(57)【要約】  一つの態様において、動き環境下でプロセスガスを冷却または液化するためのシステムは、（ａ）分離容器、ここで該分離容器は複数の動き抑制バッフルを含み、および該分離容器は、高圧冷媒流を分離しそれにより気体冷媒流と液体冷媒流を生成するものであり、（ｂ）前記液体冷媒流を前記分離容器から外部の熱交換器コアに送達するための気液冷媒パイプ、（ｃ）少なくとも１つの外部熱交換器コア、ここで該外部熱交換器コアは、ケトルの外部にあり、前記液体冷媒流およびより暖かいプロセス流は前記外部熱交換器コアにおいて間接的な熱交換を受け、それにより、冷却されたプロセス流および気化した冷媒流を生成する、を含む。
2015506454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動き環境下でプロセスガスを冷却または液化するためのシステムであって、
ａ．分離容器、ここで該分離容器は複数の動き抑制バッフルを含み、該分離容器は、高圧冷媒流を分離しそれにより気体冷媒流と液体冷媒流を生成するものであり、
ｂ．前記液体冷媒流を前記分離容器から外部の熱交換器コアに送達するための気液冷媒パイプ、
ｃ．少なくとも１つの外部熱交換器コア、ここで該外部熱交換器コアは、ケトルの外部にあり、前記液体冷媒流およびより暖かいプロセス流が前記外部熱交換器コアにおいて間接的な熱交換を受け、それにより、冷却されたプロセス流および気化した冷媒流を生成し、前記冷却されたプロセス流は、前記外部熱交換器コアの外部の位置に送達されるものであり、
ｄ．前記部分気化冷媒を前記外部熱交換器コアから前記分離容器に送達するための部分気化冷媒パイプ、ここで前記部分気化冷媒パイプは最小の圧力降下を提供し、前記部分気化冷媒パイプは、熱サイフォン効果が維持されるのを保証するものである、
を含む該システム。
【請求項２】
前記複数の動き抑制バッフルが、水平に配置されている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の動き抑制バッフルが、垂直に配置されている請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の動き抑制バッフルが、水平および垂直に配置されている請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
動き環境下でプロセスガスを冷却または液化するためのシステムであって、
ａ．分離容器、ここで該分離容器は、冷媒流を分離しそれにより気体冷媒流と液体冷媒流を生成するものであり、
ｂ．前記液体冷媒流を前記分離容器から外部の熱交換器コアに送達するための気液冷媒パイプ、
ｃ．少なくとも１つの外部熱交換器コア、ここで前記液体冷媒流およびより暖かいプロセス流が前記外部熱交換器コアにおいて間接的な熱交換を受け、それにより、冷却されたプロセス流および気化した冷媒流を生成し、
ｄ．前記部分気化冷媒を前記外部熱交換器コアから前記分離容器に送達するための部分気化冷媒パイプ、
を含む該システム。
【請求項６】
前記冷媒流が、高圧液体冷媒として前記分離容器に送達される請求項６に記載のシステム。
【請求項７】
前記分離容器が、複数の動き抑制バッフルを含む請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の動き抑制バッフルが、水平に配置されている請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数の動き抑制バッフルが、垂直に配置されている請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数の動き抑制バッフルが、水平および垂直に配置されている請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記部分気化冷媒パイプが、最小の圧力降下を提供する請求項６に記載のシステム。
【請求項１２】
前記部分気化冷媒パイプが、熱サイフォン効果が維持されることを確保する請求項６に記載のシステム。
【請求項１３】
前記冷却された供給流が、前記外部熱交換器コアの外部の場所に送達される請求項６に記載のシステム。
【請求項１４】
動き環境下で天然ガスを液化するための方法であって、
ａ．冷（refrigeration）を分離容器に導入し、それにより気体冷媒流と液体冷媒流を生成すること、ここで、前記分離容器は、複数の動き抑制バッフルを含み、
ｂ．前記液体冷媒流を外部熱交換器コアの底近傍に導入すること、
ｃ．より暖かいプロセス流を前記液体冷媒流の上部の位置で前記外部熱交換器コアに導入すること、
ｄ．前記より暖かいプロセス流を前記液体冷媒流との間接的熱交換により冷却し、それにより冷却されたプロセス流と部分気化冷媒流とを生成すること、
ｅ．前記冷却されたプロセス流と部分気化冷媒流とを前記外部熱交換器から取り出すこと、
ｆ．前記部分気化冷媒流を前記分離容器に送達すること、
ｇ．前記冷却されたプロセス流を前記外部熱交換器の外部の位置に送達すること、
を含む該方法。
【請求項１５】
前記複数の動き抑制バッフルが、水平に配置されている請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の動き抑制バッフルが、水平および垂直に配置されている請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
動き環境下で天然ガスを液化するための方法であって、
ａ．分離容器に冷（refrigeration）を導入し、それにより気体冷媒流と液体冷媒流を生成すること、
ｂ．前記液体冷媒流を外部熱交換器コアの底近傍に導入すること、
ｃ．より暖かいプロセス流を前記液体冷媒流の上部の位置で前記外部熱交換器コアに導入すること、
ｄ．前記より暖かいプロセス流を前記外部熱交換器コアにおいて前記液体冷媒流との間接的熱交換により冷却し、それにより冷却されたプロセス流と部分気化冷媒流とを生成すること、
ｅ．前記冷却されたプロセス流と前記部分気化冷媒流とを前記外部熱交換器から取り出すこと、
を含む該方法。
【請求項１８】
（ｆ）前記部分気化冷媒流を、前記分離容器に送達することをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
（ｇ）前記冷却された供給流を、前記外部熱交換器コアの外部の場所に送達することをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記分離容器が、複数の動き抑制バッフルを含む請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記複数の動き抑制バッフルが、垂直に配置されている請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記複数の動き抑制バッフルが、水平に配置されている請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記複数の動き抑制バッフルが、水平および垂直に配置されている請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、ここに本明細書の一部を構成するものとしてその全開示を援用する２０１１年１２月２０日に出願された米国仮特許出願６１／５７８，０８５の優先権の利益を主張する。
【０００２】
発明の分野
この発明は、シェル内コア（core-in-shell）タイプの熱交換器を利用して、動き環境（motion environment）下で天然ガスを液化するためのシステムおよび方法に関する。
【０００３】
発明の背景
天然のままの形態にある天然ガスは、これを濃縮しなければ、経済的に輸送することができない。天然ガスの使用は、その環境にやさしい、クリーン燃焼特性故に、近年有意に増加している。天然ガスの燃焼は、他のいずれの化石燃料よりも少ない二酸化炭素を生成するが、このことは、二酸化炭素の放出が温室効果を引き起こす有意のファクタとして認識されているので、重要である。液化天然ガス（ＬＮＧ）は、環境問題に対して増大する関心を持つ人口密度の高い都市部において、ますます使用される可能性がある。
【０００４】
豊富な天然ガス埋蔵量は、世界各地にある。これらガス埋蔵量の多くは、陸路では近づきにくい沖合の場所にあり、現存する技術の適用に基づいてストランデッドガス埋蔵量とみなされている。現存の技術的ガス埋蔵量は、油の貯蔵量よりも速く補充されつつあり、将来のエネルギー消費の要求を満たすことに対しＬＮＧの使用をより重要なものとしている。液体形態では、ＬＮＧは、ガス相にある天然ガスよりも６００倍も小さいスペースを占める。世界の多くの地域は、技術的、経済的または政治的制限のためにパイプラインによって到達できないので、ＬＮＧ処理プラントを沖合に配置することおよび沖合のＬＮＧをその処理プラントから輸送船舶に直接輸送するために航海船舶を利用することは、初期の資本的支出を減少させ、さもなければ不経済な沖合ガス埋蔵量を解放させることができる。
【０００５】
浮体式液化プラントは、陸上液化プラントに対する沖合での代替を、そしてストランデッド沖合埋蔵量のための費用のかかる海中パイプラインに対する代替を提供する。浮体式液化プラントは、沖に、またはガス田にもしくはその近くに係留することができる。これは、また、移動可能な資産を表し、ガス田がその生産寿命の終わりに近づいているときまたは経済的、環境的または政治的条件により要求されるときに、再配置することができる。
【０００６】
浮体式液化船舶で遭遇する一つの問題は、熱交換器内部での気化させる流体のスロッシング（sloshing）である。熱交換器内でのスロッシングは、熱交換器の安定性と制御に影響し得る力を生み出す結果となり得る。気化させる流体が熱交換器のシェルの内部で自由に揺動することを許容されるならば、その動く流体は熱交換器のコアの熱的機能に悪影響を有し得る。さらに、動きの周期性は、熱移動効率における周期的挙動をもたらし、それ故、ＬＮＧ液化プラントにおけるプロセス条件が影響を受け得る。これらの不安定性は、より劣ったプラントの総性能という結果を招き得、そして利用できる生産能力に対しより狭い操作範囲および制限をもたらし得る。
【０００７】
従って、動き環境下で天然ガスを液化するためのシステムおよび方法に対する要求が存在する。
【０００８】
発明の概要
一つの態様において、動き環境下でプロセスガスを冷却または液化するためのシステムは、（ａ）分離容器、ここで該分離容器は動き抑制バッフルを含み、該分離容器は、高圧冷媒流を分離しそれにより気体冷媒流と液体冷媒流を生成するものであり、（ｂ）前記液体冷媒流を前記分離容器から外部の熱交換器コアに送達するための気液冷媒パイプ、（ｃ）少なくとも１つの外部熱交換器コア、ここで該外部熱交換器コアは、ケトルの外部にあり、前記液体冷媒流およびより暖かいプロセス流が前記外部熱交換器コアにおいて間接的な熱交換を受け、それにより、冷却されたプロセス流および気化した冷媒流を生成し、前記冷却されたプロセス流は、前記外部熱交換器コアの外部の位置に送達されるものであり、（ｅ）前記部分気化冷媒を前記外部熱交換器コアから前記分離容器に送達するための部分気化冷媒パイプ、ここで前記部分気化冷媒パイプは最小の圧力降下を提供し、前記部分気化冷媒パイプは、熱サイフォン効果が維持されるのを保証するものである、を含む。
【０００９】
他の態様において、動き環境下でプロセスガスを冷却または液化するためのシステムは、（ａ）分離容器、ここで該分離容器は、冷媒流を分離しそれにより気体冷媒流と液体冷媒流を生成するものであり、（ｂ）前記液体冷媒流を前記分離容器から外部の熱交換器コアに送達するための気液冷媒パイプ、（ｃ）少なくとも１つの外部熱交換器コア、ここで前記液体冷媒流およびより暖かいプロセス流が前記外部熱交換器コアにおいて間接的な熱交換を受け、それにより、冷却されたプロセス流および気化した冷媒流を生成し、（ｄ）前記部分気化冷媒を前記外部熱交換器コアから前記分離容器に送達するための部分気化冷媒パイプ、を含む。
【００１０】
さらに他の態様において、動き環境下で天然ガスを液化するための方法は、（ａ）冷（refrigeration）を分離容器に導入し、それにより気体冷媒流と液体冷媒流を生成すること、ここで、前記分離容器は、動き抑制バッフルを含み、（ｂ）前記液体冷媒流を外部熱交換器コアの底近傍に導入すること、（ｃ）より暖かいプロセス流を前記液体冷媒流の上部の位置で前記外部熱交換器コアに導入すること、（ｄ）前記より暖かいプロセス流を前記液体冷媒流との間接的熱交換により冷却し、それにより冷却されたプロセス流と部分気化冷媒流とを生成すること、（ｅ）前記冷却されたプロセス流と部分気化冷媒流とを前記外部熱交換器から取り出すこと、（ｆ）前記部分気化冷媒流を前記分離容器に送達すること、（ｇ）前記冷却されたプロセス流を前記外部熱交換器の外部の位置に送達すること、を含む。
【００１１】
さらなる態様において、動き環境下で天然ガスを液化するための方法は、（ａ）分離容器に冷（refrigeration）を導入し、それにより気体冷媒流と液体冷媒流を生成すること、（ｂ）前記液体冷媒流を外部熱交換器コアの底近傍に導入すること、（ｃ）より暖かいプロセス流を前記液体冷媒流の上部の位置で前記外部熱交換器コアに導入すること、（ｄ）前記より暖かいプロセス流を前記外部熱交換器コアにおいて前記液体冷媒流との間接的熱交換により冷却し、それにより冷却されたプロセス流と部分気化冷媒流とを生成すること、（ｅ）前記冷却されたプロセス流と前記部分気化冷媒流とを前記外部熱交換器から取り出すこと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明は、そのさらなる利点とともに、以下の記載を添付の図面とともに参照することにより最もよく理解され得る。
【図１】１つの外部熱交換器コアを含む、本発明の一つの態様による分離容器の概略図。
【図２】複数の外部熱交換器コアを含む、本発明の一つの態様による分離容器の概略図。
【００１３】
発明の詳細な説明
さて、本発明の態様を詳細に参照するが、本発明の一つまたはそれ以上の例が添付の図面に図解されている。各例は、本発明の説明として提示されるものであって、本発明の限定としてのものではない。本発明の範囲ないし精神から逸脱することなく本発明において種々の修飾および変形を行うことができるということは当業者に明らかであろう。例えば、一つの態様の部分として例証ないし記述された特徴は、なおさらなる態様を生じさせるために他の態様に用いることができる。すなわち、本発明は添付の特許請求の範囲内で生じるそのような修飾および変形並びにその均等物をカバーすることが意図されている。
【００１４】
シェル内コア熱交換器の原理設計は、熱いプロセス供給流のより冷たい気化させる流体に対する交差交換を提供する。気化させる流体は、圧力容器内に存在し、そこではアルミニウムろう付けコンパクト交換器コアが搭載され、沸点またはその近くにある気化させる流体中に完全に沈潜している。この液体は、交換器の底面中に引き込まれ、そこでそれはコア内のより熱い表面と接触する。ついで、気化させる流体は、交換器コアチャンネルを通して熱を移動させる。熱移動の大部分は、気化させる流体の蒸発潜熱からのものである。供給流は、それが交換器コア内のチャンネルの反対側を通り過ぎるときに冷却または凝縮される。
【００１５】
シェル内コア熱交換器の熱水力性能は、交換器内の液体のレベルに依存する。交換器コア中への気化させる流体の循環のための支配的な駆動力は、熱サイフォン効果である。熱サイフォン効果は、自然対流熱力に由来する受動的な流体移送現象である。流体の気化が生じると、流体は加熱され、そして流体の密度は減少する。それが自然にチャンネル内を上方に流れると、新たな液体が引き込まれる。これは、コア内の熱勾配により誘起される、コアのチャンネル中への気化させる流体の自然循環を結果として生じさせる。チャンネル中のすべての液体が気化されるのではなく、典型的に液体と気体の混合物が交換器コアのチャンネルを通って上方に輸送され、コアの頂部を通って放出される。コアの上方には、気体のみがコアのシェル側のオーバーヘッド部から出るように、気体と液体が乖離するための適切なスペースが設けられなければならない。ついで、交換器の上部において分離した液体は、容器の底へと再循環され、そこにおいてそれは次にコア内で気化される。シェル内コア熱交換器の上部における液体と気体の分離のための駆動力は、重力である。
【００１６】
コア内の熱サイフォン循環効果は、コア内の実効液体レベル対コア外の液体レベル間の外部水圧（レベル差）により増大されまたは減じられる。シェル内の液体のレベルが低下すると、交換器コア中への液体の移動のための駆動力が減少し、実効熱移動が低下する。液体レベルがコアより下に低下すると、熱サイフォン効果の消失により気化させる液体の循環が停止し、これが熱移動の消失をもたらす。液体レベルがコアよりも高い状態で、すなわち浸漬状態で熱交換器が操作されると、コア内で生成した気体が追加のヘッドを乗り越えてコアから抜け出さなければならないので、移動される熱はさらに減少する。
【００１７】
シェル内に必要な液体レベルを維持することに対する懸念を緩和するために、アルミニウムろう付けコンパクト熱交換器コアをシェルから取り出す。図１は、ケトル／分離容器４２に接続された外部熱交換器コア５０の例示的構成を描写する。
【００１８】
高圧液体冷媒流の少なくとも一部が、予め凝縮されて、導管２を介してＬＮＧ設備を抜け出、膨張手段（膨張弁４０として図示されている）へと輸送され、そこで、その流れは、減圧され、それにより膨張した冷媒部分を導管４内で生成する。膨張弁４０は、分離容器４２内のレベルを制御するための制御弁として利用することができる。この膨張された冷媒流の少なくとも一部が分離容器４２に導入され、それにより導管６内での気体冷媒流と、液体冷媒流とを生成する。一つの態様において、分離容器は、液体のスロッシングを減少させるために、動き抑制バッフルを含む。動き抑制バッフル５２は、水平に配置、垂直に配置、またはその組合せとすることができる。分離容器内の液体レベルは、モニターし、制御すべきである。この容器は、また、液体が容器中で最小レベルに維持されることを保証するために、堰板を備えることができる。
【００１９】
液体冷媒流の一部が、液体冷媒パイプ８を介して、外部熱交換器コア５０の底に導入される。より暖かいプロセス流も、導管１２を介して、外部熱交換器コア５０に導入され、それによりそのより暖かいプロセス供給流は液体冷媒流との間接的熱交換により冷却され、それにより冷却されたプロセス流と、部分気化液体冷媒流とを生成する。
【００２０】
部分気化液体冷媒流は、パイプ１６を介して、分離容器中へと再循環される。気化の量は、適切なガス分散を確保するために制御され、そして二相流状態が分散領域内で維持される。配管のサイズおよび間隔は、最小の圧力降下を確保するために制御され、熱サイフォン効果が維持される。パイプ中の圧力降下が高いほど、外部熱交換器コアへの流れが維持されることを保証するために液体レベルを高く維持しなければならない。適切な気体乖離スペースが、分離が再循環流について維持されることを保証するために分離容器内で部分気化液体冷媒輸送パイプの上方に設けられる。
【００２１】
液体冷媒流の残りの部分は、膨張手段（膨張弁４８として図示されている）へと輸送され、そこで、その流れは、減圧され、それにより導管１８内にオーバーフロー冷媒を生成し、これは、後のより低圧の段階の冷却に使用することができる。
【００２２】
外部熱交換器コアを他の下流プロセスに対して位置決めする際の設計のフレキシビリティー、そして１つの分離容器につき複数の外部熱交換器コアを取り扱うことができる。例えば、図２は、分離容器が複数の外部熱交換器コアに接続されているいくつかの構成を示す。
【００２３】
分離容器に対して外部にあるという交換器の構成は、また、その圧力容器が冷媒分離機と圧縮機求引スクラバーとの両方として機能し得るので、下流の冷媒圧縮機スクラバーを除去するという利点を与える。
【００２４】
ベーンミストエリミネーター（vane mist eliminator）のような分離容器４２の内部構造物のサイズを最小限に抑えるために、メッシュパッドもしくはサイクロン式ベーンミストエリミネーターを組み込んで分離容器のサイズを最小限に抑えることができる。
【００２５】
最後に、いずれもの参考文献、特に本出願の優先日の後の刊行日を持ち得るいずれもの参考文献についての検討は、それが本発明に対する先行技術であることを認めるものではないということに注意すべきである。同時に、以下のどの請求項も、本発明の追加の態様として、この詳細な説明もしくは明細書中に組み込まれるものである。
【００２６】
ここに記載したシステムおよび方法を詳細に説明したが、以下の特許請求の範囲により規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の変更、置換および代替をすることができる。当業者は、好ましい態様を検討し、ここには正確には記載されていない、本発明を実施する他の方策を突き止めることができる。本発明の変形および均等は、特許請求の範囲内のものである一方、記載、要約および図面は本発明の範囲を限定するために使用去るべきではないということが本発明者らの意図である。本発明は、以下の特許請求の範囲およびその均等物と同じ幅であることが具体的に意図されている。
【００２７】
参考文献
ここに引用したすべての参考文献は、参照により明示的に組み込まれる。いずれもの参考文献、特に本出願の優先日の後の刊行日を持ついずれもの参考文献についての検討は、それが本発明に対する先行技術であることを認めるものではない。組み込まれた参考文献は便宜のために再度掲げる：
１．ＵＳ６５４３２１０（ロストウヒャー；ペテルシュミット；バラット）；「改良された切断機構を有する切断機」（２００１）
２．Lastname, F., et al., "Article title", J. Abbr. 2: 23-4 (2000)
【図１】
2015506454.tif 000003
【図２】
2015506454.tif 000004
【国際調査報告】
2015506454.tif 000005