(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）天然ガス流を高圧にてスクラブ塔に供給し、前記スクラブ塔内で前記天然ガス流から、前記スクラブ塔の底部から取り出される重質炭化水素を取り除き、前記スクラブ塔の頂部から取り出される気体塔頂流を得、前記気体塔頂流を部分凝縮し、そこから凝縮流を取り除き、高圧にてメタンに富む流れを得る段階；
（ａ１）前記凝縮流を前記スクラブ塔の上部に還流として戻す段階；
（ｂ）主熱交換器のシェル側において低圧にて蒸発する多成分冷却剤との間接的な熱交換により、前記主熱交換器内に配置されたチューブ内で前記高圧にてメタンに富む流れを液化する段階；及び
（ｃ）前記主熱交換器のシェル側から取り出された多成分冷却剤を圧縮し、補助熱交換器のシェル側において低圧にて蒸発する補助多成分冷却剤との間接的な熱交換により、前記補助熱交換器内に配置されたチューブ内で高圧にて前記多成分冷却剤を部分凝縮させ、（ｂ）段階で使用する多成分冷却剤を得る段階、
を含んだメタンに富む流れの液化方法であり、前記気体塔頂流の部分凝縮を前記補助熱交換器内に配置されたチューブ内で行うことを特徴とする前記方法。
【請求項２】
前記多成分冷却剤の部分凝縮において、第一補助熱交換器のシェル側にて中圧にて蒸発する補助多成分冷却剤との間接的な熱交換により、前記第一補助熱交換器内に配置されたチューブ内で高圧にて前記多成分冷却剤を冷却し、そしてその後第二補助熱交換器のシェル側にて低圧にて蒸発する補助多成分冷却剤との間接的な熱交換により、前記第二補助熱交換器内に配置されたチューブ内で高圧にて前記多成分冷却剤を冷却することを含む方法であり、ここで前記気体塔頂流の部分凝縮が前記第二補助熱交換器内に配置されたチューブ内で前記気体塔頂流を冷却することにより行われる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記気体塔頂流の部分凝縮が前記第一補助熱交換器と前記第二補助熱交換器の両方で行われる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記補助熱交換器のシェル側において低圧にて蒸発する補助多成分冷却剤が、前記補助熱交換器から取り出されて高圧に圧縮された後、圧縮された補助多成分冷却剤から圧縮熱が空冷装置によって除去され、また、天然ガス流が、前記空冷装置の下流の導管を通る補助多成分冷却剤から得られる流出流との間接的な熱交換により前冷却される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はメタンに富む流れの液化方法に関する。この流れは天然ガスから得られ、該方法により得られる生成物は液化天然ガス（ＬＮＧ）と呼ばれる。
【０００２】
Ｒ  Ｋｌｅｉｎ  Ｎａｇｅｌｖｏｏｒｔ、Ｉ  Ｐｏｌｌ及びＡ  Ｊ  Ｏｏｍｓによる論文「液化サイクル開発」（第９回ＬＮＧ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｎｉｃｅ，Ｆｒａｎｃｅ，１９８９年１０月１７〜２０日の学会にて発行）中で  そのような方法が記載されている。
メタンに富む流れの公知の液化方法は以下の段階を含む：
ａ）天然ガス流を高圧にてスクラブ塔(scrub column)に供給し、スクラブ塔内で天然ガス流から重質炭化水素を、スクラブ塔の底部より取り出して除去し、スクラブ塔の塔頂より取り出される気体塔頂流を得、気体塔頂流を部分的に凝縮させ、凝縮した流れをそこより取り除き、高圧にてメタンに富む流れを得；
ｂ）高圧にてメタンに富む流れを、主熱交換器内に配置されたチューブ内で、主熱交換器のシェル側（shell side）中、低い冷却剤圧にて蒸発する多成分冷却剤を用いて、間接的に熱交換することにより液化し；及び
ｃ）主熱交換器のシェル側から取り出された多成分冷却剤を圧縮し、補助熱交換器内に配置されたチューブ内で、補助熱交換器のシェル側中で低い補助冷却剤圧で蒸発する補助多成分冷却剤を使用して、間接的に熱交換することにより高い冷却圧にて部分的に凝縮させ、ｂ）工程で使用する多成分冷却剤を得る。
【０００３】
スクラブ塔内において、気体流は液体の還流と接触し、還流は気体流をさらに冷却できるよう低温である。結果として、気体流の重質炭化水素は凝縮され、形成した液体はスクラブ塔の底部に集められ、そこから取り出される。
公知の方法において、スクラブ塔の底部から取り除かれた液体重質炭化水素及び気体塔頂流からの凝縮流は分別ユニットへ移送し、部分的に凝縮する。分別塔より流れが除去され、スクラブ塔内で還流として使用する。
工程ａ）では、スクラブ塔に天然ガス流を供給する前に、それは冷却される。還流の温度は、スクラブ塔に供給される天然ガスの温度よりも非常に低くなければならない。この要求はスクラブ塔に供給される天然ガス流の下限温度を設定する。
公知の方法によれば、天然ガス流は、スクラブ塔に導入される前に、補助熱交換器内に配置されたチューブ内で冷却される。それゆえ補助熱交換器の冷端部の温度は還流の温度により制限される。さらに、メタンに富む流れを液化する主熱交換器において、より多くの熱が抽出されなければならない。
【０００４】
本発明の課題は、補助熱交換器の冷端部においてより低い温度を許容し、メタンに富む流れを液化するために抽出される熱量を減少させることである。
この目的に対し、本発明のメタンに富む流れの液化方法は、気体塔頂流の部分的な凝縮が、補助熱交換器内に配置されるチューブ内で行われることを特徴とする。
この方法において、補助熱交換器の冷端部の温度は、実施し得る限り低く選択することが可能である。
公知の方法においては、補助熱交換器の冷端部から取り出される多成分冷却剤の温度も、還流の温度により制限されていた。本発明の有利な点は、この制限が除去されたことである。結果として、要求される多成分冷却剤の循環速度を低下させた。
【０００５】
本発明を、実施例に基づき、添付した図面を参照してより詳細に説明する。
図１は本発明の方法が実行されたプラントの流れ図を概略的に示し、図２は多成分冷却剤の部分的な凝縮における代替方法を示すものである。
本発明の方法において、天然ガス流１は、高圧にてスクラブ塔５に供給される。スクラブ塔５において、メタンより重質の炭化水素は天然ガス流から取り除かれ、その重質炭化水素はスクラブ塔５の底部から導管７を通して取り出される。この方法において、天然ガスよりも高いメタンの含有量を有する気体塔頂流が得られ、この気体塔頂流はスクラブ塔５の頂部から導管８を通して取り出される。
この気体塔頂流は部分的に凝縮され、それより凝縮流が抜き取られ、高圧においてメタンに富む流れが得られ、導管１０を通り、該流れが液化される主熱交換器１７内に配置された第一チューブ１５へと移送する。気体塔頂流の部分凝縮について議論する前に、液化についてより詳細に議論する。
【０００６】
メタンに富む流れの高圧での液化は、主熱交換器１７内に配置された第一チューブ内で、主熱交換器１５内のシェル側１９内で低い冷却剤圧で蒸発する多成分冷却剤を用いて，間接的に熱交換することにより行われる。液化ガスは主熱交換器１７から更なる処理のために導管２０を通り、高圧にて抜き取られる（図示せず）。
蒸発した多成分冷却剤は、主熱交換器１５のシェル側１９の温端部から、導管２５を通り取り出される。圧縮機２７において、該多成分冷却剤は高い冷却剤圧に圧縮される。圧縮の熱は空冷装置３０を使用して除去される。該多成分冷却剤は、導管３２を通り補助熱交換器３５へ移送する。補助熱交換器３５の第一チューブ３８において、多成分冷却剤は高い冷却剤圧にて、補助熱交換器３５のシェル側３９において低い補助冷却剤圧にて蒸発する補助多成分冷却剤を使用して、間接熱交換により部分的に凝縮され、主熱交換器１７に移送する多成分冷却剤を得る。
【０００７】
該多成分冷却剤は、第一チューブ３８から導管４２を通って分離器４５へと移送し、ここで気体塔頂流と液体塔底流とに分離される。気体塔頂流は導管４７を通り主熱交換器１７内に配置された第二チューブ４９へ移送し、ここで気体塔頂流は高い冷却剤圧にて冷却、液化及びサブ冷却される。液化及びサブ冷却された気体塔頂流は、膨張弁５１の形で膨張装置を備えた導管５０を通り、主熱交換器１７のシェル側１９の冷端部に向かって移送され、低い冷却剤圧で蒸発することを許容される。液体塔底流は、導管５７を通り主熱交換器１７内に配置された第三チューブ５９へ移送し、ここで液体塔底流は、高い冷却剤圧にて冷却される。冷却された液体塔底流は、膨張弁６１の形で膨張装置を備えた導管６０を通り、主熱交換器１７のシェル側１９の中間部に向かって移送され、低い冷却剤圧で蒸発することを許容される。蒸発した多成分冷却剤は、第一チューブ１５を通る流体からそれを液化するために熱を抽出するだけでなく、第二、第三チューブ４９及び５９を通る冷却剤からも抽出する。
【０００８】
補助熱交換器３５のシェル側３９において低い補助冷却剤圧にて沸騰する補助多成分冷却剤は、導管６５を通して取り除かれる。圧縮機６７において、補助多成分冷却剤は高い補助冷却剤圧に圧縮される。圧縮の熱は空冷装置７０を用いて除去される。補助多成分冷却剤は導管７２を通り、補助熱交換器３５内に配置された第二チューブ７８へ移送し、冷却される。冷却された補助多成分冷却剤は、膨張弁８１の形で膨張装置を備えた導管８０を通り、補助熱交換器３５のシェル側３９の冷端部に向かい移送され、低い補助冷却剤圧で蒸発することを許容される。
より詳細に該液化サイクルについて論ずると、導管８を通してスクラブ塔の塔頂から取り出された気体塔頂流が部分的に凝縮される方法について議論することになる。
気体塔頂流は導管８を通して、補助熱交換器３５中に配置された第三チューブ８３へ供給される。第三チューブ８３中で、該気体塔頂流は部分的に凝縮される。部分的に凝縮した気体塔頂流は、第三チューブ８３から導管８５を介し、分離器９０へと抜き取られる。分離器９０内で、凝縮された流れは抜き取られ、高圧でメタンに富む流れを得、導管１０を通って、主熱交換器１７中に配置された第一チューブ１５へ移送する。凝縮された流れは、導管９１を通ってスクラブ塔５の上部に還流として戻る。
【０００９】
本発明の方法は、公知の方法では天然ガス流はスクラブ塔に供給される前に補助熱交換器内で冷却されるという点で、公知の方法と異なる。公知の方法では、還流は分別ユニットから得られ、還流の温度は、スクラブ塔に供給される冷却天然ガスの温度の上限を決定する。
公知の方法において天然ガスを冷却することができる温度は、還流温度よりも高くするために約−２２℃である。これは補助熱交換器の冷端部において得られる最も低い温度も−２２℃であることを意味する。このことは、さらに部分凝縮した多成分冷却剤の温度も同様である。さらに、スクラブ塔の塔底から取り出された液体重質炭化水素が冷たいために、スクラブ塔上流で天然ガスを−２２℃に冷却すると、工程の効率をより悪くすることとなる。
【００１０】
しかし本発明の方法において、スクラブ塔５の塔頂から導管８を通り取り出された気体塔頂流は、スクラブ塔５０に還流を供給するために、非常に低い温度−５０℃において部分的に凝縮される。
結果として、補助熱交換器３５の冷端部における温度は、公知の方法より非常に低い。それゆえ、多成分冷却剤が冷却される温度は非常に低く、結果として多成分冷却剤の循環速度は低くなる。
好適には、天然ガス流は前冷却（pre-cooled）され、スクラブ塔５に入る前に乾燥される。前冷却は、好適には空冷装置７０の下流である導管７２を移送する補助多成分冷却剤からの流出流を使用して、間接熱交換により遂行される。この目的のために、該補助多成分冷却剤は、膨張弁９５を備えた導管９３を通して、導管１中に配置された熱交換器９７へ移送する。単純化のために、熱交換器９７を２つ示すこととし、第一では導管１中にそして第二では導管７２と６５の間の順路にあることに注意されたい。しかし、それは同じ熱交換器である。
【００１１】
好適には、該多成分冷却剤は二段階で部分的に凝縮される。本発明のこの態様を図２を参照して説明する。
図２の補助熱交換器は、第一補助熱交換器３５’及び第二補助熱交換器３５”を含む。
該多成分冷却剤は導管３２を通って、第一補助熱交換器３５’へ移送する。第一補助熱交換器３５’の第一チューブ３８’において、該多成分冷却剤は高い冷却剤圧で、第一補助熱交換器３５’中のシェル側３９’内で中間の補助冷却剤圧で蒸発する補助多成分冷却剤を使用して間接的に冷却される。冷却された多成分冷却剤は、接続導管９８を通り、第二補助熱交換器３５”へ移送する。
第二補助熱交換器３５”の第一チューブ３８”において、該多成分冷却剤は高い冷却剤圧で、第二補助熱交換器３５”のシェル側３９”内で低い補助冷却剤圧で蒸発する補助多成分冷却剤を使用して間接的に冷却されることにより部分凝縮され、多成分冷却剤を得、導管４２を通って主熱交換器へ向かって移送する（図２には図示せず）。
【００１２】
第一補助熱交換器３５’中のシェル側３９’内で中間の補助冷却剤圧で蒸発する補助多成分冷却剤は、導管６５’を通り、そこから取り除かれる。この態様では、圧縮機６７は二段階圧縮機である。圧縮機６７の第二段階において、補助多成分冷却剤は高い補助冷却剤圧に圧縮される。圧縮の熱は空冷装置７０を使用して取り除かれる。該補助多成分冷却剤は導管７２を通って、第一補助熱交換器３５’中に配置された第二チューブ７８’へ移送し、そこで冷却される。冷却された補助多成分冷却剤の一部は、膨張弁８１’の形態で膨張装置を備えた導管８０’を通り、第一補助熱交換器３５’のシェル側３９’の冷端部へ移送し、そこで中間の補助冷却剤圧にて蒸発することを許容される。蒸発した冷却剤はチューブ３８’と７８’とを流れる流体から熱を抽出する。
該補助多成分冷却剤の残りは、接続導管９９を通り第二補助熱交換器３５”内に配置された第二チューブ７８”へ移送し、そこで冷却される。冷却された補助多成分冷却剤は膨張弁８１”の形態で膨張装置を備えた導管８０”を通して、第二補助熱交換器３５”のシェル側３９”の冷端部に移送し、そこで低い補助冷却剤圧にて蒸発することを許容される。蒸発した冷却剤はチューブ３８”と７８”を流れる流体及び第三チューブ８３を通してスクラブ塔５の頂部から取り出される気体塔頂流から熱を抽出する。
【００１３】
低い補助冷却剤圧にて蒸発した補助多成分冷却剤は導管６５”を通して取り除かれる。二段階圧縮機６７において、補助多成分冷却剤は高い補助冷却剤圧に圧縮される。
代わりに、スクラブ塔５の頂部から取り出された気体塔頂流は、第一及び第二熱交換器３５’及び３５”の双方内で部分的に凝縮される。
好適には、天然ガス流は、スクラブ塔５に入る前に前冷却又は乾燥される。前冷却には、空冷装置７０の下流にある導管７２を通る補助多成分冷却剤から流出する流出流を使用した、間接熱交換により遂行される。この目的のために、該補助多成分冷却剤は膨張弁９５’を備えた導管９３’を通って導管１中に配置される熱交換器９７’に向かい移送する。
さらに、天然ガス流の冷却は、接続導管９９を通過する補助多成分冷却剤から流出する流出流を使用する間接熱交換により達成されることが好ましい。この目的のために、該補助多成分冷却剤は膨張弁９５”を備えた導管９３”を通って導管１中に配置される熱交換器９７”に向かい移送する。
空冷装置３０と７０は、水冷装置に置き換えることができ、もし必要なら、それら及び水冷装置は、更なる冷却剤を使用する熱交換器により追加することが出来る。
膨張弁６１は膨張タービンに置き換えられてもよい。
補助熱交換器３５、３５’及び３５”はスプール巻き（spoolwound）又はプレートフィン（plate-fin ）熱交換器であることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法により実行されたプラントの、流れ工程の概略図
【図２】  多成分冷却剤の部分的な凝縮における代替方法
【符号の説明】
１  導管
５  スクラブ塔
７、８、１０  導管
１５  第一チューブ
１７  主熱交換器
１９  シェル側
２０、２５  導管
２７  圧縮機
３０  空冷装置
３２  導管
３５  補助熱交換器
３５’  第一補助熱交換器
３５”  第二補助熱交換器
３８  ３８’、３８”  第一チューブ
３９、３９’、３９”  シェル側
４２  導管
４５  分離器
４７  導管
４９  第二チューブ
５０、５７、６０  導管
５１、６１  膨張弁
５９  第三チューブ
６５、６５’、６５”  導管
６７  圧縮機
７０  空冷装置
７２  導管
７８、７８’、７８”  第二チューブ
８０、８０’、８０”  導管
８１、８１’、８１”  膨張弁
８３  第三チューブ
８５  導管
９０  分離器
９１、９３、９３’、９３”  導管
９５、９５’、９５”  膨張弁
９７、９７’、９７”  熱交換器
９８、９９  接続導管
【図１】
0004434490.tif 000002
【図２】
0004434490.tif 000003