(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）第１の冷媒回路（１１０）において第１の冷媒流（７０）を循環させる工程；（ｂ）第１の冷却ステージ（１００）の１以上の熱交換器（１４）において前記第１の冷媒流（７０）を冷却して、冷却された第１の冷媒流（２０）を得る工程；（ｃ）前記冷却された第１の冷媒流（２０）の少なくとも一部を１以上の膨張器に通し、１以上の膨張し冷却された第１の冷媒流（３０）を得る工程；（ｄ）前記膨張し冷却された第１の冷媒流（３０）又はその少なくとも１つと前記供給原料流（１０）とを前記１以上の熱交換器（１４）に通し、冷却された炭化水素流（４０）を得る工程；（ｅ）前記冷却された炭化水素流（４０）を第２の冷媒流（５０）に対して第２の冷却ステージ（２００）に通し、液化された炭化水素流（６０）を得る工程；を少なくとも含み、少なくとも１つの前記膨張器が膨張タービン（１２）であり、工程（ｃ）で作られる前記膨張タービン（１２）の仕事エネルギーが前記第１の冷媒回路（１１０）で使用される、上記方法。
2009544923.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）第１の冷媒回路（１１０）において第１の冷媒流（７０）を循環させる工程；
（ｂ）第１の冷却ステージ（１００）の１以上の熱交換器（１４）において前記第１の冷媒流（７０）を冷却して、冷却された第１の冷媒流（２０）を得る工程；
（ｃ）前記冷却された第１の冷媒流（２０）の少なくとも一部を１以上の膨張器に通し、１以上の膨張し冷却された第１の冷媒流（３０）を得る工程；
（ｄ）前記膨張し冷却された第１の冷媒流（３０）又はその少なくとも１つと前記供給原料流（１０）とを前記１以上の熱交換器（１４）に通し、冷却された炭化水素流（４０）を得る工程；
（ｅ）前記冷却された炭化水素流（４０）を第２の冷媒流（５０）に対して第２の冷却ステージ（２００）に通し、液化された炭化水素流（６０）を得る工程；
を少なくとも含み、少なくとも１つの前記膨張器が膨張タービン（１２）であり、工程（ｃ）で作られる前記膨張タービン（１２）の仕事エネルギーが前記第１の冷媒回路（１１０）で使用される、上記方法。
【請求項２】
前記第１の冷却ステージ（１００）の後の前記冷却された炭化水素流（４０）の温度が−２０℃〜−７０℃の範囲にあり、前記第２の冷却ステージ（２００）が前記第１の冷却ステージ（１００）から分離している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の冷媒回路（１１０）が第１の前記熱交換器（１４）の前に１以上の周囲冷却装置（２９）を備える、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記作られた仕事エネルギーが前記第１の熱交換器（１４）の前に前記第１の冷媒流（７０）の圧力を高めるのに使用される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記仕事エネルギーが、前記第１の冷媒流（７０）を循環させる１以上のポンプ（２８ａ、２８ｂ）を駆動するのに使用される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
工程（ｃ）の各膨張器が膨張タービン（１２）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】
前記第１の冷却ステージ（１００）が２又は３の熱交換器（１４ａ、１４ｂ）を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
各熱交換器（１４ａ、１４ｂ）が関連の膨張タービン（１２ａ、１２ｂ）を有し、前記第１の冷却された冷媒流（２０ａ、２０ｂ）の少なくとも一部が前記関連の膨張タービン（１２ａ、１２ｂ）を通って、膨張し冷却された第１の冷媒流（３０ａ、３０ｂ）を夫々の熱交換器（１４ａ、１４ｂ）に与える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の冷却ステージ（１００）の各熱交換器（１４ａ、１４ｂ）が工程（ｃ）に異なる第１の冷媒圧力を与える、請求項７又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の冷媒流（７０）の冷媒が、ガスの混合物からなる混合冷媒であり、前記ガスが好ましくは窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン及びペンタンからなる群から選択される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の冷媒流（５０）の冷媒が、前記第１の冷却ステージ（１００）の少なくとも１つの熱交換器（１４）を通り、好ましくは前記第１の冷却ステージ（１００）のすべての熱交換器（１４）を通る、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
供給原料流（１０）から天然ガス流などの炭化水素流を液化するための装置であって、
第１の冷媒回路（１１０）と第１の冷却ステージ（１００）と１以上の膨張器と第２の冷却ステージ（２００）とを少なくとも備え、
前記第１の冷媒回路（１１０）が第１の冷媒流（７０）を循環させ；
前記第１の冷却ステージ（１００）が、前記第１の冷媒流（７０）を受け入れ且つ冷却された第１の冷媒流（２０）を得るために１以上の熱交換器（１４）を有し；
前記１以上の膨張器が、前記冷却された第１の冷媒流（２０）の少なくとも一部を膨張させて１以上の膨張した第１の冷媒流（３０）を与え、少なくとも１つの前記膨張器が膨張タービン（１２）であり、膨張により作られた前記膨張タービン（１２）の仕事エネルギーが前記第１の冷媒回路（１１０）で使用され；
前記熱交換器（１４）又はその各々が、前記供給原料流（１０）を取り込むための第１の入口と、前記膨張した第１の冷媒流（３０）又はそのうちの少なくとも１つを取り込むための第２の入口とを有し、前記供給原料流（１０）を冷却することで冷却された炭化水素流（４０）を与え；
前記備えられた第２の冷却ステージ（２００）が、前記冷却された炭化水素流（４０）を前記第１の冷却ステージ（１００）から受け入れ且つ液化された炭化水素流（６０）を与えるよう構成された１以上の熱交換器を備える；
ことを特徴とする前記装置。
【請求項１３】
前記第１の冷却ステージ（１００）が２又は３の熱交換器（１４ａ、１４ｂ）を備え、その各々が関連の膨張タービン（１２ａ、１２ｂ）を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の冷媒回路（１１０）が前記第１の冷媒流（７０）を循環させるために１以上のポンプ（２８ａ、２８ｂ）を含み、前記膨張により作られた仕事エネルギーが前記ポンプ（２８ａ、２８ｂ）のうち１つ以上を駆動するのに使用される、請求項１２又は請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の冷却ステージ（１００）が−２０℃〜−７０℃の範囲の温度を有する冷却された第１の冷媒流（２０）を与え、前記第２の冷却ステージ（２００）が前記第１の冷却ステージ（１００）から分離している、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化水素流、特に限定するものではないが天然ガス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、天然ガス流を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】
ＵＳ６，１０５，３８９Ａは、圧縮されたクーラント混合物を用いて天然ガスを液化するための方法及び装置を示しており、この圧縮されたクーラント混合物を過冷し、膨張させ、気化させた後、第２の冷却ステージで天然ガスを液化する。第１の冷却ステージでは、第１のクーラント混合物の一部を膨張弁により膨張させてクーラント混合物を冷却する。しかしながら、膨張弁を用いる問題は、それらが等エンタルピーであるので、このような弁内の圧力が下がる際にクーラントなどの流体の膨張から利用できる仕事が本質的に失われることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、液化方法及び液化装置の効率を上げることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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）第１の冷媒回路において第１の冷媒流を循環させる工程；
（ｂ）第１の冷却ステージの１以上の熱交換器において前記第１の冷媒流を冷却して、冷却された第１の冷媒流を得る工程；
（ｃ）前記冷却された第１の冷媒流の少なくとも一部を１以上の膨張器に通し、１以上の膨張し冷却された第１の冷媒流を得る工程；
（ｄ）前記膨張し冷却された第１の冷媒流又はその少なくとも１つと前記供給原料流とを前記１以上の熱交換器に通し、冷却された炭化水素流を得る工程；
（ｅ）前記冷却された炭化水素流を第２の冷媒流に対して第２の冷却ステージに通し、液化された炭化水素流を得る工程；
を少なくとも含み、少なくとも１つの前記膨張器が膨張タービンであり、工程（ｃ）で作られる前記膨張タービンの仕事エネルギーが前記第１の冷媒回路で使用される、上記方法
を提供する本発明により達成できる。
【０００６】
本発明の利点は、熱交換器内で供給原料流を冷却するために使用する前に、１以上の膨張タービンにより第１の冷媒流の少なくとも一部を膨張させて第１の冷媒の圧力を下げることによって、第１の冷媒の膨張がほぼ等エントロピーとなることで第１の冷却の効率が高められることである。ガスをほぼ等エントロピーにて膨張させてより低い圧力にすることにより、膨張中のガスから内部エネルギーが低減され、このエネルギーの少なくとも一部を有効な仕事として作り出す。次に、この仕事エネルギーは、液化方法、液化プロセス及び／又は液化装置中のどこかに、例えば圧縮機、ポンプ又は発電機などの別のユニット又は装置又はその一部を駆動するのを助けるために、送られて有効に使用され得る。
【０００７】
炭化水素流は液化される任意の適当なガス流でよいが、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。その代わりとして、天然ガス流は、フィッシャー・トロプシュ法などの合成源も含めて別の供給源から得ることもできる。
【０００８】
通常、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、さらに好ましくは少なくとも８０モル％のメタンを含む。
【０００９】
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。
【００１０】
必要なら、天然ガスを含有した供給原料流は、使用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、又は初期冷却、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。
【００１１】
ここで用いられている「供給原料流」という用語は、多量のメタンを通常は含有している任意の炭化水素含有組成物のことを意味する。メタンに加えて、天然ガスは種々の量のエタン、プロパン及び重質炭化水素を含有する。その組成はガスの種類と場所に依存して変わる。一般にメタンより重い炭化水素は、例えばメタン液化プラントの一部を詰まらせ得るような異なる凍結温度又は液化温度を有するといったような幾つかの理由により、天然ガスから除去しなければならない。Ｃ２−４炭化水素を天然ガス液体の供給源として使用できる。
【００１２】
よって、「供給原料流」という用語はまた、洗浄、脱水及び／又は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、硫黄化合物、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。
【００１３】
「膨張器」という用語は、流れ中の圧力を低減できる任意のユニット、デバイス又は装置を含む。膨張器としては膨張タービンだけでなく弁も挙げられ、また、一相膨張器又は二相膨張器も挙げられる。第１の冷却ステージにおける熱交換器の少なくとも１つの膨張器が膨張タービンである場合、１以上の他の膨張器を弁にしてもよい。好ましくは、第１の冷却ステージの熱交換器におけるすべてが膨張タービンである。
【００１４】
本発明の第１の冷却ステージは、冷却された炭化水素流の温度を０℃未満に、通常は−２０℃〜−７０℃の範囲に下げることを目的としている。このような冷却ステージをしばしば「予冷」ステージともいう。
【００１５】
好ましくは第２の冷却ステージは第１の冷却ステージから分離している。すなわち、第２の冷却ステージは、第２の冷媒回路中を循環する第２の冷媒を用いる１以上の別個の熱交換器を備えるが、第２の冷媒流の冷媒は、第１の冷却ステージの少なくとも１つの熱交換器、好ましくは第１の冷却ステージのすべての熱交換器を通ることもできる。
【００１６】
好ましくは、第１の冷媒回路は第１の熱交換器の前に１以上の周囲冷却装置を備える。
【００１７】
本発明の一実施態様では、作り出された仕事エネルギーは、第１の熱交換器の前に第１の冷媒流の圧力を上げるのに用いられる。これの一例は、第１の冷媒流を循環させる１以上のポンプを駆動するのに仕事エネルギーを使用することである。
【００１８】
（炭化水素流の温度を０℃未満に下げるよう構成された）第１の冷却ステージ中の１以上の膨張タービンからの仕事エネルギーを使用することは、関連の冷媒流の温度が膨張の前に−５０℃や−１００℃などのかなり低い温度になることが意図されていない場合に特に有利である。このようにして、１以上のポンプの通過により生じる冷媒流の温度上昇は（ここでその圧力が上昇すると温度が上昇する）、例えば当該技術において公知の水冷及び／又は空冷装置などの１以上の周囲冷却装置を用いることによって更に容易に抽出できる。炭化水素流を十分に低い温度（例えば−１００℃未満）に下げる目的をもった冷媒流の温度を下げるためには、周囲冷却装置を使用するだけでは明らかに不十分である。
【００１９】
よって、本発明は、熱交換器の前に１以上の周囲冷却装置を既に必要としている第１の冷媒回路において追加の冷却が不要なので、各膨張タービンにより与えられる仕事エネルギーが第１の冷却又は予冷ステージで使用される場合に特に有利である。このようにして、液化方法の全体において、作り出された仕事エネルギー又はエクセルギーの使用が最大になり、又はエネルギーの浪費が少なくとも最小になる。
【００２０】
本発明の別の実施態様では、第１の冷却ステージは２又は３の熱交換器を備え、好ましくは、各熱交換器は関連の膨張タービンを有し、その膨張タービンを通って第１の冷却された冷媒流の少なくとも一部が送られ、膨張され冷却された第１の冷媒流をそれぞれの熱交換器に与える。
【００２１】
別の態様では、本発明は、供給原料流から天然ガス流などの炭化水素流を液化するための装置であって、
第１の冷媒回路と第１の冷却ステージと１以上の膨張器と第２の冷却ステージとを少なくとも備え、
前記第１の冷媒回路が第１の冷媒流を循環させ；
前記第１の冷却ステージが、前記第１の冷媒流を受け入れ且つ冷却された第１の冷媒流を得るために１以上の熱交換器を有し；
前記１以上の膨張器が、前記冷却された第１の冷媒流の少なくとも一部を膨張させて１以上の膨張した第１の冷媒流を与え、少なくとも１つの前記膨張器が膨張タービンであり、膨張により作られた前記膨張タービンの仕事エネルギーが前記第１の冷媒回路で使用され；
前記熱交換器又はその各々が、前記供給原料流を取り込むための第１の入口と、前記膨張した第１の冷媒流又はそのうちの少なくとも１つを取り込むための第２の入口とを有し、前記供給原料流を冷却することで冷却された炭化水素流を与え；
前記備えられた第２の冷却ステージが、前記冷却された炭化水素流を前記第１の冷却ステージから受け入れ且つ液化された炭化水素流を与えるよう構成された１以上の熱交換器を備える；
ことを特徴とする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】
【００２２】
【図１】本発明の一実施態様による液化方法の略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は天然ガスなどの炭化水素流を液化するための全体構成を示す。天然ガスを含有した初期の供給原料流１０が示されており、この供給原料流は前処理をして、少なくとも数種類の重質の炭化水素と、限定するものではないが酸性ガスを含めて二酸化炭素、窒素、ヘリウム、水、硫黄及び硫黄化合物などの不純物とを分離してもよい。
【００２４】
供給原料流１０が、第１の冷却用冷媒回路１１０中を循環している第１の冷媒を使用する第１の冷却ステージ１００を通ることで、冷却された炭化水素流４０ｂを得る。第１の冷媒は、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ペンタンなどのうち１種以上、好ましくは２種以上を含めて任意の適当な成分又は好ましくはその混合物とし得る。
【００２５】
供給原料流１０は入口３２ａから第１の熱交換器１４ａに入り、管路７３ａで第１の熱交換器１４ａを通り抜ける。一方、第１の冷媒は入口３６ａから第１の熱交換器１４ａに入り、管路７１ａで第１の熱交換器１４ａを抜け出る。このようにして、第１の冷媒管路７１ａもまた第１の熱交換器１４ａにおいて冷却される。
【００２６】
出口３８ａにて第１の熱交換器１４ａから流出するのは、冷却された第１の冷媒流２０ａである。分割配管などの適当な分割器（図示せず）により、第１及び第２のフラクション又は部分２１ａ、２１ｂが作られ、それぞれが冷却された第１の冷媒流２０ａから成る。第１の部分２１ａは第１の膨張タービン１２ａに送られる。第１の膨張タービン１２ａは、冷却された第１の冷媒フラクションをほぼ等エントロピーにて膨張させて、膨張し冷却された第１の冷媒流３０ａを与える。膨張した流れ３０ａは、流れ２１ａの内部エネルギーより低い内部エネルギーを有する。
【００２７】
このエネルギー差は、仕事として、例えば第１の冷媒回路１１０中のユニット又は装置を駆動するために使用できる。図１に示される構成では、第１の膨張タービン１２ａにより与えられるエネルギーは、第１の冷却回路１１０の一部である第１のポンプ２８ａを駆動するのに用いられる。第１のポンプ２８ａの機能は後に説明する。
【００２８】
図１において上記冷却された第１の冷媒流２０ａの第１の部分２１ａと第２の部分２１ｂの比は、当該技術において公知の適当な任意の比にできる。第１の冷却ステージ１００が２つの熱交換器１４ａ、１４ｂを有し、かつ混合冷媒を用いている場合には、２つの圧力レベルの比は例えば３５／６５である。熱交換器１４ａ、１４ｂ中で可能な圧力レベルの例は、高圧熱交換器で８バール、低圧熱交換器で３バールである。
【００２９】
膨張した流れ３０ａは第１の熱交換器１４ａの上部又は上部近くにて第１の熱交換器１４ａに再び戻され、当該技術において公知のように、膨張した流れ３０ａが下向きに熱交換器１４ａを通って気化する際に、供給原料流１０（管路７３ａ）と第１の冷媒（管路７１ａ）とを運んでいる第１の熱交換器１４ａ中にてこれらの管路を冷却する。これにより、冷却された炭化水素流４０ａが得られる。
【００３０】
一方、気化された第１の冷媒は、収集され、第１の熱交換器１４ａの底端部又は底端部の近くにて出口４２ａを介して第１の熱交換器１４ａから第１の蒸気出口流９０ａとして流出させ、そして第１の冷媒回路１１０において再圧縮及び循環のために第１の圧縮機２２に送ることができる。
【００３１】
次に、第１の冷却された第１の冷媒流２０ａの第２のフラクション又は部分２１ｂと、冷却された炭化水素流４０ａとは、第２の熱交換器１４ｂの底端部又は底端部近くにてそれぞれ入口３６ｂ及び３２ｂを介して第２の熱交換器１４ｂに入り、上向きに通過する。第１の冷媒流は、更に冷却された第１の冷媒流２０ｂとして第２の熱交換器１４ｂの上部又は上部近くにて出口３８ｂを介して第２の熱交換器１４ｂを通り抜け、そして第２の膨張タービン１２ｂにより膨張して第２の膨張した第１の冷媒流３０ｂを与え、次に、これを、入口４４ｂを介して第２の熱交換器１４ｂに送り戻して第２の熱交換器１４ｂを下向きに通過させることができる。第２の膨張した流れ３０ｂが第２の熱交換器１４ｂを下向きに通る際、当該技術において公知の方法にて第２の熱交換器１４ｂを上向きに通っている炭化水素流（管路７３ｂ）及び第１の冷媒（管路７１ｂ）の管路を冷却する。第２の膨張した冷媒流３０ｂは、第２の熱交換器１４ｂを下向きに通過中に気化され、第２の蒸気出口流９０ｂとして出口４２ｂから収集できる。第２の蒸気出口流９０ｂは、第１の冷却回路１１０における再圧縮及び循環のために第１の圧縮機２２に送られる。
【００３２】
第２の膨張した流れ３０ｂは、第２の膨張タービン１２ｂによりほぼ等エントロピーにて膨張させられ、前に膨張した流れ２０ｂと後に膨張した流れ３０ｂとのエネルギー差を、第１の冷却回路１１０における仕事として使用することもできる。
【００３３】
図１に示されるように、第１及び第２の熱交換器１４ａ、１４ｂから収集される第１の冷媒は、圧縮機２２により圧縮されて圧縮流９５が得られ、水冷及び／又は空冷装置２６により冷却され、熱交換器１４ａ、１４ｂに再び入れるための再凝縮流７０を得る。再凝縮された第１の冷媒流７０の循環を助けるために、第１及び第２のポンプ２８ｂ、２８ａによって連続的に送出されて最終的な周囲冷却装置２９の前にポンプ送出の流れ７０ａを得る。最終的な周囲冷却装置２９は、水冷及び／又は空冷装置などの１以上の周囲冷却装置を備えて、熱交換器１４ａ、１４ｂにおいて再使用できる状態になっている冷却されたポンプ送出の流れ７０ｂを得ることができる。
【００３４】
ポンプは冷媒回路において共通であるが、駆動される必要がある、すなわちエネルギーを入力しなければならない。また、ポンプは、ポンプを通る流れが加圧されるときその流れの温度を上げる。本発明では、近くの又は隣接した膨張タービン１２ａ、１２ｂにより作り出された仕事エネルギーを用いることによりポンプ２８ａ、２８ｂを駆動又は仕事させることが特に有利である。膨張タービン１２ａ、１２ｂの仕事エネルギーは、関連のポンプ２８ａ、２８ｂに、それらを相互連結する任意の機械的なリンク機構（共通シャフトなど）によって送ることができる。
【００３５】
暑いか又は暖かい気候における液化プラントの場合、再凝縮流７０の温度は一般に４０℃〜６０℃、例えば５０℃である。第１の冷媒回路中の各ポンプは、再凝縮流の温度をセ氏数度だけ上昇させることができ、その結果、暑い気候に基づいている図１に示された構成の場合、ポンプ送出の流れ７０ａの標準的な温度は、例えば５３℃〜５６℃になり得る。そこで、図１に示される周囲冷却装置２９などの１以上の周囲冷却装置が、ポンプ送出の流れ７０ａの温度を１０〜２０℃下げることができ、その結果、冷却されたポンプ送出流７０ｂの標準的な温度は４０℃になる。冷たい気候又はより冷たい気候では、これらの流れの温度は１０〜２０℃低いかもしれないが、ポンプの昇温効果は同じである。
【００３６】
ポンプ２８ａ、２８ｂの一方又は両方の駆動は、膨張タービン１２ａ、１２ｂからの仕事エネルギーにより部分的、実質的、又は完全に行うことができる。このようにして、第１の冷媒回路１１０において外部エネルギーの必要性が低減されるので、更に効率的になる。
【００３７】
第１の冷却ステージ１００において更に多くの直列の熱交換器を有する場合には、更に冷却された第１の冷媒流２０ｂが分割され、第１の冷媒の更なる管路に通され、そして流れ２０ｂについて図１に示されるように最後の熱交換器がすべての第１の冷媒を循環させるまで、更に別の熱交換器について続けられる。
【００３８】
炭化水素流は、冷却された炭化水素流４０ｂとして、出口３４ｂを介して第２の熱交換器１４ｂから出て行く。
【００３９】
各膨張タービン１２ａ、１２ｂは第１の冷媒の膨張がほぼ等エントロピーとなるようにできるので、第１の冷却回路１１０の効率が上がる。すなわち、流れ３０ａ、３０ｂの内部エネルギーが下げられ、これが本プロセスの効率に利する。また、循環する第１の冷媒流のより低い内部エネルギー、例えばより低いエントロピーが、冷却装置の冷媒温度と同じであり、よって、循環する冷媒流が熱交換器で行う冷却がより改善し、且つ／又は冷媒を再圧縮するために冷媒圧縮機に与える仕事がより低減される。
【００４０】
好ましくは、第１の冷却ステージ１００は、一般に第１の冷却ステージのプロセスのタイプに依存して、供給原料流１０を０℃未満、例えば−２０℃〜−７０℃、好ましくは−２０℃〜−３５℃又は−４０℃〜−７０℃に冷却する。
【００４１】
本発明の一実施態様では、多段型の第１の冷却ステージ１００における各熱交換器は異なる第１の冷媒圧力を与える。各圧力ステージからの膨張冷媒は、例えば異なる冷媒入口圧力に対して異なる圧縮機を用いて１以上の圧縮機で圧縮できる。
【００４２】
本発明の別の実施態様では、供給原料流は第１の冷却ステージのすべての熱交換器を通過するわけでなく、熱交換器のうち１以上についてだけ通過できる。例えば、図１に示す構成では、供給原料流１０が第２の熱交換器１４ｂだけを通過して第１の冷却ステージ１００での必要な冷却を達成することもできる。
【００４３】
次に、第２の熱交換器１４ｂからの最終的な冷却された炭化水素流４０ｂは、後に説明する第２の冷媒回路８０中を循環する第２の冷媒、好ましくは混合冷媒を用いる第２の冷却ステージ２００に送られる。
【００４４】
第２の冷却ステージ２００中を通る冷却された炭化水素流４０ｂと第２の冷媒回路８０とについては、様々な構成が考えられる。これらの構成は当該技術において公知である。これらは、随意に様々な圧力レベルにて随意に低温熱交換器などの１つの容器内にて１以上の冷却ステージを含み得る。
【００４５】
第２の冷却ステージ２００は、冷却された炭化水素流４０ｂの温度を下げて、約−１３０℃又は−１３０℃未満の温度の液化炭化水素流６０を得ることができる。
【００４６】
図１に示される簡単な形式では、第２の冷媒回路８０は、気化した第２の冷媒出口流５０ａを、駆動機器５４により駆動される２つの第２の圧縮機５２と、水冷及び／又は空冷装置５６とに通す。冷却装置５６の後、凝縮用の第２の冷媒が第１の冷却ステージ１００の熱交換器１４ａ、１４ｂを管路７５ａ、７５ｂで通り抜けて、第２の冷却ステージ２００で使用するためにより冷たい液化された第２の冷媒流５０を得ることができる。
【００４７】
よって、第２の冷媒は第１の冷却ステージ１００により少なくとも部分的に冷却される。この構成により、供給原料流の第１の冷却ステージの冷却デューティの一部を、第２の冷却ステージ２００において使用するために第２の冷媒を十分に冷却するのに他の熱交換器を必要とする第２の冷却回路２００ではなく、同じ装置を使用する第２の冷媒の冷却の等価部分と組み合わせることにより、天然ガスなどの炭化水素供給原料流の液化方法が簡単になる。したがって、このことにより、必要な装置や設備の水準が下がり、図１に示される方法の主要なランニングコストが下がる。
【００４８】
供給原料流、冷却かつ／又は液化された炭化水素流及び／又は冷媒の追加の冷却は、第１及び第２の冷却ステージ（これは随意にここに記載の炭化水素流を液化するための方法及び／又は装置の別の部分と連結される）による冷却に加えて、１以上の他の冷媒又は冷媒サイクルにより与えることができる。
【００４９】
例えば、液化された流れ６０は次に第３の冷却ステージ（図示せず）で好ましくは過冷が行われ得る。過冷は、液化された流れを、１以上の過冷熱交換器を使用する１以上のステージに通すことによって行うことができる。好ましくは、過冷におけるその各熱交換器は、混合された（第３の）冷媒により冷却される。液化された流れ及び／又は過冷冷媒の追加の冷却は、１以上の他の冷媒又は冷媒回路（これは随意にここに記載の炭化水素流を液化するための方法及び／又は装置の別の部分と連結される）により行うことができる。
【００５０】
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できることを容易に理解するであろう。例として、得られたＬＮＧを、ジュール・トムソン弁又は低温ターボ膨張器によって減圧してもよい。
【００５１】
次の表１は３つのケースにおける所要電力の概要を与える。
【表１】
2009544923.tif 000003
【００５２】
液化プロセスの比出力は、プロセスで必要とされる冷媒圧縮機パワー（単位ＫＷ）を、得られる液化炭化水素流（例えばＬＮＧ）の量（単位ｔｐｄ）で割ったものとして定義される。
【００５３】
ケース１は、２つの熱交換器を必要とし且つＵＳ６，１０５，３８９Ａに記載の膨張弁を使用する液体天然ガス液化システムの第１のステージ又は予冷ステージのための冷却回路の圧縮機を駆動するのに必要な電力に関係している。
【００５４】
ケース２は、上述したように図１に示される液化方法（ただしポンプ２８ａ、２８ｂは無い）において圧縮機２２を駆動するのに必要な電力である。
【００５５】
ケース３は、第１の冷媒回路１１０が図示されたポンプ２８ａ、２８ｂを含んでいる場合に図１の圧縮機２２を駆動するのに必要な電力である。
【００５６】
以上から分かるように、ケース２の所要電力はケース１の所要電力よりも小さいので、膨張タービンの使用により、第１の冷媒回路１１０における第１の冷媒を再圧縮するのに必要な電力が削減された。（膨張タービンを通過後の）膨張した第１の冷媒はより低いエネルギーを有するので、必要とされる圧縮圧力はより小さく、したがって膨張弁を使用する場合よりもより冷たい。
【００５７】
ケース３は膨張タービン１２ａ、１２ｂの仕事出力により駆動されるポンプ２８ａ、２８ｂを導入している。ケース３は、ポンプ２８ａ、２８ｂを使用することにより第１の冷媒回路１１０の効率がさらに高められることで、第１の冷媒回路１１０中での第１の冷媒の循環を維持するために圧縮機２２により作られる一般的な推進パワーが小さくなるので、圧縮機２２の所要電力がケース２の所要電力よりもさらに小さいことを示している。
【００５８】
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】
【００５９】
【特許文献１】ＵＳ６，１０５，３８９Ａ
【符号の説明】
【００６０】
１０  供給原料流
１２ａ、１２ｂ  膨張タービン
１４ａ、１４ｂ  熱交換器
２２  圧縮機
２６  冷却装置
２８ａ、２８ｂ  ポンプ
２９  冷却装置
５２  第２の圧縮機
５４  駆動機器
５６  冷却装置
８０  第２の冷媒回路
１００  第１の冷却ステージ
１１０  第１の冷媒回路
２００  第２の冷却ステージ
【図１】
2009544923.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月23日(2009.4.23)
【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）第１の冷媒回路（１１０）において第１の冷媒流（７０）を循環させる工程；
（ｂ）第１の冷却ステージ（１００）の１以上の熱交換器（１４）において前記第１の冷媒流（７０）を冷却して、冷却された第１の冷媒流（２０）を得る工程；
（ｃ）前記冷却された第１の冷媒流（２０）の少なくとも一部を１以上の膨張器に通し、１以上の膨張し冷却された第１の冷媒流（３０）を得る工程；
（ｄ）前記膨張し冷却された第１の冷媒流（３０）又はその少なくとも１つと前記供給原料流（１０）とを前記１以上の熱交換器（１４）に通し、冷却された炭化水素流（４０）を得る工程；
（ｅ）前記冷却された炭化水素流（４０）を第２の冷媒流（５０）に対して第２の冷却ステージ（２００）に通し、液化された炭化水素流（６０）を得る工程；
を少なくとも含み、少なくとも１つの前記膨張器が膨張タービン（１２）であり、工程（ｃ）で作られる前記膨張タービン（１２）の仕事エネルギーが前記第１の冷媒回路（１１０）で使用され、
前記作られた仕事エネルギーが、前記第１の冷媒流を循環させる１以上のポンプ（２８ａ、２８ｂ）を駆動するのに使用されて前記第１の冷媒流（７０）の圧力を上昇させてポンプ送出流（７０ａ）を得、前記方法は第１の前記熱交換器（１４）の前に１以上の周囲冷却装置（２９）において前記ポンプ送出流（７０ａ）の温度を下げることを更に含む、上記方法。
【請求項２】
前記第１の冷却ステージ（１００）の後の前記冷却された炭化水素流（４０）の温度が−２０℃〜−７０℃の範囲にあり、前記第２の冷却ステージ（２００）が前記第１の冷却ステージ（１００）から分離している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の冷媒流が、前記第１の冷却ステージ（１００）の前記１以上の熱交換器（１４）から流出し収集された気化した冷媒を圧縮した後、水冷及び／又は空冷装置（２６）により冷却することによって得られる再凝縮流である、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の冷却ステージ（２００）が前記第１の冷却ステージ（１００）から分離しており、前記第２の冷却ステージが、第２の冷媒回路（８０）を循環する第２の冷媒を使用する１以上の別個の熱交換器を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の冷媒流（５０）の冷媒もまた前記第１の冷却ステージ（１００）の少なくとも１つの熱交換器（１４ａ、１４ｂ）、好ましくは前記第１の冷却ステージ（１００）のすべての熱交換器（１４）を通る、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
工程（ｃ）の各膨張器が膨張タービン（１２）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】
前記第１の冷却ステージ（１００）が２又は３の熱交換器（１４ａ、１４ｂ）を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
各熱交換器（１４ａ、１４ｂ）が関連の膨張タービン（１２ａ、１２ｂ）を有し、前記第１の冷却された冷媒流（２０ａ、２０ｂ）の少なくとも一部が前記関連の膨張タービン（１２ａ、１２ｂ）を通って、膨張し冷却された第１の冷媒流（３０ａ、３０ｂ）を夫々の熱交換器（１４ａ、１４ｂ）に与える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の冷却ステージ（１００）の各熱交換器（１４ａ、１４ｂ）が工程（ｃ）に異なる第１の冷媒圧力を与える、請求項７又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の冷媒流（７０）の冷媒が、ガスの混合物からなる混合冷媒であり、前記ガスが好ましくは窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン及びペンタンからなる群から選択される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の冷媒流（５０）の冷媒が、前記第１の冷却ステージ（１００）の少なくとも１つの熱交換器（１４）を通り、好ましくは前記第１の冷却ステージ（１００）のすべての熱交換器（１４）を通る、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
供給原料流（１０）から天然ガス流などの炭化水素流を液化するための装置であって、
第１の冷媒回路（１１０）と第１の冷却ステージ（１００）と１以上の膨張器と１以上のポンプ（２８ａ、２８ｂ）と１以上の周囲冷却装置（２９）と第２の冷却ステージ（２００）とを少なくとも備え、
前記第１の冷媒回路（１１０）が第１の冷媒流（７０）を循環させ；
前記第１の冷却ステージ（１００）が、前記第１の冷媒流（７０）を受け入れ且つ冷却された第１の冷媒流（２０）を提供するために１以上の熱交換器（１４）を有し；
前記１以上の膨張器が、前記冷却された第１の冷媒流（２０）の少なくとも一部を膨張させて１以上の膨張した第１の冷媒流（３０）を与え、少なくとも１つの前記膨張器が膨張タービン（１２）であり、膨張により作られた前記膨張タービン（１２）の仕事エネルギーが前記第１の冷媒回路（１１０）で使用され；
前記１以上のポンプ（２８ａ、２８ｂ）が前記第１の冷媒流（７０）を循環させ、前記膨張により作られた仕事エネルギーが前記ポンプ（２８ａ、２８ｂ）のうちの１つ以上を駆動するのに使用され；
前記１以上の周囲冷却装置（２９）が、前記１以上のポンプの下流でかつ第１の前記１以上の熱交換器（１４）の前に設けられ；
前記熱交換器（１４）又はその各々が、前記供給原料流（１０）を取り込むための第１の入口と、前記膨張した第１の冷媒流（３０）又はそのうちの少なくとも１つを取り込むための第２の入口とを有し、前記供給原料流（１０）を冷却することで冷却された炭化水素流（４０）を与え；
前記備えられた第２の冷却ステージ（２００）が、前記冷却された炭化水素流（４０）を前記第１の冷却ステージ（１００）から受け入れ且つ液化された炭化水素流（６０）を与えるよう構成された１以上の熱交換器を備える；
ことを特徴とする前記装置。
【請求項１３】
前記第１の冷却ステージ（１００）が２又は３の熱交換器（１４ａ、１４ｂ）を備え、その各々が関連の膨張タービン（１２ａ、１２ｂ）を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記１以上のポンプ（２８ａ、２８ｂ）の上流に圧縮機（２２）と水冷及び／又は空冷装置（２６）とを更に備える、請求項１２又は請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の冷却ステージ（１００）が−２０℃〜−７０℃の範囲の温度を有する冷却された第１の冷媒流（２０）を提供し、前記第２の冷却ステージ（２００）が前記第１の冷却ステージ（１００）から分離している、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記第２の冷却ステージ（２００）が前記第１の冷却ステージ（１００）から分離しており、前記第２の冷却ステージが、第２の冷媒回路（８０）を循環する第２の冷媒を使用する１以上の別個の熱交換器を備える、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２の冷媒流（５０）の冷媒もまた前記第１の冷却ステージ（１００）の少なくとも１つの熱交換器（１４ａ、１４ｂ）、好ましくは前記第１の冷却ステージ（１００）のすべての熱交換器（１４）を通る、請求項１６に記載の装置。
【国際調査報告】
2009544923.tif 000005
2009544923.tif 000006
2009544923.tif 000007