(57)【要約】  周囲温度範囲内の所望の温度まで、液化天然ガスなどの低温流体を気化させ、加熱する方法。その方法は、液化天然ガスを加熱するために及び液化天然ガスの低温度潜在能力を用いて電力を生成するために、プロパンなどの中間熱交換流体を使用することを含む。熱交換流体は、産業プロセスから入手できる温かい又は熱い水などの熱源によって加熱される。熱交換流体は、熱交換蒸気を生成するために加圧され、加熱される。低温流体が、普通の熱交換流体及び熱源を使用して、段階的に所望の温度まで気化され、加熱されるように、熱交換蒸気は、連続して低温流体と熱を交換する複数のストリームに分配される。
2009539037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温流体を気化させ、加熱する方法であって、
高圧熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、
前記高圧熱交換蒸気を第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームに分配するステップと、
前記第１熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって前記第１熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、
低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、前記第１熱交換ストリームと前記低温流体との間で熱を交換するステップと、
前記気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、前記第２熱交換ストリームと前記部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、
前記第１及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップと、
前記第１及び第２熱交換ストリームを再結合して前記熱交換流体を生成するステップとを含む、方法。
【請求項２】
高圧熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップが、前記熱交換流体をポンプで昇圧するステップ及び加熱するステップの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
高圧熱交換蒸気を生成するステップが、前記熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧するステップ及び次いで前記熱交換流体を加熱するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節する前記ステップが、
前記第１熱交換ストリームの圧力を増加させるステップと、
前記第２熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、
前記第２熱交換ストリームの圧力を増加させるステップとの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１ストリーム及び前記第２ストリームの１つ又は複数の圧力を調節する前記ステップが、前記第２ストリームの圧力を低減するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１熱交換ストリーム及び前記第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節する前記ステップが、前記第１熱交換ストリームをより高い圧力までポンプで昇圧するステップ及び前記第２熱交換ストリームを高い圧力までポンプで昇圧するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記低温流体が液化天然ガスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記熱交換流体が、分子当たり約１から約６個の炭素原子を有する炭化水素、ハロゲン化炭素、及びそれらの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
熱交換流体が、エタン、プロパン、ブタン、エチレン及びプロピレンの１つ又は複数を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記高圧熱交換蒸気が、少なくとも約６０ｐｓｉｇの圧力である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記高圧熱交換蒸気が、少なくとも約４．４４℃の温度である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記最小温度が、少なくとも約−６．６７℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記最小温度が、少なくとも約４．４４℃である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１熱交換ストリームと熱を交換する前に、前記低温流体の圧力を少なくとも約５００ｐｓｉｇの圧力まで増加させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記低温流体の圧力が、少なくとも約１０００ｐｓｉｇの圧力まで増加される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
液化天然ガスを気化させ、加熱する方法であって、
熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップであって、前記熱交換流体がプロパンを含むステップと、
前記熱交換蒸気を第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームに分配するステップと、
前記第１熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって前記第１熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、
液化天然ガスを少なくとも部分的に気化させるために、前記第１熱交換ストリームと前記液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、
前記気化された液化天然ガスを最小温度まで加熱するために、前記第２熱交換ストリームと前記部分的に気化された液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、
前記第１熱交換ストリーム及び前記第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップと、
前記第１及び第２熱交換ストリームを再結合して前記熱交換流体を生成するステップとを含む、方法。
【請求項１７】
前記第１熱交換ストリームと熱を交換する前に、前記液化天然ガスの圧力を少なくとも約５００ｐｓｉｇの圧力まで増加させるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
高圧熱交換蒸気を生成するステップが、前記熱交換流体をポンプで昇圧するステップ及び加熱するステップの１つ又は複数を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記最小温度が少なくとも約−６．６７℃である、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１熱交換ストリーム及び前記第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節する前記ステップが、
前記第１熱交換ストリームの圧力を増加させるステップと、
前記第２熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、
前記第２熱交換ストリームの圧力を増加させるステップとの１つ又は複数を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
低温流体を気化させ、加熱する方法であって、
熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、
前記熱交換蒸気を第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームに分配するステップと、
前記第１熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、
低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、前記第１熱交換ストリームと前記低温流体との間で熱を交換するステップと、
前記気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、前記第２熱交換ストリームと前記部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、
前記第１及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップと、
前記第１及び第２熱交換ストリームを再結合して前記熱交換流体を生成するステップとを含む、方法。
【請求項２２】
前記熱交換流体がプロパンを含み、前記低温流体が液化天然ガスを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップが、前記部分的に気化された低温流体と熱を交換した後に、前記第２熱交換ストリームの圧力を低減するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温流体の分野に関し、さらに詳細には、液化ガスの送達及び気化に関する。本発明の方法は、液化天然ガス（ＬＮＧ）をガス化し、ガス化されたＬＮＧをパイプライン送達に適した温度まで温めるために、比較的低温の熱で加熱できる閉ループ内の熱交換流体を用いる。本発明の方法はまた、効率を高めるために副産物の電力を生成することもできる。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスはしばしば、ガスが最終使用者に市販され、配給されることが可能なところから遠く離れた場所で発見され、生成される。適切なパイプラインが利用できるときには、天然ガスは、気体か又は液体形態で市場に輸送可能であるが、しかしながら、特定の天然ガス供給を消費者と接続するためのそのようなパイプラインが利用できない又は実用的でない多くの場合がある。天然ガス供給が、海外に又は適切な配給システムから相当な距離に置かれるときには、ガスを容器によって輸送する必要がある可能性がある。そのような容器は典型的には、大きな断熱されたコンテナ又はタンク内に収納される液体として天然ガスを輸送する特別に設計された輸送船を含む。
【０００３】
大気圧で又はその近傍で輸送されるときには、液化天然ガス（ＬＮＧ）は、約−１６４℃よりも少し低い温度に保持される。この温度は、大気圧でのメタンに対する沸点温度を表す。しかしながら、天然ガスの組成は典型的には、エタン、プロパン、ブタン及び同様のものなどの、より重い及びより高い沸騰の炭化水素の様々な量を含むので、液化ガスは、組成に依存して通常約−１５１℃から約−１６４℃までに及ぶ、いくらかより高い沸騰温度によって特徴付けられる。目的地においては又はその近傍では、ＬＮＧは、それが配給パイプライン内に導入可能となる前に、再ガス化され、温められなければならない。加えて、パイプラインの要件及びその土地の天然ガス仕様に依存して、ＬＮＧは、それがパオプライン又は同様の配給システム内に導入可能となる前に、加圧され、減圧され、混合され、臭気を付与され又は他の処理を受けることがある。
【０００４】
ＬＮＧを再ガス化するためのシステムは、オンショア及びオフショアの両方で利用できる。例えば、ＬＮＧを気化温度まで加熱するために使用される気化器は、ＬＮＧ輸送船上で、輸送船近傍に浮いている構造体若しくは容器上で、底部に築かれた構造体上で、又は陸上施設内で用いることができる。気化器は典型的には、燃料ガスを燃やすことによって加熱されてもよい、周囲空気、海水又は他の（複数）熱交換流体などの暖かい流体でそれを加熱することによってＬＮＧを再ガス化する。加えて、冷蔵及び冷却応用で支援するために並びにいくつかの場合には発電するためにその低温度を使用することによって、ＬＮＧ低温度の潜在能力を獲得する試みが行われてきた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、本発明は、低温流体を気化させ、加熱する方法に関する。その方法は、高圧熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、高圧熱交換蒸気を第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームに分配するステップと、第１熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって第１ストリームの圧力を低減するステップと、低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、第１熱交換ストリームと低温流体との間で熱を交換するステップと、気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、第２熱交換ストリームと部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、第１及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップと、第１及び第２熱交換ストリームを再結合して熱交換流体を生成するステップとを含む。そのような実施形態では、低温流体は液化天然ガスとすることができ、熱交換流体は、エタン、プロパン、ブタン、エチレン及びプロピレンの１つ又は複数を含むことができる。高圧熱交換蒸気は、熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧し、次いで熱交換流体を加熱することによって、熱交換流体から生成することができる。その方法は、第１ストリームと熱を交換する前に、低温流体の圧力を少なくとも約５００ｐｓｉｇの圧力まで増加させるステップを任意選択で含むことができる。低温流体は、少なくとも約−６．６７℃の最小温度まで、さらに好ましくは少なくとも約４．４４℃の最小温度まで気化させ、加熱することができる。
【０００６】
別の実施形態では、本発明は、液化天然ガスを気化させ、加熱する方法に関する。その方法は、プロパンを含む熱交換流体から熱交換蒸気を生成するステップと、熱交換蒸気を第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームに分配するステップと、第１熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって第１熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、液化天然ガスを少なくとも部分的に気化させるために、第１熱交換ストリームと液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、気化された液化天然ガスを最小温度まで加熱するために、第２熱交換ストリームと部分的に気化された液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、第１及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップと、第１及び第２熱交換ストリームを再結合してプロパン流体を生成するステップとを含む。そのような方法は、第１熱交換ストリームと熱を交換する前に、液化天然ガスの圧力を少なくとも約５００ｐｓｉｇの圧力まで増加させるステップを任意選択で含むことができる。高圧熱交換蒸気を生成するステップは、最初に熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧し、次いで熱交換流体を加熱するステップを含むことができる。液化天然ガスは、少なくとも約−６．６７℃の最小温度まで気化され、加熱される。第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップは、第１熱交換ストリームの圧力を増加させるステップ、第２熱交換ストリームの圧力を低減するステップ、及び第２熱交換ストリームの圧力を増加させるステップの１つ又は複数を含むことができる。
【０００７】
さらに別の実施形態では、本発明は、低温流体を気化させ、加熱する方法に関する。その方法は、熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、熱交換蒸気を第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームに分配するステップと、低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、第１熱交換ストリームと低温流体との間で熱を交換するステップと、気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、第２熱交換ストリームと部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップと、第１及び第２熱交換ストリームを再結合して熱交換流体を生成するステップとを含む。熱交換流体はプロパンを含むことができ、低温流体は液化天然ガスなどの液化ガスを含むことができる。その方法は、部分的に気化された低温流体と熱を交換した後に、第２熱交換ストリームの圧力を低減するステップを含むことができる、第１及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップを任意選択で含むことができる。
【０００８】
本発明は、付随の図面と併せて述べられる次の記述を参照することによって理解されるかもしれない。
【０００９】
本発明は、様々な変更形態及び代替形態の影響を受けやすいが、それらの特定の実施形態は、例証として図面で示されて、本明細書で詳細に述べられる。しかしながら、本明細書の特定の実施形態の記述は、開示される特定の形態に本発明を限定することを意図されず、それどころかその意図は、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の精神及び範囲に入る全ての変更形態、同等形態、及び代替形態をカバーすることであることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の方法を実施するために使用される可能性があるシステムを例示する概略図である。
【図２】本発明の方法を実施するために使用される可能性があるシステムを例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の例示の実施形態は以下で述べられる。明瞭にするために、実際の実施形態の全ての特徴がこの明細書で述べられているわけではない。もちろん、任意のそのような実際の実施形態の開発において、実施ごとに異なるであろう、システム関連及びビジネス関連の制約の順守などの開発者の特定の目標を達成するために、多数の実施特有の決定が行われなければならないことが理解されるであろう。さらに、そのような開発努力は、複雑で時間がかかる可能性があるが、それでもなおこの開示の利益を有する当業者にとって決まりきった取り組みであろうことが理解されるであろう。
【００１２】
本発明は、さらなる処理、貯蔵、輸送又は最終使用のために、液化天然ガス（ＬＮＧ）を効率良く気化させ、その結果生じる天然ガスを暖める様々な方法に関する。ＬＮＧターミナルは、ＬＮＧを気化させるために相当な量の熱を必要とすることが知られている。本発明の方法では、中間熱交換流体は、ＬＮＧを気化させ、さらにそれを所望の温度まで加熱するために、ＬＮＧと熱を交換する。熱交換流体の第１部分を使ってＬＮＧを気化させ、次いで気化されたガスを熱交換流体の第２部分を使って加熱することによって、改善された変換が達成される。結果として、熱交換流体は、高温級か又は低温級の（複数）熱源を使って適切な温度まで加熱することができる。適切な低温級熱源の例は、周囲空気及び水と同様、製油所又は他の産業プロセスからの冷却水ストリームを含む。適切な高温級熱源は、燃料ガスを燃やすことなどによって加熱された流体を含むことができる。
【００１３】
本発明の方法は、システムの効率をさらに高めるためにランキン（Ｒａｎｋｉｎｅ）サイクルを使用して熱交換流体から電力を生成する又は仕事を引き出すなどによって、ＬＮＧの低温度潜在能力を取り戻すステップを任意選択で含むことができる。例えば、作動流体として熱交換流体を使用して電力が生成される場合には、生成された電力は、システムの電力要件を満たすために利用でき、それによってより低効率の現地での発電技術の必要性及び／又は外部電源からの電力の消費を低減する又は取り除きさえする。さらに、多くの発電技術と対照的に、ＬＮＧの低温度潜在能力を使用する発電は一般に、相当により低い排出量を有するであろう。
【００１４】
本発明の方法は、任意の低温流体の気化及び加熱で使用できる。この開示のために、低温流体は、液相のままでいるために周囲より低い温度（即ち、約２５℃よりも低い温度）及び／又は周囲より高い圧力（即ち、約１５ｐｓｉａよりも高い圧力）に維持されなければならない液相流体である。液化天然ガスは、メタン並びに典型的には少量のより高い分子量の炭化水素及び他の成分を含む低温流体である。上述のように、液化天然ガスの沸点又は気化点は、組成に依存して変化するであろう。
【００１５】
低温流体の圧力が、その意図される使用のために増加されるべき必要がある場合には、流体は、気化の前に加圧されることが好ましい。低温流体が液化天然ガスである実施形態では、天然ガスは、実質的には液相であり、典型的には約１気圧より高い圧力で貯蔵される。製品天然ガスがパイプライン輸送を目的とする場合には、次に来る天然ガスの気化及び加熱は、比較的高い圧力に、約５００ｐｓｉｇより上に、好ましくは約１０００ｐｓｉｇより上に、さらに好ましくは約１２００ｐｓｉｇより上にあるべきである。加えて、天然ガス製品の温度は、好ましくは周囲温度範囲内の温度に、さらに具体的には少なくとも約−６．６７℃に、さらに好ましくは少なくとも約４．４４℃にある。そのような上昇した圧力及び温度においては、天然ガス製品は、高密度相物質と考えられる。
【００１６】
熱交換流体は、本発明の方法では、熱を熱源から低温流体へ移動させるための中間熱交換流体として使用される。熱源から熱交換流体へ移動されるエネルギーの一部は、任意選択で電力又は仕事の形態で引き出すことができる。
【００１７】
熱交換流体は一般に、本方法の特定の用途の必要性を満たすであろう特定の特性に対して選択される。費用及び安全性は、主として考慮されるものである。熱交換流体は、低温流体と熱を交換するときには凝固せず、熱源と熱を交換するときには熱源を凍らせないように、適切に低い氷点を有するように選択されるべきである。さらに、動作中は、熱交換流体の温度は、熱源の温度よりも低くなければならない。
【００１８】
選択される熱交換流体が、結果として生じる潜熱の移動を伴う循環中に、少なくとも部分的な相変化を受けることは好ましい。例えば、熱交換流体は好ましくは、熱交換流体が熱源との熱交換中に気化するように、熱源の実際の温度と熱源の氷点との間の温度において適度な蒸気圧を有する。さらに、低温流体が液化天然ガスである実施形態では、熱交換流体が液化天然ガスとの熱交換中に凝縮するように、熱交換流体は、液化天然ガスの沸騰温度よりも高い温度において液化できるべきである。
【００１９】
熱交換流体は、所望の熱的特性を有する組成をもたらす純物質又は異なる熱交換流体の混合物とすることができる。例となる熱交換流体は、プロパン、エタン、エチレン、プロピレン、及びメタン、並びにそれらの混合物などの、分子当たり１から６個の炭素原子を有する炭化水素を含む。低温流体が液化天然ガスである実施形態では、特にそのような流体は、典型的には天然ガス中に少なくとも少量存在し、それ故に容易に利用できるから、熱交換流体は好ましくは、エタン、プロパン、ブタン、及びそれらの混合物から選択される。本発明の方法において有用である可能性のある他の熱交換流体は、この使用に対して優れた熱的及び酸化特性を有する、クロロフルオロカーボンなどのハロゲン化炭素及び市販の冷媒を含む。環境に優しい流体は特に望ましい。もしシステムが、低温流体の温度において凍る水の傾向を低減するように設計されるならば、水などのより高い氷点の流体でさえ、熱交換流体として使用されるかもしれない。
【００２０】
本発明の方法では、熱交換蒸気は熱交換流体から生成される。熱交換蒸気は、熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧する及び／又は熱交換流体が完全に気化される温度まで熱交換流体を加熱することによって、熱交換流体から生成することができる。電力が生成される又は仕事が引き出されるはずの実施形態では、高圧熱交換蒸気は、最初に熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧し、次いで熱交換流体を高圧になるまで加熱することによって生成することができる。熱交換流体を気化させるのに必要とされる圧力及び温度は、流体の組成に依存する。熱交換流体がプロパンを含む場合には、高圧熱交換蒸気は、最初にプロパンを少なくとも約６０ｐｓｉｇの圧力までポンプで昇圧し、次いでプロパン流体を少なくとも約４．４４℃の温度まで加熱することによって生成することができる。
【００２１】
熱交換流体をポンプで昇圧する又は圧縮することは、流体をポンプで昇圧する及び圧縮するための既知の装置を使用して達成できる。ポンプ及び圧縮装置の選択は、設計上の選択の問題であろうし、熱交換流体の組成、その流速、所望の気化及び／又は凝縮温度などの要因に、並びに電力が循環熱交換流体から生成されるはずかどうかに依存するであろう。典型的にはガスよりも液体の圧力を増加させる方が、より効率的であるので、熱交換流体の圧力を、それが主として液相であるときに増加させることが好ましい。適切なポンプは、遠心力ポンプ及び往復ポンプを含むことができる。もちろん、熱交換流体を、それが主として気相であるときに圧縮することが望ましい、本発明の特定の応用があってよい。
【００２２】
熱交換流体を加熱することは、熱源と熱交換流体との間で熱を交換することによって達成することができる。この熱交換は、選択される熱源及び熱交換流体の特性を考えると、熱交換流体を少なくとも部分的に気化させることができる任意の従来の熱交換装置で行うことができる。一実施形態では、熱エネルギーは、製油所又は他の石油化学施設からの冷却水の加熱されたストリームなどの比較的熱い液体プロセス用ストリームを介して熱交換器に供給される。別の実施形態では、熱源は、熱エネルギーが熱交換流体と交換されるときに冷却される及び／又は凝縮される蒸気ストリームである。液体又は蒸気ストリームを冷却する及び／又は凝縮することに対して、熱交換器の選択及び設計は、技術上の選択の問題である。シェル＆チューブ型熱交換器は１つの可能な選択肢である。
【００２３】
適切な熱源は、周囲空気、地下水、海水、河川水、廃水又は冷却水のストリームを含む。他の実施形態では、熱源は、プロセス用ボイラー、プロセス用加熱器又はプロセス用炉などの燃焼器を含むことができる。そのような場合には、燃料は、熱交換流体を加熱するために使用される熱を生成するために燃焼される。所与のプロセスのための熱源の選択が、多数の考慮すべき事柄に依存することは当業者に認識されるであろう。さらに、別個のプロセス（例えば、製油所）に由来するストリームの冷却及び／又は凝縮は、特にもし熱交換流体によって提供される冷却が、他のプロセスで必要とされる装置を置き換えることができるならば、望ましいことがある。熱源を選択する際の別の考慮すべきことは、例えば熱交換流体を発電装置における作動流体として使用するなどによって、電力及び／又は仕事が循環熱交換流体から生成されうるかどうかである。
【００２４】
熱交換蒸気は、第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームに分配される。バルブ、マニホールド及び他の既知の流れ制御装置は、熱交換蒸気を２つ以上のストリームに分配するために使用することができる。
【００２５】
電力を生成する又は仕事を引き出すことが望ましい場合には、第１又は第２熱交換ストリームの形態などにある循環熱交換流体は、発電装置における作動流体として使用することができる。適切な発電装置は、膨張タービン、凝縮タービン、水力膨張機、往復エンジン及び同様のものを含むことができるが、しかし気化された熱交換流体の膨張によって作動する任意のエンジンを含むことができる。発電装置が膨張タービンである実施形態では、タービンの回転は、発電機を駆動する又はポンプ若しくは圧縮機などの関連する装置を駆動するために使用することができる。タービンから抜け出る膨張した熱交換ストリームは、低減した圧力を示す。典型的には、冷却効果もまた、熱交換ストリームの圧力の低減に付随して生じ、出てくる熱交換ストリームが、その組成並びに結果として生じる温度及び圧力に依存して、実質的に液体、蒸気、又は液体及び蒸気のいくらかの組合せとなる。生成される電力量は、循環熱交換流体の流速、圧力及び温度にある程度依存する。より高い温度及び圧力は、より多くの電力を生成することができるが、そのような温度及び圧力を達成するためには、一般により多くのエネルギーの投入が必要とされる。結果として、特定の応用で生成されるはずの電力量は、もしあれば、特定のシステムの電力要件、電力が生成されうる場所における循環熱交換流体の組成及び条件、並びに他の供給源からの電力の利用可能性及び費用などの要因に依存して変化する。
【００２６】
低温流体は、少なくとも２つの別個の及び異なったステップで熱交換流体と熱を交換する。熱交換流体を２つ以上の別個のストリームに分配し、連続して低温流体と熱を交換するために別個のストリームを使用することによって、低温流体へのさらに効果的な熱の移動が達成される。熱は、低温動作及び高容積スループットのために設計された熱交換器において低温流体と第１及び第２熱交換ストリームとの間で交換することができる。そのような使用のための既知の熱交換器は普通、気化器と呼ばれ、数ある中でもシェル＆チューブ型交換器、コアインケトル（ｃｏｒｅ−ｉｎ−ｋｅｔｔｌｅ）型熱交換器、及びプレートフィン（ｐｌａｔｅ−ｆｉｎ）型熱交換器を含むことができる。熱交換器又は気化器は単数の意味で呼ばれることがあるが、これらの術語は、複数の単一通過熱交換器、単一の複数通過熱交換器及びそれらの組合せを表すということに留意すべきである。
【００２７】
第１の加熱ステップでは、低温流体は、低温流体を少なくとも部分的に気化させる第１熱交換ストリームと熱を交換する。低温流体は、この交換において中間温度範囲内の温度まで加熱される。低温流体が液化天然ガスを含み、第１熱交換ストリームがプロパンを含む実施形態では、天然ガスは、少なくとも約−７３．３３℃、好ましくは少なくとも約−４５．５６℃の温度まで加熱される。この熱交換は、液化天然ガスを部分的に気化させ、第１熱交換ストリーム内のプロパン蒸気を少なくとも部分的に凝縮する。凝縮されたプロパン流体は次いで、熱交換流体の予備を保持するためのサージ（ｓｕｒｇｅ）容器又は他のコンテナに導くことができる。
【００２８】
第２の加熱ステップでは、熱は、気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、第２熱交換ストリームと部分的に気化された低温流体との間で交換される。最小温度は、下流側プロセス、貯蔵又はパイプラインによる低温流体の必要とされる温度である。低温流体が天然ガスを含む場合には、最小温度は、周囲温度範囲内の温度であるが、一般に少なくとも約−６．６７℃、好ましくは少なくとも約４．４４℃、さらに好ましくは少なくとも約１５．５６℃である。この熱交換中に、第２熱交換ストリームは、部分的に気化された低温流体によって過冷却される。
【００２９】
第１及び第２熱交換ストリームは次いで、再結合されて、熱交換蒸気を形成するために使用される熱交換流体を生成する。第１及び第２熱交換ストリームを再結合する前に、第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力は、第１及び第２熱交換ストリームの圧力がほぼ同じであるように調節される必要がある可能性がある。第１及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップは、第１熱交換ストリームの圧力を増加させるステップ、第２熱交換ストリームの圧力を低減するステップ及び第２熱交換ストリームの圧力を増加させるステップの１つ又は複数を含むことができる。圧力の増加は、本明細書で述べられるようにポンプ及び圧縮機を使用することによって達成することができる。圧力の減少は、本明細書の他のところで述べられるように発電装置を通ってストリームを導くことによって、又はスロットルバルブ、例えばジュールトムソン（Ｊｏｕｌｅ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）バルブ、フラッシュ（ｆｌａｓｈ）容器及び同様のものなどの当分野では既知の他の圧力低減手段によって達成することができる。
【００３０】
上述の開示を考慮して、当業者は、本発明が設計基準に依存する多くの可能な例示の実施形態を含むことを理解し、認識するはずである。１つのそのような例示の実施形態は、低温流体を気化させ、加熱する方法を含む。その方法は、高圧熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、高圧熱交換蒸気を第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームに分配するステップと、第１熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって第１熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、第１熱交換ストリームと低温流体との間で熱を交換するステップと、気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、第２熱交換ストリームと部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、第１及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップと、第１及び第２熱交換ストリームを再結合して熱交換流体を生成するステップとを含む。そのような実施形態では、低温流体は液化天然ガスを含むことができ、熱交換流体は、エタン、プロパン、ブタン、エチレン及びプロピレンの１つ又は複数を含むことができる。高圧熱交換蒸気は、熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧し、次いで熱交換流体を加熱することによって、熱交換流体から生成することができる。その方法は、第１ストリームと熱を交換する前に、低温流体の圧力を少なくとも約５００ｐｓｉｇの圧力まで増加させるステップを任意選択で含むことができる。低温流体は、少なくとも約−６．６７℃の最小温度まで、さらに好ましくは少なくとも約４．４４℃の最小温度まで気化させ、加熱することができる。
【００３１】
別のそのような例示の実施形態は、液化天然ガスを気化させ、加熱する方法を含む。その方法は、プロパンを含む熱交換流体から熱交換蒸気を生成するステップと、熱交換蒸気を第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームに分配するステップと、第１熱交換ストリームを発電装置における作動流体として使用することによって第１熱交換ストリームの圧力を低減するステップと、液化天然ガスを少なくとも部分的に気化させるために、第１熱交換ストリームと液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、気化された液化天然ガスを最小温度まで加熱するために、第２熱交換ストリームと部分的に気化された液化天然ガスとの間で熱を交換するステップと、第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップと、第１及び第２熱交換ストリームを再結合して熱交換流体を生成するステップとを含む。高圧熱交換蒸気は、熱交換流体をより高い圧力までポンプで昇圧し、次いで熱交換流体を加熱することによって、熱交換流体から生成することができる。その方法は、第１のストリームと熱を交換する前に、液化天然ガスの圧力を少なくとも約５００ｐｓｉｇの圧力まで増加させるステップを任意選択で含むことができる。液化天然ガスは、少なくとも約−６．６７℃の最小温度まで気化させ、加熱することができる。
【００３２】
さらに別の例示の実施形態は、低温流体を気化させ、加熱する方法を含む。その方法は、熱交換蒸気を熱交換流体から生成するステップと、熱交換蒸気を第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームに分配するステップと、低温流体を少なくとも部分的に気化させるために、第１熱交換ストリームと低温流体との間で熱を交換するステップと、気化された低温流体を最小温度まで加熱するために、第２熱交換ストリームと部分的に気化された低温流体との間で熱を交換するステップと、第１熱交換ストリーム及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力を調節するステップと、第１及び第２熱交換ストリームを再結合して熱交換流体を生成するステップとを含む。そのような方法では、熱交換蒸気はプロパンを含むことができ、低温流体は液化天然ガスを含むことができる。そのような実施形態では、第１及び第２熱交換ストリームの１つ又は複数の圧力は、部分的に気化された低温流体と熱を交換した後に、第２熱交換ストリームの圧力を低減することによって調節することができる。
【００３３】
本発明は、本明細書の教示の利益を有する当業者には明らかな、異なるが同等な方法で変更され、実施されてもよく、上で開示される特定の実施形態は、例示にすぎない。さらに、以下の特許請求の範囲で述べられる以外の、本明細書で示される構成又は設計の詳細に対する限定は意図されない。したがって、上で開示される特定の実施形態は、変更され又は修正されてもよく、全てのそのような変形は、本発明の範囲及び精神の内と考えられることは明らかである。したがって、本明細書で求められる保護は、以下の特許請求の範囲に記述されているとおりである。
【００３４】
図面の詳細な説明
図１及び２で例示される実施形態では、低温流体はＬＮＧであり、熱交換流体はプロパンである。
【００３５】
サージ容器１４０は、プロパンの予備をその液相で保持するためのタンク又は他の適切なコンテナである。プロパンは、導管１４４を通ってポンプ１５０へ導かれ、そこで約９０ｐｓｉｇと１１０ｐｓｉｇとの間の圧力までポンプで昇圧される。プロパンは次いで、導管１０５を通って熱交換器１１０へ導かれ、そこでそれは、製油所からの冷却水の加熱されたストリームと熱を交換して、約−１７．７８℃と約３７．７８℃との間の温度を有するプロパン蒸気を生成する。冷却水は、導管１１６内で約２０℃と約４０℃との間の入口温度を、及び導管１１７内で約４．４４℃と約３０℃との間の出口温度を有する。プロパン蒸気は、導管１１２を通って熱交換器１１０から抜け出し、それぞれ導管１１４及び導管１１５を通って流れる第１及び第２ストリームに分配される。
【００３６】
目的が、熱交換流体からより多くの電力を生成する又はより多くの仕事を引き出すことである場合には、より多くの熱が、熱交換器１１０においてプロパンに移動される。そのような実施形態では、導管１１６は、交換器１１０においてプロパンと熱を交換するであろう、ボイラーからのストリーム又は炉若しくは燃焼器からの排出ガスなどの加熱された流体を含むことがある。そのような加熱された流体の温度は、約４０℃を超え、圧力条件に依存して約１２０℃よりも高い可能性がある。
【００３７】
例示されるように、複数ストリームは、導管１１４を通って膨張タービン１２０へ導かれる第１熱交換ストリームを含み、そこで第１熱交換ストリームは、電力を生成するための作動流体としての役目をする。プロパン蒸気の膨張は、その温度を約−１７．７８℃と約１０℃との間まで、及びその圧力を約２ｐｓｉｇと約２０ｐｓｉｇとの間まで低減する。タービン１２０から抜け出たプロパンは、導管１２２を通って気化器１３０へ流れ、そこでそれは、導管１３２から流れるＬＮＧと熱を交換する。導管１３２は好ましくは、ＬＮＧの圧力を増加させる中間ポンプ１１８と共にＬＮＧを含む貯蔵タンク（図示されず）に接続される。貯蔵されるＬＮＧは、周囲の又は低い圧力に保持され、気化器１３０の上流側のポンプ１１８へ導かれ、そこでＬＮＧの圧力は、所望の圧力まで上昇させることができる。気化器１３０を通って流れるＬＮＧは、少なくとも部分的にＬＮＧを気化させる、約−７３．３３℃と約−２８．８９℃との間の温度まで温められる。気化器１３０におけるＬＮＧとの熱交換のために、第１熱交換ストリームは、約−５１．１１℃と約−１７．７８℃との間の温度まで冷却され、その温度においてプロパンは凝縮し、気化器の外へ導かれる。
【００３８】
部分的に気化されたＬＮＧは、気化器から出て、導管１３４を通って熱交換器１６０へ導かれ、そこで、導管１１５内の第２熱交換ストリームと熱を交換する。熱交換器１６０から抜け出る気化された天然ガスは、少なくとも約−６．６７℃と約２６．６７℃との間の温度を有し、圧力に依存して、天然ガス配給パイプライン内へ導入できる状態にあってよい。熱交換器１６０を通って流れるプロパンは、部分的に気化された天然ガスによって、約−４５．５６℃と約−２３．３３℃との間の温度まで過冷却される。第２熱交換ストリームは次いで膨張タービン１２５へ導かれ、そこで膨張されて、電力を生成し、プロパンの圧力を低減する。圧力の低下は、第２ストリームを、導管１３６内の第１熱交換ストリームと再結合できる液体に凝縮する。再結合された熱交換流体は、導管１４２を通ってサージ容器１４０へ導かれる。
【００３９】
図２で例示される実施形態は、図１のそれと似ており、低温流体がＬＮＧであり、熱交換流体がプロパンであり、加熱媒体が製油所からの冷却水の加熱されたストリームである。
【００４０】
液体プロパンは、サージ容器２４０内に保持され、高圧プロパンをもたらすために少なくとも約９０ｐｓｉｇの圧力までポンプ２５０によって圧力を増加させられる。この高圧プロパンは、導管２８２からのプロパンと結合され、再結合された高圧プロパンは、導管２０５を通って熱交換器２１０へ導かれ、そこでそれは、冷却水の加熱されたストリームと熱を交換して、少なくとも約−１７．７８℃の温度を有する高圧プロパン蒸気を生成する。高圧プロパン蒸気は、導管２１２を通って熱交換器２１０から抜け出て、それぞれ導管２１４及び２１５を通って流れる第１及び第２ストリームに分配される。
【００４１】
第１ストリームは、導管２１４を通って膨張タービン２２０へ導かれる。高圧プロパン蒸気を含む第１ストリームは、タービン２２０における作動流体としての役目をする。タービン２２０内では、高圧プロパン蒸気の膨張は、電力を生成し、プロパンの温度及び圧力を低減する。導管２２２を通ってタービン２２０から抜け出るプロパンは、気化器２３０へ流れ、そこで、導管２３２から流れるＬＮＧと熱を交換する。導管２３２は、好ましくはポンプ２１８に接続され、ポンプ２１８は、その入口において、ＬＮＧを含む貯蔵タンク（図示されず）に接続される。ポンプ２１８は、気化器２３０から上流側のＬＮＧの圧力を増加させる。
【００４２】
気化器２３０におけるＬＮＧとの熱交換のために、プロパンの第１熱交換ストリームは、冷却され、液体に凝縮され、導管２３６を通ってサージ容器２４０へ導かれる。気化器２３０を通って流れるＬＮＧは、少なくとも部分的にＬＮＧを気化させる少なくとも約−７３．３３℃の温度までプロパンによって温められる。部分的に気化されたＬＮＧは、気化器から出て、導管２３４を通って熱交換器２６０へ流れ、そこで、導管２１５からの第２熱交換ストリームと熱を交換する。熱交換器２６０を通って流れるプロパンは、部分的に気化された天然ガスによって過冷却され、少なくとも部分的に凝縮される。第２熱交換ストリームは次いで、サージ容器２７０へ、続いてポンプ２８０へ導かれ、そこで第２熱交換ストリームの圧力は、２つのストリームを再結合し、熱交換器２１０内でプロパンを気化させる前に、第１ストリームの圧力まで増加させることができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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