(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却流体の混合物を用いる少なくとも１つの冷却サイクルにおける加圧された天然ガスを液化する方法において、該方法が下記の各段階、すなわち
ａ）上記冷却流体の混合物を圧縮し、そして外部冷却流体を用いて冷却することにより該冷却流体の混合物を少なくとも部分的に凝縮させて少なくとも１つの蒸気フラクションと少なくとも１つの液体フラクションとを得る段階、
ｂ）分離器の中で該少なくとも１つの蒸気フラクションを該少なくとも１つの液体フラクションから分離する段階、
ｃ）個々の膨脹装置の中で該蒸気フラクションと該液体フラクションの各々を別々に膨脹させて主として蒸気相よりなる軽質流体Ｍ１と主として液相よりなる重質流体Ｍ２とを作り出し、その際該蒸気フラクションの少なくとも１部分は該分離器から直接膨脹装置に供給され、そして該液体フラクションから分離された後直接膨脹され、流体Ｍ１および流体Ｍ２の少なくとも若干を混合して低温混合物を得る段階、そして
ｄ）該低温混合物との熱交換の過程によって該加圧された天然ガスを液化しかつ過冷却する段階
よりなることを特徴とする加圧された天然ガスを液化する方法。
【請求項２】
段階ａ）における部分的凝縮の後で上記冷却流体の混合物を蒸留セクションへ供給して軽質成分に富んだフラクションＭ１と重質成分に富んだフラクションＭ２とを得ることを特徴とする、請求の範囲１に記載の天然ガスの液化方法。
【請求項３】
上記蒸気フラクションを段階ｃ）においてタービンを用いて膨脹させ、そしてその機械的な膨脹エネルギーの少なくとも或る割合を回収することを特徴とする、請求の範囲１又は２に記載の天然ガスの液化方法。
【請求項４】
段階ｄ）における天然ガスとの熱交換の結果として作り出された冷却用混合物を段階ａ）へ再循環させてこの間にこの冷却用混合物を圧縮することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の天然ガスの液化方法。
【請求項５】
混合物Ｍ２を冷却する少なくとも１つの追加的段階を、これが混合物Ｍ１と混合されるに先立って実施することを特徴とする、請求項１又は２に記載の天然ガスの液化方法。
【請求項６】
混合物Ｍ２及び／又はこの混合物の部分的凝縮によって作り出された液体フラクション及び／又は蒸気フラクション及び／又は天然ガスを冷却する少なくとも１つの追加的段階を実施することを特徴とする、請求項１又は２に記載の天然ガスの液化方法。
【請求項７】
冷却用流体として、１と５との間の炭素原子数及び好ましくはモル分率で少なくとも１０％の窒素を有する、窒素と炭化水素との含まれた流体を用いることを特徴とする、請求項１又は２に記載の天然ガスの液化方法。
【請求項８】
冷却用混合物を段階ａ）の間に圧縮機吸込部において少なくとも200kPaに等しい圧力レベルで使用することを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の天然ガスの液化方法。
【請求項９】
混合物Ｍ１がモル分率で１０％よりも少ない液体フラクションを含むことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の天然ガスの液化方法。
【請求項１０】
天然ガスがメタン以外の炭化水素及び／又は窒素及び／又はヘリウムを含んでいる場合に、上記各構成成分の少なくとも若干が蒸発及び／又は蒸留によって分離されることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の天然ガスの液化方法。
【請求項１１】
圧縮された天然ガスを過冷却された液体状態においてタービンの中で少なくとも部分的に大気圧に近い圧力まで膨脹させて液化天然ガスを作り出し、次いでこれを輸出することを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の天然ガスの液化方法。
【請求項１２】
冷却用混合物を少なくとも部分的に凝縮させるための、少なくとも１つの凝縮器（Ｃ１）に操作的に接続している少なくとも１つの圧縮機（Ｋ１）を有する第１装置と、該第１装置中での部分的凝縮によってもたらされる蒸気フラクションと液体フラクションを分離するため該第１装置のアウトプットに操作的に接続している分離器（Ｓ１）と、該蒸気フラクションの少なくとも１部分を直接膨脹させるために分離器（Ｓ１）の蒸気フラクションアウトプットに直接接続した第１膨脹装置（Ｔ１）と、該液体フラクションを膨脹させるために分離器（Ｓ１）の液体フラクションアウトプットに操作的に接続している第２膨脹装置（Ｖ１）よりなる冷却用混合物を用いて流体を冷却するための、中でも天然ガスを液化するための設備であって、第１膨脹装置（Ｔ１）と第２膨脹装置（Ｖ１）のアウトプットは操作的に接続していて膨脹した蒸気フラクションと液体フラクションの混合物を提供しており、かつ該設備が少なくとも１つの装置（Ｅ１）を含んでいて、その装置の中で膨脹した液体フラクションと蒸気フラクションの混合物がその冷却されるべき流体と熱的に接触するようになっていることを特徴とする、流体を冷却するための設備。
【請求項１３】
蒸気フラクションを膨脹させる該第１膨脹装置（Ｔ１）及び／又は第２膨脹装置（Ｖ１）がタービンであることを特徴とする、請求項１２に記載の設備。
【請求項１４】
該膨脹した液体及び／又は各蒸気フラクション、天然ガス又は冷却用混合物を冷却するための追加の装置を有することを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
天然ガスの液化は、メタンタンカーにより長距離にわたり輸送し、又は液体の形で貯蔵することを可能にする重要な工業的過程である。
通常用いられる方法では「天然ガス」はこの天然ガスを種々の交換器を通過させ、そしてそれを外部冷却サイクルによって冷却することにより液化される。米国特許US 3,735,600号及びUS 3,433,026号は液化方法を記述しているが、その方法の間にガスを１つ又はいくつかの熱交換器を通して供給して液化を作り出す。「天然ガス」の語はここでは、それが現われる形（ガス相、液相又は２相）に関係なく、大部分がメタンより形成されているけれども他の炭化水素類及び窒素をも含んでいることができる混合物を示すために用いられる。天然ガスは殆どがガス状の形で現われ、そしてこのものの液化過程の間における圧力及び温度の値は、これが、例えば或る与えられた時点において液相とガス相とが一緒に生ずるように異なった形態で存在するようなものである。
そのような方法の１部として、いくつかの流体の混合物を冷却用流体として用いて外部冷却サイクルが行なわれる。蒸発に際してそのような混合物は冷却されてその加圧された天然ガスを液化させるのに適当である。蒸発の後でその混合物は圧縮され、そしてて周囲の、例えば水又は空気のような媒体との熱交換の過程によって凝縮される。
加えて、冷却用混合物を利用するそれらの方法の殆どにおいて分離器から出てくる蒸気フラクションはカスケード効果を採用することによって液化され、それによりその冷却用混合物を部分的に凝縮させるために実施される各段階のそれぞれによって作り出された、次第に益々軽くなる各液体フラクションがその天然ガスを冷却するのに用いられ、そしてその蒸気フラクションを凝縮させる連続的な各段階において要求される冷却手段を与える。
そのような各方法は複雑であり、そして大きな交換面積を必要とする。それらはまた高い圧縮容量をも必要とし、従って高い資本投資を必要とする。
従来技術は窒素のような永久ガスを圧縮及び膨張させることにより行なわれる方法も記述している。これらの方法は設計が単純であると言う特別な利点を有する。しかしながらそれらの実行は制限され、そしてその結果それらは工業的規模での天然ガス液化に特別には適していない。
或る冷却用混合物をそのサイクルの間にこれを完全に凝縮させることなく用いることにより、そしてその混合物が冷却されたときにその最終段階の代わりに、その混合物を凝縮させる最初の段階から作り出された蒸気相を膨張させ、そしてこれを、膨張させた液体フラクションと混合して、例えば接触及び熱交換によって天然ガスを液化するのに用いることのできる冷却用混合物を得る過程と置き換えることにより、これは本発明の目的の１つであるが、液化過程、特に天然ガスを液化するのに用いられる過程の設計を単純化できることが見出された。
その膨張させた液体フラクションを膨張させた蒸気フラクションと混合することによって、液体フラクションがそのサイクルの低い圧力水準において蒸発を開始するときの温度を低下させることができる。
従来技術と異なって、その蒸気フラクションは完全に凝縮されるのではなくて部分的にのみ凝縮されるのであり、従ってそのサイクルの最も低い温度においてこれは可変の比率の蒸気フラクションと液体フラクションとよりなる混合物の形態を取る。
この方法は、タービンを通してその蒸気相を膨張させ、その機械的な膨張動力を回収することによって最適化させることができる。
本発明は、種々の冷却用流体の混合物を用いる冷却サイクルよりなり、その間に下記の各段階が実施される加圧された天然ガスを液化する方法に関する：
ａ）上記冷却用混合物を圧縮し、そして例えば外部冷却液体を用いて冷却することにより、これを少なくとも部分的に凝縮させて少なくとも１つの蒸気フラクションと１つの液体フラクションとを得、
ｂ）上記蒸気フラクションと液体フラクションとのそれぞれの少なくとも若干を別個に膨張させて主として蒸気相よりなる軽質流体M1と主として液相よりなる重質流体M2とをそれぞれ得、
ｃ）流体M1とM2との少なくとも若干を混合して低温混合物を得、その際この混合物は天然ガスとの熱交換の過程を通過するに先立って形成され、そして
ｄ）加圧された天然ガスを、段階ｃ）において得られた低温混合物との熱交換の過程によって液化し、かつ過冷却する。
段階ａ）の間の部分的凝縮の後に、その冷却用混合物は軽い成分に富むフラクションM1と、重い成分に富むフラクションM2を得るために蒸留セクションに供給されることができる。
有利にはその蒸気フラクションは段階ｂ）においてタービンを用いて膨張させることができ、そしてその機械的なエネルギーの少なくとも若干をそのようにして回収することができる。
その段階ｄ）における天然カスとの熱交換の過程からもたらされる冷却用混合物は段階ａ）へ再循環させることができ、この段階においてその冷却用混合物は圧縮される。
具体例の１つによれば、混合物M2を冷却する少なくとも１つの追加的な段階がこれを混合物M1と混合するに先立って実施される。
その冷却用混合物の部分的凝縮からもたらされる蒸気フラクションを膨張させることにより作り出された混合物M1は、例えばその冷却用混合物の部分的凝縮からもたらされた過冷却された液体フラクションの膨張によって作り出されたフラクションと混合されるに先立って天然ガスとの熱交換の過程を受ける。
この冷却用混合物は少なくとも２つの段階において圧縮されることもでき、それらの間で、例えば水又は空気のような入手可能な外部冷却流体を用いて熱交換冷却過程が実施される。
その冷却用混合物及び／又はこの混合物の部分的凝縮よりもたらされる液体フラクション及び／又は蒸気フラクションを冷却する少なくとも１つの追加的段階を実施するのが有利であり、そのために例えば外部冷却用流体を用いることができる。
この場合に、その混合物の部分的凝縮よりもたらされる液体フラクションは、例えばその膨張させた各フラクションを混合したときに作り出される低温混合物との熱交換の過程によって過冷却された後で膨張させる。
これはまた過冷却し、膨張させ、そしてその再循環されたフラクションからの膨張したフラクションと混合してその混合物との熱交換のために使用することもでき、それにより、その圧縮段階からもたらされる混合物を冷却するための追加的な段階と天然ガスのための冷却の最初の段階とのための容量が提供される。
その液体フラクションは好ましくは例えばそのサイクルの最後の低い圧力におけるこのものの蒸発温度以下の温度まで過冷却される。
もう１つのやり方は、その液体フラクションを冷却された天然ガスとの熱交換の連続的各段階に対応する種々異なった温度水準においてその液体フラクションを冷却し、膨張させ、そして混合することである。
本発明の方法の実施のもう１つの態様によれば、入手できる外部冷却用流体、すなわち水又は空気、を用いての圧縮及び冷却の段階において作り出された混合物の蒸気フラクションのための追加的な冷却段階と、及びその加圧された天然ガスのための冷却の最初の段階とを提供するためにその液体フラクションを過冷却し、膨張させ、そして蒸発させるが、その際その再循環された蒸気フラクションからの膨張させたフラクションは、例えばそのサイクルの低い圧力と高い圧力との間の中間の圧力水準まで圧縮され、そしてその液体フラクションの蒸発の間に作り出されたフラクションと混合され、その際このフラクションは予め上記の中間圧力水準まで圧縮しておき、そしてその得られた混合物をそのサイクルの高い圧力まで圧縮する。
例えば或る冷却用混合物を用いて最初の冷却サイクルを行なうことによって、その部分的な凝縮段階により作り出された混合物の少なくとも若干のための或る追加的な冷却の段階と、及びその加圧された天然ガスのための最初の冷却段階とを実施することも可能である。
天然ガスを冷却するために追加的な段階を採用することもできる。
蒸気フラクションは圧力のもとに冷却することによる少なくとも２つの引き続いた部分的凝縮段階を受けさせることができ、その際これらの段階のそれぞれによって作り出された蒸気フラクションを分離し、そして次の段階へ送り出し、その際部分的凝縮の最終段階からの蒸気フラクションはタービンの中で少なくとも部分的に膨張させて、これから、好ましくは例えばその機械的膨張エネルギーの少なくとも若干を回収し、そして次にこれを、前に既に膨張させた液体フラクションの少なくとも１つと混合してその加圧された天然ガスとの熱交換のための低温混合物を作り出す。
１と５との間の範囲の炭素原子数を有し、そして好ましくはモル分率で少なくとも10％の窒素を含む、窒素と炭化水素とが含まれた流体をその冷却用混合物として使用することができる。
この過程において用いられる冷却用混合物は、段階ａ）における圧縮機吸込み部において少なくとも200 kPaの圧力のものである。
混合物M1はモル分率で例えば少なくとも10％の液体フラクションを有する。
天然ガスがメタン以外に種々の炭化水素を含んでいる場合にはこれらの炭化水素は、例えばその加圧された天然ガスを冷却する最初の段階の最後において凝縮及び／又は蒸留によって少なくとも部分的に分離することができる。
同じことは窒素及び／又はヘリウムを含む天然ガスに当てはまり、そしてこれらの成分は蒸発及び／又は蒸留により少なくとも部分的に分離することができ、その際上記蒸発は冷却されて加圧された天然ガスの液体状態における追加的な冷却をもたらす。
その過冷却された液体の状態の加圧された天然ガスは、例えばタービンの中で少なくとも部分的に、大気圧に近い圧力まで膨張させて液化した天然ガスを作り出し、これが次に輸出される。
本発明はまた、流体を冷却するための、中でも冷却用混合物を用いて天然ガスを液化させるための設備にも関する。これはその冷却用混合物を凝縮させるための、少なくとも１つの圧縮機K1と１つの凝縮器C1とを有する第１装置、この第１装置の中で作り出された蒸気フラクションと液体フラクションとを分離することを可能にする装置S1、それら分離された液体フラクションと蒸気フラクションとをそれぞれ膨張させることを許容する各装置T1及びV1、及びその膨張させた液体フラクションと蒸気フラクションとの混合物を、その液化されるべき天然ガスのような冷却しようとする流体と熱的に接触させる、熱交換器のような少なくとも１つの装置E1を含むことを特徴とする。
蒸気フラクションを膨張させるための装置T1及び／又は膨張装置V1はタービンであり、従ってその機械的エネルギーの少なくとも若干を回収することができる。
実用的方法の１つによれば、その設備はその膨張させた液体フラクション及び／又は蒸気フラクション、天然ガス又は冷却用混合物のための追加的な冷却装置を有する。
従って本発明は従来技術において一般に用いられる種々の方法に比して多くの利点を有する。
その蒸気フラクションの部分的凝縮に続く単純な膨張は、完全な冷却が起こってその蒸気フラクションの完全な液化に導くようなそれよりも容易であって、かつより経済的な方法である。
その冷却用混合物を凝縮させる最初の段階から作り出される液体フラクションと蒸気フラクションとは別個に膨張させ、そして膨張の後で混合して以下において低温冷却用混合物と呼ぶ冷却用混合物を作り出し、その液体フラクションが蒸発する温度を低下させることを許容する。
加えて、その機械的エルネギーはタービンを用いることによって回収することができる。
本発明は以下にあげる添付の図面により説明されている非制限的ないくつかの例の記述からより容易に理解され、またその種々の利点がより明らかになるであろう。
○第１図は、従来技術において記述され、そして予備冷却サイクルを採用している冷却サイクルの例を図式的に示し、
○第２図は、冷却及び凝縮の操作の間にその混合物が得られる本発明に従う天然ガスの液化に用いられるサイクルの運転系統図であり、
○第３図は、その混合物が蒸留操作の間に作り出された各流体から得られる、もう１つの具体例を示し、
○第４、５、６及び７図は、この方法において用いられる少なくとも１つの流体を冷却するための追加的な段階を採用する各変形態様を示し、
○第８及び９図は、その膨張させた蒸気フラクションをその膨張させた液体フラクションと混合するに先立って冷却する各具体例を示し、
○第１０図は、その蒸気フラクションをいくつかの段階にわたって部分的に凝縮させる具体例の１例を示し、そして
○第１１図は、本発明の方法がどのように実施されるかを示す。
従来技術によって天然ガスを液化するのに用いられる操作系が第１図に簡単に示されている。
この液化方法は主冷却サイクルにおいて用いられる混合物を凝縮させるのを可能にする。或る流体の混合物をこれら２つのサイクルにおいて用いいており、これが蒸発に際してその加圧された天然ガスを液化させる。蒸発の後でこの混合物を圧縮し、そして、水であれ空気であれ入手可能な周囲の媒質との熱交換の過程によって凝縮させ、そして殆どの場合に新しい液化段階へ再循環させる。
以下に記述する本発明の基本的な原理は、冷却用混合物を凝縮させる第１段階の間に作り出された蒸気フラクションを単純な膨張によって冷却することにより、そしてこの部分的に凝縮させた蒸気フラクションを、既に同じく膨張させた第１凝縮段階からの液態フラクションと混合して低温冷却用混合物を得ることによって、或る流体を冷却し、そして中でも、例えば加圧された天然ガスを液化することにある。この混合物は、例えば加圧された天然ガスが液化され、そして熱交換間に過冷却されることをもたらす。
本発明のより明瞭な理解をもたらすために、以下に記述する方法を加圧された天然ガスの液化に適用し、そして第２図を参照する。
液化されるべき加圧された天然ガスは管１によって交換器E1へ送り込まれ、そしてこの交換器から液化した後で管２を介して出てゆく。
この方法において用いられる冷却用混合物はまず最初圧縮機K1の中で圧縮され、次いで管３を経て凝縮器C1へ供給され、この中でこれは例えば水や空気のような外部冷却流体により冷却され、そして少なくとも部分的に凝縮される。この凝縮の後で得られる２相混合物は、管４を介して分離室S1へ送り込まれる。分離の後でその蒸気フラクションは例えば、好ましくはこの分離器S1の上方の部分に配置された管５を通して抜き出され、そしてタービンT1のような膨張装置の中へ供給される。この膨張過程はその蒸気フラクションが、好ましくはその最終的に作り出される天然ガスの温度に本質的に近い、例えば115°Kの領域の温度に冷却されることをもたらす。この膨張させて冷却させた蒸気フラクションは流体M1の形態にあり、これは主として蒸気相よりなっていて軽質流体として知られており、そしてこれは管９を通して供給されて下に記述する態様でその液体フラクションと混合される。
その機械的な膨張エネルギーは有利には少なくとも部分的に回収されて圧縮機K1を駆動するのに用いることができる。
その液体フラクションは、例えば分離器S1の下方の部分の中に配置され、かつ交換器E1に連結されている管６を経て出て行く。この液体フラクションは交換器E1の中で過冷却され、そしてここからこれは管７を介して排出された後で膨張弁V1を通して膨張させ、そして膨張した後で管８を通して供給される。その膨張させた液体フラクションは主として液相よりなる流体M2又は重質流体の形態にあり、これは管８を介して排出される。
管９からの流体M1は管８からの流体M2と混合されて低温冷却用混合物を形成し、このものの温度は作り出される液化天然ガスの最終温度に近い。この混合物の温度は液体フラクションM2の同じ圧力における蒸発温度以下である。
この低温冷却用混合物は交換器E1へ送り込まれ、ここでこれは熱交換の過程によってその加圧された天然ガスを冷却し、そしてその液体フラクションを過冷却するのに用いられる。
このような条件のもとでその冷却用混合物はこのサイクルを通じて少なくとも或る程度まで蒸気状態に留まる。
しかしながらこの蒸気フラクションを、例えば第２図に示すようにこの蒸気フラクションの１部を管５’を介して交換器E1へ供給することによって完全に凝縮させることが可能である。この交換器へ供給される蒸気フラクションの割合は、例えば流量制御弁によって制御することができる。
この液化段階の間にその混合物の中の液体フラクションは蒸発され、そしてその得られた蒸気混合物は、例えば管11を介して圧縮機K1へ再循環される。交換器E1へ流入する天然ガスの、そして場合によってはいずれかの液体フラクション又は蒸気フラクションの温度は、例えばそれら２つの流体M1及びM2を混合することによって得られる温度に本質的に近い温度まで冷却される。
交換器E1から管２を介して、液化されて圧力のもとで出てくる天然ガスは膨張弁V2を通って、例えば大気圧に本質的に近い圧力値に膨張し、そして次に、例えば貯蔵タンク及び／又は配送部へ排出される。
交換器E1の中で熱交換過程の最後に作り出された混合物は排出されて次に管11を介して圧縮機K1へ再循環される。これは例えば圧縮され、そして次いで水又は空気のような入手可能な外部冷却流体との熱交換の過程によって冷却される。
この低温冷却用混合物はまた、分離器室S1から出てゆく液体フラクションを過冷却するのにも用いることができ、その際この後者はこの場合に、このサイクルの低い圧力水準に実質的に等しい圧力値においてその蒸発温度以下の温度まで冷却される。このような条件のもとで、その膨張弁を通してのこのものの膨張は蒸発を引き起こさず、これが非可逆的であってもよいいかなる機械的な現象も制限し、そしてこの冷却サイクルの能率を改善する。
本発明の方法がどのように実施されるかの単純化されたこの変形態様はその本質的諸特徴の若干、特にこの方法の単純化した設計を説明するのに用いられ、その際、従来技術においてはその蒸気フラクションが通常完全に凝縮される段階が、蒸気相において実施されてなんらの、又は少ない量の液相しか作り出されないタービンの中での膨張の単純な過程によって少なくとも部分的に置き換えられている。
しかしながら蒸気フラクションの１部は、従来技術の種々の公知の方法によって冷却され、凝縮されることができ、そのようにして得られた液体フラクションは膨張させ、そしてM1及びM2の両フラクションと混合されて低温混合物が作り出され、これが熱交換の過程によって加圧された天然ガスが液化され、かつ過冷却されることを可能にする。
これは種々の利点をもたらし、そして中でも冷却用混合物の中での窒素のような軽い成分の比較的高い割合を用いる選択態様を与える。実際に、その混合物の或るフラクションはそのサイクルの間中その蒸気相に一定的に留まり、これがその圧縮機吸込部における比較的高い圧力、好ましくは200 kPaに等しいか又はそれよりも高い圧力水準において操作することを可能にし、それによって圧縮機の大きさを減少させ、そして可能な圧力損失の発生を制限する。
加えて、作り出された冷却用動力の重大な割合が冷却用混合物を完全に液化させるのに使用される必要がないので、そのサイクルの能率及び総合効率が改善される。
従って本発明の方法の実施形態の１つは、下記の各段階を続けることである：
ａ）上記冷却用混合物の少なくとも１部を圧縮し、そして冷却することによりこれを凝縮させて少なくとも１つの蒸気フラクションと１つの液体フラクションとを得、
ｂ）上記蒸気フラクションと液体フラクションとのそれぞれの少なくとも若干を別個に膨張させて主として蒸気相よりなる軽質流体M1と主として液相よりなる重質流体M2とを得、
ｃ）流体M1とM2との少なくとも若干を混合して低温混合物を得、そして
ｄ）加圧された天然ガスを、段階ｃ）において得られた低温混合物との熱交換の過程によって液化し、かつ過冷却し、その際その液体フラクションは熱交換の間に蒸発され、そしてその熱交換によって作り出された蒸気フラクションは例えばその圧縮機へ再循環される。
第２図を参照して上に記述した例においては、流体M1及びM2は最初の混合物を単純に冷却して部分的に凝縮させることにより得られ、その際その作り出される２つの相は重力によって分離される。
第３図は冷却用混合物が、例えば第２図と関連して記述した段階、例えば蒸留段階、のそれよりも前進したステージにより得られる２つの流体から形成される本発明の方法の好ましい具体例を説明する。
有利には、その蒸留段階の後で、軽質の各成分に富んだ軽質流体M1が得られて、それにより、それら膨張させた流体M1及びM2を混合した後で、流体M1は、もし流体M2が存在していないときにそれが有するであろう蒸発温度よりも著しく低い初期蒸発温度にある。
これは例えば次のような態様で行なわれる。
蒸気相にある加圧された冷却用混合物は管61を介して交換器E61へ供給され、ここでこのものは、管69を介して供給され、そして管70を介して排出される天然ガスとともに同時的に最初の冷却段階を受ける。その部分的に凝縮させた冷却用混合物は管62を介して交換器E61から出てゆく。これは次いで蒸留部D60に供給される。軽質流体M1はこの蒸留部の出口から管63を介して抜き出され、そして重質の流体M2は管65を介して排出される。この流体M2は交換器E62の中で過冷却され、ここからこれは管66を介して排出され、そして膨張弁V61を通って膨張する。流体M1はタービンT60の中での膨張により膨張し、かつ冷却し、そしてここからこれは管64を通って排出される。このものは次に、弁V61を通って膨張してしまって管67を通って供給される流体M2と混合される。これは低温冷却用混合物を作り出し、このものは管68を介して交換器E62へ供給され、そして管74によってそこから排出される。従ってこれは交換器E62の中で混合物M2を過冷却させ、そして天然ガスを液化し、そして過冷却させることができるが、これは分離器S1の中でその凝縮可能な炭化水素類を分離した後で管71を介して交換器E62へ供給され、ここからこれは加圧された液体として管72を介して排出される。この加圧された液体を膨張弁V62を通して膨張させることによりＬＮＧが作り出されるが、このものは次に管73を介して排出される。
下記の例及び図面は、蒸留によるフラクショネーションによって作り出された２つの流体M1とM2とからどのようにして低温混合物を得ることができるかを示す。
冷却用流体は交換器E61へ管61を介して+60℃の温度及び絶対気圧40バールにおいて供給される。このもののモル組成は次のとおりである：
C1：0.45
N2：0.45
C2：0.05
C3：0.05
これは交換器E61から管62を経て-36°の温度及び40バール（絶対）の圧力において出てゆき、そして蒸留塔D60へ供給され、ここでこれは管63を介して排出されるガス状留出物M1と管65を介して排出される残渣M2とに分離され、その際このものの組成は次のとおりである：
0003965444.tif 000002
200モル／時間の装入量についての実際の組成は、例えば次のようである：すなわち留出物の量は本質的に100モル／時間であり、そして残渣量は100モル／時間である。
管63からのガス状留出物M1は膨張タービンT60により３バールの圧力まで膨張する。80％の等エントロピー出カを有するタービンについてはその出口温度は-140℃であり、そしてその液体フラクションは０％である。この流体M1はこのタービンから交換器E62へ管64を介して供給される。
蒸留プロセスから得られ、かつ抜き出される液状残渣M2は、管65を介して交換器E62に供給され、ここからこれは管66を介して-85°の温度で排出される。これは弁V61を通って３バールの圧力まで膨張してそれにより、温度を例えは等エンタルピー膨張により本質的に-140℃にした流体M2が得られ、このものは管67を介して排出される。
それら２つの膨張させた流体M1とM2とは次にそれら２つの管64と67とを連結する管68の中で混合されて低温冷却用混合物を形成し、このものはその液化過程の段階ａ）のために使用することができる。それら２つの流体が混合されたときにその重い流体の重質の各成分は軽い流体の軽質の各成分との接触に際して蒸発し、この蒸発が温度の低下をもたらす。この例においては、それら膨張させた流体M1及びM2から得られた混合物は管６８の中で-151℃の温度にあり、これは11℃の温度落差に相当する。
この低温混合物は、例えば交換器E62の中で天然ガスの最終的な液化及び冷却の過程のため、および上述の段階の間に交換器61においてそれらの予冷のために使用される。
液化されるべき天然ガスは管69を介して例えば40℃の温度で交換器61に入り、交換器62からの冷却用混合物により約-36℃まで冷却される。これは次に管70を介してフラクショネーションデバイスS60に供給され、ここで重いフラクションはこれから除かれる。
このフラクショネーション段階の後に、メタン、窒素及び／又はエタンが大部分になった軽いフラクションは、管71を介して交換器E62に供給される。この交換器内でこの軽いフラクションは凝縮され、管68を介して温度-151℃でこの軽いフラクションと向流で供給され、管74を介して実質的に-40℃で交換器を去る低温冷却用混合物によって、-148℃の温度まで冷却される。
凝縮されそして冷却された軽いフラクションは、液相で管72を介して抜き出され、弁62を通って大気より僅かに高い圧力まで膨張する、この圧力は-160℃の温度に対応する。得られた生成物は液体天然ガス（LNG）で管73を介して排出される。
-40℃の温度で、管74を介して交換器を去る冷却混合物は交換器E61に供給され、ここで例えば、上述のように、天然ガスの予冷に使われる。この混合物はこの交換器から管75を介して35℃の温度で、例えば再圧縮のために排出され、それから、管61を介してその交換器E61に再循環される前に、周囲の温度にまで冷却される。
以下に説明する第４ないし７図は、例えば外部流体を用いる冷却段階の間に作り出される混合物又はそれら液体フラクション又は蒸気フラクションの１つについて、或はまた、天然ガスについて実施される、例えば追加的な冷却段階を採用しての、圧縮機C1からの液体フラクション及び蒸気フラクション並びに天然ガスを処理する方法のそれぞれの変形態様を示す。
第３図を参照して説明する本発明の方法の好ましい態様の１つは、その冷却用混合物の少なくとも若干を空気又は水のような外部冷却流体の温度以下の温度に継続的に凝縮させることである。
冷却用混合物はその凝縮器から管12を経て追加的な交換器E2へ供給されてここでこれは冷却される。冷却されたならばこの冷却用混合物は管４を介して分離器室S1へ供給され、ここでこれは次に、第２図を参照して上に記述した態様で処理される。
この追加的な冷却段階は、管11を介して供給されている交換器E1から再循環された、例えば２つの交換器E1及びE2を通過して管11を介して供給される冷却用混合物との熱交換の過程によって少なくとも部分的に実施することができる。
追加的な交換器E2は、その加圧された天然ガスが例えばこれが管13を介して交換器E1へ供給されてここで第２冷却段階を受けるに先立って、第１冷却段階において冷却されることを許容する。天然ガスは加圧された液体の形でこの交換器E1から出て行き、そして次に弁V2を通って膨張して放出される。
本発明のもう１つの具体例に従えば、管15を介して交換器E2へ進入し、そしてこの交換器を管16を介して出てゆく冷却用流体を用いての熱交換によって追加的な冷却段階を提供することができる。
中でも、冷却用混合物の液体フラクションの少なくとも若干を蒸発させることによってその要求される余分な冷却容量を提供することが可能である。
第４図は、交換器E2を通過する流体が冷却用混合物からもたらされる少なくとも１つの液体フラクションを蒸発させることによって作り出される第１の具体例を示す。
少なくとも部分的に凝縮される冷却用混合物は凝縮器C1から分離器室S3へ供給される。分離の後でその蒸気フラクションは、例えば管17を介して交換器E2へ供給される。
その液体フラクションは管18を介して室S3から抜き出されて交換器E2へ供給され、ここからこれは過冷却されて管19を介して抜き出される。この過冷却された液体フラクションは膨張弁V3を通って膨張し、そして交換器E2へ管20を経て戻される。その膨張させた液体フラクションは交換器E1から再循環された蒸気混合物と混合され、次いでこの混合物は交換器E2へ再循環して戻される。
この型の混合物は液体フラクションを過冷却し、交換器E2へ進入する蒸気フラクションを冷却し、そして可能ならば最初の冷却段階における天然ガスを冷却するのに用いることができる。このようにして予備冷却された後で、その蒸気フラクションは部分的に凝縮させて交換器E2を管４を介して出てゆき、その後でこれは第２図を参照して記述した工程段階へ供給される。
この方法のこの変形態様においては入手可能な外部冷却媒体で冷却して得られる冷却用混合物の部分的凝縮によって作り出された液体フラクションは過冷却させ、膨張させ、そして再循環された蒸気フラクションからの膨張させたフラクションと混合して、そのようにして得られた混合物と熱交換することによって、圧縮段階において作り出された混合物のための追加的な冷却段階、並びに加圧された天然ガスのための最初の冷却段階を提供する。
交換器E2において要求されるその追加的な冷却容量を提供するために蒸発させた冷却用混合物の液体フラクションは、第５図の系統図に示すように、中間の圧力水準において分離されることもできる。
この場合には、その冷却用混合物は最初の圧縮段階において中間的な圧力水準まで圧縮され、次いで水又は空気のような入手可能な冷却用流体によって交換器C10の中で冷却されて部分的に凝縮される。その得られた液相は分離器室Ｓ30の中で分離され、そして次ぎに交換器E2へ供給されてここで過冷却される。ここからこのものは管19を介して膨張弁V3へ供給され、そして次に交換器E2の中で蒸発され、ここからこのものは管11を介して排出されて圧縮器K10へ再循環される。
分離器S30から出てくる蒸気相は圧縮器K20の中で追加的な圧縮を受け、そして次に交換器C20の中で冷却される。その得られた液体／蒸気混合物は次に交換器E2へ供給される。その液体フラクションと蒸気フラクシランとは、同時的に、その流れが例えば重力によってもたらされるように送り出され、或いは別々に、その液体フラクションが例えばポンプ給送されるように送り出されてもよい。この混合物の部分的凝縮は交換器E2の中で継続され、そしてそのようにして得られた液相及び蒸気相は管４を介して分離器室S1へ供給され、ここでそれらは分離される。そのようにして得られた２つのフラクションは、第２図を参照して記述した工程段階へ供給される。
もう１つの可能性は、凝縮器からの、過冷却して膨張させた液体フラクションを蒸気フラクションから再循環された膨張させたフラクションと混合するのを排除することである。
もう１つのやり方は、最初の閉じた冷却サイクルを用いてその予備冷却段階又は追加的な冷却段階を実施することである。
第６図は、この操作原理に基づいて、その圧縮段階からの混合物の少なくとも若干のための追加的な冷却過程と、及び加圧された天然ガスのための最初の冷却段階を実施するための、例えばエタン、プロパン及びブタンよりなる冷却剤の混合物を用いた過程を説明する。
その最初の冷却サイクルは、例えば各圧縮機K21、K22、それぞれそれら圧縮機に対して指定された凝縮器C21及びC22並びに２つの熱交換器E21、E22を用いる。
このサイクルは、例えば次のような態様で運転される。すなわち冷却用混合物は圧縮機K22から例えば2 MPaの圧力で出てゆき、そして次に例えば外部冷却用流体との熱交換の過程によって凝縮器C22の中で冷却される。この凝縮器C22から出てゆく冷却された液体フラクションは管30を介して第１交換器E21へ送られ、ここでこのものは過冷却の最初の段階を受ける。この冷却された液体フラクションの少なくとも若干を交換器E21から管19を介して取り出し、そして膨張弁V32を通して膨張させた後で交換器E21へ再循環して戻す。このものは、好ましくはその最初の冷却サイクルの低い圧力と高い圧力との間の中間的な圧力水準において蒸発させる。この蒸発の間に生じた蒸気フラクションは好ましくは交換器E21の上方部分の中に配置されている管34を介して排出され、そして圧縮器K22の入口へ再循環される。残りの液体フラクションは管31を介して第２交換器E22へ送られ、ここでこのものは冷却の第２段階を受ける。ここからこのものを膨張弁V32を通して膨張させ、そして次いで最初の冷却サイクルの低い圧力に本質的に等しい、0.15 MPaの領域の値において蒸発させる。蒸発の間に得られる蒸気フラクションは管33を介して、圧縮機K22の上流に配置された圧縮機K21へ供給される。この圧縮機K21の出口においてその蒸気フラクションは、例えば入手可能な外部冷却用流体を用いて凝縮器C21の中で冷却され、そしてこれは次に、圧縮機K22へ送られるに先立って、管34を経て交換器E22から供給される蒸気フラクションと混合される。
この方法は、分離器室S3からの各蒸気フラクションのため及び／又は液化されるべき加圧された天然ガスのための最初の冷却段階又は追加的な冷却段階を、それが最終的な液化操作E1が行われる（第２図）最終交換器へ送り込まれるに先立って管１を経て交換器E21を通過するときに実施するように、それぞれの交換器E21及びE22の中で蒸発によって作り出された過冷却された各液体フラクションを利用する。
圧縮段階から蒸気相に達する冷却用混合物はこのようにして２つの段階において予備冷却され、そしてこれは、例えば第２図の参照のもとに上に述べたように処理されるために管４を介して分離器S1へ供給されるに先立って部分的に凝縮させた形にある。
第７図に示したもう１つの具体例によれば、第２図との関連で記述した過程により得られた各流体M1及びM2は膨張の直後には混合されない。
例えば混合物M1は、混合物M2と混合されるに先立って例えば熱交換の過程によって天然ガスを冷却するのに用いることができる。第７図の装置は第２図に示した具体例とは、好ましくは交換器E1の直後に配置された追加的交換器E12によって異なっており、このものの特別な機能は混合物M2を冷却することである。
この過程は例えば次のようである。すなわちタービンT1からの混合物M1は交換器E21へ管９を介して供給され、ここでこのものは交換器E1から管２を介して供給された天然ガスを冷却する。混合物M1は管９’を介して交換器E12から出てゆき、そして管７を介して交換器E1から出てくる混合物M2と混合され、膨張弁V1を通って膨張し、そして管８を介して交換器E1へ戻されて管１を介して交換器E1へ送られる天然ガスを冷却し、そして管９を介して分離器S1から交換器E1へ送られる液体フラクションを過冷却するのに用いられる低温混合物を作り出す。熱交換の後でこの混合物は管11を介して第２図と関連して記述したと厳密に同じ態様で交換器E1から出てゆき、可能なときは圧縮器K1へ再循環される。
分離器S1からの蒸気相の或る割合を交換器E2へ管５’を介して供給してもよい。第７図に示した系においてはこのものは分離器S1からの液相と混合される。このものは液体フラクションを作り出すために交換器E1へ独立の回路を介して送り出してもよく、これを次いで過冷却し、膨張させ、タービンT1からの混合物M1と混合し、そして混合物M1とともに交換器E12へ供給する。
この具体例において用いられる冷却用混合物は、例えばメタン、エタン、プロパン、標準的ブタン、イソブタン、標準的ペンタン又はイソペンタンのような、その原子数が好ましくは１と５との間であるような炭化水素類を含む。これは好ましくはモル分率で少なくとも10％の窒素を含む。このような条件は、例えばその蒸気フラクションの中の重質成分の含有量を制限することにより、そしてタービン入口における温度と圧力とを制御することにより達成することができる。
その冷却用混合物の圧力は第１圧縮段階K1の入口において好ましくは少なくとも200 kPaである。
その液体フラクションは、例えばそれら２つの膨張れさせたフラクションの混合物によって得られる温度に実質的に近い温度まで冷却される。この液体フラクションは好ましくはそのサイクルの低い圧力水準におけるそれの蒸発温度よりも低い温度まで過冷却されるので、このものはその弁を通して膨張させたときに蒸発せず、これが、非可逆的でもあり得るいかなる機械的な現象も制限し、そしてそのサイクルの能率を改善することを可能にする。
有利には、流体M1及びM2は冷却された天然ガスとの引き続く各熱交換段階に対応して異なった温度水準において混合することができる。
本発明の方法の１例を第８図の参照のもとに記述するが、その際その液体フラクションの膨張によって作り出された引き続く２つのフラクションがその蒸気相を膨張させることにより作り出されたフラクションと２つの段階で混合される。
第２図の交換器E1は２つの引き続く交換器E13及びE14で置き換えられる。
この過程は、例えば次のようである。すなわち、タービンT1からの混合物M1は、交換器E14からの過冷却された液体フラクションを弁V7を通して膨張させることにより作り出された最初のフラクションと混合させるために管９を通して送り出され、そして次に交換器E14へ供給されてここでこれは、例えば上流に配置された交換器E13から冷却の後で管２を介して排出される天然ガスを冷却するのに用いられ、次いで、交換器E13の出口から取り出されて弁V6を通して膨張させた液体フラクションを膨張させることにより作り出された第２フラクションと混合され、そして次に交換器E13へ供給される。
この形のものを用いることは、交換器の中で循環する液体フラクションを冷却するのに必要な冷却動力を減少させることができ、そしてその冷却サイクルの能率を改善できることを意味する。
この具体例においては、外部流体を用いる冷却段階からの蒸気相は、これらの段階のそれぞれから作り出されて分離され、そして次の段階へ供給される各蒸気相を圧力のもとに冷却することによる部分的な凝縮の２つの引き続く段階を経過するが、その際これらの部分的凝縮段階の最後から作り出された蒸気フラクションを、少なくとも部分的に或る割合の機械的膨張のエネルギーを回収することの選択可能性とともにタービンにおいて少なくとも部分的に膨張させ、次いで、前もって既に膨張している液体フラクションの少なくとも１つと混合し、そのようにして、その液化されるべき加圧された天然ガスとの熱交換の過程を受ける低温混合物が作り出される。
第８図に示した具体例は、それら膨張させたフラクションの間で２つの引き続く混合段階を用いることを示すが、これはなんら困難なくより多数の段階に拡張することができる。用いる段の数の選択は経済的な最適性の考慮に依存する。
第９図は、凝縮器C1の中での冷却用混合物の冷却の過程によって作り出された蒸気フラクションをこれが分離器S1へ供給されるに先立っていくつかの段階にわたって凝縮させることができるようなもう１つのやり方を示す。この場合には各段階の後で得られた液体フラクションを分離することができる。
この装置は、例えば互いに連結された２つの凝縮交換器E23及びE24を用いる。
これは、例えば次のように運転され、すなわち、その冷却用混合物は凝縮器C1から分離器S3へ通過する。この分離器の出口においてその蒸気フラクションは管17を介して交換器Ｅ23へ供給され、ここからこのものは部分的に凝縮して管24から排出され、そしてその圧縮過程から得られた混合物は分離器室S4によって分離される。その蒸気フラクションは好ましくはこの室の頂部に配置されている管25を経てこの分離器室から抜き出され、そして交換器E24へ送られ、この中でこのものは部分的凝縮のもう１つの過程を受けた後、管４を介して液体／蒸気の混合物の状態で第２図の参照のもとに記述した工程段階へ排出される。
管26を介して分離器S4から送られた液体フラクションは交換器E24の中で過冷却され、弁V32において約200 kPaの圧力まで膨張し、そして管11を介して交換器E1から再循環された蒸気フラクションと混合され、その際この混合物は交換器E24において要求される冷却容量を提供する。
交換器E24の出口においてこのものは交換器E23の中で過冷却された液体フラクションと混合され、そして膨張弁V31を通って膨張して新しい混合物を形成し、それにより、管11を介して圧縮機K1へ再循環されるに先立って交換器E23において要求される冷却容量が提供される。
その最終的な部分的凝縮段階からの蒸気フラクションは管４を通って分離器室へ供給され、その後で、第２図を参照して記述したと同じ態様で処理されて天然ガスを液化させるための低温冷却用混合物を構成する各混合物M1及びM2が得られる。
メタンよりも重質の炭化水素を、そして中でも液化した石油のガス溜分（プロパン、ブタン）を形成することのできる炭化水素類及び軽質の石油溜分（少なくとも５個の炭素原子を有する炭化水素類）を含む天然ガスの場合には、これらの炭化水素はその加圧天然ガスの冷却の最初の段階の最後において凝縮及び／又は蒸留によって少なくとも部分的に分離することができる。
同様に、もしその天然ガスが窒素及び／又はヘリウムを含んでいる場合には、これらの成分は蒸発及び／又は蒸留によって少なくとも部分的に分離することができ、その際その蒸発はその冷却された加圧天然ガスの液体状態における追加的な冷却をもたらす。
いくつかの図面を伴なう次の例は、そのような実例をどのように運転することが可能であるかを示す。この例及びそれに従属する各図面は、第１０図を参照してあげられているが、これは特に第４ないし７図について記述した装置を実用したものに相当する。
管１を通して交換器E2へ供給される天然ガスは、6.5 MPaにおいて入手でき、そして例えば88モル％のメタン、４モル％の窒素及びエタン、プロパン、ブタン、ペンタン及びヘキサンよりも重質の炭化水素類を含む。これら重質の成分の部分的な分離はその天然ガスの交換器E2の中での予備冷却の間に行なうことができる。交換器E2の中で-20℃まで冷却された天然ガスは管40を通して蒸留装置D1へ送られるが、これは蒸留塔を含み、この中で管43を通して送り込まれる液体フラクションにより還流がもたらされる。この蒸留塔の中でそのようにして精溜された天然ガスは管41を介して交換器E2へ送り込まれ、ここでこれが-80℃に達するまで冷却過程が継続される。
交換器E2の中でのこの最初の冷却段階の後で天然ガスは引き続いて２つの交換器E11及びE12の中で、例えば-148℃の温度まで冷却される。この天然ガスの最終的な冷却は交換器E12の下流に配置された塔D2の蒸留装置によって行なわれ、そしてこれは例えばタービンT2によって0.13 MPaの圧力まで膨張する。このタービンT2の出口においてその液化された、約６％の蒸気を含む天然ガスは、塔D2の頂部へ供給され、そして次いで塔D2の基部から本質的に-160℃の温度において管46を介して排出される。塔D2の中で分離された窒素に富む軽質フラクションはその塔の頂部から管44を通して排出され、そして交換器E13へ送られるが、ここでこのものは、例えば管49を介してこの交換器へ進入する天然ガスの少なくとも１つのフラクションを過冷却し、そしてここから例えば管50により排出されて、管２を介して交換器E12から送り出される過冷却された天然ガスのフラクションと混合される。
この例において用いられる冷却用流体は、例えば窒素、メタン、エタン、プロパン、標準ブタン及び標準ペンタンの混合物である。最も高い割合の成分は窒素及びメタンであり、そのモル含有量はそれぞれ30％及び20％である。圧縮機K1の出口においてその冷却用混合物は凝縮器C1の中で35℃の温度まで冷却され、そして次に分離器室S3へ送られ、その後でその蒸気フラクションは例えば約60重量％に達する。
次にこの蒸気フラクションを交換器E2の中で部分的に凝縮させる。分離器S3からの液体フラクションは交換器E2の中で過冷却され、次いで例えば弁V3の中で0.18 MPaの低い圧力まで膨張させ、そして管14を介して交換器E11から供給された冷却剤の軽質フラクションと混合される。交換器E2の出口において蒸気相の冷却用混合物は管11を経て、中間冷却交換器C41及びC42を有する圧縮機K1へ供給される。
交換器E2において部分的に凝縮された蒸気フラクションは管４を通り室S1の中へ供給されて、管５を介して膨張タービンT1へ送り込まれる軽質蒸気フラクションと、交換器E11の中での過冷却のために管６を通って供給される重質の液体フラクションとを作り出す。室S1の温度は、例えば-80℃である。タービンT1の中で、例えば0.2 MPaまで実施される膨張はこの蒸気フラクションが-150℃まで冷却されることを許容し、この点においてこのものは４モル％の液体を含む。交換器E11の中で過冷却された重質液体フラクションは弁V1の中で膨張し、そして次にタービンT1からの蒸気フラクションのそれに本質的に等しい低い圧力及び低い温度において混合される。そのようにして得られた混合物の温度は交換器E11の中で天然ガスと向流で蒸発される前に、この交換器の中で最低で２℃の熱的水準が維持されるような温度である。
それら冷却段階の間に起こる熱交換の各過程は好ましくは向流熱交換器の中で行なわれる。これらの熱交換器は、例えば多流路交換器であって、好ましくはプレート型交換器として構成されている。このプレート型交換器は、例えばろう継ぎアルミニウムの交換器であることができる。各プレートが互いに溶接されているようなステンレス鋼の交換器を使用することも可能である。その熱交換を提供する各流体の流れる各流路は、種々異なった手段によって、例えば板部材の間に中間波板部材を設けることによって、爆発技術により形成された板部材を用いて、又は例えば化学的彫版によりエッチングされた板部材を用いて得ることができる。
コイル熱交換器も使用することができる。
冷却用混合物を圧縮するために種々の型の圧縮機を使用することができる。この圧縮機は、例えば遠心型又は軸流型のものであることができる。冷却用混合物は好ましくは少なくとも２つの段階にわたり圧縮され、それらの間で水又は空気のような入手可能な外部冷却用流体との熱交換による冷却段階が用いられている。
中間冷却段階の数を増すことによって圧縮動力を低下させ、そしてそのサイクルの能率を改善することができ、そしてこの段の数の選択は技術的及び経済的な最適性の考慮に基づいて行なわなければならない。
その混合物の部分的な凝縮からの過冷却された各液態フラクションは上に記述した各例に示されているように、膨張弁を通して膨張させることができる。上記の各フラクションの少なくとも１つをタービンの中で膨張させてその機械的膨張エネルギーを回収することも可能である。例１の場合には、従って弁V1及びV3のそれぞれはダービンにより置き換えることができる。
同様に、過冷却された液態の状態での加圧された天然ガスを、例１に示したように、タービンで少なくとも部分的に大気圧に近い圧力まで膨張させることができ、それにより輸出される液化天然ガスを作り出すことができる。
ここであげた諸具体例の全ての例において、加圧された天然ガスを液化するサイクルのために用いられる冷却用混合物は、メタン、エタン、プロパン、標準ブタン、イソブタン、標準ペンタン、イソペンタンのような、原子数が好ましくは１と５との間であるような炭化水素類を含む。このものは好ましくはモル分率で10％よりも低い窒素の割合を含む。
同様に、それら膨張させた液体フラクション及び蒸気フラクションから得られた混合物の温度は、実質的に同一の圧力条件のもとでの液体フラクションの蒸発温度よりも低い。
その液体フラクションは好ましくは、それら２つの膨張させた液体フラクションと蒸気フラクションとの混合物によって得られる温度と本質的に同じ温度まで過冷却されるか又は追加的に冷却され、これが、それを膨張弁を通過したときに蒸発から防ぎ、そのようにして、非可逆的であり得るいかなる機械的現象をも制限し、そしてその冷却サイクルの能率を改善する。
蒸気フラクションの１部を冷却して凝縮させてもよく、その際そのようにして得られた液体フラクションを膨張させ、そして各フラクションM1及びM2と混合して低温混合物を形成させる。
第４ないし１１図を参照して記述した具体例において、単純な重力分離器を、冷却用混合物の改善された分離を生ずる蒸留装置で置き換えた第３図と関連して記述したような分離装置を採用するのが有利であることがある。
【図１】
0003965444.tif 000003
【図２】
0003965444.tif 000004
【図３】
0003965444.tif 000005
【図４】
0003965444.tif 000006
【図５】
0003965444.tif 000007
【図６】
0003965444.tif 000008
【図７】
0003965444.tif 000009
【図８】
0003965444.tif 000010
【図９】
0003965444.tif 000011
【図１０】
0003965444.tif 000012
【図１１】
0003965444.tif 000013