(57)【要約】【課題】天然ガス供給ストリームから重質炭化水素を分離する及び液化する方法及びシステムを提供する。【解決手段】リーン天然ガス源を有する液化システムにおいて統合された重質炭化水素を除去するシステム及び方法。主極低温熱交換器と還流ドラムとの間に位置しているエコノマイザーが、部分的に凝縮されたストリームに対して塔頂蒸気ストリームを冷却するために設けられる。加えて天然ガス供給ストリームの圧力がスクラブカラム内で維持される。圧力低下が、主極低温熱交換器の温区分の冷端から抜き出された部分的に凝縮されたストリーム上のエコノマイザーと還流ドラムとの間に位置している弁によりもたらされる。【選択図】図２
2018013326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）主熱交換器の温側から抜き出された温かい第１の冷却剤ストリームに対する閉ループ圧縮シーケンスであって、前記圧縮シーケンスが、前記温かい第１の冷却剤ストリームを圧縮及び冷却して、少なくとも１つの冷却され圧縮された第１の冷却剤ストリームを生成することを含む、閉ループ圧縮シーケンスを行うことと、
（ｂ）天然ガス供給源から供給源圧力において天然ガス供給ストリームを抜き出すことと、
（ｃ）スクラブカラム圧力において前記天然ガス供給ストリームを、上区分及び底区分を有するスクラブカラムへ導入することと、
（ｄ）前記スクラブカラムにおける前記天然ガス供給ストリームを、前記スクラブカラムの上端における第１の塔頂蒸気ストリームとして回収されたメタンリッチ蒸気画分、及び前記スクラブカラムの底端における第１の塔底液体ストリームとして回収された重質炭化水素がリッチにされた画分に分離することと、
（ｅ）前記スクラブカラムから、重質炭化水素がリッチにされた天然ガスストリームである前記第１の塔底液体ストリームを抜き出すことと、
（ｆ）前記スクラブカラムから、メタンがリッチにされた天然ガスストリームである前記第１の塔頂蒸気ストリームを抜き出すことと、
（ｇ）主熱交換器の温区分の温端において、前記第１の塔頂蒸気ストリームを天然ガス回路へ、及び前記少なくとも１つの冷却され圧縮された第１の冷却剤ストリームの各々を冷却剤回路へ導入することと、
（ｈ）前記冷却剤回路の少なくとも１つにおいて、減圧された塔頂冷却剤ストリームを生成するために塔頂冷却剤ストリームを抜き出して減圧し、前記減圧された塔頂冷却剤ストリームを前記主熱交換器の冷側へ導入することと、
（ｉ）前記主熱交換器の前記温側と前記冷側の間で間接熱交換を実現することと、
（ｊ）前記主熱交換器の冷端において前記天然ガス回路から、少なくとも部分的に液化されている製品ストリームを生成することと、
（ｋ）前記主熱交換器の前記温区分の冷端において前記天然ガス回路から部分的に凝縮された天然ガスストリームを抜き出すことと、
（ｌ）減圧された部分的に凝縮された天然ガスストリームを形成するために前記部分的に凝縮された天然ガスストリームを減圧することと、
（ｍ）中間天然ガス温度において前記減圧された部分的に凝縮された天然ガスストリームを還流ドラムに導入することと、
（ｎ）前記減圧された部分的に凝縮された天然ガスストリームを還流ドラム液体ストリーム及び還流ドラム蒸気ストリームに分離することと、
（ｏ）前記温区分の前記冷端よりも前記主熱交換器の冷端により接近している前記主熱交換器内の位置において、前記還流ドラム蒸気ストリームを前記天然ガス回路に導入することと、
（ｐ）前記還流ドラム液体ストリームを増圧し、前記還流ドラム液体ストリームを前記スクラブカラムの前記上区分に導入することと、
（ｑ）前記還流ドラム蒸気ストリームと前記部分的に凝縮された天然ガスストリームとの間で間接熱交換を実現することであって、これにより前記部分的に凝縮された天然ガスストリームが前記還流ドラム蒸気ストリームに対して冷却される、間接熱交換を実現することと、を含む、方法。
【請求項２】
（ｒ）前記天然ガス供給源と前記スクラブカラムとの間に位置し、両者と流体連通している任意の弁を、１ｂａｒ以下の合計圧力低下をもたらすように操作的に構成すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（ｓ）前記主熱交換器の前記温区分の冷端において及び中間冷却剤温度において少なくとも１つの前記冷却剤回路のうちの１つから部分的に凝縮された冷却剤ストリームを抜き出すこと、
（ｔ）相分離器における前記部分的に凝縮された冷却剤ストリームを中間液体冷却剤ストリーム及び中間蒸気冷却剤ストリームに分離すること、
（ｕ）前記温区分の前記冷端よりも前記主熱交換器の前記冷端により接近している前記主熱交換器内の位置において、前記中間液体冷却剤ストリーム及び前記中間蒸気冷却剤ストリームの各々を冷却剤回路に導入すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
工程（ｃ）が、
（ｉ）前記主熱交換器の前記温側と前記冷側との間で間接熱交換を実現すること、をさらに含み、前記主熱交換器の前記温側が少なくとも１つのコイル巻きバンドルを含み、前記主熱交換器の前記冷側がシェル側を含み、各冷却剤回路及び前記天然ガス回路が前記少なくとも１つのコイル巻きバンドルの一部を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
工程（ｃ）が、
（ｃ）前記天然ガス供給ストリームを第１の部分及び第２の部分に分離し、中間位置において前記天然ガス供給ストリームの前記第１の部分を前記スクラブカラムに導入し、前記天然ガス供給ストリームの前記第２の部分を前記スクラブカラムの前記底端に導入すること、をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
（ｖ）前記第１の塔頂蒸気ストリームと前記天然ガス供給ストリームの前記第１の部分との間で間接熱交換を実現すること、をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
（ｗ）工程（ｃ）を行う前に第２の冷却剤に対して間接熱交換により前記天然ガス供給ストリームを予冷すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
（ｘ）前記主熱交換器の中間区分の冷端から前記天然ガス回路から凝縮された天然ガスストリームを抜き出し、前記凝縮された天然ガスストリームを増圧させて増圧された天然ガスストリームを形成し、前記増圧された天然ガスストリームを前記還流ドラムに導入すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
工程（ｐ）が、
（ｐ）工程（ｏ）を行う前に前記還流ドラム液体ストリームを増圧し、前記還流ドラム液体ストリームを第１の部分及び第２の部分に分割し、前記還流ドラム液体ストリームの前記第１の部分を前記スクラブカラムの前記上区分に導入し、前記還流ドラム液体ストリームの前記第２の部分を前記還流ドラム蒸気ストリームと混合すること、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
（ｙ）工程（ｌ）を行う前に前記部分的に凝縮された天然ガスストリームと第３の冷却剤との間で間接熱交換を行うこと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
工程（ｈ）が、前記減圧された塔頂冷却剤ストリームの少なくとも１つを第１の部分及び第２の部分に分割し、前記第１の部分を前記主熱交換器の前記冷側に導入し、前記第２の部分、前記還流ドラム蒸気ストリームと前記部分的に凝縮された天然ガスストリームとの間で間接熱交換を行うこと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
（ｚ）工程（ｃ）を行う前に圧縮機を使用して前記天然ガス供給ストリームを増圧すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
天然ガス供給ストリームを液化するシステムであって、
天然ガスの発生源に接続された天然ガス供給口と、
温かい第１の冷却剤ストリームを圧縮及び冷却して、高圧蒸気第１の冷却剤ストリーム及び高圧第１の冷却剤液体ストリームを生成するように操作的に構成された冷却剤圧縮システムであって、少なくとも１つの圧縮機、少なくとも１つの後置冷却器、及び少なくとも１つの相分離器を備える、冷却剤圧縮システムと、
温端、冷端、温区分、冷区分、温側、冷側、前記温側に位置している第１の冷却剤回路、前記温側に位置している第２の冷却剤回路、前記温側に位置してそして天然ガス回路の温端において中間出口を有する天然ガス回路を備える、主熱交換器であって、前記第１の冷却剤回路が、前記主熱交換器の前記温端において前記高圧蒸気第１の冷却剤ストリームと流体連通しており、前記第２の冷却剤回路が、前記主熱交換器の前記温端において前記高圧第１の冷却剤液体ストリームと流体連通しており、前記主熱交換器が、前記主熱交換器の前記温側と前記冷側との間で間接熱交換を実現するように操作的に構成されている、主熱交換器と、
前記天然ガス供給ストリームと流体連通している供給ストリーム入口と、前記供給ストリーム入口の上に位置している上区分及び前記供給ストリーム入口の下に位置している底区分を備える内部体積を画定するアウターシェルと、を備えるスクラブカラムであって、前記スクラブカラムが前記スクラブカラムの前記上区分に位置している蒸気出口、前記スクラブカラムの前記底区分に位置している液体出口、前記スクラブカラムの前記上区分に位置している液体入口を有し、前記スクラブカラムの前記蒸気出口が前記主熱交換器の前記温端において前記天然ガス回路と流体連通している、スクラブカラムと、
前記主熱交換器の前記中間出口と流体連通している入口と、前記主熱交換器の中間入口と流体連通している蒸気出口と、前記スクラブカラムの前記液体入口と流体連通している液体出口と、を有する還流ドラムと、
前記還流ドラムの前記液体出口と前記スクラブカラムの前記液体入口との間に位置しておりそして両者と流体連通しているポンプと、
高温導管と低温導管との間で間接熱交換を実現するように操作的に構成されている前記高温導管及び前記低温導管を有する第１のエコノマイザーであって、前記高温導管が、前記主熱交換器の前記中間出口と前記還流ドラムの前記入口との間に位置しており、両者と流体連通しており、前記低温導管が、前記還流ドラムの前記蒸気出口と前記主熱交換器の前記中間入口との間に位置しており、両者と流体連通している、第１のエコノマイザーと、を備えるシステム。
【請求項１４】
前記主熱交換器が高温バンドル及び低温バンドルを有するコイル巻き熱交換器を備え、前記天然ガス回路の前記中間出口が前記高温バンドルの冷端に位置している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記冷却剤圧縮システムの前記少なくとも１つの相分離器が、前記第１の冷却剤回路の冷端と流体連通している相分離器入口を有する低温冷却剤相分離器と、前記低温冷却剤相分離器の底端から抜き出される塔底液体冷却剤ストリームと、前記低温冷却剤相分離器の上端から抜き出された塔頂蒸気冷却剤ストリームとを含み、前記塔頂蒸気冷却剤ストリーム及び前記塔底液体冷却剤ストリームが両方とも、前記第１の冷却剤回路の前記冷端よりも前記主熱交換器の前記冷端により接近した位置において前記主熱交換器の前記温側と流体連通している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の冷却剤が、混合冷却剤を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記スクラブカラムが蒸気入口をさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記供給ストリーム入口の上流側の前記天然ガス供給ストリームを摂氏零度未満の温度まで冷却するように位置付けされ、操作的に構成されるプレクーラーをさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１のエコノマイザーの前記高温導管と前記還流ドラムの前記入口との間に位置しており、両者と流体連通している第１の減圧弁をさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１のエコノマイザーと前記還流ドラムとの間に位置しており、前記第１のエコノマイザーの前記高温導管と流体連通している熱交換器をさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は天然ガス供給ストリームから重質炭化水素を分離する及び液化する方法及びシステムに関する。
【０００２】
天然ガスの液化前の天然ガスからＣ６＋炭化水素（６個以上の炭素原子を有する炭化水素）などの重質炭化水素（本明細書中では「ＨＨＣ」とも呼ぶ）及び芳香族（例えばベンゼン、トルエン、エチルベンゼン及びキシレン）の除去は、主極低温熱交換器（本明細書中では「ＭＣＨＥ」とも呼ぶ）におけるこれらの成分の凍結を回避するためには望ましいことが多い。Ｃ２〜Ｃ５＋炭化水素（２〜５個以上の炭素原子を有する炭化水素）はまた、当該技術においては天然ガス液体（又は「ＮＧＬ」）とも呼ばれているが、比較的高い市場価値を有するため典型的には天然ガスから分離される。
【０００３】
天然ガス供給物は、典型的には従来の天然ガスリザーバとともに、シェールガス、タイトガス及び炭質ベッドメタンなど先例に従わないガスリザーバから抜き出される。「リッチな」天然ガス供給ストリームとは、ＮＧＬ成分（例えば＞３モル％）の比較的高い濃度を有するストリームを指す。伝統的には、リッチな天然ガス供給物からＨＨＣの除去は、スタンドアロン・フロントエンドＮＧＬ抽出又は液化プロセスと統合されたスクラブカラムシステムのいずれかを伴なった。フロントエンドＮＧＬ抽出が、多数の機器を伴う比較的に複雑化したプロセスであることに起因して、通常液化プロセスから独立して実施される。
【０００４】
図１は、スクラブカラム１３６を使用し、天然ガス供給ストリーム１０２のための液化プロセスに統合されている重質炭化水素除去システム１３０のための従来の先行技術配置を概略的に示している。供給ストリーム１０２は典型的には摂氏０〜４０度の範囲の周囲温度を有する、天然ガス源１０１から取られる。供給ストリーム１０２はエコノマイザー１３２において適温（典型的には摂氏０度未満）まで予冷却され、次いで、供給ストリーム１０２において天然ガスの臨界圧力未満である圧力までＪＴ弁１３４を通して減圧される。供給ストリームの該臨界圧力はそれの組成に応じて変わる。例えば、メタンは４６．４ｂａｒａの臨界圧力を有する一方、少量のＣ２〜Ｃ５成分（例えば１モル％未満）を含有するリーンな天然ガス供給ストリームは、約５０ｂａｒａの臨界圧力を有してもよい。Ｃ２〜Ｃ５含有量が高いほど、臨界圧力が高くなる。
【０００５】
予冷却及び減圧された天然ガスが、次いでスクラブカラム１３６内の中間位置に位置している入口１３５を通ってスクラブカラム１３６に導入される。スクラブカラム１３６は、天然ガス供給物をメタンリッチな塔頂蒸気ストリーム１３９及びメタンよりも重い炭化水素をリッチにした、塔底液体ストリーム１４０に分離する。塔頂蒸気ストリーム１３９はスクラブカラム１３６（入口１３５の上にある）の上区分１３７から抜き出され、及び塔底液体ストリーム１４０はスクラブカラム１３６（入口１３５の下にある）の底区分１３８から抜き出される。上区分１３７はまた、蒸留カラムの精留区分として当該技術分野で知られており、及び底区分１３８はまた、蒸留カラムのストリッピング区分として当該技術分野で知られている。上区分１３７と底区分１３８との間の境界は、入口１３５の位置に依存する。上区分及び底区分１３７、１３８の各々は、構造充填物で充填されるか若しくはスクラブカラム１３６内部の液体及び蒸気フローの向流接触のためのトレーで構築されることができる。スクラブカラム１３６は、ストリッピングガスストリーム１４３をスクラブカラム１３６の底区分１３８へ提供するためにカラムの塔底からの液体ストリーム１４１を加熱する専用リボイラー１４２と連結されることが多い。
【０００６】
塔頂蒸気ストリーム１３９は、次いで、供給ストリーム１０２に対してエコノマイザー１３２の冷側において加温される。加温された塔頂蒸気ストリーム１４４は、次いで、コイル巻き主極低温熱交換器（ＭＣＨＥ）１１０の温区分（高温バンドル）１１４の温端へ流れ、そこではストリームが部分的に凝縮される。該部分的に凝縮されたストリーム１４５は次いで、温区分１１４から抜き出され及び還流ドラム１５０内でそれの液相及び気相に分離されて液体ストリーム１５４及び蒸気ストリーム１５１を生成する。液体ストリーム１５４は液体ポンプ１５５を使用して圧送され及び還流ストリーム１５６としてスクラブカラム１３６の上区分１３７へ戻され、これはスクラブカラム１３６の効率的な操作のために必要な還流を提供し、供給ガスから重質炭化水素を洗浄する。蒸気ストリーム１５１はＭＣＨＥ１１０の中央区分１１５へ流れ、そこでは蒸気ストリームがさらに冷却され、液化される。蒸気ストリームは、次いで、ＭＣＨＥ１１０の冷区分１１６において予冷却され、製品ストリーム１０３を生成する。製品ストリーム１０３は減圧弁１０５を介してフラッシュされ減圧製品ストリーム１０６を生成してもよく、これは、次いで、貯蔵される。かかる貯蔵はＬＮＧ貯蔵タンク１０４として図１に表されている。
【０００７】
スクラブカラム１３６からの塔底液体ストリーム１４０は、ＮＧＬ及びＨＨＣがリッチであるので、燃料として使用されることができるか若しくはストリームを部分的に蒸発させるために膨張され、次いで、個々のＮＧＬ成分が分離されてもよい分画プロセス（図示せず）へ送られる。
【０００８】
この実施形態では、供給ガス１０２を液化製品ストリーム１０３へ変換するのに使用される冷凍が閉ループ単一混合冷却剤（ＳＭＲ）プロセス１６０により提供される。用語混合冷却剤は本明細書では「ＭＲ」とも呼ぶ。図１に示されるように、温ＭＲストリーム１６１はＭＣＨＥ１１０の温端１１１から抜き出され、吸込みドラム１６２に回収される。温ＭＲストリーム１６３は、次いで、吸込みドラム１６２から低圧ＭＲ圧縮機１６４へ流れ、そこで圧縮されて中間圧ＭＲストリーム１６５を形成する。中間圧ＭＲストリーム１６５は、次いで、後置冷却器１６６において冷却され冷却中間圧力ＭＲストリーム１６７を形成して、これは低圧ＭＲ相分離器１６８において相分離される。低圧ＭＲ相分離器１６８からの蒸気ストリーム１７０は、高圧ＭＲ圧縮機１７１を通してさらに圧縮され、排出ストリーム１７２が後置冷却器１７３において冷却される。冷却ＭＲストリーム１７４は部分的に凝縮され、高圧ＭＲ相分離器１７５において相分離される。
【０００９】
相分離器１６８からの低圧混合冷却剤液体（すなわち「ＬＰＭＲＬ」）ストリーム１６９は、冷却剤回路１２０ａにおけるＭＣＨＥ１１０の温区分１１４を通してさらに冷却され、温区分１１４の冷端においてストリーム１２１ｂとして除去され、次いで、ＪＴ弁１２２ｂを通して低圧力へフラッシュされＭＣＨＥ１１０の温区分１１４において要求される冷凍の一部をも実現する。
【００１０】
温高圧ＭＲ分離器１７５からの高圧混合冷却剤蒸気（すなわち「ＨＰＭＲＶ」）ストリーム１７７及び高圧混合冷却剤液体（すなわち「ＨＰＭＲＬ」）ストリーム１７６はまた、それぞれ冷却剤回路１１８ａ、１１９ａを介してＭＣＨＥ１１０の温バンドル１１４を通してさらに冷却される。ＨＰＭＲＬストリーム１７６が、ストリーム１２１ａとして温バンドル１１４の冷端を出てきて、ＪＴ弁１２２ａを横切って膨張されＭＣＨＥ１１０の温区分１１４において要求される冷凍の一部を実現する。
【００１１】
ＭＣＨＥの温区分を出てくるＨＰＭＲＶストリーム１７７は、ストリーム１７８へ部分的に凝縮され、冷ＭＲ分離器１７９において相分離される。該冷ＭＲ分離器１７９からの冷混合冷却剤液体（すなわち「ＣＭＲＬ」）ストリーム１８１は、冷却剤回路１１９ｂにおけるＭＣＨＥ１１０の中央区分１１５を通して予冷却される。該予冷却されたＣＭＲＬストリームは、ストリーム１２４として中央区分１１５を出てきて、ＪＴ弁１２５を横切って減圧される。その結果得られた低圧ＭＲストリーム１２６は、ＭＣＨＥ１１０の中央区分１１５のシェル側に流入してＭＣＨＥ１１０の中央区分１１５において要求される冷凍の一部を実現する。冷ＭＲ分離器１７９からの冷混合冷却剤蒸気（すなわち「ＣＭＲＶ」）ストリーム１８０は、冷却剤回路１１８ｂ、１８８ｃを通してＭＣＨＥ１１０の中央区分１１５及び冷区分１１６において液化及び予冷却される。予冷却されたＭＲストリーム１２７は冷区分１１６を出てきて、ＪＴ弁１２８を横切って減圧される。その結果得られた低圧ＭＲストリーム１２９は、冷区分１１６の冷端においてＭＣＨＥ１１０のシェル側に流入し、冷区分１１６にわたって分配されＭＣＨＥ１１０の冷区分１１６に冷凍を実現する。この実施形態では、低圧ＭＲストリーム１２３、１２６及び１２９は、ＭＣＨＥ１１０において要求される冷凍をすべてひとまとめにして実現する。過熱蒸気としてＭＣＨＥ１１０の塔底を出てくる低圧ＭＲストリーム１６１は吸込みドラム１６２に回収され、それにより閉ループ循環を完成させる。
【００１２】
天然ガスストリームからＨＨＣを除去する場合には、スクラブカラムはストリームから重質炭化水素成分のすべてを除去するに際して効果を発揮することができる。上述した及び図１に示されるシステムなど、先行技術における重質炭化水素除去システム１３０の１つの欠点は、このシステムが気相・液相分離を達成するために天然ガス供給物の臨界圧力よりも低い圧力において操作されなければならない点にある。このことはリッチな天然ガス供給物、例えば４モル％超のＣ２〜Ｃ５成分を含有する供給ガスを有するシステムに関しては問題を提起しない。なぜならば、供給ガスの臨界圧力は供給ガスが供給される圧力よりも高くなりうるからである。したがって、供給ガスをスクラブカラムへ導入する前に供給ガス圧力を低下させる必要がない。
【００１３】
しかしながら、比較的リーンな供給ガス、例えば２〜４モル％のＣ２〜Ｃ５成分を含有する供給ガスに関して、従来のスクラブカラム方式を使用してＨＨＣ成分を除去することは課題となり、供給ガスの臨界圧力未満で蒸留カラムを操作するために供給ガス圧力の実質的低減を必要とすることが多い。従来では、かかる供給ガスの圧力の低減はスクラブカラムの入口（例えば、図１の弁１３４）で行われる。この圧力低減は、結果的に天然ガス液化プロセスの効率を低下させるスクラブカラムに対する操作圧力をもたらす。
【００１４】
加えて、カラム内部の所望の気液比を維持するためにスクラブカラムの安定した操作は十分な液体（すなわち還流）を要求し、これはカラム「ドライアウト」を回避し、正常な分離効率を確実にする。極めてリーンな供給ガス、例えば２モル％未満のＣ２〜Ｃ５成分を含有する供給ガスについては、生成されることができる還流の量は大幅に低減され、カラム設計及び操作が非常に困難そして非効率的になる。
【００１５】
ＳＭＲプロセスの場合には、図１に示されるように、冷ＭＲ分離器１７９及び還流ドラム１５０の両方がＭＣＨＥ１１０の温区分１１４の冷端からストリームを受け取り、またしたがって、極めてよく似た温度（例えば、互いに摂氏５度以内）において操作されることがまた留意されるべきである。冷ＭＲ分離器１７９の温度はまた、ＣＭＲＶストリーム１８０とＣＭＲＬストリーム１８１との間で分割された組成に影響を及ぼす一方、相分離器５０の操作温度が還流ストリーム１５６内の還流液体の量に影響を及ぼし、またしたがって、スクラブカラム１３６におけるＨＨＣ除去の効果に影響を及ぼす。従来のスクラブカラムシステムにおける冷ＭＲ分離器１７９と還流ドラム１５０の操作温度間の相互干渉（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）は、結果的にＨＨＣ除去の効果と混合冷却剤サイクル効率との間で有意義な折り合いをもたらす。リーンな供給ガスに関して、スクラブカラム１３６内のＨＨＣを効果的に除去するのに十分な還流を提供するために、ＭＣＨＥ１１０の温区分１１４は、供給ガス（回路１１７ａ）を摂氏−７０度の低温まで冷却する必要がありうる。従来のスクラブカラム構成及びＳＭＲ液化プロセスが使用されるならば、冷ＭＲ分離器１７９は同様な温度において操作されなければならず、これは液化効率をかなり低下させる。デュアル混合冷却剤（ＤＭＲ）プロセス及び窒素エキスパンダープロセスなど、他の液化プロセスは、ＳＭＲにおけるように同じ「相互干渉」拘束を共有しうる、すなわち、温区分出口温度がＨＨＣ除去効果及び冷却剤サイクル効率の両方に影響を及ぼす。
【００１６】
最後に、ストリッピング区分がスクラブカラム１３６に提供される場合、専用リボイラー１４２が使用されて塔底液体を加熱し、ストリッピングガス及びデューティーをスクラブカラム１３６の底区分１３８に提供する。専用リボイラー１４２は、運転するために、油又は蒸気を加熱するなど、外部熱源から熱を要求する。付加的な冷凍は、次いで、発熱デューティーを補償するシステムニーズに対して提供される必要があり、これはより低い液化効率へつながる可能性がある。
【００１７】
これまでの記載を踏まえて、先行技術に存在している液化効率の大幅な低下を伴なわずにリーン天然ガス供給ストリームを処理することができる重質炭化水素を除去するための統合システムを有する天然ガス液化システムのニーズがある。
【発明の概要】
【００１８】
この「発明の概要」はひとそろえの概念を簡略化された形で紹介するために提供されており、「発明を実施するための形態」において以下に詳細に記載される。この「発明の概要」は請求項に係る主題の主要な特徴部又は不可欠な特徴部を特定することを意図せず、また請求項に係る主題の範囲を限定するために使用されることも意図しない。
【００１９】
記載された実施形態は、以下に記載されるとおり及び以下に続く特許請求の範囲項により規定されるとおり、リーンな天然ガス液化プロセスの一部として使用されるＨＨＣ除去方法及びシステムに対する改善を含む。この開示された実施形態は、依然としてスクラブカラムに十分な還流を提供し、ＨＨＣを効果的に除去しながら供給ガスをより高い圧力（またしたがってより良い液化効率）に維持することにより当該技術分野におけるニーズを満足させる。
【００２０】
本発明のシステム及び方法のいくつかの特定の態様が以下に概説される。
【００２１】
態様１：
（ａ）主熱交換器の温側から抜き出された温かい第１の冷却剤ストリームに対する閉ループ圧縮シーケンスであって、該圧縮シーケンスが、該温かい第１の冷却剤ストリームを圧縮及び冷却して、少なくとも１つの冷却され、圧縮された第１の冷却剤ストリームを生成することを含む、閉ループ圧縮シーケンスを行うことと、
（ｂ）天然ガス供給源から供給源圧力において天然ガス供給ストリームを抜き出すことと、
（ｃ）スクラブカラム圧力において該天然ガス供給ストリームを、上区分及び底区分を有するスクラブカラムへ導入することと、
（ｄ）該スクラブカラムにおける該天然ガス供給ストリームを、該スクラブカラムの上端における第１の塔頂蒸気ストリームとして回収されたメタンリッチ蒸気画分、及び該スクラブカラムの底端における第１の塔底液体ストリームとして回収された重質炭化水素がリッチにされた画分に分離することと、
（ｅ）該スクラブカラムから、重質炭化水素がリッチにされた天然ガスストリームである該第１の塔底液体ストリームを抜き出すことと、
（ｆ）該スクラブカラムから、メタンがリッチにされた天然ガスストリームである該第１の塔頂蒸気ストリームを抜き出すことと、
（ｇ）主熱交換器の温区分の温端において、該第１の塔頂蒸気ストリームを天然ガス回路へ、及び該少なくとも１つの冷却・圧縮された第１の冷却剤ストリームの各々を冷却剤回路へ導入することと、
（ｈ）該冷却剤回路の少なくとも１つにおいて、減圧塔頂冷却剤ストリームを生成するために塔頂冷却剤ストリームを抜き出して減圧し、該減圧塔頂冷却剤ストリームを該主熱交換器の冷側へ導入することと、
（ｉ）該主熱交換器の該温側と該冷側の間で間接熱交換を実現することと、
（ｊ）該主熱交換器の冷端において該天然ガス回路から、少なくとも部分的に液化されている製品ストリームを生成することと、
（ｋ）該主熱交換器の該温区分の冷端において該天然ガス回路から部分的に凝縮された天然ガスストリームを抜き出すことと、
（ｌ）減圧され部分的に凝縮された天然ガスストリームを形成するために該部分的に凝縮された天然ガスストリームを減圧することと、
（ｍ）中間天然ガス温度において該減圧された部分的に凝縮された天然ガスストリームを還流ドラムに導入することと、
（ｎ）該減圧された部分的に凝縮された天然ガスストリームを還流ドラム液体ストリーム及び還流ドラム蒸気ストリームに分離することと、
（ｏ）該温区分の該冷端よりも該主熱交換器の冷端により接近している該主熱交換器内の位置において、該還流ドラム蒸気ストリームを該天然ガス回路に導入することと、
（ｐ）該還流ドラム液体ストリームを増圧し、該還流ドラム液体ストリームを該スクラブカラムの該上区分に導入することと、
（ｑ）該還流ドラム蒸気ストリームと該部分的に凝縮された天然ガスストリームとの間で間接熱交換を実現することであって、これにより該部分的に凝縮された天然ガスストリームが該還流ドラム蒸気ストリームに対して冷却される、間接熱交換を実現することと、を含む、方法。
【００２２】
態様２：
（ｒ）１ｂａｒ以下の合計圧力低下をもたらすために該天然ガス供給源と該スクラブカラムとの間に位置して、両者と流体連通している任意の弁を操作的に構成すること、をさらに含む、態様１に記載の方法。
【００２３】
態様３：
（ｓ）該主熱交換器の該温区分の冷端において及び中間冷却剤温度において該少なくとも１つの冷却剤回路のうちの１つから部分的に凝縮された冷却剤ストリームを抜き出すことと、
（ｔ）相分離器における該部分的に凝縮された冷却剤ストリームを中間液体冷却剤ストリーム及び中間蒸気冷却剤ストリームに分離することと、
（ｕ）該温区分の該冷端よりも該主熱交換器の該冷端により接近している該主熱交換器内の位置において、該中間液体冷却剤ストリーム及び該中間蒸気冷却剤ストリームの各々を冷却剤回路に導入することと、をさらに含む、態様１〜２のいずれか１つに記載の方法。
【００２４】
態様４：工程（ｃ）が、
（ｉ）該主熱交換器の該温側と該冷側との間で間接熱交換を実現すること、をさらに含み、該主熱交換器の該温側が少なくとも１つのコイル巻きバンドルを含み、該主熱交換器の該冷側がシェル側を含み、各冷却剤回路及び該天然ガス回路が該少なくとも１つのコイル巻きバンドルの一部を含む、態様１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【００２５】
態様５：工程（ｃ）が、
（ｃ）該天然ガス供給ストリームを第１の部分及び第２の部分に分離し、中間位置において該天然ガス供給ストリームの該第１の部分を該スクラブカラムに導入し、該天然ガス供給ストリームの該第２の部分を該スクラブカラムの該底端に導入すること、をさらに含む、態様４に記載の方法。
【００２６】
態様６：（ｖ）該第１の塔頂蒸気ストリームと該天然ガス供給ストリームの該第１の部分との間で間接熱交換を実現すること、をさらに含む、態様４〜５のいずれか１つに記載の方法。
【００２７】
態様７：
（ｗ）工程（ｃ）を行う前に第２の冷却剤に対して間接熱交換により該天然ガス供給ストリームを予冷すること、をさらに含む、態様１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【００２８】
態様８：
（ｘ）該主熱交換器の中間区分の冷端から該天然ガス回路から凝縮された天然ガスストリームを抜き出し、該凝縮された天然ガスストリームを増圧させて増圧された天然ガスストリームを形成し、該増圧された天然ガスストリームを該還流ドラムに導入すること、をさらに含む、態様１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【００２９】
態様９：工程（ｐ）が、
（ｐ）工程（ｏ）を行う前に該還流ドラム液体ストリームを増圧し、該還流ドラム液体ストリームを第１の部分及び第２の部分に分割し、該還流ドラム液体ストリームの該第１の部分を該スクラブカラムの該上区分に導入し、該フラックスドラム液体ストリームの該第２の部分を該還流ドラム蒸気ストリームと混合すること、を含む、態様１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【００３０】
態様１０：
（ｙ）工程（ｌ）を行う前に該部分的に凝縮された天然ガスストリームと第３の冷却剤との間で間接熱交換を行うこと、をさらに含む、態様１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【００３１】
態様１１：工程（ｈ）が、該減圧塔頂冷却剤ストリームの少なくとも１つを第１の部分及び第２の部分に分割し、該第１の部分を該主熱交換器の該冷側に導入し、該第２の部分、該還流ドラム蒸気ストリームと該部分的に凝縮された天然ガスストリームとの間で間接熱交換を行うこと、をさらに含む、態様１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【００３２】
態様１２：
（ｚ）工程（ｃ）を行う前に圧縮機を使用して該天然ガス供給ストリームを増圧すること、をさらに含む、態様１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
【００３３】
態様１３：天然ガス供給ストリームを液化するシステムであって、
天然ガスの発生源に接続された天然ガス供給口と、
温かい第１の冷却剤ストリームを圧縮及び冷却して、高圧蒸気第１の冷却剤ストリーム及び高圧第１の冷却剤液体ストリームを生成するように操作的に構成された冷却剤圧縮システムであって、少なくとも１つの圧縮機、少なくとも１つの後置冷却器、及び少なくとも１つの相分離器を備える、冷却剤圧縮システムと、
温端、冷端、温区分、冷区分、温側、冷側、該温側に位置している第１の冷却剤回路、該温側に位置している第２の冷却剤回路、該温側に位置して、て該天然ガス回路の温端において中間出口を有する天然ガス回路を備える、主熱交換器であって、該第１の冷却剤回路が、該主熱交換器の該温端において該高圧蒸気第１の冷却剤ストリームと流体連通しており、該第２の冷却剤回路が、該主熱交換器の該温端において該高圧第１の冷却剤液体ストリームと流体連通しており、該主熱交換器が、該主熱交換器の該温側と該冷側との間で間接熱交換を実現するように操作的に構成されている、主熱交換器と、
該天然ガス供給ストリームと流体連通している供給ストリーム入口と、該供給ストリーム入口の上に位置している上区分及び該供給ストリーム入口の下に位置している底区分を備える内部体積を画定するアウターシェルと、を備えるスクラブカラムであって、該スクラブカラムが該スクラブカラムの該上区分に位置している蒸気出口、該スクラブカラムの該底区分に位置している液体出口、該スクラブカラムの該上区分に位置している液体入口を有し、該スクラブカラムの該蒸気出口が該主熱交換器の該温端において該天然ガス回路と流体連通している、スクラブカラムと、
該主熱交換器の該中間出口と流体連通している入口と、該主熱交換器の中間入口と流体連通している蒸気出口と、該スクラブカラムの該液体入口と流体連通している液体出口と、を有する還流ドラムと、
該還流ドラムの該液体出口と該スクラブカラムの該液体入口との間に位置しており、両者と流体連通しているポンプと、
該高温導管と該低温導管との間で間接熱交換を実現するように操作的に構成されている高温導管及び低温導管を有する第１のエコノマイザーであって、該高温導管が、該主熱交換器の該中間出口と該還流ドラムの該入口との間に位置しており、両者と流体連通しており、該低温導管が、該還流ドラムの該蒸気出口と該主熱交換器の該中間入口との間に位置しており、両者と流体連通している、第１のエコノマイザーと、を備えるシステム。
【００３４】
態様１４：該主熱交換器が高温バンドル及び低温バンドルを有するコイル巻き熱交換器を備え、該天然ガス回路の該中間出口が該高温バンドルの冷端に位置している、態様１３に記載のシステム。
【００３５】
態様１５：該冷却剤圧縮システムの該少なくとも１つの相分離器が、該第１の冷却剤回路の冷端と流体連通している相分離器入口を有する低温冷却剤相分離器と、該低温冷却剤相分離器の底端から抜き出される塔底液体冷却剤ストリームと、該低温冷却剤相分離器の上端から抜き出された塔頂蒸気冷却剤ストリームとを含み、該塔頂蒸気冷却剤ストリーム及び該塔底液体冷却剤ストリームが両方とも、該第１の冷却剤回路の該冷端よりも該主熱交換器の該冷端により接近した位置において該主熱交換器の該温側と流体連通している、態様１３〜１４のいずれか１つに記載のシステム。
【００３６】
態様１６：該第１の冷却剤が、混合冷却剤を含む、態様１３〜１５のいずれか１つに記載のシステム。
【００３７】
態様１７：該スクラブカラムが蒸気入口をさらに備える、態様１３〜１５のいずれか１つに記載のシステム。
【００３８】
態様１８：該供給ストリーム入口の上流側の該天然ガス供給ストリームを摂氏零度未満の温度まで冷却するように位置付けされ、操作的に構成されるプレクーラーをさらに備える、態様１３〜１７のいずれか１つに記載のシステム。
【００３９】
態様１９：該第１のエコノマイザーの該高温導管と該還流ドラムの該入口との間に位置しており、両者と流体連通している第１の減圧弁をさらに備える、態様１３〜１８のいずれか１つに記載のシステム。
【００４０】
態様２０：該第１のエコノマイザーと該還流ドラムとの間に位置しており、該第１のエコノマイザーの該高温導管と流体連通している熱交換器をさらに備える、態様１３〜１９のいずれか１つに記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、先行技術によるＨＨＣ除去及びＳＭＲ天然ガス液化システム及び方法を示す概略フローダイアグラムである。
【００４２】
【図２】図２は、本発明の第１の例示的な実施形態によるＨＨＣ除去及びＳＭＲ天然ガス液化システム及び方法を示す概略フローダイアグラムである。
【００４３】
【図３】図３は、本発明の第２の例示的な実施形態によるＨＨＣ除去及びプロパン混合冷却剤（すなわち「Ｃ３ＭＲ」）天然ガス液化システム及び方法を示す概略フローダイアグラムである。
【００４４】
【図４】図４は、本発明の第３の例示的な実施形態によるＨＨＣ除去及びＳＭＲ天然ガス液化システム及び方法を示す概略フローダイアグラムである。
【００４５】
【図５】図５は、本発明の第４の例示的な実施形態によるＨＨＣ除去及び天然ガス液化システム及び方法を示す概略フローダイアグラムである。
【００４６】
【図６】図６は、本発明の第５の例示的な実施形態によるＨＨＣ除去及び天然ガス液化システム及び方法を示す概略フローダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明は、天然ガス液化プロセスと統合してスクラブカラムへ還流及び凝縮負荷を効果的に提供するためにスクラブカラム・還流ドラムにおける天然ガス供給ストリームの温度及び圧力を達成する新規な方法を提供する。
【００４８】
前述したとおり、天然ガス供給ストリームがＣ２〜Ｃ５成分で低く（「リーン」）そして十分なレベルの重質炭化水素を含有する組成を有する場合、従来のスクラブカラム構成が非効果的であるか若しくはネルギー非効率的である。発明者らは、ＭＣＨＥと還流ドラムとの間にエコノマイザー熱交換器を導入することにより及び供給ガスの圧力が重質炭化水素除去プロセスにおいて取り扱われる方法を変化させることによりＨＨＣ除去効果及び液化効率が改善されうることを見出した。
【００４９】
より具体的には、還流ドラムがＭＣＨＥの温区分を出てくる供給ガス温度とは著しく異なる温度において操作可能になることにより全プロセスの分離効果及びエネルギー効率が改善されうる。冷却剤サイクルの残りから還流操作温度のこの非干渉化（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）は、付加的な自由度をもたらし、これはより良い全プロセス最適化を可能にする。エコノマイザーは還流ドラムからの塔頂蒸気をＭＣＨＥ温区分出口温度よりも数度だけ冷たい温度まで加温する。これはＭＣＨＥの中央区分の温端における温度差を低減し、プロセス熱効率を改善するのに資する。この温度差はエコノマイザーの設計温度アプローチに依存するが、典型的には摂氏５度未満であり、摂氏２度又は３度未満であることが多い。
【００５０】
加えて、減圧弁はＭＣＨＥと還流ドラムとの間に設置される。これは従来のスクラブカラム構成に対して２つの利点を有する。第一に、圧力低下の大部分がこの減圧弁において起これば、スクラブカラムそれ自体の入口においては極めて少ない圧力低下しかもたらされない（若しくは一切の圧力低下ももたらされない）ことが必要であり、これによりＭＣＨＥの温区分においてより高い供給ガス密度及びより低い供給物体積流量を維持する。これにより、ＭＣＨＥの所要サイズ及び関連資本コストが低減される。第二に、この位置において圧力低下を考慮することにより、供給ガスそれ自体まで冷却する、ＭＣＨＥの温区分から要求される凝縮負荷の一部を取り除き、ＨＨＣ除去効果及び全液化効率に利点をもたらすことが達成される。減圧弁をこの位置に設けることはまた、ＭＣＨＥと還流ドラムとの間のエコノマイザー内で適切なアプローチ温度を維持するのに資する。
【００５１】
さらに、付加的な還流はシステムからどの箇所でも得られる十分に凝縮されたＬＮＧストリームを使用して提供されることができる。中央区分出口からＬＮＧストリーム、冷区分出口から予冷却されたＬＮＧストリーム、及びＬＮＧ貯蔵タンクからポンプ圧送されるＬＮＧ製品を含むがそれらに限定されない。
【００５２】
オプションとして、補足的な冷凍及び凝縮負荷は、付加的な冷却器を使用することにより又はエコノマイザー内に付加的な冷却回路を追加することにより提供されることができる。冷却媒体は、ＭＣＨＥ温区分出口における供給ガス温度よりも冷たいシステムにおいて任意のストリームから得られることができる。
【００５３】
最後に、そして上記したとおり、供給ガスストリームの一部はスクラブカラムへのストリッピングガスとして直接使用される。これは余分の加熱源の使用を回避し、そしてより重要なことはカラムにおける適切な液体／蒸気流量比を維持するのに役に立つことである。それはより良い総合液化効率を達成し、カラム操作性を維持するのに役に立ち、そしてＨＨＣ除去効果を改善する。
【００５４】
本明細書に使用されるときに、そして特段の指示がないかぎり、冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、本明細書及び特許請求の範囲に記載される本発明の実施形態でいかなる特徴部に適用されるときにも、１つ以上を意味する。「ａ」及び「ａｎ」の使用は、そのような制限が特に明記されない限り、単一の特徴部に意味を限定するものではない。単数又は複数の名詞又は名詞句に先行する冠詞「ｔｈｅ」は単数の特定の指定された特徴部又は複数の特定の指定された特徴部を表し、それが用いられる文脈に応じて単数又は複数の意味を有することができる。
【００５５】
用語「流体連通」及び「流体流連通」は、本明細書中及び特許請求の範囲において使用されるときに、ともに直接的又は間接的のいずれにしても制御された方法で（すなわち、漏洩無しで）液体、蒸気、及び／又は二相混合物を構成要素間に輸送されることを可能にする２つ以上の構成要素間で相互接続性の性質を指す。互いに流体連通するように２つ以上の構成要素を連結することは、溶接部、フランジ付き導管、ガスケット、及びボルトの使用など、当該技術分野で知られている任意の好適な方法を含むことができる。２つ以上の構成要素はまた、システムの他の構成要素であって、構成要素を分離してもよく、例えば、弁、ゲート、又は流体流を選択的に制限又は誘導してもよい他のデバイスを介して一緒に連結されてよい。
【００５６】
用語「導管」は、本明細書中及び特許請求の範囲において使用されるときに、そこを通って流体がシステムの２つ以上の構成要素間で輸送されることができる１つ以上の構造物を指す。例えば、導管としてはパイプ、ダクト、流路、及び液体、蒸気、及び／又はガスを輸送するそれらの組み合わせを挙げることができる。
【００５７】
用語「天然ガス」は、本明細書中及び特許請求の範囲において使用されるときに、主としてメタンで構成される炭化水素ガス混合物を意味する。
【００５８】
用語「混合冷却剤」（「ＭＲ」とも略される）は、本明細書中及び特許請求の範囲において使用されるときに、少なくとも２種の炭化水素を含む流体を意味し、そしてその炭化水素が冷却剤の全組成の少なくとも８０％を含む。
【００５９】
用語「重質成分」又は「重質炭化水素」は、本明細書中及び特許請求の範囲において使用されるときに、標準圧力においてメタンより高い沸点を有する炭化水素を意味する。
【００６０】
本明細書中に使用されるときに、用語「間接熱交換」はある形態の物理的バリアにより互いに分離されている２種の流体間の熱交換を指す。
【００６１】
本明細書中に使用されるときに、用語「温ストリーム」は記載されているシステムの通常操作条件下で間接熱交換により冷却される流体ストリームを意味することが意図される。同様に、用語「冷ストリーム」は記載されているシステムの通常操作条件下で間接熱交換により加温される流体ストリームを意味することが意図される。
【００６２】
本明細書中に使用されるときに、用語「温側」は１つ以上の温ストリームの流れを通過させる熱交換器の一部を意味することが意図される。同様に、用語「冷側」は１つ以上の冷ストリームの流れが通過する熱交換器の一部を意味することが意図される。
【００６３】
用語「スクラブカラム」は蒸留カラムのタイプを指す。該蒸留カラムは、１つ以上の分離段階を含むカラムであり、パッキング又はトレーなどのデバイスから構成され、それが接触を増加させ、こうしてカラムの内部で上方に上昇する蒸気と下方に流れる液体との間で物質移動を促進する。このようにして、より軽質（すなわち、より高い揮発性及びより低い沸点）の成分の濃度は上昇する蒸気内で増加し、該蒸気はカラムのトップで塔頂蒸気として回収し、そしてより重質（すなわち、より低い揮発性及びより高い沸点）の成分の濃度は下降している液体中で増加し、該液体はカラムの塔底における塔底液体として回収する。蒸留カラムの「トップ」は最も高い分離段階又はその上方のカラムの部分を指す。カラムの「塔底」は、最も低い分離段階又はその下方のカラムの部分を指す。カラムの「中間位置」は、２つの分離段階の間で、カラムのトップと塔底との間の位置を指す。
【００６４】
スクラブカラムの場合、天然ガス供給ストリームが（ガス状ストリーム又は部分的に凝縮された、二相ストリームとして）カラムの中間位置で若しくは、より典型的には、カラムの塔底でスクラブカラムに導入される。供給ストリームから上方に上昇する蒸気は、次いで、スクラブカラムの内部に１つ以上の分離段階を通過するにつれて、下方に流れる液体還流ストリームと接触され、これにより当該蒸気からメタンよりも重質な成分を「スクラッビング」する（すなわち、蒸気から当該揮発性の少ない成分の少なくとも幾つかを除去する）。これは結果的に、上述したように、天然ガス供給ストリームがスクラブカラムのトップで塔頂蒸気として（本明細書中で「第１の塔頂蒸気」と呼ぶ）回収される、メタンリッチ蒸気画分と、スクラブカラムの塔底における塔底液体（本明細書中で「第１の塔底液体」と呼ぶ）として回収され、メタンよりも重質な炭化水素がリッチにされた液体画分とに分離される。
【００６５】
本明細書中で使用されるときに、用語「分離器」又は「相分離器」は二相ストリームが導入されて、該ストリームをその成分の気相と液相に分離することができるドラム又は他の形態の容器などのデバイスを指す。還流ドラムは、蒸留カラムのための液体還流を提供するように操作的に構成されている１つのタイプの相分離器である。
【００６６】
単に例として、本発明の特定の例示的な実施形態について図２〜６を参照して、ここに説明することにする。図の中で、先の実施形態のものと同様である要素は、１００の倍数だけ増加させた参照番号により表される。例えば、図１の主極低温熱交換器１１０は、図１の主極低温熱交換器２１０と同じ構造及び機能を有する。かかる要素は、本明細書中で特段の指定又は図示がない限り同じ機能及び構造を有するものと見なされるべきであり、そしてかかる要素の論述はしたがって複数の実施形態に関して繰り返されなくてもよい。
【００６７】
図２〜６に示される実施形態において、天然ガスを液化するのに使用される主極低温熱交換器は、コイル巻き熱交換器であるとして示されている。コイル巻き熱交換器の使用は現在では好ましい技術であるが、主交換器は代替的にプレートアンドフィン熱交換器、若しくは当該技術分野で知られているあるいは将来開発される他のタイプの熱交換器であることができる。同様に、記載の実施形態では、主熱交換器のコイルバンドルは単一のユニットを形成する単一のシェル中に収納されているように示されているが、主熱交換器は直列の２つ以上のユニットを含むことができ、各バンドルはそれ自体のケーシング／シェルを有し、又は、１つ以上のバンドルは１つのケーシング／シェル中に収納されており、そして１つ以上の他のバンドルは１つ以上の異なるケーシング／シェル中に収納されることができる。主熱交換器に冷たい冷却剤を供給するために使用される冷却剤サイクルは同様に、天然ガスの液化を実施するのに適切である任意のタイプであることができる。当該技術分野で知られておりそして使用されており、そして本発明で使用されうる例示のサイクルとしては、単一混合冷却剤サイクル（ＳＭＲ）、プロパン予冷却混合冷却サイクル（Ｃ３ＭＲ）、窒素膨張サイクル、メタン膨張サイクル、デュアル混合冷却サイクル（ＤＭＲ）及びカスケードサイクルが挙げられる。
【００６８】
ここで図２を参照すると、この実施形態では、天然ガス供給ストリーム２０２は、スクラブカラム２３６に導入される前に第１の部分２０２ａ及び第２の部分２０２ｂに分離される。該第１の部分２０２ａはエコノマイザー２３２にて好適な温度、好ましくは摂氏０度未満、より好ましくは摂氏−１０度〜摂氏−４０度で予冷却される。冷却された第１の部分は、次いで、供給ストリーム入口２３５を通してスクラブカラム２３６内に導入され、そこでメタンリッチ塔頂蒸気ストリーム２３９及び塔底液体ストリーム２４０に分離され、これはメタンより重質な炭化水素がリッチにされている。入口２３５にてスクラブカラム２３６に流入する供給ガスが供給ガスストリーム２０２の元の圧力よりわずかに下であるように、好ましくは入口弁２３４を横切って零又は極めて低い圧力低下（例えば１ｂａｒ未満）がある。例えば、供給ガスストリーム２０２が６５ｂａｒａにて入口弁２３４に流入する場合、入口弁２３４からの出口圧力は通常６４ｂａｒａ（導管及びエコノマイザー２３２流路を接続することに起因するいかなる圧力低下も含まない）である。第２の部分２０２ｂは、スクラブカラム２３６の底区分２３８へのストリッピングガスとして使用される。第２の部分２０２ｂの流量は入口弁２０７により調整される。該入口弁２０７は好ましくは１ｂａｒ未満の圧力低下をもたらすように構成及び操作される。
【００６９】
塔頂蒸気ストリーム２３９は、スクラブカラム２３６の上区分２３７から抜き出され、そして塔底液体ストリーム２４０はスクラブカラム２３６の底区分２３８から抜き出される。上区分２３７はまた、蒸留カラムの精留区分として当該技術分野で知られている一方、底区分２３８はまた、蒸留カラムのストリッピング区分として当該技術分野で知られている。２つの区分の境界は供給ストリーム入口２３５の位置に依存する。該２つの区分は構造パッキングで充填されるか若しくはスクラブカラム２３６の内部で液体及び蒸気の流れの向流接触のためのトレーと対比させることができる。
【００７０】
塔頂蒸気ストリーム２３９はエコノマイザー２３２により加温され、該エコノマイザー２３２は供給ガスストリーム２０２に対して間接熱交換をもたらす。加温された塔頂蒸気ストリーム２４４は、次いで、ＭＣＨＥ２１０の温区分（高温バンドル）２１４中へ流入する。温区分では塔頂蒸気ストリーム２４４は典型的には摂氏−４０度〜摂氏−６０度の温度まで冷却され、そして典型的にはまた部分的に凝縮される。部分的に凝縮された天然ガスストリーム２４５は、次いで、ＭＣＨＥ２１０の温区分２１４から抜き出され、そしてさらに還流ドラム２５０からの塔頂蒸気ストリーム２５１に対してエコノマイザー２５２で冷却される。エコノマイザー２５２を出てくる冷却された供給ガスストリーム２４６は、十分な液体が還流ドラムで形成されるようにより低い圧力まで減圧ＪＴ弁２５３を横切って膨張される。供給ガス組成に応じて、還流ドラムは供給物の臨界圧力未満の２〜１０ｂａｒにおいて操作されることが多い。亜臨界圧力供給ストリームは、次いで、入口２４７で還流ドラム２５０中に導入され、そこで相分離されて塔底液体ストリーム２５４及び塔頂蒸気ストリーム２５１を形成する。
【００７１】
還流ドラム２５０の操作圧力及び温度（ＪＴ弁２５３の出口圧力及び温度と同じである）は、還流ドラム２５０内の液相と気相の密度比が１よりも高く、好ましくは４よりも高くなるようになっている。加えて、還流ドラム２５０内での液相の表面張力は、クリアな相境界を有するのに十分に高い、好ましくは２ｄｙｎｅ／ｃｍよりも高い。還流ドラム２５０からの塔底液体ストリーム２５４は、次いで、液体ポンプ２５５を使用して圧送され、そして還流ストリーム２５６としてスクラブカラム２３６の上端へ戻される。スクラブカラムの操作及び供給ガスから重質炭化水素の洗浄に必要な還流を提供するためである。上述したように、部分的に凝縮されたＭＣＨＥ２１０の温区分２１４を出てきてそしてＭＣＨＥ２１０の中央区分２１５まで送られる前の天然ガスストリーム２４５に対して塔頂蒸気ストリーム２５１はエコノマイザー２５２内で高温である。
【００７２】
冷却剤圧縮システム２６０の構成要素及び操作は、図１と関連して記載される冷却剤圧縮システム１６０と本質的に同じである。それに応じて、冷却剤圧縮システム２６０の要素に関しては図２では参照番号が与えられない。
【００７３】
図１に示される従来の配置と比較して、図２に示される本発明の実施形態の方法及びシステムは、したがって供給物減圧の大部分が還流ドラム２５０の入口２４７で行われ、そして還流ドラム２５０の操作温度がＭＣＨＥ２１０の温区分２１４の温端を出てくるストリーム２４５、２７８、２２１ａ、２２１ｂの温度よりもかなり低くする（例えば摂氏５〜３０度より低い）という方法において異なる。その結果として、供給ガスストリームは図１の天然ガス回路１１７ａにおけるよりも、ＭＣＨＥ２１０の温区分２１４を通して天然ガス回路２１７ａにおいてより高い圧力に維持される。さらに、図２の実施形態では、冷ＭＲ分離器２７９の操作温度は、還流ドラム２５０内の温度よりもはるかに温かい（摂氏５〜３０度、好ましくは少なくとも摂氏５度、より好ましくは、少なくとも摂氏１０度）。該冷ＭＲ分離器２７９及び還流ドラム２５０の操作温度を非干渉化することにより冷凍ループ及び重質炭化水素除去システム２３０を独立して最適化するより高い自由度を可能にする。加えて、エコノマイザー２５２はまた、中央区分（バンドル）２１５の温端においてより厳しい温度差を維持するのに役に立ち、ストリーム２５７、２８０、２８１が中央区分２１５の温端に流入するにつれて図１のストリーム１５７、１８０、１８１よりも低い温度差を有することを意味する。最後に、図１の専用リボイラー１４２をストリッピングガス（供給ガスストリーム２０２の第２の部分２０２ｂ）で置換又は補給することはシステムへの外部入熱に対する必要性を低減又は回避する。上記のすべては、本明細書中に提供される実施例において実証されるように、総合液化効率を大幅に改善することを可能にする。
【００７４】
プロセスに対する同様な改善が、プロパン予冷却混合冷却剤プロセス（Ｃ３−ＭＲ）などの他の冷却剤サイクルを用いて達成されることができる。ここで図３参照すると、本発明の他の例示的な実施形態が示されていて、冷却剤負荷がプロパン冷却剤サイクル及び混合冷却剤サイクルにより提供される。プロパン冷却剤サイクルは供給ガス及び混合冷却剤の両方を予冷却する。
【００７５】
この実施形態では、供給ガスストリーム３０２は、１つ以上のプロパンケトル（ひとまとめにしてブロック３８２により表され、そしてプレクーラーとも呼ぶ）で好ましくは摂氏零度未満、及びスクラブカラム３３６へ送られる前に、より好ましくは、摂氏−２０度〜摂氏−３５度の温度まで冷却される。低圧プロパン冷却剤ストリーム３８４、３３１ｃ、３３１ｂ、３３１ａ（異なる圧力及び温度において操作される連続の蒸発器ケトルから回収される）はプロパン圧縮機３８５内で圧縮されて高圧排出プロパンストリーム３８６を形成する。該高圧排出プロパンストリーム３８６は、次いで、１つの以上の後置冷却器３８７内で冷却され、完全に凝縮されて高圧液体プロパン冷却剤ストリーム３８８を形成する。該高圧力液体プロパン冷却剤ストリーム３８８は、次いで、複数の圧力において蒸発されて供給ガスストリーム３０２及び高圧混合冷却剤ストリーム３７４に対して順次の冷却をもたらす。ＭＣＨＥ３１０からの温低圧混合冷却剤３６１は連続した圧縮機３６４、３７１により圧縮され、そして連続した後置冷却器３６６、３７３により冷却されて、高圧混合冷却剤ストリーム３７４を形成する。連続したプロパンケトル３８２を通して冷却され、部分的に凝縮された後、該冷却された高圧混合冷却剤ストリーム３８３は相分離器３７５内で混合冷却剤液体（ＭＲＬ）ストリーム３７６及び混合冷却剤蒸気（ＭＲＶ）ストリーム３７７に相分離される。該ＭＲＬストリーム３７６は、ＪＴ弁３２５を通して膨張される前にＭＣＨＥ３１０の温区分３１４及び中央区分３１５内でさらに予冷却されて低圧冷冷却剤ストリーム３２６を形成する。該低圧冷冷却剤ストリーム３２６は、次いで、ＭＣＨＥ３１０の中央区分３１５のシェル側へ送られてシステムに対して冷凍機能を発揮する。該ＭＲＶストリーム３７７は、ＪＴ弁３２８を通して膨張される前にＭＣＨＥ３１０の温区分、中央区分及び冷区分において順次にさらに冷却され、凝縮され、そして予冷却されて別の低圧冷冷却剤ストリーム３２９を形成する。該低圧低温冷却剤ストリーム３２９は、次いで、ＭＣＨＥ３１０の冷区分３１６のシェル側へ送られてシステムに対して冷凍機能を発揮する。
【００７６】
図３に示されるシステム３００は、第１の供給ガスストリーム２０２がプロパンケトル３８２内で既に予冷却されたためにエコノマイザー（システム２００におけるエコノマイザー２３２）が必要とされない点でシステム２００とは異なる。それはまた、システム３００におけるＭＣＨＥ３１０の中央３１５と温区分３１４との間に冷ＭＲ分離器がない点においても異なる。しかしながら、システム２００のように、ＭＣＨＥ３１０の温区分３１４を出てくる供給ガスストリーム３４５は、ＭＣＨＥ３１０と還流ドラム３５０との間に位置しているエコノマイザー３５２でさらに冷却される。該エコノマイザー３５２を出てくる供給ガスストリーム３４６は、その臨界圧力未満である圧力まで減圧ＪＴ弁３５３を横切って膨張される。該供給ガスストリーム３４６は、次いで、還流ドラム３５０内でそれの液相及び気相へ相分離されて液体ストリーム３５４及び塔頂蒸気ストリーム３５１を生成する。還流ドラム３５０（ＪＴ弁３５３の出口圧力及び温度と同じ）の操作圧力及び温度は、ドラム内の液相と気相との密度比が１より高い、好ましくは、４より高くなっている。還流ドラム２５０内の液相の表面張力はクリアな相境界を有するのに十分に高い−好ましくは２ｄｙｎｅ／ｃｍ。
【００７７】
重質炭化水素除去システム３３０、１３０の操作の視点からシステム３００を先行技術のシステム１００と比較すると、供給ガスの圧力低下の大部分は還流ドラム３５０の入口３４７の直前で発生する。これにより、還流ドラム３５０操作温度をＭＣＨＥ３１０の温区分３１４を出てくる供給ガスストリーム３４５の温度よりはるかに冷たくすることが可能になる、そして供給ガスの圧力はシステム１００（先行技術）と比較してＭＣＨＥ３１０の温区分３１４及び中央区分３１５において比較的高く（例えば、図１の同じストリームよりも１〜１０ｂａｒａ高い。）維持されることができる。上記のすべてはより良好な総合液化を達成するのに資する。
【００７８】
Ｃ３−ＭＲプロセス用のかかる配置はまた、供給ガスストリーム３０２の組成が変化するにつれてよりフレキシブルな操作を可能にする。例えば、供給ガスストリーム３０２の組成がよりリーンになるにつれて、システム３００は冷却剤圧縮システム３６０及びスクラブカラム３３６の操作パラメータを比較的一定に保ちながらＨＨＣの除去をＪＴ弁３５３でより多くの圧力低下を行うことにより効率的に達成することを可能にする。
【００７９】
ここで図４を参照すると、システム４００にはＭＣＨＥ４１０の中央区分４１５の冷端で供給ガス回路１１７ｂを出てくる完全に液化されたＬＮＧストリームの一部を使用して付加的な還流ストリーム４８９が提供される。該付加的な還流ストリーム４８９の圧力は、ポンプ４９０により増加され、そして該増圧還流ストリーム４９１は還流ドラム４５０へ流れて、そこでＭＣＨＥ４１０の温区分４１４の冷端から来る塔頂蒸気ストリーム４５１と混合される。この付加的な還流は、還流の流量及び負荷を補足するのに資する。該付加的な還流はまた、ＭＣＨＥ４１０温区分４１４の冷端から来る塔頂蒸気ストリーム４５１よりもはるかに冷たい温度（例えば摂氏５〜３０度）に還流ドラムを維持するのに資する。特に供給ガス源４０１がより低い圧力（例えば３０〜４５ｂａｒａ、若しくはすでに供給ガス臨界圧力未満である圧力）にあり、そして減圧弁４５３を通しての自己冷却が所望の温度を達成するには十分でない場合においてである。
【００８０】
かかる付加的な還流はシステム４００からどこででも得られる、中央区分４１５の冷端からのＬＮＧストリーム、予冷却されたＬＮＧストリーム４０３、ＬＮＧ製品ストリーム４０６、若しくはＬＮＧ貯蔵タンク４０４からポンプ圧送される最終ＬＮＧ製品でさえを含むがそれらに限定されない、１つ以上の完全に凝縮されたＬＮＧストリームを使用して提供されることが可能であることが留意されるべきである。
【００８１】
なお別の実施形態では、図５に示されるように、補足的な冷凍及び凝縮負荷を含むシステム５００が、エコノマイザー５５２と減圧弁５５３との間に位置している付加的な冷却器５９２を使用することにより提供される。冷却器５９２用の冷却媒体は、部分的に凝縮されたストリーム５４５の温度よりも冷たいシステム５００においていかなるストリームをも発生源とすることができる。例えば（図示せず）、ＣＭＲＬストリーム５２４の一部は膨張されることが可能であり、そして部分的に凝縮されたストリーム５４５を冷却するのに資するために冷却器５９２へ誘導される。冷却器５９２からの消費されたＣＭＲＬスリップストリームは、好ましくはＭＣＨＥ５１０の温区分５１４と中央区分５１５との間の中間位置におけるＭＣＨＥ５１０のシェル側へ戻される。この配置は、特に、供給ガス発生源５０１がより低い圧力にあり、そしてＪＴ弁５５３を通しての自己冷却が所望の温度を達成するには十分でない場合には、還流ドラム５５０を塔頂蒸気ストリーム５４５よりもはるかに冷たい（例えば摂氏５〜３０度より冷たい）温度に維持するのに資する。
【００８２】
システム５００はまた、還流ポンプ圧送オプションを含む。このオプションによれば、ポンプ圧送される還流液体ストリーム５５６の一部は、スクラブカラム５３６の上区分５３７へ送られる代わりに、塔頂蒸気ストリーム５５１へ誘導され、それと混合される。混合点はエコノマイザー５５２の前（ストリーム５９３ａにより示される）又はエコノマイザー５５２の後（ストリーム５９３ｂにより示される）のいずれかにすることができる。このオプションは付加的な操作柔軟性をもたらす。例えば、供給ガスストリーム５０２がよりリッチになるにつれて、より多くの液体が還流ドラム５５０内に形成される。他の操作的変更が所望されない場合には、ポンプ圧送液体の量が増加されることができる、そしてその逆も同様である。
【００８３】
図６を参照すると、他の例示的な実施形態がシステム６００として示されている。システム６００では、付加的な冷却回路がエコノマイザー６５２に追設される。ＣＭＲＬストリーム６２４の一部が膨張され、そしてエコノマイザー６５２へ誘導されて塔頂蒸気ストリーム６４５を冷却するのに資する。エコノマイザー６５２からの消費されたＣＭＲＬスリップストリーム６９７はＭＣＨＥ６１０のシェル側に、好ましくはＭＣＨＥ６１０の温区分６１４と中央区分６１５との間の中間位置６９８に戻される。システム５００同様に、この配置はまた還流ドラム６５０を、塔頂蒸気ストリーム６４５がＭＣＨＥ６１０の温区分６１４を出てくるにつれて塔頂蒸気ストリーム６４５よりもはるかに冷たい温度に維持するのに資する。オプションとして、供給物・ブースター・圧縮機６９４を追設して供給ガスストリーム６０２を増圧することが可能であり、還流ドラム６５０の入口６４７での減圧弁６５３でのより高い自己冷却能力を可能にする。
【実施例】
【００８４】
以下の表１はシステム１００（図１）とシステム２００（図２）の種々のストリームの模擬操作条件間の比較を示す。表中のデータはＭＣＨＥ２１０と還流ドラム２５０との間にエコノマイザーを使用すること及び還流ドラム２５０の入口２４７に圧力低下を導入することが総合液化効率を改善させることを示している。該液化効率は典型的には比出力により測定され、該比出力は合計冷凍能力を生産速度で除算することにより算出される。しかしながら、比出力はより高い液化効率を意味する。供給物圧力はＭＣＨＥの温区分及び中央区分の両方において先行技術におけるよりも高く維持される。具体的には、表を見て分かるように、システム２００の温区分を通しての供給ガスはシステム１００におけるよりも約１０ｂａｒａより高い一方、システム２００の中央区分を通しての供給ガスはシステム１００におけるよりも約３ｂａｒａより高い。より高い供給ガス圧力を維持することは役に立つより高い液化効率を達成することに資する。
【表１】
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【００８５】
本発明は好ましい実施形態を参照して上述した詳細に限定されず、多くの修正及び改変が以下の特許請求の範囲に規定されるとおりの本発明の趣旨又は範囲を逸脱することなく行うことができることが理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2018013326000001.pdf