(57)【要約】  統合された冷凍及び液化モジュールを使用して天然ガスを処理して液化天然ガスを生成する方法。天然ガスは、第１の冷媒回路からの第１の冷媒を使用して１又は２以上の熱交換器の第１のアレイ内で冷却され、第１の冷媒は、第１の圧縮機内で圧縮される。第２の冷媒回路からの第２の冷媒は、第２の圧縮機内で圧縮される。第２の冷媒は、統合された冷凍及び液化モジュール内に配置された１又は２以上の熱交換器の第２のアレイ内で第１の冷媒を使用して冷却されて部分的に凝縮される。部分的に凝縮された第２の冷媒は、統合された冷凍及び液化モジュール内に配置された冷媒分離機を使用して液体相及び蒸気相に分離される。天然ガスは、部分的に凝縮された第２の冷媒の蒸気相及び液体相を使用して１又は２以上の熱交換器の第３のアレイ内で液化されてＬＮＧを生成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
統合された冷凍及び液化モジュールを使用して天然ガスを処理して液化天然ガス（ＬＮＧ）を生成する方法であって、
（ａ）第１の冷媒回路からの第１の冷媒を使用して１又は２以上の熱交換器の第１のアレイ内で前記天然ガスを冷却する段階であって、前記第１の冷媒が第１の圧縮機内で圧縮される冷却段階と、
（ｂ）第２の圧縮機内で第２の冷媒回路からの第２の冷媒を圧縮する段階と、
（ｃ）前記圧縮された第２の冷媒を、前記第１の冷媒を使用して、前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置された１又は２以上の熱交換器の第２のアレイ内で冷却して部分的に凝縮する段階と、
（ｄ）前記部分的に凝縮された第２の冷媒を、前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置された冷媒分離機を使用して液体相と蒸気相とに分離する段階と、
（ｅ）前記部分的に凝縮された第２の冷媒の前記蒸気相及び液体相を使用して、前記１又は２以上の熱交換器の第３のアレイ内で前記天然ガスを液化してＬＮＧを生成する段階と、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
１又は２以上の熱交換器の前記第１のアレイは、前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置されている、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記冷媒分離機は、少なくとも１つの熱交換器の前記第２のアレイに、前記冷媒分離機の入口と少なくとも１つの熱交換器の前記第２のアレイ内の最も近い熱交換器の出口とを接続する処理パイプの長さが１０メートル未満であるように、接続されている、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
１又は２以上の熱交換器の前記第３のアレイは、前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置されている、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
作動現場で熱交換器の前記第３のアレイを、前記統合された冷凍及び液化モジュールに接続する段階を更に含む、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
１又は２以上の熱交換器の前記第３のアレイは、前記統合された冷凍及び液化モジュールとは別のモジュールに設置され、かつ前記統合された冷凍及び液化モジュールに作動現場で接続される、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
段階（ｅ）の前に、前記統合された冷凍及び液化モジュールに設置されたスクラブ円柱を使用して前記天然ガスから重質炭化水素成分を除去する段階を更に含む、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記統合された冷凍及び液化モジュールにおいて、前記部分的に凝縮された液体冷媒の液体ストリームを等エントロピー的に膨張させる段階を更に含む、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記統合された冷凍及び液化モジュールにおいて、前記ＬＮＧを等エントロピー的に膨張させる段階を更に含む、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記統合された冷凍及び液化モジュールにおいて、（ａ）前記ＬＮＧのエンドフラッシュ及び／又は（ｂ）窒素排除のための構成要素を与える段階を更に含む、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の冷媒のためのバッファ液体ストレージを与えるアキュームレータ容器を前記統合された冷凍及び液化モジュールに含める段階を更に含む、
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の冷媒のサブクールを与えるサブクール熱交換器が、前記統合された冷凍及び液化モジュールに含まれ、
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の冷媒は、プロパン及び／又はプロピレンであり、前記第２の冷媒は、メタン、エタン及び／又はエチレン、及びプロパン及び／又はプロピレンを含む混合冷媒である、
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記統合された冷凍及び液化モジュールに１又は２以上の熱交換器の第４のアレイを配置する段階を更に含む、
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記統合された冷凍及び液化モジュール上の構成要素を、前記統合された冷凍及び液化モジュールが配置されたＬＮＧ施設内の他のモジュールに接続するように構成されたパイプのアレイを、前記統合された冷凍及び液化モジュールに配置する段階を更に含む、
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記統合された冷凍及び液化モジュールが配置されたＬＮＧ施設内の第１の追加モジュール上の構成要素を前記ＬＮＧ施設内の第２の追加モジュールに接続するように構成されたパイプのアレイを、前記統合された冷凍及び液化モジュールに配置する段階を更に含む、
請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
第１の冷媒回路と、
前記第１の冷媒回路内で循環するように構成された第１の冷媒と、
前記第１の冷媒を圧縮するように構成された第１の圧縮機と、
前記第１の冷媒を使用して炭化水素ストリームを冷却するように構成された１又は２以上の熱交換器の第１のアレイと、
第２の冷媒回路と、
前記第２の冷媒回路内で循環するように構成された第２の冷媒と、
前記第２の冷媒を圧縮するように構成された第２の圧縮機と、
前記圧縮された第２の冷媒を前記第１の冷媒を使用して冷却して部分的に凝縮するように構成された１又は２以上の熱交換器の第２のアレイと、
前記部分的に凝縮された第２の冷媒を液体相と蒸気相とに分離するように構成された冷媒分離機と、
前記部分的に凝縮された第２の冷媒の前記蒸気相及び液体相を使用して前記炭化水素ストリームを液化するように構成された１又は２以上の熱交換器の第３のアレイと、
１又は２以上の熱交換器の前記第２のアレイと前記冷媒分離機とが内部に配置された統合された冷凍及び液化モジュールと、備えている、
炭化水素処理プラント。
【請求項１８】
前記炭化水素ストリームは、天然ガスであり、前記液化された炭化水素ストリームは、液化天然ガス（ＬＮＧ）である、
請求項１７に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項１９】
１又は２以上の熱交換器の前記第１のアレイは、前記統合された冷凍及び液化モジュールに配置されている、
請求項１７又は１８に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項２０】
前記冷媒分離機を少なくとも１つの熱交換器の前記第２のアレイに接続する処理パイプを更に含み、
前記冷媒分離機の入口と少なくとも１つの熱交換器の前記第２のアレイ内の最も近い熱交換器の出口とを接続する処理パイプの長さが、１０メートル未満である、
請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項２１】
１又は２以上の熱交換器の前記第３のアレイは、前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置されている、
請求項１７ないし２０のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項２２】
熱交換器の前記第３のアレイは、作動現場で前記統合された冷凍及び液化モジュールに接続されている、
請求項１７ないし２１のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項２３】
前記統合された冷凍及び液化モジュールとは別の１又は２以上の熱交換器の前記第３のアレイが内部に設置された第２のモジュールを更に含む、
請求項１７ないし２２のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項２４】
前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置され前記炭化水素ストリームから重質炭化水素成分を除去するように構成されたスクラブ円柱を更に含む、
請求項１７ないし２３のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項２５】
前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置され前記部分的に凝縮された液体冷媒の液体ストリームを等エントロピー的に膨張させるように構成された等方的膨張構成要素を更に含む、
請求項１７ないし２４のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項２６】
前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置され前記液化された炭化水素ストリームを等エントロピー的に膨張させるように構成された等方的膨張構成要素を更に含む、
請求項１７ないし２５のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項２７】
（ａ）前記ＬＮＧのエンドフラッシュ及び／又は（ｂ）窒素排除のための構成要素を更に含み、
前記構成要素は、前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置されている、
請求項１７ないし２６のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項２８】
前記第１の冷媒のためのバッファ液体ストレージを与えるように構成され、前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置されたアキュームレータ容器を更に含む、
請求項１７ないし２７のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項２９】
前記第１の冷媒のサブクールを与えるように構成され、前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置されたサブクール熱交換器を更に含む、
請求項１７ないし２８のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項３０】
前記第１の冷媒は、プロパン及び／又はプロピレンであり、前記第２の冷媒は、メタン、エタン及び／又はエチレン、及びプロパン及び／又はプロピレンを含む混合冷媒である、
請求項１７ないし２９のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項３１】
前記統合された冷凍及び液化モジュール内に配置された１又は２以上の熱交換器の第４のアレイを配置することを更に含む、
請求項１７ないし３０のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項３２】
前記統合された冷凍及び液化モジュール上に配置され、前記統合された冷凍及び液化モジュール上の構成要素を、前記該統合された冷凍及び液化モジュールが配置された炭化水素処理施設内の他のモジュールに接続するように構成されたパイプのアレイを更に含む、
請求項１７ないし３１のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【請求項３３】
前記統合された冷凍及び液化モジュールが配置された炭化水素処理施設内の第１の追加モジュール上の構成要素を前記炭化水素処理施設内の第２の追加モジュールに接続するように構成された前記統合された冷凍及び液化モジュール上のパイプのアレイを更に含む、
請求項１７ないし３２のいずれか１項に記載の炭化水素処理プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
この出願は、本明細書に引用によってその全体が組み込まれている「炭化水素処理プラント内の統合された冷凍及び液化モジュール」という名称の２０１５年１０月６日出願の米国仮特許出願第６２／２３７，８４２号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明の開示は、概略的には、炭化水素取り扱い及び処理プラントの分野に関する。より具体的には、本発明の開示は、ＬＮＧ処理プラントのような炭化水素取り扱い及び処理プラントの効率的な構造および運転に関連する。
【背景技術】
【０００３】
この項は、本発明の開示に関連付けることができる当業技術の様々な態様を導入することを意図している。この議論は、本発明の開示の特定の態様のより良い理解を容易にする骨組みを提供することを意図している。従って、この項は、必ずしも従来技術の自認としてではなく、上記観点から読むべきであることを理解しなければならない。
【０００４】
ＬＮＧ生産契約のための競争が激しくなる時に、将来のＬＮＧプロジェクトの利益性を高める必要性は甚大である。そのするために、ＬＮＧ生産業者は、各プロジェクトに適用可能な重要なコスト推進要因及び効率を識別及び最適化することができる。高コストで低い現場労働生産性を有する場所でのプロジェクトを経済的にすることは、ＬＮＧプラントを建設して試運転するのに必要な現場労働の範囲及び程度を最小にすることを要求する場合がある。現場での構築から専用製作ヤード内の構築に範囲をシフトすることによってこの課題に対処するモジュール化技術が使用されている。しかし、大規模ＬＮＧプロジェクトに対しては、建設範囲のモジュール化は、依然として有意な現場統合コストをもたらす可能性がある。以前のモジュール化ソリューションは、できるだけ多くのＬＮＧプラントのモジュールへの分割、製造現場でのモジュールのプレハブ製作、及びモジュールが接続されてＬＮＧプラントを形成する作動現場へのモジュールの輸送を伴っている。そのようなソリューションは、作動現場での実質的な労働を必要とする場合があり、これは、作動現場での労働コストが低い時に財政的意味があると考えられる。しかし、労働コストが高い作動現場に対しては、そのようなソリューションは、それを超えるとＬＮＧプラントの建設を手の届かないものにするほど労働コストを増大させる場合がある。従って、プラント建設業界では、業界で現在展開されている他のモジュール化方法と比較して作動現場から追加の作業範囲を除去するという認識された必要性が存在する。
【０００５】
図１は、公知の原理によるＬＮＧ生産施設１０の概略図である。供給ガスライン内の供給ガスは、プロパンのような第１の冷媒を使用して第１の冷却機１４内で予冷される。供給ガスは、次に、混合冷媒を使用して主低温熱交換器１６内で冷却されて液化される。液化天然ガスは、油圧タービン１８又は類似の膨張デバイス内で膨張され、ＬＮＧ貯蔵タンク２０に貯蔵される。ボイルオフガス圧縮機２２は、液化天然ガスをそれがＬＮＧ貯蔵タンク２０から輸送される前に圧縮する。
【０００６】
第１の冷媒及び混合冷媒は、別々の冷媒ループを通って循環する。第１の冷媒ループは、１又は２以上の圧縮機２４ａ、２４ｂ内で圧縮され、かつ（ａ）高温蒸気を飽和蒸気まで冷却する過熱防止装置と、（ｂ）飽和蒸気を液体形態に凝縮する凝縮器とにおいて更に処理され、（ｃ）サブクーラー内で冷却される。機能（ａ）〜（ｃ）は、冷却機要素２８によって図１に表されている。この時点で冷却されて液化された第１の冷媒は、実質的に液体形態にある。液化された第１の冷媒の第１の部分は、以前に議論したように第１の冷媒が供給ガスライン１２内で供給ガスを予冷する第１の冷却機１４に向けられる。液化された第１の冷媒の第２の部分は、第１の冷媒が混合冷媒を予冷する第２の冷却機３０に向けられる。この時点で実質的に蒸気形態にある第１の冷媒は、第１の冷却機１４及び第２の冷却機３０から圧縮機２４ａ、２４ｂに向けられ、第１の冷媒ループが繰り返される。
【０００７】
混合冷媒ループでは、主低温熱交換器１６を離れる混合冷媒は、蒸気状態にあり、かつ一連の圧縮機３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ及び中間冷却機及び放出冷却機３６ａ、３６ｂ、３８ａ、３８ｂ内で圧縮されて冷却される。放出冷却機３８ａ、３８ｂを出る混合冷媒は、それが第１の冷媒の第２の部分によって更に冷却される第２の冷却機３０に向けられる。混合冷媒は、次に、混合冷媒液体ストリーム（ライン４２内）及び混合冷媒蒸気ストリーム（ライン４４内）に分離して出力する混合冷媒分離機４０に向けられる。両方のライン４２及び４４は、混合冷媒が第１の冷却機１４から向けられた冷やされた供給ガスを冷却して液化する主低温熱交換器１６に接続される。主低温熱交換器１６を出る混合冷媒は、実質的に蒸気状態にあり、かつ圧縮機３２ａ、３２ｂに向けられて混合冷媒ループを続ける。ＬＮＧ生産施設１０では、圧縮機２４ａ、３２ａ、及び３４ａは、共通シャフト４６ａに接続され、かつタービンアセンブリ４８ａによって動力を受ける。同様に、圧縮機２４ｂ、３２ｂ、及び３４ｂは、共通シャフト４６ｂに接続され、タービンアセンブリ４８ｂによって動力を受ける。当業者に公知のように、他の圧縮機及び駆動機構成を配備することができる。
【０００８】
図２は、ＬＮＧトレインと呼ぶことができるＬＮＧ生産施設２００の公知のレイアウトを描いている。ＬＮＧトレイン２００は、中央パイプラック２０４に沿って配置された複数の処理モジュール２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを含む。処理モジュール２０２ａ〜ｄは、互いに接続され、かつユーティリティストリーム、供給ガス、及び得られる生成物及び副産物を望むように向ける複数のパイプ及び導管を通じてパイプラック内のいずれかの機能ユニットに接続される。処理モジュールは、供給ガスからＣＯ2及びＨ2Ｓ分子を下流冷凍及び液化ユニット内の凍結を防止するのに必要な非常に低いレベルまで除去する酸性ガス除去ユニット、供給ガスから水分子を下流冷凍及び液化ユニット内の凍結を防止するのに必要な非常に低いレベルまで除去する脱水ユニット、及び供給ガスからＣ6+分子を下流冷凍及び液化ユニット内の凍結を防止するのに必要なレベルよりも下まで除去する重質炭化水素捕捉（ＨＨＣ）又は重質炭化水素除去ユニットなどを含むことができる。これに加えて、冷媒処理モジュール２０６は、図１に開示するように、１又は２以上の供給ガスプロパン冷却機１４と１又は２以上の混合冷媒冷却機３０とを含む。液化処理モジュール２０８は、混合冷媒分離機４０、並びに液化処理モジュール２０８に隣接して配置することができる主低温熱交換器１６に接続するライン４２及び４４を含む。処理モジュールの各々は、製作ヤード又は他の現場外の製造場所で予め組み立てて、ＬＮＧトレインの作動現場まで輸送し、かつ互いに接続して完成ＬＮＧトレインを建設することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２に示すＬＮＧトレイン２００は、ガス処理プラント設計をモジュール化する公知の試みを表し、かつ中央パイプラック２０４に沿って処理モジュールを設置することによって特徴付けられ、別々の処理モジュール間のパイプ接続部は、中央パイプラック２０４を通して経路指定される。中央パイプラックは、製造現場で構築され、作動現場に輸送され、かつ作動現場で互いに組み立てられるパイプラックセグメント又はモジュールによって形成することができる。しかし、このモジュール化戦略は、処理モジュールと中央パイプラック間のインタフェースで有意な数のパイプ接続部をもたらす。現場でのパイプ接続部の接続は、労働集約的活動である。更に、冷媒処理モジュール２０６及び液化処理モジュール２０８のような２つの処理モジュールを接続するどのラインも、そうするために中央パイプラックを通過する必要があり、ラインが通過すべき各中央パイプラックセグメントとのインタフェースでの最低２つの現場接続が存在することになる。冷媒処理モジュール２０６と液化処理モジュール２０８間に有意な接続が存在する場合があるので、作動現場でこれらの２つのモジュールを接続することは、有意な時間及び出費を生じる場合がある。必要とされるのは、そのような組み立てコストを最小にする炭化水素処理プラント設計である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の開示は、統合された冷凍及び液化モジュールを使用して天然ガスを処理して液化天然ガス（ＬＮＧ）を生成する方法を提供する。天然ガスは、第１の冷媒回路からの第１の冷媒を使用して１又は２以上の熱交換器の第１のアレイ内で冷却され、第１の冷媒は、第１の圧縮機内で圧縮される。第２の冷媒回路からの第２の冷媒は、第２の圧縮機内で圧縮される。圧縮された第２の冷媒は、統合された冷凍及び液化モジュール内に配置された１又は２以上の熱交換器の第２のアレイ内で第１の冷媒を使用して冷却されて部分的に凝縮される。部分的に凝縮された第２の冷媒は、統合された冷凍及び液化モジュール内に配置された冷媒分離機を使用して液体相及び蒸気相に分離される。天然ガスは、部分的に凝縮された第２の冷媒の蒸気相及び液体相を使用して１又は２以上の熱交換器の第３のアレイ内でＬＮＧを生成する。
【００１１】
本発明の開示はまた、第１の冷媒回路と、第１の冷媒回路内で循環するように構成された第１の冷媒と、第１の冷媒を圧縮するように構成された第１の圧縮機と、第１の冷媒を使用して炭化水素ストリームを冷却するように構成された１又は２以上の熱交換器の第１のアレイと、第２の冷媒回路と、第２の冷媒回路内で循環するように構成された第２の冷媒と、第２の冷媒を圧縮するように構成された第２の圧縮機と、圧縮された第２の冷媒を第１の冷媒を使用して冷却して部分的に凝縮するように構成された１又は２以上の熱交換器の第２のアレイと、部分的に凝縮された第２の冷媒を液体相と蒸気相とに分離するように構成された冷媒分離機と、部分的に凝縮された第２の冷媒の蒸気相及び液体相を使用して炭化水素ストリームを液化するように構成された１又は２以上の熱交換器の第３のアレイと、１又は２以上の熱交換器の第２のアレイ及び冷媒分離機が内部内に配置された統合された冷凍及び液化モジュールとを含む炭化水素処理プラントを提供する。
【００１２】
以上は、以下の詳細説明をより良く理解することができるように本発明の開示の特徴を広く概説したものである。追加の特徴も以下に本明細書に説明する。
【００１３】
本発明の開示のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び以下に簡潔に説明する添付の図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】公知の原理によるＬＮＧ液化処理の概略図である。
【図２】公知の原理によるＬＮＧトレインの上面図である。
【図３】開示された態様によるＬＮＧ液化処理の概略図である。
【図４】開示された態様によるＬＮＧトレインの上面図である。
【図５】開示された態様による統合された冷凍及び液化モジュールの上面図である。
【図６】開示された態様による統合された冷凍及び液化モジュールの上面図である。
【図７】開示された態様による統合された冷凍及び液化モジュールの上面図である。
【図８】開示された態様による統合された冷凍及び液化モジュールの上面図である。
【図９】公知の原理によりＬＮＧトレインを設計する方法の図である。
【００１５】
図は、単に例示であり、それによって本発明の開示の範囲を限定することを意図してないことに注意しなければならない。更に、図は、一般的に縮尺通りに描かれておらず、むしろ本発明の開示の様々な態様を示す際の便宜的及び明確化の目的のために描かれている。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の開示の原理の理解を促す目的のために、ここで図面に示す特徴を参照して特定の言語を使用してそれを以下に説明する。それにも関わらず、それによって開示の範囲の限定を意図していないことは理解されるであろう。本明細書に説明する本発明の開示の原理のあらゆる変更及び更に別の修正、及びあらゆる更に別の適用は、本発明の開示が関係する当業者に一般的に想起されるように考えられている。本発明の開示と関連がない一部の特徴は、明確にするために図面に示されていない場合があることは当業者に明らかであろう。
【００１７】
最初に、参照しやすいように、この出願に使用するある一定の用語及びこの関連で使用されるそれらの意味を列挙する。本明細書に使用される用語が以下で定義されない限り、少なくとも１つの文献又は交付済み特許に反映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。更に、本発明の技術は、全ての均等物、同義語、新しい開発、及び同じか又は類似の目的に寄与する用語又は技術は本発明の特許請求の範囲にあると考えられるので、以下に示す用語の使用によって制限されない。
【００１８】
当業者が認めるように、異なる個人は様々な名称によって同じ特徴又は構成要素を指す場合がある。本明細書は、名称だけが異なる構成要素又は特徴間で区別することを意図していない。図は、必ずしも正確な縮尺になっていない。本明細書のある一定の特徴及び構成要素は、縮尺が誇張され、又は概略形態で示される場合があり、従来の要素の一部の詳細は、明確化及び簡潔さのために示されない場合がある。本明細書に説明する図を参照する時に、簡潔性のために複数の図において同じ参照番号で参照される場合がある。以下の説明及び特許請求の範囲では、用語「含む」及び「備える」は、非限定的に使用され、従って、「含むが、それに限定されない」を意味すると解釈すべきである。
【００１９】
単数名詞は、必ずしも単に１つを意味するように限定されず、むしろ任意的に複数のそのような要素を含むように包括的かつ無制限である。
【００２０】
用語「酸性ガス」及び「酸味ガス」は、水中に溶解して酸性溶液を生成するあらゆるガスを指す。酸性ガスの非限定的な例は、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、又は二酸化硫黄（ＳＯ2）、又はその混合物を含む。
【００２１】
本明細書に使用される場合に、用語「約」、「ほぼ」、「実質的に」、及び類似の用語は、本発明の開示の主題が関連する当業者による一般的かつ受け入れられている使用と調和する広範な意味を有することを意図している。それらの用語は、説明かつ特許請求するある一定の特徴の説明をそれらの特徴の範囲を提供された数値範囲通りに限定せずに可能にすることを意図していることは、本発明の開示を精査する当業者によって理解されるはずである。従って、それらの用語は、説明する主題の非実質的又は非重要な修正又は代替が開示の範囲にあると考えられることを示すように解釈されなければならない。
【００２２】
用語「熱交換器」は、熱を１つの物質から別のものに効率的に伝達又は「交換」するように設計されたデバイスを指す。例示的熱交換器タイプは、並流又は逆流熱交換器、間接熱交換器（例えば、螺旋巻熱交換器、ろう付けアルミニウムプレートフィンタイプのようなプレートフィン熱交換器、シェル−アンド−チューブ熱交換器など）、直接接触熱交換器、又はそれらの一部の組合せなどを含む。
【００２３】
語句「ガスストリーム」、「蒸気ストリーム」、及び「液体ストリーム」は、ガス、蒸気、及び液体がそれぞれ主としてストリーム内に存在している状況を指すが、ストリーム内に同じく存在する他の相が存在する場合がある。例えば、ガスは、「液体ストリーム」に存在することもできる。一部の事例では、用語「ガスストリーム」及び「蒸気ストリーム」は、同義的に使用することができる。
【００２４】
本発明の開示は、ＬＮＧトレインのような炭化水素取り扱い及び処理プラントの標準設計及び建設のためのシステム及び方法に関する。態様では、モジュール及び／又は処理ユニット間の有意な数の接続は、単一処理モジュールに天然ガスの冷凍及び液化に関する構成要素の多く又は全てを配置することによって排除することができる。統合された冷凍及び液化モジュールは、炭化水素取り扱い及び処理プラントの作動現場とは別の製造現場で完全に又は実質的に建設され、次に、統合された冷凍及び液化モジュールが炭化水素取り扱い及び処理プラントの残余に接続される作動現場まで輸送することができる。態様では、炭化水素取り扱い及び処理プラントの残余の少なくとも一部は、製造現場で同じく組み立てられ又は製造され、作動現場に輸送されて作動現場で組み立てられて炭化水素取り扱い及び処理プラントを形成するモジュールで作られる。統合された冷凍及び液化モジュールは、炭化水素取り扱い及び処理プラントの残余のモジュールのうちの１又は２以上に接続することができる。
【００２５】
本発明の開示の図３〜図５は、公知のＬＮＧプラントレイアウトと比べたシステム及び方法の様々な態様を表示している。図３は、公知の原理によるＬＮＧ生産施設３００の概略図である。供給ガスライン３１２内の供給ガスは、プロパンのような第１の冷媒を使用して第１の冷却機３１４内で予冷される。次に、供給ガスは、混合冷媒を使用して主低温熱交換器３１６内で冷却されて液化される。液化天然ガスは、油圧タービン３１８又は類似の膨張デバイス内で膨張されてＬＮＧ貯蔵タンク３２０に貯蔵される。ボイルオフガス圧縮機３２２は、ＬＮＧ貯蔵タンク３２０を離れる／出る液化天然ガスを圧縮する。
【００２６】
第１の冷媒及び混合冷媒は、別々の冷媒ループを通って循環する。第１の冷媒ループは、１又は２以上の圧縮機３２４ａ、３２４ｂ内で圧縮され、（ａ）高温蒸気を飽和蒸気まで冷却する過熱防止装置、（ｂ）飽和蒸気を液体形態に凝縮する凝縮器内で更に処理され、かつ（ｃ）サブクーラー内で冷却される。機能（ａ）〜（ｃ）は、冷却機要素３２８によって図３に表されている。この時点で冷却されて液化された第１の冷媒は、実質的に液体形態にある。液化された第１の冷媒の第１の部分は、以前に議論したように第１の冷媒が供給ガスライン３１２内の供給ガスを予冷する第１の冷却機３１４に向けられる。液化された第１の冷媒の第２の部分は、第１の冷媒が混合冷媒を予冷する第２の冷却機３３０に向けられる。この時点で実質的に蒸気形態の第１の冷媒は、第１の冷却機３１４及び第２の冷却機３３０から圧縮機３２４ａ、３２４ｂに向けられ、第１の冷媒ループが繰り返される。
【００２７】
混合冷媒ループでは、主低温熱交換器３１６を離れる混合冷媒は、蒸気及び／又は液体状態にあり、一連の圧縮機３３２ａ、３３２ｂ、３３４ａ、３３４ｂ、及び中間及び放出冷却機３３６ａ、３３６ｂ、３３８ａ、３３８ｂ内で圧縮されて冷却される。冷却機３３８ａ、３３８ｂを出る混合冷媒は、それが第１の冷媒の第２の部分によって更に冷却される第２の冷却機３３０に向けられる。次に、混合冷媒は、混合冷媒液体ストリーム（ライン３４２内）及び混合冷媒蒸気ストリーム（ライン３４４内）に分離して出力する混合冷媒分離機３４０に向けられる。両方のライン３４２及び３４４は、混合冷媒が第１の冷却機３１４から向けられた冷やされた供給ガスを冷却して液化する主低温熱交換器３１６に向けられる。主低温熱交換器３１６を出る混合冷媒は、実質的に蒸気状態にあり、圧縮機３３２ａ、３３２ｂに向けられて混合冷媒ループを続ける。ＬＮＧ生産施設３１０では、圧縮機３２４ａ、３３２ａ、及び３３４ａは、共通シャフト３４６ａに接続され、タービンアセンブリ３４８ａによって動力を受ける。同様に、圧縮機３２４ｂ、３３２ｂ、及び３３４ｂは、共通シャフト３４６ｂに接続され、タービンアセンブリ３４８ｂによって動力を受ける。他の圧縮機及び駆動機構成も当業者に公知のように配備することができる。
【００２８】
図４は、開示された態様によるＬＮＧトレイと呼ぶことができるＬＮＧ生産施設４００のレイアウトを示している。ＬＮＧトレイン４００は、中央パイプラック４０４に沿って配置された複数の処理モジュール４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄを含む。処理モジュールの各々は、製作ヤード又は他の現場外の場所で予め組み立てられ、ＬＮＧトレインの現場に輸送され、互いに接続されて完成ＬＮＧトレインを建設することができる。処理モジュール４０２ａ〜ｄは、互いに接続され、かつ供給ガス、並びに得られる生成物及び副産物を望むように向ける複数のパイプ及び導管を通じてパイプラック内のあらゆる機能ユニットに接続される。処理モジュールは、供給ガスからＣＯ2及びＨ2Ｓ分子を下流冷凍及び液化ユニット内の凍結を防止するのに必要な非常に低いレベルまで除去する酸性ガス除去ユニット、供給ガスから水分子を下流冷凍及び液化ユニット内の凍結を防止するのに必要な非常に低いレベルまで除去する脱水ユニット、及び供給ガスからＣ6+分子を下流冷凍及び液化ユニット内の凍結を防止するのに必要なレベルよりも下まで除去する重質炭化水素捕捉（ＨＨＣ）又は重質炭化水素除去ユニットなどを含むことができる。
【００２９】
一態様では、統合された冷凍及び液化モジュール４０６は、１又は２以上の供給ガスプロパン冷却機３１４と１又は２以上の混合冷媒冷却機３３０とを含む。統合された冷凍及び液化モジュール４０６はまた、混合冷媒分離機３４０、並びに統合された冷凍及び液化モジュール４０６上又はそれらに隣接して配置することができる主低温熱交換器３１６に接続するライン３４４及び３４２を含む。フィンファン冷却機のような冷却要素の追加のアレイは、供給ガスプロパン冷却機３１４、混合冷媒冷却機３３０、及び／又は主低温熱交換器３１６と同一場所に配置することができる。これに加えて、供給ガスプロパン冷却機３１４、混合冷媒冷却機３３０、混合冷媒分離機３４０、及び／又は主低温熱交換器３１６、及び／又は他の品目に関連付けられた全てのパイプ、バルブ、計器、及び補助構成要素は、統合された冷凍及び液化モジュール４０６上又は内に置くことができる。更に、統合された冷凍及び液化モジュール４０６は、ＬＮＧの等エントロピー膨張のための１又は２以上の油圧タービン３１８、及び／又は混合冷媒の等エントロピー膨張のための１又は２以上の油圧タービンを含むことができる。図４〜図５に示す配置は、中央パイプラック２０２を通じて供給ガスプロパン冷却機１４を主低温熱交換器１６に接続するために作動現場で実施するのに以前は必要であった労働集約的パイプ接続を排除する。代わりに、供給ガスプロパン冷却機３１４を出る冷やされた供給ガスは、統合された冷凍及び液化モジュール４０６上又はそれに隣接した主低温熱交換器３１６に直接に接続される。この配置はまた、混合冷媒プロパン冷却機３０を中央パイプラック２０２を通じて混合冷媒分離機４０に接続するのに作動現場で行う必要があるパイプ接続を排除する。代わりに、混合冷媒プロパン冷却機３３０を出る混合冷媒は、統合された冷凍及び液化モジュール４０６上に混合冷媒プロパン冷却機３０と同一場所に配置された高圧混合冷媒分離機３４０に直接に接続される。
【００３０】
図６〜図８は、統合された冷凍及び液化モジュールのための様々な代替配置を示す本発明の開示の追加の態様を描いている。図６は、供給ガスプロパン冷却機６１４が個別のモジュール６０７上に装着された統合された冷凍及び液化モジュール６０６を示している。この態様は、公知の配置と比較して作動現場で行われる必要があるより少ない接続を依然としてもたらすが、この態様は、図４〜図５に開示する配置よりも効率が悪い。図６はまた、主低温熱交換器６１６を統合された冷凍及び液化モジュール６０６に取り付けることができる方法を示している。そのような取り付けは、作動現場で又は作動現場とは別の製造現場で行うことができる。図７は、統合された冷凍及び液化モジュール７０６上に含めることができるＬＮＧトレインの追加の構成要素を示している。スクラブ円柱７６０は、主低温熱交換器７１６内の液化の前に供給ガスから重質炭化水素成分を除去するために設置することができる。プロパン畜圧器７６２は、凝縮プロパン冷媒のためのバッファストレージとして使用されるように設置することができる。冷却機要素３３０によって表される１又は２以上の機能を実施することができるプロパンサブクーラー熱交換器７６４も、統合された冷凍及び液化モジュール７０６上に設置することができる。それらの追加の構成要素の一部又は全ては、あらゆる組合せでそこに含めることができる。更に、統合された冷凍及び液化モジュール上へのこれらの追加構成要素を含む構成要素の配置は、そこの構成要素間のパイプの量を最小にするように行うことができ、図に示すような構成要素の配置は、そのような配置の例に過ぎない。図８は、混合冷媒分離機８４０が混合冷媒冷却機８３０と統合されるか又は密接に接続された統合された冷凍及び液化モジュール８０６を示している。態様では、混合冷媒冷却機８３０及び混合冷媒分離機８４０を接続するパイプの長さは、１０メートル未満である。本明細書に説明するような混合冷媒冷却機８３０及び混合冷媒分離機８４０の統合又は同一場所配置は、これらの２つの構成要素が典型的に別々のモジュールに、更に中央パイプラックの両側にさえも配置される公知のＬＮＧプラント設計と比べて、ＬＮＧプラント設計において実質的なコスト節減及び低減をもたらす。
【００３１】
開示された態様の利点は、作動現場で行うのに必要な接続の数の減少、処理モジュールの総数の減少、及びそれに関連付けられたコスト節減である。追加の利益は、図４〜図８に示す再構成レイアウトに関連付けられたスケジュール及び物流相乗効果、並びに作動現場ではなく製造現場で冷凍及び液化処理システムのより多くの事前試運転を行う機会によって実現される。
【００３２】
図９は、開示された態様による統合された冷凍及び液化モジュールを使用して天然ガスを処理して液化天然ガス（ＬＮＧ）を生成する方法９００を示している。段階９０２では、天然ガスは、第１の冷媒回路からの第１の冷媒を使用して１又は２以上の熱交換器の第１のアレイ内で冷却され、第１の冷媒は、第１の圧縮機内で圧縮される。段階９０４では、第２の冷媒回路からの第２の冷媒は、第２の圧縮機内で圧縮される。段階９０６では、圧縮された第２の冷媒は、統合された冷凍及び液化モジュール内に配置された１又は２以上の熱交換器の第２のアレイ内で第１の冷媒を使用して冷却されて部分的に凝縮される。段階９０８では、部分的に凝縮された第２の冷媒は、統合された冷凍及び液化モジュール内に配置された冷媒分離機を使用して液体相及び蒸気相に分離される。段階９１０では、天然ガスは、部分的に凝縮された第２の冷媒の蒸気相及び液体相を使用して１又は２以上の熱交換器の第３のアレイ内で液化されてＬＮＧを生成する。
【００３３】
図９に示す段階は、例示目的のためだけに提供されており、特定の段階は、本発明の方法を実施するのに必要でない場合がある。更に、図９は、実施することができる全ての段階を示しているとは限らない。特許請求の範囲及び特許請求の範囲だけが、本発明のシステム及び方法を定めるものである。
【００３４】
開示した態様は、炭化水素管理活動に使用することができる。本明細書に使用される場合に、「炭化水素管理」又は「炭化水素を管理する」は、炭化水素抽出、炭化水素生産、炭化水素探査、潜在的炭化水素資源の識別、井戸場所の識別、井戸注入及び／又は抽出速度の決定、リザーバ接続性の識別、炭化水素資源の取得、遺棄、及び／又は放棄、以前の炭化水素管理決定の精査、及びあらゆる他の炭化水素関連行為又は活動を含む。リザーバ評価、開発計画、及びリザーバ管理のような用語「炭化水素管理」はまた、炭化水素又はＣＯ2の注入又は貯蔵、例えば、ＣＯ2の隔離に使用される。開示した方法及び技術は、地下領域からの炭化水素の抽出及び／又は炭化水素の処理に使用することができる。炭化水素及び汚染物質は、リザーバから抽出されて処理することができる。炭化水素及び汚染物質は、本明細書に説明するように例えばＬＮＧプラント内で処理することができる。他の炭化水素抽出活動、及びより一般的に他の炭化水素管理活動は、公知の原理に従って実施することができる。
【００３５】
以上の開示に対する多くの変更、修正、及び置換を本発明の開示の範囲から逸脱することなく行うことができることを理解しなければならない。以上の説明は、従って、本発明の開示の範囲を限定することを意味しない。むしろ本発明の開示の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によってのみ決定されるものとする。本発明の例における構造及び特徴は、変更され、再配置され、置換され、削除され、複製され、組み合わされ、又は互いに追加することができることも考えられている。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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