(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の冷媒を循環させるように構成され、
前記第１の冷媒を加圧するための少なくとも１つの圧縮機（１０９）と、
前記圧縮機（１０９）を駆動するための少なくとも１つの原動機（１１１）と、
前記第１の冷媒から熱を取り去るための少なくとも１つの凝縮器（１１５）と、
前記第１の冷媒を膨張させるための少なくとも第１の膨張要素（１１９Ａ〜１１９Ｄ）と、
天然ガスから前記第１の冷媒へと熱を移動させるための少なくとも第１の熱交換器（１２３Ａ〜１２３Ｄ）と、
を備えている予冷ループ（１０３）、及び
前記予冷ループ（１０３）の下流に位置し、第２の冷媒を循環させる冷却ループ（１０５）であって、前記天然ガスは、前記予冷ループ（１０３）及び前記冷却ループ（１０５）において順次冷却されるように構成される、冷却ループ（１０５）、
を少なくとも備えており、
前記天然ガスは、前記予冷ループ（１０３）及び前記冷却ループ（１０５）において順次冷却されるように構成され、
前記圧縮機（１０９）は、複数の圧縮機段（１０９Ａ〜１０９Ｄ）を備える歯車結合ターボ圧縮機（１０９）であり、各々の圧縮機段は、圧縮機段に進入する流れを独立して調節するための独立した可動の入り口ガイドベーンの組を備え、
前記第１の冷媒は、３５よりも大きい分子量を有する気体を含み、
前記予冷ループ（１０３）は、
複数の低くなる圧力レベルにおいて前記第１の冷媒を膨張させるように構成された複数の連続的に配置された第１の膨張要素（１１９Ａ〜１１９Ｄ）と、
前記複数の連続的に配置された第１の膨張要素（１１９Ａ〜１１９Ｄ）を通って膨張させられた前記第１の冷媒のそれぞれの部分を受け取り、前記天然ガスから前記第１の冷媒へと熱を移動させるように配置及び構成された複数の第１の熱交換器（１２３Ａ〜１２３Ｄ）と、
前記第１の熱交換器（１２３Ａ〜１２３Ｄ）の各々から前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）のそれぞれの圧縮機段へと前記第１の冷媒の支流を戻す複数の戻り経路（１３０Ａ〜１３０Ｄ）と、
を備え、
前記圧縮機（１０９）は、少なくとも２つの連続して配置された圧縮機段の間の少なくとも１つのインタークーラを備え、
それぞれの圧縮機段へ戻された前記第１の冷媒の各支流は、前記インタークーラからの冷媒と混合されて、それぞれの圧縮機段へ供給される、
天然ガス液化システム。
【請求項２】
前記予冷ループ（１０９）は、前記第１の冷媒を前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）のそれぞれの圧縮機段（１０９Ａ〜１０９Ｄ）に戻される２つ以上の支流へと分割するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記原動機（１１１）は、電動モータを備える請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記原動機（１１１）は、ガスタービンを備える請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項５】
前記予冷ループ（１０３）は、少なくとも第１の補助膨張要素（１２１Ａ〜１２１Ｄ）と、前記第１の補助膨張要素（１２１Ａ〜１２１Ｄ）を通って膨張させられた前記第１の冷媒の一部分を受け取り、前記冷却ループ（１０５）を循環する前記第２の冷媒から前記予冷ループ（１０３）を循環する前記第１の冷媒へと熱を移動させるように構成された少なくとも第１の補助熱交換器（１２５Ａ〜１２５Ｄ）とを更に備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記予冷ループ（１０３）は、複数の低くなる圧力レベルにおいて前記第１の冷媒を膨張させるように構成された複数の連続的に配置された第２の膨張要素と、前記第１の補助膨張要素を通って膨張させられた前記第１の冷媒のそれぞれの部分を受け取り、前記第２の冷媒から前記第１の冷媒へと熱を移動させるように配置及び構成された複数の第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器の各々から前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）のそれぞれの圧縮機段（１０９Ａ〜１０９Ｄ）へと第１の冷媒の各部分を戻す複数の戻り経路とを更に備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の冷媒は、混合冷媒、又はエチレン、或いはメタンである請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）は、前記原動機（１１１）によって駆動されて回転する中央歯車（１６３）と、各々が前記中央歯車（１６３）と噛合して前記中央歯車（１６３）によって駆動されて回転するピニオン（１５９Ａ、１６１Ａ）を備えている複数の被駆動軸（１５９、１６１）と、各々の軸（１５９、１６１）に取り付けられた少なくとも１つのそれぞれの圧縮機インペラとを備える請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
２つのそれぞれの圧縮機インペラが前記軸（１５９、１６１）のうちの少なくとも１つに取り付けられている請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）は、加圧された第１の冷媒が約４５〜約６５ｂａｒ（絶対圧）の範囲の圧力、好ましくは約５０〜約６０ｂａｒ（絶対圧）の間の圧力で前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）の最終段からもたらされるように、前記第１の冷媒を圧縮し、前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）の最初の段の入り口における前記第１の冷媒の圧力は、約２．５〜約１０ｂａｒ（絶対圧）の範囲にある請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）は、加圧された第１の冷媒が約１０〜約３０ｂａｒ（絶対圧）の範囲の圧力、好ましくは約１５〜約２５ｂａｒ（絶対圧）の間の圧力で前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）の最終段からもたらされるように、前記第１の冷媒を圧縮し、前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）の最初の段の入り口における前記第１の冷媒の圧力は、約１〜約２．５、好ましくは約１．５〜約２ｂａｒ（絶対圧）の範囲にある請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）は、約１０，０００ｍ３／ｈ〜約７０，０００ｍ３／ｈの範囲の実流量で第１の冷媒をもたらす請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）は、約１２ＭＷ〜約４０ＭＷの範囲、好ましくは約１４ＭＷ〜約３０ＭＷの範囲の動力を消費する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）は、少なくとも４つの段を備え、各々の段は、少なくとも１つのインペラを備える請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
天然ガスを液化させる方法であって、
複数の圧縮機段および前記圧縮機段の間に配置された少なくとも１つのインタークーラを有しており、各々の段が可動の入り口ガイドベーンを備えている歯車結合ターボ圧縮機（１０９）と、少なくとも１つの凝縮器（１１５）と、少なくとも１つの膨張要素（１１９Ａ〜１１９Ｄ）と、少なくとも１つの熱交換器（１２３Ａ〜１２３Ｄ）とを備えている予冷ループ（１０３）を用意するステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）を原動機（１１１）で駆動するステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）を通って第１の冷媒を循環させるステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）によってもたらされる前記第１の冷媒を前記凝縮器（１１５）において凝縮させるステップと、
前記第１の冷媒を複数の部分流に分割するステップと、
前記凝縮させられた第１の冷媒を前記膨張要素（１１９Ａ〜１１９Ｄ）において膨張させるステップと、
前記膨張させられた冷媒を前記熱交換器（１２３Ａ〜１２３Ｄ）を通って循環させ、天然ガスから熱を取り去って天然ガスを予冷するステップと、
前記圧縮機段の吸い込み側において前記部分流を調節するために可動な入り口ガイドベーンを個別に制御するステップと、
少なくとも１つの冷却ループ（１０５）を用意するステップと、
第２の冷媒を前記少なくとも１つの冷却ループ（１０５）に循環させるステップと、
前記第２の冷媒との熱交換によって前記予冷された天然ガスから熱を取り去るステップと、
前記予冷ループ（１０３）に複数の連続的に配置された第１の膨張要素（１１９Ａ〜１１９Ｄ）を設けるステップと、
凝縮させられた第１の冷媒を複数の低くなる圧力レベルにおいて前記第１の膨張要素（１１９Ａ〜１１９Ｄ）を通って膨張させるステップと、
前記第１の膨張要素（１１９Ａ〜１１９Ｄ）の各々からの前記膨張させられた第１の冷媒の一部分を複数の第１の熱交換器（１２３Ａ〜１２３Ｄ）を通って循環させ、前記天然ガスから熱を取り去るステップと、
前記第１の熱交換器（１２３Ａ〜１２３Ｄ）からの前記膨張させられた第１の冷媒の一部分をそれぞれの戻り経路（１３０Ａ〜１３０Ｄ）を通って前記複数の圧縮機段のそれぞれの圧縮機段へと戻すステップと、
を含み、
それぞれの圧縮機段へ戻された前記第１の冷媒の各部分は、前記インタークーラからの冷媒と混合されて、それぞれの圧縮機段へ供給され、
前記第１の冷媒は、３５よりも大きい分子量を有する気体を含む、
方法。
【請求項１６】
前記原動機（１１１）は、電動モータを備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記原動機（１１１）は、ガスタービンを備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記可動の入り口ガイドベーンは、前記部分流の流れの条件の関数として制御される請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記予冷ループ（１０３）に複数の連続的に配置された第２の膨張要素（１２１Ａ〜１２１Ｄ）を設けるステップと、
凝縮させられた第１の冷媒を複数の低くなる圧力レベルにおいて前記第２の膨張要素（１２１Ａ〜１２１Ｄ）を通って膨張させるステップと、
前記膨張させられた第１の冷媒の一部分を前記予冷ループ（１０３）の複数の第２の熱交換器（１２５Ａ〜１２５Ｄ）を通って循環させ、前記第２の冷媒から熱を取り去るステップと、
前記第２の熱交換器（１２５Ａ〜１２５Ｄ）の各々からの前記第１の冷媒の一部分を前記歯車結合ターボ圧縮機（１０９）のそれぞれの圧縮機段へと戻すステップと
を更に含む請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される実施形態は、天然ガスを液化させるためのプロセス及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスは、ますます重要なエネルギー源となってきている。供給源から使用の場所までの天然ガスの輸送を可能にするために、ガスの体積を小さくする必要がある。極低温液化が、より便利、より安価、且つより安全に貯蔵及び輸送することができる液体へと天然ガスを変化させるためにごく普通に実施される処理となっている。液化天然ガス（ＬＮＧ）のパイプライン又は船舶による輸送が、冷却されて液化したガスを周囲圧力における液化温度よりも低い温度に保つことによって、周囲圧力において可能になる。
【０００３】
天然ガスを液体の状態で貯蔵及び輸送するために、天然ガスは、好ましくはガスがほぼ大気の蒸気圧を有する約−１５０〜−１７０℃に冷却される。
【０００４】
天然ガスの液化のために、高い圧力の天然ガスを複数の冷却段に順次通すことで、液化温度が達成されるまでガスを順次の冷却サイクルにおいてより低い温度に冷却するいくつかのプロセス及びシステムが、先行技術に存在する。
【０００５】
天然ガスを冷却段に通す前に、天然ガスは、処理を妨げる可能性があり、装置を傷める可能性があり、或いは最終製品において望ましくない不純物を取り除くために、前処理される。不純物として、酸性ガス、イオウ化合物、二酸化炭素、メルカプタン類、水、及び水銀が挙げられる。次いで、不純物が取り除かれた前処理後のガスは、冷媒の流れによって冷却され、より重質の炭化水素が分離される。残るガスは、主としてメタンで構成され、プロパン又はより重質の炭化水素などの高分子量の炭化水素の含有量は、通常は０．１モル％未満である。このようにして不純物が取り除かれて精製された天然ガスは、極低温部において最終温度まで冷却される。得られたＬＮＧは、ほぼ大気圧で貯蔵及び輸送が可能である。
【０００６】
極低温液化は、通常は、マルチサイクルプロセス、即ちいくつかの異なる冷却サイクルを使用するプロセスによって行われる。プロセスの種類に応じて、各サイクルは、異なる冷却流体を使用することができ、或いは同じ冷却流体を、２つ以上のサイクルにおいて使用することができる。
【０００７】
図１は、いわゆるＡＰＣＩプロセスを使用する極低温天然ガス液化システムの図を概略的に示している。この公知のプロセスは、２つの冷却サイクルを使用する。第１のサイクルは、冷却媒体としてプロパンを使用し、第２のサイクルは、通常はチッ素、メタン、エタン、及びプロパンで作られる混合冷媒を使用する。システム（全体として１で示されている）は、圧縮機列を駆動するガスタービン３によって形成されたラインを含む第１のサイクル２を備えている。圧縮機列は、混合冷媒を圧縮するための直列な第１の圧縮機５及び第２の圧縮機７を備えている。段間冷却器（インタークーラ）９が、第１の圧縮機５によってもたらされる混合冷媒を冷却し、第２の圧縮機７への進入前に混合冷媒の温度を下げ、体積を減少させる。第２の圧縮機７によってもたらされる圧縮された混合冷媒は、熱交換器１１において空気又は水を相手に凝縮させられる。混合冷媒は、以下で開示されるように、プロパンサイクル１２によって更に冷却され、部分的に液化させられる。
【０００８】
プロパンは、第２のサイクル又は予冷サイクルにおいて処理される。第２のサイクルは、多段圧縮機１５を駆動するガスタービン１３を含むラインを備えている。圧縮機１５によってもたらされる圧縮されたプロパンは、凝縮器１７において水又は空気を相手に凝縮させられる。凝縮させられたプロパンは、天然ガスを−４０℃まで予冷するとともに、混合冷媒を冷却し、部分的に液化させるために使用される。天然ガスの予冷及び混合冷媒の部分的な液化は、多圧力のプロセスにて実行され、図示の例では４段階の圧力にて実行される。
【０００９】
凝縮器１７からの凝縮させられたプロパンの流れは、第１組の４つの直列に配置された熱交換器へともたらされて混合冷媒を冷却し、部分的に液化させるとともに、第２組の４つの直列に配置された予冷熱交換器へともたらされて天然ガスを冷却する。凝縮器１７からの圧縮されたプロパンの流れの第１の部分が、配管１９を通って第１組の熱交換器へともたらされ、直列に配置された膨張機２１、２３、２５、及び２７において４つの異なる次第に低くなる圧力レベルへと順次膨張させられる。各々の膨張機２１、２３、及び２５の下流において、膨張後のプロパンの流れの一部分が、それぞれの熱交換器２９、３１、３３へと流される。最後の膨張機２７を通って流れるプロパンは、熱交換器３５へと流される。
【００１０】
熱交換器１１からもたらされる圧縮された混合冷媒は、配管３７を主極低温熱交換器３８に向かって流れる。配管３７は、混合冷媒が膨張後のプロパンを相手に次第に冷却させられて部分的に液化するように、熱交換器２９、３１、３３、及び３５を順次通過する。
【００１１】
凝縮器１７からの凝縮させられたプロパンの流れの第２の部分は、第２の配管３９へともたらされ、４つの直列に配置された膨張機４１、４３、４５、及び４７において順次膨張させられる。各々の膨張機４１、４３、及び４５において膨張させられたプロパンの一部、並びに最後の膨張機４７から流れるプロパンは、それぞれ対応する予冷熱交換器４９、５１、５３、及び５５に向かって流される。主天然ガスライン６１は、天然ガスが主極低温熱交換器３８への進入前に予冷されるように、前記予冷熱交換器４９、５１、５３、及び５５を順次通過して流れる。予冷熱交換器４９、５１、５３、及び５５を出る加熱されたプロパンは、熱交換器２９、３１、３３、及び３５を出るプロパンと集められ、４つの気化したプロパンの支流を回収してこの蒸気を凝縮器１７において再び凝縮させられるように例えば１５〜２５ｂａｒへと圧縮する圧縮機１５へと再び供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１３−３６３７５号公報
【発明の概要】
【００１３】
本明細書に開示される主題は、第１の冷媒を循環させる少なくとも予冷回路又はループと、第２の冷媒を循環させる少なくとも１つの冷却又は液化ループとを備える改良された天然ガス液化システムに関する。気体の状態の天然ガスが、予冷ループの熱交換器装置を通った後に冷却又は液化ループの熱交換器装置に流される。天然ガスは、第１の冷媒及び少なくとも第２の冷媒との熱交換によって予冷され、冷却され、最終的に液化させられる。追加の第３の冷却及び／又は液化回路又はループ（或いは、更なる冷却及び／又は液化回路又はループ）を、天然ガスを徐々に冷やして最終的に液化させるために、カスケード配置又は連続配置にて配置することができる。ループは、それぞれの冷媒を処理するためのそれぞれの圧縮機装置と、少なくとも１つの凝縮器と、例えばターボ膨張機及び／又は絞り弁などの１つ以上の膨張要素とを含む。少なくとも予冷ループは、第１の冷媒を処理するための歯車結合（ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ−ｇｅａｒｅｄ）ターボ圧縮機を備える。第１の冷媒を、天然ガス並びに／或いは後続の冷却又は液化ループを循環する冷媒と次第に低くなる圧力値において熱を交換するために使用される２つ以上の支流へと分割することができる。
【００１４】
いくつかの実施形態によれば、
第１の冷媒を循環させるように構成され、
前記第１の冷媒を加圧するための少なくとも１つの圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するための少なくとも１つの原動機と、
前記第１の冷媒から熱を取り去るための少なくとも１つの凝縮器と、
前記第１の冷媒を膨張させるための少なくとも第１の膨張要素と、
天然ガスから前記第１の冷媒へと熱を移動させるための少なくとも第１の熱交換器と
を備えている予冷ループ、及び
前記予冷ループの下流に位置し、第２の冷媒を循環させる冷却ループ
を少なくとも備えており、
前記天然ガスは、前記予冷ループ及び前記冷却ループにおいて順次冷却されるように構成され、
前記圧縮機は、複数の圧縮機段を備える歯車結合ターボ圧縮機であり、各々の圧縮機段は、圧縮機段に進入する流れを独立して調節するための独立した可動の入り口ガイドベーンの組を備えている天然ガス液化システムが提供される。
【００１５】
いくつかの実施形態によれば、可動の入り口ガイドベーンを備えない追加の圧縮機段が設けられてもよい。複数の圧縮機段が直列に配置される場合、下流の段はより上流の段の可動の入り口ベーンの組によって調節されるため、１組の可動の入り口ガイドベーンで十分である。直列に配置される圧縮機段は、第１の冷媒の流れが２つ以上の支流へと分割され、２つの後続の圧縮機段の間の中間位置において順次再合流する場合に、それぞれの可動入り口ベーンの組を備えることができる。
【００１６】
別の態様によれば、天然ガスの流れが少なくとも予冷ループを循環する第１の冷媒並びに冷却及び／又は液化ループを循環する第２の冷媒との熱交換によって冷却されて液化させられる天然ガスの液化方法が提供される。第１の冷媒は、次第に低くなる圧力値の複数の支流へと分割される。支流は、天然ガスの流れ及び／又は第２の冷媒と熱を交換する。支流は、歯車結合ターボ圧縮機のそれぞれの圧縮機段に戻される。
【００１７】
一実施形態によれば、
複数の圧縮機段を有する歯車結合ターボ圧縮機と、少なくとも１つの凝縮器と、少なくとも１つの膨張要素と、少なくとも１つの熱交換器とを備えている予冷ループを用意するステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機を原動機で駆動するステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機を通って第１の冷媒を循環させるステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機によってもたらされる前記第１の冷媒を前記凝縮器において凝縮させるステップと、
前記第１の冷媒を複数の部分流に分割するステップと、前記凝縮させられた第１の冷媒を前記膨張要素において膨張させるステップと、
前記膨張させられた冷媒を前記熱交換器を通って循環させ、天然ガスから熱を取り去って天然ガスを予冷するステップと、
前記圧縮機段の吸い込み側において前記部分流を調節するために可動な入り口ガイドベーンを個別に制御するステップと、
少なくとも１つの冷却ループを用意するステップと、
第２の冷媒を前記少なくとも１つの冷却ループにおいて循環させるステップと、
前記第２の冷媒との熱交換によって前記予冷された天然ガスから熱を取り去るステップとを含む方法が提供される。
【００１８】
特徴及び実施形態が、本明細書において以下で開示され、本明細書の一体の一部分を形成する添付の特許請求の範囲に更に記載される。以上の簡単な説明は、以下の詳細な説明をよりよく理解することができ、且つ今回の技術的な貢献をよりよく評価できるように、本発明の種々の実施形態の特徴を述べている。当然ながら、本明細書において後述され、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の他の特徴も存在する。この点に関し、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の実施形態が、それらの応用において、以下の説明に記載され、或いは図面に示される構成の詳細及び構成要素の配置に限られないことを、理解すべきである。本発明は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施及び実行が可能である。また、本明細書において使用される表現及び用語が、説明を目的とするものであり、限定として解釈されてはならないことを、理解すべきである。
【００１９】
本システム及び方法によってもたらされる第１の冷媒の流量は、圧縮機段の回転速度によらなくても制御可能である。これにより、より効率的且つ信頼できるＬＮＧ回路が提供される。
【００２０】
したがって、当業者であれば、本発明の根底にある概念を、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、及び／又はシステムを設計するための基礎として容易に利用できることを、理解できるであろう。したがって、特許請求の範囲を、そのような同等の構成を、それらが本発明の技術的思想及び技術的範囲から外れない限りにおいて含むものと理解することが重要である。
【００２１】
開示される本発明の実施形態及びそれらの付随の利点の多くについて、より完全な評価が、それらを以下の詳細な説明を参照し、添付の図面と併せて検討することによってよりよく理解することで、容易に得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】現在の技術による天然ガスの液化のためのシステムを示している。
【図２】本発明によるＬＮＧの製造のためのシステムの第１の実施形態の概要を示している。
【図２Ａ】図２の構成において用いられる歯車結合圧縮機の典型的な実施形態を示している。
【図３】第２の実施形態における本発明によるＬＮＧの製造のためのシステムの概要を示している。
【図４】本発明によるＬＮＧシステムにおいて用いられる歯車結合ターボ圧縮機の２つの圧縮機段の断面を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
典型的な実施形態を、添付の図面を参照して以下で詳細に説明する。種々の図において、同じ参照番号は、同一又は類似の構成要素を指し示している。更に、図は、必ずしも比例尺で描かれてはいない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。
【００２４】
明細書の全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」或いは「いくつかの実施形態」への言及は、或る実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の種々の箇所において現れる「一実施形態において」又は「実施形態において」或いは「いくつかの実施形態において」という表現は、必ずしも同じ実施形態に言及しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性を、１つ以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることが可能である。
【００２５】
図２は、本明細書に開示される主題を具現化するＡＰＣＩプロセスに基づく極低温天然ガス液化システムの図を概略的に示している。このプロセスは、第１の冷媒及び第２の冷媒がそれぞれ処理される２つの冷却サイクル又はループを使用する。第１のループは、天然ガス並びに第２のループを循環する第２の冷媒が第１の冷媒と熱を交換することによって冷却される予冷ループである。  本明細書において、第１のループが予冷ループ又はサイクルと称されるがゆえに、第２のループは、冷却又は液化ループ又はサイクルと称される。
【００２６】
いくつかの実施形態において、予冷ループを循環する第１の冷媒は、プロパンを含むことができ、或いはプロパンからなってよい。第１の冷媒は、少なくとも３５の平均分子量を有することができ、例えば３５〜４１の間の平均分子量を有することができる。いくつかの実施形態において、第２のループを循環する第２の冷媒は、例えばチッ素、メタン、エタン、及びプロパンを含む混合冷媒を含むことができる。
【００２７】
より具体的には、図２の実施形態において、システムは全体として１０１で示され、第１のループ又は予冷ループは１０３と標記され、第２の液化サイクル又はループは１０５と標記されている。天然ガスは、配管１０７によってシステム１０１へともたらされ、予冷ループ１０３及び冷却ループ１０５のそれぞれの複数の直列に配置された熱交換器を通って流れることによって順次冷却され、最終的に液化する。
【００２８】
予冷ループ１０３は、多段歯車結合ターボ圧縮機１０９を備えている。歯車結合ターボ圧縮機は、図４に更に詳しく示されるとおりに構成されてよく、この図を参照して更に詳しく後述される。
【００２９】
歯車結合ターボ圧縮機の少なくとも１つの段、いくつかの段、或いは好ましくはすべての段は、システム１０１の実際の動作における必要に応じてこの（これらの）段の動作条件を調節するために、可動の入り口ガイドベーンを備える。可動の入り口ガイドベーンの各組を、例えば或る段と他の段とで異なる流量を考慮するために、他の組とは別個独立に調整することができる。
【００３０】
いくつかの実施形態において、歯車結合ターボ圧縮機は、２〜８の間に含まれる数の段を備える。例えば、歯車結合ターボ圧縮機は、３〜６つの段を含むことができる。更に詳しく後述されるとおり、１つ以上のインタークーラを、歯車結合ターボ圧縮機の連続的に配置された段の１つ以上のペアの間に設けることができる。更に、いくつかの実施形態においては、いくつかの実施形態において、多段歯車結合ターボ圧縮機１０９を、ガスタービン（例えば、航空転用ガスタービン）などの内燃機関を含むことができる原動機によって駆動することができる。好都合な実施形態においては、歯車結合ターボ圧縮機１０９は、電動モータ１１１によって駆動される。
【００３１】
図２に典型的な実施形態が示されており、歯車結合ターボ圧縮機１０９は、順に配置された４つの段（それぞれ１０９Ａ、１０９Ｂ、１０９Ｃ、１０９Ｄと標記されている）で構成され、段１０９Ｄが最も低い圧力の段であり、段１０９Ａが最も高い圧力の段である。
【００３２】
圧縮された第１の冷媒の流れが、歯車結合ターボ圧縮機１０９によって凝縮器１１５へともたらされる。凝縮器１１５を通ってもたらされる第１の冷媒の流れは、例えば水又は空気を相手に冷却され、凝縮させられる。
【００３３】
いくつかの実施形態において、凝縮させられた第１の冷媒は、予冷ループ１０３を循環して天然ガスを予冷するとともに、冷却ループ１０５を循環する第２の冷媒を冷却し、随意により部分的に液化させる。
【００３４】
いくつかの実施形態において、プロセスは、４つの圧力レベルに分割される。圧力レベルの数は、歯車結合ターボ圧縮機１０９の段数に対応することができる。好ましい実施形態において、凝縮器１１５を通ってもたらされる第１の冷媒の流れは、いくつかの部分流へと分割され、次いで部分流は、次第に低くなる圧力レベルにおいて順次膨張させられる。冷媒の各々の部分流は、サブサイクルを循環し、支流として歯車結合ターボ圧縮機へと、複数の圧縮機段のうちの対応する１つの圧縮機段の入り口に戻される。
【００３５】
送出ライン１１７が、凝縮させられた第１の冷媒の流れの第１の部分を、複数の直列に配置された第１の膨張要素１１９Ａ〜１１９Ｄへともたらす。送出ライン１１７から分岐した第２の送出ライン１１８が、凝縮させられた第１の冷媒の流れの第２の部分を、複数の直列に配置された第２の膨張要素１２１Ａ〜１２１Ｄへともたらす。
【００３６】
凝縮器１１５からの凝縮させられた第１の冷媒の第１の部分は、４つの異なる次第に低くなる圧力レベルにある４つの膨張要素１１９Ａ〜１１９Ｄにおいて順次膨張させられる。各々の膨張要素１１９Ａ〜１１９Ｄの下流において、部分的に膨張させられた第１の冷媒の流れの一部が、第１の予冷熱交換器１２３Ａ〜１２３Ｄのうちの該当の１つへと流される。部分的に膨張させられた第１の冷媒の残りの部分は、次の膨張要素１１９Ａ〜１１９Ｄを通って流され、以下同様である。第１の膨張要素１１９Ａ〜１１９Ｄのうちの最も下流の膨張要素（１１９Ｄ）を通って流れる残余の第１の冷媒は、最も下流の予冷熱交換器１２３Ｄへともたらされる。
【００３７】
前記第１の熱交換器１２３Ａ〜１２３Ｄの各々において、第１の冷媒は、配管１０７を流れる天然ガスを相手に熱を交換し、したがって天然ガスを予冷し、随意により部分的に液化させる。
【００３８】
第２の膨張要素１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄの各々において膨張させられた第１の冷媒の一部が、複数の第２の熱交換器１２５Ａ〜１２５Ｄのうちの対応する１つへと流される。前記第２の膨張要素１２１Ａ〜１２１Ｄの各々によってもたらされる冷媒の流れのうち、それぞれの熱交換器１２５Ａ〜１２５Ｄへは流されない部分は、後続の膨張要素を通って送られる。前記第２の熱交換器のうちの最も下流の熱交換器（１２５Ｄ）が、前記第２の膨張要素１２１Ａ〜１２１Ｄのうちの最も下流（１２１Ｄ）において膨張する第１の冷媒の残りの全部分を受け取る。前記第２の熱交換器１２５Ａ〜１２５Ｄの各々において、第１の冷媒は、冷却又は液化ループ１０５を循環する第２の冷媒を相手に熱を交換し、結果として、熱交換器１２５Ｄの送出側において第２の冷媒が冷却されて少なくとも部分的に液化する。
【００３９】
第１の予冷熱交換器１２３Ａ〜１２３Ｄを出る加熱された第１の冷媒は、第２の熱交換器１２５Ａ〜１２５Ｄから出る加熱された第１の冷媒と集められ、歯車結合ターボ圧縮機１０９へと再び供給される。
【００４０】
いくつかの実施形態において、第２の熱交換器１２５Ａ〜１２５Ｄの各々から出る加熱された第１の冷媒は、対応する第１の熱交換器１２３Ａ〜１２３Ｄを出る加熱された第１冷媒とほぼ同じ圧力にある。対応する圧力レベルにおいて集められた冷媒は、歯車結合ターボ圧縮機１０９の対応する段の入り口にもたらされる。このようにして、冷媒の複数の支流が、次第に低くなる圧力で、歯車結合ターボ圧縮機１０９の直列に配置された段の入り口に戻される。
【００４１】
図２において、参照番号１３０Ａ〜１３０Ｄが、熱交換器１２３Ａ〜１２３Ｄ及び１２５Ａ〜１２５Ｄからもたらされる膨張及び使用後の支流を歯車結合ターボ圧縮機の対応する段１０９Ａ〜１０９Ｄへと戻す戻りのラインを示している。
【００４２】
いくつかの実施形態において、冷却又は液化ループ１０５は、圧縮機列を備えている。いくつかの実施形態においては、圧縮機列を、直列に配置された第１の圧縮機１３１及び第２の圧縮機１３３で構成することができる。他の実施形態においては、ただ１つの圧縮機を設けることができる。各々の圧縮機は、例えば多段遠心圧縮機など、多段圧縮機であってよい。
【００４３】
いくつかの実施形態において、冷却ループ１０５の圧縮機は、内燃機関を含むことができる原動機によって駆動される。原動機は、例えば航空転用ガスタービンなど、ガスタービン１３５であってよい。
【００４４】
段間冷却器（インタークーラ）１３７を、第１の圧縮機１３１によってもたらされる第２の冷媒について第２の圧縮機１３３へと進入する前に温度を下げ、体積を減らすために、第１の圧縮機１３１と第２の圧縮機１３３との間に配置することができる。  第２の圧縮機１３３によってもたらされる圧縮された第２の冷媒は、凝縮器１３９において凝縮させられる。凝縮器１３９は、第２の冷媒を空気又は水を相手とする熱の交換によって凝縮させる空気凝縮器又は水凝縮器であってよい。上述のように、凝縮させられた第２の冷媒は、次に送出ライン１４１によって順に配置された第２の熱交換器１２５Ａ〜１２５Ｄを通って送られ、第２の熱交換器１２５Ａ〜１２５Ｄにおいて、第２の冷媒は、予冷ループ１０３を循環する第１の冷媒との熱交換によって冷却され、おそらくは液化させられる。
【００４５】
熱交換器１２５Ａ〜１２５Ｄからもたらされる冷却され且つ随意により部分的に液化させられた第２の冷媒は、配管１４３を通って主極低温熱交換器１４５へと流れ、主極低温熱交換器１４５において、第２の冷媒は、予冷され且つ随意により部分的に液化させられた天然ガスから更なる熱を除去し、液化プロセスを完了させる。完全に液化した天然ガスが、１４９においてシステムから出る一方で、加熱された第２の冷媒は、配管１５１を通って圧縮機又は圧縮機列１３１、１３３へと戻される。
【００４６】
図２に、歯車結合ターボ圧縮機１０９が、あくまでも概略的に示されている。典型的な歯車結合ターボ圧縮機１０９の主な構成要素が、図２Ａに更に詳しく示されている。図４が、歯車結合ターボ圧縮機１０９の共通の回転軸に支持された２つの圧縮機段の縦断面を更に詳しく示している。より具体的には、図４は、第１及び第２の段１０９Ｄ、１０９Ｃを例として示している。
【００４７】
好ましくは、圧縮機の各段１０９Ａ〜１０９Ｄは、４つの段１０９Ａ〜１０９Ｄについて１１０Ａ〜１１０Ｄに概念的に示される可動の入り口ガイドベーンを備える。他の実施形態において、可動の入り口ガイドベーンは、圧縮機段のうちの一部の段の入り口にのみ設けられ、或いはいずれの段にも設けられない。図４から理解できるように、入り口ガイドベーンを、圧縮機段の軸方向の入り口に配置することができる。可動入り口ガイドベーンの各組を、圧縮機段に進入する流れを自立的に調節するために、他の組とは別個独立に制御することができる。インタークーラを、２つの連続して配置された圧縮機段１０９Ａ〜１０９Ｄの間に設けることができる。図２Ａに示されるように、第１のインタークーラ１５３を、第１の圧縮機段１０９Ｄの送出側と第２の圧縮機段１０９Ｃの吸い込み側との間に配置することができる。第２のインタークーラ１５５を、第２の圧縮機段１０９Ｃの送出側と第３の圧縮機段１０９Ｂの吸い込み側との間に配置することができる。第３のインタークーラ１５７を、第３の圧縮機段１０９Ｂの送出側と第４の圧縮機段１０９Ａの吸い込み側との間に配置することができる。
【００４８】
各々の圧縮機段１０９Ａ〜１０９Ｄは、回転軸上に支持された少なくとも１つのインペラを備える。図４は、２つの最も上流側の圧縮機段１０９Ｄ、１０９Ｃのそれぞれの２つのインペラ１１２Ｄ、１１２Ｃを示している。各々のインペラは、軸方向の入り口と径方向の出口とを有する遠心インペラであってよい。インペラによって処理された流体は、圧縮機段１０９Ｄ、１０９Ｃのボリュート１１４Ｄ、１１４Ｃなど、それぞれのボリュートに集められる。
【００４９】
インペラは、ペアにされてよく、インペラの各ペアは、共通の回転軸によって支持される。図２Ａの実施形態においては、２つの回転軸１５９、１６１が設けられている。第１及び第２の圧縮機段１０９Ｄ、１０９Ｃのインペラは、第１の回転軸１５９に回転可能に取り付けられ、第３及び第４の圧縮機段１０９Ｂ、１０９Ａのインペラは、第２の回転軸１６１に回転可能に取り付けられている。別の数の回転軸並びにそれぞれの圧縮機段及びインペラを設けることができる。いくつかの実施形態においては、設けられる段の数が奇数であってよく、その場合には、回転軸のうちの１つが、ペアにされたインペラではなく、ただ１つのインペラを支持することができる。
【００５０】
各々の回転軸１５９、１６１は、各々の回転軸１５９、１６１にキー留めされたピニオン１５９Ａ、１６１Ａを備える。ピニオン１５９Ａ、１６１Ａは、電動モータ１１１によって駆動軸１６５を介して回転駆動される中央歯車又はクラウン１６３に噛合している。２つの回転軸１５９、１６１、及び、したがって２つの回転軸１５９、１６１に取り付けられたそれぞれのインペラは、異なる回転速度で回転することができる。
【００５１】
歯車結合ターボ圧縮機１０９の構成は、予冷ループ１０３を循環する第１の冷媒の異なる支流を処理するために特に適している。圧縮機段の入り口に位置する可動の入り口ガイドベーン１１０Ａ〜１１０Ｄの各組の状態を、圧縮機段の動作の状態を温度条件及び種々の熱交換器１２３Ａ〜１２３Ｄ、１２５Ａ〜１２５Ｄにおける流量に合わせることができるように、各々の支流（即ち、圧縮機段のそれぞれの吸い込み側へともたらされる各々の冷媒の流れ）の流れの条件に合わせて調整することができる。したがって、圧縮機の効率及び操作性を最大にすることができる。歯車結合ターボ圧縮機１０９の構造に容易に統合できるインタークーラ１５３、１５５、１５７などの１つ以上のインタークーラが、圧縮機、したがってＬＮＧシステム全体の効率を、更に向上させる。
【００５２】
本明細書に開示される主題の更なる実施形態が、図３に示され、以下で説明される。図３のＬＮＧ系２００は、３枚の閉ループ（単数又は複数）、２０１、２０３、２０５から構成されている。３つの異なる冷媒が、３つのループで処理される。ループ２０１において処理される第１の冷媒は、プロパンであってよい。第１のループ２０１は、以下では予冷ループと称される。ループ２０３において処理される第２の冷媒は、エチレンであってよく、ループ２０５を循環する第３の冷媒は、メタンであってよい。天然ガスのライン２０７は、３つのループ２０１、２０３、２０５の３つの連続的に配置された熱交換器２０９、２１１、及び２１３を通って流れる。天然ガスは、気体の状態で第１の熱交換器２０９に進入し、液体の状態で最後の熱交換器２１３を出る。
【００５３】
図３のシステムは、或る程度簡略化したやり方で表されている。第１の予冷ループ又はサイクル２０１は、複数の圧縮機段を含む歯車結合ターボ圧縮機２２９を備える。いくつかの実施形態においては、図３の概略図に例として示されているように、３つの圧縮機段２２９Ａ〜２２９Ｃを設けることができる。他の実施形態においては、異なる数の圧縮機段を設けることができる。一般に、圧縮機段の数は、図２及び２Ａに関連して開示したものと同様のやり方で、予冷ループ２０１に設けられる支流の数に依存することができる。
【００５４】
入り口ガイドベーン２２８Ｃ、２２８Ｂ、２２８Ａを、一部の圧縮機段（好ましくは、各々の圧縮機段）の入り口に設けることができる。インタークーラを、連続的に配置された圧縮機段のペアの間に配置することができ、例えば第１のインタークーラ２３０を、第１の圧縮機段２２９Ｃの送出側と、第２の圧縮機段２２９Ｂの吸い込み側との間に配置することができる。更なるインタークーラ２３１を、圧縮機段２２９Ｂの送出側と、圧縮機段２２９Ａの吸い込み側との間に配置することができる。
【００５５】
最後の圧縮機段２２９Ａ、即ち圧力が高まる流れの方向における最も下流の圧縮機段の送出側が、凝縮器２３３へと接続される。歯車結合ターボ圧縮機２２９を通って循環する第１の冷媒は、凝縮器２３３において凝縮させられ、ライン２３５を通って第１の熱交換器２０９へともたらされる。圧縮されて凝縮させられた冷媒の流れを、１つ以上の膨張要素（そのうちの１つが、２３７で示されている）を通して膨張させることができる。図２と同様のやり方で、送出ライン２３５を流れる主冷媒流を、次第に低下する圧力及び温度の支流へと分割することができる。熱交換器２０９を、直列に配置された複数の熱交換器部分で構成でき、冷媒の一部が、図２及び２Ａに関連して説明した内容ときわめてよく似たやり方で、次第に低下する圧力でこれらの熱交換器部分を通って流される。このようにして、複数の支流が形成され、各々の支流は圧縮機段２２９Ａ、２２９Ｂ、２２９Ｃのうちの該当の１つに戻される。
【００５６】
したがって、各々の圧縮機段は、可変且つ最も上流の圧縮機段２２９Ｃから最も下流の圧縮機段２２９Ａへと次第に高くなる圧力の異なる冷媒の流量を処理する。
【００５７】
歯車結合ターボ圧縮機２２９を、原動機によって駆動することができる。いくつかの実施形態において、原動機は、図２を参照して説明したモータ１１１と同様の電動モータ（図示せず）であってよい。他の実施形態において、原動機は、例えば航空転用ガスタービンなどのガスタービンを備えることができる。
【００５８】
第２のループ２０３は、圧縮機装置２４１を備えている。圧縮機装置２４１は、１つの圧縮機又は複数の連続的に配置された圧縮機を備えることができる。圧縮機装置２４１の圧縮機のうちの１つ以上は、例えば多段遠心圧縮機など、多段圧縮機であってよい。圧縮機装置２４１を、第２の原動機２４３によって駆動することができる。いくつかの実施形態において、第２の原動機２４３は、例えば航空転用ガスタービンなど、ガスタービンを備えることができる。他の実施形態において、動力源は、電動モータを備えることができる。異なる機関又はモータの組み合わせも、考えられる。
【００５９】
第２のループ２０３は、圧縮機装置２４１によってもたらされる圧縮された第２の冷媒を凝縮させる凝縮器２４５を備える。送出ライン２４７が、圧縮されて凝縮させられた第２の冷媒を第１の熱交換器２０９及び第２の熱交換器２１１へともたらす。第１の熱交換器２０９において、凝縮させられた第２の冷媒は、第１のループ２０１を循環する第１の冷媒との熱交換によって冷却される。第２の熱交換器２１１において、第２の冷媒は、１つ以上の連続的に配置された膨張要素（そのうちの１つが２４９で示されている）において膨張させられる。このようにして、次第に低くなる異なる圧力の第２の冷媒の前記流れを、それ自身は公知のやり方で生成でき、これらの支流は、低くなる圧力の戻りのライン２５１、２５３、２５５を通って第２の圧縮機装置２４１へと戻される。いくつかの実施形態において、各々の支流は、圧縮機装置２４１を構成する複数の連続的に配置された圧縮機のうちの該当の圧縮機の入り口に注入される。可動の入り口ガイドベーンを、各々のそのような圧縮機の入り口に設けることができる。第２の熱交換器２１１において、第２の冷媒は、ガスのライン２０７を通って流れる天然ガスを冷却し、更に／或いは部分的に液化させる。
【００６０】
第３のループ２０５が、更なる圧縮機装置２６１を備える。圧縮機装置２６１は、１つの圧縮機又は複数の連続的に配置された圧縮機で構成されてよい。圧縮機装置２６１の圧縮機は、例えば多段遠心圧縮機など、遠心圧縮機であってよい。圧縮機装置２６１を駆動して回転させるために、更なる原動機２６３が設けられている。いくつかの実施形態において、原動機２６３は、例えば航空転用ガスタービンなど、ガスタービンを備えることができる。他の実施形態において、原動機２６３は、電動モータを備えることができる。異なるモータ及び機関の組み合わせを設けることもできる。
【００６１】
圧縮機装置２６１によってもたらされる圧縮された第３の冷媒は、凝縮器２６５において凝縮させられ、送出ライン２６７を通って第１、第２、及び第３の熱交換器２０９、２１１、２１３に液体の状態でもたらされる。第１及び第２の熱交換器２０９、２１１において、第３の冷媒は、液体の状態で流れ、それぞれ第１の冷媒及び第２の冷媒との熱交換によって冷却される。ループの最後の部分において、第３の冷媒は、１つ以上の連続的に配置された膨張要素２６９において膨張させられる。気化した第３の冷媒は、天然ガスが第３の熱交換器２１３からもたらされるときに液化するまで、第３の熱交換器２１３において天然ガスとの熱交換を行う。いくつかの実施形態においては、第３の冷媒を、次第に減少する圧力で支流へと分割することができ、各々の支流は、それぞれの戻りのライン２７１、２７３、２７５を介して圧縮機装置２６１へと戻される。この場合にも、支流を、圧縮機装置の一部を構成する連続的に配置された圧縮機の入り口に注入でき、各々の圧縮機には、おそらくは可動の入り口ガイドベーンが設けられる。
【００６２】
以上説明し、図３に示したＬＮＧプロセスは、カスケードプロセスとして知られている。上述のように、公知のカスケードプロセス及びシステムとは異なり、本実施形態においては、少なくとも第１の予冷ループ２０１が、多段歯車結合ターボ圧縮機を備える。
【００６３】
歯車結合ターボ圧縮機を通る予冷ループにおける第１の冷媒の処理は、図２、２Ａの実施形態に関連してすでに説明したように、いくつかの利点を有する。図３の実施形態の歯車結合ターボ圧縮機２２９は、図２、２Ａの実施形態に関連して説明され、図４に更に詳しく示される歯車結合ターボ圧縮機と概念的に類似することができる。あくまでも例として、図３に示される歯車結合ターボ圧縮機２２９の圧縮機段の数は、図２、２Ａの実施形態の段の数から異なっており、このことは、歯車結合ターボ圧縮機の段の数が、設計上の考慮事項に基づき、例えば第１の冷媒の主流の凝縮器の下流における支流への分割の数に基づいて、様々であってよいことを示している。
【００６４】
いくつかの実施形態においては、歯車結合ターボ圧縮機を、約１２ＭＷ〜約４０ＭＷの範囲の動力で駆動することができる。いくつかの実施形態において、歯車結合ターボ圧縮機は、約１４ＭＷ〜４０ＭＷの間、より具体的には約２５ＭＷ〜３０ＭＷの間の範囲の定格出力を有することができる。
【００６５】
いくつかの実施形態においては、約１０、０００ｍ3／ｈ〜約７０、０００ｍ3／ｈの範囲の第１の冷媒の流量を、歯車結合ターボ圧縮機によって処理することができる。
【００６６】
上記開示のように、ＬＮＧシステムにおける第１の冷媒は、通常は、次第に低くなる圧力の値において膨張させられ、支流へと分割され、各々の流れが歯車結合ターボ圧縮機のいくつかの圧縮機段のうちの該当の１つへと戻される。いくつかの実施形態において、最も下流の圧縮機段、即ち最も高い圧力の圧縮機段の送出圧力は、約４５ｂａｒ（絶対圧）〜約６５ｂａｒ（絶対圧）の範囲であり、いくつかの実施形態においては、この送出圧力が、約５２ｂａｒ（絶対圧）〜約５６ｂａｒ（絶対圧）の間の範囲であってよい。  いくつかの実施形態においては、それぞれの吸い込み圧力、即ち最も上流の圧縮機段の入り口における圧力が、約２．５〜約１５ｂａｒ（絶対圧）の間の範囲であってよく、より具体的には、例えば約３〜約１０ｂａｒ（絶対圧）の間の範囲であってよく、例えば３〜３．５ｂａｒ（絶対圧）付近であってよい。
【００６７】
他の実施形態において、歯車結合ターボ圧縮機の最終段の送出圧力（吐出圧）は、約１０ｂａｒ（絶対圧）〜３０ｂａｒ（絶対圧）の間の範囲であってよく、いくつかの特定の実施形態においては、１５〜２５ｂａｒ（絶対圧）の間の範囲であってよい。最も上流の圧縮機段におけるそれぞれの吸い込み圧力は、約１〜約２．５ｂａｒ（絶対圧）の間の範囲であってよく、更に具体的には約１．５〜約２ｂａｒ（絶対圧）の間の範囲であってよく、例えば１．６〜１．９ｂａｒ（絶対圧）の付近であってよい。
【００６８】
予冷サイクルにおける歯車結合ターボ圧縮機の使用は、現在の技術の遠心多段圧縮機と比較して、圧縮機の効率を向上させ、したがって消費する動力が少なくてすみ、結果として顕著なコスト削減をもたらす。
【００６９】
これによって達成される効率の向上並びにエネルギー消費及びコストの削減に関する大きな利益を十分に理解するために、以下の比較例を熟考すべきである。
【００７０】
図１によるシステムにおいて、例えばイタリアのフィレンツェ（Ｆｌｏｒｅｎｃｅ）のＧＥ  Ｏｉｌ  ＆  Ｇａｓ社によって製造される３ＭＣＬ８０４などの「１００％」の効率を有するビーム遠心圧縮機を、この圧縮機に直結されたイタリアのフィレンツェのＧＥ  Ｏｉｌ  ＆  Ｇａｓ社から入手可能なＰＧＴ２５＋Ｇ４という航空転用ガスタービンによって駆動して使用する標準的な構成では、以下の動作条件、即ち
・入り口圧力  １．１３ｂａｒ（絶対圧）、
・入り口体積流量  ５６，０００ｍ3／ｈ、及び
・回転数  ６，１００ｒｐｍ
において、圧縮機は設計条件において２１，１０８ｋＷを消費すると考えられる。例えば同等のガスタービンによって駆動され、１０２．４％の効率を有しているイタリアのフィレンツェのＧＥ  Ｏｉｌ  ＆  Ｇａｓ社によって製造されるＳＲＬ８０４などの歯車結合ターボ圧縮機を備える図２、２Ａによる構成は、同じ動作条件のもとで２０，４９３ｋＷを消費すると考えられ、これは動力の消費の３％の削減を意味する。
【００７１】
歯車結合による構成における合計のコスト削減は、５％である。
【００７２】
歯車結合圧縮機の使用は、すれば、ガスタービンの代わりに電動モータが使用される構成を考えるとき、ギアボックスの省略ゆえに、更により魅力的である。電動モータを動力源として用いる先行技術による標準的な技術的解決策においては、速度固定の電動モータが、ギアボックスを介して圧縮機に接続され、圧縮機を駆動する。対照的に、歯車結合圧縮機を用いる場合には、圧縮機を、追加のギアボックスを必要とすることなく最適な速度に設計することができる。圧縮機は、最大１０４．１％の効率に達しうる。結果として、上述の動作条件のもとで、動力の消費は２０，１０２ｋＷとなり、動力の消費の１００６ｋＷの削減がもたらされると考えられる。コストに関して、歯車結合圧縮機及び電動モータを備える技術的解決策は、電動モータ、ギアボックス、及び圧縮機を備える標準的な技術的解決策と比べ、主としてギアボックスの省略ゆえに、１４％安価である。
【００７３】
本明細書に記載の主題について開示される実施形態を、いくつかの典型的な実施形態に関する詳細及び細部とともに図面に示して十分に上述したが、本明細書において説明した新規な教示、原理、及び考え方の組、並びに添付の特許請求の範囲に記載される主題の利点から実質的に離れることなく、多数の変更、変化、及び省略が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、開示された発明の適切な範囲は、そのような変更、変化、及び省略をすべて包含するような添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されなければならない。更に、プロセス又は方法の各段階の順序及び順番は、別の実施形態にしたがって変更又は並べ替えが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
２  第１のサイクル
３  ガスタービン
５  第１の圧縮機
７  第２の圧縮機
１１  熱交換器
１２  プロパンサイクル
１３  ガスタービン
１５  多段圧縮機
１７  凝縮器
１９  配管
２１、２３、２５、２７  膨張機
２９、３１、３３、３５  熱交換器
３７  配管
３８  主極低温熱交換器
３９  第２の配管
４１、４３、４５、４７  膨張機
４９、５１、５３  予冷熱交換器
６１  主天然ガスライン
１０１  システム
１０３  予冷ループ
１０５  冷却又は液化ループ
１０７  配管
１０９  多段歯車結合ターボ圧縮機
１０９Ａ〜１０９Ｄ  圧縮機段
１１０Ａ〜１１０Ｄ  入り口ガイドベーン
１１１  電動モータ
１１２Ｃ、１１２Ｄ  インペラ
１１４Ｃ、１１４Ｄ  ボリュート
１１５  凝縮器
１１７、１１８  送出ライン
１１９Ａ〜１１９Ｄ  第１の膨張要素
１２１Ａ〜１２１Ｄ  第２の膨張要素
１２３Ａ〜１２３Ｄ  第１の熱交換器
１２５Ａ〜１２５Ｄ  第２の熱交換器
１３０Ａ〜１３０Ｄ  参照番号
１３１  第１の圧縮機
１３３  第２の圧縮機
１３５  ガスタービン
１３９  凝縮器
１４１  送出ライン
１４３  配管
１４５  主極低温熱交換器
１５１  配管
１５３  第１のインタークーラ
１５５  第２のインタークーラ
１５７  第３のインタークーラ
１５９  第１の回転軸
１５９Ａ  回転軸
１５９Ａ  ピニオン
１６１  第２の回転軸
１６１Ａ  ピニオン
１６３  クラウン
１６５  駆動軸
２００  ＬＮＧ系
２０１  第１のループ
２０３  第２のループ
２０５  第３のループ
２０７  ライン
２０９  第１の熱交換器
２１１  第２の熱交換器
２１３  第３の熱交換器
２２８Ａ〜２２８Ｃ  入り口ガイドベーン
２２９  歯車結合ターボ圧縮機
２２９Ａ〜２２９Ｃ  圧縮機段
２３０  第１のインタークーラ
２３１  インタークーラ
２３３、２４５、２６５  凝縮器
２３５、２４７、２６７  送出ライン
２４１、２６１  圧縮機装置
２４３、２６３  原動機
２５１、２５３、２５５  ライン
２６９  膨張要素
２７１、２７３、２７５  ライン
【図１】
0006541157.tif 000002
【図２】
0006541157.tif 000003
【図２Ａ】
0006541157.tif 000004
【図３】
0006541157.tif 000005
【図４】
0006541157.tif 000006