(57)【要約】【課題】  天然ガスを液化するための改善されたシステムおよび方法を提供する。【解決手段】  圧縮された混合冷媒流を冷却すること、および冷却され圧縮された混合冷媒流を蒸気部分と液体部分とに分離することを含む、複数の圧力レベルを含む混合冷媒予備冷却システムを有する、天然ガス液化プロセスの能力および効率を向上するために説明されるシステムおよび方法。液体部分は、第１の予備冷却熱交換器に冷却能力を提供する。蒸気部分は、さらに圧縮、冷却、かつ凝縮され、第２の予備冷却熱交換器に冷却能力を提供するために使用される。液化天然ガスから分離されたフラッシュガスは、加温され、天然ガス供給流と混合される。【選択図】      図２
2019066165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
（ａ）炭化水素流体を含む炭化水素供給流、第２の混合冷媒を含む第２の冷媒供給流、および第１の混合冷媒を含む少なくとも１つの第１の冷媒流を、予備冷却サブシステムの複数の熱交換区分の各々内で前記第１の混合冷媒に対する間接熱交換によって冷却して、予備冷却された炭化水素流、少なくとも部分的に凝縮される予備冷却された第２の冷媒流、および複数の蒸発された第１の冷媒流を生成することであって、前記予備冷却サブシステムが、前記複数の熱交換区分および圧縮サブシステムを備える、生成することと、
（ｂ）第１の入口圧力で第１の予備冷却熱交換区分（２６０）に第１の入口流、および前記第１の入口圧力よりも高い第２の入口圧力で前記第１の予備冷却熱交換区分に第２の入口流を供給することであって、前記第１および第２の入口流の各々が、前記第１の混合冷媒を含み、前記第１の混合冷媒が、前記第１の入口流内で第１の入口組成、および前記第２の入口流内で第２の入口組成を有し、前記第１の入口組成が、前記第２の入口組成とは異なる、供給することと、
（ｃ）第１の出口圧力および第１の出口組成で前記第１の予備冷却熱交換区分から第１の蒸発された第１の冷媒流、ならびに前記第１の出口圧力よりも低い第２の出口圧力および第２の出口組成で第２の予備冷却熱交換区分から第２の蒸発された第１の冷媒流を取り出すことであって、前記第１および第２の蒸発された第１の冷媒流の各々が、前記複数の蒸発された第１の冷媒流のうちの１つを含む、取り出すことと、
（ｄ）前記予備冷却された炭化水素流を、前記第２の混合冷媒に対する間接熱交換によって主熱交換器内で少なくとも部分的に液化して、第１の液化炭化水素温度の第１の液化炭化水素流を生成することであって、前記第２の冷媒が、前記第１の入口組成、前記第２の入口組成、前記第１の出口組成、および前記第２の出口組成とは異なる第２の冷媒組成を有する、生成することと、
（ｅ）前記第１の液化炭化水素流を膨張させて、減圧された第１の液化炭化水素流を形成することと、
（ｆ）前記減圧された第１の液化炭化水素流を、フラッシュガス流と、前記第１の液化炭化水素温度未満である第２の液化炭化水素温度の第２の液化炭化水素流とに分離することと、
（ｇ）前記フラッシュガス流の少なくとも一部分を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流を形成することと、
（ｈ）ステップ（ａ）を実施する前に、前記再循環流の少なくとも第１の部分を前記炭化水素供給流と混合することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記第２の入口圧力は、前記第１の入口圧力よりも少なくとも５ｂａｒａ高い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の入口流組成およびは、７５モル％未満のエタンおよび軽質炭化水素を有し、前記第２の入口流組成は、４０モル％超のエタン軽質炭化水素を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の出口圧力は、前記第１の出口圧力よりも少なくとも２ｂａｒａ低い、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
（ｉ）ステップ（ｇ）を実施した後、かつステップ（ｈ）を実施する前に、前記再循環流を圧縮および冷却することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｆ）は、
（ｆ）前記減圧された第１の液化炭化水素流を、フラッシュガス流と、前記第１の液化炭化水素温度未満である第２の液化炭化水素温度の第２の液化炭化水素流とに分離することを含み、前記減圧された第１の液化炭化水素流が、第１の流量を有し、前記フラッシュガス流が、前記第１の流量の３０％未満である第２の流量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
（ｊ）（１）前記予備冷却された炭化水素温度、（２）前記第１の液化炭化水素温度、および（３）前記フラッシュガス流量の群から選択された少なくとも１つのパラメータを調節して、液化動力要件に対する予備冷却動力要件の第１の所望の比率を達成することをさらに含み、前記第１の所望の比率が、０．２〜０．７である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
炭化水素流体を含む炭化水素供給流、および第２の冷媒を含む第２の冷媒供給流を、予備冷却サブシステムの複数の熱交換区分の各々内で第１の冷媒による間接熱交換によって冷却し、かつ主熱交換器内で前記炭化水素供給流を少なくとも部分的に液化する方法であって、前記予備冷却サブシステムが、前記複数の熱交換区分および圧縮サブシステムを備え、前記方法は、
（ａ）前記炭化水素供給流および前記第２の冷媒供給流を、前記複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｂ）前記炭化水素供給流および前記第２の冷媒供給流を、前記複数の熱交換区分の各々内で冷却して、予備冷却された炭化水素流および少なくとも部分的に凝縮されている予備冷却された第２の冷媒流を生成することと、
（ｃ）前記主熱交換器内で前記第２の冷媒に対して、前記予備冷却された炭化水素流および前記予備冷却された第２の冷媒流をさらに冷却および少なくとも部分的に液化して、第１の液化炭化水素流および冷却された第２の冷媒流を生成することと、
（ｄ）前記複数の熱交換区分のうちの最も低温の熱交換区分から低圧の第１の冷媒流を取り出し、前記低圧の第１の冷媒流を、前記圧縮サブシステムの少なくとも１つの圧縮ステージ内で圧縮することと、
（ｅ）前記複数の熱交換区分のうちの第１の熱交換区分から中圧の第１の冷媒流を取り出すことであって、前記第１の熱交換区分が、前記最も低温の熱交換区分よりも高温である、取り出すことと、
（ｆ）ステップ（ｄ）および（ｅ）が実施された後、前記低圧の第１の冷媒流と前記中圧の第１の冷媒流とを混合して、混合された第１の冷媒流を生成することと、
（ｇ）前記圧縮システムから、高高圧の第１の冷媒流を取り出すことと、
（ｈ）前記高高圧の第１の冷媒流を、少なくとも１つの冷却ユニット内で冷却および少なくとも部分的に凝縮して、冷却された高高圧の第１の冷媒流を生成することと、
（ｉ）前記冷却された高高圧の第１の冷媒流を第１の気液分離装置内に導入して、第１の蒸気冷媒流および第１の液体冷媒流を生成することと、
（ｊ）前記第１の液体冷媒流を、前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｋ）前記第１の液体冷媒流を、前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分内で冷却して、第１の冷却された液体冷媒流を生成することと、
（ｌ）前記第１の冷却された液体冷媒流の少なくとも一部分を膨張させて、第１の膨張された冷媒流を生成することと、
（ｍ）前記第１の膨張された冷媒流を前記最も高温の熱交換区分内に導入して、ステップ（ｂ）の前記冷却の第１の部分を提供するために冷却能力を提供することと、
（ｎ）ステップ（ｉ）の前記第１の蒸気冷媒流の少なくとも一部分を少なくとも１つの圧縮ステージ内で圧縮することと、
（ｏ）圧縮された第１の冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニット内で冷却および凝縮して、凝縮された第１の冷媒流を生成することであって、前記少なくとも１つの冷却ユニットが、ステップ（ｎ）の前記少なくとも１つの圧縮ステージの下流にあり、かつそれと流体流連通している、生成することと、
（ｐ）前記凝縮された第１の冷媒流を、前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｑ）前記凝縮された第１の冷媒流を、前記第１の熱交換区分および前記最も低温の熱交換区分内で冷却して、第１の冷却され凝縮された冷媒流を生成することと、
（ｒ）前記第１の冷却され凝縮された冷媒流を膨張させて、第２の膨張された冷媒流を生成することと、
（ｓ）前記第２の膨張された冷媒流を前記最も低温の熱交換区分内に導入して、ステップ（ｂ）の前記冷却の第２の部分を提供するために冷却能力を提供することと、
（ｔ）前記第１の液化炭化水素流を膨張させて、減圧された第１の液化炭化水素流を形成することと、
（ｕ）前記減圧された第１の液化炭化水素流を、フラッシュガス流と第２の液化炭化水素流とに分離することと、
（ｖ）前記フラッシュガス流の少なくとも一部分を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流を形成することと、
（ｗ）ステップ（ａ）を実施する前に、前記再循環流の少なくとも第１の部分を前記炭化水素供給流と混合することと、を含む、方法。
【請求項９】
前記予備冷却された第２の冷媒流は、ステップ（ｂ）の後に完全に凝縮される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
（ｘ）ステップ（ｇ）の前に、第１の中間冷媒流を前記圧縮システムから取り出すことと、
（ｙ）前記第１の中間冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニット内で冷却して、冷却された第１の中間冷媒流を生成し、ステップ（ｇ）の前に、前記冷却された第１の中間冷媒流を前記圧縮システム内に導入することと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
（ｘ）高圧の第１の冷媒流を、前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分から取り出すことと、
（ｙ）ステップ（ｇ）の前に、前記高圧の第１の冷媒流を前記圧縮システム内に導入することと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
（ｘ）高圧の第１の冷媒流を、前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分から取り出すことと、
（ｙ）前記高圧の第１の冷媒流を前記冷却された第１の中間冷媒流と混合して、混合された第１の中間冷媒流を形成し、ステップ（ｇ）の前に、前記混合された第１の中間冷媒流を前記圧縮システム内に導入することと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（ｎ）は、
（ｎ）第２の中間冷媒流を前記圧縮システムから取り出し、前記第２の中間冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニット内で冷却して、冷却された第２の中間冷媒流を生成することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
（ｘ）前記冷却された第２の中間冷媒流を第２の気液分離装置内に導入して、第２の蒸気冷媒流および第２の液体冷媒流を生成することと、
（ｙ）前記第２の液体冷媒流を、前記複数の熱交換区分のうちの前記最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｚ）ステップ（ｏ）の前記圧縮された第１の冷媒流を生成する前に、前記第２の蒸気冷媒流を前記圧縮システムの少なくとも１つの圧縮ステージ内で圧縮することと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
（ｘ）ステップ（ｖ）の後、かつステップ（ｗ）の前に、前記再循環流を圧縮および冷却することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
ステップ（ｖ）は、
（ｖ）前記フラッシュガス流を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流および少なくとも１つの冷却されたフラッシュ加温流を形成することをさらに含み、前記少なくとも１つのフラッシュ加温流が、前記予備冷却サブシステムおよび前記液化サブシステムの群から選択された１つから取り出された少なくとも１つの流れを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（ｖ）は、
（ｖ）前記フラッシュガス流を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流および少なくとも１つの冷却フラッシュ加温流を形成することをさらに含み、前記少なくとも１つのフラッシュ加温流が、前記予備冷却された第２の冷媒流の第１の部分を含み、前記少なくとも１つの冷却されたフラッシュ加温流が、前記予備冷却された第２の冷媒流の冷却された第１の部分を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
（ｘ）前記冷却された第２の冷媒流を膨張させて、膨張された第２の冷媒流を生成することと、
（ｙ）前記膨張された第２の冷媒流を前記主熱交換器内に導入して、ステップ（ｃ）のための冷却能力を提供することと、
（ｚ）ステップ（ｘ）を実施する前に、前記予備冷却された第２の冷媒流の前記冷却された第１の部分を前記冷却された第２の冷媒流と混合することと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ｇ）は、
（ｇ）前記フラッシュガス流を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流および少なくとも１つの冷却されたフラッシュ加温流を形成することをさらに含み、前記少なくとも１つのフラッシュ加温流が、前記凝縮された第１の冷媒流の第１の部分を含み、前記少なくとも１つの冷却されたフラッシュ加温流が、前記凝縮された冷媒流の冷却された第１の部分を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項２０】
（ｘ）ステップ（ｒ）を実施する前に、前記凝縮された冷媒流の前記冷却された第１の部分を前記第１の冷却され凝縮された冷媒流と混合することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
天然ガスを冷却、液化、および任意にサブクール状態にするための複数の液化システムが当分野において周知であり、例えば、単一混合冷媒（ＳＭＲ）サイクル、プロパン予備冷却された混合冷媒（Ｃ３ＭＲ）サイクル、二重混合冷媒（ＤＭＲ）サイクル、Ｃ３ＭＲ−窒素ハイブリッド（ＡＰ−Ｘ（商標）など）サイクル、窒素またはメタン膨張サイクル、およびカスケードサイクルがある。典型的には、かかるシステムにおいて、天然ガスは、１つ以上の冷媒との間接熱交換によって冷却、液化、かつ任意にサブクール状態にされる。混合冷媒、純粋成分、二相冷媒、ガス相冷媒などの様々な冷媒が用いられ得る。窒素、メタン、エタン／エチレン、プロパン、ブタン、およびペンタンの混合物である、混合冷媒（ＭＲ）が、多くのベースロード液化天然ガス（ＬＮＧ）プラントで使用されている。ＭＲ流の組成は、典型的には、供給ガス組成および動作条件に基づいて最適化される。
【０００２】
冷媒は、１つ以上の熱交換器および冷媒圧縮システムを含む冷媒回路内で循環される。冷媒回路は、閉ループまたは開ループであり得る。天然ガスは、熱交換器内の冷媒との間接熱交換による１つ以上の冷媒回路内での間接熱交換によって冷却、液化、および／またはサブクール状態にされる。
【０００３】
冷媒圧縮システムは、循環冷媒を圧縮および冷却するための圧縮シーケンスと、圧縮機を駆動するために必要とされる動力を提供する駆動アセンブリと、を含む。予備冷却された液化システムについて、駆動アセンブリおよび圧縮シーケンス内の駆動装置の数および種類は、予備冷却システムおよび液化システムに必要とされる動力比率に影響を与える。冷媒圧縮システムは、天然ガスを冷却、液化、および任意にサブクール状態にするために必要な加熱能力を提供する低温の低圧冷媒流を生成すべく、冷媒が膨張前に高圧に圧縮され冷却される必要があるため、液化システムの重要な構成要素である。
【０００４】
ＤＭＲプロセスは、２つの混合冷媒流を含み、一方が供給天然ガスを予備冷却するものであり、もう一方が予備冷却された天然ガスを液化するためのものである。２つの混合冷媒流は、２つの冷媒回路、予備冷却システム内の予備冷却冷媒回路、および液化システム内の液化冷媒回路を通過する。各冷媒回路において、冷媒流は、天然ガス供給流を冷却および液化するために必要な冷却能力を提供しつつ、蒸発される。冷媒流が単一圧力レベルで蒸発されるとき、システムおよびプロセスは、「単一圧力」と呼ばれる。冷媒流が２つ以上の圧力レベルで蒸発されるとき、システムおよびプロセスは、「複数の圧力」と呼ばれる。図１を参照すると、先行技術のＤＭＲプロセスが冷却および液化システム１００に示される。本明細書に説明されるＤＭＲプロセスは、単一圧力液化システムおよび２つの圧力レベルを有する複数の圧力予備冷却システムを含む。しかしながら、任意の数の圧力レベルが提示されてもよい。好ましくは天然ガスである供給流は、水、ＣＯ２およびＨ２Ｓなどの酸性ガス、および水銀などの他の汚染物質を除去するために、前処理区分（図示せず）で既知の方法によって洗浄および乾燥され、結果として前処理された供給流１０２を生じる。本質的に水を含まない前処理された供給流１０２は、予備冷却システム１３４内で予備冷却されて、第２の予備冷却された天然ガス流１０６を生成し、主極低温熱交換器（ＭＣＨＥ）１６４内でさらに冷却、液化、および／またはサブクール状態にされて、第１のＬＮＧ流１０８を生成する。第１のＬＮＧ流１０８は、典型的には、それをＬＮＧ圧力降下装置１１１に通過させることによって圧力降下されて、減圧されたＬＮＧ流１０３を生成し、これが、その後、フラッシュドラム１０７に送られて、フラッシュガス流１０９および第２のＬＮＧ流１０５を生成する。第２のＬＮＧ流１０５は、貯蔵圧力まで降下され、ＬＮＧ貯蔵タンク（図示せず）に送られ得る。貯蔵タンク内で生成されたフラッシュガス流１０９および任意の蒸発ガス（ＢＯＧ）は、プラント内で燃料として使用されてもよく、および／またはフレアに送られてもよい。
【０００５】
前処理された供給流１０２は、第１の予備冷却熱交換器１６０内で冷却されて、第１の予備冷却された天然ガス流１０４を生成する。第１の予備冷却された天然ガス流１０４は、第２の予備冷却熱交換器１６２内で冷却されて、第２の予備冷却された天然ガス流１０６を生成する。第２の予備冷却された天然ガス流１０６は、液化され、続いてサブクール状態にされて、セ氏約−１７０度〜セ氏約−１２０度、好ましくはセ氏約−１７０度〜セ氏約−１４０度の温度の第１のＬＮＧ流１０８を生成する。図１に示すＭＣＨＥ１６４は、２つの管束である、高温束１６６および低温束１６７を有するコイル巻き熱交換器である。しかしながら、任意の数の束および任意の交換器の種類が利用されてもよい。図１は、予備冷却回路内の２つの予備冷却熱交換器および２つの圧力レベルを示したが、任意の数の予備冷却熱交換器および圧力レベルが利用されてもよい。予備冷却熱交換器は、図１でコイル巻き熱交換器であるように示される。しかしながら、それらは、プレートおよびフィン熱交換器、シェルおよび管熱交換器、または天然ガスの予備冷却に適切な任意の他の熱交換器であってもよい。
【０００６】
「本質的に水を含まない」という用語は、前処理された供給流１０２内の任意の残留水が、下流の冷却および液化プロセス内で水凍結と関連する動作上の問題を防止するために十分に低い濃度で存在することを意味する。本明細書で説明される実施形態において、水濃度は、好ましくは１．０ｐｐｍ以下、より好ましくは０．１ｐｐｍ〜０．５ｐｐｍである。
【０００７】
ＤＭＲプロセス内で使用される予備冷却冷媒は、本明細書では高温混合冷媒（ＷＭＲ）または「第１の冷媒」と呼ばれる混合冷媒（ＭＲ）であり、窒素、メタン、エタン／エチレン、プロパン、ブタン、および他の炭化水素成分などの成分を含む。図１に例示されるように、低圧ＷＭＲ流１１０は、第２の予備冷却熱交換器１６２のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機１１２の第１の圧縮ステージ１１２Ａ内で圧縮される。中圧ＷＭＲ流１１８は、第１の予備冷却熱交換器１６０のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機１１２内に副流として導入され、これは、第１の圧縮ステージ１１２Ａからの圧縮された流れ（図示せず）と混合する。混合流（図示せず）は、ＷＭＲ圧縮機１１２の第２のＷＭＲ圧縮ステージ１１２Ｂ内で圧縮されて、圧縮されたＷＭＲ流１１４を生成する。低圧ＷＭＲ流１１０および中圧ＷＭＲ流１１８内に存在する任意の液体は、気液分離装置（図示せず）内で除去される。
【０００８】
圧縮されたＷＭＲ流１１４は、冷却され、好ましくはＷＭＲ後段冷却器１１５内で凝縮され、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流１１６を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器１６０内に導入されて、管回路内でさらに冷却されて、第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流１２０を生成する。第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流１２０は、２つの部分、第１の部分１２２および第２の部分１２４に分割される。第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流の第１の部分１２２は、第１のＷＭＲ膨張装置１２６内で膨張されて、第１の膨張されたＷＭＲ流１２８を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器１６０のシェル側に導入されて、冷却能力を提供する。第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流の第２の部分１２４は、第２の予備冷却熱交換器１６２内に導入されてさらに冷却され、その後、第２のＷＭＲ膨張装置１３０内で膨張されて、第２の膨張されたＷＭＲ流１３２を生成し、これは、第２の予備冷却熱交換器１６２のシェル側に導入されて、冷却能力を提供する。ＷＭＲが予備冷却熱交換器から取り出された後にＷＭＲを圧縮および冷却するプロセスは、本明細書ではＷＭＲ圧縮シーケンスと概して呼ばれる。
【０００９】
図１は、圧縮ステージ１１２Ａおよび１１２Ｂが単一の圧縮機本体内で実施されることを示すが、それらは、２つ以上の別個の圧縮機内で実施されてもよい。さらに、中間冷却熱交換器がステージ間に提供されてもよい。ＷＭＲ圧縮機１１２は、遠心分離タイプ、軸タイプ、正変位タイプ、または任意の他の圧縮機タイプなどの任意の種類の圧縮機であり得る。
【００１０】
ＤＭＲプロセスにおいて、液化およびサブクール状態化は、予備冷却された天然ガスを、本明細書では低温混合冷媒（ＣＭＲ）または「第２の冷媒」と呼ばれる第２の混合冷媒流に対して熱交換することによって実施される。
【００１１】
高温低圧ＣＭＲ流１４０は、ＭＣＨＥ１６４のシェル側の高温端から取り出され、吸引ドラム（図示せず）を通して送られて、任意の液体に分離され、蒸気流は、ＣＭＲ圧縮機１４１内で圧縮されて、圧縮されたＣＭＲ流１４２を生成する。高温低圧ＣＭＲ流１４０は、典型的には、ＷＭＲ予備冷却温度またはその近傍の温度、好ましくはセ氏約−３０度未満の温度、かつ１０ｂａｒａ（１４５ｐｓｉａ）未満の圧力で取り出される。圧縮されたＣＭＲ流１４２は、ＣＭＲ後段冷却器１４３内で冷却されて、圧縮され冷却されたＣＭＲ流１４４を生成する。追加の相分離器、圧縮機、および後段冷却器が存在してもよい。ＣＭＲがＭＣＨＥ１６４のおよび高温端から取り出された後にＣＭＲを圧縮冷却するプロセスは、本明細書ではＣＭＲ圧縮シーケンスと概して呼ばれる。
【００１２】
圧縮され冷却されたＣＭＲ流１４４は、その後、予備冷却システム１３４内で蒸発ＷＭＲに対して冷却される。圧縮され冷却されたＣＭＲ流１４４は、第１の予備冷却熱交換器１６０内で冷却されて、第１の予備冷却されたＣＭＲ流１４６を生成し、その後、第２の予備冷却熱交換器１６２内で冷却されて、第２の予備冷却されたＣＭＲ流１４８を生成し、これは、予備冷却温度およびＣＭＲ流の組成に応じて完全に凝縮され得るか、二相であり得る。ＣＭＲ流１４８は、その後、液化システム１６５内で液化および／またはサブクール状態にされる。図１は、第２の予備冷却されたＣＭＲ流１４８が、二相であり、かつＣＭＲ相分離器１５０に送られて、ＣＭＲ液体（ＣＭＲＬ）流１５２およびＣＭＲ蒸気（ＣＭＲＶ）流１５１を生成し、この両方がＭＣＨＥ１６４に送り戻されて、さらに冷却される構成を示す。相分離器を出る液体流は、工業的にＭＲＬと呼ばれ、相分離器を出る蒸気流は、それらがその後に液化された後でも、工業的にＭＲＶと呼ばれる。
【００１３】
ＣＭＲＬ流１５２およびＣＭＲＶ流１５１の両方は、ＭＣＨＥ１６４の２つの分離回路内で冷却される。ＣＭＲＬ流１５２は、ＭＣＨＥ１６４の高温束１６６内で冷却され、結果としてＣＭＲＬ膨張装置１５３にわたって圧力降下される低温流をもたらして、膨張ＣＭＲＬ流１５４を生成し、これは、ＭＣＨＥ１６４のシェル側に送り戻されて、高温束１６６内で必要とされる冷却を提供する。ＣＭＲＶ流１５１は、高温束１６６内で冷却され、続いてＭＣＨＥ１６４の低温束１６７内で、その後、ＣＭＲＶ膨張装置１５５にわたって圧力が低減されて、ＭＣＨＥ１６４に導入される膨張ＣＭＲＶ流１５６を生成して、低温束１６７および高温束１６６内で必要とされる冷却を提供する。
【００１４】
ＭＣＨＥ１６４および予備冷却熱交換器１６０は、コイル巻き熱交換器、プレートおよびフィン熱交換器、またはシェルおよび管熱交換器などの、天然ガスの冷却および液化に適切な任意の交換器であり得る。コイル巻き熱交換器は、天然ガスの液化のための最新式の交換器であり、プロセスおよび高温冷媒流を流すための複数の渦巻管と、低温冷媒流を流すためのシェル空間と、を備える少なくとも１つの管束を含む。
【００１５】
図１に示される構成において、第１の予備冷却熱交換器１６０の低温端は、セ氏２０度未満、好ましくはセ氏約１０度未満、より好ましくはセ氏約０度未満の温度である。第２の予備冷却熱交換器１６２の低温端は、セ氏１０度未満、好ましくはセ氏約０度未満、より好ましくはセ氏約−３０度未満の温度である。それゆえに、第２の予備冷却熱交換器は、第１の予備冷却熱交換器よりも低い温度である。
【００１６】
混合冷媒サイクルの重要な利点は、混合冷媒流の組成が、熱交換器中の冷却曲線および出口温度を調節して、プロセス効率を向上するように最適化され得ることである。これは、冷却プロセスの様々なステージについての冷媒流の組成を調節することによって達成され得る。例えば、高濃度のエタンおよびより重い成分を含む混合冷媒は、予備冷却冷媒として良く適しており、一方で高濃度のメタンおよび窒素を含む混合冷媒は、サブクール冷媒として良く適する。
【００１７】
図１に示される構成において、第１の予備冷却熱交換器に冷却能力を提供する第１の膨張ＷＭＲ流１２８の組成は、第２の予備冷却熱交換器１６２に冷却能力を提供する第２の膨張ＷＭＲ流１３２の組成と同一である。第１および第２の予備冷却熱交換器が異なる温度まで冷却を行うため、両方の交換器に同一の冷媒組成を使用することは非効率である。さらに、非効率性は、３つ以上の予備冷却熱交換器によって増大する。
【００１８】
低下した効率は、同一量のＬＮＧを生成するために必要とされる動力の増加をもたらす。低下した効率は、固定量の利用可能な予備冷却駆動動力で全体としてより高温の予備冷却温度をさらに結果としてもたらす。これは、冷却負荷を予備冷却システムから液化システムに移し、ＭＣＨＥをより大きくし、液化動力負荷を増加させ、これは、資本コストおよび実施可能性の見地から望ましくないものであり得る。
【００１９】
この問題を解決するための１つの手法は、予備冷却の各ステージに対して２つの別個の閉ループ冷媒回路を有することである。これは、第１の予備冷却熱交換器１６０および第２の予備冷却熱交換器１６２のための別個の混合冷媒回路を必要とすることになる。これは、２つの冷媒流の組成が独立的に最適化されることを可能にし、それゆえに効率が改善することになる。しかしながら、この手法は、各予備冷却熱交換器に対して別個の圧縮システムを必要とすることになり、これは、増加した資本コスト、設置面積、および動作上の複雑さをもたらすことになり、望ましいものではない。
【００２０】
図１に示される構成に伴う別の問題は、予備冷却システムおよび液化システムによって必要とされる動力が等しくない場合があり、動力を提供するために異なる数の駆動装置を必要とすることである。多くの場合、液化システムは、達成可能である典型的な予備冷却温度によって予備冷却システムよりも高い動力要件を有する。一部の場合において、予備冷却システム駆動装置と液化システム駆動装置との間で５０対５０の動力分割を達成することが望まれ得る。
【００２１】
それゆえに、予備冷却システムの動力要件と液化システムの動力要件との間でより平衡であることを提供し、かつ両方のシステムの効率を改善し、一方で資本コスト、設置面積または動作上の複雑さの増大を回避する、天然ガスを液化するための改善されたシステムに対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【００２２】
この発明の概要は、発明を実施するための形態において以下にさらに説明される概念の選択を簡略化された形式で導入するために提供される。この発明の概要は、特許請求の範囲に記載された対象の重要な特徴または本質的特徴を識別することを意図しておらず、特許請求の範囲に記載された対象の範囲を限定するように使用されることも意図していない。
【００２３】
一部の実施形態は、以下に説明され、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、ＬＮＧ液化プロセスの予備冷却部分に対する改善を含む。一部の実施形態は、予備冷却部分で複数の予備冷却熱交換器区分を使用し、かつ予備冷却熱交換区分に対する冷却能力を異なる圧力で圧力システム内に提供するために使用される冷媒の流れを導入することによって当分野における必要性を満たす。一部の実施形態は、中間冷却され、かつ圧縮システムの圧縮ステージ間で分離される冷媒の流れの液体部分を導くことによって当分野における必要性を満たす。
【００２４】
システムおよび方法のいくつかの態様が以下に概説される。
【００２５】
態様１：方法であって、
（ａ）炭化水素流体を含む炭化水素供給流（２０２）、第２の混合冷媒を含む第２の冷媒供給流（２４４）、および第１の混合冷媒を含む少なくとも１つの第１の冷媒流（２１６）を、予備冷却サブシステムの複数の熱交換区分の各々内で第１の混合冷媒に対する間接熱交換によって冷却して、予備冷却された炭化水素流（２０６）、少なくとも部分的に凝縮される予備冷却された第２の冷媒流（２４８）、および複数の蒸発された第１の冷媒流（２１０、２１８）を生成することであって、予備冷却サブシステムが、複数の熱交換区分および圧縮サブシステムを備える、冷却することと、
（ｂ）第１の入口圧力で第１の予備冷却熱交換区分に第１の入口流（２７５）、および第１の入口圧力よりも高い第２の入口圧力で第１の予備冷却熱交換区分（２６０）に第２の入口流（２１６）を供給することであって、第１および第２の入口流の各々が、第１の混合冷媒を含み、第１の混合冷媒が、第１の入口流内で第１の入口組成、および第２の入口流内で第２の入口組成を有し、第１の入口組成が、第２の入口組成とは異なる、供給することと、
（ｃ）第１の出口圧力および第１の出口組成で第１の予備冷却熱交換区分から第１の蒸発された第１の冷媒流（２１８）、ならびに第１の出口圧力よりも低い第２の出口圧力および第２の出口組成で第２の予備冷却熱交換区分から第２の蒸発された第１の冷媒流（２１０）を取り出すことであって、第１および第２の蒸発された第１の冷媒流の各々が、複数の蒸発された第１の冷媒流のうちの１つを含む、取り出すことと、
（ｄ）予備冷却された炭化水素流（２０６）を、第２の混合冷媒に対する間接熱交換によって主熱交換器（２６４）内で少なくとも部分的に液化して、第１の液化炭化水素温度の第１の液化炭化水素流（２０８）を生成することであって、第２の冷媒が、第１の入口組成、第２の入口組成、第１の出口組成、および第２の出口組成とは異なる第２の冷媒組成を有する、生成することと、
（ｅ）第１の液化炭化水素流（２０８）を膨張させて、減圧された第１の液化炭化水素流（２０３）を形成することと、
（ｆ）減圧された第１の液化炭化水素流（２０３）を、フラッシュガス流（２０９）と、第１の液化炭化水素温度未満である第２の液化炭化水素温度の第２の液化炭化水素流（２０５）とに分離することと、
（ｇ）フラッシュガス流（２０９）の少なくとも一部分を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流（２８５）を形成することと、
（ｈ）ステップ（ａ）を実施する前に、再循環流（２８５）の少なくとも第１の部分を炭化水素供給流（２０２）と混合することと、を含む、方法。
【００２６】
態様２：第２の入口圧力は、第１の入口圧力よりも少なくとも５ｂａｒａ高い、態様１に記載の方法。
【００２７】
態様３：第２の入口圧力は、第１の入口圧力よりも少なくとも１０ｂａｒａ高い、態様１に記載の方法。
【００２８】
態様４：第１の入口流組成は、７５モル％未満のエタンおよび軽質炭化水素を有し、第２の入口流組成は、４０モル％超のエタンおよび軽質炭化水素を有する、態様１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【００２９】
態様５：第１の入口流組成は、６０モル％未満のエタンおよび軽質炭化水素を有し、第２の入口流組成は、６０モル％超のエタンおよび軽質炭化水素を有する、態様１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【００３０】
態様６：第２の出口圧力は、第１の出口圧力よりも少なくとも２ｂａｒａ低い、態様１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【００３１】
態様７：
（ｉ）ステップ（ｇ）を実施した後、かつステップ（ｈ）を実施する前に、再循環流を圧縮および冷却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。
【００３２】
態様８：ステップ（ｆ）は、
（ｆ）減圧された第１の液化炭化水素流を、フラッシュガス流と、第１の液化炭化水素温度未満である第２の液化炭化水素温度の第２の液化炭化水素流とに分離することを含み、減圧された第１の液化炭化水素流が、第１の流量を有し、フラッシュガス流が、第１の流量の３０％未満である第２の流量を有する、態様１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【００３３】
態様９：ステップ（ｇ）は、
（ｇ）フラッシュガス流の少なくとも一部分を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流を形成することを含み、少なくとも１つのフラッシュ加温流は、第１の混合冷媒の一部分を含む、態様１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【００３４】
態様１０：ステップ（ｇ）は、
（ｇ）フラッシュガス流の少なくとも一部分を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流を形成することを含み、少なくとも１つのフラッシュ加温流は、第２の混合冷媒の一部分を含む、態様１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【００３５】
態様１１：ステップ（ｄ）は、
（ｄ）予備冷却された炭化水素流を、第２の混合冷媒に対する間接熱交換によって主熱交換器内で少なくとも部分的に液化して、第１の液化炭化水素温度の第１の液化炭化水素流を生成することであって、第２の冷媒が、第１の入口組成、第２の入口組成、第１の出口組成、および第２の出口組成とは異なる第２の冷媒組成を有する、生成することをさらに含み、主熱交換器が、コイル巻き熱交換器である、態様１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【００３６】
態様１２：ステップ（ｄ）は、
（ｄ）予備冷却された炭化水素流を、第２の混合冷媒に対する間接熱交換によって主熱交換器内で少なくとも部分的に液化して、第１の液化炭化水素温度の第１の液化炭化水素流を生成することであって、第２の冷媒が、第１の入口組成、第２の入口組成、第１の出口組成、および第２の出口組成とは異なる第２の冷媒組成を有する、生成することをさらに含み、主熱交換器が、１つのみの束を有するコイル巻き熱交換器である、態様１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【００３７】
態様１３：第２の冷媒組成は、２０％超のエタンよりも軽量の成分を含む、態様１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【００３８】
態様１４：第２の冷媒組成は、４０％超のエタンよりも軽量の成分を含む、態様１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【００３９】
態様１５：ステップ（ａ）は、
（ａ）炭化水素流体を含む炭化水素供給流、第２の混合冷媒を含む第２の冷媒供給流、および第１の混合冷媒を含む少なくとも１つの第１の冷媒流を、予備冷却サブシステムの複数の熱交換区分の各々内で第１の混合冷媒に対する間接熱交換によって冷却して、予備冷却された炭化水素流、完全に凝縮される予備冷却された第２の冷媒流、および複数の蒸発された第１の冷媒流を生成することであって、予備冷却サブシステムが、複数の熱交換区分および圧縮サブシステムを備える、生成することを含む、態様１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【００４０】
態様１６：
（ｊ）圧縮サブシステムの圧縮ステージから予備冷却冷媒流を除去することであって、予備冷却冷媒流が、２０％未満のエタンよりも軽量の成分からなる、除去することと、
（ｋ）予備冷却冷媒流を第１の蒸気冷媒流と第１の入口流とに分離することと、をさらに含む、態様１〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【００４１】
態様１７：
（ｊ）圧縮サブシステムの圧縮ステージから予備冷却冷媒流を除去することであって、予備冷却冷媒流が、５％未満のエタンよりも軽量の成分からなる、除去することと、
（ｋ）予備冷却冷媒流を第１の蒸気冷媒流と第１の入口流とに分離することと、をさらに含む、態様１〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【００４２】
態様１８：
（ｌ）（１）予備冷却炭化水素温度、（２）第１の液化炭化水素温度、および（３）フラッシュガス流量の群から選択された少なくとも１つのパラメータを調節して、液化所要動力に対する予備冷却所要動力の、０．２〜０．７である第１の所望比率を達成することをさらに含む、態様１〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【００４３】
態様１９：
（ｌ）（１）予備冷却炭化水素温度、（２）第１の液化炭化水素温度、および（３）フラッシュガス流量の群から選択された少なくとも１つのパラメータを調節して、液化所要動力に対する予備冷却所要動力の、０．３〜０．６である第１の所望比率を達成することをさらに含む、態様１〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【００４４】
態様２０：
（ｌ）（１）予備冷却炭化水素温度、（２）第１の液化炭化水素温度、および（３）フラッシュガス流量の群から選択された少なくとも１つのパラメータを調節して、液化所要動力に対する予備冷却所要動力の、０．４５〜０．５５である第１の所望比率を達成することをさらに含む、態様１〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【００４５】
態様２１：炭化水素流体を含む炭化水素供給流、および第２の冷媒を含む第２の冷媒供給流を、予備冷却サブシステムの複数の熱交換区分の各々内で第１の冷媒による間接熱交換によって冷却し、かつ主熱交換器内で炭化水素供給流を少なくとも部分的に液化する方法であって、予備冷却サブシステムが、複数の熱交換区分および圧縮サブシステムを備え、方法は、
（ａ）炭化水素供給流および第２の冷媒供給流を、複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｂ）炭化水素供給流および第２の冷媒供給流を、複数の熱交換区分の各々内で冷却して、予備冷却された炭化水素流および少なくとも部分的に凝縮されている予備冷却された第２の冷媒流を生成することと、
（ｃ）主熱交換器内で第２の冷媒に対して、予備冷却された炭化水素流および予備冷却された第２の冷媒流をさらに冷却および少なくとも部分的に液化して、第１の液化炭化水素流および冷却された第２の冷媒流を生成することと、
（ｄ）複数の熱交換区分のうちの最も低温の熱交換区分から低圧の第１の冷媒流を取り出し、低圧の第１の冷媒流を、圧縮サブシステムの少なくとも１つの圧縮ステージ内で圧縮することと、
（ｅ）複数の熱交換区分のうちの第１の熱交換区分（これは、最も高温の熱交換区分と同一であってもよく、異なってもよい）から中圧の第１の冷媒流を取り出すことであって、第１の熱交換区分が、最も低温の熱交換区分よりも高温である、取り出すことと、
（ｆ）ステップ（ｄ）および（ｅ）が実施された後、低圧の第１の冷媒流と中圧の第１の冷媒流とを混合して、混合された第１の冷媒流を生成することと、
（ｇ）圧縮システムから、高高圧の第１の冷媒流を取り出すことと、
（ｈ）高高圧の第１の冷媒流を、少なくとも１つの冷却ユニット内で冷却および少なくとも部分的に凝縮して、冷却された高高圧の第１の冷媒流を生成することと、
（ｉ）冷却された高高圧の第１の冷媒流を第１の気液分離装置内に導入して、第１の蒸気冷媒流および第１の液体冷媒流を生成することと、
（ｊ）第１の液体冷媒流を、複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｋ）第１の液体冷媒流を、複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内で冷却して、第１の冷却された液体冷媒流を生成することと、
（ｌ）第１の冷却された液体冷媒流の少なくとも一部分を膨張させて、第１の膨張された冷媒流を生成することと、
（ｍ）第１の膨張された冷媒流を最も高温の熱交換区分内に導入して、ステップ（ｂ）の冷却の第１の部分を提供するために冷却能力を提供することと、
（ｎ）ステップ（ｉ）の第１の蒸気冷媒流の少なくとも一部分を少なくとも１つの圧縮ステージ内で圧縮することと、
（ｏ）圧縮された第１の冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニット内で冷却および凝縮して、凝縮された第１の冷媒流を生成することであって、少なくとも１つの冷却ユニットが、ステップ（ｎ）の少なくとも１つの圧縮ステージの下流にあり、かつそれと流体流連通している、生成することと、
（ｐ）凝縮された第１の冷媒流を、複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ｑ）凝縮された第１の冷媒流を第１の熱交換区分および最も低温の熱交換区分内で冷却して、第１の冷却され凝縮された冷媒流を生成することと、
（ｒ）第１の冷却され凝縮された冷媒流を膨張させて、第２の膨張された冷媒流を生成することと、
（ｓ）第２の膨張された冷媒流を最も低温の熱交換区分内に導入して、ステップ（ｂ）の冷却の第２の部分を提供するために冷却能力を提供することと、
（ｔ）第１の液化炭化水素流を膨張させて、減圧された第１の液化炭化水素流を形成することと、
（ｕ）減圧された第１の液化炭化水素流を、フラッシュガス流と第２の液化炭化水素流とに分離することと、
（ｖ）フラッシュガス流の少なくとも一部分を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流を形成することと、
（ｗ）ステップ（ａ）を実施する前に、再循環流の少なくとも第１の部分を炭化水素供給流と混合することと、を含む、方法。
【００４６】
態様２２：予備冷却された第２の冷媒流は、ステップ（ｂ）の後に完全に凝縮される、態様２１に記載の方法。
【００４７】
態様２３：
（ｘ）ステップ（ｇ）の前に、第１の中間冷媒流を圧縮システムから取り出すことと、
（ｙ）第１の中間冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニット内で冷却して、冷却された第１の中間冷媒流を生成し、ステップ（ｇ）の前に、冷却された第１の中間冷媒流を圧縮システム内に導入することと、をさらに含む、態様２１または２２に記載の方法。
【００４８】
態様２４：
（ｘ）高圧の第１の冷媒流を複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分から取り出すことと、
（ｙ）ステップ（ｇ）の前に、高圧の第１の冷媒流を圧縮システム内に導入することと、をさらに含む、態様２１または２２に記載の方法。
【００４９】
態様２５：
（ｚ）高圧の第１の冷媒流を、複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分から取り出すことと、
（ａａ）前記高圧の第１の冷媒流を前記冷却された第１の中間冷媒流と混合して、混合された第１の中間冷媒流を形成し、ステップ（ｇ）の前に、前記混合された第１の中間冷媒流を前記圧縮システム内に導入することと、をさらに含む、態様２３に記載の方法。
【００５０】
態様２６：ステップ（ｎ）は、
（ｎ）第２の中間冷媒流を圧縮システムから取り出し、前記第２の中間冷媒流を少なくとも１つの冷却ユニット内で冷却して、冷却された第２の中間冷媒流を生成することをさらに含む、態様２１〜２５のいずれか１つに記載の方法。
【００５１】
態様２７：
（ａｂ）冷却された第２の中間冷媒流を第２の気液分離装置内に導入して、第２の蒸気冷媒流および第２の液体冷媒流を生成することと、
（ａｃ）第２の液体冷媒流を、複数の熱交換区分のうちの最も高温の熱交換区分内に導入することと、
（ａｄ）ステップ（ｏ）の圧縮された第１の冷媒流を生成する前に、第２の蒸気冷媒流を圧縮システムの少なくとも１つの圧縮ステージ内で圧縮することと、をさらに含む、態様２６に記載の方法。
【００５２】
態様２８：
（ａｅ）ステップ（ｖ）の後、かつステップ（ｗ）の前に、再循環流を圧縮および冷却することをさらに含む、態様２１〜２７のいずれか１つに記載の方法。
【００５３】
態様２９：ステップ（ｖ）は、
（ｖ）フラッシュガス流を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流および少なくとも１つの冷却されたフラッシュ加温流を形成することをさらに含み、少なくとも１つのフラッシュ加温流が、予備冷却サブシステムおよび液化サブシステムの群から選択された１つから取り出された少なくとも１つの流れを含む、態様２１〜２８のいずれか１つに記載の方法。
【００５４】
態様３０：ステップ（ｖ）は、
（ｖ）フラッシュガス流を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流および少なくとも１つの冷却フラッシュ加温流を形成することをさらに含み、少なくとも１つのフラッシュ加温流が、予備冷却された第２の冷媒流の第１の部分を含み、少なくとも１つの冷却されたフラッシュ加温流が、予備冷却された第２の冷媒流の冷却された第１の部分を含む、態様２１〜２８のいずれか１つに記載の方法。
【００５５】
態様３１：第１の部分は、予備冷却された第２の冷媒流の２０モル％未満である、態様３０に記載の方法。
【００５６】
態様３２：
（ａｆ）冷却された第２の冷媒流を膨張させて、膨張された第２の冷媒流を生成することと、
（ａｇ）膨張された第２の冷媒流を主熱交換器内に導入して、ステップ（ｃ）のための冷却能力を提供することと、
（ａｈ）ステップ（ａｆ）を実施する前に、予備冷却された第２の冷媒流の冷却された第１の部分を冷却された第２の冷媒流と混合することと、をさらに含む、態様３０に記載の方法。
【００５７】
態様３３：ステップ（ｖ）は、
（ｖ）フラッシュガス流を、少なくとも１つのフラッシュ加温流に対する間接熱交換によって加温して、再循環流および少なくとも１つの冷却されたフラッシュ加温流を形成することをさらに含み、少なくとも１つのフラッシュ加温流が、凝縮された第１の冷媒流の第１の部分を含み、少なくとも１つの冷却されたフラッシュ加温流が、凝縮された冷媒流の冷却された第１の部分を含む、態様２１〜３１のいずれか１つに記載の方法。
【００５８】
態様３４：
（ａｉ）ステップ（ｒ）を実施する前に、凝縮された冷媒流の冷却された第１の部分を第１の冷却され凝縮された冷媒流と混合することをさらに含む、態様３３に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
例示的な実施形態は、同様の数字が同様の要素を表す添付の図面と併せて以下に説明される。
【００６０】
【図１】図１は、先行技術による、ＤＭＲシステムの概略フロー図である。
【００６１】
【図２】図２は、第１の例示的な実施形態による、ＤＭＲシステムの予備冷却システムの概略フロー図である。
【００６２】
【図３】図３は、第２の例示的な実施形態による、ＤＭＲシステムの予備冷却システムの概略フロー図である。
【００６３】
【図４】図４は、第３の例示的な実施形態による、ＤＭＲシステムの予備冷却システムの概略フロー図である。
【００６４】
【図５】図５は、第４の例示的な実施形態による、ＤＭＲシステムの予備冷却システムの概略フロー図である。
【００６５】
【図６】図６は、第５の例示的な実施形態による、ＤＭＲシステムの予備冷却システムの概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
続く、発明を実施するための形態は、好ましい例示的な実施形態を提供するのみであり、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。むしろ、好ましい例示的な実施形態の以下の発明を実施するための形態は、当業者に、好ましい例示的な実施形態の実施を可能にする説明を提供する。様々な変更が、その概念および範囲から逸脱することなく、要素の機能および構成で行われ得る。
【００６７】
図面と関連して本明細書に導入される参照番号は、他の特徴についての文脈を提供するために、本明細書内に追加的な説明を伴うことなく、１つ以上の後続の図で繰り返され得る。図において、他の実施形態のものと同様の要素は、参照番号に１００を加えた値によって表される。例えば、図２の実施形態と関連するフラッシュドラム２０７は、図３の実施形態と関連するフラッシュドラム３０７に対応する。かかる要素は、特に明記しない限り、または本明細書で図示されない限り、同一の機能および特徴を有するとみなされるべきであり、かかる要素の論述は、それゆえに複数の実施形態に対して繰り返されない場合がある。
【００６８】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「流体流連通」という用語は、液体、蒸気、および／または二相混合物が、直接または間接のいずれか一方で制御された様式（即ち、漏れずに）で、構成要素間で移送されることを可能にする、２つ以上の構成要素間の接続性の性質を意味する。２つ以上の構成要素が互いに流体流連通しているように２つ以上の構成要素を連結することは、溶接、フランジ導管、ガスケット、およびボルトなどの使用によるなどの、当分野で既知の任意の適切な方法を含み得る。２つ以上の構成要素はまた、それらを分離し得るシステムの他の構成要素、例えば、バルブ、ゲート、または流体流を選択的に遮断もしくは導通させ得る他の装置を介して共に連結され得る。
【００６９】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「導管」という用語は、流体がシステムの２つ以上の構成要素間で移送され得るように通る１つ以上の構造体を意味する。例えば、導管は、液体、蒸気、および／またはガスを移送するパイプ、ダクト、通路、およびそれらの組み合わせを含み得る。
【００７０】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「天然ガス」という用語は、主にメタンからなる炭化水素ガス混合物を意味する。
【００７１】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「炭化水素ガス」または「炭化水素流体」という用語は、少なくとも１つの炭化水素を含むガス／流体を意味し、炭化水素が、ガス／流体の組成全体の少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％、含まれる。
【００７２】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「混合冷媒」（ＭＲ）という用語は、少なくとも２つの炭化水素を含む流体を意味し、炭化水素が、冷媒の組成全体の少なくとも８０％、含まれる。
【００７３】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「重質炭化水素」という用語は、少なくともエタンと同程度に重い分子量を有する炭化水素を意味する。
【００７４】
「束」および「管束」という用語は、本出願内で交換可能に使用され、同義語であることが意図される。
【００７５】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「周囲流体」という用語は、周囲圧力および周囲温度またはその近傍でシステムに提供される流体を意味する。
【００７６】
特許請求の範囲において、文字が、特許請求の範囲の方法ステップを識別するために使用され得る（例えば、（ａ）、（ｂ）、および（ａａ））。これらの文字は、方法ステップの参照を補助するために使用され、特許請求の範囲のステップが実施される順序を示すことを意図せず、かかる順序が特許請求の範囲に具体的に列挙されている場合はその限りである。
【００７７】
方向を示す用語が、本明細書および特許請求の範囲で使用され得る（例えば、上、下、左、右など）。これらの方向を示す用語は、単に例示的な実施形態を説明することの補助を意図したものであり、それらの範囲を限定することを意図しない。本明細書において使用される「上流」という用語は、基準点からの導管内の流体の流れの方向と反対である方向を意味することを意図する。同様に、「下流」という用語は、基準点からの導管内の流体の流れの方向と同一である方向を意味することを意図する。
【００７８】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「高高」、「高」、「中」、「低」、および「低低」は、これらの用語が使用される要素の特性の相対値を表現することを意図する。例えば、高高圧流は、本出願で説明されるかまたは特許請求の範囲である、対応する高圧流、中圧流または低圧流よりも高い圧力を有する流れを示すことを意図する。同様に、高圧流は、本出願で説明されるかまたは特許請求の範囲である、対応する中圧流または低圧流よりも高いが、本出願で説明されるかまたは特許請求の範囲である、対応する高高圧流よりも低い圧力を有する流れを示すことを意図する。同様に、中圧流は、本出願で説明されるかまたは特許請求の範囲である、対応する低圧流よりも高いが、本出願で説明されるかまたは特許請求の範囲である、対応する高圧流よりも低い圧力を有する流れを示すことを意図する。
【００７９】
本明細書に別段の記載がない限り、本明細書、図面、および特許請求の範囲において識別される任意かつ全ての百分率は、モル百分率基準であると理解されるべきである。本明細書で別段の記載がない限り、本明細書、図面、および特許請求の範囲において識別される任意かつ全ての圧力は、ゲージ圧力を意味すると理解されるべきである。
【００８０】
本明細書において使用される「寒剤」または「寒剤流体」という用語は、セ氏−７０度よりも低い温度を有する液体、ガス、または混合相流体を意味することを意図する。寒剤の例としては、液体窒素（ＬＩＮ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液体ヘリウム、液体二酸化炭素、および加圧混合相寒剤（例えば、ＬＩＮおよび気体窒素の混合物）が挙げられる。本明細書において使用される「極低温度」という用語は、セ氏−７０度未満の温度を意味することを意図する。
【００８１】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「熱交換区分」という用語は、高温端および低温端を有すると定義され、別個の低温冷媒流（大気以外）が、熱交換区分の低温端で導入され、高温の第１の冷媒流が、熱交換区分の高温端から取り出される。複数の熱交換区分は、任意に、単一または複数の熱交換器内に収容され得る。シェルおよび管熱交換器またはコイル巻き熱交換器の場合、複数の熱交換区分は、単一シェル内に収容され得る。
【００８２】
本明細書および特許請求の範囲で使用される、熱交換区分の「温度」は、その熱交換区分からの炭化水素流の出口温度によって定義される。例えば、熱交換区分に関して使用されるとき、「最も高温」、「より高温」、「最も低温」、および「より低温」という用語は、他の熱交換区分の炭化水素流の出口温度に対するその熱交換区分からの炭化水素流の出口温度を表す。例えば、最も高温の熱交換区分は、いかなる他の熱交換区内の炭化水素流出口温度よりも高い炭化水素流出口温度を有する熱交換区分を示すことを意図する。
【００８３】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「圧縮システム」という用語は、１つ以上の圧縮ステージとして定義される。例えば、圧縮システムは、単一圧縮機内の複数の圧縮ステージを備え得る。代替例において、圧縮システムは、複数の圧縮機を備え得る。
【００８４】
別段の記載がない限り、流れをある位置に導入することは、実質的にその流れの全てをその位置に導入することを意味ように意図される。本明細書に論じられ、かつ図面に示される全ての流れ（典型的には、通常動作中の流体流の全体的な方向を示す矢印を含む線によって表される）は、対応する導管内に収容されると理解されるべきである。各導管は、少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口を有すると理解されるべきである。さらに、各装置は、少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口を有すると理解されるべきである。
【００８５】
表１は、説明される実施形態の理解に対する補助として明細書および図面全体を通して用いられる頭字語のリストを定義する。
【表１】
2019066165.tif 000003
【００８６】
システムおよび方法が、圧縮された混合冷媒流を冷却すること、および冷却され圧縮された混合冷媒流を蒸気部分と液体部分とに分離することを含む、複数の圧力レベルを含む混合冷媒予備冷却システムを有する天然ガス液化プロセスの能力および効率を向上するために本明細書に説明される。液体部分は、第１の予備冷却熱交換器に冷却能力を提供する。蒸気部分は、さらに圧縮、冷却、かつ凝縮され、第２の予備冷却熱交換器に冷却能力を提供するために使用される。さらに、システムおよび方法は、予備冷却された天然ガスを液化してＬＮＧ流を生成することと、ＬＮＧ流の圧力を低下させてフラッシュガス流を生成することと、フラッシュガス流の少なくとも一部分を第１の予備冷却熱交換器の吸引管に再循環させることと、を含む。
【００８７】
図２は、第１の例示的な実施形態を示す。簡略化のために、図２および後続の図において、予備冷却システム２３４のみが詳細に示され、液化システムは、簡略化された様式で示される。図１の液化システム１６５の詳細は、後続の図のいずれにも適用可能である。
【００８８】
低圧ＷＭＲ流２１０（第２の蒸発された第１の冷媒流とも呼ばれる）は、第２の予備冷却熱交換器２６２のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機２１２の第１の圧縮ステージ２１２Ａ内で圧縮される。中圧ＷＭＲ流２１８（第１の蒸発された第１の冷媒流とも呼ばれる）は、第１の予備冷却熱交換器２６０のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機２１２内に副流として導入され、これは、第１の圧縮ステージ２１２Ａからの圧縮された流れ（図示せず）と混合する。さらに、第１圧縮ステージ２１２Ａからの圧縮された流れは、中圧ＷＭＲ流２１８と混合する前に周囲に対して冷却され得る。混合流（図示せず）は、ＷＭＲ圧縮機２１２の第２のＷＭＲ圧縮ステージ２１２Ｂ内で圧縮されて高高圧ＷＭＲ流２７０を生成する。低圧ＷＭＲ流２１０および中圧ＷＭＲ流２１８内に存在する任意の液体は、ＷＭＲ圧縮機２１２内への導入前に気液分離装置（図示せず）内で除去される。
【００８９】
高高圧ＷＭＲ流２７０は、５ｂａｒａ〜４０ｂａｒａ、好ましくは１５ｂａｒａ〜３０ｂａｒａの圧力であり得る。高高圧ＷＭＲ流２７０は、ＷＭＲ圧縮機２１２から取り出され、高高圧ＷＭＲ中間冷却器２７１内で冷却されて部分的に凝縮され、冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２を生成する。高高圧ＷＭＲ中間冷却器２７１は、空気または水を使用する周囲冷却器などの任意の適切な種類の冷却ユニットであり得、１つ以上の熱交換器を備え得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２は、０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６の蒸気分率を有し得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２は、第１のＷＭＲ気液分離装置２７３で相分離されて、第１のＷＭＲＶ流２７４および第１のＷＭＲＬ流２７５を生成する。
【００９０】
第１のＷＭＲＬ流２７５は、７５％未満のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは７０％未満のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％未満のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＶ流２７４は、４０％超のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは５０％超のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％超のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＬ流２７５は、第１の予備冷却熱交換器２６０内に導入されて、管回路内で冷却され、第１のさらに冷却されたＷＭＲ流２３６（冷却された液体冷媒流とも呼ばれる）を生成し、これは、第１のＷＭＲ膨張装置２２６（圧力降下装置とも呼ばれる）内で膨張されて、第１の予備冷却熱交換器２６０に冷却能力を提供する第１の膨張ＷＭＲ流２２８を生成する。適切な膨張装置の例としては、ジュールトムソン（Ｊ−Ｔ）バルブおよびタービンが挙げられる。
【００９１】
第１のＷＭＲＶ流２７４は、ＷＭＲ圧縮機２１２の中に導入されて、ＷＭＲ圧縮機２１２の第３のＷＭＲ圧縮ステージ２１２Ｃ内で圧縮され、圧縮されたＷＭＲ流２１４を生成する。圧縮されたＷＭＲ流２１４は、冷却され、好ましくはＷＭＲ後段冷却器２１５内で凝縮され、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６（圧縮された第１の冷媒流または第２の入口流とも呼ばれる）を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器２６０内に導入されて、管回路内でさらに冷却されて、第１の予備冷却されたＷＭＲ流２１７を生成する。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６の分子組成は、第１のＷＭＲＶ流２７４のものと同一である。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６の一部分は、ＷＭＲ流２１６ａ（フラッシュ加温流とも呼ばれる）の一部分として予備冷却システム２３４から除去され、フラッシュガス交換器２８４内で冷却されてＷＭＲ流の冷却された部分２１６ｂを生成し、これが、第２のＷＭＲ膨張装置２３０もしくは第１のＷＭＲ膨張装置２２６または任意の他の適切な位置内での膨張から上流の予備冷却システム２３４に戻され得る。ＷＭＲ流２１６ａの一部分は、好ましくは、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６の約２０モル％未満であり、好ましくは第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６の２モル％〜１０モル％である。
【００９２】
第１の予備冷却されたＷＭＲ流２１７は、第２の予備冷却熱交換器２６２内に導入されて、管回路内でさらに冷却され、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流２３７を生成する。第２のさらに冷却されたＷＭＲ流２３７は、第２のＷＭＲ膨張装置２３０（圧力降下装置とも呼ばれる）内で膨張されて、第２の膨張ＷＭＲ流２３２を生成し、これが、第２の予備冷却熱交換器２６２のシェル側に導入されて、冷却能力を提供する。
【００９３】
第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６は、完全に凝縮されてもよく、または部分的に凝縮されてもよい。好ましい実施形態において、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６は、完全に凝縮される。冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２は、２０％未満のエタンよりも軽量の成分、好ましくは１０％未満のエタンよりも軽量の成分、より好ましくは５％未満のエタンよりも軽量の成分を含み得、「予備冷却冷媒組成」と呼ばれる。それゆえに、非常に高圧に圧縮する必要なく、圧縮されたＷＭＲ流２１４を完全に凝縮して、完全に凝縮された第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６を生成することが可能である。圧縮されたＷＭＲ流２１４は、３００ｐｓｉａ（２１ｂａｒａ）〜６００ｐｓｉａ（４１ｂａｒａ）の圧力、好ましくは４００ｐｓｉａ（２８ｂａｒａ）〜５００ｐｓｉａ（３５ｂａｒａ）の圧力であり得る。第２の予備冷却熱交換器２６２が、天然ガスを完全に液化するために使用される液化熱交換器である場合、冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２は、より高濃度の窒素およびメタンを有することになり、それゆえに、圧縮されたＷＭＲ流２１４の圧力は、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６が完全に凝縮されるために、より高い必要がある。これが達成可能ではないため、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６は、完全に凝縮されず、別個に液化される必要があり得る顕著な蒸気濃度を含有することになる。
【００９４】
前処理された供給流２０２（特許請求の範囲では炭化水素供給流と呼ばれる）は、再循環流２８９と混合されて、混合供給流２０１を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器２６０内で冷却されて、セ氏２０度未満、好ましくはセ氏約１０度未満、より好ましくはセ氏約０度未満の温度の第１の予備冷却された天然ガス流２０４を生成する。当分野で既知であるように、供給流２０２は、好ましくは、水分と、酸性ガス、水銀、および他の汚染物質などの他の不純物とを除去するように前処理されている。第１の予備冷却された天然ガス流２０４は、第２の予備冷却熱交換器２６２で冷却されて、周囲温度、天然ガス供給組成および圧力に応じて、セ氏１０度未満、好ましくはセ氏約０度未満、より好ましくはセ氏約−３０度未満の温度の第２の予備冷却された天然ガス流２０６を生成する。第２の予備冷却された天然ガス流２０６は、部分的に凝縮され得る。
【００９５】
圧縮され冷却されたＣＭＲ流２４４（第２の冷媒供給流とも呼ばれる）は、第１の予備冷却熱交換器２６０内で冷却されて、第１の予備冷却されたＣＭＲ流２４６を生成する。圧縮され冷却されたＣＭＲ流２４４は、２０％超のエタンよりも軽量の成分、好ましくは３０％超のエタンよりも軽量の成分、より好ましくは４０％超のエタンよりも軽量の成分を含み得、「液化冷媒組成」と呼ばれる。第１の予備冷却されたＣＭＲ流２４６は、第２の予備冷却熱交換器２６２内で冷却されて、第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８（予備冷却された第２の冷媒流とも呼ばれる）を生成する。
【００９６】
第２の予備冷却された天然ガス流２０６および第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８は、液化システムに送られる。第２の予備冷却された天然ガス流は、ＭＣＨＥ２６４内で液化かつ任意にサブクール状態にされて、セ氏約−１６０度〜セ氏約−７０度、好ましくはセ氏約−１５０度〜セ氏約−１００度の温度の第１のＬＮＧ流２０８（特許請求の範囲では液化炭化水素流と呼ばれる）を生成する。第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８は、好ましくはＭＣＨＥ２６４内で完全に凝縮され、かつサブクール状態にされ、低温ＣＭＲ流を結果として生じ、これは、ＣＭＲＬ膨張装置２５３にわたって圧力が降下されて、膨張ＣＭＲＬ流２５４を生成し、これは、ＭＣＨＥ２６４のシェル側に送り戻されて、必要な冷却を提供する。ＭＣＨＥ２６４は、単一束交換器として示されるが、複数の束または交換器が使用されてもよい。さらに、第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８は、二相であってもよく、それは、図１に示されるように、それを気相と液相とに分離し、かつＭＣＨＥ内の別個の冷却回路、および別個の膨張装置を利用するために、有益であり得る。
【００９７】
高温低圧ＣＭＲ流２４０は、ＭＣＨＥ２６４のシェル側の高温端から取り出され、吸引ドラム（図示せず）を通して送られて、任意の液体に分離され、蒸気流は、ＣＭＲ圧縮機２４１内で圧縮されて、圧縮されたＣＭＲ流２４２を生成する。高温低圧ＣＭＲ流２２０は、典型的には、ＷＭＲ予備冷却温度またはその近傍の温度、好ましくはセ氏約−３０度未満の温度、かつ１０ｂａｒａ（１４５ｐｓｉａ）未満の圧力で取り出される。圧縮されたＣＭＲ流２４２は、ＣＭＲ後段冷却器２４３内で、典型的には周囲に対して冷却されて、圧縮され冷却されたＣＭＲ流２４４を生成する。追加の相分離器、圧縮機、および後段冷却器が存在してもよい。圧縮され冷却されたＣＭＲ流２４４は、その後、第１の予備冷却熱交換器２６０内に導入される。
【００９８】
第１のＬＮＧ流２０８は、それをＬＮＧ圧力降下装置２１１に通過させることによって圧力降下されて、減圧されたＬＮＧ流２０３を生成し、これが、その後、フラッシュドラム２０７に送られて、フラッシュガス流２０９および第２のＬＮＧ流２０５を生成する。減圧されたＬＮＧ流２０３の圧力は、約２０ｂａｒａ未満、好ましくは約１０ｂａｒａ未満、より好ましくは約５ｂａｒａ未満の圧力であり得る。第１のＬＮＧ流の温度および減圧されたＬＮＧ流２０３の圧力に応じて、フラッシュガス流２０９の流量が変化し得る。典型的には、より低温の第１のＬＮＧ流および／またはより高圧の減圧されたＬＮＧ流２０３は、より低いフラッシュガス流２０９の流量をもたらすことになる。フラッシュガス流２０９の流量は、減圧されたＬＮＧ流２０３の流量の約３０％未満、好ましくは減圧されたＬＮＧ流２０３の流量の約２０％未満の流量であり得る。第２のＬＮＧ流２０５は、貯蔵圧力まで降下され、ＬＮＧ貯蔵タンク（図示せず）に送られ得る。フラッシュガス流２０９もまた、貯蔵タンク内で生成された任意の蒸発ガス（ＢＯＧ）を含み得る。フラッシュガス流２０９は、フラッシュガス交換器２８４内で加温されて、加温されたフラッシュガス流２８５を生成し得る。加温されたフラッシュガス流２８５は、フラッシュガス圧縮機２８６内で圧縮されて、圧縮されたフラッシュガス流２８７を生成し、これは、フラッシュガス冷却器２８８内で冷却されて、再循環流２８９、および任意に、設備内で燃料として使用される燃料ガス流２８９ａを生成し得る。フラッシュガス圧縮機２８６は、好ましくは、電気モータなどの別個の専用駆動装置２３９によって駆動される。燃料ガス流２８９ａの流量は、フラッシュガス流２０９の流量の約３０％未満、好ましくはフラッシュガス流２０９の流量の約２０％未満の流量であり得る。再循環流２８９は、再循環流混合点２４５で前処理された供給流２０２と混合される。代替的実施形態において、再循環流２８９は、前処理された供給流２０２と混合されなくてもよく、予備冷却システムおよび液化システム内で別個の専用回路を通して冷却および液化されてもよい。
【００９９】
ＣＭＲ流の一部分２４８ａは、第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８からなどの、任意の位置で液化システム２６５から除去され得る。ＣＭＲ流（フラッシュ加温流とも呼ばれる）の一部分２４８ａは、好ましくは第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８の約２０モル％未満であり、好ましくは第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８の５モル％〜１５モル％の間である。ＣＭＲ流の一部分２４８ａは、フラッシュガス流２０９に対して冷却されて、ＣＭＲ流の冷却された部分２４８ｂ（冷却されたフラッシュ加温流とも呼ばれる）を生成し、これは、ＣＭＲＬ膨張装置２５３の上流などの適切な位置で液化システム２６５に戻され得る。ＷＭＲ流の一部分２１６ａもまた、フラッシュガス流２０９に対して冷却されて、ＷＭＲ流の冷却された部分（冷却されたフラッシュ加温流とも呼ばれる）を生成する。
【０１００】
図２は、予備冷却回路内の２つの予備冷却熱交換器および２つの圧力レベルを示したが、任意の数の予備冷却熱交換器および圧力レベルが利用されてもよい。予備冷却熱交換器は、図２でコイル巻き熱交換器であるように示される。しかしながら、それらは、プレートおよびフィン熱交換器、シェルおよび管熱交換器、または天然ガスの予備冷却に適切な任意の他の熱交換器であってもよい。さらに、熱交換器は、付加製造および３次元プリンティングを含む、任意の方法によって製造され得る。
【０１０１】
図２の２つの予備冷却熱交換器（２６０、２６２）は、単一熱交換器内の２つの熱交換区分であり得る。これに代えて、２つの予備冷却熱交換器は、各々１つ以上の熱交換区分を有する、２つの熱交換器であってもよい。
【０１０２】
任意に、第１の予備冷却されたＷＭＲ流２１７の一部分は、第１のＷＭＲ膨張デバイス２２６内での膨張前に第１のさらに冷却されたＷＭＲ流２３６と混合されて、追加の冷却を第１の予備冷却熱交換器２６０に提供し得る（破線２１７ａで示される）。
【０１０３】
図２は、３つの圧縮ステージを示すが、任意の数の圧縮ステージが実施され得る。さらに、圧縮ステージ２１２Ａ、２１２Ｂ、および２１２Ｃは、単一圧縮機本体の一部であってもよく、または複数の別個の圧縮機であってもよい。加えて、中間冷却熱交換器が、ステージ間に提供されてもよい。ＷＭＲ圧縮機２１２、ＣＭＲ圧縮機２４１、および／またはフラッシュガス圧縮機２８６は、遠心分離タイプ、軸タイプ、正変位タイプ、または任意の他の圧縮機タイプなどの任意の種類の圧縮機であってもよく、任意に中間冷却を有する任意の数のステージを含んでもよい。
【０１０４】
図２に示される実施形態において、最も高温の熱交換区分は、第１の予備冷却熱交換器２６０であり、最も低温の熱交換区分は、第２の予備冷却熱交換器２６２である。
【０１０５】
好ましい実施形態において、第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８は、完全に凝縮され得、図１のＣＭＲ相分離器１５０および図１のＣＭＲＶ膨張デバイス１５５の必要性を排除する。本実施形態において、図１の主極低温熱交換器１６４は、２つの高温供給流、第２の予備冷却された天然ガス流２０６および第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８を含む単一束熱交換器であり得る。
【０１０６】
図２に示される構成の利点は、ＷＭＲ冷媒流が２つの部分である、重質炭化水素を含む第１のＷＭＲＬ流２７５とより軽量な成分を含む第１のＷＭＲＶ流２７４とに分割されることである。第１の予備冷却熱交換器２６０は、第１のＷＭＲＬ流２７５を使用して冷却され、第２の予備冷却熱交換器２６２は、第１のＷＭＲＶ流２７４を使用して冷却される。第１の予備冷却熱交換器２６０が、第２の予備冷却熱交換器２６２よりも高温に冷却されるため、ＷＭＲ内の重質炭化水素が第１の予備冷却熱交換器２６０内で必要とされ、一方でＷＭＲ内の軽質炭化水素が第２の予備冷却熱交換器２６２内でより深い冷却を提供するために必要とされる。それゆえに、図２に示される構成は、改善されたプロセス効率をもたらし、さらにそれゆえに、同一量の予備冷却能力のための予備冷却動力要件を低下させる。固定された予備冷却動力および供給流量において、それは、より低温の予備冷却温度を可能にする。この構成はまた、冷却負荷を液化システムから予備冷却システムに移すことを可能にし、それによって、液化システム内の動力要件を低下させ、ＭＣＨＥのサイズを低減させる。さらに、ＷＭＲ圧縮機２１２の様々な圧縮ステージでのＷＭＲ組成および圧力は、冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２内で最適蒸気分率を結果としてもたらすように最適化され得、プロセス効率のさらなる改善をもたらす。好ましい実施形態において、ＷＭＲ圧縮機２１２の３つの圧縮ステージ（２１２Ａ、２１２Ｂ、および２１２Ｃ）は、単一圧縮機本体内で実施され、それによって、資本コスト化を最小にする。
【０１０７】
図２の構成は、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６よりも高い割合の重質炭化水素をモル基準で有する第１のＷＭＲＬ流２７５（第１の入口流とも称される）の組成物を結果としてもたらす。加えて、第１のＷＭＲＬ流２７５の圧力は、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６の圧力よりも低い。好ましくは、第１のＷＭＲＬ流２７５の圧力は、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６の圧力よりも少なくとも５ｂａｒａ低く、好ましくは第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６の圧力よりも１０ｂａｒａ低い。同様に、図２の構成はまた、中圧ＷＭＲ流２１８の圧力よりも低い低圧ＷＭＲ流２１０の圧力を結果としてもたらす。好ましくは、低圧ＷＭＲ流２１０の圧力は、中圧ＷＭＲ流２１８の圧力よりも少なくとも２ｂａｒａ低い。
【０１０８】
加えて、図２に示される実施形態は、第１のＬＮＧ流２０８の温度が、同一ＬＮＧ製品温度（即ち、第２のＬＮＧ流２０５の温度）について先行技術よりも高温であることを可能にする。これは、先行技術のシステムよりも多量のフラッシュガスが生成されることによる。液化能力およびサブクール能力が低減され、設備に対する全体の動力要件を低下させる。それゆえに、実施形態は、予備冷却システムおよび液化システムに対する動力要件を平衡させることを可能にし、好ましい実施形態において、予備冷却システムと液化システムとの間の５０対５０の動力分割を結果としてもたらす。
【０１０９】
さらに、図２の実施形態は、設備内で燃やす供給ガスの必要性を最小にし、それゆえに、焼失される供給ガス量を低下させる。これは、プラント全体の効率を向上させ、設備をより環境配慮的にし、これは、先行技術プロセスに勝る価値のある改善である。
【０１１０】
図３は、第２の例示的な実施形態を示す。低圧ＷＭＲ流３１０は、低圧ＷＭＲ圧縮機３１２内で圧縮されて、第１の高圧ＷＭＲ流３１３を生成する。中圧ＷＭＲ流３１８は、中圧ＷＭＲ圧縮機３２１内で圧縮されて、第２の高圧ＷＭＲ流３２３を生成する。第１の高圧ＷＭＲ流３１３および第２の高圧ＷＭＲ流３２３は、混合されて５ｂａｒａ〜２５ｂａｒａ、好ましくは１０ｂａｒａ〜２０ｂａｒａの圧力で高高圧ＷＭＲ流３７０を生成する。高高圧ＷＭＲ流３７０は、高高圧ＷＭＲ中間冷却器３７１内で冷却されて、冷却された高高圧ＷＭＲ流３７２を生成する。高高圧ＷＭＲ中間冷却器３７１は、空気または水に対して冷却を行う周囲冷却器であり得、複数の熱交換器を備え得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流３７２は、０．３〜０．９、好ましくは０．４〜０．８、より好ましくは０．４５〜０．６の蒸気分率を有し得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流３７２は、２０％未満のエタンよりも軽量の成分、好ましくは１０％未満のエタンよりも軽量の成分、より好ましくは５％未満のエタンよりも軽量の成分を含み得、「予備冷却冷媒組成」と呼ばれる。冷却された高高圧ＷＭＲ流３７２は、第１のＷＭＲ気液分離装置３７３で相分離されて、第１のＷＭＲＶ流３７４および第１のＷＭＲＬ流３７５を生成する。第１のＷＭＲＬ流３７５は、７５％未満のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは７０％未満のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％未満のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＶ流３７４は、４０％超のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは５０％超のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％超のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＬ流３７５は、第１の予備冷却熱交換器内に導入されて冷却され、第１のさらに冷却されたＷＭＲ流３３６を生成する。第１のさらに冷却されたＷＭＲ流３３６は、第１のＷＭＲ膨張装置３２６内で膨張されて、第１の予備冷却熱交換器３６０に冷却能力を提供する第１の膨張ＷＭＲ流３２８を生成する。
【０１１１】
第１のＷＭＲＶ流３７４は、高圧ＷＭＲ圧縮機３７６で圧縮されて、圧縮されたＷＭＲ流３１４を生成する。圧縮されたＷＭＲ流３１４は、ＷＭＲ後段冷却器３１５内で冷却され、かつ好ましくは凝縮されて、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流３１６を生成する。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流３１６の分子組成は、第１のＷＭＲＶ流３７４のものと同一である。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流３１６の一部分は、ＷＭＲ流の一部分３１６ａとして予備冷却システム３３４から除去され、フラッシュガス交換器３８４内で冷却されてＷＭＲ流の冷却された部分３１６ｂを生成し、これが、第２のＷＭＲ膨張装置３３０もしくは第１のＷＭＲ膨張装置３２６または任意の他の適切な位置内での膨張前に予備冷却システム３３４に戻され得る。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流３１６の残りは、第１の予備冷却熱交換器３６０内に導入されて、管回路内でさらに冷却され、第１の予備冷却されたＷＭＲ流３１７を生成する。第１の予備冷却されたＷＭＲ流３１７は、第２の予備冷却熱交換器３６２内に導入されて、管回路内でさらに冷却され、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流３３７を生成する。第２のさらに冷却されたＷＭＲ流３３７は、第２のＷＭＲ膨張装置３３０内で膨張されて、第２の膨張ＷＭＲ流３３２を生成し、これが、第２の予備冷却熱交換器３６２のシェル側に導入されて、冷却能力を提供する。
【０１１２】
低圧ＷＭＲ圧縮機３１２、中圧ＷＭＲ圧縮機３２１、および高圧ＷＭＲ圧縮機３７６は、任意に中間冷却熱交換器を含む複数の圧縮ステージを備え得る。高圧ＷＭＲ圧縮機３７６は、低圧ＷＭＲ圧縮機３１２または中圧ＷＭＲ圧縮機３２１と同一の圧縮機本体の一部であり得る。圧縮機は、遠心分離タイプ、軸タイプ、正変位タイプ、または任意の他の圧縮機タイプであり得る。さらに、高高圧ＷＭＲ流３７０を高高圧ＷＭＲ中間冷却器３７１内で冷却することに代えて、第１の高圧ＷＭＲ流３１３および第２の高圧ＷＭＲ流３２３は、別個の熱交換器（図示せず）内で個々に冷却されてもよい。第１のＷＭＲ気液分離装置３７３は、相分離器であり得る。代替的実施形態において、第１のＷＭＲ気液分離装置３７３は、カラム内に導入される適切な低温流を含む蒸留カラムまたは混合カラムであり得る。
【０１１３】
任意に、第１の予備冷却されたＷＭＲ流３１７の一部分は、第１のＷＭＲ膨張デバイス３２６内での膨張前に第１のさらに冷却されたＷＭＲ流３３６と混合されて、追加の冷却を第１の予備冷却熱交換器３６０に提供し得る（破線３１７ａで示される）。さらなる実施形態は、３つの予備冷却回路を含む図３の変形例である。本実施形態は、低圧ＷＭＲ圧縮機３１２および中圧ＷＭＲ圧縮機３２１に加えて、第３の圧縮機を含む。本実施形態において、予備冷却サブシステムの圧縮機３１２、３２１、３７６用の駆動装置は、それぞれ、駆動装置３３３ａ、３３３ｂ、および３３３ｃとして符号付けされる。
【０１１４】
前処理された供給流３０２（炭化水素供給流とも呼ばれる）は、再循環流３８９と混合されて、混合供給流３０１を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器３６０内で冷却されて、セ氏２０度未満、好ましくはセ氏約１０度未満、より好ましくはセ氏約０度未満の温度の第１の予備冷却された天然ガス流３０４を生成する。当分野で既知であるように、供給流３０２は、好ましくは、水分と、酸性ガス、水銀、および他の汚染物質などの他の不純物とを除去するように前処理されている。第１の予備冷却された天然ガス流３０４は、第２の予備冷却熱交換器３６２で冷却されて、周囲温度、天然ガス供給組成および圧力に応じて、セ氏１０度未満、好ましくはセ氏約０度未満、より好ましくはセ氏約−３０度未満の温度の第２の予備冷却された天然ガス流３０６を生成する。第２の予備冷却された天然ガス流３０６は、部分的に凝縮され得る。
【０１１５】
圧縮され冷却されたＣＭＲ流３４４（第２の冷媒供給流とも呼ばれる）は、第１の予備冷却熱交換器３６０内で冷却されて、第１の予備冷却されたＣＭＲ流３４６を生成する。圧縮され冷却されたＣＭＲ流３４４は、２０％超のエタンよりも軽量の成分、好ましくは３０％超のエタンよりも軽量の成分、より好ましくは４０％超のエタンよりも軽量の成分を含み得、「液化冷媒組成」と呼ばれる。第１の予備冷却されたＣＭＲ流３４６は、第２の予備冷却熱交換器３６２内で冷却されて、第２の予備冷却されたＣＭＲ流３４８（予備冷却された第２の冷媒流とも呼ばれる）を生成する。
【０１１６】
第２の予備冷却された天然ガス流３０６および第２の予備冷却されたＣＭＲ流３４８は、液化システム３６５に送られる。第２の予備冷却された天然ガス流は、ＭＣＨＥ３６４内で液化かつ任意にサブクール状態にされて、セ氏約−１６０度〜セ氏約−７０度、好ましくはセ氏約−１５０度〜セ氏約−１００度の温度の第１のＬＮＧ流３０８（特許請求の範囲では液化炭化水素流と呼ばれる）を生成する。第２の予備冷却されたＣＭＲ流３４８は、好ましくはＭＣＨＥ３６４内で完全に凝縮され、かつサブクール状態にされ、低温流を結果として生じ、これは、ＣＭＲＬ膨張装置３５３にわたって圧力が降下されて、膨張ＣＭＲＬ流３５４を生成し、これは、ＭＣＨＥ３６４のシェル側に送り戻されて、必要な冷却を提供する。ＭＣＨＥ３６４は、単一束交換器として示されるが、複数の束または交換器が使用されてもよい。さらに、第２の予備冷却されたＣＭＲ流３４８は、二相であってもよく、それは、図１に示されるように、それを気相と液相とに分離し、かつＭＣＨＥ内の別個の冷却回路、および別個の膨張装置を利用するために、有益であり得る。
【０１１７】
高温低圧ＣＭＲ流３４０は、ＭＣＨＥ３６４のシェル側の高温端から取り出され、吸引ドラム（図示せず）を通して送られて、任意の液体に分離され、蒸気流は、ＣＭＲ圧縮機３４１内で圧縮されて、圧縮されたＣＭＲ流３４２を生成する。高温低圧ＣＭＲ流３２０は、典型的には、ＷＭＲ予備冷却温度またはその近傍の温度、好ましくはセ氏約−３０度未満の温度、かつ１０ｂａｒａ（１４５ｐｓｉａ）未満の圧力で取り出される。圧縮されたＣＭＲ流３４２は、ＣＭＲ後段冷却器３４３内で、典型的には周囲空気に対して冷却されて、圧縮され冷却されたＣＭＲ流３４４を生成する。追加の相分離器、圧縮機、および後段冷却器が存在してもよい。圧縮され冷却されたＣＭＲ流３４４は、その後、第１の予備冷却熱交換器３６０内に導入される。
【０１１８】
第１のＬＮＧ流３０８は、それをＬＮＧ圧力降下装置３１１に通過させることによって圧力降下されて、減圧されたＬＮＧ流３０３を生成し、これが、その後、フラッシュドラム３０７に送られて、フラッシュガス流３０９および第２のＬＮＧ流３０５を生成する。第２のＬＮＧ流３０５は、貯蔵圧力まで降下され、ＬＮＧ貯蔵タンク（図示せず）に送られ得る。フラッシュガス流３０９もまた、貯蔵タンク内で生成された任意の蒸発ガス（ＢＯＧ）を含み得る。フラッシュガス流３０９は、フラッシュガス交換器３８４内で加温されて、加温されたフラッシュガス流３８５を生成し得る。加温されたフラッシュガス流３８５は、フラッシュガス圧縮機３８６内で圧縮されて、圧縮されたフラッシュガス流３８７を生成し、これは、フラッシュガス冷却器３８８内で冷却されて、再循環流３８９、および任意に、設備内で燃料として使用される燃料ガス流３８９ａを生成し得る。再循環流３８９は、前処理された供給流３０２と混合される。
【０１１９】
ＣＭＲ流の一部分３４８ａは、第２の予備冷却されたＣＭＲ流３４８からなどの、任意の位置で液化システム３６５から除去され得る。ＣＭＲ流の一部分３４８ａは、フラッシュガス流３０９に対して冷却されて、ＣＭＲ流の冷却された部分３４８ｂを生成し、これは、ＣＭＲＬ膨張装置３５３の上流などの適切な位置で液化システム３６５に戻され得る。ＷＭＲ流の一部分３１６ａもまた、フラッシュガス流３０９に対して冷却されて、ＷＭＲ流の冷却された部分３１６ｂを生成し得る。
【０１２０】
図３に示される実施形態において、最も高温の熱交換区分は、第１の予備冷却熱交換器３６０であり、最も低温の熱交換区分は、第２の予備冷却熱交換器３６２である。ＷＭＲ圧縮機３１２、ＣＭＲ圧縮機３４１、および／またはフラッシュガス圧縮機３８６は、遠心分離タイプ、軸タイプ、正変位タイプ、または任意の他の圧縮機タイプなどの任意の種類の圧縮機であってもよく、任意に中間冷却を有する任意の数のステージを含んでもよい。
【０１２１】
図２のように、好ましい実施形態において、第２の予備冷却されたＣＭＲ流３４８は、完全に凝縮され得、図１のＣＭＲ相分離器１５０および図１のＣＭＲＶ膨張デバイス１５５の必要性を排除する。本実施形態において、図１の主極低温熱交換器１６４は、２つの高温供給流、第２の予備冷却された天然ガス流３０６および第２の予備冷却されたＣＭＲ流３４８を含む単一束熱交換器であり得る。
【０１２２】
図２と同様に、図３に示される構成の利点は、ＷＭＲ冷媒流が２つの部分である、重質炭化水素を含む第１のＷＭＲＬ流３７５と軽質炭化水素を含む第１のＷＭＲＶ流３７４とに分割されることである。第１の予備冷却熱交換器３６０が、第２の予備冷却熱交換器３６２よりも高温に冷却されるため、ＷＭＲ内の重質炭化水素が第１の予備冷却熱交換器２６０内で必要とされ、一方でＷＭＲ内の軽質炭化水素が第２の予備冷却熱交換器２６２内でより深い冷却を提供するために必要とされる。それゆえに、図３に示される構成は、改善されたプロセス効率をもたらし、さらにそれゆえに、先行技術の図１と比較して、予備冷却動力要件を低下させる。この構成はまた、冷却負荷を液化システムから予備冷却システムに移すことを可能にし、それによって、液化システム内の動力要件を低下させ、ＭＣＨＥのサイズを低減させる。さらに、ＷＭＲ組成および圧力は、冷却された高高圧ＷＭＲ流３７２のための最適蒸気分率を結果としてもたらすように最適化され得、プロセス効率のさらなる改善をもたらす。
【０１２３】
加えて、図２と同様、図３に示される実施形態は、第１のＬＮＧ流３０８についての温度が、タンク内の第２のＬＮＧ流３０５の同一温度について先行技術よりも高温であることを可能にする。これは、先行技術の場合よりも多量のフラッシュガスが生成されることによる。それゆえに、液化能力およびサブクール能力が低減され、設備に対する全体の動力要件を低下させる。実施形態はまた、予備冷却システムおよび液化システムについてのほぼ等しい動力要件を可能にする。
【０１２４】
図３に示される構成の図２のものと比較した欠点は、ＷＭＲの並列圧縮によって少なくとも２つの圧縮機本体を必要とすることである。しかしながら、複数の圧縮機本体が存在しているシナリオで有益である。図３に示される実施形態において、低圧ＷＭＲ流３１０および中圧ＷＭＲ流３１８は、並列に圧縮され、これは、圧縮機サイズ制限が懸念されるシナリオで有益である。低圧ＷＭＲ圧縮機３１２および中圧ＷＭＲ圧縮機３２１は、独立して設計され得、異なる数のインペラ、圧力比率、および他の設計特性を有し得る。
【０１２５】
図４は、３つの圧力の予備冷却回路が提供される第３の実施形態を示す。低圧ＷＭＲ流４１９は、第３の予備冷却熱交換器４９７のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機４１２の第１の圧縮ステージ４１２Ａ内で圧縮される。中圧ＷＭＲ流４１０は、第２の予備冷却熱交換器４６２のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機４１２内に副流として導入され、これは、第１の圧縮ステージ４１２Ａからの圧縮された流れ（図示せず）と混合する。混合流（図示せず）は、ＷＭＲ圧縮機４１２の第２の圧縮ステージ４１２Ｂ内で圧縮されて、第１の中間ＷＭＲ流４２５を生成する。
【０１２６】
第１の中間ＷＭＲ流４２５は、ＷＭＲ圧縮機４１２から取り出され、かつ周囲冷却器であり得る高圧ＷＭＲ中間冷却器４２７内で冷却されて、冷却された第１の中間ＷＭＲ流４２９を生成する。高圧ＷＭＲ流４１８は、第１の予備冷却熱交換器４６０のシェル側の高温端から取り出され、かつ冷却された第１の中間ＷＭＲ流４２９と混合されて、混合高圧ＷＭＲ流４３１を生成する。低圧ＷＭＲ流４１９、中圧ＷＭＲ流４１０、高圧ＷＭＲ流４１８、および冷却された第１の中間ＷＭＲ流４２９内に存在する任意の液体は、気液分離装置（図示せず）内で除去される。代替的実施形態において、高圧ＷＭＲ流４１８は、例えば、ＷＭＲ圧縮機４１２に対する副流として、ＷＭＲ圧縮シーケンス内の任意の他の適切な位置で導入され得るか、またはＷＭＲ圧縮機４１２に対する任意の他の入口流と混合され得る。
【０１２７】
混合高圧ＷＭＲ流４３１は、ＷＭＲ圧縮機４１２内に導入され、かつＷＭＲ圧縮機４１２の第３のＷＭＲ圧縮ステージ４１２Ｃ内で圧縮されて、高高圧ＷＭＲ流４７０を生成する。高高圧ＷＭＲ流４７０は、５ｂａｒａ〜３５ｂａｒａ、好ましくは１５ｂａｒａ〜２５ｂａｒａの圧力であり得る。高高圧ＷＭＲ流４７０は、ＷＭＲ圧縮機４１２から取り出され、高高圧ＷＭＲ中間冷却器４７１内で冷却され、かつ部分的に凝縮されて、冷却された高高圧ＷＭＲ流４７２を生成する。高高圧ＷＭＲ中間冷却器４７１は、空気または水を使用する周囲冷却器であり得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流４７２は、０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６の蒸気分率を有し得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流４７２は、２０％未満のエタンよりも軽量の成分、好ましくは１０％未満のエタンよりも軽量の成分、より好ましくは５％未満のエタンよりも軽量の成分を含み得、「予備冷却冷媒組成」と呼ばれる。冷却された高高圧ＷＭＲ流４７２は、第１のＷＭＲ気液分離装置４７３で相分離されて、第１のＷＭＲＶ流４７４および第１のＷＭＲＬ流４７５を生成する。
【０１２８】
第１のＷＭＲＬ流４７５は、７５％未満のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは７０％未満のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％未満のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＶ流４７４は、４０％超のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは５０％超のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％超のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＬ流４７５は、第１の予備冷却熱交換器４６０内に導入されて冷却され、第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流４２０を生成し、これは、２つの部分、第１の部分４２２および第２の部分４２４に分割する。第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流４２０の第１の部分４２２は、第１のＷＭＲ膨張装置４２６内で膨張されて、第１の予備冷却熱交換器４６０に冷却能力を提供する第１の膨張されたＷＭＲ流４２８を生成する。第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流４２０の第２の部分４２４は、第２の予備冷却熱交換器４６２の管回路内でさらに冷却されて、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流４３７を生成する。第２のさらに冷却されたＷＭＲ流４３７は、第２のＷＭＲ膨張装置４３０内で膨張されて、第２の膨張ＷＭＲ流４３２を生成し、これが、第２の予備冷却熱交換器４６２のシェル側に導入されて、冷却能力を提供する。
【０１２９】
第１のＷＭＲＶ流４７４は、ＷＭＲ圧縮機４１２内に導入されて、第４のＷＭＲ圧縮ステージ４１２Ｄ内で圧縮されて、圧縮されたＷＭＲ流４１４を生成する。圧縮されたＷＭＲ流４１４は、ＷＭＲ後段冷却器４１５内で冷却され、かつ好ましくは凝縮されて、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流４１６を生成する。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流４１６の分子組成は、第１のＷＭＲＶ流４７４のものと同一である。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流４１６の一部分は、ＷＭＲ流の一部分４１６ａとして予備冷却システム４３４から除去され、フラッシュガス交換器４８４内で冷却されてＷＭＲ流の冷却された部分４１６ｂを生成し、これが、第３のＷＭＲ膨張デバイス４８２、第２のＷＭＲ膨張装置４３０、第１のＷＭＲ膨張装置４２６または任意の他の適切な位置内での膨張前に予備冷却システム４３４に戻され得る。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流４１６の残りは、第１の予備冷却熱交換器４６０内に導入されて、管回路内でさらに冷却され、第２の予備冷却されたＷＭＲ流４８０を生成し得る。第２の予備冷却されたＷＭＲ流４８０は、第２の予備冷却熱交換器４６２内に導入されてさらに冷却され、第３の予備冷却されたＷＭＲ流４８１を生成し、これは、第３の予備冷却熱交換器４９７内に導入されてさらに冷却され、第３のさらに冷却されたＷＭＲ流４３８を生成する。第３のさらに冷却されたＷＭＲ流４３８は、第３のＷＭＲ膨張装置４８２内で膨張されて、第３の膨張ＷＭＲ流４８３を生成し、これが、第３の予備冷却熱交換器４９７のシェル側に導入されて、冷却能力を提供する。
【０１３０】
任意に、第３の予備冷却されたＷＭＲ流４８１の一部分は、第２のＷＭＲ膨張装置４３０内での膨張前に第２のさらに冷却されたＷＭＲ流４３７と混合されて（破線４８１ａによって示される）、第２の予備冷却熱交換器４６２に追加の冷却を提供し得る。
【０１３１】
前処理された供給流４０２（炭化水素供給流とも呼ばれる）は、混合点４４５で再循環流４８９と混合されて、混合供給流４０１を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器４６０内で冷却されて第１の予備冷却された天然ガス流４０４を生成する。第１の予備冷却された天然ガス流４０４は、第２の予備冷却熱交換器４６２内で冷却されて第３の予備冷却された天然ガス流４９８を生成し、これは、第３の予備冷却熱交換器４９７内でさらに冷却されて第２の予備冷却された天然ガス流４０６を生成する。圧縮され冷却されたＣＭＲ流４４４は、第１の予備冷却熱交換器４６０内で冷却されて、第１の予備冷却されたＣＭＲ流４４６を生成する。圧縮され冷却されたＣＭＲ流４４４は、２０％超のエタンよりも軽量の成分、好ましくは３０％超のエタンよりも軽量の成分、より好ましくは４０％超のエタンよりも軽量の成分を含み得、「液化冷媒組成」と呼ばれる。第１の予備冷却されたＣＭＲ流４４６は、第２の予備冷却熱交換器４６２内で冷却されて第３の予備冷却されたＣＭＲ流４４７を生成し、これは、第３の予備冷却熱交換器４９７内でさらに冷却されて第２の予備冷却されたＣＭＲ流４４８を生成する。
【０１３２】
第２の予備冷却された天然ガス流４０６および第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８は、液化システム４６５に送られる。第２の予備冷却された天然ガス流は、ＭＣＨＥ４６４内で液化かつ任意にサブクール状態にされて、セ氏約−１６０度〜セ氏約−７０度、好ましくはセ氏約−１５０度〜セ氏約−１００度の温度の第１のＬＮＧ流４０８（特許請求の範囲では液化炭化水素流と呼ばれる）を生成する。第２の予備冷却されたＣＭＲ流４４８は、好ましくはＭＣＨＥ４６４内で完全に凝縮され、かつサブクール状態にされ、低温流を結果として生じ、これは、ＣＭＲＬ膨張装置４５３にわたって圧力が降下されて、膨張ＣＭＲＬ流４５４を生成し、これは、ＭＣＨＥ４６４のシェル側に送り戻されて、必要な冷却を提供する。ＭＣＨＥ４６４は、単一束交換器として示されるが、複数の束または交換器が使用されてもよい。さらに、第２の予備冷却されたＣＭＲ流４４８は、二相であってもよく、それは、図１に示されるように、それを気相と液相とに分離し、かつＭＣＨＥ内の別個の冷却回路、および別個の膨張装置を利用するために、有益であり得る。
【０１３３】
高温低圧ＣＭＲ流４４０は、ＭＣＨＥ４６４のシェル側の高温端から取り出され、吸引ドラム（図示せず）を通して送られて、任意の液体に分離され、蒸気流は、ＣＭＲ圧縮機４４１内で圧縮されて、圧縮されたＣＭＲ流４４２を生成する。高温低圧ＣＭＲ流４４０は、典型的には、ＷＭＲ予備冷却温度またはその近傍の温度、好ましくはセ氏約−３０度未満の温度、かつ１０ｂａｒａ（１４５ｐｓｉａ）未満の圧力で取り出される。圧縮されたＣＭＲ流４４２は、ＣＭＲ後段冷却器４４３内で、典型的には周囲空気に対して冷却されて、圧縮され冷却されたＣＭＲ流４４４を生成する。追加の相分離器、圧縮機、および後段冷却器が存在してもよい。圧縮され冷却されたＣＭＲ流４４４は、その後、第１の予備冷却熱交換器４６０内に導入される。
【０１３４】
第１のＬＮＧ流４０８は、それをＬＮＧ圧力降下装置４１１に通過させることによって圧力降下されて、減圧されたＬＮＧ流４０３を生成し、これが、その後、フラッシュドラム４０７に送られて、フラッシュガス流４０９および第２のＬＮＧ流４０５を生成する。第２のＬＮＧ流４０５は、貯蔵圧力まで降下され、ＬＮＧ貯蔵タンク（図示せず）に送られ得る。フラッシュガス流４０９もまた、貯蔵タンク内で生成された任意の蒸発ガス（ＢＯＧ）を含み得る。フラッシュガス流４０９は、フラッシュガス交換器４８４内で加温されて、加温されたフラッシュガス流４８５を生成し得る。加温されたフラッシュガス流４８５は、フラッシュガス圧縮機４８６内で圧縮されて、圧縮されたフラッシュガス流４８７を生成し、これは、フラッシュガス冷却器４８８内で冷却されて、再循環流４８９、および任意に、設備内で燃料として使用される燃料ガス流４８９ａを生成し得る。再循環流４８９は、前処理された供給流４０２と混合される。
【０１３５】
ＣＭＲ流の一部分４４８ａは、第２の予備冷却されたＣＭＲ流４４８からなどの、任意の位置で液化システム４６５から除去され得る。ＣＭＲ流の一部分４４８ａは、フラッシュガス流４０９に対して冷却されて、ＣＭＲ流の冷却された部分４４８ｂを生成し、これは、ＣＭＲＬ膨張装置４５３の上流などの適切な位置で液化システム４６５に戻され得る。ＷＭＲ流の一部分４１６ａもまた、フラッシュガス流４０９に対して冷却されて、ＷＭＲ流の冷却された部分４１６ｂを生成し得る。
【０１３６】
図４は、４つの圧縮ステージを示すが、任意の数の圧縮ステージが存在し得る。さらに、圧縮ステージは、単一の圧縮機本体の一部であってもよく、または任意に中間冷却を有する複数の別個の圧縮機であってもよい。ＷＭＲ圧縮機４１２、ＣＭＲ圧縮機４４１、および／またはフラッシュガス圧縮機４８６は、遠心分離タイプ、軸タイプ、正変位タイプ、または任意の他の圧縮機タイプなどの任意の種類の圧縮機であってもよく、任意に中間冷却を有する任意の数のステージを含んでもよい。
【０１３７】
好ましい実施形態において、第２の予備冷却されたＣＭＲ流４４８は、完全に凝縮され得、図１のＣＭＲ相分離器１５０および図１のＣＭＲＶ膨張デバイス１５５の必要性を排除する。本実施形態において、図１の主極低温熱交換器１６４は、２つの高温供給流、第２の予備冷却された天然ガス流４０６および第２の予備冷却されたＣＭＲ流４４８を含む単一束熱交換器であり得る。
【０１３８】
図４に示される実施形態において、最も高温の熱交換区分は、第１の予備冷却熱交換器４６０であり、最も低温の熱交換区分は、第３の予備冷却熱交換器４９７である。
【０１３９】
図４に示される実施形態は、図２に示される実施形態の利点の全てを有する。さらなる実施形態は、２つの予備冷却熱交換器のみを有する図４の変形例であり、それにより、第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流４２０全体が、第１の熱交換器に冷却を提供するために使用される。本実施形態は、追加の熱交換器の必要性を排除し、資本コストが低下する。
【０１４０】
図５は、第４の実施形態、かつ３つの予備冷却熱交換器を有する図４に示される実施形態の変形例を示す。低圧ＷＭＲ流５１９は、第３の予備冷却熱交換器５９７のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機５１２の第１の圧縮ステージ５１２Ａ内で圧縮される。中圧ＷＭＲ流５１０は、第２の予備冷却熱交換器５６２のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機５１２内に副流として導入され、これは、第１の圧縮ステージ５１２Ａからの圧縮された流れ（図示せず）と混合する。混合流（図示せず）は、ＷＭＲ圧縮機５１２の第２の圧縮ステージ５１２Ｂ内で圧縮されて、第１の中間ＷＭＲ流５２５を生成する。第１の中間ＷＭＲ流５２５は、周囲冷却器であり得る高圧ＷＭＲ中間冷却器５２７内で冷却されて、冷却された第１の中間ＷＭＲ流５２９を生成する。
【０１４１】
低圧ＷＭＲ流５１９、中圧ＷＭＲ流５１０、および高圧ＷＭＲ流５１８内に存在する任意の液体は、気液分離装置（図示せず）内で除去される。
【０１４２】
高圧ＷＭＲ流５１８は、第１の予備冷却熱交換器５６０のシェル側の高温端から取り出され、かつ冷却された第１の中間ＷＭＲ流５２９と混合されて、混合高圧ＷＭＲ流５３１を生成する。
【０１４３】
混合高圧ＷＭＲ流５３１は、ＷＭＲ圧縮機５１２内に導入され、かつＷＭＲ圧縮機５１２の第３のＷＭＲ圧縮ステージ５１２Ｃ内で圧縮されて、高高圧ＷＭＲ流５７０を生成する。高高圧ＷＭＲ流５７０は、５ｂａｒａ〜３５ｂａｒａ、好ましくは１０ｂａｒａ〜２５ｂａｒａの圧力であり得る。高高圧ＷＭＲ流５７０は、ＷＭＲ圧縮機５１２から取り出され、高高圧ＷＭＲ中間冷却器５７１内で冷却されて部分的に凝縮され、冷却された高高圧ＷＭＲ流５７２を生成する。高高圧ＷＭＲ中間冷却器５７１は、空気または水を使用する周囲冷却器であり得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流５７２は、０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６の蒸気分率を有し得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流５７２は、２０％未満のエタンよりも軽量の成分、好ましくは１０％未満のエタンよりも軽量の成分、より好ましくは５％未満のエタンよりも軽量の成分を含み得、「予備冷却冷媒組成」と呼ばれる。冷却された高高圧ＷＭＲ流５７２は、第１のＷＭＲ気液分離装置５７３で相分離されて、第１のＷＭＲＶ流５７４および第１のＷＭＲＬ流５７５を生成する。
【０１４４】
第１のＷＭＲＬ流５７５は、７５％未満のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは７０％未満のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％未満のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＶ流５７４は、４０％超のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは５０％超のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％超のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＬ流５７５は、第１の予備冷却熱交換器５６０内に導入されて管回路内で冷却され、第１のさらに冷却されたＷＭＲ流５３６を生成する。第１のさらに冷却されたＷＭＲ流５３６は、第１のＷＭＲ膨張装置５２６内で膨張されて、第１の膨張ＷＭＲ流５２８を生成する。第１の膨張ＷＭＲ流５２８は、第１の予備冷却熱交換器５６０に対する冷却能力を提供する。
【０１４５】
第１のＷＭＲＶ流５７４は、ＷＭＲ圧縮機５１２内に導入されて第４のＷＭＲ圧縮ステージ５１２Ｄ内で圧縮され、１０ｂａｒａ〜５０ｂａｒａ、好ましくは１５ｂａｒａ〜４５ｂａｒａの圧力の第２の中間ＷＭＲ流５９０を生成する。第２の中間ＷＭＲ流５９０は、ＷＭＲ圧縮機５１２から取り出され、かつ第１のＷＭＲＶ中間冷却器５９１内で冷却されて部分的に凝縮され、冷却された第２の中間ＷＭＲ流５９２を生成する。第１のＷＭＲＶ中間冷却器５９１は、空気または水に対して冷却する周囲冷却器であり得る。冷却された第２の中間ＷＭＲ流５９２は、０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６の蒸気分率を有し得る。冷却された第２の中間ＷＭＲ流５９２は、第２のＷＭＲ気液分離装置５９３で相分離されて、第２のＷＭＲＶ流５９４および第２のＷＭＲＬ流５９５を生成する。第２のＷＭＲＬ流５９５は、約４０％〜８０％のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは約５０％〜７５％のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％〜７０％のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。
【０１４６】
第２のＷＭＲＬ流５９５は、第１の予備冷却熱交換器５６０の管回路内で冷却されて、第１の予備冷却されたＷＭＲ流５１７を生成する。第１の予備冷却されたＷＭＲ流５１７は、第２の予備冷却熱交換器５６２の管回路内でさらに冷却されて、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流５３７を生成する。第２のさらに冷却されたＷＭＲ流５３７は、第２のＷＭＲ膨張装置５３０内で膨張されて、第２の予備冷却熱交換器５６２に冷却能力を提供する第２の膨張ＷＭＲ流５３２を生成する。代替的実施形態において、第１の予備冷却されたＷＭＲ流５１７の一部分は、追加の冷却を第１の予備冷却熱交換器５６０に提供するために、第１のＷＭＲ膨張デバイス５２６内での膨張前に第１のさらに冷却されたＷＭＲ流５３６と混合され得る。
【０１４７】
第２のＷＭＲＶ流５９４は、ＷＭＲ圧縮機５１２内に導入されて、第５のＷＭＲ圧縮ステージ５１２Ｅ内で圧縮されて、圧縮されたＷＭＲ流５１４を生成する。圧縮されたＷＭＲ流５１４は、ＷＭＲ後段冷却器５１５内で冷却され、かつ好ましくは凝縮されて、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流５１６を生成する。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流５１６は、４０％超のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは５０％超のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％超のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流５１６の一部分は、ＷＭＲ流の一部分５１６ａとして予備冷却システム５３４から除去され、フラッシュガス交換器５８４内で冷却されてＷＭＲ流の冷却された部分５１６ｂを生成し、これが、第３のＷＭＲ膨張デバイス５８２、第２のＷＭＲ膨張装置５３０、第１のＷＭＲ膨張装置５２６、または任意の他の適切な位置内での膨張前に予備冷却システム５３４に戻され得る。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流５１６の残りは、第１の予備冷却熱交換器５６０内に導入されて、管回路内でさらに冷却され、第２の予備冷却されたＷＭＲ流５８０を生成し得る。第２の冷却されたＷＭＲ流５８０は、第２の予備冷却熱交換器５６２内に導入されてさらに冷却され、第３の予備冷却されたＷＭＲ流５８１を生成し、これは、第３の予備冷却熱交換器５９７内に導入されてさらに冷却され、第３のさらに冷却されたＷＭＲ流５３８を生成する。第３のさらに冷却されたＷＭＲ流５３８は、第３のＷＭＲ膨張装置５８２内で膨張されて、第３の膨張ＷＭＲ流５８３を生成し、これが、第３の予備冷却熱交換器５９７のシェル側に導入されて、冷却能力を提供する。
【０１４８】
前処理された供給流５０２（特許請求の範囲では炭化水素供給流と呼ばれる）は、再循環流５８９と混合されて、混合供給流５０１を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器５６０内で冷却されて第１の予備冷却された天然ガス流５０４を生成する。第１の予備冷却された天然ガス流５０４は、第２の予備冷却熱交換器５６２内で冷却されて第３の予備冷却された天然ガス流５９８を生成し、これは、第３の予備冷却熱交換器５９７内でさらに冷却されて第２の予備冷却された天然ガス流５０６を生成する。圧縮され冷却されたＣＭＲ流５４４は、第１の予備冷却熱交換器５６０内で冷却されて、第１の予備冷却されたＣＭＲ流５４６を生成する。圧縮され冷却されたＣＭＲ流５４４は、２０％超のエタンよりも軽量の成分、好ましくは３０％超のエタンよりも軽量の成分、より好ましくは４０％超のエタンよりも軽量の成分を含み得、「液化冷媒組成」と呼ばれる。第１の予備冷却されたＣＭＲ流５４６は、第２の予備冷却熱交換器５６２内で冷却されて第３の予備冷却されたＣＭＲ流５４７を生成し、これは、第３の予備冷却熱交換器５９７内でさらに冷却されて第２の予備冷却されたＣＭＲ流５４８を生成する。
【０１４９】
第２の予備冷却された天然ガス流５０６および第２の予備冷却されたＣＭＲ流５４８は、液化システム５６５に送られる。第２の予備冷却された天然ガス流は、ＭＣＨＥ５６４内で液化かつ任意にサブクール状態にされて、セ氏約−１６０度〜セ氏約−７０度、好ましくはセ氏約−１５０度〜セ氏約−１００度の温度の第１のＬＮＧ流５０８（特許請求の範囲では液化炭化水素流と呼ばれる）を生成する。第２の予備冷却されたＣＭＲ流５４８は、好ましくはＭＣＨＥ５６４内で完全に凝縮され、かつサブクール状態にされ、低温流を結果として生じ、これは、ＣＭＲＬ膨張装置５５３にわたって圧力が降下されて、膨張ＣＭＲＬ流５５４を生成し、これは、ＭＣＨＥ５６４のシェル側に送り戻されて、必要な冷却を提供する。ＭＣＨＥ５６４は、単一束交換器として示されるが、複数の束または交換器が使用されてもよい。さらに、第２の予備冷却されたＣＭＲ流５４８は、二相であってもよく、それは、図１に示されるように、それを気相と液相とに分離し、かつＭＣＨＥ内の別個の冷却回路、および別個の膨張装置を利用するために、有益であり得る。
【０１５０】
高温低圧ＣＭＲ流５４０は、ＭＣＨＥ５６４のシェル側の高温端から取り出され、吸引ドラム（図示せず）を通して送られて、任意の液体に分離され、蒸気流は、ＣＭＲ圧縮機５４１内で圧縮されて、圧縮されたＣＭＲ流５４２を生成する。高温低圧ＣＭＲ流５２０は、典型的には、ＷＭＲ予備冷却温度またはその近傍の温度、好ましくはセ氏約−３０度未満の温度、かつ１０ｂａｒａ（１４５ｐｓｉａ）未満の圧力で取り出される。圧縮されたＣＭＲ流５４２は、ＣＭＲ後段冷却器５４３内で、典型的には周囲に対して冷却されて、圧縮され冷却されたＣＭＲ流５４４を生成する。追加の相分離器、圧縮機、および後段冷却器が存在してもよい。圧縮され冷却されたＣＭＲ流５４４は、その後、第１の予備冷却熱交換器５６０内に導入される。
【０１５１】
第１のＬＮＧ流５０８は、それをＬＮＧ圧力降下装置５１１に通過させることによって圧力降下されて、減圧されたＬＮＧ流５０３を生成し、これが、その後、フラッシュドラム５０７に送られて、フラッシュガス流５０９および第２のＬＮＧ流５０５を生成する。第２のＬＮＧ流５０５は、貯蔵圧力まで降下され、ＬＮＧ貯蔵タンク（図示せず）に送られ得る。フラッシュガス流５０９もまた、貯蔵タンク内で生成された任意の蒸発ガス（ＢＯＧ）を含み得る。フラッシュガス流５０９は、フラッシュガス交換器５８４内で加温されて、加温されたフラッシュガス流５８５を生成し得る。加温されたフラッシュガス流５８５は、フラッシュガス圧縮機５８６内で圧縮されて、圧縮されたフラッシュガス流５８７を生成し、これは、フラッシュガス冷却器５８８内で冷却されて、再循環流５８９、および任意に、設備内で燃料として使用される燃料ガス流５８９ａを生成し得る。再循環流５８９は、前処理された供給流５０２と混合される。
【０１５２】
ＣＭＲ流の一部分５４８ａは、第２の予備冷却されたＣＭＲ流５４８からなどの、任意の位置で液化システム５６５から除去され得る。ＣＭＲ流の一部分５４８ａは、フラッシュガス流５０９に対して冷却されて、ＣＭＲ流の冷却された部分５４８ｂを生成し、これは、ＣＭＲＬ膨張装置５５３の上流などの適切な位置で液化システム５６５に戻され得る。ＷＭＲ流の一部分５１６ａもまた、フラッシュガス流５０９に対して冷却されて、ＷＭＲ流の冷却された部分５１６ｂを生成し得る。
【０１５３】
図５に示される実施形態において、最も高温の熱交換区分は、第１の予備冷却熱交換器５６０であり、最も低温の熱交換区分は、第３の予備冷却熱交換器５９７である。
【０１５４】
図５は、図２に説明される実施形態の全ての利点を有する。それは、第３の予備冷却熱交換器および追加の圧縮ステージを含み、それゆえに、図２よりも高い資本コストを有する。しかしながら、図５は、３つの異なるＷＭＲ組成を含み、３つの予備冷却熱交換器の各々に対して１つ、３つの異なるＷＭＲ組成を含む。それゆえに、図５の実施形態は、増加した資本コストで改善されたプロセス効率を結果としてもたらす。
【０１５５】
任意に、第２の予備冷却されたＷＭＲ流５８０の一部分は、第１のＷＭＲ膨張デバイス５２６内での膨張前に第１のさらに冷却されたＷＭＲ流５３６と混合されて、追加の冷却を第１の予備冷却熱交換器５６０に提供し得る（破線５８１ａで示される）。代替的または追加的に、第３の予備冷却されたＷＭＲ流５８１の一部分は、追加の冷却能力を第２の予備冷却熱交換器５６２に提供するために、第２のＷＭＲ膨張デバイス５３０内での膨張前に第２のさらに冷却されたＷＭＲ流５３７と混合され得る。
【０１５６】
図６は、図２の変形例である、第５の実施形態を示す。低圧ＷＭＲ流６１０は、第２の予備冷却熱交換器６６２のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機６１２の第１の圧縮ステージ６１２Ａ内で圧縮される。中圧ＷＭＲ流６１８は、第１の予備冷却熱交換器６６０のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機６１２内に副流として導入され、これは、第１の圧縮ステージ６１２Ａからの圧縮された流れ（図示せず）と混合する。混合流（図示せず）は、ＷＭＲ圧縮機６１２の第２のＷＭＲ圧縮ステージ６１２Ｂ内で圧縮されて高高圧ＷＭＲ流６７０を生成する。低圧ＷＭＲ流６１０および中圧ＷＭＲ流６１８内に存在する任意の液体は、ＷＭＲ圧縮機６１２内への導入前に気液分離装置（図示せず）内で除去される。
【０１５７】
高高圧ＷＭＲ流６７０は、５ｂａｒａ〜４０ｂａｒａ、好ましくは１５ｂａｒａ〜３０ｂａｒａの圧力であり得る。高高圧ＷＭＲ流６７０は、ＷＭＲ圧縮機６１２から取り出され、高高圧ＷＭＲ中間冷却器６７１内で冷却されて部分的に凝縮され、冷却された高高圧ＷＭＲ流６７２を生成する。高高圧ＷＭＲ中間冷却器６７１は、空気または水を使用する周囲冷却器などの任意の適切な種類の冷却ユニットであり得、１つ以上の熱交換器を備え得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流６７２は、０．２〜０．８、好ましくは０．３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６の蒸気分率を有し得る。冷却された高高圧ＷＭＲ流６７２は、２０％未満のエタンよりも軽量の成分、好ましくは１０％未満のエタンよりも軽量の成分、より好ましくは５％未満のエタンよりも軽量の成分を含み得、「予備冷却冷媒組成」と呼ばれる。冷却された高高圧ＷＭＲ流６７２は、第１のＷＭＲ気液分離装置６７３で相分離されて、第１のＷＭＲＶ流６７４および第１のＷＭＲＬ流６７５を生成する。
【０１５８】
第１のＷＭＲＬ流６７５は、７５％未満のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは７０％未満のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％未満のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＶ流６７４は、４０％超のエタンおよび軽質炭化水素、好ましくは５０％超のエタンおよび軽質炭化水素、より好ましくは６０％超のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＬ流６７５は、ＷＭＲポンプ６６３内で圧力が増加されて、ポンピングされた第１のＷＭＲＬ流６７７を生成する。
【０１５９】
第１のＷＭＲＶ流６７４は、ＷＭＲ圧縮機６１２内に導入されてＷＭＲ圧縮機６１２の第３のＷＭＲ圧縮ステージ６１２Ｃ内で圧縮され、圧縮されたＷＭＲ流６１４を生成し、これは、ポンピングされた第１のＷＭＲＬ流６７７と混合されて、混合され圧縮されたＷＭＲ流６６１を生成し得る。混合され圧縮されたＷＭＲ流６６１は、ＷＭＲ後段冷却器６１５内で冷却され、かつ好ましくは凝縮されて、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６１６（圧縮された第１の冷媒流とも呼ばれる）を生成する。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６１６の組成は、冷却された高高圧ＷＭＲ流６７２のものと同一である。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６１６の一部分は、ＷＭＲ流の一部分６１６ａとして予備冷却システム６３４から除去され、フラッシュガス交換器６８４内で冷却されてＷＭＲ流の冷却された部分６１６ｂを生成し、これが、第２のＷＭＲ膨張装置６３０、第１のＷＭＲ膨張装置６２６、または任意の他の適切な位置内での膨張前に予備冷却システム６３４に戻され得る。
【０１６０】
第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６１６の残りは、その後、第１の予備冷却熱交換器６６０内に導入されて、管回路内でさらに冷却され、第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６２０を生成し得る。第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６２０は、２つの部分、第１の部分６２２および第２の部分６２４に分割される。第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６２０の第１の部分６２２は、第１のＷＭＲ膨張装置６２６内で膨張されて、第１の膨張ＷＭＲ流６２８を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器６６０のシェル側に導入されて、冷却能力を提供する。第２の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６２０の第２の部分６２４は、第２の予備冷却熱交換器６６２内に導入されてさらに冷却され、それによって、第２のさらに冷却されたＷＭＲ流６３７を形成し、その後、第２のＷＭＲ膨張装置６３０内で膨張されて、第２の膨張ＷＭＲ流６３２を生成し、これは、第２の予備冷却熱交換器６６２のシェル側に導入されて、冷却能力を提供する。
【０１６１】
第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６１６は、完全に凝縮されてもよく、または部分的に凝縮されてもよい。好ましい実施形態において、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６１６は、完全に凝縮される。予備冷却冷媒組成によって、非常に高圧に圧縮する必要なく、圧縮されたＷＭＲ流６１４を完全に凝縮して、完全に凝縮された第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６１６を生成することが可能である。圧縮されたＷＭＲ流６１４は、３００ｐｓｉａ（２１ｂａｒａ）〜６００ｐｓｉａ（４１ｂａｒａ）の圧力、好ましくは４００ｐｓｉａ（２８ｂａｒａ）〜５００ｐｓｉａ（３５ｂａｒａ）の圧力であり得る。第２の予備冷却熱交換器６６２が、天然ガスを完全に液化するために使用される液化熱交換器である場合、冷却された高高圧ＷＭＲ流６７２は、より高濃度の窒素およびメタンを有することになり、それゆえに、圧縮されたＷＭＲ流６１４の圧力は、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６１６が完全に凝縮されるために、より高い必要がある。これが達成可能ではないため、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流６１６は、完全に凝縮されず、別個に液化される必要があり得る顕著な蒸気濃度を含有することになる。
【０１６２】
前処理された供給流６０２（特許請求の範囲では炭化水素供給流と呼ばれる）は、再循環流６８９と混合されて、混合供給流６０１を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器６６０内で冷却されて、セ氏２０度未満、好ましくはセ氏約１０度未満、より好ましくはセ氏約０度未満の温度の第１の予備冷却された天然ガス流６０４を生成する。当分野で既知であるように、供給流６０２は、好ましくは、水分と、酸性ガス、水銀、および他の汚染物質などの他の不純物とを除去するように前処理されている。第１の予備冷却された天然ガス流６０４は、第２の予備冷却熱交換器６６２で冷却されて、周囲温度、天然ガス供給組成および圧力に応じて、セ氏１０度未満、好ましくはセ氏約０度未満、より好ましくはセ氏約−３０度未満の温度の第２の予備冷却された天然ガス流６０６を生成する。第２の予備冷却された天然ガス流６０６は、部分的に凝縮され得る。
【０１６３】
圧縮され冷却されたＣＭＲ流６４４（第２の冷媒供給流とも呼ばれる）は、第１の予備冷却熱交換器６６０内で冷却されて、第１の予備冷却されたＣＭＲ流６４６を生成する。圧縮され冷却されたＣＭＲ流６４４は、２０％超のエタンよりも軽量の成分、好ましくは３０％超のエタンよりも軽量の成分、より好ましくは４０％超のエタンよりも軽量の成分を含み得、「液化冷媒組成」と呼ばれる。第１の予備冷却されたＣＭＲ流６４６は、第２の予備冷却熱交換器６６２内で冷却されて、第２の予備冷却されたＣＭＲ流６４８（予備冷却された第２の冷媒流とも呼ばれる）を生成する。
【０１６４】
第２の予備冷却された天然ガス流６０６および第２の予備冷却されたＣＭＲ流６４８は、液化システム６６５に送られる。第２の予備冷却された天然ガス流は、ＭＣＨＥ６６４内で液化かつ任意にサブクール状態にされて、セ氏約−１６０度〜セ氏約−７０度、好ましくはセ氏約−１５０度〜セ氏約−１００度の温度の第１のＬＮＧ流６０８（特許請求の範囲では液化炭化水素流と呼ばれる）を生成する。第２の予備冷却されたＣＭＲ流６４８は、好ましくはＭＣＨＥ６４４内で完全に凝縮され、かつサブクール状態にされ、低温流を結果として生じ、これは、ＣＭＲＬ膨張装置６５３にわたって圧力が降下されて、膨張ＣＭＲＬ流６５４を生成し、これは、ＭＣＨＥ６６４のシェル側に送り戻されて、必要な冷却を提供する。ＭＣＨＥ６６４は、単一束交換器として示されるが、複数の束または交換器が使用されてもよい。さらに、第２の予備冷却されたＣＭＲ流６４８は、二相であってもよく、それは、図１に示されるように、それを気相と液相とに分離し、かつＭＣＨＥ内の別個の冷却回路、および別個の膨張装置を利用するために、有益であり得る。
【０１６５】
高温低圧ＣＭＲ流６４０は、ＭＣＨＥ６６４のシェル側の高温端から取り出され、吸引ドラム（図示せず）を通して送られて、任意の液体に分離され、蒸気流は、ＣＭＲ圧縮機６４１内で圧縮されて、圧縮されたＣＭＲ流６４２を生成する。高温低圧ＣＭＲ流６４０は、典型的には、ＷＭＲ予備冷却温度またはその近傍の温度、好ましくはセ氏約−３０度未満の温度、かつ１０ｂａｒａ（１４５ｐｓｉａ）未満の圧力で取り出される。圧縮されたＣＭＲ流６４２は、ＣＭＲ後段冷却器６４３内で、典型的には周囲に対して冷却されて、圧縮され冷却されたＣＭＲ流６４４を生成する。追加の相分離器、圧縮機、および後段冷却器が存在してもよい。圧縮され冷却されたＣＭＲ流６４４は、その後、第１の予備冷却熱交換器６６０内に導入される。
【０１６６】
第１のＬＮＧ流６０８は、それをＬＮＧ圧力降下装置６１１に通過させることによって圧力降下されて、減圧されたＬＮＧ流６０３を生成し、これが、その後、フラッシュドラム６０７に送られて、フラッシュガス流６０９および第２のＬＮＧ流６０５を生成する。第２のＬＮＧ流６０５は、貯蔵圧力まで降下され、ＬＮＧ貯蔵タンク（図示せず）に送られ得る。フラッシュガス流６０９もまた、貯蔵タンク内で生成された任意の蒸発ガス（ＢＯＧ）を含み得る。フラッシュガス流６０９は、フラッシュガス交換器６８４内で加温されて、加温されたフラッシュガス流６８５を生成し得る。加温されたフラッシュガス流６８５は、フラッシュガス圧縮機６８６内で圧縮されて、圧縮されたフラッシュガス流６８７を生成し、これは、フラッシュガス冷却器６８８内で冷却されて、再循環流６８９、および任意に、設備内で燃料として使用される燃料ガス流６８９ａを生成し得る。再循環流６８９は、前処理された供給流６０２と混合される。
【０１６７】
ＣＭＲ流の一部分６４８ａは、第２の予備冷却されたＣＭＲ流６４８からなどの、任意の位置で液化システム６６５から除去され得る。ＣＭＲ流の一部分６４８ａは、フラッシュガス流６０９に対して冷却されて、ＣＭＲ流の冷却された部分６４８ｂを生成し、これは、ＣＭＲＬ膨張装置６５３の上流などの適切な位置で液化システム６６５に戻され得る。ＷＭＲ流の一部分６１６ａもまた、フラッシュガス流６０９に対して冷却されて、ＷＭＲ流の冷却された部分６１６ｂを生成し得る。
【０１６８】
図６は、予備冷却回路内の２つの予備冷却熱交換器および２つの圧力レベルを示したが、任意の数の予備冷却熱交換器および圧力レベルが利用されてもよい。予備冷却熱交換器は、図６でコイル巻き熱交換器であるように示される。しかしながら、それらは、プレートおよびフィン熱交換器、シェルおよび管熱交換器、または天然ガスの予備冷却に適切な任意の他の熱交換器であってもよい。さらに、熱交換器は、付加プリンティング製造方法を含む、任意の方法によって製造され得る。
【０１６９】
図６の２つの予備冷却熱交換器（６６０、６６２）は、単一熱交換器内の２つの熱交換区分であり得る。これに代えて、２つの予備冷却熱交換器は、各々１つ以上の熱交換区分を有する、２つの熱交換器であってもよい。
【０１７０】
ＷＭＲ圧縮機６１２、ＣＭＲ圧縮機６４１、および／またはフラッシュガス圧縮機６８６は、遠心分離タイプ、軸タイプ、正変位タイプ、または任意の他の圧縮機タイプなどの任意の種類の圧縮機であってもよく、任意に中間冷却を有する任意の数のステージを含んでもよい。
【０１７１】
図６に示される実施形態において、最も高温の熱交換区分は、第１の予備冷却熱交換器６６０であり、最も低温の熱交換区分は、第２の予備冷却熱交換器６６２である。
【０１７２】
好ましい実施形態において、第２の予備冷却されたＣＭＲ流６４８は、完全に凝縮され得、図１のＣＭＲ相分離器１５０および図１のＣＭＲＶ膨張デバイス１５５の必要性を排除する。本実施形態において、図１の主極低温熱交換器１６４は、２つの高温供給流、第２の予備冷却天然ガス流６０６および第２の予備冷却ＣＭＲ流６４８を含む単一束熱交換器であり得る。
【０１７３】
先行技術に勝る図６の利点は、ＷＭＲポンプ６６３の追加によって予備冷却プロセスの効率を改善することである。第１のＷＭＲ気液分離装置からの蒸気を単に圧縮し、中間ステージの液体をはじき出し、それを別々にポンピングすることによって、予備冷却プロセスの効率が著しく向上する。
【０１７４】
加えて、図６に示される実施形態は、第１のＬＮＧ流６０８についての温度が、タンク内の第２のＬＮＧ流６０５の同一温度を依然として提供しつつ、先行技術よりも高温であることを可能にする。これは、先行技術の場合よりも多量のフラッシュガスが生成されることによる。それゆえに、液化能力およびサブクール能力が低減され、設備に対する全体の動力要件を低下させる。実施形態はまた、予備冷却システムおよび液化システムについての等しい動力分割を可能にする。
【０１７５】
全ての実施形態（図２〜図６およびそれらの変形例）において、予備冷却熱交換器からの高温シェル側流内に存在する任意の液体は、気液相分離器に送られて、ＷＭＲ圧縮機内で蒸気を圧縮する前にいかなる液体も除去される。代替的実施形態において、相当量の液体が、予備冷却熱交換器からの高温シェル側流内に存在する場合、液体分は、任意の圧縮ステージの排出物と混合されるか、もしくは予備冷却熱交換器内に導入される１つ以上の液体流と混合されるようにポンピングされ得るか、または予備冷却熱交換器内の分離回路内に導入され得る。例えば、図５において、高圧ＷＭＲ流５１８、低圧ＷＭＲ流５１９、または中圧ＷＭＲ流５１０内に存在する任意の液体は、圧縮されたＷＭＲ流５１４、または第１のＷＭＲＬ流５７５と混合されるようにポンピングされ得る。
【０１７６】
全ての実施形態において、任意の後段冷却器または中間冷却器は、過熱防止装置および凝縮器などの複数の個々の熱交換器を備え得る。
【０１７７】
図２〜６において、図２の前処理された供給流２０２の一部分はまた、フラッシュガス交換器２８４内で冷却され、かつ任意に液化されて、貯蔵圧力が降下され、かつ貯蔵タンク（図示せず）に送られ得る追加のＬＮＧを生成し得る。
【０１７８】
第２の予備冷却された天然ガス流（２０６、３０６、４０６、５０６）の温度は、「予備冷却温度」として定義され得る。予備冷却温度は、供給天然ガス流が予備冷却システムを出て液化システムに入る温度である。予備冷却温度は、供給天然ガスの予備冷却および液化のための動力要件に影響を与える。
【０１７９】
本明細書で使用される「予備冷却動力要件」という用語は、特定の一組の動作条件（供給流流量、予備冷却、および液化低温端温度など）の下で予備冷却冷媒を圧縮するために使用される圧縮機２１２を動作させるために必要とされる動力を意味する。同様に、「液化動力要件」という用語は、特定の一組の動作条件の下で液化冷媒を圧縮するために使用される圧縮機２４１を動作させるために必要とされる動力を意味する。液化動力要件に対する予備冷却動力要件の比率は、システムについての「動力分割」として定義される。図２〜６に説明される実施形態について、動力分割は、０．２〜０．７、好ましくは０．３〜０．６、より好ましくは０．４５〜０．５５である。
【０１８０】
圧縮機２１２は、駆動装置２３３によって駆動され、圧縮機２４１は、駆動装置２３５によって駆動され、これらの各々は、図２に概略的に示される。当分野において既知であるように、システム２００内の各圧縮機は、動作するために駆動装置を必要とする。図面を簡略化するために、駆動装置は、予備冷却サブシステムおよび液化サブシステムの一部である圧縮機上のみに示される。例えば、電気モータ、航空転用ガスタービン、または産業用ガスタービンなどの、当分野で既知の任意の適切な駆動装置が使用され得る。
【０１８１】
動力分割が増加するにつれて、液化システムについての動力要件が低下し、予備冷却温度が低下する。言い換えると、冷却負荷が、液化システムから予備冷却システムに移される。これは、ＭＣＨＥサイズおよび／または液化動力可用性が制御されているシステムにとって有益である。動力分割が低下するにつれて、液化システムについての動力要件が上昇し、予備冷却温度が上昇する。言い換えると、冷却負荷が、予備冷却システムから液化システムに移される。この構成は、予備冷却交換器サイズ、数、または予備冷却動力可用性が制限されているシステムにとって有益である。動力分割は、典型的には、特定の天然ガス液化設備に対して選択された駆動装置の種類、数、および容量によって決定される。例えば、偶数の駆動装置が利用可能である場合、約０．５の動力分割で動作させ、動力負荷を予備冷却熱交換器に移し、予備冷却温度を低下させることが好ましい場合がある。奇数の駆動装置が利用可能である場合、動力分割は、０．３〜０．５であり得、冷却負荷を液化システムに移し、予備冷却温度を上昇させる。
【０１８２】
全ての実施形態の重要な利点は、利用可能な駆動装置の数、動力分割、予備冷却熱交換器の数、量、種類、および容量、熱交換器の数、熱交換器設計基準、圧縮機の制限、および他のプロジェクト特有の要件に基づいて、圧縮ステージ、圧力レベル、および予備冷却温度の最適化を可能にすることである。
【０１８３】
説明される全ての実施形態について、任意の数の圧力レベルが、予備冷却システムおよび液化システムに存在し得る。さらに、冷却システムは、開ループであってもよく、または閉ループであってもよい。
【０１８４】
実施例
【０１８５】
以下は、例示的な実施形態の動作の実施例である。実施例のプロセスおよびデータは、年間当たり約７．５百万メートルトンのＬＮＧを生成し、具体的には図２に示された実施形態を参照するＬＮＧプラント内の２つの圧力の予備冷却回路を有するＤＭＲプロセスおよび単一圧力の液化回路のシミュレーションに基づく。本実施例の説明を簡略化するために、図２に示された実施形態に関して説明された要素および参照番号が使用されることになる。
【０１８６】
９１ｂａｒａ（１３２０ｐｓｉａ）、セ氏２４度（カ氏７５度）、かつ５６，０００ｋｇモル／ｈｒの流量の前処理された天然ガス供給流２０２は、９１ｂａｒａ（１３２０ｐｓｉａ）、セ氏２２度（カ氏７２度）、かつ５７６０ｋｇモル／ｈｒの流量の再循環流２８９と混合されて混合供給ガス流を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器２６０内で冷却されて、セ氏−２２度（カ氏−８度）の第１の予備冷却された天然ガス流２０４を生成し、これは、第２の予備冷却熱交換器２６２内で冷却されて、セ氏−６２度（カ氏−８０度）の第２の予備冷却された天然ガス流２０６を生成する。
【０１８７】
３ｂａｒａ（４４ｐｓｉａ）、セ氏−６５度（カ氏−８５度）の高温低圧ＣＭＲ流（混合供給流）２０１は、複数のステージ内で圧縮および冷却されて、６１ｂａｒａ（８９１ｐｓｉａ）かつセ氏２５度（カ氏７７度）の圧縮され冷却されたＣＭＲ流２４４を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器２６０内で冷却されて、セ氏−２２度（カ氏−８度）の第１の予備冷却されたＣＭＲ流２４６を生成する。圧縮され冷却されたＣＭＲ流２４４は、５５％のエタンよりも軽量の成分ならびに９５％のエタンおよびより軽量の成分を含む。その後、第２の予備冷却熱交換器２６２内で冷却かつ完全に凝縮されて、セ氏−６２度（カ氏−８０度）の第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８を生成する。９モル％の第２の予備冷却されたＣＭＲ流２４８は、ＣＭＲ流２４８ａの一部分として除去されて、フラッシュガス交換器２８４内で冷却され、セ氏−１５６度（カ氏−２４９度）のＣＭＲ流２４８ｂの冷却された部分を生成し、ＣＭＬ膨張装置内で圧力が降下され、ＭＣＨＥ２６４のシェル側内に導入される。
【０１８８】
第２の予備冷却された天然ガス流２０６は、ＭＣＨＥ２６４内で液化かつ任意にサブクール状態にされて、セ氏約−１４０度（カ氏−２２０度）の温度の第１のＬＮＧ流２０８（特許請求の範囲では液化炭化水素流と呼ばれる）を生成する。第１のＬＮＧ流２０８は、それをＬＮＧ圧力降下装置２１１に通過させることによって圧力降下されて、セ氏−１５９度（カ氏−２５４度）かつ１．２ｂａｒａ（１８ｐｓｉａ）の減圧されたＬＮＧ流２０３を生成し、これは、その後、フラッシュドラム２０７に送られて、７，０００ｋｇモル／ｈｒのフラッシュガス流２０９、および第２のＬＮＧ流２０５を生成する。フラッシュガス流２０９は、減圧されたＬＮＧ流２０３の１１モル％である。第２のＬＮＧ流２０５は、貯蔵圧力まで降下され、ＬＮＧ貯蔵タンクに送られる。
【０１８９】
フラッシュガス流２０９は、フラッシュガス交換器２８４内で加温されて、セ氏−３度（カ氏−２７度）の加温されたフラッシュガス流２８５を生成する。加温されたフラッシュガス流２８５は、その後、フラッシュガス圧縮機２８６内で圧縮されて、セ氏５２度（カ氏１２６度）かつ９２ｂａｒａ（１３２７ｐｓｉａ）の圧縮されたフラッシュガス流２８７を生成し、これは、フラッシュガス冷却器２８８内で冷却されて、再循環流２８９、および設備内で燃料として使用される燃料ガス流２８９ａを生成する。燃料ガス流２８９ａは、フラッシュガス流２０９の１６モル％である。
【０１９０】
３．８ｂａｒａ（５６ｐｓｉａ）、セ氏−２５度（カ氏−１３度）、かつ３３，０００ｋｇモル／ｈｒの低圧ＷＭＲ流２１０（蒸発された第１の冷媒流とも呼ばれる）は、第２の予備冷却熱交換器２６２のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機２１２の第１の圧縮ステージ２１２Ａ内で圧縮される。７ｂａｒａ（１０８ｐｓｉａ）、セ氏１７度（カ氏６２度）、かつ４２，１２５ｋｇモル／ｈｒの中圧ＷＭＲ流２１８（中圧の第１の冷媒流とも呼ばれる）は、第１の予備冷却熱交換器２６０のシェル側の高温端から取り出され、ＷＭＲ圧縮機２１２内に副流として導入され、これは、第１の圧縮ステージ２１２Ａからの圧縮された流れ（図示せず）と混合する。混合流（図示せず）は、ＷＭＲ圧縮機２１２の第２のＷＭＲ圧縮ステージ２１２Ｂ内で圧縮されて、２６ｂａｒａ（３７２ｐｓｉａ）かつセ氏７９度（カ氏１７５度）の高高圧ＷＭＲ流２７０（高高圧の第１の冷媒流とも呼ばれる）を生成する。
【０１９１】
高高圧ＷＭＲ流２７０は、ＷＭＲ圧縮機２１２から取り出され、高高圧ＷＭＲインタークーラ２７１内で冷却され部分的に凝縮されて、２５ｂａｒａ（３６３ｐｓｉａ）、セ氏２５度（カ氏７７度）、かつ０．４４の蒸気分率の冷却された高高圧ＷＭＲ流２７２を生成する。冷却高高圧ＷＭＲ流２７２は、第１のＷＭＲ気液分離装置２７３で相分離されて、第１のＷＭＲＶ流２７４および第１のＷＭＲＬ流２７５を生成する。第１のＷＭＲＬ流２７５は、５６％のエタンおよび軽質炭化水素を含有し、一方で第１のＷＭＲＶ流２７４は、８０％のエタンおよび軽質炭化水素を含有する。第１のＷＭＲＬ流２７５は、第１の予備冷却熱交換器２６０内に導入されて、管回路内で冷却され、セ氏−２２度（カ氏−８度）の第１のさらに冷却されたＷＭＲ流２３６を生成し、これは、第１のＷＭＲ膨張装置２２６内で膨張されて、８ｂａｒａ（１１５ｐｓｉａ）かつセ氏−２５度（カ氏−１３度）の第１の膨張ＷＭＲ流２２８を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器２６０に冷却能力を提供する。
【０１９２】
第１のＷＭＲＶ流２７４は、ＷＭＲ圧縮機２１２内に導入されて第３のＷＭＲ圧縮ステージ２１２Ｃ内で圧縮され、４１ｂａｒａ（５９８ｐｓｉａ）かつセ氏４８度（カ氏１１９度）の圧縮されたＷＭＲ流２１４を生成する。圧縮されたＷＭＲ流２１４は、冷却され、好ましくはＷＭＲ後段冷却器２１５内で凝縮され、セ氏２５度（カ氏７７度）の第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６を生成し、これは、第１の予備冷却熱交換器２６０内に導入されて、管回路内でさらに冷却されて、セ氏−２２度（カ氏−８度）の第１の予備冷却されたＷＭＲ流２１７を生成する。第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６の５モル％は、ＷＭＲ流の一部分２１６ａとして予備冷却システムから除去され、かつフラッシュガス交換器２８４内で冷却されて、セ氏−６３度（カ氏−８１度）のＷＭＲ流の冷却された部分２１６ｂを生成する。第１のＷＭＲＬ流２７５は、第１の冷却され圧縮されたＷＭＲ流２１６よりも１６ｂａｒａ低圧である。
【０１９３】
第１の予備冷却されたＷＭＲ流２１７は、第２の予備冷却熱交換器２６２内に導入されて、管回路内でさらに冷却され、セ氏−６２度（カ氏−８０度）の第２のさらに冷却されたＷＭＲ流２３７を生成する。第２のさらに冷却されたＷＭＲ流２３７は、第２のＷＭＲ膨張装置２３０内で膨張されて、３ｂａｒａ（４７ｐｓｉａ）かつセ氏−５７度（カ氏−７０度）の第２の膨張されたＷＭＲ流２３２を生成し、これは、第２の予備冷却熱交換器２６２のシェル側内に導入されて、冷却能力を提供する。
【０１９４】
本実施例において、動力分割は、０．５２である。本実施形態は、図１に対応するものよりも約７％高いプロセス効率、および図１のものよりも約セ氏１８度低温の予備冷却温度を有する。それゆえに、本実施例は、本明細書に説明された実施形態が、設備の効率および全体容量を改善するために効率的な方法およびシステムを提供することを論証する。
【図１】
2019066165.tif 000004
【図２】
2019066165.tif 000005
【図３】
2019066165.tif 000006
【図４】
2019066165.tif 000007
【図５】
2019066165.tif 000008
【図６】
2019066165.tif 000009
【外国語明細書】
2019066165000001.pdf