(57)【要約】【解決手段】本発明は、第１熱交換器（１９）内で冷却液（４１）によりＬＮＧの流れ（１１）を過冷却する方法に関する。前記冷却液（４１）は、密閉された冷却サイクル（２１）に置かれる。密閉されたサイクル（２１）は、冷却液（４２）を第２熱交換器（２３）で加熱する段階と、冷却液（４３）を圧縮装置（２５）でその臨界圧より高い圧力に圧縮する段階とを備える。更に、圧縮装置（２５）からの冷却液（４５）を第２熱交換器（２３）で冷却する段階と、第２熱交換器（２３）から導出された冷却流体の一部（４７）をタービン（３１）で動的に膨張させる段階とを備える。冷却液（４１）は窒素及びメタンの混合物を有する。
2008536078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１冷却サイクル（１５）による冷却により得られたＬＮＧの流れ（１１）を過冷却するためのプロセスであり、該プロセスは、
（ａ）−９０℃未満の温度に至った前記ＬＮＧの流れ（１１）を第１熱交換器（１９）に導入する
（ｂ）前記ＬＮＧの流れ（１１）を冷却流体（４１）との熱交換により前記第１熱交換器（１９）で過冷却する
（ｃ）前記冷却流体（４１）を、前記第１サイクル（１５）から独立し、密閉された第２冷却サイクル（２１）に置く
のステップを備えたタイプであり、前記密閉された冷却サイクル（２１）は、
（ｉ）前記第１熱交換器（１９）から生じ、低圧で維持された前記冷却流体（４２）を第２熱交換器（２３）で加熱する
（ｉｉ）前記第２熱交換器（２３）から生じる前記冷却流体（４３）を、その臨界圧より高い高圧に圧縮装置（２５）で圧縮する
（ｉｉｉ）前記圧縮装置（２５）から生じる前記冷却流体（４５）を前記第２熱交換器（２３）で冷却する
（ｉｖ）前記第２熱交換器（２３）から生じる前記冷却流体（４７；８５）の少なくとも一部を冷却タービン（３１；９９）内で低圧に動的に膨張させる
（ｖ）前記冷却タービン（３１；９９）から生じる前記冷却流体（４１；１０１）を前記第１熱交換器（１９）に導入する
の連続した段階を備え、前記冷却流体（４１）は窒素及びメタンの混合物を有することを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記冷却流体（４１）のメタンのモル含有量は、５％と１５％との間であることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
ステップ（ｉｉｉ）の間、前記圧縮装置（２５）から生じる前記冷却流体（４５）は、前記第２熱交換器（２３）内を循環する二次冷却流体（６７）との熱交換関係に置かれ、前記二次冷却流体（６７）は、前記第２熱交換器（２３）で気化される前に、前記第２熱交換器（２３）の排出口で圧縮され、冷却され、少なくとも一部が濃縮され、その後膨張される第３冷却サイクル（５９）に置かれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記二次冷却流体（６７）はプロパンを有することを特徴とする請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記二次冷却流体（６７）はエタン及びプロパンの混合物を有し、特に略５０モル％のエタンと５０モル％のプロパンとの混合物であることを特徴とする請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
ステップ（ｉｉｉ）の後、
（ｉｉｉ１）前記圧縮装置（２５）から生じる前記冷却流体（４７）を、過冷却の流れ（８５）と二次冷却の流れ（８７）とに分離する
（ｉｉｉ２）前記二次冷却の流れ（８７）を二次タービン（８３）内で膨張させる
（ｉｉｉ３）前記二次タービン（８３）から生じる前記二次冷却の流れ（９１）を、冷却混合物の流れを形成すべく、前記第１熱交換器（１９）から生じる前記冷却流体の流れ（９３）と混合する
（ｉｉｉ４）ステップ（ｉｉｉ１）から生じる前記過冷却の流れ（８５）を、第３熱交換器（８１）内で冷却混合物の流れとの熱交換関係に置く
（ｉｉｉ５）前記第３熱交換器（８１）から生じる前記過冷却の流れ（８５）を、前記冷却タービン（３１；９９）に導入する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
前記二次タービン（８３）は前記圧縮装置（２５）の圧縮機（２７Ｄ）に接続されることを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
ステップ（ｉｖ）の間、前記冷却流体（４７）は前記冷却タービン（３１）内で略ガス状に維持されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
ステップ（ｉｖ）の間、前記冷却流体（１０１）は前記冷却タービン（９９）内で９５質量％より多く液化されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記第３熱交換器（８１）から生じる前記過冷却の流れ（８５）は、前記冷却タービン（９９）内を通過する前に、前記冷却タービン（９９）の前記排出口で前記第１熱交換器（１９）内を循環する前記冷却流体（１０１）との熱交換により冷却されることを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記冷却流体はＣ2 炭化水素を含有することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記冷却流体の窒素のモルパーセントは５０％未満であることを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１３】
前記高圧は約７０バールより高く、前記低圧は約３０バールより低いことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１４】
第１冷却サイクル（１５）を備える液化ユニット（１３）から始まるＬＮＧの流れ（１１）を過冷却するための装置（１０；７９；１００）であり、該装置（１０；７９；１００）は、
−ＬＮＧの流れを冷却流体（４１）との熱交換関係に置くための第１熱交換器（１９）を備えるＬＮＧの流れ過冷却手段（１１）及び
−前記第１サイクル（１５）から独立し、密閉された第２冷却サイクル（２１）
を備えたタイプであり、前記第２冷却サイクルは、
・前記第１熱交換器（１９）から生じる冷却流体を循環させるため手段（４２）を備える第２熱交換器（２３）、
・前記冷却流体をその臨界圧より高い高圧に至らせることができる、前記第２熱交換器（２３）から生じる前記冷却流体のための圧縮装置（２５）、
・前記圧縮手段（２５）から生じる前記冷却流体（４５）を前記第２熱交換器（２３）内で循環させる手段、
・前記第２熱交換器（２３）から生じる前記冷却流体の少なくとも一部（４７；８５）を動的に膨張させる冷却タービン（３１；９９）及び
・前記冷却タービン（３１；９９）から生じる前記冷却流体（４１；１０１）を前記第１熱交換器（１９）に導入するための手段
を備え、前記冷却流体（４１）は窒素及びメタンの混合物を有することを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記冷却流体（４１）のメタンのモル含有量は５％と１５％との間であることを特徴とする請求項１４に記載の装置（１０；７９；１００）。
【請求項１６】
前記第２熱交換器（２３）は二次冷却流体（６７）を循環させる手段を備え、前記装置（１０；７９；１００）は、前記第２熱交換器（２３）から生じる前記二次冷却流体（６７）のための二次圧縮手段（６１）と、前記二次圧縮手段（６１）から生じる前記二次冷却流体のための冷却手段（６３）及び膨張手段（６５）と、前記膨張手段（６５）から生じる前記二次冷却流体（６７）を前記第２熱交換器（２３）に導入するための手段とを連続して有する第３冷却サイクル（５９）を備えることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の装置（１０；７９；１００）。
【請求項１７】
前記二次冷却流体（６７）はプロパンを有することを特徴とする請求項１６に記載の装置（１０；７９；１００）。
【請求項１８】
前記二次冷却流体（６７）は、エタン及びプロパンの混合物を有し、特に約５０モル％のエタンと５０モル％のプロパンとの混合物を有することを特徴とする請求項１７に記載の装置（１０；７９；１００）。
【請求項１９】
前記装置（１０；７９；１００）は、
−過冷却の流れ（８５）と二次冷却の流れ（８７）とを形成すべく、前記圧縮装置（２５）から生じる前記冷却流体（４７）を分離するための手段、
−前記二次冷却の流れ（８７）を膨張させるための二次タービン（８３）、
−混合物の流れを形成すべく、前記二次タービン（８３）から生じる前記二次冷却の流れ（９１）と前記第１熱交換器（１９）から生じる前記冷却流体の流れ（９３）とを混合するための手段、
−前記分離手段から生じる前記過冷却の流れ（８５）を混合物の流れとの熱交換関係に置くための第３熱交換器（８１）及び
−前記第３熱交換器（８１）から生じる前記過冷却の流れ（８５）を前記冷却タービン（３１；９９）に導入するための手段
を備えることを特徴とする請求項１４乃至請求項１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記二次タービン（８３）は前記圧縮装置（２５）の圧縮機（２７Ｄ）に接続されることを特徴とする請求項１９に記載の装置（１０；７９）。
【請求項２１】
前記冷却タービン（９９）は前記冷却流体を９５質量％より多く液化することができることを特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載の装置（１００）。
【請求項２２】
前記冷却流体の窒素のモルパーセントは５０％未満であることを特徴とする請求項２１に記載の装置（１００）。
【請求項２３】
前記装置（１００）は、前記冷却タービン（９９）の上流に、前記第３熱交換器（８１）から生じる前記過冷却の流れ（８９）を前記冷却タービン（９９）の排出口で前記第１熱交換器（１９）内を循環する前記冷却流体（１０１）との熱交換関係に置くために、前記第３熱交換器（８１）から生じる前記過冷却の流れ（８９）を前記第１熱交換器（１９）に導入するための手段を備えることを特徴とする請求項１９乃至請求項２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記冷却流体はＣ2 炭化水素を含有することを特徴とする請求項２３に記載の装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１冷却サイクルによる冷却により得られたＬＮＧの流れを過冷却するためのプロセスに関し、該プロセスは、以下の連続した段階を備える。
（ａ）−９０°未満の温度に至ったＬＮＧの流れを第１熱交換器に導入する
（ｂ）ＬＮＧの流れを冷却流体との熱交換によって第１熱交換器で過冷却する
（ｃ）冷却流体を、前記第１サイクルから独立し、密閉された第２冷却サイクルに置く
のステップを備えたタイプであり、前記密閉された冷却サイクルは、
（ｉ）第１熱交換器から生じ、低圧に維持された冷却流体を、第２熱交換器で加熱する
（ｉｉ）第２熱交換器から生じる冷却流体をその臨界圧より高い高圧に圧縮装置で圧縮する
（ｉｉｉ）圧縮装置から生じる冷却流体を第２熱交換器で冷却する
（ｉｖ）第２熱交換器から生じる冷却流体の少なくとも一部を冷却タービンで動的に膨張させる
（ｖ）冷却タービンから生じる冷却流体を第１熱交換器に導入する
【背景技術】
【０００２】
米国特許第６３０８５３１号明細書は、天然ガスの流れが炭化水素の混合物の濃縮及び気化を含む第１冷却サイクルにより液化される、前述したタイプのプロセスを開示している。得られたガスの温度は、約−１００℃である。その後、製造されたＬＮＧは、段階的圧縮機及びガス膨張タービンを備えた「リバースブライトンサイクル（reverse Brayton cycle）」として公知である第２冷却サイクルにより約−１７０°に過冷却される。この第２サイクルで用いられる冷却流体は窒素である。
【０００３】
このタイプのプロセスは、完全に満足できるものではない。リバースブライトンサイクル（reverse Brayton cycle）として公知であるサイクルの最大収率は、約４０％に限られる。
【特許文献１】米国特許第６３０８５３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それゆえ、本発明の目的は、収率を向上させ、様々な構造のユニットに容易に採用可能であるＬＮＧの流れを過冷却するための自立したプロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明は、冷却流体が窒素含有流体の混合物によって形成されることを特徴とする、前述したタイプの過冷却プロセスに関する。
【０００６】
本発明に係るプロセスは、単独又は技術的可能な組み合わせを含めて、以下の１又は複数の特徴を備えることができる。
−冷却流体は窒素及び少なくとも１つの炭化水素を有する
−冷却流体は窒素及びメタンを含有する
−ステップ（ｉｉｉ）の間、圧縮装置から生じる冷却流体を第２熱交換器内を循環する二次冷却流体との熱交換の関係に置き、二次冷却流体は、第２熱交換器で気化される前に、第２熱交換器の排出口で圧縮され、冷却され、少なくとも部分的に濃縮され、その後膨張される第３冷却サイクルに置かれる
−二次冷却流体はプロパンを有する
−ステップ（ｉｉｉ）の後、
（ｉｉｉ１）圧縮装置から生じる冷却流体を、過冷却の流れと二次冷却の流れとに分離する
（ｉｉｉ２）二次冷却の流れを二次タービン内で膨張させる
（ｉｉｉ３）二次タービンから生じる二次冷却の流れを、冷却混合物の流れを形成すべく、第１熱交換器から生じる冷却流体の流れと混合する
（ｉｉｉ４）前記ステップから生じる過冷却の流れを、第３熱交換器で冷却混合物の流れとの熱交換関係に置く
（ｉｉｉ５）第３熱交換器から生じる過冷却の流れを冷却タービンに導入する
−二次タービンを圧縮装置の圧縮機に接続する
−ステップ（ｉｖ）の間、冷却流体を冷却タービン内で略ガス状に維持する
−ステップ（ｉｖ）の間、冷却流体を冷却タービン内で９５質量％より多く液化する
−第３熱交換器から生じる過冷却の流れを、冷却タービン内を通過する前に、冷却タービンの排出口で第１熱交換器内を循環する冷却流体との熱交換による冷却する
−冷却流体はＣ2 炭化水素を含有する
−高圧は約７０バールより高く、低圧は約３０バールより低い
【０００７】
本発明は、また第１冷却サイクルを備える液化ユニットから始まるＬＮＧの流れを過冷却するための装置に関し、該装置は、
−ＬＮＧの流れを冷却流体との熱交換関係に置くための第１熱交換器を備えるＬＮＧの流れ過冷却手段及び
−第１サイクルから独立し、密閉された第２冷却サイクル
を備えたタイプであり、前記第２冷却サイクルは、
・第１熱交換器から生じる冷却流体を循環させるための手段を備える第２熱交換器
・前記冷却流体をその臨界圧より高い高圧に至らせることができる、第２熱交換器から生じる冷却流体のための圧縮装置
・圧縮手段から生じる冷却流体を第２熱交換器内で循環させる手段及び
・第２熱交換器から生じる冷却流体の少なくとも一部を動的に膨張させる冷却タービン
・冷却タービンから生じる冷却流体を第１熱交換器に導入するための手段
を備え、冷却流体は窒素含有流体の混合物により形成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る装置は、単独又は技術的可能な組み合わせを含めて、以下の１又は複数の特徴を備えることができる。
−冷却流体は、窒素及び少なくとも１つの炭化水素を有する
−冷却流体は、窒素及びメタンを含有する
−第２熱交換器は二次冷却流体を循環させる手段を備え、前記装置は、第２熱交換器から生じる二次冷却流体のための二次圧縮手段と、二次圧縮手段から生じる二次冷却流体のための冷却及び膨張手段と、膨張手段から生じる二次冷却流体を第２熱交換器に導入するための手段とを連続して有する第３冷却サイクルを備える
−二次冷却流体はプロパンを有する
−前記装置は、
・過冷却の流れと第２冷却の流れとを形成すべく、圧縮装置から生じる冷却流体を分離するための手段
・二次冷却の流れを膨張させるための二次タービン
・混合物の流れを形成すべく、二次タービンから生じる二次冷却の流れと第１熱交換器から生じる冷却流体の流れとを混合するための手段
・分離手段から生じる過冷却の流れを混合物の流れとの熱交換関係に置くための第３熱交換器及び
・第３熱交換器から生じる過冷却の流れを冷却タービンに導入するための手段
を備え、
−二次タービンを圧縮装置の圧縮機に接続する
−前記装置は、冷却タービンの上流に、第３熱交換器から生じる過冷却の流れを冷却タービンの排出口で第１熱交換器内を循環する冷却流体との熱交換関係に置くために、第３熱交換器から生じる過冷却の流れを第１熱交換器に導入するための手段を備える
−冷却流体はＣ2 炭化水素を含有する
【０００９】
本発明の実施形態を、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る過冷却装置１０は、図１に示すように、−９０℃未満の温度に至った液化天然ガス（ＬＮＧ）の流れ１１から始めて、−１４０℃未満の温度に至った過冷却ＬＮＧの流れ１２を製造することを意図されている。
【００１１】
図１に示すように、始めのＬＮＧの流れ１１は、第１冷却サイクル１５を備えた天然ガス液化ユニット１３により製造される。第１サイクル１５は、例えば炭化水素の混合物のための濃縮及び気化手段を備えるサイクルを含む。
【００１２】
装置１０は、第１熱交換器１９と、第１サイクル１５から独立し、密閉された第２冷却サイクル２１とを備える。
【００１３】
第２冷却サイクル２１は、第２熱交換器２３と、複数の圧縮段階を有し、各段階２６が圧縮機２７及びコンデンサ２９を有する段階的圧縮装置２５とを備える。
【００１４】
第２サイクル２１は、更に最後の圧縮段階である圧縮機２７Ｃに接続された膨張タービン３１を備える。
【００１５】
図１に示す例では、段階的圧縮装置２５は３個の圧縮機２７を備える。第１圧縮機２７Ａ及び第２圧縮機２７Ｂは同一の外部エネルギー源３３によって駆動され、第３圧縮機２７Ｃは膨張タービン３１によって駆動される。エネルギー源３３は、例えばガスタービンタイプのモータである。
【００１６】
コンデンサ２９は水冷式及び／又は空冷式である。
【００１７】
以下、同一の参照番号が、液体の流れ及び液体を運ぶパイプに示され、関連する圧力は絶対圧であり、関連するパーセントはモルパーセントである。
【００１８】
液化ユニット１３から生じる始めのＬＮＧの流れ１１は、−９０℃未満、例えば−１１０℃の温度である。この流れは、例えば略５％の窒素、９０％のメタン及び５％のエタンを有し、その流速は50,000kmol/hである。
【００１９】
−１１０℃のＬＮＧの流れ１１は、第１熱交換器１９に導入され、過冷却ＬＮＧの流れ１２を製造すべく、第１熱交換器１９内を逆流で循環する冷却流体４１の始めの流れとの熱交換により−１５０℃未満の温度に過冷却される。
【００２０】
冷却流体の始めの流れ４１は、窒素及びメタンの混合物を有する。冷却流体４１のメタンのモル含有量は、５％と１５％との間である。冷却流体４１は、装置１１の下流で行われるＬＮＧの流れ１２の脱窒素により発生する窒素及びメタンの混合物から得てもよい。流れ４１の流速は、例えば73,336kmol/hであり、その温度は交換器１９の注入口で−１５２℃である。
【００２１】
熱交換器１９から生じる冷却流体の流れ４２は、第１サイクル１５から独立し、密閉された第２冷却サイクル２１に置かれる。
【００２２】
略１０バール乃至３０バールの低圧である流れ４２は、第２熱交換器２３に導入され、加熱冷却流体の流れ４３を形成すべく、この交換器２３で加熱される。
【００２３】
流れ４３は、その後、冷却流体４５の圧縮された流れを形成すべく３個の圧縮段階２６で連続して圧縮される。各段階２６では、流れ４３が圧縮機２７で圧縮され、その後コンデンサ２９で３５℃の温度に冷却される。
【００２４】
第３コンデンサ２９Ｃの排出口では、冷却流体４５の圧縮された流れはその臨界圧又は２つの位相が混在することができる最大圧力（cricondenbar pressure）より高い高圧を有する。それは、略３５℃に等しい温度である。
【００２５】
高圧は、７０バールより高く、７０バールと１００バールとの間であることが好ましい。この圧力は、回路の機械的強度の限界を考慮して可能な限り高いことが好ましい。
【００２６】
冷却流体の圧縮された流れ４５は、その後第２熱交換器２３に導入され、第１熱交換器１９から生じ、逆流で循環する流れ４２との熱交換により冷却される。
【００２７】
このようにして、冷却流体の冷却及び圧縮された流れ４７は第２交換器２３の排出口で形成される。
【００２８】
流れ４７は、冷却流体の始めの流れ４１を形成すべく、タービン３１で低圧に膨張される。流れ４１は、略ガス状であり、言い換えると１０質量％未満（又は１体積％）の液体を含有する。
【００２９】
流れ４１は、その後第１熱交換器１９に導入され、逆流で循環するＬＮＧの流れ１１との熱交換によって加熱される。
【００３０】
高圧は超臨界圧より高いので、冷却流体はサイクル２１の間中ガス状又は超臨界状態に維持される。
【００３１】
このようにして、タービン３１の排出口での大量の液相の出現を避けることが可能になり、これによりプロセスを特に容易に行うことが可能になる。交換器１９は、実際液体及び蒸気分配装置を備えない。
【００３２】
第２熱交換器２３の排出口での冷却及び濃縮された流れ４７は、１０質量％未満に限定されるので、単一の膨張タービン３１が、冷却流体の圧縮された流れ４７を膨張させるために用いられる。
【００３３】
図２では、本発明に係るプロセス及び従来技術のプロセスにおけるサイクル２１の各効率の各曲線５０及び５１が、高圧の値の関数として示される。従来技術のプロセスでは、冷却流体は窒素のみからなる。冷却流体に５モル％と１５モル％との間の量のメタンを追加することにより、ＬＮＧを過冷却するサイクル２１の効率を−１１０℃から−１５０℃に著しく増加させることができる。
【００３４】
図２に示す効率では、圧縮機２７Ａ及び２７Ｂのポリトロープ効率８３％、圧縮機２７Ｃのポリトロープ効率８０％及びタービン３１の断熱効率８５％を考慮して算出された。更に、第１熱交換器１９内を循環する流れ間の平均温度差は、約４℃に維持される。第２熱交換器２３内を循環する流れ間の平均温度差もまた約４℃に維持される。
【００３５】
この結果は、意外にも装置１０を修正することなく得られ、約1,000 kWのゲインが７０バール乃至８５バールの高圧で達成可能である。
【００３６】
本発明に係る第１プロセスの第１変形例では、図３に示すように、装置１０は更に、サイクル１５及び２１から独立し、密閉された第３冷却サイクル５９を備える。
【００３７】
第３サイクル５９は、外部エネルギー源３３により駆動される二次圧縮機６１と、第１及び第２の二次コンデンサ６３Ａ及び６３Ｂと、膨張バルブ６５とを備える。
【００３８】
このサイクルは、液体プロパンにより形成された二次冷却流体の流れ６７により実行される。流れ６７は、第２熱交換器２３に、熱交換器１９から生じ、冷却流体の圧縮された流れ４５に対して逆流である冷却流体の流れ４２と同時に導入される。
【００３９】
第２熱交換器２３内のプロパンの流れ６７の気化は、熱交換により流れ４５を冷却し、加熱されたプロパンの流れ６９を製造する。この流れ６９は、プロパンの液状の圧縮された流れ７１を形成すべく、続いて圧縮機６１で圧縮され、その後コンデンサ６３Ａ及び６３Ｂで濃縮される。この流れ７１は、冷却プロパンの流れ６７を形成すべく、バルブ６５で膨張される。
【００４０】
圧縮機６１によって消費された電力は、エネルギー源３３によって供給された全体の電力の約５％に相当する。
【００４１】
しかしながら、図４に示すように、このプロセスの第１変形例の高圧の関数である効率の曲線７３は、第２プロセスでのサイクル２１の効率が、関連する高圧の範囲で、本発明に係る第１プロセスに対して約５％増加することを示す。
【００４２】
更に、８０バールの高圧で消費された全電力の減少は、従来技術のプロセスに対して１２％より大きい。
【００４３】
図５に示す第１装置の第２変形例は、以下の特徴により第１の変形例とは異なる。
【００４４】
第３サイクル５９に用いられる冷却流体は、少なくとも３０モル％のエタンを有する。示された例では、このサイクルは約５０モル％のエタン及び５０モル％のプロパンを有する。
【００４５】
更に、第２二次コンデンサ６３Ｂの排出口で得られた二次冷却流体の流れ７１は、第２の熱交換器２３に導入され、バルブ６５での膨張の前に、膨張された流れ６７に対して逆流で過冷却される。
【００４６】
図４にこのプロセスの効率を示す曲線７５によって示されるように、サイクル２１の平均効率は、図３に示される第２変形例に対して約０.7％増加する。
【００４７】
例として、以下の表に、高圧が８０バールであるときの圧力、温度及び流速の値を示す。
【００４８】
【表１】
2008536078.tif 000003
【００４９】
図６に示す本発明に係る第２装置７９は、第１熱交換器１９と第２熱交換器２３との間に配置された第３熱交換器８１を更に備える点で、第１装置１０とは異なる。
【００５０】
圧縮装置２５は、更に第２圧縮段階２６Ｂと第３圧縮段階２６Ｃとの間に配置された第４圧縮段階２６Ｄを備える。
【００５１】
第４段階２６Ｄの圧縮機２７Ｄは、二次膨張タービン８３に接続される。
【００５２】
本発明に係る、この第２装置７９で行われる第２プロセスは、第２コンデンサ２９Ｂから生じる流れ８４が第４圧縮機２７Ｄに導入され、その後第３圧縮機２７Ｃに導入される前に第４コンデンサ２９Ｄで冷却される点が、第１プロセスとは異なる。
【００５３】
更に、第２熱交換器２３の排出口で得られた冷却流体の圧縮及び冷却された流れ４７は、過冷却の流れ８５と二次冷却の流れ８７とに分離される。過冷却の流れ８５の二次冷却の流れ８７に対する流速比は、１より大きい。
【００５４】
過冷却の流れ８５は、第３熱交換器８１に導入され、冷却された過冷却の流れ８９を形成すべく冷却される。この流れ８９は、その後タービン３１に導入され、膨張される。タービン３１の排出口で膨張された過冷却の流れ９０は、ガス状である。流れ９０は、第１熱交換器１９に導入され、熱交換によりＬＮＧの流れ１１を過冷却し、加熱された過冷却の流れ９３を形成する。
【００５５】
二次冷却の流れ８７は、二次２タービン８３に運ばれ、ガス状の膨張された二次冷却の流れ９１を形成すべく膨張される。流れ９１は、第３熱交換器８１の上流に位置するポイントで、第１熱交換器１９から生じる加熱された過冷却の流れ９３と混合される。このようにして得られた混合物は、第３熱交換器８１に導入され、流れ４２を形成すべく過冷却の流れ８５を冷却する。
【００５６】
変形例では、本発明に係る第２装置７９は、第２熱交換器２３を冷却するプロパン又はエタン及びプロパンの混合物に基づく第３冷却サイクル５９を有する。第３サイクル５９は、図３及び図５に夫々示される第３サイクル５９と構造的に同一である。
【００５７】
図７は、図６に示す装置が冷却サイクルから外された場合の高圧の関数であるサイクル２１の効率の曲線９５を示し、一方、曲線９７及び９９は、プロパン又はプロパン及びエタンの混合物に基づく第３冷却サイクル５９が用いられた場合の高圧の関数であるサイクル２１の効率を示す。図７に示すように、サイクル２１の効率は、冷却流体として窒素のみを有するサイクル（曲線５１）に対して増加している。
【００５８】
本発明に係る第３装置１００は、図８に示すように、以下の特徴により第２装置７９とは異なる。
【００５９】
圧縮装置２５は、第３圧縮段階２７Ｃを備えない。更に、装置は、膨張された流体の液化を可能にする動的膨張タービン９９を備える。このタービン９９は、流れ発生器９９Ａに接続される。
【００６０】
本発明に係る、この装置１００で行われる第３プロセスは、過冷却の流れ８５の流速の二次冷却の流れ８７の流速に対する比が第２プロセスとは異なり、１未満である。
【００６１】
更に、第３交換器８１の排出口では、冷却された過冷却の流れ８９が第１熱交換器１９に導入され、タービン９９に導入される前に再度冷却される。タービン９９から生じる膨張された過冷却の流れ１０１は、完全に液化される。
【００６２】
結果として、液体の流れ１０１は、一方では過冷却されるＬＮＧの流れ１１に対して逆流し、他方では第１交換器１９内を循環する冷却された過冷却の流れ８９に対して逆流し、第１熱交換器１９で気化される。
【００６３】
二次冷却の流れ９１は、二次タービン８３の排出口でガス状である。
【００６４】
この装置では、第１サイクル２１内を循環する冷却流体は、好ましくは窒素及びメタンの混合物を有し、この混合物での窒素のモルパーセントは５０％未満である。有利には、冷却流体は、Ｃ2 炭化水素をも有し、例えば１０％未満の含有量のエチレンである。プロセスの収率は、図９の圧力の関数であるサイクル２１の効率を示す曲線１０３によって示されるように、更に向上する。
【００６５】
変形例では、図３及び５に示されるタイプの、プロパンに基づく、又はエタン及びプロパンの混合物に基づく第３冷却サイクル５９は、第２熱交換器２３を冷却するために用いられる。２変形例の、圧力の関数としてサイクル２１の効率を示す曲線１０５及び１０７が図９に示され、関連する高圧の範囲全体でのサイクル２１の効率の向上を示す。
【００６６】
このようにして、本発明に係るプロセスは、例えばＬＮＧ製造ユニットで主生成物として、又は例えば天然ガス（ＬＮＧ）から液体を抽出するためのユニットで副生成物としてＬＮＧを製造する装置で行うことが容易である順応性のある過冷却プロセスを提供する。
【００６７】
リバースブライトンサイクル（reverse Brayton cycle）として公知であるＬＮＧを過冷却するために窒素含有冷却流体の混合物を利用することにより、このサイクルの収率は著しく向上し、これにより装置でのＬＮＧの製造コストが減少する。
【００６８】
冷却流体の断熱圧縮の前に、冷却流体を冷却するための二次冷却サイクルの利用により、装置の収率が十分に向上する。  
【００６９】
得られた効率の値は、４℃以上の第１熱交換器１９での平均温度差で算出された。しかしながら、この平均温度差を減少させることにより、リバースブライトンサイクル（reverse Brayton cycle）の収率は、５０％を超えることができ、ＬＮＧの液化及び過冷却のために従来から行われている炭化水素の混合物を用いた濃縮及び気化の収率に匹敵する。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る第１装置のブロック図である。
【図２】図１での装置及び従来技術の装置の、圧縮機の排出口での冷却流体の圧力の関数である第２冷却サイクルの効率曲線を示すグラフである。
【図３】本発明に係る第１装置の第１変形例の図１と同様の図である。
【図４】図３の装置の、図２と同様のグラフである。
【図５】本発明に係る第１装置の第２変形例の、図１と同様の図である。
【図６】本発明に係る第２装置の、図１と同様の図である。
【図７】本発明に係る第２装置の、図２と同様のグラフである。
【図８】本発明に係る第３装置の、図３と同様の図である。
【図９】本発明に係る第３装置の、図２と同様のグラフである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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