(57)【要約】  液化天然ガスを生成するように天然ガスを処理するためのシステム及び方法が開示される。天然ガスは、第１の冷媒回路からの第１の冷媒を用いて１又は２以上の熱交換器で冷却され、ここで、第１の冷媒は、第１の吸入空気流を受け取る第１のガスタービンによって駆動される第１の圧縮機で圧縮される。天然ガスは、第２の冷媒を用いて液化され、第２の冷媒は、第２の吸入空気流を受け取る第２のガスタービンによって駆動される第２の圧縮機で圧縮される。吸入空気流のうちの少なくとも１つは、ほぼそれぞれの乾球温度からそれぞれの湿球温度を下回る温度に冷却される。冷却された第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つに含有される水は、凝縮されてそれから分離される。第１の冷媒の少なくとも一部は、分離水を用いて凝縮又は過冷却される。【選択図】図１
2019532242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化天然ガスを生成するように天然ガスを処理するための方法であって、
第１の冷媒回路からの第１の冷媒を用いて、１又は２以上の熱交換器で天然ガスを冷却する段階であって、前記第１の冷媒回路において、第１の吸入空気流を受け取る第１のガスタービンによって駆動される第１の圧縮機で前記第１の冷媒が圧縮され、前記第１の吸入空気流が乾球温度及び湿球温度を有する、段階と、
第２の冷媒を用いて前記天然ガスを液化する段階であって、前記第２の冷媒は、第２の吸入空気流を受け取る第２のガスタービンによって駆動される第２の圧縮機で圧縮され、前記第２の吸入空気流が乾球温度及び湿球温度を有する、段階と、
前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを、ほぼ前記それぞれの乾球温度から前記それぞれの湿球温度を下回る温度に冷却する段階であって、前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却する段階は、前記第１の冷媒回路からの前記第１の冷媒を用いる、段階と、
前記冷却された第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つに含有される水を凝縮する段階と、
前記水を前記第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つから分離する段階と、
前記分離された水を用いて前記第１の冷媒の少なくとも一部を凝縮又は過冷却する段階と、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の冷媒の少なくとも一部を凝縮又は過冷却する段階は、
空気冷却器空気流の中に前記水を噴射して、前記空気冷却器の空気流内の前記水を蒸発させる段階と、
前記空気冷却器の空気流及び前記蒸発水の混合物を、前記第１の冷媒の少なくとも一部が通過する管束の上に又はこれを横切って押し進める段階と、をさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記空気冷却器空気流を押し進める段階は、ファンを用いて達成される、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記空気冷却器空気流の流量又は速度は、ファン速度制御、ファンブレードピッチ制御、及びダンパ調節のうちの１又は２以上を用いて調節される、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記空気冷却器空気流流量又は速度は、前記空気冷却器空気流の相対湿度、前記空気冷却器空気流の中に噴射された水の流量、周囲温度、気圧、湿り空気データ、周囲相対湿度、空気流温度、及び前記空気冷却器空気流の中に噴射された前記水の温度のうちの少なくとも１つに基づいて調節される、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却する段階は、
前記第１の冷媒回路からの前記第１の冷媒を用いて中間熱伝達流体を冷却する段階と、
前記中間熱伝達流体を用いて前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却する段階と、をさらに含む、
請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記中間熱伝達流体は水又はグリコールを含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の圧縮機の入口圧力は、前記第１の圧縮機の前記入口圧力における前記第１の冷媒の泡立ち点温度が−５℃より大きく２０℃未満であるように選択される、
請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記水を分離する段階は、慣性分離器、ベーン分離器、プレナム、及びコアレッサーから選択された分離デバイスによって達成される、
請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却する前に、前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に濾過する段階をさらに含む、
請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
液化天然ガスを生成するように天然ガスを処理するためのシステムであって、
１又は２以上の熱交換器と、
前記１又は２以上の熱交換器で前記天然ガスを冷却するように構成された第１の冷媒と、
第１のガスタービンによって駆動され、前記第１の冷媒を圧縮するように構成され、関連する乾球温度及び湿球温度をもつ第１の吸入空気流を受け取る第１の圧縮機と、
低温熱交換器において前記冷却された天然ガスを液化するように構成された第２の冷媒と、
第２のガスタービンによって駆動され、前記第２の冷媒を圧縮するように構成され、関連する乾球温度及び湿球温度をもつ第２の吸入空気流を受け取る第２の圧縮機と、
前記第１及び第２のガスタービンのうちの少なくとも１つの各々の入口に配置された冷却機であって、前記冷却器は、前記第１の冷媒を用いて、前記第１及び第２の吸入空気流うちの少なくとも１つを、ほぼ前記それぞれの乾球温度から前記それぞれの湿球温度を下回る温度に冷却するように構成された、冷却機と、
前記冷却機の各々の下流に配置され、冷却された前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つの中の水を分離するように構成された分離器と、
前記分離された水を空気流と組み合わせて、湿式エアフィン冷却器を通過する前記第１の冷媒の少なくとも一部を凝縮又は過冷却する湿式エアフィン冷却器と、を備えている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記湿式エアフィン冷却器は、
前記第１の冷媒の少なくとも一部が通過する管束と、
前記分離された水を前記空気流に送給し、これにより前記空気流内の前記水を蒸発させるように構成された噴射ヘッダと、
前記第１の冷媒の少なくとも一部が通過する前記管束の上に又はこれを横切って前記空気流及び蒸発した水を押し進めるファンと、を備えている、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ファンの速度、前記ファンのブレードピッチ、及び前記ファンに関連するダンパのうちの少なくとも１つを制御するファン制御装置をさらに備えている、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
中間熱伝達流体をさらに含み、前記第１の冷媒は、前記第１の冷媒によって冷却されるように構成された中間熱伝達流体を介して前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却し、前記中間熱伝達流体は、前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却する、
請求項１１〜１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
前記中間熱伝達流体は水又はグリコールを含む、
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
第３の圧縮機をさらに備え、前記第３の圧縮機は、前記第１の冷媒を、入口圧力における前記第１の冷媒の泡立ち点温度が−５℃より大きく２０℃未満であるように選択された入口圧力に圧縮する、
請求項１１〜１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記分離器は、慣性分離器、ベーン分離器、プレナム、及びコアレッサーのうちの１つである、
請求項１１〜１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つが前記冷却機によって冷却される前に、前記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に濾過するように配置されたフィルタをさらに備えている、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記フィルタは防湿障壁を含む、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１の冷媒はプロパンである、
請求項１１〜１９のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年８月１６日出願の米国特許出願第６２／３７５，７００号「タービン入口冷却を用いて天然ガスを液化するためのシステム及び方法」の優先権の利益を主張し、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、本出願と同じ出願人で同日に出願された米国仮特許出願第６２／３７５，７０５号「改良された冷却器性能をもつ凝縮水を取り入れるためのシステム及び方法」に関し、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれる。
（技術分野）
【０００３】
本開示は、概略的には炭化水素処理に関し、より詳細には天然ガスの液化に関する。
【背景技術】
【０００４】
本セクションは、本開示に関連し得る技術の種々の態様を紹介することを意図している。本検討は、本開示の特定の態様のさらなる理解を容易にするための骨組みを提供することを意図している。従って、本セクションは、この観点で読むべきであり、必ずしも先行技術を自認するものではないことを理解されたい。
【０００５】
現在稼働中の多くの液化天然ガス（ＬＮＧ）生産施設は、燃焼ガスタービンを用いて、天然ガスを気体から液体状態に冷凍するのに必要な圧縮機を駆動する。一般的に、ＬＮＧ生産施設は、２又は３以上の冷凍回路を用いて、少なくとも流入天然ガスを予冷却した後に液化する。多くの場合、これらの施設における種々の冷凍回路の使用は、最適化されず、冷凍回路の１又は２以上の予冷却能力は、全ての作動条件に対して完全に利用することはできない。広範な周囲温度での作動は、種々の冷凍回路のこのようなアンバランスをもたらす可能性がある要因となる場合がある。
【０００６】
さらにまた、燃焼ガスタービン駆動装置は、周囲温度の影響を受けやすく、周囲温度の摂氏１度毎の上昇に対して利用可能動力の約０．７％を失う可能性がある。このことは、周囲温度に関係なく所要馬力が利用可能なことを保証するために、多くのＬＮＧプラントは、過度に複雑に設計する必要があることを意味する。
【０００７】
Ｆａｎｎｉｎｇ他の米国特許第６，３２４，８６７号明細書には、１つの冷凍回路の余剰の冷凍能力を利用して、別の冷凍回路の１又は複数のガスタービン駆動装置のための吸入空気を冷却し、結果的にＬＮＧプラントの全能力を高める、天然ガスを液化するためのシステム及び方法が記載されている。Ｆａｎｎｉｎｇの開示内容全体は引用により本明細書に組み込まれる。タービンの吸入空気を実質的に一定の低い温度に維持することによって、タービンが生成する出力は、周囲空気温度に関係なく高レベルを維持する。これによって、ＬＮＧプラントは、より大きな能力を得るように設計することが可能になり、さらにこのプラントは、年間を通して実質的に一定の生産速度で作動することが可能になる。さらに、Ｆａｎｎｉｎｇのシステムは、このタイプのＬＮＧシステムに既存の第１の冷媒回路、例えば、冷却剤としてプロパンを含む回路を用いるので、追加の冷却源を必要としない。
【０００８】
Ｐｉｅｒｓｏｎ他の米国特許第８，５３４，０３９号明細書には、湿り空気冷却のためにガスタービン吸入空気冷却によって凝縮された水分を使用して有機「ランキン」サイクル凝縮器及び冷媒凝縮器の性能を改良することが記載されている。この冷媒凝縮器は、ガスタービン吸入空気冷却をもたらすシステムの一部である。Ｐｉｅｒｓｏｎでは、凝縮水分は、湿式エアフィン冷却器の下に設けられたボウルに収集され、ポンプは、収集した水分をエアフィンのチューブの上に噴射する。また、Ｐｉｅｒｓｏｎは、補給水を加えてボウルの最低水位を維持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，３２４，８６７号
【特許文献２】米国特許第８，５３４，０３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、Ｐｉｅｒｓｏｎに開示されるようなボウルを使うことを必要とせず、起こりうる大気汚染物質からの冷却水汚染を最小にするような冷却システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示は、液化天然ガスを生成するように天然ガスを処理するための方法を提供する。天然ガスは、第１の冷媒回路からの第１の冷媒を用いて１又は２以上の熱交換器で冷却され、ここで、第１の冷媒は、第１の吸入空気流を受け取る第１のガスタービンによって駆動される第１の圧縮機で圧縮される。第１の吸入空気流は、乾球温度及び湿球温度を有する。天然ガスは、第２の冷媒を用いて液化される。第２の冷媒は、第２の吸入空気流を受け取る第２のガスタービンによって駆動される第２の圧縮機で圧縮される。第２の吸入空気流は、乾球温度及び湿球温度を有する。第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つは、ほぼそれぞれの乾球温度からそれぞれの湿球温度を下回る温度に冷却される。第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つの冷却は、第１の冷媒回路からの第１の冷媒を用いる。冷却された第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つに含有される水は凝縮される。凝縮水は、第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つから分離される。第１の冷媒の少なくとも一部は、分離水を用いて凝縮又は過冷却される。
【００１２】
本開示はまた、液化天然ガスを生成するように天然ガスを処理するためのシステムを提供する。システムは、１又は２以上の熱交換器を含む。第１の冷媒は、１又は２以上の熱交換器において天然ガスを冷却するように構成される。第１の圧縮機は、第１のガスタービンによって駆動される。第１の圧縮機は、第１の冷媒を圧縮するように構成される。第１の圧縮機は、第１の吸入空気流を受け取る。第１の吸入空気流は、関連する乾球温度及び湿球温度を有する。第２の冷媒は、低温熱交換器において冷却された天然ガスを液化するように構成される。第２の圧縮機は、第２のガスタービンによって駆動されて第２の冷媒を圧縮するように構成される。第２の圧縮機は、第２の吸入空気流を受け取る。第２の吸入空気流は、関連する乾球温度及び湿球温度を有する。冷却機は、第１及び第２のガスタービンのうちの少なくとも１つの各々の入口に配置される。冷却器は、第１の冷媒を用いて、第１及び第２の吸入空気流を、ほぼそれぞれの乾球温度からそれぞれの湿球温度を下回る温度に冷却するように構成される。分離器は、各冷却機の下流に配置され、冷却された第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つにおいて水を分離するように構成される。湿式エアフィン冷却器は、分離水を空気流と組み合わせて、湿式エアフィン冷却器を通過する第１の冷媒の少なくとも一部を凝縮又は過冷却する。
【００１３】
上記は、以下の詳細な説明をより良く理解することができるように、本開示の特徴を広範に概説する。また、追加の特徴は、本明細書で説明されることになる。
【００１４】
本開示の上記の及び他の特徴、態様、及び利点は、以下に簡潔に記載される詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付の図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示の態様によるＬＮＧ液化システムの概略図である。
【図２】本開示の態様による図１の詳細の概略図である。
【図３】本開示の態様によるＬＮＧ液化システムと共に用いる吸入空気冷却システムの概略図である。
【図４】本開示の態様による、冷却機の冷凍能力、ガスタービン吸入空気温度、及びベース空気流に占める周囲空気流の比率との間の関係を示すグラフである。
【図５】本開示の態様による方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
各図は単なる例示であり、これによって本開示の範囲が限定されることが意図されていないことに留意されたい。さらに、各図は一般的に縮尺通りに描画されておらず、本開示の種々の態様を好都合かつ明瞭に示す目的で描かれている。
【００１７】
本開示の原理の理解を助けるために、以下では図示された特徴部への参照がなされ、この特徴部を説明するために特定の言語を用いられることになる。それでもなお、本開示の範囲が限定されることは意図されていないことを理解されたい。本明細書で説明するような本開示の原理のあらゆる代替案及びさらなる修正案、及びあらゆるさらなる適用例は、本開示が関連する当業者であれば普通に想到できることが想定される。明瞭化のために、本開示に関連しない一部の特徴部は、図面に示されていない場合がある。
【００１８】
最初に、参照を容易にするために、本出願で用いる特定の用語及びこれに関連して用いる場合の意味を説明する。本明細書で用いる用語が以下に定義されない限り、当業者にこの用語が少なくとも１つの刊行物又は交付済み特許に示されるように与えられる、最も広範な定義が与えられる。さらに、本発明の技術は、同じ又は同様の目的を果たす全ての均等手段、同義語、新しい進展、及び用語もしくは技術は、本発明の請求項の範囲にあると考えられるので、以下に示す用語の使用によって制限されない。
【００１９】
当業者であれば理解できるように、別の人が同じ特徴又は構成要素を別の名称で参照する場合がある。本明細書は、名称だけが異なる構成要素又は特徴を区別することを意図するものではない。各図は、必ずしも正確な縮尺になっていない。本明細書の所定の特徴及び構成要素は、縮尺又は図の形態が誇張して示される場合があり、従来の要素の一部の詳細は、明確化及び簡略化のために示さない場合がある。本明細書で説明する図を参照する場合、同じ参照番号は、単純化のために複数の図で参照することができる。以下の説明及び請求項では、用語「含む」及び「備えている」は、オープンエンド様式で用いられ、従って、「限定ではないが含む」を意味すると解釈すべきである。
【００２０】
単数の名詞は、必ずしも単数のみを意味するものではなく、むしろ随意的に複数の要素を含むように包括的かつオープンエンドである。
【００２１】
本明細書で用いる場合、用語「ほぼ」、「約」、「実質的に」、及び同様の用語は、本開示の主題が関連する当業者によって一般に認められた語法と一致する広い意味をもつことが意図される。これらの用語は、本開示を検討する当業者であれば、これらの特徴の範囲を提示された詳細な数値範囲に限定することなく記載及びクレームされた所定の特徴の説明を可能にすることが意図されることを理解できるはずである。従って、これらの用語は、記載された主題の僅かな又は重要でない修正又は変更を示すと解釈すべきであり、この修正又は変更は本開示の範囲にあると考えられる。
【００２２】
用語「熱交換器」は、熱を一方の物質から別の物質に効率的に伝達又は「交換」するように設計されたデバイスを指す。例示的な熱交換器の形式は、並流又は向流熱交換器、間接熱交換器（例えば、螺旋巻熱交換器、ろう付けアルミニウムプレートフィン形式のプレートフィン熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器など）、直接接触熱交換器、又はこれらの何らかの組み合わせを含む。
【００２３】
本開示は、一方の冷凍回路の余剰冷凍能力を用いて、別の冷凍回路の１つのガスタービン駆動装置又は複数の駆動装置の吸入空気を冷却して、結果的にＬＮＧプラントの全能力を向上させる天然ガスを液化するためのシステム及び方法である。本発明は、ガスタービン吸入空気冷却により凝縮された水分を湿り空気冷却に用いて、ガスタービン吸入空気冷却をもたらすシステムの一部を形成する冷媒凝縮器の性能を改良するようになった従来の解決策を改良するものである。この従来の解決策では、湿式エアフィン冷却器の下に配置されたボウルに凝縮水分を収集し、収集した水分をエアフィンのチューブの上に噴射していた。本開示の態様によれば、凝縮水分を収集するのにボウルは不要であり、実質的にガスタービン吸入空気冷却システムから収集した水分の全ては、実質的に湿式エアフィン空気流内で蒸発して過剰噴射が最小になる。凝縮水分は、ガスタービン空気入口の少なくとも１つのエアフィルタ要素の下流で収集され、大気汚染物質による水の汚染が最小になる。これらの対策の各々は、湿式エアフィンデバイス、ガスタービン吸入空気冷却機、及びガスタービン吸入空気の水分分離デバイスの腐食及び汚染の危険を最小にすることを意図している。さらに、調節可能なファン速度、ピッチ、ルーバー、又は同様のものによる湿式エアフィンに対する空気流の随意的な制御を用いて、少ない空気流での湿り空気冷却に起因するより低い空気温度及びより低い速度と、より高い温度及びより高い速度との間の取引によって、エアフィン性能を改良することができる。
【００２４】
本開示は、ガスタービン吸入空気冷却のために用いる冷媒スリップ流を過冷却することによって、及びこの冷媒過冷却の性能を改良するように吸入空気冷却中に凝縮された水分を用いる湿り空気冷却をさらに用いることによって公知の冷却システムを改良する。
【００２５】
図１及び図２は、本開示の態様による液化天然ガス（ＬＮＧ）のシステム１０及びプロセスを示す。システム１０では、供給ガス（天然ガス）は、入口ライン１１を通って調製ユニット１２の中に入り、ここでは汚染物質を除去するよう処理される。次に、処理ガスは、調製ユニット１２から一連の熱交換器１３、１４、１５、１６を通過し、ここでは、第１の冷媒（例えば、プロパン）を蒸発させることによって冷却され、冷媒そのものは、第１の冷凍回路２０を通ってそれぞれの熱交換器を流れる。次に、冷却された天然ガスは、分留塔１７へ流れ、ペンタン及びより重質炭化水素は、分留ユニット１９でさらに処理するためにライン１８を通して除去される。
【００２６】
メタン、エタン、プロパン、及びブタンの残りの混合気は、ライン２１を通して分留塔１７から除去され、第２の冷凍回路３０通って流れる混合冷媒（ＭＲ）を含むことができる第２の冷媒でガス混合気をさらに冷却することによって主低温熱交換器２２で液化される。窒素、メタン、エタン、及びプロパンのうちの少なくとも１つを含むことができる第２の冷媒は、次にガスタービン２４によって駆動される圧縮機２３ａ、２３ｂで圧縮される。圧縮後、第２の冷媒は、空気又は水冷却器２５ａ、２５ｂを通過することによって冷却され、次に、第１の冷媒回路２０から第１の冷媒を蒸発させることによって熱交換器２６、２７、２８、及び２９内で部分的に凝縮される。次に、第２の冷媒は、第２の冷媒の蒸気部から第２の冷媒の凝縮液体部を分離する高圧分離器３１へ流れることができる。第２の冷媒の凝縮液体部及び蒸気部は、それぞれライン３２及び３３で高圧分離器３１から産出される。図１で分かるように、高圧分離器３１からの凝縮液体部及び蒸気部の両方は、主低温熱交換器２２を通って流れ、ここで第２の冷媒を蒸発させることで冷却される。
【００２７】
ライン３２中の凝縮液体流は、主低温熱交換器２２の中央部から除去され、その圧力は膨張弁３４を横切って低下する。次に、現在低圧の第２の冷媒は、主低温熱交換器２２の中に戻され、ここでライン２１内のより温かい第２の冷媒流及び供給ガス流によって蒸発する。第２の冷媒蒸気流が主低温熱交換器２２の上部に達すると、それは凝縮されて除去され、主低温熱交換器２２に戻る前に膨張弁３５を横切って膨張される。凝縮された第２の冷媒蒸気は、主低温熱交換器２２の中に落下すると、ライン２１中の供給ガスとライン３２中の高圧の第２の冷媒流との間で熱を交換することによって蒸発する。落下する凝縮された第２の冷媒蒸気は、主低温熱交換器２２の中央部の低圧の第２の冷媒液体流と混合し、混合流は、出口３６を通る蒸気として主低温熱交換器２２の底部を出て、圧縮機２３ａ、２３ｂに逆流して第２の冷凍回路２０を完成する。
【００２８】
閉じた第１の冷凍回路２０を用いて、主低温熱交換器２２を通過する前に供給ガス及び第２の冷媒の両方を冷却する。第１の冷媒は、次にガスタービン３８によって駆動される圧縮機３７によって圧縮される。第１の冷媒圧縮機３７は、少なくとも１つの圧縮機ケーシングを含むことができ、少なくとも１つのケーシングは、集合的に少なくとも２つの入口を含み、様々な圧力レベルで少なくとも２つの第１の冷媒流を受け取ることができる。圧縮された第１の冷媒は、１又は２以上の凝縮器又は冷却器３９で凝縮されて（例えば、海水又は空気冷却されて）、第１の冷媒サージタンク４０に収集され、ここから熱交換器（プロパン冷却機）１３、１４、１５、１６、２６、２７、２８、２９を通ってカスケードされ、ここでは第１の冷媒は蒸発して供給ガス及び第２の冷媒の両方をそれぞれ冷却する。ガスタービンシステム２４及び３８の両方は、空気濾過デバイス、水分分離デバイス、冷却及び／又は加熱デバイス、又は特定の分離デバイスを含むことができる空気入口システムを含むことができる。
【００２９】
各手段は、タービンの作動効率を高めるためにガスタービン２４及び３８の両方への吸入空気７０、７１を冷却するために、図１のシステム１０に設けることができる。基本的には、システムは、システム１０で利用できる余剰の冷凍能力を用いて中間流体を冷却することができ、中間流体は、閉じた入口冷却剤ループ５０を通って循環されてタービンへの吸入空気を冷却する、水、グリコール、又は他の熱伝達流体を含むことができる。
【００３０】
図２を参照すると、吸入空気７０、７１に必要な冷却を提供するために、第１の冷媒のスリップ流は、ライン５１を通って第１の冷凍回路２０から（すなわち、サージタンク４０から）引き出され、膨張弁５２を横切って急速に蒸発する。第１の冷凍回路２０は、この種のガス液化プロセスですでに利用可能なので、このプロセスで新しい又は別個の冷却供給源を設ける必要がなく、システムの費用が実質的に低減される。膨張した第１の冷媒は、ライン５４を通って第１の冷凍回路２０に戻る前に、膨張弁５２から熱交換器５３を通過する。プロパンは、熱交換器５３内で蒸発し、これにより中間流体の温度が低下して、中間流体そのものはポンプ５６によって貯蔵タンク５５から熱交換器５３を通って圧送される。
【００３１】
次に、冷却された中間流体は、それぞれタービン２４、３８に対して入口に位置決めされた空気冷却機又は冷却器５７、５８を通して圧送される。吸入空気７０、７１がそれぞれのタービンに流入すると、空気冷却機又は冷却器５７、５８内のコイル又は同様のものを通り過ぎ、これ自体は、空気がそのそれぞれのタービンに送給される前に、吸入空気７０、７１を冷却する。次に、温められた中間流体は、ライン５９を通って貯蔵タンク５５に戻る。好ましくは、吸入空気７０、７１は、より低い温度で氷が形成される可能性があるので、約５℃（華氏４１°）以上に冷却されることになる。一部の例では、中間流体に防止剤を含む凍結防止剤（例えば、エチレングリコール）を加えて閉塞、機器損傷を防止して腐食を抑制することが望ましい場合がある。
【００３２】
図２には本開示の１つの態様が詳細に示されている。図２には、第１の冷凍回路２０に接続された湿式エアフィン冷却器１０４が付け加えられている。本開示で用いる場合、湿式エアフィン冷却器１０４は、（ａ）従来型エアフィン熱交換器と、（ｂ）湿り空気冷却とを組み合わせたものであり、従来型エアフィン熱交換器は、周囲空気がフィン付きチューブを通過するようにファン１０８を用いることができ、フィン付きチューブを通って流体（例えば、液体又は気体）がほぼ周囲温度（例えば、乾球温度）に冷却されるようになっており、湿り空気冷却は、例えば、噴射ヘッダ１１２内のノズル１１０を用いて、周囲空気流内で液体、典型的には水を蒸発させることによって、周囲空気のより低い湿球温度に近づくようにする。
【００３３】
湿式エアフィン冷却器１０４を用いて、サージタンク４０からのライン５１中の液体の第１の冷媒のスリップ流を過冷却する。過冷却された第１の冷媒は、ライン１０５を通って熱交換器５３に送られる。このプロパンを過冷却することで、熱交換器５３の冷凍能力と冷凍システムの成績係数の両方を増大させる。成績係数は、熱交換器５３の冷凍能力をこの冷凍をもたらす増分圧縮機動力で除算した比率である。湿式エアフィン冷却器１０４は、図１及び２のライン５１で第１の冷媒のスリップ流を冷却するように配置される。もしくは、湿式エアフィン冷却器１０４は、１又は２以上の凝縮器又は冷却器３９の一部として組み込むことができ、冷却源を（直接又は間接的に）冷却機又は冷却器５７、５８に供給するためにライン５１中の第１の冷媒のスリップ流を除去する前に、液化プロセスの他の部分として役立つ液体プロパンを過冷却するようになっている。しかしながら、ライン５１中のプロパンのスリップ流のみを過冷却して、ガスタービン吸入空気冷却に対する利益を最大にすることが好ましい。
【００３４】
開示された態様によれば、分離器１０１及び１０２は、それぞれ冷却機又は冷却器５８、５７の後方でガスタービン空気入口に配置される。これらの分離器１０１、１０２は、吸入空気が周囲乾球温度から湿球温度を下回る温度まで冷却される場合に吸入空気７０、７１から凝縮された水を除去する。分離器１０１、１０２は、当業者に公知の垂直翼、合体要素、低速プレナム、又は水分分離器などの慣性式とすることができる。ガスタービン空気入口は、エアフィルタ４１のような濾過要素を含むことができ、これらは、それぞれ冷却機又は冷却器５７、５８及び分離器１０１、１０２の上流又は下流のいずれか又は両方に配置することができる。好ましくは、少なくとも１つの濾過要素は、冷却機及び分離器の上流に配置される。この空気濾過要素は、商品名ＧＯＲＥＴＥＸで販売されるｅＰＴＦＥ（膨張ＰＴＦＥ）膜のような防湿障壁を含み、分離器１０１、１０２によって除去された凝縮水内に濃縮する可能性のある大気中の霧、塵埃、塩、又は他の汚染物質を除去することができる。少なくとも１つの濾過要素又は同様のデバイスをガスタービン２４及び／又は３８に関連する冷却機及び分離器の上流に配置することによって、収集された水分（水）中の大気汚染物質を最小にすることができ、冷却機及び分離器の汚染及び腐食を最小にすることができ、湿式エアフィン冷却器１０４の汚染及び腐食を同様に抑制して最小にすることができる。
【００３５】
ガスタービン吸入空気７０、７１の冷却中に、冷凍能力のかなりの部分を用いて、単に吸入空気の乾球温度を下げるのではなく、ガスタービン吸入空気７０、７１中の水分を凝縮させる。一例として、４０℃の乾球温度及び２４℃の湿球温度の吸入空気が冷却される場合、空気の有効比熱は、４０℃と２０℃との間の約１ｋＪ／ｋｇ／℃であるが、乾球温度を低下させて空気から水分を凝縮させると、２４℃の湿球温度以下で約３ｋＪ／ｋｇ／℃に劇的に上昇する。このことから、湿球温度（露点）以下に空気を冷却するのに用いる冷凍能力の約３分の２は、ガスタービン２４及び／又は３８に対する空気のわずかな組成変化が、ガスタービンの利用可能動力へわずかに影響を与えるに過ぎないので無駄になると結論付けることができる。この凝縮水分は、本質的にはガスタービンへの冷却吸入空気と同じ温度にあり、空気流内で空気冷却機又は冷却器５７又は５８の前方に配置された空気冷却機又は冷却器５７又は５８に類似した別の冷却コイルを用いて吸入空気７０、７１の何らかの予冷を行うために利用することができる。しかしながら、この配置は、水の温度を下げるのに使用した冷凍能力の一部を回収できるだけであり、水を凝縮するのに用いた能力の一部ではない。すなわち、水の気化熱は、ガスタービン吸入空気の熱伝達又は湿り空気冷却によって回収することはできない。
【００３６】
ガスタービン吸入空気７０、７１からの水分を冷却して凝縮するのに利用される冷凍能力の大部分は、分離器１０１又は１０２からこの水を収集し、ポンプ１０３で圧送して、この水を湿式エアフィン冷却器１０４のチューブの上に噴射することで、又はそうでなければこの水を湿式エアフィン冷却器１０４への空気流１０６と混合することによって回収することができる。湿式エアフィン冷却器１０４に関連するファンによって運ばれた空気の周囲条件及び実際の流量に基づいて、ポンプ１０３によって圧送された水は、湿式エアフィン冷却器１０４の空気流を飽和状態にして湿球温度に至らせるのに十分な場合がある。分離器１０１、１０２からの余剰の水流は、利用可能であり別の目的に用いることができ、又は空気流を飽和状態にするには不十分な場合がある。後者の場合、別の供給源からの追加の水を供給することができる。
【００３７】
表１は、空気入口冷却を改良するように分離器１０１又は１０２から収集した水を使用する有効性の例を示す。３つの縦列は、湿式エアフィン冷却器１０４のような冷却器なし、水噴射なしのエアフィン冷却器、及び分離器１０１又は１０２からの凝縮水分を用いる湿式エアフィン冷却器１０４の効果を示す。
【表１】
2019532242.tif 000003
【００３８】
湿式エアフィン冷却器の空気流量を制御する有効性の実施例として、上記同じ実施例に対して、固定ＵＡ（熱伝達係数と組み合わせた表面積）を有する湿式エアフィン冷却器が用いられる。この実施例に関して、同じ４０℃の乾球、２４℃の湿球周囲空気は、冷却空気をこの湿式エアフィン冷却器に提供すると想定される。基礎として、空気流は、１，０００，０００ｋｇ／ｈｒに設定され、ガスタービン吸入空気から凝縮された水の全ては、湿式エアフィン冷却器１０４の湿り空気冷却に用いられる。水がエアフィンチューブの上に又は空気流流の中（又は両方の組合せ）に噴射されると、水の一部が蒸発してチューブ又は空気流を冷却して空気流の湿球温度に近づく。しかしながら、この水が蒸発すると、この湿潤空気流の含水率も増加するので、同様に湿潤空気流の湿球温度は周囲湿球温度を超えて上昇する。従って、水を蒸発させて周囲湿球温度に近づく湿潤空気流温度に達することは不可能であり、局所条件で水分をガス組成に加えた周囲空気の湿球温度である「湿潤湿球温度（ＷＷＢＴ）」に近づく可能性があるに過ぎない。
【００３９】
図３は、専用の補助圧縮機１１４を追加して蒸気を圧縮し、熱交換器５３を第１の冷媒圧縮機３７の出口圧力と同様の圧力にする、本開示の代替的な実施形態を示す。これは、図２のシステムの改良案を提供し、ＬＮＧ液化システムを管理するのに必要な第１の冷媒回路の制御とは無関係の吸入空気冷却システムの制御を可能にする。吸入空気冷却機の着氷又はガスタービン入口に入る吸入空気の氷結がないことを保証するために、中間流体の温度を調節して吸入空気温度を管理して氷結を回避することができることを保証することが好都合な場合がある。中間流体温度を制御するために、熱交換器５３を出る第１の冷媒スリップ流の圧力は、スリップ流の温度が−５℃〜２０℃になるように調節する必要がある場合がある。これは、図３に示すように、熱交換器５３の出口にある制御弁の使用によって行うことができる。しかしながら、補助圧縮機１１４の能力を調節することは、より効率的でありかつより正確な制御をもたらすことができる。これはまた、吸入空気冷却システムが既存のＬＮＧ液化システムに後付けされる場合に、特に良好な解決策とすることができる。
【００４０】
図４は、湿式エアフィン周囲空気流量が基準値の８０％から１２０％に変化するとき、冷却の有効性に対する空気流量の影響を示すチャート４００である。この場合に、湿式エアフィン冷却器１０４の上流の空気のＷＷＢＴに達する必要がない何らかの余剰の水分は、無視するか又は本質的に滴下することができる。図４は、冷却機４０２の最大冷凍能力が、利用可能な給水量の完全な蒸発にほぼ一致する空気流（この実施例では約１０１％）に至ることを示す。これは、冷凍能力を最大にするのに必要な最適空気流であり、余剰の水分が湿式エアフィン冷却器１０４の上流で分離されるという制限がある。この最適空気流は、限定されないが、１）水噴射の後で空気流の相対湿度を測定して、約１００％相対湿度を目標とすること、２）ガスタービン吸入空気温度を測定して、空気流調節によってガスタービン入口温度を最小にするようにリアルタイムの最適化を行うこと、３）湿式エアフィン冷却器１０４からの冷媒出口温度を測定して、同様のリアルタイム最適化を行うこと、４）湿式エアフィン冷却器１０４を横切る空気流を最適にするようにシステムの物理ベースの又は経験的なモデルを構築すること、５）一般的に当業者に公知の別の最適技術、又は６）（１）〜（５）の組み合わせ、を含む複数の手段によって決定することができる。当業者であれば、物理ベースのモデルは、エアフィン空気流の中に蒸発されて飽和状態に達することができる水分量を推定又は決定するために、湿り空気データ及び周囲温度、相対湿度、エアフィン空気流、気圧、噴射水流量、及び噴射水温度を組み込んだもののように単純にすることができることを理解するであろう。
【００４１】
図４の実施例は、流れ５１からの何らかの熱伝達によるこの空気流の何らかの加熱の前の、エアフィン空気流の湿り空気冷却に制限された。エアフィン管束の前方の十分な混合区域を用いて、この空気流は、乾燥するが、何らかの分離された余剰の水分をもつ局所条件において水分で飽和することになる。しかしながら、空気流が図４の最適条件を下回って減少し、何らかの余剰の水分が分離されず、むしろこの空気流と一緒に移動する場合には、新しい最適空気流は、エアフィン束の下流の局所空気流条件で利用可能な水分の完全な蒸発によって特徴付けられることが分かる。元の実施例と同様に、この新しい最適空気流は、何らかの湿度測定が好ましくは湿式エアフィン冷却器の下流の空気流で行われる以外、上記（１）〜（６）で説明したのと同様の技術によって決定することができる。
【００４２】
図５は、開示された態様による、液化天然ガスを生成するように天然ガスを処理するための方法５００のフローチャートである。ブロック５０２において、１又は２以上の熱交換器中の天然ガスを、第１の冷媒は、第１の吸入空気流を受け取る第１のガスタービンによって駆動される第１の圧縮機で圧縮される、第１の冷媒回路からの第１の冷媒を用いて冷却される。第１の吸入空気流は、乾球温度及び湿球温度を有する。ブロック５０４において、天然ガスは、第２の冷媒を用いて液化される。第２の冷媒は、第２の吸入空気流を受け取る第２のガスタービンによって駆動される第２の圧縮機で圧縮される。第２の吸入空気流は、乾球温度及び湿球温度を有する。ブロック５０６において、第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つは、それぞれの乾球温度を上回る温度からそれぞれの湿球温度を下回る温度に冷却される。第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つの冷却は、第１の冷媒回路からの第１の冷媒を用いる。ブロック５０８において、第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つに含まれる水は、凝縮される。ブロック５１０において、凝縮水は、第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つから分離される。ブロック５１２において、第１の冷媒の少なくとも一部分は、分離された水を用いて凝縮又は過冷却される。
【００４３】
開示された態様は、以下の番号が付与された条項に示す方法及びシステムのあらゆる組み合わせ含むことができる。これは、全ての可能な態様の完全な列挙と考えるべきでなく、上記の説明から任意数の変形形態を考えることができる。
１.液化天然ガスを生成するように天然ガスを処理するための方法であって、
第１の冷媒回路からの第１の冷媒を用いて、１又は２以上の熱交換器で天然ガスを冷却する段階であって、上記第１の冷媒回路において、第１の吸入空気流を受け取る第１のガスタービンによって駆動される第１の圧縮機で上記第１の冷媒が圧縮され、上記第１の吸入空気流が乾球温度及び湿球温度を有する、段階と、
第２の冷媒を用いて上記天然ガスを液化する段階であって、上記第２の冷媒は、第２の吸入空気流を受け取る第２のガスタービンによって駆動される第２の圧縮機で圧縮され、上記第２の吸入空気流が乾球温度及び湿球温度を有する、段階と、
上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを、ほぼ上記それぞれの乾球温度から上記それぞれの湿球温度を下回る温度に冷却する段階であって、上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却する段階は、上記第１の冷媒回路からの上記第１の冷媒を用いる、段階と、
上記冷却された第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つに含有される水を凝縮する段階と、
上記水を上記第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つから分離する段階と、
上記分離された水を用いて上記第１の冷媒の少なくとも一部を凝縮又は過冷却する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
２．上記第１の冷媒の少なくとも一部を凝縮又は過冷却する段階は、
空気冷却器空気流の中に上記水を噴射して、上記空気冷却器の空気流内の上記水を蒸発させる段階と、
上記空気冷却器空気流及び上記蒸発水の混合物を、上記第１の冷媒の少なくとも一部が通過する管束の上に又はこれを横切って押し進める段階と、
をさらに含む、条項１に記載の方法。
３．上記空気冷却器空気流を押し進める段階は、ファンを用いて達成される、条項２に記載の方法。
４.上記空気冷却器空気流の流量又は速度は、ファン速度制御、ファンブレードピッチ制御、及びダンパ調節のうちの１又は２以上を用いて調節される、条項３に記載の方法。
５．上記空気冷却器空気流流量又は速度は、上記空気冷却器空気流の相対湿度、上記空気冷却器空気流の中に噴射された水の流量、周囲温度、気圧、湿り空気データ、周囲相対湿度、空気流温度、及び上記空気冷却器空気流の中に噴射された上記水の温度のうちの少なくとも１つに基づいて調節される、条項４に記載の方法。
６．上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却する段階は、
上記第１の冷媒回路からの上記第１の冷媒を用いて中間熱伝達流体を冷却する段階と、
上記中間熱伝達流体を用いて上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却する段階と、
をさらに含む、条項１〜５のいずれかに記載の方法。
７．上記中間熱伝達流体は水又はグリコールを含む、条項６に記載の方法。
８．上記第１の圧縮機の入口圧力は、上記第１の圧縮機の上記入口圧力における上記第１の冷媒の泡立ち点温度が−５℃より大きく２０℃未満であるように選択される、条項１〜７のいずれかに記載の方法。
９．上記水を分離する段階は、慣性分離器、ベーン分離器、プレナム、及びコアレッサーから選択された分離デバイスによって達成される、条項１〜８のいずれかに記載の方法。
１０．上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却する前に、上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に濾過する段階をさらに含む、条項１〜９のいずれかに記載の方法。
１１．液化天然ガスを生成するように天然ガスを処理するためのシステムであって、
１又は２以上の熱交換器と、
上記１又は２以上の熱交換器で上記天然ガスを冷却するように構成された第１の冷媒と、
第１のガスタービンによって駆動され、上記第１の冷媒を圧縮するように構成され、関連する乾球温度及び湿球温度をもつ第１の吸入空気流を受け取る第１の圧縮機と、
低温熱交換器において上記冷却された天然ガスを液化するように構成された第２の冷媒と、
第２のガスタービンによって駆動され、上記第２の冷媒を圧縮するように構成され、関連する乾球温度及び湿球温度をもつ第２の吸入空気流を受け取る第２の圧縮機と、
上記第１及び第２のガスタービンのうちの少なくとも１つに配置された冷却機であって、上記冷却器は、上記第１の冷媒を用いて、上記第１及び第２の吸入空気流うちの少なくとも１つを、ほぼ上記それぞれの乾球温度から上記それぞれの湿球温度を下回る温度に冷却するように構成された、冷却機と、
上記冷却機の各々の下流に配置され、冷却された上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つの中の水を分離するように構成された分離器と、
上記分離された水を空気流と組み合わせて、湿式エアフィン冷却器を通過する上記第１の冷媒の少なくとも一部を凝縮又は過冷却する湿式エアフィン冷却器と、
を備えることを特徴とするシステム。
１２．上記湿式エアフィン冷却器は、
上記第１の冷媒の少なくとも一部が通過する管束と、
上記分離された水を上記空気流に送給し、これにより上記空気流内の上記水を蒸発させるように構成された噴射ヘッダと、
上記第１の冷媒の少なくとも一部が通過する上記管束の上に又はこれを横切って上記空気流及び蒸発した水を押し進めるファンと、
を備える、条項１１に記載のシステム。
１３．上記ファンの速度、上記ファンのブレードピッチ、及び上記ファンに関連するダンパのうちの少なくとも１つを制御するファン制御装置をさらに備える、条項１２に記載のシステム。
１４．中間熱伝達流体をさらに含み、上記第１の冷媒は、上記第１の冷媒によって冷却されるように構成された中間熱伝達流体を介して上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却し、上記中間熱伝達流体は、上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを冷却する、条項１１〜１３のいずれかに記載のシステム。
１５．上記中間熱伝達流体は水又はグリコールを含む、条項１４に記載のシステム。
１６．第３の圧縮機をさらに備え、上記第３の圧縮機は、上記第１の冷媒を、入口圧力における上記第１の冷媒の泡立ち点温度が−５℃より大きく２０℃未満であるように選択された入口圧力に圧縮する、条項１１〜１５のいずれかに記載のシステム。
１７．上記分離器は、慣性分離器、ベーン分離器、プレナム、及びコアレッサーのうちの１つである、条項１１〜１６のいずれかに記載のシステム。
１８．上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つが上記冷却機によって冷却される前に、上記第１及び第２の吸入空気流のうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に濾過するように配置されたフィルタをさらに備える、条項１１１〜１７に記載のシステム。
１９．上記フィルタは防湿障壁を含む、条項１８に記載のシステム。
２０．上記第１の冷媒はプロパンである、条項１１〜１９のいずれかに記載のシステム。
【００４４】
前述の開示の多くの変更例、修正例、及び代替形態は、本開示の範囲から逸脱することなく行い得ることを理解されたい。従って、前記の説明は、本開示の範囲を限定するものではない。むしろ、本開示の範囲は、特許請求の範囲及びこれらの均等手段によってのみ決定されるべきである。本発明の実施例における構造及び特徴は、変更すること、再配置すること、置換すること、削除すること、複製すること、組み合わせること、又は互いに結び付けることが可能なことも想定されている。
【図１】
2019532242.tif 000004
【図２】
2019532242.tif 000005
【図３】
2019532242.tif 000006
【図４】
2019532242.tif 000007
【図５】
2019532242.tif 000008
【国際調査報告】
2019532242.tif 000009
2019532242.tif 000010
2019532242.tif 000011