(57)【要約】  供給原料流（１０）から天然ガスなどの炭化水素流を液化する方法であって、（ａ）熱交換器（１２）において循環する混合冷媒に対して供給原料流（１０）を通過させて、−１００℃未満の温度を有する少なくとも部分的に液化した炭化水素流（２０）を得る工程；（ｂ）前記混合冷媒を液体及び蒸気の冷媒流出流（８０）として前記熱交換器（１２）から流出させる工程；（ｃ）前記液体及び蒸気の冷媒流出流（８０）を第１の分離器（１８）に通して蒸気冷媒流（９０）と液体冷媒流（１１０）とを得る工程；（ｄ）実質的な熱交換なしで工程（ｃ）の前記液体冷媒流（１１０）を工程（ａ）の前記熱交換器（１２）に循環させる工程；（ｅ）前記蒸気冷媒流（９０）を圧縮して圧縮冷媒流（９５）を得る工程；（ｆ）前記圧縮冷媒流（９５）を冷却して温度が０℃未満の冷却された圧縮流（１００）を得る工程；及び（ｇ）前記冷却された圧縮流（１００）を工程（ａ）の前記熱交換器（１２）に循環させる工程；を少なくとも含む前記方法。
2009543894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給原料流（１０）から天然ガスなどの炭化水素流を液化する方法であって、
（ａ）熱交換器（１２）において循環する混合冷媒に対して供給原料流（１０）を通過させて、−１００℃未満の温度を有する少なくとも部分的に液化した炭化水素流（２０）を得る工程；
（ｂ）前記混合冷媒を液体及び蒸気の冷媒流出流（８０）として前記熱交換器（１２）から流出させる工程；
（ｃ）前記液体及び蒸気の冷媒流出流（８０）を第１の分離器（１８）に通して蒸気冷媒流（９０）と液体冷媒流（１１０）とを得る工程；
（ｄ）実質的な熱交換なしで工程（ｃ）の前記液体冷媒流（１１０）を工程（ａ）の前記熱交換器（１２）に循環させる工程；
（ｅ）前記蒸気冷媒流（９０）を圧縮して圧縮冷媒流（９５）を得る工程；
（ｆ）前記圧縮冷媒流（９５）を冷却して温度が０℃未満の冷却された圧縮流（１００）を得る工程；及び
（ｇ）前記冷却された圧縮流（１００）を工程（ａ）の前記熱交換器（１２）に循環させる工程；
を少なくとも含む前記方法。
【請求項２】
前記熱交換器（１２）がチューブ・イン・シェル型熱交換器又はスプール巻型熱交換器であり、好ましくは低温熱交換器である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱交換器（１２）が前記供給原料流（１０）を完全に液化する請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記供給原料流（１０）が天然ガスであり、前記液化した炭化水素流（２０）が液化天然ガスである請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ポンプ（９４）により前記液体冷媒流（１１０）を前記熱交換器（１２）に循環させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記液体冷媒流（１１０）の温度が−３０℃〜−５０℃の範囲にある請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記液体冷媒流（１１０）と前記冷却された圧縮流（１００）との温度差が１０℃未満、好ましくは５℃未満又は３℃未満である請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記冷却された圧縮流（１００）を前記熱交換器（１２）に循環させる前に分離して、蒸気冷媒流入流（３０）と液体冷媒流入流（４０）とを得る請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記液体冷媒流入流（４０）を工程（ｃ）の前記液体冷媒流（１１０）と混合する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記液体冷媒流（１１０）と前記液体冷媒流入流（４０）との温度差が１０℃未満、好ましくは５℃未満又は３℃未満である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
供給原料流（１０）から天然ガスなどの炭化水素流を液化する装置であって、
混合冷媒流に対して前記炭化水素流を液化するための熱交換器（１２）であって、前記供給原料流（１０）のための供給原料入口（５２）と、前記供給原料流を少なくとも部分的に液化した流れ（２０）のための供給原料出口（５４）と、１以上の混合冷媒入口（６４、６６）と、蒸気及び液体の冷媒流出流（８０）のための混合冷媒出口（６２）とを有する前記熱交換器（１２）；
前記液体及び蒸気の冷媒流出流（８０）を蒸気と液体とに分離するためのものであり、蒸気冷媒流（９０）を得るための第１の出口（８２）と液体冷媒流（１１０）を得るための第２の出口（８４）とを有する第１の分離器（１８）；
前記液体冷媒流（１１０）を前記熱交換器（１２）に流入させるための前記熱交換器（１２）の冷媒入口（６４）；
前記蒸気冷媒流（９０）を圧縮して圧縮冷媒流（９５）を得るための圧縮機（２２）；
前記圧縮冷媒流（９５）を冷却して温度が０℃未満の冷却された圧縮流（１００）を得るための１以上の冷却装置（２４、２５）；及び
前記冷却された圧縮流（１００）を前記熱交換器（１２）に循環させるための通路；
を少なくとも備えた前記装置。
【請求項１２】
前記液体冷媒流（１１０）が前記熱交換器（１２）に向かって流れるのをポンプ（９４）が助ける請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記冷却された圧縮流（１００）を蒸気冷媒流入流（３０）と液体冷媒流入流（４０）とに分離するための第２の分離器（２６）を更に備える請求項１１又は請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記液体冷媒流入流（４０）と前記液体冷媒流（１１０）とを、それらが前記熱交換器（１２）に戻る前に混ぜ合わせるための混合器（２８）を更に備える請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記熱交換器（１２）が前記蒸気冷媒流（３０）のための第１の冷媒管路（１３０）と、前記液体冷媒流入流（４０）及び前記液体冷媒流（１１０）のための第２の冷媒管路（１４０）とを含む請求項１３又は請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に液化天然ガスの製造プロセスにおいて天然ガスなどの炭化水素流を液化するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス流を液化して液化天然ガス（ＬＮＧ）を得る方法が複数知られている。いくつかの理由により、天然ガス流は液化するのが望ましい。例として、天然ガスを貯蔵したり長距離輸送する場合、ガスの状態よりも液体とする方が容易に行うことができる。液体の方が、占有する体積が小さく、高圧で貯蔵する必要もないからである。
【０００３】
ＥＰ１００８８２３Ｂ１は、加圧供給ガスを液化する方法に関するものであり、供給原料流と種々の冷媒流が熱交換器に送られる。混合冷媒の出口流が熱交換器から蒸気として収集され、圧縮され、冷却され、放出されて蒸気冷媒と液体冷媒とが得られ、それらが混合され又は別々に熱交換器に再導入される。ＥＰ１００８８２３Ｂ１に示されている全ての構成の問題は、冷媒出口流が完全に蒸気である場合、熱交換器がその長さに沿って蒸発冷却の高い熱伝達率特性にて供給原料流を冷却していないことである。よって、熱交換器の冷却能力が最大化されていないという問題がある。
【０００４】
ＤＥ１９９３７６２３Ａ１は炭化水素に富んだ流れを液化する方法に関する。この方法では、クーラントとの間接熱交換が実行され、流出する各クーラント混合物は圧縮前には二相流として存在する。熱交換の各段階では、流出する蒸発クーラントの２つの相が分離された後、再循環の前に液相が再圧縮された気相と混合される。図１の第２の熱交換器Ｅ２及び第３の熱交換器Ｅ３では、再混合されたクーラントが、先行する熱交換器Ｅ１及びＥ１＋Ｅ２によりそれぞれ冷却される。
【０００５】
ＤＥ１９９３７６２３Ａ１では、図１の第１ステージのクーラント流１３及び１４についてこれら２つの相が混合されるとき二相が同じ温度、例えば＋４０℃である場合には、このシステムは非効率ではない。再混合された第１のクーラント流１０は、熱交換器Ｅ１を通るクーラント流として使用される前に熱交換器Ｅ１により十分に冷却される。
【０００６】
ＤＥ１９９３７６２３Ａ１に示された構成での問題は、分離器Ｄ３の後の流れ２４及び２５と、分離器Ｄ４の後の第３ステージのクーラント流３５及び３６との再混合が生じることである。２つの相の流れ２３及び３４から分離された液体クーラント流２４及び３５は、２つの相の流れ２３及び３４とそれぞれ同じ温度、例えば約−４０℃及び約−１００℃となるであろう。しかしながら、分離されたガス流２５及び３６は、圧縮機Ｃ３及びＣ４により再圧縮された後は相対的に高温になり、水冷装置Ｅ６及びＥ７を用いてさえ、Ｃ３及びＣ４の後の流れの温度は通常は例えば＋４０℃よりさらに高くなる。流れ２４（−４０℃）と流れ２５（約＋４０℃）とを再混合すると、中間温度の流れ２０が生成される。著しく異なった（ずれた）温度の流れ２４及び２５についてのこのような混合は非効率である。
【０００７】
また、混合されたクーラント流２０は、熱交換器Ｅ２に入る前に流れ２１に対して望ましい−４０℃近くに冷却する必要がある。この冷却は熱交換器Ｅ１により行われ、したがって、流れ１０及び１だけでなく流れ２０に対しても更なる仕事（すなわち余分な熱の除去）を行わなければならない。
【０００８】
この非効率な状況は、流れ３５及び３６の再混合ではさらに拡大する。混合の際のこれらの温度のずれは、流れ２４及び２５の場合よりも大きく、流れ３０は熱交換器Ｅ１及びＥ２の両方による予冷を必要とし、これら両方の熱交換器が余分な仕事をしなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、液化熱交換器、特に、限定するものではないが液化装置を含む液化プラントにおいて熱伝達領域での熱伝達を最大化することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、分離されたクーラント流を使用及び／又は再混合する際の温度のずれにより生じるエネルギーの非効率性を低減することである。
【００１１】
別の目的は、天然ガスを液化するための更に効率的な別の方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的又はその他の目的のうち１つ又はそれより多くが、
供給原料流から天然ガスなどの炭化水素流を液化する方法であって、
（ａ）熱交換器において循環する混合冷媒に対して供給原料流を通過させて、−１００℃未満の温度を有する少なくとも部分的に液化した炭化水素流を得る工程；
（ｂ）前記混合冷媒を液体及び蒸気の冷媒流出流として前記熱交換器から流出させる工程；
（ｃ）前記液体及び蒸気の冷媒流出流を第１の分離器に通して蒸気冷媒流と液体冷媒流とを得る工程；
（ｄ）実質的な熱交換なしで工程（ｃ）の前記液体冷媒流を工程（ａ）の前記熱交換器に循環させる工程；
（ｅ）工程（ｃ）の前記蒸気冷媒流を圧縮して圧縮冷媒流を得る工程；
（ｆ）前記圧縮冷媒流を冷却して温度が０℃未満の冷却された圧縮流を得る工程；及び
（ｇ）前記冷却された圧縮流を工程（ａ）の前記熱交換器に循環させる工程；
を少なくとも含む前記方法
を提供する本発明により達成できる。
【００１３】
流出する混合冷媒は液体と蒸気との組合せである。すなわち、混合冷媒は、液化熱交換器から流出する際に完全には気化されていない。よって、冷却は、熱交換器を通って流出するまでの混合冷媒の冷却通路の全長又は全範囲において、混合冷媒の気化によって依然として影響を受けている。これにより、冷却のための熱伝達面積又は体積の最終的な範囲における熱伝達率が増大する、すなわち熱交換器中の混合冷媒に利用可能な熱伝達表面が増大する。
【００１４】
熱交換器により実行される冷却により、少なくとも部分的に、好ましくは全体的に液化炭化水素流を−１００℃未満にして例えば液化天然ガスを得る。このような冷却は、天然ガスなどの炭化水素流の主要な低温冷却技術において公知である。
【００１５】
本発明では、液体及び蒸気の冷媒流出流から分離された液体冷媒流は、別の熱交換器又は冷却装置を通過させることによる熱交換の必要なく、熱交換器に直接戻され再循環させられるが、通常はいくらかの最小限の熱交換が生じて液体冷媒流の温度をわずかに低下させるか又は維持するのを助け得る。このような熱交換はごく軽微であり、液体冷媒流の温度を著しく変化させるものではない。すなわち、液体及び蒸気の冷媒流出流からの液体冷媒流の分離と、直接的又は間接的な（例えば別の流れと組み合わせての）熱交換器へのその再循環との間での液体冷媒流の温度変化は、４０℃未満、好ましくは３０℃未満又は２０℃未満又はさらに言えば１０℃未満にすべきである。液体冷媒流の位置又は配置（例えば液体冷媒流を熱交換器に送り込む配管の長さ又は位置）、及び／又は他の流れとの近さ又は他の冷媒流との組合せに起因して、液体冷媒流においていくらかの最小限の熱交換がやはり尚生じ得る。このような最小限の熱交換も、４０℃未満、好ましくは３０℃未満又は２０℃未満又はさらに言えば１０℃未満（熱交換がまったく無い場合）にすべきである。
【００１６】
実質的な熱交換を少しでも避けることにより、又は最小限の熱交換のみを有することにより、本発明の利点は、ミスマッチの「低温」冷媒流と「高温」冷媒流を一緒に混合又は組合せ又は再組合せすることなく、炭化水素流の液化方法をさらに効率的にすることである。かなり異なる温度を有するミスマッチの流れのこのような再組合せでは、ＤＥ１９９３７６２Ａ１に示されるように炭化水素流の液化に使用するために余分な冷却を必要とする。
【００１７】
ＷＯ２００６／００７２７８Ａ２は、プレートフィン型熱交換器の構成において一般的な冷媒流の構成を示す。この文献の図４は２つの熱交換器の使用を示しており、分離器５１０Ａ及び５２０Ｂからの液体流が収集されポンプで送られて同じ分離器からの圧縮蒸気流と混合され、（再循環される混合流４０２を形成し、これだけが第１の熱交換器２００内で完全に凝縮して液体流４０４になる）。しかしながら、このことは、（分離器からの）低温の液体流と（その圧縮後の）十分に高温の蒸気流とを混合することでその温度のミスマッチに起因してエクセルギー、すなわち１組の基準周囲条件に関して仕事に変換できる全エネルギーを損なうことにより、蒸気冷却器を設けているにも関わらず効率が低下するという問題を有する。それでも、再循環する混合流４０２は液体及び蒸気の混合流である。
【００１８】
ＵＳ４，１１２，７００は天然ガスの４熱交換器予冷を伴う構成を示しており、第１の多成分混合物が第４の予冷熱交換器を液体及び蒸気の混合相にて出て行くが、同じ予冷熱交換器へのその液相の直接的な再循環はない。また、低温主熱交換器中への０℃未満の液体冷媒流の温度のミスマッチを最小にすることのエクセルギー上の利益について考慮されていない。
【００１９】
ＵＳ４，１８０，１２３は、混合した二相の流れが熱交換器を出て行くが、液相のみが２つの冷却器の関与後にこの熱交換器に再循環される構成を示す。ここでも、低温主熱交換器中への０℃未満の液体冷媒流の温度のミスマッチを最小にすることのエクセルギー上の利益について考慮されていない。本発明の別の利点は、混合冷媒流出から分離された第１の液体冷媒流が混合冷媒全体の少なくとも一部として熱交換器に再循環されることで、熱交換器の冷却を行うのに必要なパワー入力が削減されるので、液化プロセスをさらに効率的にできることである。
【００２０】
本発明の方法は種々の炭化水素供給原料流に適用できるが、特に液化される天然ガス流に適している。
【００２１】
また、当業者ならば液化後に必要なら液化天然ガスをさらに処理してもよいことが容易に分かるであろう。例として、得られたＬＮＧはジュール・トムソン弁か又は低温ターボ膨張器により減圧してもよい。また、気体／液体分離容器における気体／液体の分離と冷却との間に更なる中間処理工程を実施してもよい。
【００２２】
炭化水素流は処理されるべき任意の適当なガス流とし得るが、通常は天然ガス又は石油の貯蔵所から得られる天然ガス流である。代案として、天然ガス流を、フィッシャー・トロプシュ法などの合成源をも含めて別の供給源から得ることもできる。
【００２３】
通常は天然ガス流は実質的にメタンから成る。好ましくは供給原料流は少なくとも６０モル％のメタン、より好ましくは少なくとも８０モル％のメタンを含む。
【００２４】
供給源に依存して、天然ガスは、芳香族炭化水素だけでなくエタン、プロパン、ブタン及びペンタンなどのメタンより重い炭化水素についても種々の量にて含有し得る。天然ガス流はまた、Ｈ２Ｏ、Ｎ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｓなどの非炭化水素や他の硫黄化合物などを含有し得る。
【００２５】
必要なら、天然ガスを含有した供給原料流は、（低温）主熱交換器に供給する前に前処理してもよい。この前処理は、ＣＯ２やＨ２Ｓなどの不要な成分の削減及び／又は除去、又は予冷、予備加圧などの他の工程を含み得る。これらの工程は当業者には周知であるので、ここでは更なる説明はしない。
【００２６】
ここで用いられる「天然ガス」なる用語は、少なくとも実質的にはメタンである任意の炭化水素含有組成物に関する。これには、洗浄やスクラビングを含めて処理前の組成物が含まれるだけでなく、限定するものではないが硫黄、二酸化炭素、水、及びＣ２＋炭化水素を含めて１種以上の化合物又は物質の削減及び／又は除去のために部分的、実質的、又は完全に処理された組成物が含まれる。
【００２７】
分離器は、混合冷媒を蒸気冷媒流と液体冷媒流とに分離できる任意の容器、装置、塔又は構成とし得る。このような分離器は当該技術において公知であるので、ここでは更なる説明はしない。
【００２８】
熱交換器は、複数の流れを通過させることができ且つ１以上の冷媒管路と１以上の供給原料流との間での直接又は間接熱交換に影響を与えることができるものならばどんな塔、タワー、装置又は構成でもよい。例として、チューブ・イン・シェル型熱交換器やスプール巻型熱交換器が挙げられる。好ましくは、熱交換器は低温スプール巻型熱交換器である。
【００２９】
本発明はまた、
（ａ）熱交換器において循環する混合冷媒に対して供給原料流を通過させて、冷却された炭化水素流を得る工程；
（ｂ）混合冷媒を液体及び蒸気の冷媒流出流として熱交換器から流出させる工程；
（ｃ）液体及び蒸気の冷媒流出流を第１の分離器に通して、蒸気冷媒流と液体冷媒流とを得る工程；及び
（ｄ）工程（ｃ）の液体冷媒流を熱交換器に直接再循環させる工程；
を少なくとも含んだ、供給原料流から天然ガスなどの炭化水素流を処理する方法を提供する。
本発明は上述した方法のうち任意のものの組合せや全ての組合せを含む。
【００３０】
本発明は更に、供給原料流から天然ガスなどの炭化水素流を液化する装置であって、
混合冷媒流に対して前記炭化水素流を液化するための熱交換器であって、前記供給原料流のための供給原料入口と、前記供給原料流を少なくとも部分的に液化した流れのための供給原料出口と、１以上の混合冷媒入口と、蒸気及び液体の冷媒流出流のための混合冷媒出口とを有する前記熱交換器；
前記液体及び蒸気の冷媒流出流を蒸気と液体とに分離するためのものであり、蒸気冷媒流を得るための第１の出口と液体冷媒流を得るための第２の出口とを有する第１の分離器；
前記液体冷媒流を前記熱交換器に流入させるための前記熱交換器の冷媒入口；
前記蒸気冷媒流を圧縮して圧縮冷媒流を得るための圧縮機；
前記圧縮冷媒流を冷却して温度が０℃未満の冷却された圧縮流を得るための１以上の冷却装置；及び
前記冷却された圧縮流を前記熱交換器に循環させるための通路；
を少なくとも備えた前記装置を提供する。
以下、限定するものではないが単なる例として添付図面に関して本発明の態様を説明する
説明のため、１つの管路とその管路で運ばれる流れとに１つの参照番号を割り当てる。同じ参照番号は同種の構成要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施態様による処理方法の略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図面を参照すると、図１は炭化水素供給原料流１０の液化方法を示す。供給原料流１０は、前処理した天然ガス流でもよく、前処理では、当該技術において公知のように、１種以上の物質又は化合物（例えば硫黄、硫黄化合物、二酸化炭素、及び水分又は水など）が削減され、好ましくは完全に又は実質的に除去される。
【００３３】
随意に、供給原料流１０は当該技術において公知の１以上の予冷ステージを経ていてもよい。このような予冷ステージのうち１以上が、１以上の冷却回路を含んでいてもよい。例として、一般に天然ガス供給原料流は初期温度３０〜５０℃（例えば４０℃）から処理される。１以上の予冷ステージに続いて、天然ガス供給原料流の温度を−３０〜−７０℃（例えば−４０℃〜−５０℃）に下げることができる。
【００３４】
図１において、好ましくは熱交換器１２は、３つの管路が熱交換器中を完全に又は部分的に通っているスプール巻型低温熱交換器である。低温熱交換器は当該技術において公知であり、供給原料流と冷媒流とからなる種々の構成を有し得る。さらに、このような熱交換器はまた、（例えば他の冷却ステージ又は処理の一部、好ましくは液化プラントのための冷媒流などの）他の流体を送るために熱交換器中に延びる１以上の管路を有することもできる。簡単にするため、図１にはこのような他の管路又は流れを示していない。
【００３５】
供給原料流１０は供給原料入口５２から熱交換器１２に入り、管路１５０を通って熱交換器を通り抜け、供給原料出口５４から流出して少なくとも部分的に液化された炭化水素流２０を与える。この液化流２０は好ましくは完全に液化され、以下で説明するように更に処理されてもよい。液化流２０が液化天然ガスである場合、温度は例えば約−１５０℃になり得る。
【００３６】
供給原料流１０の液化は冷媒回路１６０により規定される。冷媒回路１６０は混合冷媒を循環させ、この混合冷媒は好ましくはガスの混合物であり、より好ましくは窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ペンタンなどからなる群から選択される。当該技術において公知のように、この混合冷媒の組成は、熱交換器１２に対して望ましい条件及びパラメータに従って変わり得る。
【００３７】
冷媒の入口、出口及び熱交換器を通る冷媒の流れについて、供給原料流の冷却に影響を与える多くの構成が知られている。熱交換器を通る冷媒の１以上の管路はまた、別の管路又は流れでの冷却に影響を与えるよりもむしろ、熱交換器により自身が冷却され得る。
【００３８】
図１に示される構成では、蒸気冷媒流入流３０が第１の入口６６から管路１３０に沿って熱交換器１２を通り抜けて第１の冷媒出口６８から流出する。管路１３０を通り抜ける際、第１の冷媒流出流４５が液体流となるように蒸気冷媒流入流３０が冷却され且つ／又は液化される。蒸気と液体の両方となっている第１の減圧冷媒流５０を得るために、第１の冷媒流出流４５が１以上の減圧装置（絞り弁１４など）を通る。この第１の減圧冷媒流５０は入口７２から熱交換器１２に再び入り、当該技術において公知の方法にて第１の分配マニホールド３４から下向きに熱交換器１２を通過させることができる。冷媒流が第１の分配マニホールド３４から下向きに熱交換器１２を通り抜ける際、液体冷媒が部分的に液体から蒸気に変わることで、供給原料流の管路１５０と蒸気冷媒流の管路１３０とを高い熱伝達率で冷却する。
【００３９】
熱交換器１２はまた、液体冷媒流入流４０を有し、これは入口６４から熱交換器に入り、熱交換器１２内を管路１４０に沿って進む。これは、頂部と底部との間の中間レベルにある出口７４にて熱交換器１２から流出して第２の冷媒流出流６０を与え、これが膨張器１６を通ってその圧力を減じて第２の減圧冷媒流７０を形成し、この流れは液体と蒸気の両方であり、入口７６から熱交換器１２に戻り、第２の分配マニホールド３６から下方向に熱交換器１２を通過する。
【００４０】
好ましくは、第１及び第２の減圧冷媒流５０及び７０の圧力は基本的に同じである。すなわち、圧力の違いがあったとしても大きくはなく、熱交換器１２の動作に影響を与えない。
【００４１】
これまでは、従来技術の熱交換器におけるリサイクル用の液相変化冷媒流は、蒸気に完全に相変化することができるので、蒸気出口流として収集できる。このことは、従来技術の熱交換器内に２つの主要な領域又はゾーンを作っていた。第１のゾーンでは、液体及び蒸気の冷媒流中の液体が蒸気に相変化することで、供給原料流を冷却でき、冷媒流も冷却される。このゾーンにおいては、熱交換器を「ウエット・モード」動作中であると定義できる。
【００４２】
相変化が終わると、第２のゾーンが存在し、これは熱交換器内のエリア又は領域であり（一般に第１のゾーンより下にあり）、このゾーンでは冷媒が完全に蒸気である。第２のゾーン中ではどんな相変化ももはや生じないので、すなわち単一の気相であるので、熱交換器中にかなり低い熱伝達率で冷却しているだけの熱伝達領域が存在する。蒸気の温度変化の際になおいくらかの冷却が行われ得るが、蒸気からの熱伝達率は、蒸気に変化する液体の熱伝達率よりもかなり小さい。このように、従来技術の熱交換器の第２のゾーンは、供給原料流などを冷却する上で著しく効率が低い。
【００４３】
本発明の図１では、熱交換器１２中で下方に流れる冷媒流は、出口６２にて液体及び蒸気の冷媒流出流８０として熱交換器１２から流出する。この流出流８０はまだ液体冷媒を含んでいるので、熱交換器１２内で第１及び第２の分配マニホールド２４、２６から出口６２までの間にて液相変化が生じる。よって、熱交換器１２中に冷媒が蒸気だけであるような熱伝達のない又は熱伝達が最小のエリア又は領域が存在する。すなわち、下方に流れる冷媒流が（高い熱伝達率にて）最も効率的な熱伝達を提供していないようなエリア又は領域は無いか又は最小であり、よって最も効率的な冷却が供給原料流管路１５０（及び他の管路）に行われる。このように、供給原料流１０との熱交換のための熱交換器１２中における熱伝達エリア又は領域が最大化される。これは、同じ物理的な熱交換器の大きさ及び形状の場合、効率的な熱伝達領域を場合によっては１０％超増大させる。
【００４４】
一般に、熱交換器１２は１〜１０バールといった低い圧力にて動作する。熱交換器１２の底部での温度は−３０〜−５０℃の範囲になり得るので、冷媒流出流８０もこれと同じ温度である。
【００４５】
蒸気及び液体の冷媒流出流８０は入口７８から第１の液体／蒸気分離器１８に送られ、液体／蒸気分離器１８もまた１〜１０バールといった低い圧力にて動作する。第１の分離器１８は当該技術において公知の方法にて冷媒流出流８０を分離して、第１の出口８２から蒸気冷媒流９０を、第２の出口８４から液体冷媒流１１０（一般に−３０℃〜−５０℃の同じ範囲の温度を有する）を与える。
【００４６】
蒸気冷媒流９０は、１以上の圧縮機と１以上の冷却器とを必要とする当該技術で公知の任意の方法によって圧縮できる。図１には例として圧縮機２２が示され、単なる例として温度が約７５℃である圧縮された流れ９５を与える。この圧縮された流れ９５は、次に水冷及び／又は空冷装置２４並びに別の冷却装置２５により冷却され、好ましくは温度が−３０℃〜−５０℃の範囲にある冷却された圧縮冷媒流１００を与える。
【００４７】
随意に、上記別の冷却装置２５はまた、上述したように、熱交換器１２の前に供給原料流１０を予冷する際に少なくともいくらか冷却する。
【００４８】
冷却された圧縮冷媒流１００は熱交換器１２に直接戻すことができる。好ましくは、該流れ１００を入口８６から第２の分離器２６に送り、第１の出口８８から蒸気冷媒流入流３０を、第２の出口９２から液体冷媒流入流４０を得る。第２の分離器は３０〜６０バール、好ましくは４０〜５５バールの範囲といった相対的に高い圧力にて動作する。
【００４９】
熱交換器１２に戻す経路については、第２の分離器２６の前にて液体冷媒流１１０を冷却された圧縮冷媒流１００に混ぜ合わせることもできるし、又は液体冷媒流１１０を第２の分離器２６に直接入れることもできるし、液体冷媒流１１０を他の冷媒流とは別々に熱交換器１２に再び入れることもできる。第１の液体／蒸気分離器１８の出口８４と熱交換器１２の入口の間で液体冷媒流１１０の実質的な熱交換が生じることなく、液体冷媒流１１０を熱交換器１２に再循環させる。好ましくは、第１の液体／蒸気分離器１８の出口８４と熱交換器１２の入口の間で液体冷媒流１１０の熱交換が全く生じない。
【００５０】
好ましくは、液体冷媒流入流４０と（ポンプ９４を介した）液体冷媒流１１０とが、接合器又はユニオンなどの混合器２８を介して送られることによって、混合された液体冷媒流１２０として入口６４から熱交換器１２に再び入る。
【００５１】
好ましくは、液体冷媒流１１０と冷却された圧縮冷媒流１００（及び冷却された圧縮冷媒流１００と同じ温度か又は実質的に同じ温度になる液体冷媒流入流４０）との温度差は、１０℃未満であり、好ましくは５℃未満又は３℃未満である。これらの温度がこのように近接して揃っているので、熱交換器１２に再び入る前にこれらの温度を均衡させるのに必要なエクセルギー損失が最小になる。
【００５２】
例として、液体及び蒸気の冷媒流出流８０の温度は−４０℃〜−５０℃の範囲にすることができるので、第１の分離器１８からの液体冷媒流１１０はそれに近い温度又は場合によってはわずかに低い温度である。第２の分離器２６からの液体冷媒流入流４０の温度範囲もまた−４０℃〜−５０℃の範囲にある場合、混合器２８によりそれらが混合されて得られる混合液体冷媒流１２０はそれに近い（例えば−４５℃〜−５０℃の範囲）。
【００５３】
温度をこのように近づけて揃えることは、上述したように液体冷媒流１１０の導入にも適用される。
【００５４】
液化システムからの液化天然ガス２０は、更なる冷却のために、例えば過冷ステージ、及び／又は最終的な分離器に送ることができ、該分離器において、プラントの燃料として使用するために（例えば種々の圧縮機を運転するガスタービンのために）蒸気を取り出すことができ、また、液化天然ガス生成物を貯蔵容器又は他の貯蔵若しくは輸送装置に移送できる。
【００５５】
最終的な分離器はエンド・フラッシュ・システムとすることができ、これは過冷ステージの下流端部にて使用して液化天然ガス（ＬＮＧ）の生産を最適化できる。通常、これは別の電気駆動モータにより駆動されるエンド圧縮機を含む。エンド圧縮機を駆動するのに必要なパワーは、過冷ステージに必要な圧縮機パワーよりも通常は小さい。
本発明の利点の例を下の表１にデータで示す。
【００５６】
表１の第１欄は、スループットが約１７．５ｋｍｏｌ／ｓである従来技術の基準の液化方法における主熱交換器（ＭＣＨＥ）の動作についてのデータを示す。この熱交換器は暖かい管束と冷たい管束から構成され、それぞれの有効表面積（ＵＡ）が約６０，０００と１３，０００ｋＷ／Ｋである。熱交換器のシェル側から出て行く低圧冷媒の液体含有量は０％である、すなわち熱交換器は「ドライモード」で動作する。
【００５７】
熱交換器から出て行く冷媒の液体含有量が０．５モル％となるように本発明に基づき流出する冷媒組成を変えることにより、ＭＣＨＥ熱交換器は今度は完全に「ウエットモード」で動作している。ウエットモードの動作の結果、熱交換器の下部における熱伝達率Ｕは熱交換器の全高にわたって同じである。表１の第２の「ウエット」欄に示されるように、このことによって、同じ冷媒圧縮パワー及び物理的な熱交換器エリアに対して、熱交換器の暖かい管束の有効表面積（ＵＡ）が約１０％だけ上昇し、生産量が約１．６％上昇している。これは工業規模では著しい増加である。
【００５８】
【表１】
2009543894.tif 000003
【００５９】
当業者なら特許請求の範囲から逸脱することなく多くの方法で本発明を実行できることが理解されよう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６０】
【特許文献１】ＥＰ１００８８２３Ｂ１
【特許文献２】ＤＥ１９９３７６２３Ａ１
【特許文献３】ＷＯ２００６／００７２７８Ａ２
【特許文献４】ＵＳ４，１１２，７００
【特許文献５】ＵＳ４，１８０，１２３
【符号の説明】
【００６１】
１０  炭化水素の供給原料流
１２  熱交換器
１４  絞り弁
１６  膨張器
１８  第１の分離器
２０  液化された炭化水素流
２２  圧縮機
２４  水冷及び／又は空冷装置
２５  別の冷却装置
２６  第２の分離器
２８  混合器
３０  蒸気冷媒の流入流
３４  第１の分配マニホールド
３６  第２の分配マニホールド
４０  液体冷媒の流入流
４５  第１の冷媒の流出流
５０  第１の減圧冷媒流
５２  供給原料の入口
５４  供給原料の出口
６０  第２の冷媒の流出流
６６  第１の入口
６８  第１の冷媒の出口
７０  第２の減圧冷媒流
７２  入口
８０  液体及び蒸気の冷媒流出流
９０  蒸気冷媒流
９４  ポンプ
９５  圧縮冷媒流
１００  冷却された圧縮冷媒流
１１０  液体冷媒流
１３０  管路
１４０  管路
１５０  管路
１６０  冷媒回路
【図１】
2009543894.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月3日(2008.11.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給原料流（１０）から天然ガスなどの炭化水素流を液化する方法であって、
（ａ）熱交換器（１２）において循環する混合冷媒に対して供給原料流（１０）を通過させて、−１００℃未満の温度を有する少なくとも部分的に液化した炭化水素流（２０）を得る工程；
（ｂ）前記混合冷媒を液体及び蒸気の冷媒流出流（８０）として前記熱交換器（１２）から流出させる工程；
（ｃ）前記液体及び蒸気の冷媒流出流（８０）を第１の分離器（１８）に通して蒸気冷媒流（９０）と液体冷媒流（１１０）とを得る工程；
（ｄ）実質的な熱交換なしで工程（ｃ）の前記液体冷媒流（１１０）をポンプ（９４）によって工程（ａ）の前記熱交換器（１２）に循環させる工程；
（ｅ）前記蒸気冷媒流（９０）を圧縮して圧縮冷媒流（９５）を得る工程；
（ｆ）前記圧縮冷媒流（９５）を冷却して温度が０℃未満の冷却された圧縮流（１００）を得る工程；及び
（ｇ）前記冷却された圧縮流（１００）を工程（ａ）の前記熱交換器（１２）に循環させる工程；
を少なくとも含む前記方法。
【請求項２】
前記熱交換器（１２）がチューブ・イン・シェル型熱交換器又はスプール巻型熱交換器であり、好ましくは低温熱交換器である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱交換器（１２）が前記供給原料流（１０）を完全に液化する請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記供給原料流（１０）が天然ガスであり、前記液化した炭化水素流（２０）が液化天然ガスである請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記液体冷媒流（１１０）の温度が−３０℃〜−５０℃の範囲にある請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記液体冷媒流（１１０）と前記冷却された圧縮流（１００）との温度差が１０℃未満、好ましくは５℃未満又は３℃未満である請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記冷却された圧縮流（１００）を前記熱交換器（１２）に循環させる前に分離して、蒸気冷媒流入流（３０）と液体冷媒流入流（４０）とを得る請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記液体冷媒流入流（４０）を工程（ｃ）の前記液体冷媒流（１１０）と混合する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記液体冷媒流（１１０）と前記液体冷媒流入流（４０）との温度差が１０℃未満、好ましくは５℃未満又は３℃未満である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
供給原料流（１０）から天然ガスなどの炭化水素流を液化する装置であって、
混合冷媒流に対して前記炭化水素流を液化するための熱交換器（１２）であって、前記供給原料流（１０）のための供給原料入口（５２）と、前記供給原料流を少なくとも部分的に液化したストリーム（２０）のための供給原料出口（５４）と、１以上の混合冷媒入口（６４、６６）と、蒸気及び液体の冷媒流出流（８０）のための混合冷媒出口（６２）とを有する前記熱交換器（１２）；
前記液体及び蒸気の冷媒流出流（８０）を蒸気と液体とに分離するためのものであり、蒸気冷媒流（９０）を得るための第１の出口（８２）と液体冷媒流（１１０）を得るための第２の出口（８４）とを有する第１の分離器（１８）；
前記液体冷媒流（１１０）を前記熱交換器（１２）に流入させるための前記熱交換器（１２）の冷媒入口（６４）；
前記熱交換器（１２）に向かう前記液体冷媒流（１１０）の流れを助けるためのポンプ（９４）；
前記蒸気冷媒流（９０）を圧縮して圧縮冷媒流（９５）を得るための圧縮機（２２）；
前記圧縮冷媒流（９５）を冷却して温度が０℃未満の冷却された圧縮流（１００）を得るための１以上の冷却装置（２４、２５）；及び
前記冷却された圧縮流（１００）を前記熱交換器（１２）に循環させるための通路；
を少なくとも備えた前記装置。
【請求項１１】
前記冷却された圧縮流（１００）を蒸気冷媒流入流（３０）と液体冷媒流入流（４０）とに分離するための第２の分離器（２６）を更に備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記液体冷媒流入流（４０）と前記液体冷媒流（１１０）とを、それらが前記熱交換器（１２）に戻る前に混ぜ合わせるための混合器（２８）を更に備える請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記熱交換器（１２）が前記蒸気冷媒流（３０）のための第１の冷媒管路（１３０）と、前記液体冷媒流入流（４０）及び前記液体冷媒流（１１０）のための第２の冷媒管路（１４０）とを含む請求項１１又は請求項１２に記載の装置。
【国際調査報告】
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2009543894.tif 000006
2009543894.tif 000007