(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷やすように構成されている第１のフッ化炭素冷蔵システムであって、
前記第１のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を提供するように構成された圧縮器と、
冷却用流体との間接的な熱交換によって、前記圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を冷却するように構成された、冷やす装置と、
前記圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を膨張させて、前記圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、冷却された第１のフッ化炭素冷媒を生成するように構成された弁と、
前記冷却された第１のフッ化炭素冷媒の蒸気部分と、前記冷却された第１のフッ化炭素冷媒の液体部分とを分離するように構成され、前記第１のフッ化炭素冷媒の蒸気部分は前記圧縮器に導入される、節約装置と、
前記冷却された第１のフッ化炭素冷媒の液体部分との間接的な熱交換を介して、天然ガスを冷却するように構成されている熱交換器と、
を含む、第１のフッ化炭素冷蔵システム、
第２のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスをさらに冷やすように構成されている第２のフッ化炭素冷蔵システム、
窒素冷媒を使用して天然ガスを冷却して、ＬＮＧを生成するように構成されている窒素冷蔵システム、および
ＬＮＧから窒素を除去するように構成されている窒素除去ユニット
を含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための炭化水素処理システム。
【請求項２】
第１のフッ化炭素冷蔵システムが、第２のフッ化炭素冷蔵システムの第２のフッ化炭素冷媒を冷却するように構成されている、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項３】
第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方が、窒素冷蔵システムの窒素冷媒を冷却するように構成されている、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項４】
第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方が、複数の冷却サイクルを含む、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項５】
窒素冷蔵システムが、天然ガスと窒素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている複数の熱交換器を含む、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項６】
第２のフッ化炭素冷蔵システムが、
第２のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を提供するように構成されている圧縮器、
冷却用流体との間接的な熱交換によって、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を冷却するように構成されている冷やす装置、
圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、冷却された第２のフッ化炭素冷媒を生成するように構成されている弁、および
冷却された第２のフッ化炭素冷媒との間接的な熱交換を介して、天然ガスを冷却するように構成されている熱交換器
を含む、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項７】
第１のフッ化炭素冷媒が、Ｒ−４１０Ａを含む、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項８】
第２のフッ化炭素冷媒が、Ｒ−５０８Ｂを含む、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項９】
第１のフッ化炭素冷媒もしくは第２のフッ化炭素冷媒、またはその両方が、非毒性の不燃性冷媒を含む、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項１０】
第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方が、２つ以上の冷やす装置および２つ以上の圧縮器を含む、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項１１】
第１のフッ化炭素冷蔵システムおよび第２のフッ化炭素冷蔵システムが、直列で実施される、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項１２】
窒素冷媒が気相状態である、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項１３】
窒素冷蔵システムが、２つ以上の冷やす装置、２つ以上の膨張器、および２つ以上の圧縮器を含む、請求項１に記載の炭化水素処理システム。
【請求項１４】
第１のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップであって、
第１のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を提供することと、
前記圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を、冷却用流体との間接的な熱交換によって冷却してもよいことと、
前記圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を膨張させて、前記圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒を生成することと、
節約装置において、前記膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒の蒸気部分と、前記膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒の液体部分とを分離することと、
前記膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒の液体部分を、第１の熱交換領域に通過させることと、
前記膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒の蒸気部分を、前記第１のフッ化炭素冷媒をも圧縮する圧縮器に導入することと、
天然ガスを圧縮してもよいことと、
外部の冷却用流体との間接的な熱交換によって、天然ガスを冷却してもよいことと、    前記膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒の液体部分を用いて天然ガスを熱交換することと、
を含むステップと、
第２のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップと、
窒素冷蔵システムで天然ガスを液化してＬＮＧを形成するステップと、
窒素除去ユニットでＬＮＧから窒素を除去するステップと
を含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための方法。
【請求項１５】
第１のフッ化炭素冷蔵システム内で、第２のフッ化炭素冷蔵システムの第２のフッ化炭素冷媒を冷却するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方内で、窒素冷蔵システムの窒素冷媒を冷却するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
第２のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップが、
第２のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を提供すること、  圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を、冷却用流体との間接的な熱交換によって冷却してもよいこと、
圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を生成すること、
前記膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を、第１の熱交換領域に通過させること、  天然ガスを圧縮してもよいこと、
外部の冷却用流体との間接的な熱交換によって、天然ガスを冷却してもよいこと、および
膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を用いて天然ガスを熱交換すること
を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
１つまたは複数の膨張タービンを使用して、窒素冷蔵システムの窒素冷媒を気相状態に維持するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
２つ以上の冷蔵段階を使用して、第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方で、天然ガスを冷やすステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
１つまたは複数の冷蔵段階を使用して、窒素冷蔵システムで天然ガスを液化するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、全体が参照によって本明細書に組み込まれる、天然ガスの液化という発明の名称である２０１２年１１月１６日出願の米国仮特許出願第６１／７２７，５７７号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明の技術は、概して、炭化水素の回収および処理プロセスの分野に関し、より詳細には、窒素冷蔵サイクルまたはメタン自動冷蔵サイクルの上流に２つのフッ化炭素冷蔵サイクルを含む冷蔵プロセスを介して、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
この節は、本発明の技術の例示的な実施形態に関連し得る、当技術分野の様々な態様について概説することを企図する。この議論は、本発明の技術の特定の態様をより良好に理解するのを促進するための骨格を提供する一助になると考えられる。したがって、この節は、この観点から読まれるべきであり、必ずしも先行技術についての承認として読まれるべきでないことを理解されたい。
天然ガスの処理および液化のために使用される多くの低温冷蔵システムは、炭化水素成分および窒素を含む冷媒を使用して外部冷蔵を提供することに頼っている。このような炭化水素成分として、メタン、エタン、エチレン、プロパンなどを挙げることができる。しかし、多くの場合、不燃性冷媒を使用する冷蔵システムを供することが望ましい。
Ｆｏｇｌｉｅｔｔａらの米国特許第６，４１２，３０２号は、液化天然ガスストリームを生成するためのプロセスを記載している。そのプロセスは、独立な冷蔵サイクルで使用される第１および第２の膨張した冷媒との熱交換接触によって、加圧天然ガス供給ストリームの少なくとも一部を冷却することを含む。第１の膨張した冷媒は、メタン、エタン、および処理し加圧した天然ガスから選択され、第２の膨張した冷媒は、窒素である。しかし、本明細書で論じる通り、不燃性冷媒を使用する冷蔵システム内でＬＮＧストリームを生成することが望ましい場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための炭化水素処理システムを提供する。炭化水素処理システムは、第１のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷やすように構成されている第１のフッ化炭素冷蔵システム、および第２のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスをさらに冷やすように構成されている第２のフッ化炭素冷蔵システムを含む。炭化水素処理システムはまた、窒素冷媒を使用して天然ガスを冷却して、ＬＮＧを生成するように構成されている窒素冷蔵システム、およびＬＮＧから窒素を除去するように構成されている窒素除去ユニットを含む。
別の実施形態は、ＬＮＧを形成するための方法を提供する。該方法は、第１のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップと、第２のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップと、窒素冷蔵システムで天然ガスを液化してＬＮＧを形成するステップと、窒素除去ユニットでＬＮＧから窒素を除去するステップとを含む。
別の実施形態は、ＬＮＧを形成するための炭化水素処理システムを提供する。炭化水素処理システムは、第１のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷却するように構成されている第１の冷蔵システムを含み、この第１の冷蔵システムは、天然ガスと第１のフッ化炭素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている多数の第１の熱交換器を含む。炭化水素処理システムは、第２のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷やすように構成されている第２の冷蔵システムを含み、この第２の冷蔵システムは、天然ガスと第２のフッ化炭素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている多数の第２の熱交換器を含む。炭化水素処理システムはまた、窒素冷媒を使用して天然ガスからＬＮＧを形成するように構成されている第３の冷蔵システムを含み、この第３の冷蔵システムは、天然ガスと窒素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている多数の第３の熱交換器を含む。炭化水素処理システムは、さらに、ＬＮＧから窒素を除去するように構成されている窒素除去ユニットを含む。
【０００５】
別の実施形態は、ＬＮＧを形成するための炭化水素処理システムを提供する。炭化水素処理システムは、第１のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷やすように構成されている第１のフッ化炭素冷蔵システム、第２のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスをさらに冷やすように構成されている第２のフッ化炭素冷蔵システム、および天然ガスを冷却してＬＮＧを生成するように構成されているメタン自動冷蔵システムを含む。
【０００６】
本発明の技術の利点は、以下の詳細な説明および添付の図を参照することによって、より良好に理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】単段階冷蔵システムのプロセスフロー図である。
【図２】節約装置（economizer）を含む二段階冷蔵システムのプロセスフロー図である。
【図３】熱交換器節約装置を含む単段階冷蔵システムのプロセスフロー図である。
【図４】第１の冷蔵システムおよび第２の冷蔵システムを含むカスケード冷却システムのプロセスフロー図である。
【図５】炭化水素の露点を制御するための膨張冷蔵システムのプロセスフロー図である。
【図６】ＮＧＬを生成するための膨張冷蔵システムのプロセスフロー図である。
【図７】ＬＮＧ生成システムのプロセスフロー図である。
【図８Ａ】カスケードフッ化炭素と窒素冷蔵冷却システムのプロセスフロー図である。
【図８Ｂ】カスケードフッ化炭素と窒素冷蔵冷却システムのプロセスフロー図である。
【図９】図９は、ＮＲＵを含むシステムのプロセスフロー図である。
【図１０Ａ】別のカスケードフッ化炭素と窒素冷蔵冷却システムのプロセスフロー図である。
【図１０Ｂ】別のカスケードフッ化炭素と窒素冷蔵冷却システムのプロセスフロー図である。
【図１０Ｃ】カスケードフッ化炭素と窒素冷蔵冷却システムと簡素化窒素冷蔵システムの代替の一実施形態のプロセスフロー図である。
【図１１Ａ】別のカスケード冷却システムのプロセスフロー図である。
【図１１Ｂ】別のカスケード冷却システムのプロセスフロー図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａおよび１１Ｂのカスケード冷却システムと同じ炭化水素処理システム内で供される自動冷蔵システムのプロセスフロー図である。
【図１２】天然ガスストリームからＬＮＧを形成するための方法のプロセスフロー図である。
【図１３】天然ガスストリームからＬＮＧを形成するための別の方法のプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の詳細な説明の節では、本発明の技術の具体的な実施形態を記載する。しかし、この実施形態は、以下の説明が本発明の技術の特定の一実施形態または特定の一使用に特有であるという程度まで、単に例示を目的とするものであることが企図されており、例示的な実施形態を単に説明するものである。したがって、本発明の技術は、本明細書に記載の具体的な実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の精神および範囲に含まれるあらゆる代替形態、改変形態および均等形態を含む。
最初に、容易に参照できるように、本願で使用した特定の用語および本文脈で使用されるそれらの意味を説明する。本明細書で使用した用語が本明細書で定義されない場合においては、その用語には、少なくとも１つの刊行物または発行された特許に表されているような、当業者がその用語に与えた最も広範な定義が与えられるべきである。さらに、本発明の技術は、本明細書に示されている用語の用法によって制限されず、同じまたは類似の目的を果たすあらゆる均等物、同義語、新しい開発、および用語または技術が、本発明の特許請求の範囲に含まれると解される。
【０００９】
本明細書で使用される場合、「自動冷蔵」は、生成物ストリームの一部が冷蔵目的で使用されるプロセスを指す。自動冷蔵は、冷蔵能力を提供する目的で、最終的な冷却の前に生成物ストリームの画分を抽出することによって達成される。この抽出されたストリームは、弁または膨張器内で膨張し、膨張の結果、ストリームの温度は低下する。このストリームは、熱交換器で生成物ストリームを冷却するために使用される。熱交換した後、このストリームは、再圧縮され、供給ガスストリームとブレンドされる。このプロセスは、オープンサイクル冷蔵としても公知である。
あるいは、「自動冷蔵」は、圧力低下を介して流体が冷却されるプロセスを指す。液体の場合、自動冷蔵は、圧力低下に相当する蒸発によって液体が冷却されることを指す。より具体的には、液体の一部は、絞り調整（throttling）デバイスを通過すると同時に圧力低下を受けるので、フラッシュして蒸気になる。その結果として、蒸気および残留液体の両方が、減圧下で液体の飽和温度まで冷却される。例えば、本明細書に記載の実施形態によれば、天然ガスの自動冷蔵は、天然ガスをその沸点に維持し、したがって、ボイルオフ中に熱が損失して天然ガスが冷却されることによって実施することができる。このプロセスは、「フラッシュ蒸発」と呼ぶこともできる。
【００１０】
本明細書で使用される場合、「カスケードサイクル」は、２つ以上の冷媒を用いるシステムを指し、ここで冷却された第２の冷媒は、より温かい第１の冷媒によって凝縮される。したがって、低温は、ある冷媒から別の冷媒へと「カスケード式」に伝わることができる。カスケードにおける各冷媒は、節約装置内の段階的な蒸発圧力に基づいて、複数レベルで冷やすことを提供できる。カスケードサイクル内では、単一冷媒のシステムよりも低い温度が達成され得るので、カスケードサイクルは、単一冷媒のシステムと比較してＬＮＧの生成に有益であると解される。
「圧縮器」または「冷媒圧縮器」は、冷媒ストリームの圧力を増大することができる任意のユニット、デバイスまたは装置を含む。これは、単一の圧縮プロセスもしくはステップを有する冷媒圧縮器、または多段階の圧縮もしくはステップを有する冷媒圧縮器を含み、より詳細には、単一のケーシングもしくはシェル内に多段階の冷媒圧縮器を含む。圧縮されるべき、蒸発した冷媒ストリームは、異なる圧力の冷媒圧縮器に提供することができる。炭化水素冷却プロセスのいくつかの段階またはステップは、２つ以上の冷媒圧縮器を、並列、直列またはその両方で含むことができる。本発明は、特に任意の冷媒回路における、１つまたは複数の冷媒圧縮器のタイプまたは配置またはレイアウトによって制限されない。
【００１１】
本明細書で使用される場合、「冷却」は、広範に、物質の温度および／または内部エネルギーが、例えば任意の適切な量だけ低減および／または低下することを指す。冷却は、少なくとも約１℃、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約１００℃などの温度低下を含み得る。冷却には、任意の適切なヒートシンク、例えば、蒸気発生、温水加熱、冷却水、空気、冷媒、他のプロセスストリーム（統合）、およびそれらの組合せを使用することができる。冷却の１つまたは複数の供給源は、所望の出口温度を得るために組み合わせ、かつ／またはカスケード式にすることができる。冷却ステップでは、任意の適切なデバイスおよび／または装置を備えた冷却ユニットを使用することができる。一実施形態によれば、冷却は、１つまたは複数の熱交換器などによる間接的な熱交換を含み得る。熱交換器は、任意の適切な設計、例えばシェルおよび管、ろう付けアルミニウム、渦巻き形などを含むことができる。代替として、冷却には、蒸発による（気化熱）冷却、顕熱冷却、および／または直接的な熱交換、例えばプロセスストリームに直接的に噴霧される液体を使用することができる。
【００１２】
「極低温」は、約−５０℃以下の温度を指す。
本明細書で使用される場合、「脱エタン塔」および「脱メタン塔」という用語は、天然ガスストリーム内の成分を分離するために使用できる蒸留カラムまたは塔を指す。例えば、脱メタン塔は、エタンおよびより重質な成分からメタンおよび他の揮発性成分を分離するために使用される。メタン画分は、典型的に、少量の不活性ガス、例えば窒素、ＣＯ2などを含有している精製ガスとして回収される。
【００１３】
「フッ化炭素」は、「ペルフルオロカーボン」または「ＰＦＣ」とも呼ばれ、ＦおよびＣ原子を含む分子である。フッ化炭素は、Ｆ−Ｃ結合を有しており、化学種の炭素原子の数に応じてＣ−Ｃ結合を有する。フッ化炭素の一例として、ヘキサフルオロエタン（Ｃ2Ｆ6）が挙げられる。「ヒドロフルオロカーボン」または「ＨＦＣ」は、Ｈ、ＦおよびＣ原子を含む特定のタイプのフッ化炭素である。ヒドロフルオロカーボンは、Ｈ−ＣおよびＦ−Ｃ結合を有しており、化学種の炭素原子の数に応じてＣ−Ｃ結合を有する。ヒドロフルオロカーボンのいくつかの例として、類似の化学的構造の他の化合物の中でも、フルオロホルム（ＣＨＦ3）、ペンタフルオロエタン（Ｃ2ＨＦ5）、テトラフルオロエタン（Ｃ2Ｈ2Ｆ4）、ヘプタフルオロプロパン（Ｃ3ＨＦ7）、ヘキサフルオロプロパン（Ｃ3Ｈ2Ｆ6）、ペンタフルオロプロパン（Ｃ3Ｈ3Ｆ5）、およびテトラフルオロプロパン（Ｃ3Ｈ4Ｆ4）が挙げられる。
【００１４】
「ガス」という用語は、「蒸気」と交換可能に使用され、液体または固体状態と区別される気体状態の物質または物質混合物と定義される。同様に、「液体」という用語は、気体または固体状態と区別される液体状態の物質または物質混合物を意味する。
「熱交換器」は、広範に、ある媒体から別の媒体に熱を伝達することができる、特に任意の構造を含む任意のデバイス、例えば一般に熱交換器と呼ばれるデバイスを意味する。熱交換器には、「直接的な熱交換器」および「間接的な熱交換器」が含まれる。したがって、熱交換器は、シェル−アンド−チューブ（shell-and-tube）、らせん、ヘアピン、コア、コア−アンド−ケトル（core-and-kettle）、二重管、ろう付けアルミニウム、渦巻き形、または任意の他のタイプの公知の熱交換器であってもよい。「熱交換器」は、１つまたは複数のストリームを熱交換器に通過させ、冷媒の１つまたは複数のラインと１つまたは複数の供給ストリームとの間の直接的または間接的な熱交換に影響を及ぼすように適合された、任意のカラム、塔、ユニットまたは他の配置を指すこともできる。
【００１５】
「炭化水素」は、元素である水素および炭素を主に含む有機化合物であるが、窒素、硫黄、酸素、金属、または任意の数の他の元素が、少量存在していてもよい。本明細書で使用される場合、炭化水素は、一般に、天然ガス、油、または化学処理施設に見出される成分を指す。
「液化天然ガス」または「ＬＮＧ」は、一般に、高い割合のメタンを含むことが公知の天然ガスである。しかし、ＬＮＧは、微量の他の化合物を含むこともできる。他の元素または化合物は、限定されるものではないが、エタン、プロパン、ブタン、二酸化炭素、窒素、ヘリウム、硫化水素、またはその組合せを含むことができ、これらは、１つもしくは複数の成分（例えばヘリウム）または不純物（例えば、水および／もしくは重質な炭化水素）を除去するために処理され、次に、ほぼ大気圧において冷却によって液体に凝縮されている。
【００１６】
「液化石油ガス」または「ＬＰＧ」は、一般に、プロパン、ブタン、および原油を精製することによって得られた他の軽質炭化水素の混合物を指す。通常の温度では、ＬＰＧはガスである。しかしＬＰＧは、保存および輸送を容易にするために、冷却することまたは圧力をかけることができる。
「混合冷媒プロセス」は、混合冷媒、すなわち２つ以上の化学的成分を含む冷媒を使用する単一の冷蔵システム、炭化水素予冷混合冷媒システム、および二重混合冷媒システムを含み得るが、それらに限定されない。一般に、混合冷媒は、炭化水素および／または非炭化水素成分を含むことができる。混合冷媒に典型的に用いられる適切な炭化水素成分の例として、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタンおよびブチレン異性体、ならびにペンタンを挙げることができるが、それらに限定されない。混合冷媒に一般に用いられる非炭化水素成分として、窒素を挙げることができる。混合冷媒プロセスでは、少なくとも１つの混合成分の冷媒を用いるが、さらに、１つまたは複数の純粋成分の冷媒も同様に用いることができる。
【００１７】
「天然ガス」は、原油井から、または地下のガス保持層（gas-bearing formation）から得られた多成分ガスを指す。天然ガスの組成および圧力は、著しく変わり得る。典型的な天然ガスストリームは、主成分としてメタン（ＣＨ4）を含有しており、すなわち、天然ガスストリームの５０ｍｏｌ％超がメタンである。天然ガスストリームは、エタン（Ｃ2Ｈ6）、より高い分子量の炭化水素（例えば、Ｃ3−Ｃ20炭化水素）、１つもしくは複数の酸性ガス（例えば、二酸化炭素もしくは硫化水素）、またはそれらの任意の組合せを含有している場合もある。天然ガスはまた、少量の汚染物質、例えば、水、窒素、硫化鉄、ろう状物質、原油、またはそれらの任意の組合せを含有している場合がある。天然ガスストリームは、毒物として作用し得るまたは冷却プロセス中に凍結し得る化合物を除去するために、実施形態で使用する前に実質的に精製することができる。
【００１８】
本明細書で使用される場合、「天然ガス液体」（ＮＧＬ）は、成分が、例えば、典型的にはメタンよりも重質であり、天然ガスから凝縮されている、炭化水素の混合物を指す。ＮＧＬストリームの炭化水素成分のいくつかの例として、エタン、プロパン、ブタン、およびペンタン異性体、ベンゼン、トルエン、ならびに他の芳香族化合物が挙げられる。
「窒素除去ユニット」または「ＮＲＵ」は、天然ガス供給ストリームを受け入れ、実質的に純粋な生成物ストリーム、例えば売却できるメタンストリームおよび約３０％〜９９％のＮ2を含む窒素ストリームを生成するように構成されている任意のシステムまたはデバイスを指す。ＮＲＵのタイプの例として、極低温蒸留、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、膜分離、リーンオイル吸収、および溶媒吸収が挙げられる。
冷蔵システムにおける「冷媒成分」は、蒸発を介してより低い温度および圧力で吸熱し、凝縮を介してより高い温度および圧力で排熱する。例示的な冷媒成分として、１〜５個の炭素原子を有するアルカン、アルケンおよびアルキン、窒素、塩素化炭化水素、フッ素化炭化水素、他のハロゲン化炭化水素、希ガス、ならびにそれらの混合物または組合せを挙げることができるが、それらに限定されない。
【００１９】
冷媒成分は、しばしば単一成分の冷媒を含む。単一のハロゲン化炭化水素を含む単一成分の冷媒は、２つまたは３つの数字の関連する「Ｒ−」記号表示を有し、この記号表示は、その冷媒の化学的組成を反映する。その数に９０を加えると、それぞれ炭素、水素、およびフッ素原子の数を表す３桁になる。３つの数字を有する冷媒の最初の桁数は、分子中の炭素原子の数よりも一単位少ない。分子が炭素原子を１つだけ含有している場合には、最初の桁数は省略される。２番目の桁数は、分子中の水素原子の数よりも一単位多い。３番目の桁数は、分子中のフッ素原子の数に等しい。説明されていない残りの結合は、塩素原子によって占有されている。小文字「ａ」、「ｂ」または「ｃ」の接尾辞は、異性体の非対称度が増大することを示している。特別な場合として、Ｒ−４００シリーズは、非共沸性ブレンドから構成され、Ｒ−５００シリーズは、いわゆる共沸性ブレンドから構成されている。最も右側の桁数は、産業組織であるＡＳＨＲＡＥによって任意に割り当てられている。
【００２０】
「実質的な」は、材料の含量もしくは量、または材料の特定の特徴に言及して使用される場合、材料または特徴によって提供されることが企図される効果をもたらすのに十分な量を指す。正確な許容偏差度は、ある場合には特定の文脈に応じて変わり得る。
概要
本明細書に記載の実施形態は、炭化水素処理システムを提供する。炭化水素処理システムは、天然ガスからＬＮＧを生成するために、カスケード冷却システムなどの冷蔵システムを含む。冷蔵システムは、２つのフッ化炭素冷蔵システム、および窒素またはメタン冷蔵システムを含む。フッ化炭素冷蔵システム、および窒素またはメタン冷蔵システムは、天然ガスを冷却してＬＮＧを生成するために使用される。さらに、炭化水素処理システムは、ＮＲＵを含むことができ、これは、生成されたＬＮＧから窒素を除去するために使用できる。
【００２１】
炭化水素処理システムは、当業者に公知の任意の数のシステムを含む。炭化水素の生成および処理プロセスは、ＮＧＬを抽出するために天然ガスを冷やすこと、炭化水素の露点を制御するために天然ガスを冷やすこと、ＣＯ2を除去するために天然ガスを冷やすこと、ＬＰＧの生成保存、脱エタン塔／脱メタン塔における還流の凝縮、およびＬＮＧを生成するための天然ガスの液化を含むが、それらに限定されない。
炭化水素を処理するために、多くの冷蔵サイクルが使用されているが、ＬＮＧ液化施設で使用される１つのサイクルが、カスケードサイクルであり、このサイクルでは、ガスの温度を液化温度に漸減するように配置された熱交換器において、単一成分の複数の冷媒を使用する。ＬＮＧ液化施設で使用される別のサイクルは、多成分冷蔵サイクルであり、このサイクルでは、特別に設計された交換器において多成分冷媒を使用する。さらに、ＬＮＧ液化施設で使用される別のサイクルは、膨張器サイクルであり、このサイクルでは、ガスを供給ガス圧から低圧にし、対応する温度低下を伴って膨張させる。天然ガス液化サイクルでは、これらの３つのサイクルの変形形態または組合せを使用することもできる。
【００２２】
ＬＮＧは、冷蔵および液化技術によって供給ガスから調製される。任意選択のステップとして、凝縮物除去、ＣＯ2除去、脱水、水銀除去、窒素除去、Ｈ2Ｓ除去などが挙げられる。ＬＮＧは、液化した後、販売または輸送のためにタンカーに保存または搭載することができる。通常の液化プロセスとして、ＡＰＣＩ  Ｐｒｏｐａｎｅ予冷混合冷媒；Ｃ３ＭＲ；ＤＵＡＬ  ＭＲ；Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ｃａｓｃａｄｅ；Ｐｒｉｃｏ単一混合冷媒；ＴＥＡＬ二重圧力混合冷媒；Ｌｉｎｄｅ／Ｓｔａｔｏｉｌ多流体カスケード；Ａｘｅｎｓ二重混合冷媒、ＤＭＲ；ならびにＳｈｅｌｌプロセスＣ３ＭＲおよびＤＭＲを挙げることができる。
二酸化炭素の除去、すなわちＣＯ2およびより重質なガスからのメタンおよびより軽質なガスの分離は、極低温蒸留プロセス、例えばＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから利用可能なＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｆｒｅｅｚｅ  Ｚｏｎｅ技術を用いて達成することができる。
【００２３】
本明細書に記載の方法およびシステムを、天然ガスからのＬＮＧの形成に関して論じているが、該方法およびシステムは、様々な他の目的で使用することもできる。例えば、本明細書に記載の方法およびシステムは、とりわけ、炭化水素の露点を制御するために天然ガスを冷やし、天然ガス液体（ＮＧＬ）の抽出を実施し、二酸化炭素およびより重質なガスからメタンおよびより軽質なガスを分離し、ＬＰＧを生成するために炭化水素を調製し、または脱エタン塔および／もしくは脱メタン塔で還流ストリームを凝縮するために使用することができる。
冷媒
本明細書に記載の実施形態に従って利用される冷媒は、単一成分の１つもしくは複数の冷媒、または複数成分を含む冷媒混合物であってもよい。冷媒は、輸入し、その場で保存することができ、または冷媒の成分のいくつかは、典型的に炭化水素処理システムと統合した蒸留プロセスによって、その場で調製することができる。フッ化炭素（ＦＣ）またはヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）を含めた市販の冷媒が、様々な適用で使用される。例示的な冷媒は、ＩＳＣＥＯＮ（登録商標）ファミリーの冷媒、ＳＵＶＡ（登録商標）ファミリーの冷媒、ＯＰＴＥＯＮ（登録商標）ファミリーの冷媒、およびＦＲＥＯＮ（登録商標）ファミリーの冷媒を含めて、ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている。
【００２４】
多成分冷媒は、市販されている。例えば、Ｒ−４０１Ａは、Ｒ−３２、Ｒ−１５２ａ、およびＲ−１２４のＨＣＦＣブレンドである。Ｒ−４０４Ａは、５２ｗｔ％のＲ−１４３ａ、４４ｗｔ％のＲ−１２５、および４ｗｔ％のＲ−１３４ａのＨＦＣブレンドである。Ｒ−４０６Ａは、５５ｗｔ％のＲ−２２、４ｗｔ％のＲ−６００ａ、および４１ｗｔ％のＲ−１４２ｂのブレンドである。Ｒ−４０７Ａは、２０ｗｔ％のＲ−３２、４０ｗｔ％のＲ−１２５、および４０ｗｔ％のＲ−１３４ａのＨＦＣブレンドである。Ｒ−４０７Ｃは、Ｒ−３２、Ｒ−１２５、およびＲ−１３４ａのヒドロフルオロカーボンブレンドである。Ｒ−４０８Ａは、Ｒ−２２、Ｒ−１２５、およびＲ−１４３ａのＨＣＦＣブレンドである。Ｒ−４０９Ａは、Ｒ−２２、Ｒ−１２４、およびＲ−１４２ｂのＨＣＦＣブレンドである。Ｒ−４１０Ａは、Ｒ−３２およびＲ−１２５のブレンドである。Ｒ−５００は、７３．８ｗｔ％のＲ−１２および２６．２ｗｔ％のＲ−１５２ａのブレンドである。Ｒ−５０２は、Ｒ−２２およびＲ−１１５のブレンドである。Ｒ−５０８Ｂは、Ｒ−２３およびＲ−１１６のブレンドである。
【００２５】
様々な実施形態では、多数の異なるタイプの炭化水素処理システムのいずれも、本明細書に記載の冷蔵システムのいずれかと併用することができる。さらに、本明細書に記載の冷蔵システムでは、本明細書に記載の冷媒のいずれを利用してもよい。
冷蔵システム
炭化水素システムおよび方法は、しばしば、機械的冷蔵、弁膨張、タービン膨張などを利用する冷蔵システムを含む。機械的冷蔵は、典型的に、圧縮システムおよび吸収システム、例えばアンモニア吸収システムを含む。圧縮システムは、ガス処理工業において様々なプロセスで使用されている。例えば、圧縮システムは、ＮＧＬを抽出するために天然ガスを冷やすこと、炭化水素の露点を制御するために天然ガスを冷やすこと、ＬＰＧの生成保存、脱エタン塔または脱メタン塔における還流の凝縮、ＬＮＧを生成するための天然ガスの液化などのために使用することができる。
【００２６】
図１は、単段階冷蔵システム１００のプロセスフロー図である。様々な実施形態において、単段階冷蔵システム１００では、フッ化炭素などの冷媒を利用する。さらに、様々な実施形態では、単段階冷蔵システム１００は、ＮＲＵを含む窒素冷蔵またはメタン自動冷蔵システムの上流で実施される。複数の単段階冷蔵システム１００は、このような窒素冷蔵システムまたはメタン自動冷蔵システムの上流で、直列により実施することもできる。
【００２７】
単段階冷蔵システム１００は、膨張弁１０２、冷やす装置（chiller）１０４、圧縮器１０６、凝縮器１０８、および蓄積器（accumulator）１１０を含む。飽和液体冷媒１１２は、蓄積器１１０から膨張弁１０２へと流れることができ、膨張弁１０２を通過して等エンタルピーにより膨張することができる。膨張すると、いくらかの気化が発生して、蒸気および液体の両方を含む冷やされた冷媒混合物１１４を生じ得る。冷媒混合物１１４は、天然ガスなどのプロセスストリーム１１６が冷却されるべき温度よりも低い温度の、蒸発器としても公知の冷やす装置１０４に入ることができる。プロセスストリーム１１６は、冷やす装置１０４を介して流れ、冷媒混合物１１４と熱交換する。プロセスストリーム１１６は、冷媒混合物１１４と熱交換すると冷却され、冷媒混合物１１４は気化して、飽和蒸気冷媒１１８を生じる。
【００２８】
飽和蒸気冷媒１１８は、冷やす装置１０４を出た後、圧縮器１０６内で圧縮され、次に凝縮器１０８に流れる。凝縮器１０８内で、飽和蒸気冷媒１１８は、飽和した、またはわずかにサブクールされた液体冷媒１２０に変換される。次に、液体冷媒１２０は、凝縮器１０８から蓄積器１１０に流れることができる。サージタンクまたはレシーバーとしても公知の蓄積器１１０は、液体冷媒１２０のためのリザーバーとして働くことができる。液体冷媒１２０は、蓄積器１１０内で保存された後、飽和液体冷媒１１２として膨張弁１０２を通過して膨張することができる。
図１のプロセスフロー図は、単段階冷蔵システム１００が、図１に示されているあらゆる成分を含むべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、単段階冷蔵システム１００は、特定の実施の詳細に応じて、図１に示されていない任意の数の追加の成分を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、冷蔵システムは、２つ以上の圧縮段階を含むことができる。さらに、冷蔵システム１００は、図２に関してさらに論じる通り、節約装置を含むことができる。
【００２９】
図２は、節約装置２０２を含む二段階冷蔵システム２００のプロセスフロー図である。番号を付した項目は、図１に関して記載したものと同じである。様々な実施形態において、二段階冷蔵システム２００では、フッ化炭素などの冷媒を利用する。さらに、様々な実施形態では、二段階冷蔵システム２００は、ＮＲＵを含む窒素冷蔵またはメタン自動冷蔵システムの上流で実施される。複数の二段階冷蔵システム２００は、このような窒素冷蔵システムまたはメタン自動冷蔵システムの上流で、直列により実施することもできる。
節約装置２０２は、所与の冷やす装置として必要な圧縮器の電力使用量を低減する、任意のデバイスまたはプロセスの改変であり得る。通常の節約装置２０２は、例えば、フラッシュタンクおよび熱交換節約装置を含む。熱交換節約装置では、プロセスストリーム間で熱を伝達するために、多数の熱交換器を利用する。これにより、プロセスストリームを互いに熱統合することによって、二段階冷蔵システム２００へのエネルギー入力量を低減することができる。
【００３０】
図２に示されている通り、蓄積器１１０を出た飽和液体冷媒１１２は、蒸気および液体が分離され得る中程度の圧力にした膨張弁１０２を通過して膨張することができる。例えば、飽和液体冷媒１１２が、膨張弁１０２を通過してフラッシュすると、飽和液体冷媒１１２よりも低い圧力および温度で、蒸気冷媒２０４および液体冷媒２０６が生成される。次に、蒸気冷媒２０４および液体冷媒２０６は、節約装置２０２に流れることができる。様々な実施形態では、節約装置２０２は、蒸気冷媒２０４および液体冷媒２０６を分離するフラッシュタンクである。蒸気冷媒２０４は、中程度の圧力の圧縮器段階に流れることができ、そこで蒸気冷媒２０４は、第１の圧縮器２１０を出た飽和蒸気冷媒１１８と合わさって、混合飽和蒸気冷媒２０８を生じることができる。次に、混合飽和蒸気冷媒２０８は、第２の圧縮器２１２に流れることができる。
【００３１】
節約装置２０２に由来する液体冷媒２０６は、第２の膨張弁２１４を通過して等エンタルピーにより膨張することができる。膨張すると、いくらかの気化が発生して、蒸気および液体の両方を含む冷媒混合物２１６を生じ、温度および圧力を低減することができる。
冷媒混合物２１６は、節約装置を含まないシステムにおける冷媒混合物よりも高い液体含量を有することになる。液体含量がより高いことにより、冷媒循環速度を低減することができ、かつ／または第１の圧縮器２１０の電力使用量を低減することができる。
冷媒混合物２１６は、プロセスストリーム１１６が冷却されるべき温度よりも低い温度の、蒸発器としても公知の冷やす装置１０４に入る。プロセスストリーム１１６は、図１に関して論じた通り、冷やす装置１０４内で冷却される。さらに、飽和蒸気冷媒１１８は、圧縮器２１０および２１２ならびに凝縮器１０８を介して流れ、結果として生じる液体冷媒１２０は、図１に関して論じた通り、蓄積器１１０内に保存される。
【００３２】
図２のプロセスフロー図は、二段階冷蔵システム２００が、図２に示されているあらゆる成分を含むべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、二段階冷蔵システム２００は、特定の実施の詳細に応じて、図２に示されていない任意の数の追加の成分を含むことができる。例えば、二段階冷蔵システム２００は、図２に示されていない任意の数の追加の節約装置または他のタイプの装置を含むことができる。さらに、節約装置２００は、フラッシュタンクではなく、熱交換節約装置であってもよい。熱交換節約装置はまた、冷蔵循環速度を低減し、圧縮器の電力使用量を低減するために使用することができる。
いくつかの実施形態では、二段階冷蔵システム２００は、２つ以上の節約装置２０２、ならびに３つ以上の圧縮器２１０および２１２を含む。例えば、二段階冷蔵システム２００は、２つの節約装置および３つの圧縮器を含むことができる。一般に、冷蔵システム２００がＸ個の節約装置を含む場合、冷蔵システム２００は、Ｘ＋１個の圧縮器を含む。複数の節約装置を含むこのような冷蔵システム２００は、カスケード冷蔵システムの一部を形成することができる。
【００３３】
図３は、熱交換器節約装置３０２を含む単段階冷蔵システム３００のプロセスフロー図である。番号を付した項目は、図１に関して記載したものと同じである。様々な実施形態において、単段階冷蔵システム３００では、フッ化炭素などの冷媒を利用する。さらに、様々な実施形態では、単段階冷蔵システム３００は、ＮＲＵを含む窒素冷蔵システムまたはメタン自動冷蔵システムの上流で実施される。複数の単段階冷蔵システム３００は、このような窒素冷蔵システムまたはメタン自動冷蔵システムの上流で、直列により実施することもできる。
図３に示されている通り、蓄積器１１０を出た飽和液体冷媒１１２は、蒸気および液体が分離され得る中程度の圧力にした膨張弁１０２を通過して膨張して、冷媒混合物１１４を生成することができる。冷媒混合物１１４は、プロセスストリーム１１６が冷却されるべき温度よりも低い温度の冷やす装置１０４に流れることができる。プロセスストリーム１１６は、図１に関して論じた通り、冷やす装置１０４内で冷却することができる。
【００３４】
冷やす装置１０４に由来する飽和蒸気冷媒１１８は、熱交換器節約装置３０２を介して流れることができる。冷却された低圧飽和蒸気冷媒１１８は、熱交換器節約装置３０２内で飽和液体冷媒１１２をサブクールするために使用することができる。次に、熱交換器節約装置３０２を出た、過熱された蒸気冷媒３０４は、圧縮器１０６および凝縮器１０８を介して流れることができ、結果として生じる液体冷媒１２０は、図１に関して論じた通り、蓄積器１１０内に保存することができる。
図３のプロセスフロー図は、単段階冷蔵システム３００が、図３に示されているあらゆる成分を含むべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、単段階冷蔵システム３００は、特定の実施の詳細に応じて、図３に示されていない任意の数の追加の成分を含むことができる。
【００３５】
図４は、第１の冷蔵システム４０２および第２の冷蔵システム４０４を含むカスケード冷却システム４００のプロセスフロー図である。様々な実施形態において、第１の冷蔵システム４０２および第２の冷蔵システム４０４では、フッ化炭素冷媒を利用する。例えば、第１の冷蔵システム４０２では、Ｒ−４１０Ａを利用することができ、第２の冷蔵システム４０４では、Ｒ−５０８Ｂを利用することができる。さらに、冷蔵システム４０２または４０４のいずれかの冷媒は、混合物を含むことができる。カスケード冷却システム４００は、冷蔵システム１００、２００、または３００によって提供される冷却度よりも高い冷却度が望ましい場合に使用することができる。カスケード冷却システム４００は、非常に低温で、例えば−４０℃未満で冷却を行うことができる。さらに、いくつかの実施形態では、カスケード冷却システム４００は、窒素冷蔵システムまたはメタン自動冷蔵システムの上流で実施される。
【００３６】
第１の冷蔵システム４０２内で、蒸気／液体冷媒ストリーム４０６は、蓄積器４０８から第１の膨張弁４１０および第１の熱交換器４１２を介して流れることができ、それによって、生成物ストリーム４１３が冷やされる。結果として生じる蒸気ストリームは、第１のフラッシュ槽（drum）４１４内で分離される。蒸気／液体冷媒ストリーム４０６の一部は、バイパス弁４１６を介して第１のフラッシュ槽４１４に直接的に流れることができる。
【００３７】
第１のフラッシュ槽４１４に由来する液体冷媒ストリーム４１８は、第２の膨張弁４２０を介して流れ、第２の熱交換器４２２にフラッシュすることができ、それを使用して、生成物ストリーム４１３をさらに冷やすことができる。ガス蓄積器４２４は、結果として生じる蒸気冷媒ストリーム４２６を、第１段階の圧縮器４２８に供給する。結果として生じる中圧蒸気冷媒ストリーム４３０は、第１のフラッシュ槽４１４に由来する蒸気冷媒ストリーム４３２と合わさり、合わされたストリームは、第２段階の圧縮器４３４に供給される。第２段階の圧縮器４３４に由来する高圧蒸気ストリーム４３６は、凝縮器４３８を通過し、それによって、第２の冷蔵システム４０４に由来する冷却を使用することができる。具体的には、凝縮器４３８は、第２の冷蔵システム４０４に由来する低温冷媒ストリーム４４０を使用して、高圧蒸気ストリーム４３６を冷却して、液体冷媒ストリーム４０６を生成することができる。次に、凝縮器４３８に由来する液体冷媒ストリーム４０６は、蓄積器４０８内に保存される。制御弁４４２は、凝縮器４３８を介する低温冷媒ストリーム４４０の流れを制御するために使用することができる。凝縮器４３８に由来する、結果として生じる蒸気冷媒ストリーム４４４は、第２の冷蔵システム４０４に流れて戻ることができる。
【００３８】
第２の冷蔵システム４０４内で、液体冷媒ストリーム４４８は、蓄積器４５０から、冷やすシステム４５４によって液体冷媒ストリーム４４８を冷却するように構成されている熱交換器４５２を介して流れることができる。冷やすシステム４５４は、例えば、ＮＧＬをガスから分離する最終的なフラッシュ槽から出た天然ガスストリームなどの様々なプロセスストリームと熱交換することによって実施することができる。
結果として生じる低温冷媒ストリーム４５６は、第１の膨張弁４５８および第１の熱交換器４６０を介して流れることができ、それによって、生成物ストリーム４１３が冷やされる。結果として生じる蒸気／液体冷媒ストリームは、第１のフラッシュ槽４６２内で分離される。低温冷媒ストリーム４５６の一部は、フラッシュ槽４６２に入る流体を制御するためのレベル制御弁となり得るバイパス弁４６４を介して、第１のフラッシュ槽４６２に直接的に流れることができる。
【００３９】
第１のフラッシュ槽４６２に由来する液体冷媒ストリーム４６６は、第２の膨張弁４６８を介して流れ、第２の熱交換器４７０にフラッシュすることができ、それを使用して、生成物ストリーム４１３をさらに冷やすことができる。結果として生じる蒸気／液体冷媒ストリームは、第２のフラッシュ槽４７２内で分離される。液体冷媒ストリーム４６６の一部は、第２のフラッシュ槽４７２における液体の温度および第２の熱交換器４７０における冷却量を制御するために使用できるバイパス弁４７４を介して、第２のフラッシュ槽４７２に直接的に流れることができる。
第２のフラッシュ槽４７２に由来する液体冷媒ストリーム４７６は、第３の膨張弁４７８を介して流れ、第３の熱交換器４８０にフラッシュすることができ、それを使用して、生成物ストリーム４１３をさらに冷やすことができる。ガス蓄積器４８２は、結果として生じる蒸気冷媒ストリーム４８４を第１段階の圧縮器４８６に供給する。結果として生じる中圧蒸気冷媒ストリーム４８８は、第２のフラッシュ槽４７２に由来する蒸気冷媒ストリーム４９０と合わさり、合わされたストリームは、第２段階の圧縮器４９２に供給される。結果として生じる高圧蒸気冷媒ストリーム４９４は、第１のフラッシュ槽４６２に由来する蒸気冷媒混合物４９６と合わさり、合わされたストリームは、第３段階の圧縮器４９７に供給される。結果として生じる高圧蒸気冷媒ストリーム４９８は、熱交換器４９９を介して流れ、そこで冷却水との間接的な熱交換を介してさらに冷却され得る。次に、結果として生じる液体冷媒ストリーム４４８は、蓄積器４５０に流れることができる。
【００４０】
図４のプロセスフロー図は、カスケード冷却システム４００が、図４に示されているあらゆる成分を含むべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、カスケード冷却システム４００は、特定の実施の詳細に応じて、図４に示されていない任意の数の追加の成分を含むことができる。
図５は、炭化水素の露点を制御するための膨張冷蔵システム５００のプロセスフロー図である。パイプ内での天然ガス中の重質な炭化水素、例えばＣ3−Ｃ6の凝縮は、パイプラインに液体スラッギングをもたらし、ガスを受け取る施設の混乱をもたらすおそれがある。したがって、炭化水素の露点は、このような凝縮を防止するために、膨張冷蔵システム５００を使用して低減することができる。
【００４１】
図５に示す通り、脱水天然ガス供給ストリーム５０２は、ガス／ガス熱交換器５０４に流れることができる。ガス／ガス熱交換器５０４内で、脱水天然ガス供給ストリーム５０２は、低温天然ガスストリーム５０６との間接的な熱交換を介して冷却され得る。結果として生じる天然ガスストリーム５０８は、第１の分離器５１０に流れることができ、それによって、天然ガスストリーム５０８からいくらかの量の重質な炭化水素５１２を除去することができる。様々な実施形態では、天然ガスストリーム５０８から重質な炭化水素５１２を除去することによって、天然ガスストリーム５０８の露点が低下する。除去された重質な炭化水素５１２は、膨張冷蔵システム５００から、第１の出口弁５１４を介して流れ出ることができる。例えば、重質な炭化水素５１２は、膨張冷蔵システム５００から安定化装置（図示せず）に流れることができる。
次に、天然ガスストリーム５０８は、膨張器５１６に流れることができる。様々な実施形態では、膨張器５１６は、遠心式または軸流タービンであるターボ膨張器である。膨張器５１６内での天然ガスストリーム５０８の膨張により、シャフト５２０を介して膨張器５１６に連結されている圧縮器５１８を駆動するためのエネルギーを提供することができる。
【００４２】
膨張器５１６に由来する、結果として生じる低温天然ガスストリーム５０６は、第２の分離器５２２に流れることができ、それによって、低温天然ガスストリーム５０６から任意の残りの重質な炭化水素５１２を除去することができる。様々な実施形態では、低温天然ガスストリーム５０６から重質な炭化水素５１２を除去することによって、低温天然ガスストリーム５０６の露点がさらに低下する。次に、除去された重質な炭化水素５１２は、膨張冷蔵システム５００から、第２の出口弁５２４を介して流れ出ることができる。
低温天然ガスストリーム５０６は、第２の分離器５２２からガス／ガス熱交換器５０４に流れることができ、それによって、低温天然ガスストリーム５０６の温度を増大させて、高温天然ガスストリーム５２６を生成することができる。次に、高温天然ガスストリーム５２６は、圧縮器５１８を介して流れることができ、それによって、天然ガスストリーム５２６の圧力を、許容される販売上のガス圧に戻すことができる。次に、露点が低下した最終的な天然ガスストリーム５２８は、膨張冷蔵システム５００から流れ出ることができる。
【００４３】
一実施形態では、例えばフッ化炭素冷媒および窒素冷媒を使用する冷却システムを使用して、プロセスにさらなる冷却を加えることができる。この冷却は、第２の分離器５２２の上流の天然ガスストリーム５０８または低温天然ガスストリーム５０６に、熱交換器５３０を置くことによって実施することができる。冷媒液体５３２は、膨張弁５３４を通って冷やす装置５３０を介してフラッシュすることができる。次に、結果として生じる冷媒蒸気５３６は、冷媒システムに戻すことができる。冷やすことによって、かなり多量の凝縮可能な炭化水素、例えばＣ3以上を除去することができる。さらに、いくつかの実施形態では、熱交換器５３０を膨張器５１６の上流に置き、熱交換器５３０と膨張器５１６の間に分離器を置いて、液体が膨張器５１６に流れるのを防止する。
【００４４】
図５のプロセスフロー図は、膨張冷蔵システム５００が、図５に示されているあらゆる成分を含むべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、膨張冷蔵システム５００は、特定の実施の詳細に応じて、図５に示されていない任意の数の追加の成分を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、膨張冷蔵システム５００は、窒素冷蔵システムの上流に２つのフッ化炭素冷蔵システムを含むカスケード冷却システム内で実施される。このような実施形態では、膨張弁５３４を通過してフラッシュし、冷やす装置５３０を介して流れる冷媒液体５３２は、フッ化炭素冷蔵システムの１つに由来するフッ化炭素冷媒、または窒素冷蔵システムに由来する窒素冷媒である。
図６は、ＮＧＬを生成するための膨張冷蔵システム６００のプロセスフロー図である。様々な実施形態では、ＮＧＬの抽出を実施して、天然ガスストリームから、任意の数の異なる重質な炭化水素を含むＮＧＬを回収することができる。ＮＧＬは、しばしばガス状の加熱燃料としての目的以外の方が高価値であることに起因して、ＮＧＬを抽出することが望ましい場合がある。
【００４５】
乾燥天然ガス供給ストリーム６０２は、脱水システムからガス／ガス熱交換器６０４に流れることができる。ガス／ガス熱交換器６０４内で、乾燥天然ガス供給ストリーム６０２は、低温天然ガスストリーム６０６との間接的な熱交換を介して冷却され得る。結果として生じる天然ガスストリーム６０８は、分離器６１０に流れることができ、それによって、天然ガスストリーム６０８からＮＧＬの一部６１２を除去することができる。除去されたＮＧＬ６１２は、分離器６１０から脱エタン塔または脱メタン塔６１４に流れることができる。
次に、天然ガスストリーム６０８は、膨張器６１６に流れることができる。様々な実施形態では、膨張器６１６は、ターボ膨張器である。膨張器６１６内の天然ガスストリーム６０８の膨張は、シャフト６２０を介して膨張器６１６に連結されている圧縮器６１８を駆動するためのエネルギーを提供することができる。さらに、天然ガスストリーム６０８の温度は、ジュール−トムソン弁６２２を介する断熱膨張によって低減され得る。
【００４６】
膨張器６１６に由来する、結果として生じる低温天然ガスストリーム６０６は、脱エタン塔または脱メタン塔６１４に流れることができる。脱エタン塔または脱メタン塔６１４内で、ＮＧＬは、天然ガスストリーム６０６から分離することができ、脱エタン塔または脱メタン塔６１４からＮＧＬ生成物ストリーム６２４として流れ出ることができる。次に、ＮＧＬ生成物ストリーム６２４は、ポンプ６２６を介して、膨張冷蔵システム６００からポンプにより出ることができる。
脱エタン塔または脱メタン塔６１４は、熱交換器６２８に連結されていてもよい。いくつかの実施形態では、熱交換器６２８は、脱エタン塔または脱メタン塔６１４に由来する底部ストリームの一部６３０を、高温流体６３２との間接的な熱交換を介して加熱するために使用できる再沸騰器６２８である。次に、加熱された底部ストリーム６３０は、脱エタン塔または脱メタン塔６１４に再注入することができる。
【００４７】
脱エタン塔または脱メタン塔６１４内で、天然ガスストリーム６０６からＮＧＬ生成物ストリーム６２４を分離すると、低温天然ガスストリームを生成することができ、このストリームは、オーバーヘッドストリーム６３４として脱エタン塔または脱メタン塔６１４から流れ出ることができる。オーバーヘッドストリーム６３４は、熱交換器６３６に流れることができ、それによって、冷媒６３８、例えばフッ化炭素冷媒または窒素冷媒との間接的な熱交換を介してオーバーヘッドストリーム６３４の温度を低減することができる。温度が低下すると、蒸気のいくらかを凝縮することができる。次に、オーバーヘッドストリーム６３４を分離容器６４０内で分離すると、低温天然ガスストリーム６０６および液体底部ストリーム６４２を生成することができる。底部ストリーム６４２は、ポンプ６４４を介して、脱エタン塔または脱メタン塔６１４にポンプにより戻り、リサイクルストリームを形成することができる。
【００４８】
次に、低温天然ガスストリーム６０６は、ガス／ガス熱交換器６０４を介して流れることができる。低温天然ガスストリーム５０６の温度を、ガス／ガス熱交換器６０４内で増大させて、高温天然ガスストリーム６４６を生成することができる。次に、高温天然ガスストリーム６４６は、圧縮器６１８を介して流れることができ、それによって、天然ガスストリーム６４６の圧力を増大することができる。いくつかの実施形態では、高温天然ガスストリーム６４６はまた、第２の圧縮器６４８を介して流れ、それによって、天然ガスストリーム６４６の圧力を許容される販売上のガス圧に増大することができる。次に、天然ガス生成物ストリーム６５０は、膨張冷蔵システム６００から流れ出ることができる。
【００４９】
図６のプロセスフロー図は、膨張冷蔵システム６００が、図６に示されているあらゆる成分を含むべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、膨張冷蔵システム６００は、特定の実施の詳細に応じて、図６に示されていない任意の数の追加の成分を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、膨張冷蔵システム６００は、窒素冷蔵システムの上流に２つのフッ化炭素冷蔵システムを含むカスケード冷却システム内で実施される。このような実施形態では、熱交換器６３６内で利用される冷媒６３８は、フッ化炭素冷蔵システムの１つに由来するフッ化炭素冷媒、または窒素冷蔵システムに由来する窒素冷媒である。
【００５０】
図７は、ＬＮＧ生成システム７００のプロセスフロー図である。図７に示されている通り、ＬＮＧ７０２は、多数の異なる冷蔵システムを使用して天然ガスストリーム７０４から生成することができる。図７に示されている通り、天然ガスストリーム７０４の一部を、ＬＮＧ生成システム７００に入る前に天然ガスストリーム７０４から分離することができ、燃料ガスストリーム７０６として使用することができる。残りの天然ガスストリーム７０４は、初期天然ガス処理システム７０８に流れることができる。天然ガス処理システム７０８内で、天然ガスストリーム７０４を精製し、冷却することができる。例えば、天然ガスストリーム７０４は、第１のフッ化炭素冷媒７１０、第２のフッ化炭素冷媒７１２、および高圧窒素冷媒７１４を使用して冷却することができる。天然ガスストリーム７０４を冷却することによって、ＬＮＧ７０２を生成することができる。
ＬＮＧ生成システム７００内で、重質な炭化水素７１６は、天然ガスストリーム７０４から除去することができ、重質な炭化水素７１６の一部を使用して、重質な炭化水素処理システム７２０内でガソリン７１８を生成することができる。さらに、ガソリン７１８の生成中に重質な炭化水素７１６から分離される任意の残留天然ガス７２２は、天然ガスストリーム７０４に戻すことができる。
【００５１】
生成されたＬＮＧ７０２は、ある程度の量の窒素７２４を含んでいる場合がある。したがって、ＬＮＧ７０２は、ＮＲＵ７２６を介して流れることができる。ＮＲＵ７２６は、ＬＮＧ７０２から窒素７２４を分離して、最終的なＬＮＧ生成物を生成する。
図７のプロセスフロー図は、ＬＮＧ生成システム７００が、図７に示されているあらゆる成分を含むべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、ＬＮＧ生成システム７００は、特定の実施の詳細に応じて、図７に示されていない任意の数の追加の成分、またはプロセス内のフッ化炭素冷媒を冷やす装置の異なる位置を含むことができる。例えば、任意の数の代替冷蔵システムを使用して、天然ガスストリーム７０４からＬＮＧ７０２を生成することもできる。さらに、任意の数の異なる冷蔵システムを組み合わせて使用して、ＬＮＧ７０２を生成することができる。
【００５２】
ＬＮＧを生成するためのシステム
図８Ａおよび８Ｂは、カスケード冷却システム８００のプロセスフロー図である。カスケード冷却システム８００は、ＬＮＧを生成するために使用することができ、炭化水素処理システム内で実施することができる。カスケード冷却システム８００は、低温で、例えば、約−１８℃未満、または約−２９℃未満、または約−４０℃未満で操作することができる。さらに、カスケード冷却システム８００では、２つ以上の冷媒を用いることができ、複数の温度で冷蔵を行うことができる。
カスケード冷却システム８００は、図８Ａに示されている通り、第１のフッ化炭素冷蔵システム８０２を含むことができ、このシステムでは、第１のフッ化炭素冷媒、例えばＲ−４１０Ａを利用することができる。カスケード冷却システム８００はまた、図８Ｂに示されている通り、第２のフッ化炭素冷蔵システム８０４を含むことができ、このシステムでは、第２のフッ化炭素冷媒、例えばＲ−５０８Ｂを利用することができる。さらに、カスケード冷却システム８００は、図８Ｂに示されている通り、窒素冷蔵システム８０６を含むことができる。
【００５３】
天然ガスストリーム８０８は、冷やす装置８１０を介して流れることができ、それによって、冷却用流体との間接的な熱交換を介して天然ガスストリーム８０８が予冷される。次に、天然ガスストリーム８０８は、カスケード冷却システム８００内でパイプジョイント８１２に流れることができる。パイプジョイント８１２は、天然ガスストリーム８０８を、３つの別個の天然ガスストリームに分割するように構成され得る。第１の天然ガスストリームは、ライン８１４を介して第１のフッ化炭素冷蔵システム８０２に流れることができ、第２の天然ガスストリームおよび第３の天然ガスストリームは、それぞれライン８１６および８１８を介して、図９に関して論じるシステムに流れることができる。
【００５４】
天然ガスストリームは、天然ガスストリームの冷却のための調製において、第１のフッ化炭素冷蔵システム８０２に流れることができる。天然ガスストリームは、第１のフッ化炭素冷蔵システム８０２内の一連の熱交換器８２０、８２２および８２４を通過することによって冷却され得る。熱交換器８２０、８２２および８２４は、蒸発器、冷やす装置または冷却ボックスと呼ぶこともできる。天然ガスストリームは、熱交換器８２０、８２２および８２４のそれぞれの中でフッ化炭素冷媒の循環との間接的な熱交換を介して冷却され得る。フッ化炭素冷媒は、ヒドロフルオロカーボン、例えば、Ｒ−４１０ＡもしくはＲ−４０４Ａまたは任意の他の適切なタイプのフッ化炭素冷媒であってもよい。
【００５５】
フッ化炭素冷媒は、第１のフッ化炭素冷蔵システム８０２を介して連続的に循環させることができ、それによって、熱交換器８２０、８２２および８２４のそれぞれに入るようにフッ化炭素冷媒を連続的に調製することができる。フッ化炭素冷媒は、ライン８２６を介して蒸気フッ化炭素冷媒として第１の熱交換器８２０を出ることができる。蒸気フッ化炭素冷媒は、２つのパイプジョイント８２８および８２９内で追加の蒸気フッ化炭素冷媒と合わさることができる。次に、蒸気が圧縮器８３０を介して流れて、蒸気フッ化炭素冷媒の圧力が増大すると、過熱された蒸気フッ化炭素冷媒が生成される。過熱された蒸気フッ化炭素冷媒は、凝縮器８３２を介して流れ、それによって、過熱された蒸気フッ化炭素冷媒が冷却され、凝縮して、液体フッ化炭素冷媒が生成され得る。
液体フッ化炭素冷媒は、膨張弁８３４を介して流れることができ、それによって、液体フッ化炭素冷媒の温度および圧力が低下する。これによって、液体フッ化炭素冷媒のフラッシュ蒸発が生じて、液体フッ化炭素冷媒および蒸気フッ化炭素冷媒の混合物が生成され得る。液体フッ化炭素冷媒および蒸気フッ化炭素冷媒は、ライン８３８を介して第１のフラッシュ槽８３６に流れることができる。第１のフラッシュ槽８３６内で、液体フッ化炭素冷媒は、蒸気フッ化炭素冷媒から分離することができる。
【００５６】
蒸気フッ化炭素冷媒は、ライン８３９を介して第１のフラッシュ槽８３６からパイプジョイント８２８に流れることができる。液体フッ化炭素冷媒は、パイプジョイント８４０に流れることができ、それによって、液体フッ化炭素冷媒を２つの別個の液体フッ化炭素冷媒ストリームに分割することができる。一方の液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第１の熱交換器８２０を介して流れ、部分的または完全にフラッシュ蒸発し、ライン８２６を介してパイプジョイント８２８に戻ることができる。他方の液体フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン８４４を介して第２のフラッシュ槽８４２に流れることができる。ライン８４４はまた、膨張弁８４６を含むことができ、この膨張弁は、液体フッ化炭素冷媒ストリームを絞り調整して、第２のフラッシュ槽８４２への液体フッ化炭素冷媒ストリームの流れを制御する。膨張弁８４６内での液体フッ化炭素冷媒ストリームの絞り調整によって、液体フッ化炭素冷媒ストリームのフラッシュ蒸発が生じて、蒸気および液体フッ化炭素冷媒の両方の混合物が生成され得る。
【００５７】
第２のフラッシュ槽８４２は、液体フッ化炭素冷媒から蒸気フッ化炭素冷媒を分離することができる。蒸気フッ化炭素冷媒は、ライン８５０を介してパイプジョイント８４８に流れることができる。パイプジョイント８４８は、蒸気フッ化炭素冷媒を、第２の熱交換器８２２から回収した蒸気フッ化炭素冷媒と合わせることができる。次に、蒸気フッ化炭素冷媒は、別のパイプジョイント８５２に流れることができる。パイプジョイント８５２は、蒸気フッ化炭素冷媒を、第３の熱交換器８２４から回収した蒸気フッ化炭素冷媒と合わせることができる。合わされた蒸気フッ化炭素冷媒は、圧縮器８５４内で圧縮され、ライン８５６を介してパイプジョイント８２９に流れて、フラッシュ槽８３６および熱交換器８２０に由来する蒸気と合わさることができる。
【００５８】
液体フッ化炭素冷媒は、第２のフラッシュ槽８４２からパイプジョイント８５８に流れることができ、それによって、液体フッ化炭素冷媒を、２つの別個の液体フッ化炭素冷媒ストリームに分割することができる。一方の液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第２の熱交換器８２２を介して流れ、ライン８６０を介してパイプジョイント８４８に戻ることができる。他方の液体フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン８６２によって第３の熱交換器８２４を介して流れることができる。ライン８６２はまた、膨張弁８６４を含むことができ、この膨張弁は、液体フッ化炭素冷媒をフラッシュさせ、したがって液体フッ化炭素冷媒ストリームが第３の熱交換器８２４に流れるときの圧力および温度を低下する。第３の熱交換器８２４に由来する液体フッ化炭素冷媒ストリームは、圧縮器８６６内で圧縮し、ライン８６８を介してパイプジョイント８５２に送ることができる。
【００５９】
様々な実施形態では、第２のフッ化炭素冷蔵システム８０４のフッ化炭素冷媒は、第１のフッ化炭素冷蔵システム８０２内で予冷される。例えば、第２のフッ化炭素冷媒のフッ化炭素冷媒は、第１の熱交換器８２０を介して流れることによって予冷され得る。フッ化炭素冷媒は、ヒドロフルオロカーボン、例えばＲ−５０８Ｂ、または任意の他の適切なタイプのフッ化炭素であってもよい。フッ化炭素冷媒は、ライン８７０を介して、第２のフッ化炭素冷蔵システム８０４から第１の熱交換器８２０に流れることができる。
天然ガスストリームは、熱交換器８２０、８２２および８２４のそれぞれの中で徐々に冷やされた後、図８Ｂに示されている通り、ライン８７４を介して第２のフッ化炭素冷蔵システム８０４に流れる。第２のフッ化炭素冷蔵システム８０４は、第４の熱交換器８７６および第５の熱交換器８７８を含むことができ、それによって、フッ化炭素冷媒を使用して天然ガスストリームをさらに冷却することができる。
【００６０】
フッ化炭素冷媒は、第２の冷蔵システム８０４を介して連続的に循環させることができ、それによって、フッ化炭素冷媒が熱交換器８７６および８７８のそれぞれに入るように調製される。フッ化炭素冷媒は、第４の熱交換器８７６から蒸気フッ化炭素冷媒ストリームとして出ることができる。蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、パイプジョイント８８０内で別の蒸気フッ化炭素冷媒ストリームと合わさることができ、別のパイプジョイント８８２内で第５の熱交換器８７８に由来するさらに別の蒸気フッ化炭素冷媒ストリームと合わさることができる。次に、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、圧縮器８８４を介して流れることができ、それによって、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームの圧力を増大して、過熱されたフッ化炭素冷媒ストリームを生成することができる。過熱されたフッ化炭素冷媒ストリームは、パイプジョイント８８６および別の圧縮器８８８を介して流れることができ、それによって、過熱されたフッ化炭素冷媒ストリームの圧力をさらに増大することができる。
【００６１】
過熱されたフッ化炭素冷媒ストリームは、ガス冷却器８９０を介して流れることができる。ガス冷却器８９０は、過熱されたフッ化炭素冷媒ストリームを冷却して、冷却された蒸気フッ化炭素冷媒ストリームを生成することができる。ある場合には、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームが周囲温度未満である場合、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、ガス冷却器８９０を介して流れることができない。次に、液体フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン８７０によって第１のフッ化炭素冷蔵システム８０２内の第１の熱交換器８２０を介して流れることができる。
フッ化炭素冷媒ストリームが、第１の熱交換器８２０を通過したら、フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン８９４を介して第２のフッ化炭素冷蔵システム８０４内の第３のフラッシュ槽８９２に入ることができる。ライン８９４は、膨張弁８９６を含むことができ、この膨張弁は、第３のフラッシュ槽８９２へのフッ化炭素冷媒ストリームの流れを制御する。膨張弁８９６は、フッ化炭素冷媒ストリームの温度および圧力を低減して、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームおよび液体フッ化炭素冷媒ストリームの両方にフッ化炭素冷媒ストリームをフラッシュ蒸発させることができる。
【００６２】
蒸気フッ化炭素冷媒ストリームおよび液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第３のフラッシュ槽８９２にフラッシュすることができ、それによって、液体フッ化炭素冷媒ストリームから蒸気フッ化炭素冷媒ストリームを分離することができる。蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン８９８を介してパイプジョイント８８６に流れることができる。液体フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン９０６を介して、第３のフラッシュ槽８９２から第４のフラッシュ槽９０４に流れることができる。ライン９０６は、膨張弁９０８を含むことができ、この膨張弁は、第４のフラッシュ槽９０４へのフッ化炭素冷媒ストリームの流れを制御する。膨張弁９０８は、フッ化炭素冷媒ストリームの温度および圧力をさらに低減して、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームおよび液体フッ化炭素冷媒ストリームの両方にフッ化炭素冷媒ストリームをフラッシュ蒸発させることができる。
【００６３】
液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第４のフラッシュ槽９０４からパイプジョイント９１０に流れることができ、それによって、液体フッ化炭素冷媒ストリームを２つの別個の液体フッ化炭素冷媒ストリームに分割することができる。一方の液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第４の熱交換器８７６を介して流れ、ライン９１２を介してパイプジョイント８８０に戻ることができる。他方の液体フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン９１４によって第５の熱交換器８７８を介して流れることができる。ライン９１４はまた、膨張弁９１６を含むことができ、この膨張弁は、第５の熱交換器８７８への液体フッ化炭素冷媒ストリームの流れを、例えばフッ化炭素冷媒ストリームをフラッシュさせ、温度を低減し、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームおよび液体フッ化炭素冷媒ストリームを生じることによって制御する。第５の熱交換器８７８に由来する、結果として生じる蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、圧縮器９１８内で圧縮され、次にパイプジョイント８８２に流れて、再循環することができる。
【００６４】
天然ガスストリームは、熱交換器８７６および８７８内でフッ化炭素冷媒ストリームとの間接的な熱交換を介して冷却された後、ライン９２０を介して窒素冷蔵システム８０６に流れることができる。様々な実施形態では、窒素冷蔵システム８０６の窒素冷媒ストリームは、熱交換器８２０、８２２、８２４および８７６のそれぞれを介して流れることによって予冷される。窒素冷媒ストリームは、ライン９２１を介して、窒素冷蔵システム８０６から熱交換器８２０、８２２、８２４および８７６に流れることができる。
窒素冷蔵システム８０６内で、天然ガスストリームは、第６の熱交換器９２２内で窒素冷媒ストリームとの間接的な熱交換を介して冷却され得る。窒素冷媒ストリームは、窒素冷蔵システム８０６を介して連続的に循環することができ、それによって、窒素冷媒ストリームが第６の熱交換器９２２に入るように調製される。窒素冷媒は、第６の熱交換器９２２を介して２つの別個の窒素冷媒ストリームとして流れることができる。第６の熱交換器９２２に由来する窒素冷媒ストリームは、パイプジョイント９２４内で合わさることができる。
【００６５】
合わされた窒素冷媒ストリームは、ライン９２８によって第７の熱交換器９２６を介して流れることができる。第７の熱交換器９２６内で、窒素冷媒ストリームは、逆方向に流れる高圧窒素冷媒ストリームの冷却を行うことができる。第７の熱交換器９２６に由来する窒素冷媒ストリームは、第１の圧縮器９３０内で圧縮され、第１の冷やす装置９３２内で冷却され、第２の圧縮器９３４内で圧縮され、第２の冷やす装置９３６内で冷却され得る。次に、結果として生じる高圧窒素冷媒ストリームは、パイプジョイント９３８に流れることができ、それによって、高圧窒素冷媒ストリームを２つの別個の高圧窒素冷媒ストリームに分割することができる。
パイプジョイント９３８に由来する一方の高圧窒素冷媒ストリームは、ライン９２１によって熱交換器８２０、８２２、８２４および８７６を介して流れることができる。第４の熱交換器８７６を出ると、窒素冷媒ストリームは、膨張器９４０内で膨張し、パワーを生じ、第６の熱交換器９２２を介して流れて、天然ガスストリームの冷却を行うことができる。
【００６６】
他方の高圧窒素冷媒ストリームは、パイプジョイント９３８から、第３の圧縮器９４２、第３の冷やす装置９４４、および第７の熱交換器９２６を介して流れることができる。次に、高圧窒素冷媒ストリームは、膨張器９４６内で膨張し、パワーを生じ、第６の熱交換器９２２を介して流れて、天然ガスストリームの冷却を行うことができる。膨張器９４０および９４６で生じたパワーは、発電するため、または圧縮器９３０、９３４もしくは９４２のすべて、いくつか（または一部）を駆動するために、使用することができる。
図９は、ＮＲＵ９０２を含むシステム９００のプロセスフロー図である。システム９００は、カスケード冷却システム８００の下流に位置することができ、カスケード冷却システム８００と同じ炭化水素処理システム内で実施することができる。
【００６７】
天然ガスストリームが窒素冷蔵システム８０６内で冷却されたら、天然ガスストリームは、ＬＮＧの形態をとることができる。ＬＮＧストリームは、ライン９４８を介してシステム９００に流れることができる。具体的には、ＬＮＧストリームは、パイプジョイント９５０に流れることができ、それによって、ライン９４８に由来するＬＮＧストリームを、ライン８１６に由来する天然ガスストリームと合わせることができる。ライン８１６に由来する天然ガスストリームの初期冷却は、天然ガスストリームがパイプジョイント９５０に流れる前に、第８の熱交換器９５２内で実施され得る。
パイプジョイント９５０に由来するＬＮＧストリームが、ＮＲＵ９０２に流れると、ＬＮＧストリームから過剰の窒素を除去することができる。具体的には、ＬＮＧストリームは、再沸騰器９５４に流れることができ、それによって、ＬＮＧストリームの温度を低減することができる。冷却されたＬＮＧストリームは、水圧式膨張タービン９５６内で膨張し、次に膨張弁９５８を介して流れることができ、それによって、ＬＮＧストリームの温度および圧力が低下する。
【００６８】
ＬＮＧストリームは、ＮＲＵ９０２内で、ＮＲＵ塔などの極低温分取カラム９６０に流れることができる。さらに、熱が、再沸騰器９５４からライン９６２を介して極低温分取カラム９６０に伝達され得る。極低温分取カラム９６０は、極低温蒸留プロセスを介してＬＮＧストリームから窒素を分離することができる。オーバーヘッドストリームは、ライン９６４を介して極低温分取カラム９６０から流れ出ることができる。オーバーヘッドストリームは、ＬＮＧストリームから分離された、主に、メタン、窒素、および他の低沸点のまたは凝縮不可能なガス、例えばヘリウムを含むことができる。
【００６９】
いくつかの実施形態では、オーバーヘッドストリームは、オーバーヘッド凝縮器（図示せず）に流れ、それによって、オーバーヘッドストリーム内の任意の液体を分離し、それを還流として極低温分取カラム９６０に戻すことができる。これによって、１つの蒸気ストリーム、主にメタンを含む燃料ストリーム、および主に低沸点ガスを含む別の蒸気ストリームを生成することができる。燃料ストリームは、ライン９６４によって第８の熱交換器９５２を介して流れることができる。第８の熱交換器９５２内で、蒸気燃料ストリームの温度が、天然ガスストリームとの間接的な熱交換を介して増大すると、蒸気燃料ストリームが生成され得る。蒸気燃料ストリームは、パイプジョイント９６６内で他の蒸気燃料ストリームと合わさることができる。次に、合わされた蒸気燃料ストリームは、圧縮され、一連の圧縮器９６８、９７０および９７２、ならびに冷やす装置９７４、９７６、９７８内で冷却され得る。結果として生じる蒸気燃料ストリームは、天然ガスストリーム８０８に由来する蒸気燃料ストリームであり得るライン８１８に由来する天然ガスストリームと、パイプジョイント９８０内で合わさることができる。次に、蒸気燃料ストリームは、ライン９８４を介して燃料９８２としてシステム９００から流れ出ることができる。
【００７０】
極低温分取カラム９６０内で生成される底部ストリームは、主に、微量の窒素を含むＬＮＧを含んでいる。ＬＮＧストリームは、ライン９８８を介してＬＮＧタンク９８６に流れることができる。ライン９８８は、弁９９０を含むことができ、この弁は、ＬＮＧタンク９８６へのＬＮＧストリームの流れを制御するために使用される。ＬＮＧタンク９８６は、ＬＮＧストリームを任意の期間保存することができる。ＬＮＧタンク９８６内で生じたボイルオフガスは、ライン９９２を介してパイプジョイント９６６に流れることができる。任意の時点で、最終的なＬＮＧストリーム９９４は、市場に輸送するために、ポンプ９９８を使用してＬＮＧタンカー９９６に輸送することができる。ＬＮＧタンカー９９６に最終的なＬＮＧストリーム９４４を搭載する間に生じた追加のボイルオフガス９９９は、カスケード冷却システム８００で回収することができる。
【００７１】
図８Ａ、８Ｂおよび９のプロセスフロー図は、カスケード冷却システム８００またはシステム９００が、図８Ａ、８Ｂまたは９に示されているあらゆる成分を含むべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、カスケード冷却システム８００またはシステム９００は、具体的な実施の詳細に応じて、図８Ａ、８Ｂまたは９にそれぞれ示されていない任意の数の追加の成分を含むことができる。様々な実施形態では、熱交換器８２０、８２２、８２４、８７６、８７８および９２２は、高対流速度タイプの管を含む。このような高対流速度タイプの管を使用することによって、装置のサイズ、ならびに熱交換器８２０、８２２、８２４、８７６、８７８および９２２内で冷却を行うために使用される冷媒の一覧を低減することができる。さらに、熱交換器８２０、８２２、８２４、８７６、８７８、９２２または９２６のいずれかが、渦巻き形タイプのユニットまたはろう付けアルミニウムタイプのユニット内に含まれ得る。
【００７２】
様々な実施形態では、圧縮器８３０、８５４、８６６、８８８、８８４、９１８、９３０、９３４、９４２、９６８、９７２および９７６は、遠心式タイプの圧縮器である。大気への冷媒の損失を低減するために、各圧縮器８３０、８５４、８６６、８８８、８８４、９１８、９３０、９３４、９４２、９６８、９７２および９７６は、リクレーマー（reclaimer）またはシールリーク（seal leak）ガス回収システムを含むこともできる。
図１０Ａおよび１０Ｂは、別のカスケード冷却システム１０００のプロセスフロー図である。カスケード冷却システム１０００は、図８Ａおよび８Ｂのカスケード冷却システム８００の改変版であり得る。番号を付した項目は、図８Ａおよび８Ｂに関して記載したものと同じである。カスケード冷却システム１０００は、炭化水素処理システム内で実施することができる。
【００７３】
カスケード冷却システム１０００は、図１０Ａに示されている通り、第１のフッ化炭素冷蔵システム１００２を含むことができ、このシステムでは、第１のフッ化炭素冷媒、例えばＲ−４１０Ａを利用することができる。カスケード冷却システム１０００はまた、図１０Ｂに示されている通り、第２のフッ化炭素冷蔵システム１００４を含むことができ、このシステムでは、第２のフッ化炭素冷媒、例えばＲ−５０８Ｂを利用することができる。さらに、カスケード冷却システム１０００は、図１０Ｂに示されている通り、窒素冷蔵システム１００６を含むことができる。
図１０Ａの第１のフッ化炭素冷蔵システム１００２は、図８Ａの第１のフッ化炭素冷蔵システム８０２に類似し得る。しかし、図１０Ａの第１のフッ化炭素冷蔵システム１００２は、図８Ａの第１のフッ化炭素冷蔵システム８０２内の熱交換器８２２、８２４の代わりに第２の熱交換器１００８および第３の熱交換器１０１０を含むことができる。
【００７４】
第１のフッ化炭素冷蔵システム１００２内で、第２のフッ化炭素冷蔵システム１００４のフッ化炭素冷媒は、それぞれ熱交換器８２０、１００８および１０１０を介して流れることによって、予冷され、凝縮され、サブクールされる。フッ化炭素冷媒は、ヒドロフルオロカーボン、例えばＲ−５０８Ｂ、または任意の他の適切なタイプのフッ化炭素であってもよい。フッ化炭素冷媒は、第２のフッ化炭素冷蔵システム１００４から、ライン８７０を介して第１のフッ化炭素冷蔵システム１００２内の熱交換器８２０、１００８および１０１０に流れることができる。したがって、フッ化炭素冷媒は、すべての３つの熱交換器８０２、１００８および１０１０を介して流れるので、図１０Ａの第１のフッ化炭素冷蔵システム１００２は、図８Ａの第１のフッ化炭素冷蔵システム８０２よりも第２のフッ化炭素冷媒の予冷度を増大し、圧縮度を抑えることができる。
天然ガスストリームは、熱交換器８２０、１００８および１０１０のそれぞれの中で除去に冷やされる。次に、冷やされた天然ガスストリームは、図１０Ｂに示されている通り、ライン８７４を介して第２のフッ化炭素冷蔵システム１００４に流れる。第２のフッ化炭素冷蔵システム１００４は、第４の熱交換器８７６および第５の熱交換器１０１２を含むことができ、それによって、フッ化炭素冷媒を使用して天然ガスストリームをさらに冷却することができる。
【００７５】
フッ化炭素冷媒は、第２の冷蔵システム１００４を介して連続的に循環することができ、それによって、フッ化炭素冷媒が熱交換器８７６および１０１２のそれぞれに入るように調製される。フッ化炭素冷媒は、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームとして第４の熱交換器８７６から出ることができる。蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、パイプジョイント８８０内で別の蒸気フッ化炭素冷媒ストリームと合わさることができ、パイプジョイント８８２内で第５の熱交換器１０１２に由来する別の蒸気フッ化炭素冷媒ストリームと合わさることができる。次に、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、圧縮器８８４を介して流れることができ、それによって、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームの圧力を増大することができる。次に、蒸気は、ライン８７０を介して第１のフッ化炭素冷蔵システム１００２内の第１の熱交換器８２０を介して流れることができる。
【００７６】
フッ化炭素冷媒ストリームは、熱交換器８２０、１００８および１０１０を通過したら、ライン１０１４を介して第２のフッ化炭素冷蔵システム１００４内の第３のフラッシュ槽１０１３に入ることができる。ライン１０１４は、膨張弁９０８を含むことができ、この膨張弁は、第３のフラッシュ槽１０１３へのフッ化炭素冷媒ストリームの流れを制御する。膨張弁９０８は、フッ化炭素冷媒ストリームの温度および圧力を低減して、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームおよび液体フッ化炭素冷媒ストリームの両方にフッ化炭素冷媒ストリームをフラッシュ蒸発させることができる。
【００７７】
蒸気フッ化炭素冷媒ストリームおよび液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第３のフラッシュ槽１０１３にフラッシュすることができ、それによって、液体フッ化炭素冷媒ストリームから蒸気フッ化炭素冷媒ストリームを分離することができる。蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン１０１６を介してパイプジョイント８８０に流れることができる。液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第３のフラッシュ槽１０１３からパイプジョイント９１０に流れることができ、それによって、液体フッ化炭素冷媒ストリームを２つの別個の液体フッ化炭素冷媒ストリームに分割することができる。一方の液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第４の熱交換器８７６を介して流れ、ライン９１２を介してパイプジョイント８８０に戻ることができる。他方の液体フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン９１４によって第５の熱交換器１０１２を介して流れることができる。ライン９１４はまた、膨張弁９１６を含むことができ、この膨張弁は、第５の熱交換器１０１２への液体フッ化炭素冷媒ストリームの流れを、例えばフッ化炭素冷媒ストリームをフラッシュさせ、温度を低減し、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームおよび液体フッ化炭素冷媒ストリームを生じることによって制御する。第５の熱交換器１０１２に由来する、結果として生じる蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、圧縮器９１８内で圧縮され、次にパイプジョイント８８２に流れて、再循環することができる。
【００７８】
天然ガスストリームは、フッ化炭素冷媒ストリームとの間接的な熱交換を介して熱交換器８７６および８７８内で冷却された後、ライン９２０を介して窒素冷蔵システム１００６に流れることができる。様々な実施形態では、窒素冷蔵システム１００６の窒素冷媒ストリームは、熱交換器８２０、１００８、１０１０、８７６および１０１２のそれぞれを介して流れることによって予冷される。窒素冷媒ストリームは、ライン９２１を介して、窒素冷蔵システム１００６から熱交換器８２０、１００８、１０１０、８７６および１０１２に流れることができる。
窒素冷蔵システム１００６内で、天然ガスストリームは、窒素冷媒ストリームとの間接的な熱交換を介して第６の熱交換器１０１８内で冷却され得る。窒素冷媒ストリームは、窒素冷蔵システム１００６を介して連続的に循環することができ、それによって、窒素冷媒ストリームが第６の熱交換器１０１８に入るように調製される。
【００７９】
第６の熱交換器１０１８に由来する窒素冷媒ストリームは、パイプジョイント１０２０内で別の窒素冷媒ストリームと合わさることができる。合わされた窒素冷媒ストリームは、ライン９２８によって第７の熱交換器９２６を介して流れることができる。第７の熱交換器９２６内で、窒素冷媒ストリームは、逆方向に流れる高圧窒素冷媒ストリームの冷却を行うことができる。第７の熱交換器９２６に由来する窒素冷媒ストリームは、第１の圧縮器９３０内で圧縮され、第１の冷やす装置９３２内で冷却され、第２の圧縮器９３４内で圧縮され、第２の冷やす装置９３６内で冷却され、第３の圧縮器１０２２内で圧縮され、第３の冷やす装置１０２４内で冷却され得る。次に、結果として生じる高圧窒素冷媒ストリームは、パイプジョイント１０２６に流れることができ、それによって、高圧窒素冷媒ストリームを２つの別個の高圧窒素冷媒ストリームに分割することができる。
【００８０】
パイプジョイント１０２６に由来する一方の高圧窒素冷媒ストリームは、ライン９２１によって熱交換器８２０、１００８、１０１０、８７６および１０１２を介して流れることができる。第５の熱交換器１０１２を出ると、窒素冷媒ストリームは、膨張器１０２８内で膨張し、パワーを生じ、パイプジョイント１０２０に流れて、第６の熱交換器１０１８を出た窒素冷媒ストリームと合わさることができる。
他方の高圧窒素冷媒ストリームは、パイプジョイント１０２６から、第７の熱交換器９２６を介して流れることができる。次に、高圧窒素冷媒ストリームは、膨張器１０３０内で膨張し、パワーを生じ、第６の熱交換器１０１８を介して流れて、天然ガスストリームの冷却を行うことができる。膨張器１０２８および１０３０で生じたパワーは、発電するため、または圧縮器９３０、９３４もしくは１０２２の一部を駆動するために使用することができる。
【００８１】
天然ガスストリームが窒素冷蔵システム１００６内で冷却されたら、天然ガスストリームは、ＬＮＧの形態をとることができる。ＬＮＧストリームは、ライン９４８を介して図９のシステム９００に流れることができる。システム９００内で、窒素は、ＮＲＵ９０２内でＬＮＧから除去することができ、最終的なＬＮＧストリーム９９４は、図９に関して論じた通り得ることができる。
図１０Ｃは、簡素化窒素冷蔵システム１０３２を含むカスケード冷却システム１０００の代替の一実施形態のプロセスフロー図である。図１０Ｃに示されている通り、パイプジョイント１０２０および１０２６、第７の熱交換器９２６、膨張器１０３０、ならびに冷やす装置９３２および９３６は、窒素冷蔵システム１０３２内に含まれていない。さらに、第１の圧縮器９３０および第２の圧縮器９３４は、単一のユニット、すなわち圧縮器１１３４に組み合わされている。このような実施形態では、全体の窒素冷媒ストリームは、ライン９２１によって熱交換器８２０、１００８、１０１０、８７６および１０１２を介して流れる。したがって、このような一実施形態は、カスケード冷却システム１０００の設計を簡素化したものである。膨張器１０２８で生じたパワーは、発電するため、または圧縮器１０２２もしくは１１３４の一部を駆動するために使用することができる。
【００８２】
図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃのプロセスフロー図は、カスケード冷却システム１０００が、図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃに示されているあらゆる成分を含むべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、カスケード冷却システム１０００は、特定の実施の詳細に応じて、図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃに示されていない任意の数の追加の成分を含むことができる。
図１１Ａおよび１１Ｂは、別のカスケード冷却システム１１００のプロセスフロー図である。カスケード冷却システム１１００は、それぞれ図８Ａ、８Ｂ、１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃのカスケード冷却システム８００および１０００の改変版であり得る。番号を付した項目は、図８Ａ、８Ｂ、１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃに関して記載したものと同じである。カスケード冷却システム１１００は、炭化水素処理システム内で実施することができる。
【００８３】
カスケード冷却システム１１００は、図１１Ａに示されている通り、第１のフッ化炭素冷蔵システム１１０２を含むことができ、このシステムでは、第１のフッ化炭素冷媒、例えばＲ−４１０Ａを利用することができる。カスケード冷却システム１１００は、図１１Ｂに示されている通り、第２のフッ化炭素冷蔵システム１１０４を含むことができ、このシステムでは、第２のフッ化炭素冷媒、例えばＲ−５０８Ｂを利用することができる。
図１１Ｃは、図１１Ａおよび１１Ｂのカスケード冷却システム１１００と同じ炭化水素処理システム内で実施される自動冷蔵システム１１０５のプロセスフロー図である。番号を付した項目は、図８Ａ、８Ｂ、９、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１Ａおよび１１Ｂに関して記載したものと同じである。自動冷蔵システム１１０５を使用して、天然ガスストリームからＬＮＧを生成することができる。さらに、自動冷蔵システム１１０５は、天然ガスストリームから窒素を除去するためのＮＲＵ１１０６を含むことができる。
【００８４】
天然ガスストリーム８０８は、冷やす装置８１０を介して流れることができ、それによって、冷却用流体との間接的な熱交換を介して天然ガスストリーム８０８が予冷される。次に、天然ガスストリーム８０８は、カスケード冷却システム１１００内でパイプジョイント８１２に流れることができる。パイプジョイント８１２は、天然ガスストリーム８０８を３つの別個の天然ガスストリームに分割するように構成され得る。第１の天然ガスストリームは、ライン８１４を介してパイプジョイント１１０７に流れることができ、第２の天然ガスストリームおよび第３の天然ガスストリームは、それぞれライン８１６および８１８を介して自動冷蔵システム１１０５に流れることができる。
【００８５】
パイプジョイント１１０７内で、天然ガスストリームは、ライン１１０８を介して自動冷蔵システム１１０５から戻るメタンリサイクルストリームと合わさることができる。次に、合わされた天然ガスストリームは、天然ガスストリームを冷却するための調製において、第１のフッ化炭素冷蔵システム１１０２に流れることができる。天然ガスストリームは、第１のフッ化炭素冷蔵システム１１０２内で一連の熱交換器１１１０、８２２および８２４を通過することによって冷却され得る。天然ガスストリームは、図８Ａに関して論じられている通り、熱交換器１１１０、８２２および８２４のそれぞれの中で循環フッ化炭素冷媒との間接的な熱交換を介して冷却され得る。
次に、冷却された天然ガスストリームは、図１１Ｂに示されている通り、ライン８７４を介して第２のフッ化炭素冷蔵システム１１０４に流れる。第２のフッ化炭素冷蔵システム１１０４は、第４の熱交換器１１１２および第５の熱交換器１１１４を含むことができ、それによって、フッ化炭素冷媒を使用して天然ガスストリームをさらに冷却することができる。
【００８６】
フッ化炭素冷媒は、第２の冷蔵システム１１０４を介して連続的に循環させることができ、それによって、フッ化炭素冷媒が熱交換器１１１２および１１１４のそれぞれに入るように調製される。フッ化炭素冷媒は、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームとして第４の熱交換器１１１２を出ることができる。蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、パイプジョイント８８０内で別の蒸気フッ化炭素冷媒ストリームと合わさることができ、パイプジョイント８８２内で第５の熱交換器１１１４に由来する別の蒸気フッ化炭素冷媒ストリームと合わさることができる。次に、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、圧縮器８８４を介して流れることができ、それによって、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームの圧力を増大することができる。次に、蒸気は、ライン８７０によって第１のフッ化炭素冷蔵システム１１０２内の第１の熱交換器１１１０を介して流れることができる。
フッ化炭素冷媒ストリームが、熱交換器１１１０、８２２および８２４を通過すると、フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン１０１４を介して第２のフッ化炭素冷蔵システム１１０４内の第３のフラッシュ槽１０１３に入ることができる。ライン１０１４は、膨張弁９０８を含むことができ、この膨張弁は、第３のフラッシュ槽１０１３へのフッ化炭素冷媒ストリームの流れを制御する。膨張弁９０８は、フッ化炭素冷媒ストリームの温度および圧力を低減して、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームおよび液体フッ化炭素冷媒ストリームの両方にフッ化炭素冷媒ストリームをフラッシュ蒸発させることができる。
【００８７】
蒸気フッ化炭素冷媒ストリームおよび液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第３のフラッシュ槽１０１３にフラッシュすることができ、それによって、液体フッ化炭素冷媒ストリームから蒸気フッ化炭素冷媒ストリームを分離することができる。蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン１０１６を介してパイプジョイント８８０に流れることができる。液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第３のフラッシュ槽１０１３からパイプジョイント９１０に流れることができ、それによって、液体フッ化炭素冷媒ストリームを２つの別個の液体フッ化炭素冷媒ストリームに分割することができる。一方の液体フッ化炭素冷媒ストリームは、第４の熱交換器１１１２を介して流れ、ライン９１２を介してパイプジョイント８８０に戻ることができる。他方の液体フッ化炭素冷媒ストリームは、ライン９１４によって第５の熱交換器１１１４を介して流れることができる。ライン９１４はまた、膨張弁９１６を含むことができ、この膨張弁は、第５の熱交換器１１１４への液体フッ化炭素冷媒ストリームの流れを、例えばフッ化炭素冷媒ストリームをフラッシュさせ、温度を低減し、蒸気フッ化炭素冷媒ストリームおよび液体フッ化炭素冷媒ストリームを生じることによって制御する。第５の熱交換器１１１４に由来する、結果として生じる蒸気フッ化炭素冷媒ストリームは、圧縮器９１８内で圧縮され、次にパイプジョイント８８２に流れて、再循環することができる。
【００８８】
天然ガスストリームが、熱交換器１１１２および１１１４内でフッ化炭素冷媒ストリームとの間接的な熱交換を介して冷却された後、天然ガスストリームは、ライン１１１６を介して自動冷蔵システム１１０５に流れることができる。より具体的には、天然ガスストリームは、自動冷蔵システム１１０５内の第６の熱交換器１１１８に流れることができる。第６の熱交換器１１１８内で、天然ガスストリームは、逆方向に流れるより低い温度の天然ガスストリームとの間接的な熱交換を介して冷却され得る。
【００８９】
第６の熱交換器１１１８に由来する天然ガスストリームは、パイプジョイント１１２０に流れることができ、それによって、天然ガスストリームが２つの別個の天然ガスストリームに分割される。一方の天然ガスストリームは、膨張弁１１２２を介して流れることができ、それによって、天然ガスストリームの温度および圧力を低減することができる。次に、低温天然ガスストリームは、ライン１１２４を介して第６の熱交換器１１１８に流れることができ、第６の熱交換器１１１８内で天然ガスストリームを冷却するために使用することができる。第６の熱交換器１１１８に由来する天然ガスストリームは、パイプジョイント１１２６に流れることができ、そこで別の天然ガスストリームと合わさることができる。合わされた天然ガスストリームは、圧縮器１１２８内で圧縮され、次に第１のフッ化炭素冷蔵システム１１０２内のパイプジョイント１１０７に流れることができる。
【００９０】
パイプジョイント１１２０に由来する他方の天然ガスストリームは、追加のパイプジョイント１１３０に流れることができ、そこで、別の天然ガスストリームと合わさることができる。合わされた天然ガスストリームが、ＮＲＵ１１０６に流れると、天然ガスストリームから過剰の窒素を除去することができる。具体的には、天然ガスストリームは、再沸騰器９５４に流れることができ、それによって、天然ガスストリームの温度を低減することができる。冷却された天然ガスストリームは、水圧式膨張タービン９８６内で膨張し、次に膨張弁９８８を介して流れることができ、それによって、天然ガスストリームの温度および圧力が低減される。
天然ガスストリームは、ＮＲＵ１１０６内の極低温分取カラム９６０に流れることができる。さらに、熱が、再沸騰器９５４からライン９６２を介して極低温分取カラム９６０に伝達され得る。極低温分取カラム９６０は、極低温蒸留プロセスを介して天然ガスストリームから窒素を分離することができる。オーバーヘッドストリームは、ライン９６４を介して極低温分取カラム９６０から流れ出ることができる。オーバーヘッドストリームは、天然ガスストリームから分離された、主に、メタン、窒素、および他の低沸点のまたは凝縮不可能なガス、例えばヘリウムを含むことができる。
【００９１】
いくつかの実施形態では、オーバーヘッドストリームは、オーバーヘッド凝縮器１１３２に流れ、それによって、オーバーヘッドストリーム内の任意の液体を分離し、それを、ライン１１３４を介して、還流として極低温分取カラム９６０に戻すことができる。これによって、１つの蒸気ストリーム、主にメタンを含む燃料ストリーム、および主に低沸点ガスを含む別の蒸気ストリームを生成することができる。燃料ストリームは、ライン９６４によって第７の熱交換器１１３６を介して流れることができる。第７の熱交換器１１３６内で、蒸気燃料ストリームの温度が、ライン８１６に由来する天然ガスストリームとの間接的な熱交換を介して増大すると、蒸気燃料ストリームが生成され得る。蒸気燃料ストリームは、圧縮され、一連の圧縮器１１３８および１１４０、ならびに冷やす装置１１４２および１１４４内で冷やされ得る。結果として生じる蒸気燃料ストリームは、天然ガスストリーム８０８に由来する蒸気燃料ストリームであり得るライン８１８に由来する天然ガスストリームと、パイプジョイント９８０内で合わさることができる。次に、蒸気燃料ストリームは、ライン９８４を介して燃料９８２としてシステム１１０５から流れ出ることができる。
【００９２】
極低温分取カラム９６０内で生成される底部ストリームは、主に、微量の窒素を含むＬＮＧを含んでいる。底部ストリームは、ライン１１４６によってオーバーヘッド凝縮器１１３２を介して流れることができる。ライン１１４６はまた、膨張弁１１４８を含むことができ、この膨張弁は、オーバーヘッド凝縮器１１３２への底部ストリームの流れを制御する。底部ストリームは、オーバーヘッド凝縮器１１３２のための冷媒として使用することができる。
オーバーヘッド凝縮器１１３２に由来する、結果として生じる混合相ストリームは、ライン１１５２を介して第１のフラッシュ槽１１５０に流れることができる。第１のフラッシュ槽１１５０は、混合相ストリームを、主に天然ガスを含む蒸気ストリーム、およびＬＮＧストリームに分離することができる。蒸気ストリームは、パイプジョイント１１５４に流れることができる。パイプジョイント１１５４は、蒸気ストリームを、第２のフラッシュ槽１１５６から回収された別の蒸気ストリームと合わせることができる。合わされた蒸気ストリームは、ライン１１６０を介して圧縮器１１５８に流れることができる。圧縮器１１５８に由来する天然ガスストリームは、パイプジョイント１１２６に流れることができる。
【００９３】
第１のフラッシュ槽１１５０に由来するＬＮＧストリームは、ライン１１６２を介して第２のフラッシュ槽１１５６に流れることができる。ライン１１６２は、膨張弁１１６４を含むことができ、この膨張弁は、第２のフラッシュ槽１１５６へのＬＮＧストリームの流れを制御し、ＬＮＧストリームに由来する液体の一部をフラッシュさせ、第２のフラッシュ槽１１５６に流れる混合相システムを生じる。
第２のフラッシュ槽１１５６は、混合相ストリームを、ＬＮＧと、天然ガスを含む蒸気ストリームに分離することができる。蒸気ストリームは、ライン１１６８を介してパイプジョイント１１６６に流れることができる。パイプジョイント１１６６は、蒸気ストリームを、第３のフラッシュ槽１１７０から回収された別の蒸気ストリームと合わせることができる。合わされた蒸気ストリームは、圧縮器１１７２内で圧縮され、パイプジョイント１１５４に流れることができる。
【００９４】
次に、ＬＮＧストリームは、ライン１１７４を介して第３のフラッシュ槽１１７０に流れることができる。ライン１１７４は、膨張弁１１７６を含むことができ、この膨張弁は、第３のフラッシュ槽１１７０へのＬＮＧストリームの流れを制御し、ＬＮＧに由来する液体の一部をフラッシュさせる。第３のフラッシュ槽１１７０は、ＬＮＧストリームの温度および圧力をさらに低減することができ、それによって、ＬＮＧストリームは、平衡温度および圧力に近づく。生成された蒸気ストリームは、パイプジョイント１１７８に流れることができ、それによって、蒸気ストリームを、ＬＮＧタンク１１８０から回収されたボイルオフガスと合わせることができる。合わされた蒸気ストリームは、圧縮器１１８２内で圧縮され、パイプジョイント１１６６に流れることができる。
ＬＮＧストリームは、ライン１１８４を介してＬＮＧタンク１１８０に流れることができる。ＬＮＧタンク１１８０は、ＬＮＧストリームを任意の期間保存することができる。ＬＮＧタンク１１８０内で生じたボイルオフガスは、ライン１１８６を介してパイプジョイント１１７８に流れることができる。任意の時点で、最終的なＬＮＧストリーム９９４は、市場に輸送するために、ポンプ９９８を使用してＬＮＧタンカー９９６に輸送することができる。ＬＮＧタンカー９９６に最終的なＬＮＧストリーム９４４を搭載する間に生じた追加のボイルオフガス９９９は、カスケード冷却システム１１００で回収することができる。
【００９５】
図１１Ａ、１１Ｂおよび９１２のプロセスフロー図は、カスケード冷却システム１１００または自動冷蔵システム１１０５が、図１１Ａ、１１Ｂまたは１１Ｃに示されているあらゆる成分を含むべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、カスケード冷却システム１１００または自動冷蔵システム１１０５は、特定の実施の詳細に応じて、図１１Ａ、１１Ｂまたは１１Ｃにそれぞれ示されていない任意の数の追加の成分を含むことができる。
図８Ａおよび８Ｂ；１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃ；１１Ａおよび１１Ｂのカスケード冷却システム８００、１０００および１１００内の冷媒ストリームの圧力は、それぞれ著しく変わり得る。いくつかの実施形態では、冷媒の最低圧力は、局所的大気圧をわずかに超えるが、真空であってもよい。他の実施形態では、冷媒の最低圧力は、約７〜９ｐｓｉａである。これによって、冷媒温度が低減され、フッ化炭素冷蔵システムへの搭載量は増大するが、窒素冷蔵システムまたはメタン自動冷蔵システムへの搭載量は低減される。いくつかの実施形態では、低大気圧を使用することによって、冷媒のパワーを異なるフッ化炭素冷蔵システム間で移動させ、搭載量の平衡を保つことができ、より操作可能な伝達機構（driver）を使用することができる。例えば、ある場合には、冷媒伝達機構は、すべてのフッ化炭素冷蔵システムおよび窒素冷蔵システムで同一であってもよい。
【００９６】
ＬＮＧを形成するための方法
図１２は、天然ガスストリームからＬＮＧを形成するための方法１２００のプロセスフロー図である。方法１２００は、任意の適切なタイプの炭化水素処理システム内で実施することができる。方法１２００は、ブロック１２０２から始まり、そこで、天然ガスストリームが第１のフッ化炭素冷蔵システムで冷却される。第１のフッ化炭素冷蔵システムは、機械的冷蔵システム、弁膨張システム、タービン膨張システムなどであってもよい。第１のフッ化炭素冷蔵システムでは、天然ガスストリームを冷却するために、第１のフッ化炭素冷媒を使用する。第１のフッ化炭素冷媒は、例えばヒドロフルオロカーボン冷媒、例えばＲ−４１０Ａ、または任意の他の適切なタイプのフッ化炭素冷媒であってもよい。
【００９７】
様々な実施形態では、第１のフッ化炭素冷媒は、圧縮されて、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を提供し、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒は、冷却用流体との間接的な熱交換によって冷却される。圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒を生成することができる。膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒は、任意の適切なタイプの熱交換器であり得る熱交換領域、例えば冷やす装置または蒸発器を通過することができる。さらに、天然ガスストリームは圧縮され、外部の冷却用流体との間接的な熱交換によって冷却され得る。次に、天然ガスストリームは、熱交換領域内で、膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒を使用して冷やすことができる。
【００９８】
第１のフッ化炭素冷蔵システムはまた、天然ガスストリームを冷却するための任意の数の追加の冷蔵段階を含むことができる。例えば、第１のフッ化炭素冷蔵システムは、第１のフッ化炭素冷媒との間接的な熱交換を介して天然ガスストリームを冷却するための３つの熱交換領域を含む、三段階冷蔵システムであってもよい。
ブロック１２０４において、天然ガスストリームは、第２のフッ化炭素冷蔵システムで冷却される。第２のフッ化炭素冷蔵システムは、機械的冷蔵システム、弁膨張システム、タービン膨張システムなどであってもよい。第２のフッ化炭素冷蔵システムでは、天然ガスストリームを冷却するために、第２のフッ化炭素冷媒を使用する。第２のフッ化炭素冷媒は、例えば、ヒドロフルオロカーボン冷媒、例えばＲ−５０８Ｂ、または任意の他の適切なタイプのフッ化炭素冷媒であってもよい。
【００９９】
様々な実施形態では、第２のフッ化炭素冷媒は、圧縮されて、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を提供し、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒は、冷却用流体との間接的な熱交換によって冷却される。圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を生成することができる。膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒は、任意の適切なタイプの熱交換器であり得る熱交換領域、例えば冷やす装置または蒸発器を通過することができる。さらに、天然ガスストリームは圧縮され、外部の冷却用流体との間接的な熱交換によって冷却され得る。次に、天然ガスストリームは、熱交換領域内で、膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を使用して冷やすことができる。
【０１００】
第２のフッ化炭素冷蔵システムはまた、天然ガスストリームを冷却するための任意の数の追加の冷蔵段階を含むことができる。例えば、第２のフッ化炭素冷蔵システムは、第２のフッ化炭素冷媒との間接的な熱交換を介して天然ガスストリームを冷却するための２つの熱交換領域を含む、二段階冷蔵システムであってもよい。さらに、第２のフッ化炭素冷媒は、第１のフッ化炭素冷蔵システム内で予冷することができる。予冷は、例えば第１のフッ化炭素冷蔵システム内の熱交換領域を介して第２のフッ化炭素冷媒を流すことによって達成することができる。
ブロック１２０６において、天然ガスストリームは、窒素冷蔵システムでＬＮＧを形成するために液化される。窒素冷媒は、窒素冷蔵システム内で天然ガスストリームを液化するために使用することができる。窒素冷媒は、窒素冷蔵システム内では気相状態に維持することができる。様々な実施形態では、窒素は圧縮され、一連の圧縮器および冷やす装置で冷却され、水圧式膨張タービン内で膨張してパワーを生じ、窒素冷媒の温度を低減し、熱交換器を介して流れる。熱交換器内で、窒素冷媒は、天然ガスストリームとの間接的な熱交換を介して天然ガスストリームを液化して、ＬＮＧを生成することができる。
【０１０１】
ブロック１２０８において、窒素は、ＮＲＵでＬＮＧから除去される。ＮＲＵは、極低温分取カラム、例えばＮＲＵ塔を含むことができる。ＬＮＧから分離される窒素は、オーバーヘッドストリームとして極低温分取カラムから流れ出ることができ、ＬＮＧは、底部ストリームとして極低温分取カラムから流れ出ることができる。さらに、窒素除去ユニットの底部からの液体供給を使用して、窒素除去ユニットの最上部で還流凝縮器を冷却することができる。
図１２のプロセスフロー図は、方法１２００のステップが、任意の特定の順序で実施されるべきであること、またはステップのすべてが、あらゆる場合に含まれるべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、特定の実施の詳細に応じて、任意の数の追加のステップが、方法１２００に含まれていてもよい。
【０１０２】
図１３は、天然ガスストリームからＬＮＧを形成するための別の方法１３００のプロセスフロー図である。番号を付した項目は、図１２に関して記載したものと同じである。方法１３００は、任意の適切なタイプの炭化水素処理システム内で実施することができる。方法１３００は、第１のフッ化炭素冷蔵システムのブロック１２０２で天然ガスストリームを冷却し、第２のフッ化炭素冷蔵システムのブロック１２０４で天然ガスストリームを冷却することを含む。
さらに、ブロック１３０２において、天然ガスストリームは、メタン自動冷蔵システムでＬＮＧを形成するために冷却される。メタン自動冷蔵システムは、天然ガスを冷却するための多数の膨張弁およびフラッシュ槽を含むことができる。いくつかの実施形態では、メタン自動冷蔵システムは、図１１Ｃに関して論じられている自動冷蔵システム１１０５である。さらに、いくつかの実施形態では、窒素除去ユニットは、メタン自動冷蔵システムの上流に位置する。
【０１０３】
図１３のプロセスフロー図は、方法１３００のステップが任意の特定の順序で実行されるべきであること、またはステップのすべてがあらゆる場合に含まれるべきであることを示すものではないことを理解されたい。さらに、特定の実施の詳細に応じて、任意の数の追加のステップが、方法１３００に含まれていてもよい。
実施形態
本発明の実施形態は、以下の番号の段落に示されている方法およびシステムの任意の組合せを含むことができる。本明細書の説明から、いかなる数の変形形態も想定され得るため、以下は、あらゆる可能な実施形態の完全な一覧と解されるべきではない。
【０１０４】
１．第１のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷やすように構成されている第１のフッ化炭素冷蔵システム、
第２のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスをさらに冷やすように構成されている第２のフッ化炭素冷蔵システム、
窒素冷媒を使用して天然ガスを冷却して、ＬＮＧを生成するように構成されている窒素冷蔵システム、および
ＬＮＧから窒素を除去するように構成されている窒素除去ユニット
を含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための炭化水素処理システム。
２．第１のフッ化炭素冷蔵システムが、第２のフッ化炭素冷蔵システムの第２のフッ化炭素冷媒を冷却するように構成されている、段落１の炭化水素処理システム。
３．第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方が、窒素冷蔵システムの窒素冷媒を冷却するように構成されている、段落１または２のいずれかの炭化水素処理システム。
４．第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方が、複数の冷却サイクルを含む、段落１〜３のいずれかの炭化水素処理システム。
５．窒素冷蔵システムが、天然ガスと窒素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている多数の熱交換器を含む、段落１〜４のいずれかの炭化水素処理システム。
【０１０５】
６．第１のフッ化炭素冷蔵システムが、
第１のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を提供するように構成されている圧縮器、
冷却用流体との間接的な熱交換によって、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を冷却するように構成されている冷やす装置、
圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、冷却された第１のフッ化炭素冷媒を生成するように構成されている弁、および
冷却された第１のフッ化炭素冷媒との間接的な熱交換を介して、天然ガスを冷却するように構成されている熱交換器
を含む、段落１〜５のいずれかの炭化水素処理システム。
【０１０６】
７．第２のフッ化炭素冷蔵システムが、
第２のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を提供するように構成されている圧縮器、
冷却用流体との間接的な熱交換によって、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を冷却するように構成されている冷やす装置、
圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、冷却された第２のフッ化炭素冷媒を生成するように構成されている弁、および
冷却された第２のフッ化炭素冷媒との間接的な熱交換を介して、天然ガスを冷却するように構成されている熱交換器
を含む、段落１〜６のいずれかの炭化水素処理システム。
【０１０７】
８．第１のフッ化炭素冷媒が、Ｒ−４１０Ａを含む、段落１〜７のいずれかの炭化水素処理システム。
９．第２のフッ化炭素冷媒が、Ｒ−５０８Ｂを含む、段落１〜８のいずれかの炭化水素処理システム。
１０．第１のフッ化炭素冷媒もしくは第２のフッ化炭素冷媒、またはその両方が、非毒性の不燃性冷媒を含む、段落１〜９のいずれかの炭化水素処理システム。
１１．第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方が、２つ以上の冷やす装置および２つ以上の圧縮器を含む、段落１〜１０のいずれかの炭化水素処理システム。
１２．第１のフッ化炭素冷蔵システムおよび第２のフッ化炭素冷蔵システムが、直列で実施される、段落１〜１１のいずれかの炭化水素処理システム。
【０１０８】
１３．窒素冷媒が気相状態である、段落１〜１２のいずれかの炭化水素処理システム。
１４．窒素冷蔵システムが、２つ以上の冷やす装置、２つ以上の膨張器、および２つ以上の圧縮器を含む、段落１〜１３のいずれかの炭化水素処理システム。
１５．炭化水素の露点を制御するために、天然ガスを冷やすように構成されている、段落１〜１４のいずれかの炭化水素処理システム。
１６．天然ガス液体を抽出するために、天然ガスを冷やすように構成されている、段落１〜１５のいずれかの炭化水素処理システム。
１７．二酸化炭素およびより重質なガスから、メタンおよびより軽質なガスを分離するように構成されている、段落１〜１６のいずれかの炭化水素処理システム。
１８．液化石油ガスを生成保存するために、炭化水素を調製するように構成されている、段落１〜１７のいずれかの炭化水素処理システム。
１９．還流ストリームを凝縮するように構成されている、段落１〜１８のいずれかの炭化水素処理システム。
【０１０９】
２０．第１のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップと、
第２のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップと、
窒素冷蔵システムで天然ガスを液化してＬＮＧを形成するステップと、
窒素除去ユニットでＬＮＧから窒素を除去するステップと
を含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための方法。
２１．第１のフッ化炭素冷蔵システム内で、第２のフッ化炭素冷蔵システムの第２のフッ化炭素冷媒を冷却するステップを含む、段落２０の方法。
２２．第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方内で、窒素冷蔵システムの窒素冷媒を冷却するステップを含む、段落２０または２１のいずれかの方法。
【０１１０】
２３．第１のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップが、
第１のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を提供すること、
圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を、冷却用流体との間接的な熱交換によって冷却してもよいこと、
圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒を生成すること、
前記膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒を、第１の熱交換領域に通過させること、
天然ガスを圧縮してもよいこと、
外部の冷却用流体との間接的な熱交換によって、天然ガスを冷却してもよいこと、および
膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒を用いて天然ガスを熱交換すること
を含む、段落２０〜２２のいずれかの方法。
【０１１１】
２４．第２のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップが、
第２のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を提供すること、
圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を、冷却用流体との間接的な熱交換によって冷却してもよいこと、
圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を生成すること、
前記膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を、第１の熱交換領域に通過させること、
天然ガスを圧縮してもよいこと、
外部の冷却用流体との間接的な熱交換によって、天然ガスを冷却してもよいこと、および
膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を用いて天然ガスを熱交換すること
を含む、段落２０〜２３のいずれかの方法。
【０１１２】
２５．１つまたは複数の膨張タービンを使用して、窒素冷蔵システムの窒素冷媒を気相状態に維持するステップを含む、段落２０〜２４のいずれかの方法。
２６．２つ以上の冷蔵段階を使用して、第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方で、天然ガスを冷やすステップを含む、段落２０〜２５のいずれかの方法。
２７．１つまたは複数の冷蔵段階を使用して、窒素冷蔵システムで天然ガスを液化するステップを含む、段落２０〜２６のいずれかの方法。
２８．熱交換器を使用して、第１のフッ化炭素冷蔵システムの第１のフッ化炭素冷媒もしくは第２のフッ化炭素冷蔵システムの第２のフッ化炭素冷媒、またはその両方を冷却するステップを含む、段落２０〜２７のいずれかの方法。
２９．熱交換器を使用して、窒素冷蔵システムの窒素冷媒を冷却するステップを含む、段落２０〜２８のいずれかの方法。
【０１１３】
３０．第１のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷却するように構成されている第１の冷蔵システムであって、天然ガスと第１のフッ化炭素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている多数の第１の熱交換器を含む第１の冷蔵システム、
第２のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷やすように構成されている第２の冷蔵システムであって、天然ガスと第２のフッ化炭素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている多数の第２の熱交換器を含む第２の冷蔵システム、
窒素冷媒を使用して天然ガスからＬＮＧを形成するように構成されている第３の冷蔵システムであって、天然ガスと窒素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている多数の第３の熱交換器を含む第３の冷蔵システム、および
ＬＮＧから窒素を除去するように構成されている窒素除去ユニット
を含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための炭化水素処理システム。
【０１１４】
３１．窒素冷媒が気相状態である、段落３０の炭化水素処理システム。
３２．第１の熱交換器が、天然ガスから第１のフッ化炭素冷媒への熱の伝達を介して第１のフッ化炭素冷媒を少なくとも部分的に気化することによって、天然ガスを冷却するように構成されている蒸発器を含む、段落３０または３１のいずれかの炭化水素処理システム。
３３．第２の熱交換器が、天然ガスから第２のフッ化炭素冷媒への熱の伝達を介して第２のフッ化炭素冷媒を少なくとも部分的に気化することによって、天然ガスを冷やすように構成されている蒸発器を含む、段落３０〜３２のいずれかの炭化水素処理システム。
【０１１５】
３４．第１のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷やすように構成されている第１のフッ化炭素冷蔵システム、
第２のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスをさらに冷やすように構成されている第２のフッ化炭素冷蔵システム、および
天然ガスを冷却してＬＮＧを生成するように構成されているメタン自動冷蔵システム
を含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための炭化水素処理システム。
【０１１６】
３５．メタン自動冷蔵システムの上流に窒素除去ユニットを含む、段落３４の炭化水素処理システム。
３６．メタン自動冷蔵システムが、多数の膨張弁および多数のフラッシュ槽を含む、段落３４または３５のいずれかの炭化水素処理システム。
【０１１７】
本発明の技術には、様々な改変および代替形態が可能であり、本明細書で論じた実施形態は、単に例として示したものである。しかし、本発明の技術は、本明細書に開示の特定の実施形態に限定されないことを改めて理解されたい。実際、本発明の技術は、添付の特許請求の範囲の真の精神および範囲に含まれるあらゆる代替形態、改変形態および均等形態を含む。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕第１のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷やすように構成されている第１のフッ化炭素冷蔵システム、
第２のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスをさらに冷やすように構成されている第２のフッ化炭素冷蔵システム、
窒素冷媒を使用して天然ガスを冷却して、ＬＮＧを生成するように構成されている窒素冷蔵システム、および
ＬＮＧから窒素を除去するように構成されている窒素除去ユニット
を含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための炭化水素処理システム。
〔２〕第１のフッ化炭素冷蔵システムが、第２のフッ化炭素冷蔵システムの第２のフッ化炭素冷媒を冷却するように構成されている、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔３〕第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方が、窒素冷蔵システムの窒素冷媒を冷却するように構成されている、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔４〕第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方が、複数の冷却サイクルを含む、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔５〕窒素冷蔵システムが、天然ガスと窒素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている複数の熱交換器を含む、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔６〕第１のフッ化炭素冷蔵システムが、
第１のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を提供するように構成されている圧縮器、
冷却用流体との間接的な熱交換によって、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を冷却するように構成されている冷やす装置、
圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、冷却された第１のフッ化炭素冷媒を生成するように構成されている弁、および
冷却された第１のフッ化炭素冷媒との間接的な熱交換を介して、天然ガスを冷却するように構成されている熱交換器
を含む、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔７〕第２のフッ化炭素冷蔵システムが、
第２のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を提供するように構成されている圧縮器、
冷却用流体との間接的な熱交換によって、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を冷却するように構成されている冷やす装置、
圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、冷却された第２のフッ化炭素冷媒を生成するように構成されている弁、および
冷却された第２のフッ化炭素冷媒との間接的な熱交換を介して、天然ガスを冷却するように構成されている熱交換器
を含む、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔８〕第１のフッ化炭素冷媒が、Ｒ−４１０Ａを含む、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔９〕第２のフッ化炭素冷媒が、Ｒ−５０８Ｂを含む、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔１０〕第１のフッ化炭素冷媒もしくは第２のフッ化炭素冷媒、またはその両方が、非毒性の不燃性冷媒を含む、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔１１〕第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方が、２つ以上の冷やす装置および２つ以上の圧縮器を含む、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔１２〕第１のフッ化炭素冷蔵システムおよび第２のフッ化炭素冷蔵システムが、直列で実施される、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔１３〕窒素冷媒が気相状態である、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔１４〕窒素冷蔵システムが、２つ以上の冷やす装置、２つ以上の膨張器、および２つ以上の圧縮器を含む、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔１５〕炭化水素の露点を制御するために、天然ガスを冷やすように構成されている、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔１６〕天然ガス液体を抽出するために、天然ガスを冷やすように構成されている、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔１７〕二酸化炭素およびより重質なガスから、メタンおよびより軽質なガスを分離するように構成されている、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔１８〕液化石油ガスを生成保存するために、炭化水素を調製するように構成されている、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔１９〕還流ストリームを凝縮するように構成されている、前記〔１〕に記載の炭化水素処理システム。
〔２０〕第１のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップと、
第２のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップと、
窒素冷蔵システムで天然ガスを液化してＬＮＧを形成するステップと、
窒素除去ユニットでＬＮＧから窒素を除去するステップと
を含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための方法。
〔２１〕第１のフッ化炭素冷蔵システム内で、第２のフッ化炭素冷蔵システムの第２のフッ化炭素冷媒を冷却するステップを含む、前記〔２０〕に記載の方法。
〔２２〕第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方内で、窒素冷蔵システムの窒素冷媒を冷却するステップを含む、前記〔２０〕に記載の方法。
〔２３〕第１のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップが、
第１のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を提供すること、  圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を、冷却用流体との間接的な熱交換によって冷却してもよいこと、
圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第１のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒を生成すること、
前記膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒を、第１の熱交換領域に通過させること、  天然ガスを圧縮してもよいこと、
外部の冷却用流体との間接的な熱交換によって、天然ガスを冷却してもよいこと、および
膨張し冷却された第１のフッ化炭素冷媒を用いて天然ガスを熱交換すること
を含む、前記〔２０〕に記載の方法。
〔２４〕第２のフッ化炭素冷蔵システムで天然ガスを冷却するステップが、
第２のフッ化炭素冷媒を圧縮して、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を提供すること、  圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を、冷却用流体との間接的な熱交換によって冷却してもよいこと、
圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を膨張させて、圧縮された第２のフッ化炭素冷媒を冷却し、それによって、膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を生成すること、
前記膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を、第１の熱交換領域に通過させること、  天然ガスを圧縮してもよいこと、
外部の冷却用流体との間接的な熱交換によって、天然ガスを冷却してもよいこと、および
膨張し冷却された第２のフッ化炭素冷媒を用いて天然ガスを熱交換すること
を含む、前記〔２０〕に記載の方法。
〔２５〕１つまたは複数の膨張タービンを使用して、窒素冷蔵システムの窒素冷媒を気相状態に維持するステップを含む、前記〔２０〕に記載の方法。
〔２６〕２つ以上の冷蔵段階を使用して、第１のフッ化炭素冷蔵システムもしくは第２のフッ化炭素冷蔵システム、またはその両方で、天然ガスを冷やすステップを含む、前記〔２０〕に記載の方法。
〔２７〕１つまたは複数の冷蔵段階を使用して、窒素冷蔵システムで天然ガスを液化するステップを含む、前記〔２０〕に記載の方法。
〔２８〕第１のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷却するように構成されている第１の冷蔵システムであって、天然ガスと第１のフッ化炭素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている複数の第１の熱交換器を含む第１の冷蔵システム、
第２のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷やすように構成されている第２の冷蔵システムであって、天然ガスと第２のフッ化炭素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている複数の第２の熱交換器を含む第２の冷蔵システム、
窒素冷媒を使用して天然ガスからＬＮＧを形成するように構成されている第３の冷蔵システムであって、天然ガスと窒素冷媒との間の間接的な熱交換を介して天然ガスを冷却できるように構成されている複数の第３の熱交換器を含む第３の冷蔵システム、および
ＬＮＧから窒素を除去するように構成されている窒素除去ユニット
を含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための炭化水素処理システム。
〔２９〕窒素冷媒が気相状態である、前記〔２８〕に記載の炭化水素処理システム。
〔３０〕複数の第１の熱交換器が、天然ガスから第１のフッ化炭素冷媒への熱の伝達を介して第１のフッ化炭素冷媒を少なくとも部分的に気化することによって、天然ガスを冷却するように構成されている蒸発器を含む、前記〔２８〕に記載の炭化水素処理システム。
〔３１〕複数の第２の熱交換器が、天然ガスから第２のフッ化炭素冷媒への熱の伝達を介して第２のフッ化炭素冷媒を少なくとも部分的に気化することによって、天然ガスを冷やすように構成されている蒸発器を含む、前記〔２８〕に記載の炭化水素処理システム。
〔３２〕第１のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスを冷やすように構成されている第１のフッ化炭素冷蔵システム、
第２のフッ化炭素冷媒を使用して天然ガスをさらに冷やすように構成されている第２のフッ化炭素冷蔵システム、および
天然ガスを冷却してＬＮＧを生成するように構成されているメタン自動冷蔵システム
を含む、液化天然ガス（ＬＮＧ）を形成するための炭化水素処理システム。
〔３３〕複数の膨張弁および複数のフラッシュ槽を含むメタン自動冷蔵システムの上流に窒素除去ユニットを含む、前記〔３２〕に記載の炭化水素処理システム。
【図１】
0006338589.tif 000002
【図２】
0006338589.tif 000003
【図３】
0006338589.tif 000004
【図４】
0006338589.tif 000005
【図５】
0006338589.tif 000006
【図６】
0006338589.tif 000007
【図７】
0006338589.tif 000008
【図８Ａ】
0006338589.tif 000009
【図８Ｂ】
0006338589.tif 000010
【図９】
0006338589.tif 000011
【図１０Ａ】
0006338589.tif 000012
【図１０Ｂ】
0006338589.tif 000013
【図１０Ｃ】
0006338589.tif 000014
【図１１Ａ】
0006338589.tif 000015
【図１１Ｂ】
0006338589.tif 000016
【図１１Ｃ】
0006338589.tif 000017
【図１２】
0006338589.tif 000018
【図１３】
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