液体冷媒流を過冷却して第２の温度より低い温度にし、得られた過冷却液体冷媒流を減圧し、そして得られた減圧冷媒流を完全に気化させて原料ガスを液化するための、第２の温度と第３の温度との間の寒冷のうちの少なくとも一部分を提供する工程、
を含み、得られた圧縮冷媒を部分的に凝縮させる工程を最終の一番高い圧力より低い圧力で行う場合には、この工程を第２の温度に等しいかそれより高い温度で実施し、そして得られた圧縮冷媒を部分的に凝縮させる工程を最終の一番高い圧力に等しい圧力で行う場合には、この工程を第２の温度より高い温度で実施する、原料ガス液化のための寒冷提供方法。
【請求項２】
第２の温度と第３の温度との間の原料ガスを液化させるための寒冷を、主熱交換帯域での気化する混合冷媒との間接熱交換により提供し、そしてこの気化する混合冷媒を、
（ａ）混合冷媒蒸気を第１の圧力に圧縮する工程、
（ｂ）得られた圧縮冷媒蒸気を冷却し、部分的に凝縮させ、そして分離して第１の混合冷媒蒸気部分と第１の混合冷媒液体部分とにする工程、
（ｃ）第１の混合冷媒液体部分を過冷却して第１の過冷却混合冷媒液を提供する工程、
（ｄ）この第１の過冷却混合冷媒液を減圧し、得られた減圧混合冷媒液を主熱交換帯域において気化させて、そこで原料ガスを冷却し凝縮させるための気化する混合冷媒を提供する工程、及び
（ｅ）主熱交換帯域から気化した混合冷媒流を抜き出して工程（ａ）のための混合冷媒蒸気のうちの少なくとも一部分を提供する工程、
により提供する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
工程（ｃ）での過冷却のための寒冷のうちの少なくとも一部分を、工程（ｄ）の主熱交換帯域における減圧混合冷媒の気化により提供する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
工程（ｃ）での過冷却のための寒冷のうちの少なくとも一部分を、主熱交換帯域外部からの１以上の追加の冷媒流との間接熱交換により提供する、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記１以上の追加の冷媒流が単一成分の冷媒を含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記１以上の追加の冷媒流が多成分の冷媒を含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
第１の混合冷媒蒸気部分を部分的に凝縮させそして分離して第２の混合冷媒蒸気と第２の混合冷媒液とにし、第２の混合冷媒液を主熱交換帯域での気化する混合冷媒との間接熱交換により過冷却し、得られた過冷却した第２の混合冷媒液を減圧し、そして得られた減圧混合冷媒流を主熱交換帯域で気化させてそこにおいて追加の気化する混合冷媒流を提供することを更に含む、請求項２記載の方法。
【請求項８】
第２の混合冷媒蒸気を主熱交換帯域での気化する混合冷媒との間接熱交換により凝縮し且つ過冷却し、得られた凝縮及び過冷却した第２の混合冷媒蒸気を減圧し、そして得られた減圧混合冷媒流を主熱交換帯域で気化させてそこにおいて追加の気化する混合冷媒を提供することを更に含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
工程（ｂ）における冷却と部分的凝縮のための寒冷のうちの少なくとも一部分を、主熱交換帯域外部からの１以上の追加の冷媒流との間接熱交換により提供する、請求項２記載の方法。
【請求項１０】
前記１以上の追加の冷媒流のうちの少なくとも一つが単一成分の冷媒を含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記１以上の追加の冷媒流のうちの少なくとも一つが多成分の冷媒を含む、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記原料ガスを冷却するための寒冷のうちの一部分を、主熱交換帯域外部からの１以上の追加の冷媒流との間接熱交換により提供する、請求項２記載の方法。
【請求項１３】
前記１以上の追加の冷媒流が単一成分の冷媒を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記１以上の追加の冷媒流が多成分の冷媒を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記原料ガスが、メタンと、メタンより重い１種以上の炭化水素とを含み、そして当該方法が更に、
（ｅ）原料ガスを追加の冷媒流との間接熱交換で予冷する工程、
（ｆ）得られた予冷原料ガスをスクラブ塔へ導入して、希薄スクラブ液をメタンより重い炭化水素で富ませる工程、
（ｇ）スクラブ塔の底部からメタンより重い炭化水素に富んだ流れを抜き出す工程、
（ｈ）スクラブ塔の塔頂部からメタンとメタンより重い残留炭化水素とを含有している塔頂生成物流を抜き出す工程、
（ｉ）この塔頂生成物流を主熱交換帯域で冷却してメタンより重い残留炭化水素を凝縮させる工程、
（ｊ）得られた冷却した塔頂生成物流を精製したメタンに富む製品とメタンより重い炭化水素に富ませた流れとに分ける工程、及び
（ｋ）このメタンより重い炭化水素に富ませた流れのうちの少なくとも一部分を利用して工程（ｆ）の希薄スクラブ液を提供する工程、
を含む、請求項２記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の混合冷媒蒸気部分を、工程（ｂ）での分離の後で圧縮する、請求項２記載の方法。
【請求項１７】
工程（ｂ）における得られた圧縮した第１の混合冷媒蒸気の冷却と部分的凝縮を周囲温度の流体との間接熱交換により行う、請求項２記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の混合冷媒液のうちの一部分を第１の昇圧した混合冷媒蒸気と混ぜ合わせる、請求項２記載の方法。
【請求項１９】
工程（ｂ）の第１の混合冷媒蒸気のうちの少なくとも一部分を更に冷却し、部分的に凝縮させ、分離することで、第１の昇圧した混合冷媒液と一緒にされる追加の混合冷媒液を得る、請求項２記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の混合冷媒蒸気部分を冷却し部分的に凝縮させるための寒冷のうちの一部分を、主熱交換帯域での気化する混合冷媒との間接熱交換により提供する、請求項７記載の方法。
【請求項２１】
過冷却後の第１の昇圧した混合冷媒液を主熱交換帯域において第１の圧力で気化させ、そして過冷却後の第２の昇圧した混合冷媒液を主熱交換帯域において第２の圧力で気化させる、請求項７記載の方法。
【請求項２２】
第２の混合冷媒蒸気を主熱交換帯域での気化する混合冷媒との間接熱交換により凝縮させ且つ過冷却し、得られた凝縮し過冷却した第２の混合冷媒蒸気を減圧して第２の圧力にし、そして得られた減圧混合冷媒液を主熱交換帯域で気化させてそこにおいて追加の気化する混合冷媒を提供することを更に含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
第２の再循環冷却路の運転が、
（ａ）混合冷媒蒸気を圧縮して第１の圧力にすること、
（ｂ）得られた圧縮冷媒蒸気を冷却し、部分的に凝縮させ、そして分離して混合冷媒蒸気部分と混合冷媒液体部分とにすること、
（ｃ）混合冷媒液体部分を過冷却して過冷却混合冷媒液を提供すること、
（ｄ）この過冷却混合冷媒液を減圧し、得られた減圧混合冷媒液を主熱交換帯域で気化させて、そこにおいて原料ガスを冷却し凝縮させるための気化する混合冷媒流のうちの一つを提供すること、及び
（ｅ）主熱交換帯域から気化した混合冷媒流を抜き出して（ａ）における混合冷媒蒸気のうちの少なくとも一部分を提供すること、
を含み、混合冷媒液体部分を過冷却するための寒冷を、一部分は、主熱交換帯域での得られた気化する減圧冷媒液との間接熱交換により提供し、そして一部分は、主熱交換帯域外部からの追加の冷媒のうちの１以上の部分との間接熱交換により提供する、請求項１記載の方法。
【請求項２４】
（ｆ）前記混合冷媒蒸気部分を凝縮させ且つ過冷却して追加の過冷却混合冷媒液を提供すること、及び
（ｇ）この追加の過冷却混合冷媒液を減圧し、得られた減圧液を主熱交換帯域で気化させて、そこで原料ガスを冷却し凝縮させるための気化する混合冷媒流のうちのもう一つを提供すること、
を更に含み、追加の混合冷媒蒸気を凝縮させ過冷却するための寒冷を、一部分は、主熱交換帯域での得られた気化する減圧液との間接熱交換により提供し、そして一部分は、主熱交換帯域外部からの１以上の追加の冷媒流との間接熱交換により提供する、請求項２３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料ガスを液化するための寒冷の提供方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
辺鄙な現場での天然ガスの液化、液化天然ガス（ＬＮＧ）  の人口中心地への輸送、及び地域での消費のためのＬＮＧの貯蔵と気化は、世界中で何年にもわたりうまく行われている。ＬＮＧの生産現場は、一般に、ＬＮＧを末端消費者へ輸送する大型のＬＮＧタンカー用の埠頭設備のある地方の辺鄙な現場にある。
【０００３】
液化のための大量の寒冷要求量をまかなうため、多数のプロセスサイクルがＬＮＧ生産用に開発されている。そのようなサイクルは一般に、１以上の混合冷媒（ＭＲ）系と組み合わせて運転されるプロパン又は単一のクロロフルオロカーボン冷媒を使用する単一成分冷却系の組み合わせを利用する。周知の混合冷媒は一般に、軽質の炭化水素と随意に窒素を含み、そして特定の処理工程の温度及び圧力レベルに適合させた組成物を利用する。第１の混合冷媒がより高い温度での最初の冷却を提供しそして第２の冷媒がより低い温度での更なる冷却を提供する複混合冷媒サイクルも利用されている。
【０００４】
米国特許第３７６３６５８号明細書には、第２の混合成分冷却循環路を予冷する第１のプロパン冷却循環路を使用するＬＮＧ製造装置が開示されている。第１の冷却循環路による最終段階の予冷後に、第２の冷却循環路からの混合冷媒を液体流と蒸気流とに分ける。得られた液体流は過冷却して中間の温度にし、絞り弁を通してフラッシュさせ、そして気化させて寒冷を提供させる。得られた蒸気流を液化させ、上記の中間温度より低い温度まで予冷し、絞り弁を通しフラッシュさせて、寒冷を提供させ且つ原料の最終の冷却を行う。
【０００５】
米国特許第４０６５２７８号明細書に記載される、別のＬＮＧ製造装置は、第１のプロパン冷却循環路を使用して第２の混合成分冷却循環路を予冷する。第１の冷却循環路による最終段階の予冷後に、第２の冷却循環路からの混合冷媒を液体流と蒸気流とに分ける。得られた液体流を過冷却して中間の温度にし、弁を使ってフラッシュさせ、そして気化させて寒冷を提供させる。得られた蒸気流は液化させ、上記の中間温度より低い温度まで予冷し、絞り弁を通しフラッシュさせ、そして気化させて寒冷を提供させ且つ原料の最終の冷却を行う。この方法は、重質成分除去のための原料の蒸留を第１の冷却循環路により提供されるよりも低い温度と、そして原料圧力よりも実質的に低い圧力で行う点で、先に触れた米国特許第３７６３６５８号明細書と異なる。
【０００６】
米国特許第４４０４００８号明細書には、第１のプロパン冷却循環路を使用して第２の混合成分冷却循環路を予冷するＬＮＧ製造装置が開示されている。第１の冷却循環路による最終段階の予冷後に、第２の冷却循環路からの混合冷媒を液体流と蒸気流とに分ける。得られた液体流を過冷却して中間の温度にし、弁を使ってフラッシュさせ、そして気化させて寒冷を提供させる。得られた蒸気流は液化させ、過冷却して液体流の上記の中間温度より低い温度にし、絞り弁を通しフラッシュさせ、そして気化させて寒冷を提供させ且つ原料の最終の冷却を行う。この従来技術は、第２の冷却循環路の混合冷媒の冷却と部分的な凝縮を圧縮段階の間で行う点で、米国特許第３７６３６５８号明細書と異なる。次いで、得られた液を得られた蒸気流と第１の冷却循環路の一番低い温度より高い温度で再度一緒にし、そして次に一緒にした混合冷媒流を第１の冷却循環路により更に冷却する。
【０００７】
別のＬＮＧ製造装置が米国特許第４２７４８４９号明細書に開示されており、この装置は第１の混合成分冷却循環路を使って第２の混合冷却循環路を予冷する。第１の冷却循環路による最終段階の予冷後に、第２の冷却循環路からの混合冷媒を液体流と蒸気流に分ける。得られた液体流を予冷して中間の温度にし、絞り弁を通しフラッシュさせ、そして気化させて寒冷を提供させる。得られた蒸気流は液化させ、液の上記の中間温度より低い温度まで過冷却し、絞り弁を通してフラッシュさせ、そして気化させて寒冷を提供させ且つ原料の最終的な冷却を行う。この参考文献の図７では、予冷後の第２の冷媒の分離の結果得られる蒸気を更に冷却して第１の冷却循環路により提供されるのより低い温度にし、そして液体流と蒸気流とに分けている。
【０００８】
米国特許第４５３９０２８号明細書には、第１の混合成分冷却循環路を使用して第２の混合成分冷却循環路を予冷するＬＮＧ製造装置が記載されている。第１の冷却循環路による最終段階の予冷後に、第２の冷却循環路からの混合冷媒を液体流と蒸気流とに分ける。得られた液体流を過冷却して中間の温度にし、絞り弁を通してフラッシュさせ、そして気化させて寒冷を提供させる。得られた蒸気流は、液化させ、過冷却して上記の中間温度より低い温度にし、絞り弁を通しフラッシュさせ、そして気化させて寒冷を提供させ且つ原料の最終の冷却を行う。この米国特許明細書の装置は、第２の冷媒を二つの異なる圧力で気化させて寒冷を提供させることにより、上述の米国特許第４２７４８４９号明細書のそれと異なる。
【０００９】
上で明らかにした現状の技術の文献には、過冷却した混合冷媒流を気化させて天然ガスの液化のための寒冷を提供することが記載されていて、そこでの過冷却は、過冷却した混合冷媒流のフラッシュと気化により発生する寒冷のうちの一部分により提供される。混合冷媒流と天然ガス原料を冷却するための寒冷は、主熱交換帯域での混合冷媒流の気化により提供される。圧縮中及び／又は圧縮後の混合冷媒蒸気の冷却は、例えばプロパン等の別個の冷媒により提供される。
【００１０】
ガス液化プロセスの向上した効率は、非常に望ましいものであり、ガス液化の技術において開発されている新しいサイクルの主要目的になっている。下記に記載しまた特許請求の範囲の記載により明らかにされる本発明の目的は、主熱交換帯域において追加の気化用冷媒流を提供することにより液化効率を向上させることである。液化効率を上昇させる改良された冷却工程を適用するための種々の態様が説明される。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原料ガスを液化するための寒冷を提供する方法であって、
（１）第１の温度とこの第１の温度より低い第２の温度との間の温度範囲内の寒冷を提供する第１の再循環冷却路から寒冷を提供する工程、
（２）第２の温度とこの第２の温度より低い第３の温度との間の温度範囲内の寒冷を第２の再循環冷却路から提供し、その際、第１の冷却路が第２の冷却路へ第１の温度と第２の温度との間の温度範囲内の寒冷を提供する工程、
（３）第２の再循環冷却路において混合冷媒蒸気を最終の一番高い圧力まで圧縮する工程、
（４）第２の再循環冷却路からの混合冷媒蒸気のうちの少なくとも一部分を部分的に凝縮させ、そして得られた部分凝縮混合冷媒を少なくとも一つの液体冷媒流と少なくとも一つの蒸気冷媒流とに分ける工程、及び
（５）この少なくとも一つの液体冷媒流を過冷却して第２の温度より低い温度にし、得られた過冷却液体冷媒流を減圧し、そして得られた減圧冷媒流を気化させて原料ガスを液化するための第２の温度と第３の温度との間の寒冷のうちの少なくとも一部分を提供する工程、
を含む原料ガスを液化するための寒冷の提供方法である。
【００１２】
得られた圧縮冷媒を部分的に凝縮させる工程を最終の一番高い圧力より低い圧力で行う場合には、この工程は第２の温度に等しいかそれより高い温度で実施される。得られた圧縮冷媒を部分的に凝縮させる工程を最終の一番高い圧力に本質的に等しい圧力で行う場合には、この工程は第２の温度より高い温度で実施される。
【００１３】
第２の温度と第３の温度との間の原料ガスを液化させるための寒冷は、主熱交換帯域での気化する混合冷媒との間接熱交換により提供することができる。この気化する混合冷媒は、
（ａ）混合冷媒蒸気を第１の圧力に圧縮する工程、
（ｂ）得られた圧縮冷媒蒸気を冷却し、部分的に凝縮させ、そして分離して第１の混合冷媒蒸気部分と第１の混合冷媒液体部分とを得る工程、
（ｃ）第１の混合冷媒液体部分を過冷却して第１の過冷却混合冷媒液を提供する工程、
（ｄ）この第１の過冷却混合冷媒液を減圧し、得られた減圧混合冷媒液を主熱交換帯域において気化させて、そこで原料ガスを冷却し凝縮させるための気化する混合冷媒を提供する工程、及び
（ｅ）主熱交換帯域から気化した混合冷媒流を抜き出して工程（ａ）のための混合冷媒蒸気のうちの少なくとも一部分を提供する工程、
により提供される。
【００１４】
工程（ｃ）での過冷却のための寒冷のうちの少なくとも一部分は、工程（ｄ）の主熱交換帯域における減圧混合冷媒の気化により提供することができる。工程（ｃ）の過冷却のための寒冷のうちの少なくとも一部分は、主熱交換帯域外部からの１以上の追加の冷媒流との間接熱交換により提供することもできる。この１以上の追加の冷媒流は、単一成分の冷媒又は多成分の冷媒を含むことができる。
【００１５】
上記の方法は更に、第１の混合冷媒蒸気部分を部分的に凝縮させそして分離して第２の混合冷媒蒸気と第２の混合冷媒液とにし、第２の混合冷媒液を主熱交換帯域での気化する混合冷媒との間接熱交換により過冷却し、得られた過冷却した第２の混合冷媒液を減圧し、そして得られた減圧混合冷媒流を主熱交換帯域で気化させて、そこにおいて追加の気化する混合冷媒流を提供することを含むことができる。
【００１６】
上記の方法はまた、第２の混合冷媒蒸気を主熱交換帯域での気化する混合冷媒との間接熱交換により凝縮させ過冷却し、得られた凝縮及び過冷却した第２の混合冷媒蒸気を減圧し、そして得られた減圧混合冷媒流を主熱交換帯域で気化させて、そこにおいて追加の気化する混合冷媒を提供することを更に含むことができる。
【００１７】
一般に、（ｂ）における冷却と部分的凝縮のための寒冷のうちの少なくとも一部分は、主熱交換帯域外部からの１以上の追加の冷媒流との間接熱交換により提供することができる。この１以上の追加の冷媒流のうちの少なくとも一つは、単一成分の冷媒又は多成分の冷媒を含むことができる。
【００１８】
原料ガスを冷却するための寒冷のうちの一部分は、主熱交換帯域外部からの１以上の追加の冷媒流との間接熱交換により提供することができる。この１以上の追加の寒冷流は、単一成分の冷媒又は多成分の冷媒を含むことができる。
【００１９】
原料ガスは、メタンと、メタンより重い１種以上の炭化水素を含むことができ、そしてこの場合における上記の方法は更に、
（ｅ）原料ガスを追加の冷媒流との間接熱交換で予冷する工程、
（ｆ）得られた予冷原料ガスをスクラブ塔へ導入して、希薄（ｌｅａｎ）スクラブ液をメタンより重い炭化水素で富ませる工程、
（ｇ）スクラブ塔の底部からメタンより重い炭化水素に富んだ流れを抜き出す工程、
（ｈ）スクラブ塔の塔頂部からメタンとメタンより重い残留炭化水素とを含有している塔頂生成物流を抜き出す工程、
（ｉ）この塔頂生成物流を主熱交換帯域で冷却してメタンより重い残留炭化水素を凝縮させる工程、
（ｊ）得られた冷却塔頂生成物流を精製したメタンに富む製品とメタンより重い炭化水素に富ませた流れとに分ける工程、及び
（ｋ）このメタンより重い炭化水素に富ませた流れのうちの少なくとも一部分を利用して工程（ｆ）の希薄スクラブ液を提供する工程、
を含むことができる。
【００２０】
第１の混合冷媒蒸気部分は、工程（ｂ）での分離の後で圧縮することができる。その結果得られた圧縮した工程（ｂ）の第１の混合冷媒蒸気の冷却と部分的凝縮は、周囲温度の流体との間接熱交換により行うことができる。第１の混合冷媒液のうちの一部分を第１の昇圧した混合冷媒蒸気と混ぜ合わせることができる。
【００２１】
随意に、工程（ｂ）の第１の混合冷媒蒸気のうちの少なくとも一部分を更に冷却し、部分的に凝縮させ、分離して追加の混合冷媒液にすることができ、そしてそれは第１の昇圧した混合冷媒液と一緒にされる。第１の混合冷媒蒸気部分を冷却し部分的に凝縮させるための寒冷のうちの一部分は、主熱交換帯域での気化する混合冷媒との間接熱交換により提供することができる。
【００２２】
過冷却後の第１の昇圧した混合冷媒液は、主熱交換帯域において第１の圧力で気化させることができ、そして過冷却後の第２の昇圧した混合冷媒液は、主熱交換帯域において第２の圧力で気化させることができる。上記の方法は更に、第２の混合冷媒蒸気を主熱交換帯域での気化する混合冷媒との間接熱交換により凝縮させ過冷却し、得られた凝縮し過冷却した第２の混合冷媒蒸気を減圧して第２の圧力にし、そして得られた減圧混合冷媒液を主熱交換帯域で気化させて、そこにおいて追加の気化する混合冷媒を提供することを含むことができる。
【００２３】
第２の再循環冷却路の運転は、
（ａ）混合冷媒蒸気を圧縮して第１の圧力にすること、
（ｂ）得られた圧縮冷媒蒸気を冷却し、部分的に凝縮させ、そして分離して混合冷媒蒸気部分と混合冷媒液体部分とにすること、
（ｃ）混合冷媒液体部分を過冷却して過冷却混合冷媒液を提供すること、
（ｄ）この過冷却混合冷媒液を減圧し、得られた減圧混合冷媒液を主熱交換帯域で気化させて、そこで原料ガスを冷却し凝縮させるための気化する混合冷媒流のうちの一つを提供すること、及び
（ｅ）主熱交換帯域から気化した混合冷媒流を抜き出して（ａ）における混合冷媒蒸気のうちの少なくとも一部分を提供すること、
を含むことができる。混合冷媒液体部分を過冷却するための寒冷は、一部分は、主熱交換帯域での得られた気化する減圧冷媒液との間接熱交換により提供することができ、そして一部分は、主熱交換帯域外部からの追加の冷媒のうちの１以上の部分との間接熱交換により提供することができる。
【００２４】
第２の再循環冷却路の運転は、更に、
（ｆ）混合冷媒蒸気部分を凝縮させ過冷却して追加の過冷却混合冷媒液を提供すること、及び
（ｇ）この追加の過冷却混合冷媒液を減圧し、得られた減圧液を主熱交換帯域で気化させて、そこで原料ガスを冷却し凝縮させるための気化する混合冷媒流のうちのもう一つを提供すること、
を含むことができる。追加の混合冷媒蒸気を凝縮させ過冷却するための寒冷は、一部分は、主熱交換帯域での得られた気化する減圧液との間接熱交換により提供することができ、そして一部分は、主熱交換帯域外部からの１以上の追加の冷媒流との間接熱交換により提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明は、ガス流の効率的な液化方法を提供するものであり、特に天然ガスの液化に適用可能である。本発明は、混合冷媒系を利用し、この混合冷媒系では圧縮後の混合冷媒を第２の冷却系により予冷し、そして圧縮混合冷媒の部分的凝縮及び分離から少なくとも一つの液体流を得る。部分凝縮工程を圧縮混合冷媒の最終の一番高い圧力より低い圧力で行う場合、凝縮は第２の冷媒系により提供される一番低い温度と等しいかそれより高い温度で実施される。部分凝縮工程を圧縮混合冷媒の最終の一番高い圧力と本質的に等しい圧力で行う場合、凝縮は第２の冷媒系により提供される一番低い温度より高い温度で実施される。
【００２６】
混合冷媒は、メタン、エタン、プロパン及びその他の軽質炭化水素から選ばれる１種以上の炭化水素を一般に含有している多成分流体混合物であり、窒素を含有してもよい。
【００２７】
予冷系は、一般に、混合冷媒を周囲温度より低い温度に冷却する。本発明における予冷系により達成される一番低い温度に制限はないものの、液化天然ガス（ＬＮＧ）の製造にとっては、最低の予冷温度は一般に約０℃と約−７５℃の間、好ましくは約−２０℃と約−４５℃の間にあるべきであることが分かった。最低の予冷温度は、天然ガス組成とＬＮＧ製品要求条件とに依存する。予冷系は、Ｃ２〜Ｃ５炭化水素又はＣ１〜Ｃ４ハロカーボンから選ばれる単一成分冷媒をおのおのが使用する熱交換器のカスケードを形成することができる。所望ならば、予冷系は種々の炭化水素を含む混合冷媒を使用することができる。本発明の一つの態様は、プロパンで予冷される混合冷媒系を利用して、混合冷媒の第１段階のプロパンでの冷却後に混合冷媒液を得、その結果、標準的なプロパン予冷混合冷媒サイクルよりも動力の節約になり又は生産量が増加することになる。複混合冷媒サイクルへの本発明の適用を含めて、いくつかの態様を説明する。
【００２８】
本発明は、プレート‐フィン式、蛇管（コイル）式、多管式、及びケトル式熱交換器、あるいは特定の用途に依存して複数のタイプの熱交換器の組み合わせを含めて、冷却循環路における様々な熱交換器のいずれも利用することができる。本発明は、任意の適当なガス流の液化に適用可能であるが、下記では天然ガスの液化のための方法として説明される。本発明は、特許請求の範囲に記載された方法において使用される熱交換器の数及び配置にはとらわれない。
【００２９】
ここでの開示において、「熱交換帯域」という用語は、所定の温度範囲内の１種以上のプロセス流を冷却する寒冷を１種以上の冷媒流により提供する熱交換器、又は複数の熱交換器の組み合わせを定義するものである。熱交換器は、任意の熱交換装置を収容している容器であり、そのような装置はプレート及びフィン、蛇管（コイル）、管束（チューブバンドル）、及びその他の既知の伝熱手段を包含することができる。「主熱交換帯域」という用語は、原料ガスを冷却及び液化するための第２の温度と第３の温度との間の温度範囲で第２の再循環冷却路から寒冷を提供する帯域を定義するものである。下記で説明する態様では、主熱交換帯域は、第２の温度と第３の温度の間で原料ガスを冷却及び液化する寒冷を再循環混合冷媒の気化により供給する熱交換器、又は一群の熱交換器である。
【００３０】
従来技術による代表的なガス液化法を図１でもって説明する。酸性ガス、例えばＣＯ２やＨ２Ｓ等を、例えば水銀等のその他の汚染物とともに除去するため、天然ガス１００を最初に前処理部１０２で清浄にし乾燥させる。次に、前処理したガス１０４は第１段のプロパン熱交換器１０６に入り、そこで冷却されて約８℃の典型的な中間温度にされる。この流れを第２段のプロパン熱交換器１０８で更に冷却して約−１５℃の典型的温度にし、そして得られた更に冷却した流れ１１２をスクラブ塔１１０に入れる。スクラブ塔では、原料のうちの重い成分、一般にペンタン及びそれより重質のものを、スクラブ塔の底部から流れ１１６として除去する。スクラブ塔のコンデンサーは、プロパン熱交換器１１４により寒冷を供給される。プロパン熱交換器１０６、１０８、及び１１４は、気化するプロパンを使用して間接熱交換により寒冷を提供する。
【００３１】
重質成分除去後の天然ガス流１１８は、約−３５℃の典型的温度にある。流れ１１８は、主熱交換器１２２の第１の帯域の冷却路１２０で、管路１２４を通して供給される沸騰する混合冷媒流によって約−１００℃の典型的温度まで更に冷却される。得られた冷却原料流を弁１２６を通しフラッシュさせ、そして主熱交換器１２２の第２の帯域における冷却路１２８で管路１３０を通して供給される沸騰する混合冷媒流により更に冷却する。得られた液化した流れ１３２を弁１３４を通しフラッシュさせて、−１６６℃の典型的温度の最終ＬＮＧ製品流１３６を得ることができる。必要なら、流れ１３２又は流れ１３６を、窒素等のような残留汚染物質の除去のために更に処理することができる。
【００３２】
気化する冷媒流１２４と１３０は熱交換器１２２を下向きに流れ、そして一緒になった混合冷媒蒸気流１３８がそこから抜き出される。混合冷媒蒸気流１３８は多段圧縮機１４０で５０ｂａｒａの典型的圧力に圧縮され、熱交換器１４２で周囲ヒートシンクとの熱交換で冷却され、そして熱交換器１４４、１４６、及び１４８で気化するプロパンとの熱交換で更に冷却され且つ部分的に凝縮されて、−３５℃の典型的温度の二相混合冷媒流１５０となる。
【００３３】
二相混合冷媒流１５０は分離器１５２で分離されて蒸気流１５４と液体流１５６にされ、それらは熱交換器１２２へ流入する。液体流１５６は冷却路１５８で過冷却され、弁１６０を通してフラッシュされて、管路１２４を通し供給される気化する冷媒流をもたらす。蒸気流１５４は冷却路１６２と１６４で凝縮及び過冷却され、弁１６６を通しフラッシュされて、管路１３０を通し供給される気化する混合冷媒流をもたらす。
【００３４】
本発明の好ましい態様を図２でもって説明する。重質成分を除去し約−３５℃に冷却後の天然ガス原料流１１８を、図１に関し先に説明したように供給する。流れ１１８を、熱交換器２２０の下方の帯域で管路２２２と２２４を通して導入される第１の気化する混合冷媒との間接熱交換により約−１００℃の典型的温度まで更に冷却する。熱交換器２２０は、先に定義した主熱交換帯域であり、そこでは１以上の冷媒流により寒冷を供給して所定の温度範囲内でプロセス流を冷却する。このガス流を熱交換器２２０の中央の帯域の冷却路２２５で管路２２６と２２７を通して導入される第２の気化する混合冷媒との間接熱交換により約−１３０℃の典型的温度まで更に冷却する。次いで、得られた流れを熱交換器２２０の上方の帯域における冷却路２２８で管路２３０と２３１を通して導入される第３の気化する混合冷媒との間接熱交換により約−１６６℃の典型的温度まで更に冷却する。最終のＬＮＧ製品を流れ２３２として抜き出して、貯蔵タンクへ送り、又は必要ならば更なる処理工程に送る。
【００３５】
図２の方法では、最終のＬＮＧ製品で非常に低レベルの重質成分が要求される場合、スクラブ塔１１０に対し任意の適当な改変を行うことができる。例えば、ブタンなどのような重質成分を洗浄液として使用してもよい。
【００３６】
天然ガスを約−３５℃から最終のＬＮＧ製品温度の約−１６６℃まで冷却し凝縮させるための寒冷は、少なくとも一部分は、本発明の好ましい特徴を利用する混合冷媒循環路によって提供される。熱交換器２２０の低部から一緒にした気化した混合冷媒流２３３を抜き出し、多段圧縮機２３４で圧縮して約５０ｂａｒａの典型的圧力にする。次に、圧縮した冷媒２３５を熱交換器２３６での周囲ヒートシンクとの熱交換で冷却して約３０℃にする。最初に冷却した高圧混合冷媒流２３７を第１段のプロパン熱交換器２３８で更に冷却し部分的に凝縮させて、およそ８℃の温度にする。この部分的に凝縮した流れは分離器２４０へ流入し、そこで蒸気流２４２と液体流２４４に分離される。蒸気流２４２はプロパン熱交換器２４６で更に冷却されておよそ−１５℃の温度にされ、そしてプロパン熱交換器２４８で更に冷却されて約−３５℃にされる。液体流２４４はプロパン熱交換器２５０で更に冷却されておよそ−１５℃の温度にされ、そしてプロパン熱交換器２５２で更に冷却されて約−３５℃にされ、過冷却した冷媒液体流２６２をもたらす。
【００３７】
分離器２４０での分離後、液体流２４４のうちの一部分は、随意の流れ２５４、２５６、及び２６６により表されるとおり冷却工程中に、あるいは冷却工程後に、任意の個所で蒸気と混ぜ合わせてもよい。その結果得られた二相冷媒流２６０は、次いで分離器２７２で分離されて液体流２６８と蒸気流２７０にされる。随意に、過冷却液体流２６２のうちの一部分を流れ２５８として、飽和液体流２６８と混ぜ合わせ、液体冷媒流２７４としてもよい。
【００３８】
三つの混合冷媒流、すなわち重質液体流２６２、軽質液体流２７４、及び蒸気流２７０は、約−３５℃の典型的温度で熱交換器２２０の高温端に入る。流れ２６２は、冷却路２７５で更に過冷却されて約−１００℃の温度にされ、そしてジュール‐トムソン絞り弁２７６を通して断熱的に減圧されて約３ｂａｒａの圧力にされる。減圧した冷媒は管路２２２及び２２４を通して熱交換器２２０へ導入されて、先に説明したように寒冷を提供する。所望ならば、この冷媒流は絞り弁２７６の代わりにターボエキスパンダー又は膨張エンジンを使って仕事膨張により減圧してもよい。液体冷媒流２７４は、冷却路２７８で過冷却されて約−１３０℃の温度にされ、そしてジュール‐トムソン絞り弁２８０を通し断熱的に減圧されて約３ｂａｒａの圧力にされる。この減圧した冷媒は、管路２２６と２２７を通して熱交換器２２０へ導入されて、先に説明したようにそこでの寒冷を提供する。所望ならば、この冷媒流は絞り弁２８０の代わりにターボエキスパンダー又は膨張エンジンを使って仕事膨張により減圧してもよい。
【００３９】
冷媒蒸気流２７０は冷却路２８２で液化され過冷却されて約−１６６℃の温度になり、そしてジュール‐トムソン絞り弁２８４を通し断熱的に減圧されて約３ｂａｒａの圧力になる。この減圧した冷媒を管路２３０及び２３１を通して熱交換器２２０へ導入して、先に説明したようにそこでの寒冷を提供する。所望ならば、この冷媒流は絞り弁２８４の代わりにターボエキスパンダー又は膨張エンジンを使って仕事膨張により減圧してもよい。
【００４０】
図２の方法においては、所望ならいくつかの熱交換器を組み合わせて一つの熱交換器にしてもよい。例えば、熱交換器２４６と２５０を組み合わせることができ、あるいは熱交換器２４６と２４８を組み合わせることができる。
【００４１】
図２の好ましい態様は種々の流れの典型的な温度及び圧力を使用して説明されてはいるが、これらの圧力と温度は限定しようとするものではなく、設計及び運転条件に応じて幅広く変えることができる。例えば、高圧混合冷媒の圧力は任意の適当な圧力でよく、必ずしも５０ｂａｒａでなくともよく、また低圧混合冷媒流２３３の圧力は１ｂａｒａと２５ｂａｒａの間の任意の適当な圧力でよい。同様に、上記の方法を説明した際の上記の典型的温度は変えてもよく、そしてそれは特定の設計条件と運転条件に依存する。
【００４２】
このように、本発明の重要な特徴は追加の過冷却した液体冷媒流２６２を生じさせることであり、それは熱交換器２２０の下部において更に過冷却されそして気化して、寒冷を提供する。この追加の冷媒流を使用すると、液体流の必要とされる過冷却の総量を減らすことにより動力を節約することになる。重質炭化水素成分を含有する液体冷媒流２６２の使用は、熱交換器２２０の下部又は高温帯域での気化にとって熱力学的に好ましい組成物を提供する。重質の冷媒流２６２の凝縮と分離は、液体冷媒流２７４の軽質成分の濃度をより高くすることになり、これは熱交換器２２０の中央帯域の寒冷を提供するのにより適切である。最適組成の冷媒流２６２及び２７４を用いることは、熱交換器２２０における冷却曲線をより良好にし、且つ効率を向上させる。
【００４３】
本発明のもう一つの態様を図３でもって説明する。この態様では、圧縮器３０６の圧縮段階の間で熱交換器３００、３０２、及び３０４によって３段階のプロパンでの予冷が行われる。プロパンでの最終段階の予冷の後に、部分的に凝縮した流れ３０８を蒸気流３１０と液体流３６２とに分離する。蒸気流３１０は圧縮機３０６における追加段で更に圧縮して最終的な高圧にされ、そして随意にプロパン予冷熱交換器３１２で更に冷却される。液体流３６２は過冷却され、絞り弁３７６を通し断熱的に減圧されて、管路３２２を通し熱交換器３２０へ導入されて、図２を参照して先に説明したように寒冷を提供する。所望ならば、流れ３７８の圧力は絞り弁３７６の代わりにターボエキスパンダー又は膨張エンジンを使って低下させることができる。
【００４４】
本発明のもう一つの態様を図４でもって説明する。この態様では、先に説明した原料熱交換器１０６、１０８，１１４、そして追加の熱交換器４０１としてそれぞれ示した、４段のプロパンでの予冷を、原料の予冷と前処理のために使用する。追加のプロパンによる寒冷も混合冷媒循環路を冷却するために使用し、その循環路では熱交換器４０２と４０３を、前に説明した熱交換器２４６、２４８、２５０及び２５２とともに使用する。これらの追加の熱交換器はいくらかの複雑さを付加するが、液化プロセスの効率を向上させる。
【００４５】
本発明のもう一つの態様を図５でもって説明する。ここでは、第一の分離器５４０が図２の態様におけるように第１段のプロパンでの予冷後ではなく、熱交換器５００における第２段のプロパンでの予冷後に位置している。図６は、もう一つの随意の態様を示しており、ここでは第一の分離器６４０は図２の態様における第１段のプロパンでの予冷後ではなく周囲冷却器の直後に位置している。図６の態様では、プロパンでの全ての冷却は分離器６４０の後で行われる。
【００４６】
図７は、原料の予冷の全ての段階をスクラブ塔７１０の前でプロパン熱交換器７０６、７０８、及び７１４で行う、本発明のもう一つの態様を説明するものである。スクラブ塔の塔頂コンデンサーのための寒冷は、熱交換器７２０の一番高温の帯域の冷却路７１８で塔頂流７１６を冷却することにより提供される。冷却し部分的に凝縮させた塔頂流７２２をスクラブ塔分離器７２４へ戻す。この態様は、最終ＬＮＧ製品において非常に低レベルの重質成分が要求される場合に有効である。
【００４７】
もう一つに態様を図８でもって説明する。ここでは、追加の分離器８０１を用いて追加の混合冷媒液体流８０２をプロパンでの最終予冷段階の前に生じさせる。追加の液体流８０２の全部又は一部分を同じ温度まで過冷却後に生じた第１の液と混合してもよく、そして随意に、流れ８０３としての一部分を分離器８０１からの蒸気と一緒にしてもよい。
【００４８】
図９は本発明のもう一つの態様を説明するものであり、ここでは、追加の分離器９００を用いて最終段階のプロパンでの予冷前に第２の追加の液体流９０１を生じさせる。この態様では、生じた第２の追加の液体流９０１を上記の図８の態様においてそうであったように生じた第一の液と混合せず、その代わりに過冷却して熱交換器９２０へ液体供給物として導入し、そしてそれを過冷却して絞り弁９０３を通し膨張させる。この追加の液の使用は、図９に示したように、追加の熱交換器９０２を必要とする。この態様は、ガス液化プロセスで幅広く使用されている蛇管式熱交換器よりも、図９に示したように主熱交換帯域９２０においてろう付けしたアルミニウム熱交換器を使用することができる点で、このほかの態様と異なる。とは言え、任意の適当なタイプの熱交換器を本発明のいずれの態様のためにも使用することができる。
【００４９】
本発明のもう一つの随意の態様を図１０に示す。この態様では、第２の相分離器１０００が最終のプロパン予冷段１４８により提供されるよりも低い温度のところにある。二相流１０６０は直接熱交換器１０２０に入り、この熱交換器の一番高温の熱交換帯域で冷却されてから分離される。
【００５０】
図１１は、混合冷媒流を二つの異なる圧力で気化させる本発明のもう一つの特徴を開示するものである。流れ１１６８と１１７０を液化させ、過冷却し、減圧し、そして熱交換器１１０２において低圧で気化させる。気化した混合冷媒流１１０４は低温で圧縮機１１３６へ直接供給してもよく、あるいは熱交換器１１００で加温してから圧縮機１１３６へ供給してもよい。液体冷媒流１１６２は更に過冷却し、熱交換器１１０２の圧力より高い圧力に減圧し、熱交換器１１００で気化させ、そして図示のように流れ１１０６として圧縮機１１３６の圧縮段階の間へ戻す。
【００５１】
ガスの液化に利用される混合冷媒は、上述のようにプロパンによるのでなく、別の混合冷媒で予冷してもよい。図１２に示されるこの態様では、液体冷媒流１２０２を圧縮機１２０４における圧縮段の間の予冷混合冷媒の部分凝縮から得る。次いで、この液を熱交換器１２００で過冷却し、中間の個所で抜き出し、絞り弁１２０６を通しフラッシュさせ、そして気化させて熱交換器１２００の高温の帯域へ寒冷を提供する。熱交換器１２００からの蒸気１２１０を圧縮機１２０４で圧縮し、周囲温度のヒートシンクとの熱交換で冷却して、流れ１２１２として熱交換器１２００へ導入する。流れ１２１２を熱交換器１２００で冷却及び過冷却し、熱交換器１２００の低温端で抜き出し、絞り弁１２０８を通してフラッシュさせ、そして気化させて熱交換器１２００の低温帯域へ寒冷を提供する。
【００５２】
圧縮した混合冷媒流１２１４を熱交換器１２００の下方部分で冷却し部分的に凝縮させ、次いで分離器１２８８で分離する。得られた液体流１２４４を次に熱交換器１２００の上端部で過冷却し、その結果得られた過冷却流１１６２を熱交換器１２２０の下部で更に過冷却し、絞り弁１２７６を通し断熱的に減圧し、管路１２２２により熱交換器１２２０へ導入して、気化させそこでの寒冷を提供する。分離器１２８８からの蒸気は熱交換器１２００の上部で冷却して二相の冷媒流１２６０とし、それを分離器１２６２で分離して、先に説明したように熱交換器１２２０で利用する。
【００５３】
図１３は、図１２の態様に対する改変を例示するものであり、ここでは予冷混合冷媒を熱交換器１３００と１３０２で異なる二つの圧力において気化させている。分離器１３８８での低温混合冷媒の第１の分離は予冷熱交換器１３００での冷却後に行う。得られた液体流１３４４を次に過冷却してから、絞り弁１３７６を通し断熱的に減圧し、熱交換器１３２０へ流れ１３２２として導入してそこでの気化により寒冷を提供する。
【００５４】
本発明の最後の態様を図１４でもって説明するが、これは図２の態様を簡単にしたものである。この態様では、図２の熱交換器２２０の直前での流れ２６０の分離をなくすことによってフローシートが簡単にされる。図１４においては、熱交換器１４２０における二つの熱交換帯域が図２の熱交換器２２０の三つの熱交換帯域に取って代わる。流れ１４６０を熱交換器１４２０で液化し過冷却し、過冷却流１４８６を絞り弁１４８４を通して断熱的に減圧して約３ｂａｒａにし、そして流れ１４３０として熱交換器１４２０の低温端へ導入して、そこで気化させ寒冷を提供する。所望ならば、流れ１４８６の圧力はターボエキスパンダー又は膨張エンジンでの仕事膨張により低下させることができる。
【００５５】
上述の態様は、少なくとも一つの中間液体流が第１の再循環冷却路との熱交換での冷却により達成できる一番低い温度に等しいか又はそれより高い温度での混合冷媒の部分凝縮及び分離から得られる本発明の重要な共通の特徴を利用している。中間液体流は、予冷系により提供される温度よりも低い温度の寒冷を提供するのに使用される。
【００５６】
中間流が得られる凝縮温度は、必要に応じて様々でよく、図６の態様ではこの凝縮は熱交換器１６４において周囲温度でなされる一方、図３の態様ではこの凝縮は圧縮機３０６からの圧縮混合冷媒蒸気の最終の最高圧力より低い圧力で熱交換器３０４において一番低いプロパン予冷温度でなされる。図２、４、及び５の態様では、凝縮はこれらの両極端の間の温度でなされる。
【００５７】
上記の態様は、包括的なプロセスに関して言えば次のように要約することができる。本発明は基本的に、いくつかの一般的工程を含む、寒冷を供給して原料ガスを液化する方法である。寒冷は、第１の温度とこの第１の温度より低い第２の温度との間の温度範囲の寒冷を提供する第１の再循環冷却路により提供され、そして予冷用の寒冷として説明される。第２の温度は、一般に、第１の冷却循環路の冷媒との間接熱交換によりプロセス流を冷却することができる一番低い温度である。例えば、第一の冷却循環路がプロパンを使用する場合、プロセス流を冷却することができる一番低い温度は約−３５℃であり、そしてこれは第２の温度の典型的なものである。
【００５８】
第２の温度とこの第２の温度より低い第３の温度との間の温度範囲の第２の再循環冷却路により、追加の寒冷が供給される。第１の冷却循環路は、第１の温度と第２の温度との間の温度範囲で第２の冷却循環路に寒冷のうちの少なくとも一部分を供給し、そしてまた原料ガスを予冷するために寒冷を提供することもできる。
【００５９】
上述のように単一成分又は複数成分を使用することができる第１の冷却循環路は、冷媒を気化させる圧力に応じ、いくつかの温度レベルの寒冷を提供する。第１の冷却循環路は、上述のとおり熱交換器１０６、１０８、１１４、４０１、７０６、７０８、７１４、１２００、１３００、及び１３０２で、原料ガスを予冷するための寒冷を提供する。第１の冷却循環路はまた、上述のとおり熱交換器２３８、２４６、２４８、２５０、２５２、３００、３０２、３０４、３１２、４０２、４０３、及び５００において第２の冷媒循環路を冷却する寒冷も提供する。
【００６０】
図２の好ましい態様において例示される、第２の冷媒循環路は、一般に、冷媒管路２３３、圧縮機２３４、分離器２４０、第１の冷媒循環路の冷却をするいくつかの冷却用熱交換器、冷媒管路２６０、２６２、２７０、及び２７４、分離器２７２、過冷却路２７５、２７８、及び２８２、絞り弁２７６、２８０、及び２８４、そして冷媒管路２２２、２２４、２２６、２２７、２３０、及び２３１を含む。同様の構成機器類が、図４〜１３の態様において同様の様式で利用される。図１４の態様における第２の冷媒循環路には、図２の特徴が含まれるが、但し、分離器２７２、冷媒管路２７４、過冷却路２７８、冷媒管路２２６及び２２７、そして絞り弁２８０はなしである。
【００６１】
混合冷媒蒸気を図２の（及び同様に図４〜１３の態様における）多段圧縮機２３４で最終的な最高圧力に圧縮する場合には、圧縮した蒸気を第１の冷媒循環路からの冷媒により提供される一番低い温度よりも高い温度で部分的に凝縮させそして分離する。この凝縮／分離工程において作られる混合冷媒蒸気流と液体流のうちの少なくとも一方は、第１の冷媒循環路からの冷媒により、第一の冷媒を使用して可能な一番低い温度まで更に冷却される。そのような追加の冷却は、図２の熱交換器２４６、２４８、２５０、及び２５２により提供することができる。
【００６２】
図３の態様におけるように、混合冷媒蒸気を最終の最高圧力より低い圧力まで最初に圧縮する際には、圧縮した混合冷媒蒸気流の凝縮は圧縮機３０６の圧縮段階の間において、第１の冷却循環路からの寒冷で冷却することにより達成できる一番低い温度に等しいかそれより高い温度、すなわち第２の温度、において行う。管路３１０の分離した蒸気を圧縮機３０６の最終段で更に圧縮する。熱交換器３１２での第１の冷却循環路による追加の冷却がなされない場合には、流れ３０８の凝縮と分離は第２の温度より高い温度で実施することができる。熱交換器３１２で追加の冷却がなされる場合には、流れ３０８の凝縮と分離を第２の温度で又はそれより高い温度で実施することができる。
【００６３】
上述のように生じさせた、第２の温度又はそれより高い温度にある液体冷媒流を主熱交換器で気化する混合冷媒との熱交換により過冷却し、減圧し、そして主熱交換器で気化させて、第２の温度と第３の温度との間の寒冷を提供する。
【００６４】
【実施例】
本発明の好ましい態様を、天然ガスを液化するための熱収支と物質収支を取ることによりシミュレーションした。図２を参照して説明すると、ＣＯ２及びＨ２Ｓ等の酸性ガスを水銀等のその他の汚染物質とともに除去するため、天然ガス１００を最初に前処理部１０２で清浄にして乾燥させる。前処理した原料ガス１０４の流量は３０，６１１ｋｇ−ｍｏｌ／ｈであり、圧力は６６．５ｂａｒａ、温度は３２℃（８９．６°Ｆ）であり、モル組成は次のとおりである。
【００６５】
【表１】
0003615141.tif 000002
【００６６】
前処理したガス１０４は第１の熱交換器１０６に入り、５．９ｂａｒａで沸騰するプロパンにより９．３℃の温度まで冷却される。原料は熱交換器１０８において２．８ｂａｒａで沸騰するプロパンにより−１４．１℃まで更に冷却されてから、流れ１１２としてスクラブ塔１１０に入る。スクラブ塔の塔頂コンデンサー１１４は−３７℃で運転し、１．１７ｂａｒａで沸騰するプロパンにより寒冷を供給される。スクラブ塔１１０では、原料のうちのペンタンとそれより重い成分が除去される。
【００６７】
重質成分を除去し−３７℃に冷却後の天然ガス流１１８を、次いで主熱交換器２２０の第一の帯域の冷却路２１９で混合冷媒を沸騰させることにより−９４℃の温度まで更に冷却する。気化した混合冷媒流２３３の流量は４２，０５２ｋｇ−ｍｏｌ／ｈであり、組成は次のとおりである。
【００６８】
【表２】
0003615141.tif 000003
【００６９】
その結果得られた原料ガスを、熱交換器２２０の第２の帯域の冷却路２２５で管路２２６と２２７を通して供給される混合冷媒流を沸騰させることにより約−１２８℃の温度まで更に冷却する。得られたガス流を、熱交換器２２０の第３の帯域の冷却路２２８で管路２３０と２３１を通して導入される混合冷媒流を沸騰させることにより−１６３℃の温度まで更に冷却する。次に、その結果得られた更に冷却したＬＮＧ流２３２を貯蔵タンクへ送る。
【００７０】
天然ガス流１１８を−３７℃から−１６３℃の温度まで冷却するための寒冷は、混合成分冷却循環路により提供される。流れ２３５は、５１ｂａｒａの圧力で多段圧縮機２３４を出てくる高圧の混合冷媒である。次いでそれを熱交換器２３６で冷却水との熱交換で３２℃に冷却する。高圧混合冷媒流２３７は第１段のプロパン熱交換器２３８に入り、５．９ｂａｒａで沸騰するプロパンにより９．３℃の温度に冷却され、そして分離器２４０に流入してそこで蒸気流２４２と液体流２４４に分離される。蒸気流２４２をプロパン熱交換器２４６において２．８ｂａｒａで沸騰するプロパンにより−１４．１℃の温度まで更に冷却し、続いてプロパン熱交換器２４８において１．１７ｂａｒａで沸騰するプロパンにより−３７℃まで更に冷却する。流量が９２４０ｋｇ−ｍｏｌ／ｈの液体流２４４をプロパン熱交換器２５０において２．８ｂａｒａで沸騰するプロパンにより−１４．１℃の温度まで更に冷却し、続いてプロパン熱交換器２５２において１．１７ｂａｒａで沸騰するプロパンにより−３７℃まで更に冷却する。
【００７１】
次に、結果として得られた冷却した蒸気流２６０を分離器２７２において−３７℃で分離して液体流２６８と蒸気流２７０にする。液体流２６８の流量は１７，４００ｋｇ−ｍｏｌ／ｈである。
【００７２】
過冷却した液体流２６２を冷却路２７５で−９４℃の温度まで更に過冷却し、絞り弁２７６を通して断熱的に減圧して約３ｂａｒａの圧力にし、管路２２２と２２４を通して熱交換器２２０へ導入する。液体流２７４は冷却路２７８で−１２８℃の温度まで過冷却し、絞り弁２８０を通して断熱的に減圧して約３ｂａｒａの圧力にし、管路２２６と２２７を通して熱交換器２２０へ導入する。蒸気流２７０は冷却路２８２で液化させ−１６３℃の温度まで過冷却し、絞り弁２８４を通して断熱的に減圧して約３ｂａｒａの圧力にし、管路２３０と２３１を通し熱交換器２２０の低温端へ導入する。
【００７３】
このように、本発明はその最も幅広い態様において、予冷系により提供される一番低い温度よりも高い温度での又は混合冷媒循環路の最終の一番高い圧力より低い圧力での混合冷媒の部分的凝縮と分離から得られる少なくとも一つの中間液体流を生じさせることにより、ガス液化技術に対して改良を提供するものである。この中間液体混合冷媒流は、少なくとも一部分は、予冷系によって提供される温度よりも低い温度の追加の寒冷を提供するために使用され、そしてこの追加の寒冷は主熱交換器において使用することができる。本発明は、従来技術の方法に比べて所定の圧縮動力についてＬＮＧ生産量を増加させるより効率的な方法である。
【００７４】
本発明の本質的な特徴は前述の開示に完全に記載されている。当業者は本発明を理解して、本発明の基本精神からそれずに、且つ特許請求の範囲に記載された範囲及びそれに記載されたものと同等又は均等のものから逸脱することなしに、様々な改変を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の液化プロセスの代表例の概要フローダイヤグラムである。
【図２】１段階の熱交換で冷却後に圧縮混合冷媒を中間の温度で部分的に凝縮させる、第２の冷媒を用いる本発明の一態様の概要フローダイヤグラムである。
【図３】圧縮混合冷媒蒸気の最終圧力より低い中間の圧力において３段階の熱交換で冷却後に、圧縮混合冷媒を中間の温度で部分的に凝縮させる、第２の冷媒を用いる本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図４】中間の混合冷媒蒸気流及び液体流を３段階の熱交換で更に冷却する、第２の冷媒を用いる本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図５】２段階の熱交換後に圧縮混合冷媒を中間の温度で部分的に凝縮させる、第２の冷媒を用いる本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図６】中間の混合冷媒蒸気流及び液体流を４段階の熱交換で更に冷却する、第２の冷媒を用いる本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図７】原料ガスを３段階の熱交換で予冷する、第２の冷媒を用いる本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図８】圧縮混合冷媒の２段階の部分凝縮を利用して一緒にした液体混合冷媒流を作る、本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図９】圧縮混合冷媒の２段階の部分凝縮を利用して二つの過冷却液体冷媒を主熱交換帯域へ供給する、本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図１０】圧縮混合冷媒の２段階の部分凝縮を利用し、そのうちの第２段階が主熱交換帯域で混合冷媒により提供される寒冷を利用する、本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図１１】混合冷媒を主熱交換帯域において二つの異なる圧力で気化させる、本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図１２】混合冷媒循環路により予冷を行う、本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図１３】二つの冷媒圧力レベルを用い混合冷媒循環路により予冷を行う、本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【図１４】単一段階の混合冷媒部分凝縮を利用する、本発明のもう一つの態様の概要フローダイヤグラムである。
【符号の説明】
１００…天然ガス
１０２…前処理部
１１０、７１０…スクラブ塔
２２０、３２０、７２０、９２０…熱交換器
２３２…液化天然ガス
２３４、３０６…多段圧縮機
２４０、２７２、５４０、６４０、７２４、８０１、９００…分離器
２７６、２８０、１８４…絞り弁
１０００、１２６２、１２８８…分離器
１０２０、１１００、１１０２、１２００、１２２０…熱交換器
１１３６、１２０４…圧縮機
１３００、１３０２、１３２０、１４２０…熱交換器
１３８８…分離器
【図１】
0003615141.tif 000004
【図２】
0003615141.tif 000005
【図３】
0003615141.tif 000006
【図４】
0003615141.tif 000007
【図５】
0003615141.tif 000008
【図６】
0003615141.tif 000009
【図７】
0003615141.tif 000010
【図８】
0003615141.tif 000011
【図９】
0003615141.tif 000012
【図１０】
0003615141.tif 000013
【図１１】
0003615141.tif 000014
【図１２】
0003615141.tif 000015
【図１３】
0003615141.tif 000016
【図１４】
0003615141.tif 000017