(57)【要約】      （修正有）【課題】空気分離ユニットサイクルを使用して、天然ガスを液化するための冷凍方法を提供する。【解決手段】  低温蒸留による空気の分離、および天然ガスを液化するために必要な冷凍の少なくとも一部が、主要熱交換器７および蒸留塔１５，１７を具備する少なくとも１つの低温空気蒸留プラントから得られる天然ガスの液化のための統合方法および装置において、天然ガス２５は、熱交換器７において冷却流体２１との間接的な熱交換によって液化し、冷却流体は、熱交換器に少なくとも部分的に液体状態で送られて熱交換器において少なくとも部分的な蒸発を受ける。【選択図】図１
2004156899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温蒸留による空気の分離、および天然ガスを液化するために必要な冷凍の少なくとも一部が、主要熱交換器（７）および蒸留塔（１５，１７）を具備する少なくとも1つの低温空気蒸留プラントから得られる、天然ガス(ＮＧ)の液化のための統合方法であって、天然ガスは、熱交換器（７，３２）において冷却流体との間接的な熱交換によって液化し、冷却流体(２１，２６)は、少なくとも部分的に液体状態で熱交換器に送られ、熱交換器において少なくとも部分的な蒸発を受ける方法。
【請求項２】
等エントロピー膨張によって天然ガスの液化のための冷凍を提供する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
空気分離ユニットは、熱的に結合した中圧塔および低圧塔をもつ二重塔（１５，１７）を具備し、かつ空気を中圧塔に送る前にタービン(１３)中で膨張させる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
天然ガスは低温空気蒸留プラントの主要熱交換器(７)内で液化され、低温空気蒸留プラントのための供給空気(１)は蒸留に適する温度まで冷却され、冷却流体は、主要熱交換器において蒸発する、空気に対して酸素、窒素およびアルゴンの少なくとも１つに富む少なくとも１つの液体流（２１）である請求項１ないし３に記載の方法。
【請求項５】
低温空気蒸留プラントにおいて分離すべき全ての空気(１)は、主要熱交換器(７)において冷却される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
天然ガス(ＮＧ)は、主要熱交換器(７)以外の追加熱交換器(３２)において、少なくとも１つの空気蒸留プラントの主要熱交換器における蒸発液体(２３)によって事前に冷却された少なくとも１つの冷却流体(２６)との熱交換によって液化される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
天然ガスは、冷却流体（２６）が流れる閉回路を用いて液化され、前記冷却流体は液化蒸発天然ガスとの熱交換によって温められ、主要熱交換器(７)における熱交換によって冷却される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
冷却流体は、窒素、アルゴン、ＣＦ4、ＨＣＦ3、メタン、エタン、エチレンおよびプロパンを含む群から選択される請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
低温空気蒸留プラントからのガス状窒素(２７)は、追加熱交換器(３２)に送られる請求項６ないし８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
低温空気蒸留プラントは、天然ガスが供給される、ＧＴＬプラント、メタノールプラントまたはＤＭＥプラントの少なくとも1つのための加圧酸素(２１)を生成する請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
天然ガス(ＮＧ，２５)を液化するために必要な全ての冷凍は、単一の低温空気蒸留プラント、単一のコールドボックス内に配置されたプラントの塔、主要熱交換器および追加熱交換器から得られる請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
天然ガスを液化するために必要な冷凍の一部は、それぞれ主要熱交換器(７)および蒸留塔(１５，１７)を具備する少なくとも２つの低温空気蒸留プラント(ＡＳＵ)から得られ、前記主要熱交換器および蒸留塔はコールドボックス内にあり、天然ガス(２５)を液化するために必要な冷凍の一部は、蒸留塔の１つによって生成される、酸素、窒素またはアルゴンに富む少なくとも１つの液体流の蒸発によって生成され、かつ、天然ガスは、各々の低温空気蒸留プラントから取り出された冷却流体(２６)との熱交換を行う追加熱交換器における熱交換によって液化する、請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
天然ガスは、前記冷却流体(２６)との間接的な熱交換を受ける前に、低温空気蒸留プラントから得られない少なくとも１つの流体(４０)との間接的な熱交換によって０℃未満の温度に少なくとも部分的に事前に冷却される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
低温空気蒸留プラントから得られない前記流体(４０)は、プロパンである請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
低温蒸留による空気の分離、および天然ガスを液化するために必要な冷凍の少なくとも一部が、主要熱交換器(７)および蒸留塔(１５，１７)を具備する少なくとも１つの低温空気蒸留プラントから得られる天然ガスの液化のための統合装置であって、天然ガス(２５，ＮＧ)および冷却流体(２１，２６)を少なくとも部分的に液体状態で熱交換器(７，３２)に送る手段と、液化天然ガス(ＬＮＧ)を熱交換器から取り出す手段と、少なくとも部分的に蒸発した冷却流体を熱交換器から取り出す手段とを具備する装置。
【請求項１６】
等エントロピー膨張によって天然ガスの液化のために冷凍を提供する請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
空気分離ユニットは、熱的に結合した中圧塔および低圧塔をもつ二重塔(１５，１７)と、空気を膨張させるタービン(１３)と、膨張した空気を中圧塔(１５)に送る手段とを具備する請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
液化すべき天然ガスを低温空気蒸留プラントの主要熱交換器(７)に送る手段を具備し、冷却流体は、主要熱交換器で蒸発する、空気に対して酸素、窒素およびアルゴンの少なくとも1つに富む少なくとも1つの液体流(２１)である請求項１５ないし１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
分離すべき全ての空気(１)を主要加熱交換器(７)に送る手段を具備する請求項１５ないし１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
主要熱交換器(７)以外の追加熱交換器(３２)と、液化すべき天然ガス、および少なくとも1つの空気蒸留プラントの主要熱交換器(７)において蒸発液体(２１)によって事前に冷却された少なくとも1つの冷却流体(２６)を、追加熱交換器に送る手段とを具備する請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項２１】
主要および追加熱交換器(７，３２)を通過する、少なくとも１つの冷却流体(２６)が流れる閉回路を具備する請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
少なくとも１つの低温空気蒸留プラントからのガス状窒素(２７)を追加熱交換器(３２)に送る手段を具備する請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２３】
加圧酸素(２１)を、低温空気蒸留プラントから、天然ガスが供給されるＧＴＬプラント、メタノールプラントおよびＤＭＥプラントの少なくとも１つに送る手段を具備する請求項１５ないし２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
天然ガスを液化するために必要な全ての冷凍は、単一の低温空気蒸留プラント、単一のコールドボックス内に配置されたプラントの塔、主要熱交換器および追加熱交換器から得られる請求項１５ないし２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
天然ガスを液化するために必要な冷凍の一部は、それぞれ主要熱交換器および蒸留塔を具備する少なくとも２つの低温空気蒸留プラントから得られ、前記主要熱交換器および蒸留塔はコールドボックス内にあり、天然ガスを液化するために必要な冷凍の一部は、蒸留塔の１つによって生成される酸素、窒素またはアルゴンに富む少なくとも１つの液体流の蒸発によって生成され、かつ、天然ガスは、各々の低温空気蒸留プラントから取り出された冷却流体(２６)との熱交換を行う追加熱交換器(３２)における熱交換によって液化する、請求項１５ないし２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記冷却流体との間接的な熱交換を受ける前に天然ガスを前置冷却する手段(３４)を具備する請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記前置冷却する手段は、熱交換器(３４)と、プロパン(４０)を熱交換器に送る手段とを具備する請求項２６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス(ＮＧ)の低温蒸留および液化による空気の分離のための統合方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスは、しばしば消費者から離れた地域で得られる。この場合、いくつかの可能性を想起することができる。
【０００３】
１．パイプラインによる輸送（非常に距離が長いことを考慮したものである）
２．以下の設備を用いた軽質炭化水素の液化
（１）ベースロードプラント(baseload plants)：世界中でおよそ１５サイト存在し、１または複数の系列(train)が各サイトにあり、系列の大きさは今日では一年間に５百万トン以下である。
【０００４】
（２）メタンタンカー：およそ−１６０℃の低温液体を輸送し、現在、およそ１００のタンカーがある。
【０００５】
（３）ＬＮＧターミナル：液化天然ガスはメタンタンカーから取り出され、その後に蒸発させてパイプラインに送る。
【０００６】
ピークシェービング(peak-shaving)プラントは、消費者地域近辺の小型液化プラントであり、需要が低い時に天然ガスを液化および貯蔵し、需要が高い時にガスを蒸発させることができる。
【０００７】
３．天然ガスの、容易に輸送される液体または固体生成物への転換。以下の可能性がある。
【０００８】
（１）以下の２段階での天然ガスの重質合成炭化水素への転換
・部分酸化または自熱改質による、合成ガスと呼ばれる水素と一酸化炭素の混合体の生成。両方の方法とも酸素に富んだガスを必要とする。
【０００９】
・フィッシャートロプシュ型の触媒反応。
【００１０】
（２）天然ガスのメタノールへの転換
（３）天然ガスを使用したアンモニアまたは肥料の生成
４．電熱併給プラントにおける天然ガスの電気への転換およびケーブルを使用した電気の輸送：この解決法は、パイプラインによる解決法と同様に、距離が離れると経済的でなくなる。
【００１１】
天然ガスの液化または転換は、共に当該方法の収益率を高くするために多額の投資を必要とする。２つの方法(液化および転換)の間の第1の相乗作用は、上流と下流のインフラストラクチャーに見出される。上流では、２つのユニットが同じサイトにあれば、同一ガス田および同一パイプラインを使用して天然ガスをそのサイトに輸送することができる。液化または合成ガスへの転換前の天然ガスの前処理もまた２つのユニットで共通とすることができる。下流部のインフラストラクチャーもまた共通とすることができる。同一の基本設備(水、蒸気、計器用空気)を２つのユニットで共通とすることができる。
【００１２】
WO00/71951は、天然ガスを液化するために液体窒素、液体酸素または液体アルゴンの蒸発によって生成されるエネルギーを使用することを提案している。US-A-5390499およびFR-A-2122307は、液体窒素の蒸発と天然ガスの液化との間の熱移動に関するものである。GB-A-2172388は、酸素と液体窒素を生成する空気分離ユニットを示す。空気分離ユニットから取り出された液体窒素は、その後、離れたサイトに輸送され、天然ガスを液化するために使用される。発生したガス状窒素は、その後、油の回収を増進させるために使用される。
【００１３】
ＬＮＧの生成のための液化サイクルに関しては、いくつかの解決法が様々な出版物に記載されている（例えば、“Developments in natural gas liquefaction" Hidrocarbon Processing 4月号 1999）。最も効率的なのはカスケード冷凍サイクルである。冷凍は３つの異なる冷媒、典型的にはメタン、エチレンおよびプロパン(それぞれいくつかの圧力レベルで蒸発する) によって提供される。最も使用されるものは、プロパン前置冷却との混合冷凍サイクルであり、炭化水素の多成分混合物(典型的には、プロパン、エタン、メタン及び／又は窒素)は、別のプロパンサイクルが天然ガスと前記混合冷媒の前置冷却を行う間に、天然ガスの最終的な冷却を行う。このサイクルはUS-A-3763658に記載されている。比較的高い電力消費量のためにベースロードプラントに一度も使用されていなかった最終サイクルは、膨張器サイクルである。US-A-5768912は、上記サイクルの種々の可能な改良を示しているが、プロパン前置冷却の混合冷媒サイクルの効率を達成しているものはない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、空気分離ユニットとの組合せによる天然ガスの液化方法を提供することである。当該方法は等エントロピー膨張を伴い、電力消費はそれほど高くない。本発明は、空気分離ユニットによって等エントロピー膨張を介し、好ましくは天然ガスを液化するために液体蒸発とともに生成される冷熱を使用することにある。基本的概念は、間接的な熱交換によって天然ガスを冷却するために、窒素、酸素またはアルゴンに富んだ、液状またはガス形態で蒸留部から取り出された冷却流を使用することにある。これらの冷却流を温めるための熱はもはや全く空気を冷却するために利用できないので、等エントロピー膨張は空気を直接冷却するために使用される。もう1つの解決法は、1つの冷却流に対して等エントロピー膨張を行うことにあり、冷却流によって提供される冷却量を増加させ、それゆえ、天然ガスおよび空気を冷却することができる。空気の膨張により、リサイクリングが回避または最小化されるので好ましい解決法となる。一般的には、リサイクリングは加熱交換器の負荷を増加させ、その不可逆性を増加させる。
【００１５】
ここで使用されている用語“リサイクリング”は、少なくとも熱交換器の所定の部分において、少なくとも膨張後の流体の一部が温められることを意味する。この同じ所定の部分に、膨張前に流体の少なくとも一部がある。用語“液化”は、天然ガスが超臨界圧を超える圧力で冷却されたときに生じる擬似液化を含む。
【００１６】
現在まで全てのベースロードプラントで使用されてきたカスケードもしくは混合冷媒サイクルまたは２つの組合せと比較すると、本発明に係る方法は、以下の優位性から利益を得ている。
【００１７】
熱交換器において気相および液相を分配する問題は、基本的には除去される。すなわち、従来の渦巻き式の交換器よりもより効果的かつ安価であるろう付けアルミニウム熱交換器を使用することができる。それらはまた熱交換器においてより多くの流れを受け入れることができる。
【００１８】
ガスを膨張すると、温度制御がより簡単になる。
【００１９】
プラントの始動／停止が単純になる。
【００２０】
供給材料の組成における変化への耐性が高くなる。
【００２１】
始動前に回路を満たし、または作動中の損失を補充するために、カスケードサイクルにおける冷却流体、すなわち混合冷媒の種々の成分を貯蔵することは、もはや必要とされない。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の１つの態様によれば、低温蒸留による空気の分離、および天然ガスを液化するために必要な冷凍の少なくとも一部が、主要熱交換器および蒸留塔を具備する少なくとも1つの低温空気蒸留プラントから得られる、天然ガスの液化のための統合方法であって、天然ガスは、熱交換器において冷却流体との間接的な熱交換によって液化し、冷却流体は、少なくとも部分的に液体状態で熱交換器に送られ、熱交換器において少なくとも部分的な蒸発を受ける方法が提供される。
【００２３】
本発明のさらなるオプションの態様によれば、
等エントロピー膨張によって、天然ガスの液化のための冷凍を提供する。
【００２４】
空気分離ユニットは、熱的に結合した中圧塔と低圧塔をもつ二重塔を具備し、かつ空気を中圧塔に送る前にタービン中で膨張させる。
【００２５】
天然ガスは低温空気蒸留プラントの主要熱交換器内で液化され、低温空気蒸留プラントのための供給空気は蒸留に適する温度まで冷却され、冷却流体は、主要熱交換において蒸発する、空気に対して酸素、窒素およびアルゴンの少なくとも1つの富む少なくとも1つの液体流である。
【００２６】
低温空気蒸留プラントにおいて分離すべき全ての空気は、主要熱交換器において冷却される。
【００２７】
天然ガスは、主要熱交換器以外の追加熱交換器において、少なくとも1つの空気蒸留プラントの主要熱交換器における蒸発液体によって事前に冷却された少なくとも1つの冷却流体との熱交換によって液化される。
【００２８】
天然ガスは、冷却流体が流れる閉回路を用いて液化され、前記冷却流体は液化蒸発天然ガスとの熱交換によって温められ、主要熱交換器における熱交換によって冷却される。
【００２９】
冷却流体は窒素、アルゴン、ＣＦ4、ＨＣＦ3、メタン、エタン、エチレンおよびプロパンを含む群から選択される。
【００３０】
低温空気蒸留プラントからのガス状窒素は、追加熱交換器に送られる。
【００３１】
低温空気蒸留プラントは、天然ガスが供給される、ＧＴＬプラント、メタノールプラントまたはＤＭＥプラントの少なくとも１つのための加圧酸素を生成する。
【００３２】
天然ガスを液化する必要な全ての冷凍は、単一の低温空気蒸留プラント、単一の冷却ボックス内に配置された、プラントの塔、主要熱交換器および追加熱交換器から得られる。
【００３３】
天然ガスを液化するために必要な冷凍の一部は、それぞれ主要熱交換器および蒸留塔を具備する少なくとも２つの低温空気蒸留プラントから得られ、前記熱交換器および蒸留塔はコールドボックス内にあり、天然ガスを液化するために必要な冷凍の一部は、蒸留塔の1つによって生成される、酸素、窒素またはアルゴンに富む少なくとも1つの液体流の蒸発によって生成され、および、天然ガスは、各々の低温空気蒸留プラントから取り出された冷却流体との熱交換を行う追加熱交換器における熱交換によって液化する。
【００３４】
天然ガスは、前記冷却流体との間接的な熱交換を受ける前に、低温空気蒸留プラントから得られない少なくとも1つの流体との間接的な熱交換によって０℃未満の温度に少なくとも部分的に事前に冷却される。
【００３５】
低温空気蒸留プラントから得られない前記流体はプロパンである。
【００３６】
本発明のさらなる態様によれば、低温蒸留による空気の分離、および天然ガスを液化するために必要な冷凍の少なくとも一部が、主要熱交換器および蒸留塔を具備する少なくとも１つの低温空気蒸留プラントから得られる天然ガスの液化のための統合装置であって、天然ガスおよび冷却流体を少なくとも部分的に液体状態で熱交換器に送る手段と、液化天然ガスを熱交換器から取り出す手段と、少なくとも部分的に蒸発した冷却流体を熱交換器から取り出す手段とを具備する装置が提供される。
【００３７】
本発明のさらなるオプションの態様によれば、
等エントロピー膨張によって天然ガスの液化のための冷凍を提供する。
【００３８】
空気分離ユニットは、熱的に結合した中圧塔および低圧塔をもつ二重塔と、空気を膨張させるタービンと、膨張空気を中圧塔に送る手段とを具備する。
【００３９】
装置は、液化すべき天然ガスを低温空気蒸留プラントの主要熱交換器に送る手段を具備し、冷却流体は、主要熱交換器内で蒸発する、空気に対して酸素、窒素およびアルゴンの少なくとも1つに富む少なくとも1つの液体流である。
【００４０】
装置は、分離すべき全ての空気を主要熱交換器に送る手段を具備する。
【００４１】
装置は、主要熱交換器以外の追加熱交換器と、液化すべき天然ガスと、および少なくとも1つの空気蒸留プラントの主要熱交換器において蒸発液体によって事前に冷却された少なくとも1つの冷却流体を、追加熱交換器に送る手段とを具備する。
【００４２】
装置は、主要および追加熱交換器を通過する、少なくとも1つの冷却流体が流れる閉回路を具備する。
【００４３】
装置は、少なくとも１つの低温空気蒸留プラントからのガス状窒素を追加熱交換器に送る手段を具備する。
【００４４】
装置は、加圧酸素を、低温空気蒸留プラントから、天然ガスが供給されるＧＴＬプラント、メタノールプラントおよびＤＭＥプラントの少なくとも１つに送る手段を具備する。
【００４５】
天然ガスを液化するために必要な全ての冷凍は、単一の低温空気蒸留プラント、単一のコールドボックス内に配置されたプラントの塔、主要熱交換器および追加熱交換器から得られる。
【００４６】
天然ガスを液化するために必要な冷却の一部は、それぞれ主要熱交換器および蒸留塔を具備する少なくとも２つの低温空気蒸留プラントから得られ、前記主要熱交換器および蒸留塔はコールドボックス内にあり、天然ガスを液化するために必要な冷却の一部は、蒸留塔の1つによって生成される酸素、窒素またはアルゴンに富む少なくとも1つの液体流の蒸発によって生成され、かつ、天然ガスは、各々の低温空気蒸留プラントから取り出された冷却流体との熱交換を行う追加熱交換器における熱交換によって液化する。
【００４７】
装置は、前記冷却流体との間接的な熱交換を受ける前に、天然ガスを事前に冷却する手段を具備する。
【００４８】
事前に冷却する前記手段は、熱交換器と、プロパンを熱交換器に送る手段とを具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
いくつかのオプションが可能である。
【００５０】
（１）図１の設備を使用する小規模ＬＮＧ生成：この場合、ＧＴＬプラントは、そのインフラストラクチャーから利益を得るために、典型的には、現在／将来のＬＮＧベースロードプラントに近接して設置される。
【００５１】
空気１は、主要空気圧縮器３で圧力２１．５bar まで圧縮され、機械的冷凍ユニットまたは吸収式冷凍ユニットの使用によって温度１２℃まで冷却される。空気１は、その後に典型的にはアルミナおよびモレキュラーシーブを含む吸収器５を通して精製され、水およびＣＯ2のような不純物は取り除かれる。精製ユニットにおける低温はいくつかの理由により好ましい。つまり、空気が主要熱交換器に低温で入るとＬＮＧ生成を増やすことができ、空気中の水分量がより少なくなり、吸収がより効率的になるので、より少ないアルミナおよびモレキュラーシーブで足りるようになる。空気１(ベース＝１０００Nm3/h)は、その後、典型的にはプレートフィンろう付けアルミニウム型の主要熱交換器７（かわりに渦巻き型交換器を使用してもよい）に導入され、−１４５℃まで冷却されて２つの流れ９、１１に分かれる。第１の流れ９（８４８Nm3/h）は、膨張タービン１３によって膨張され、圧力５．６bar 、温度−１７３．５℃および液体分率１０％以上になる。この膨張から生じるエネルギーは発電機において回収されるものと考えられてきた。それにもかかわらず、いくつかの他の代替方法を利用できる。例えば、
（ｉ）精製ユニットの前または後にあるブースターによってタービンにブレーキをかけて、主要空気圧縮器の吐出圧力を減少させる。
【００５２】
（ii）膨張タービンの動力を、直接またはギヤを介して、主要空気圧縮機のシャフトまたはそのドライバーに伝達する。
【００５３】
第２の流れ１１(１５２Ｎｍ3/h)は、さらに冷却、凝縮され、温度−１７４．８℃まで過冷却される。両方の流れは、低温空気分離プラントの中圧塔１５に導入される。酸素および窒素に富んだ流れは、中圧塔１５から取り出されて低圧塔１７に送られる。この蒸留塔１７から、液体酸素に富んだ流れ２１（２００Nm3/h）が取り出されて、ポンプ２３によって圧力５３．５bar で押し出され、２つのガス状窒素に富んだ流れ１９,２７もまた取り出される。低圧塔からの一方１９は、低圧１．２５bar absおよび温度−１７６℃にあり（この流れは蒸留部へ向かう内部の流れを過冷却するために使用された。流量は７２０Nm3/h）、中圧塔１５からのもう一方２７は、中圧５．５bar absおよび−１７７．８℃にある(流量は８０Nm3/h)。これらの３つの流れ１９，２１，２７は熱交換器７で温められる。前処理された天然ガス流ＧＮ２５（この流れからはＨg，Ｈ2Ｓ，Ｈ2ＯおよびＣＯ2が取り除かれている）は、圧力６０bar absおよび大気に近い温度にあり、熱交換器７の温暖末端に３８Nm3/hの流量で導入される。流れ２５が重質炭化水素を含む場合、米国特許5,390,499に示されているように、これらの重質炭化水素を取り除くために交換器７の中間温度で取り除くことができ、その後、熱交換器７に再導入されておよそ−１６５℃の温度までさらに冷却され、バルブまたは液体タービンによる膨張後に流れＧＮＬとして貯蔵部に送られる。液化天然ガスは、空気流９が取り出される部位の上流部で熱交換器７から取り出される。
【００５４】
（２）図２の設備を使用する中規模液体生成
空気１は、圧縮器３によって中間圧力、好ましくは５〜２５bar abs、典型的には１５bar absまで圧縮され、機械的冷凍ユニットまたは吸収式冷凍ユニットの使用によって温度１２℃まで冷却される。空気はその後、典型的にはアルミナおよびモレキュラーシーブを含む吸収器５を通して精製され、水およびＣＯ2のような不純物は取り除かれる。空気(ベース＝１０００Nm3/h)は、さらにブースター６において圧力５０bar absまで圧縮され、冷却されてその後、典型的にはプレートフィンろう付けアルミニウム型の熱交換器７(かわりに渦巻き型交換器を使用してもよい)に導入され、温度−７７℃まで冷却されて、２つの流れに分かれる。第１の流れ９(７０８Nm3/h)は、膨張タービン１３によって膨張されて、圧力５．６バール、温度−１６３．７℃になる。第２の流れ１１(２９２Nm3/h)は、さらに冷却、凝縮され、温度−１７４．４℃まで過冷却される。両方の流れは、低温空気分離プラントの中圧塔１５に導入される。酸素および窒素に富んだ流れは、中圧塔１５から取り出されて低圧塔１７に送られる。この蒸留塔１７から、液体酸素に富んだ流れ２１(２００Nm3/h)が、取り出されて圧力５３．５bar で押し出され、２つのガス状窒素に富んだ流れ１９，２７もまた取り出される。一方１９は、低圧１．２５barおよび温度−１７５．４℃にあり（この流れは蒸留部へ向かう内部の流れを過冷却するために使用された。流量は７２０Nm3/h）、もう一方２７は、中圧５．５barおよび温度−１７７．８℃にある(流量は８０Nm3/h)。これらの３つの流れは熱交換器内で温められ、酸素２１が蒸発する。前処理された天然ガス流２５ＧＮ(Ｈｇ，Ｈ2Ｓ，Ｈ2Ｏ，ＣＯ2および凝固性のあるあらゆる他の不純物が取り除かれている)は、圧力６０bar absにあり、温度−３８℃まで過冷却されて（典型的には米国特許3,763,658に記載されているプロパンサイクルを使用する）熱交換器７に導入される。天然ガスの流量は、１３４Nm3/hである。重質炭化水素はこの前置冷却期に取り除かれている。その後、熱交換器７に導入されておよそ−１６５℃の温度までさらに冷却され、タービン１３の上流にあるバルブまたは液体タービンによる膨張後に貯蔵部に送られる。
【００５５】
（３）図３の設備における大規模液体生成
空気１は、圧縮機３(５．４bar )において中圧まで圧縮され、機械的冷凍ユニットまたは吸収式冷凍ユニットの使用によって温度１２℃まで冷却される。空気はその後に典型的にはアルミニウムおよびモレキュラーシーブを含む吸収器５を通して精製され、水およびＣＯ2といった不純物は取り除かれる。空気(ベース＝１０００Nm3/h)は、その後にリサイクルされた空気３１(流量は３６４Nm3/h)と混合されてさらにブースター６において圧力７０bar absまで圧縮され、冷却され、その後、典型的にはプレートフィンろう付けアルミニウム型の熱交換器７（かわりに渦巻き型交換タイプ）に導入されて温度−３６℃まで冷却され、２つの流れ９,１１に分かれる。第1の流れ９（１０１４Nm3/h）は、膨張タービン１３によって膨張されて圧力５．６bar abs、温度−１４９.８℃になり、２つの支流３１，３３に分けられる。一方３３は中圧塔１５に導入され、一方３１は熱交換器７にリサイクルされる。第２の流れ１１(３５０Nm3/h)は、さらに冷却、凝縮され、温度−１７４．２℃まで過冷却される。これは中圧塔１５に導入される。酸素および窒素に富んだ流れは、中圧塔１５から取り出され、低圧塔１７に送られる。この蒸留塔１７から、液体酸素に富んだ流れ２１(２００Nm3/h)が取り出されて、圧力５３．５barで押し出され、２つのガス状窒素に富んだ流れ１９，２７もまた取り出される。一方１９は、低圧１．２５barおよび温度−１７５．２℃にあり（この流れは蒸留部へ向かう内部の流れを過冷却するために使用された：流量は７２０Nm3/h）、もう一方２７は、中圧５．５barおよび−１７７．８℃にある（流量は８０Nm3/h）。これらの３つの流れは熱交換器において温められて酸素が蒸発する。前処理された天然ガス流２４ＧＮ(Ｈｇ，Ｈ2Ｓ，Ｈ2ＯおよびＣＯ2が取り除かれている)は、圧力６０bar absにあり、温度−３８℃まで過冷却され（典型的には、米国特許3,763,658におけるようなプロパンサイクルを使用する）、熱交換器７に２８０Nm3/hの流量で導入される。重質炭化水素はこの前置冷却期に取り除かれている。その後、熱交換器に導入されてさらにおよそ−１６５℃の温度まで冷却され、バルブまたは液体タービンによる膨張後に貯蔵部に送られる。
【００５６】
以下の表は、ＬＮＧの生成および２００００トン/日の酸素を使用するＧＴＬプラントの電力消費を示す。
【表１】
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小規模ＬＮＧ生成をＡＳＵ単独と比較すると、空気分離ユニットはより単純、すなわち空気圧縮機およびブースター空気圧縮機と比較して単一の空気圧縮機であり、より高い圧力で動作する前置冷却システムおよび精製ユニットは、より小さな体積流量とよりよい吸収効率のおかげで、それらの設備のサイズの顕著な縮小を可能にする。それゆえ、この小規模液体生成は負の投資に供する。
【００５７】
図４に示すようなプロセスを代替使用してもよい。この解決法の利点は、天然ガスが不活性ガスのみと間接的な熱交換をすることである。この場合、空気１は主要空気圧縮器３で圧力２１．５bar まで圧縮され、機械的冷凍ユニットまたは吸収式冷凍ユニットの使用を通して１２℃まで冷却される。空気１は、その後に典型的にはアルミニウムおよびモレキュラーシーブを含む吸収器５を通して精製され、水およびＣＯ2といった不純物は取り除かれる。空気１（ベース＝１０００Nm3/h）は、その後、典型的にはプレートフィンろう付けアルミニウム型の主要熱交換器７（かわりに渦巻き型交換器を使用してもよい）に導入され、温度−１４５℃まで冷却されて２つの流れ９，１１に分かれる。第１の流れ９(８４８Nm3/h)は、膨張タービン１３により膨張されて圧力５．６bar 、温度−１７３．５℃および液体分率１０mol.％以上になる。第２の流れ１１(１５２Nm3/h)はさらに冷却され、凝縮され、−１７４．８℃の温度まで過冷却される。両方の流れは、低温空気分離プラントの中圧塔１５に異なるレベルで導入される。酸素および窒素に富んだ液体流は、中圧塔１５から取り出されて低圧塔１７に送られる。窒素に富んだガス流２７（流量は８０Nm3/h）もまたこの塔から取り出される。この蒸留塔１７から、液体酸素に富んだ流れ２１(２００Nm3/h)が取り出され、ポンプ２３によって圧力５３．５bar で押し出される。ガス状窒素に富んだ流れ１９はまた、低圧塔１７から低圧１．２５bar absおよび温度−１７６℃で取り出される(この流れは蒸留部へ向かう内部の流れを過冷却するために使用された。流量は７２０Nm3/h)。これらの２つの流れ１９、２１は熱交換器７において温められる。
【００５８】
前処理された天然ガス流ＧＮ２５(Ｈｇ，Ｈ2Ｓ，Ｈ2ＯおよびＣＯ2が取り除かれている)は、圧力６０bar absおよび大気に近い温度にあり、追加熱交換器３２に３８Nm3/hの流量で導入される。流れ２５が重質炭化水素を含む場合、追加交換器３２の中間温度で取り除くことができ、米国特許5,390,499に示されるようにこれらの重質炭化水素を取り除く。その後、追加熱交換器３２に再導入されて、さらにおよそ−１６５℃の温度まで冷却され、バルブまたは液体タービンによる膨張後に流れＧＮＬとして貯蔵部に送られる。追加熱交換器３２において、天然ガスは窒素に富んだガス流２７および閉回路２６に流れる流体と熱を交換する。この回路における流体は、典型的にはアルゴン、窒素、ＣＦ4、ＨＣＦ3または他の冷媒といった不活性ガスである。 少なくとも部分的な蒸発（または超臨界圧を超える場合には擬似蒸発）が行われる交換器３２において加熱され、少なくとも部分的な凝縮（臨界圧を超える場合には擬似凝縮）が行われる交換器７において冷却される。液化天然ガスは熱交換器３２から取り出される。
【００５９】
２００００トン/日の酸素空気分離ユニットは、現在、本質的に蒸留塔のサイズの制限のために単一の系列で構築することができない。典型的には３ないし５の系列が必要である。逆に、年間５百万トンというサイズに適した単一の液化系列を構築することができる。それゆえ、プラント全体の構造の観点から図１ないし図４の解決法の最適化は、天然ガス流を各々の空気分離系列に送るよりも、1つの（またはいくつかの）冷却流体（典型的には窒素に富んだ液相もしくは気相の流体）を各々の空気分離系列から単一の天然ガス液化系列へ送ることにある（図５を参照すると、３つの系列、ＡＳＵ系列１、ＡＳＵ系列２およびＡＳＵ系列３が使用されている）。図４のプロセスと同様に、窒素２７は、３つの系列全て（または少なくとも１つの系列）から取り出され、単一流を形成するために混合されて第１の熱交換器およびその後の第２の熱交換器に送られる。回路流体２６は、各々の系列の熱交換器７で冷却され、単一流を形成するために混合されてその後に熱交換器３２に送られ、分離され系列へ返送される前に温められる。天然ガス２５は、プロパンおよび窒素２７に対して交換器３４で事前に冷却される。プロパンは、典型的には異なるレベルの圧力で蒸発される。かわりに、混合冷凍サイクルを使用してこの前置冷却を行うことができる。その後、交換器３２において、天然ガスは、窒素２７および回路内の不活性ガス２６に対して冷却される。
【００６０】
もう１つの最適化は、酸素が３０〜６０barで蒸発する空気分離ユニットは、非常に低温(−１３０℃〜−１１０℃)で冷熱を提供するという事実から生じる。それゆえ、天然ガス（その組成に依存する）を１０〜２０bar absの低圧で凝縮することができる。そのとき、２つのオプションが利用できる。
【００６１】
（ｉ）天然ガスが現場で４０〜６０bar absの圧力で得られる場合。この天然ガスを大気温度からまたはプロパン前置冷却後（好ましい解決法）、等エントロピー的に膨張させることができる。この最適化を図１および図２に適用する場合、ＬＮＧ生成はそれぞれ１．０Ｍt/yおよび３．１Ｍt/yになり、電力消費はそれぞれ３６１ＭＷおよび４４１ＭＷになる。
【００６２】
（ii）現場の天然ガスを送る圧縮機の数及び/又は電力消費を減少させる。
【００６３】
図１〜３では、流れ２７を省略することもできる。図４では、流れ１９の一部を流れ２７に取り替えることができる。
【００６４】
全ての図において、流れ１８を使用して従来の仕方でアルゴンを生成することができる。また、流れ１１の一部を低圧塔に送ることができる。さらに、中圧塔から抽出された液体は、それらをバルブ内で膨張させて低圧塔中に導入する前に、流れ１９との間接的な熱交換によって冷却することができる。また、流れ１１とＬＮＧにある膨張バルブを液体タービンに取り替えることができる。圧縮機がガスタービンによって駆動される場合には、空気をこのガスタービンから抽出して、少なくとも部分的に空気分離ユニットに供給することもできる。
【００６５】
図６は、先行技術によって公知の天然ガス液化のない空気分離ユニットを示したものである。
【００６６】
空気１は、圧縮機３(５．８bar)で中圧まで圧縮され、機械的冷凍ユニットまたは吸収式冷凍ユニットの使用によって温度１２℃まで冷却される。空気はその後に典型的にはアルミナおよびモレキュラーシーブを含む吸収器５を通して精製され、水およびＣＯ2のような不純物は取り除かれる。空気(ベース＝１０００Nm3/h)はその後に２つの流れに分かれる。第1の空気流(流量４５５Nm3/h)は、ブースター６において、圧力６６bar absまでさらに圧縮され、冷却されてその後、典型的にはプレートフィンろう付けアルミニウム型の熱交換器７（かわりに渦巻き型熱交換タイプ）に導入され、そして温度−９８℃まで冷却されて２つの流れ９，１１に分かれる。第１の流れ９(６５Nm3/h)は、膨張タービン１３によって膨張されて、圧力５．６bar abs、温度−１７３．４℃になり、中圧塔１５に導入される。第２の流れ１１(３９０Nm3/h)は、さらに冷却、凝縮され、温度−１６８．２℃まで過冷却され、中圧塔１５に導入される。第２の空気流(流量５４５Nm3/h)は熱交換器７で冷却され、また中圧塔に導入される。酸素および窒素に富んだ流れが中圧塔１５から取り出されて低圧塔１７に送られる。この蒸留塔１７から、液体酸素に富んだ流れ２１(２００Nm3/h)が取り出され、５３．５barの圧力で押し出される。２つのガス状窒素に富んだ流れ１９，２７もまた取り出され、一方１９は低圧１．２５bar および温度−１７５．２℃にあり（この流れは蒸留部へ向かう内部の流れを過冷却するために使用された。流量は７２０Nm3/h）、もう一方２７は、中圧５．５bar および−１７７．８℃にある(流量８０Nm3/h)。これらの３つの流れは熱交換器において温められ、酸素が蒸発する。
【００６７】
本発明は、いくつの好ましい実施例を参照して詳細に説明しているが、当業者は、請求項の精神および範囲内で本発明の他の実施例があることを認識することができる。特に、天然ガス液化のために既に記載されたあらゆる過冷却サイクルを使用することができ、等エントロピー膨張を伴うあらゆる空気分離ユニットサイクルを使用して、天然ガスを液化するための冷凍を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による設備の概略図である。
【図２】本発明による設備の概略図である。
【図３】本発明による設備の概略図である。
【図４】本発明による設備の概略図である。
【図５】本発明による設備の概略図である。
【図６】先行技術を示す。
【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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