(57)【要約】【課題】天然ガス液化プロセスにおける冷却剤回収方法を提供する。【解決手段】気化された混合冷却剤が閉鎖ループ冷却回路から取り出され、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気と、より重質の成分を多く含むボトム液体とに分離されるように蒸留カラム中に導入される、天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法を本明細書中に記載する。オーバーヘッド蒸気は蒸留カラムから抜き出され、メタンを多く含むストリームを形成し、該ストリームを液化装置から冷却剤を取り出し、ボトム液体を蒸留カラムから閉鎖ループ冷却回路中に再導入する。冷却剤が上記とおりに取り出される天然ガス液化装置における製造速度を変更する方法、及び、このような方法を実施することができる天然ガス液化装置も記載される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法であって、前記混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含み、そして前記液化装置は閉鎖ループ冷却回路を含み、ここで、前記混合冷却剤は前記液化装置が使用されているときに循環され、前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法は、
（ａ）気化された混合冷却剤を、閉鎖ループ冷却回路から抜き出すこと、
（ｂ）気化された混合冷却剤を蒸留カラム中に導入し、そして蒸留カラムにリフラックスを提供し、それにより、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離すること、
（ｃ）蒸留カラムからオーバーヘッド蒸気を抜き出し、液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームを形成すること、及び、
（ｄ）蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路中に再導入し、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるようにボトム液体を貯蔵すること、
を含む、方法。
【請求項２】
前記のより重質の成分は１種以上のより重質の炭化水素を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記混合冷却剤は窒素をさらに含み、工程（ｂ）におけるオーバーヘッド蒸気は窒素及びメタンを多く含み、そして工程（ｃ）におけるメタンを多く含むストリームは窒素及びメタンを多く含むストリームである、請求項１記載の方法。
【請求項４】
工程（ｂ）において、蒸留カラムへのリフラックスは冷却剤との間接熱交換によりオーバーヘッド凝縮器においてオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を冷却しそして凝縮させることにより得られる凝縮物のリフラックスストリームにより提供される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記冷却剤は液化装置により製造されている又は製造された液化天然ガスから取られた液化天然ガスストリームを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
工程（ｂ）において、蒸留カラムへのリフラックスは蒸留カラムのトップへ導入される液体のリフラックスストリームにより提供される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記液体のリフラックスストリームは液化装置により製造されている又は製造された液化天然ガスから取られる液化天然ガスのストリームを含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
工程（ｃ）において形成される、メタンを多く含むストリームはフレア燃焼され、燃料として使用され、及び／又は、液化装置により液化される天然ガスフィードに添加される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
工程（ｄ）において、ボトム液体は、閉鎖ループ冷却回路に再導入される前に、蒸留カラムのボトムに貯蔵され、及び／又は、蒸留カラムから抜き取られそして別個の貯蔵容器に貯蔵される、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
工程（ａ）において、気化された混合冷却剤は主要熱交換器の低温端及び／又は中間位置から抜き出される、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記主要熱交換器はコイル巻き熱交換器である、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
工程（ａ）において、気化された混合冷却剤はコイル巻き熱交換器のシェル側から抜き出される、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記方法はシャットダウン又は液化装置による天然ガス液化及び／又は過冷却の速度の減量運転に応答して行われる、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置において、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度を変更する方法であって、前記液化装置は混合冷却剤が循環されている閉鎖ループ冷却回路を含み、前記混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含み、そして前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法は、
天然ガスが主要熱交換器を通して第一のフィード速度でフィードされ、そして混合冷却剤が、第一の製造速度で液化又は過冷却された天然ガスを製造するように、第一の循環速度で閉鎖ループ冷却回路において循環される第一の時間、
主要熱交換器を通した天然ガスのフィードを停止し又はそのフィード速度を第二のフィード速度に低減し、閉鎖ループ冷却回路における混合冷却剤の循環を停止し又はその循環速度を第二の循環速度に低減し、そして液化装置から冷却剤を取り出すことにより、液化又は過冷却された天然ガスの製造を停止し、又は、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度を第二の製造速度に低減する第二の時間を含み、ここで、液化装置から冷却剤を取り出す方法は、
（ａ）気化された混合冷却剤を、閉鎖ループ冷却回路から抜き出すことと、
（ｂ）気化された混合冷却剤を蒸留カラム中に導入し、そして蒸留カラムにリフラックスを提供し、それにより、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離すること、
（ｃ）蒸留カラムからオーバーヘッド蒸気を抜き出し、液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームを形成すること、及び、
（ｄ）蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路中に再導入し、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるようにボトム液体を貯蔵すること、
を含む、方法。
【請求項１５】
第二の時間の後に第三の時間をさらに含み、その間に、液化又は過冷却された天然ガスの製造の速度は、主要熱交換器を通る天然ガスのフィードを第三のフィード速度に増加させ、冷却剤を液化装置に添加し、そして混合冷却剤の循環を第三の循環速度に増加させることにより、第三の製造速度に増加され、ここで、冷却剤を液化装置に添加する工程は、メタンを閉鎖ループ冷却回路中に導入することを含み、もし、ボトム液体がまだ第二の時間の工程（ｄ）において閉鎖ループ冷却回路中に再導入されていないならば、貯蔵されたボトム液体を閉鎖ループ冷却回路に再導入することを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
液化又は過冷却された天然ガスの第三の製造速度、天然ガスの第三のフィード速度及び混合冷却剤の第三の循環速度は、それぞれ、第一の製造速度、第一のフィード速度及び第一の循環速度と同一であるか又はそれより低い、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
閉鎖ループ冷却回路に導入されるメタンは液化装置における液化のための天然ガスを提供する天然ガス供給から得られる、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための、メタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含む、混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置であって、該液化装置は、
液化装置が使用されているときに、混合冷却剤を含みそして循環させるための閉鎖ループ冷却回路であって、該閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化及び／又は過冷却されるようにフィードされうる、閉鎖ループ冷却回路、
前記閉鎖ループ冷却回路からの気化された混合冷却剤を受け入れ、かつ、気化された混合冷却剤を、混合冷却剤のメタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離するように操作可能である蒸留カラム、
前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段、
閉鎖ループ冷却回路からの気化された混合冷却剤を蒸留カラムに輸送するための、蒸留カラムから抜き出し、オーバーヘッド蒸気から形成されるメタンを多く含むストリームを液化装置から取り出すための、及び、前記蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路に再導入するための導管、
を含む、液化装置。
【請求項１９】
前記装置は閉鎖ループ冷却回路へのボトム液体の再導入の前に、前記ボトム液体を貯蔵するための貯蔵デバイスをさらに含む、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記ボトム液体を貯蔵するための貯蔵デバイスは蒸留カラムのボトムセクション、及び／又は、別個の貯蔵容器を含む、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段は冷却剤との間接熱交換によりオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を冷却しそして凝縮させ、凝縮物のリフラックスストリームを提供するためのオーバーヘッド凝縮器を含む、請求項１８記載の装置。
【請求項２２】
前記冷却剤は液化天然ガスストリームを含み、そして前記装置は液化装置により製造された液化天然ガスの一部分をオーバーヘッド凝縮器に輸送するための導管をさらに含む、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段は蒸留カラムのトップに液体のリフラックスストリームを導入するための導管を含む、請求項１８記載の装置。
【請求項２４】
液体のリフラックスストリームは液化天然ガスを含み、そしてリフラックスストリームを導入するための導管は液化装置により製造された液化天然ガスの一部分を蒸留カラムのトップに輸送する、請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
メタンを多く含むストリームを抜き出しそして取り出すための導管はストリームをフレア燃焼させるためのデバイス、ストリームを燃焼させ、出力又は電気を発生するためのデバイス、及び／又は、液化のために天然ガスを液化装置にフィードするための天然ガスフィード導管にストリームを輸送する、請求項１８記載の装置。
【請求項２６】
気化された混合冷却剤を閉鎖ループ冷却回路から蒸留カラムに輸送するための導管は主要熱交換器の低温端及び／又は中間位置から、気化された混合冷却剤を抜き出す、請求項１８記載の装置。
【請求項２７】
前記主要熱交換器はコイル巻き熱交換器である、請求項１８記載の装置。
【請求項２８】
気化された混合冷却剤を閉鎖ループ冷却回路から蒸留カラムに輸送するための導管はコイル巻き熱交換器のシェル側から、気化された混合冷却剤を抜き出す、請求項２７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は天然ガスを液化し及び／又は過冷却するために混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法、及び、製造のシャットダウン又は減量運転の間に液化装置から冷却剤を取り出す、液化又は過冷却天然ガスの製造速度を変更する方法に関する。本発明は、また、上記の方法を実施することができる天然ガス液化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスを液化し、そして場合により、過冷却するための多くの液化装置は当該技術分野でよく知られている。典型的には、このような装置において、天然ガスは、１種以上の冷却剤との間接熱交換によって液化され、又は、液化そして過冷却される。多くのこのような装置において、混合冷却剤は冷却剤として、又は、冷却剤のうちの１つとして使用される。典型的には、混合冷却剤は閉鎖ループ冷却回路において循環され、該閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して天然ガスはフィードされ、循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却される。このような冷却サイクルの例としては、シングル混合冷却剤（ＳＭＲ）サイクル、プロパン予備冷却混合冷却剤（Ｃ３ＭＲ）サイクル、デュアル混合冷却剤（ＤＭＲ）サイクル及びＣ３ＭＲ−窒素ハイブリッド（例えば、ＡＰ−Ｘ（商標））サイクルが挙げられる。
【０００３】
このようなシステムの通常運転（定常状態）の間に、混合冷却剤は閉鎖ループ冷却回路内部を循環し、そして回路から意図的に取り出されない。主要熱交換器を出てくる、気化した、温められた冷却剤は、典型的には、圧縮され、冷却され、少なくとも部分的に凝縮され、その後、膨張され（閉鎖ループ冷却回路は、それゆえ、典型的には、１つ以上のコンプレッサー、クーラー及び膨張装置をも含む）、その後に、低温気化又は気化性冷却剤として熱交換器に戻され、再び、主要熱交換器に冷却負荷を提供する。少量の混合冷却剤は時間経過とともに損失されることがあり、例えば、回路からの少量の漏洩の結果として損失されることがあり、そこで、少量のメークアップ冷却剤を添加することが要求されることができるが、一般に、通常運転の間に回路から取り出し又は回路に添加する冷却剤の量はなく又は少量でしかない。
【０００４】
しかしながら、液化装置のシャットダウン又は減量運転の間などの混乱条件下において、混合冷却剤は閉鎖ループ冷却回路から取り出されなければならないことがある。シャットダウンの間に、コンプレッサー、クーラー及び主要熱交換器を運転しないと、閉鎖ループ冷却回路の内部の混合冷却剤の温度及び、そのため、圧力は、回路の周囲による温暖化の結果として、時間の経過とともに安定的に上昇するであろう。そこで、圧力の蓄積が主要熱交換器又は回路の任意の他の構成部品に損傷を与えそうな時点になる前に冷却剤を回路から取り出す必要があるであろう。減量運転の間に、混合冷却剤のインベントリーは減量製造速度（より詳細には、主要熱交換器において要求される冷却負荷の減量）に適切に適合するように調節される必要があることがあり、このことも、また、閉鎖ループ冷却回路からの幾らかの量の冷却剤の取り出しを必要とする。
【０００５】
閉鎖ループ冷却回路から取り出される冷却剤は単純にベントされるか又は燃焼されてよいが、しばしば、冷却剤は有価な商品であり、そのため、このことが所望されない。これを回避するために、当該技術分野で採用されてきた別の選択肢は閉鎖ループ冷却回路から取り出された冷却剤を貯蔵容器中に貯蔵することであり、それにより、保持し、次いで、閉鎖ループ冷却回路に戻されることができる。しかしながら、この解決法も操作上の困難を伴う。閉鎖ループ冷却回路から取り出された混合冷却剤は、典型的には、過度の貯蔵圧力及び／又は体積を回避するために、少なくとも部分的に凝縮された状態で貯蔵されるように、なおも連続的に冷却される必要があるだろう。この冷却及び凝縮負荷を提供することは、そこで、有意な電力消費及び関連運転コストを伴うことがある。
【０００６】
例えば、米国特許出願公開第２０１２/１６７６１６号は主要熱交換器及び関連閉鎖ループ冷却回路を含む、ガス液化のための装置を運転するための方法を開示している。その装置は、さらに、主要熱交換器に接続された、又は、液化装置のシャットダウンの間に冷却剤が貯蔵されうる冷却回路の一部分を構成している冷却剤ドラムを含み、それにより、気化した冷却剤をベントする必要性を回避する。貯蔵ドラムは、貯蔵ドラム内に含まれた冷却剤を冷却しそして液化するための熱交換手段（例えば、二次冷却剤が通過する伝熱コイル）を備えている。主要熱交換器は、また、液体冷却剤が主要熱交換器中に直接的に注入されうる供給ラインに接続されていてもよく、それにより、そこに含まれる冷却剤を冷却することができる。
【０００７】
同様に、ip.comデータベースにある文献IPCOM000215855Dは、シャットダウンの間のコイル巻き熱交換器の過剰加圧を防止するための方法を開示している。気化された混合冷却剤をコイル巻き熱交換器のシェル側から抜き出し、そしてＬＮＧストリームがポンプ送りされ又はＬＮＧが直接的に注入されうる熱交換コイルを有する容器に送り、それにより、混合冷却剤を冷却しそして凝縮させ、それを、その後、コイル巻き熱交換器のシェル側に戻す。別の構成では、気化された混合冷却剤の冷却及び凝縮は、シェルの内部に熱交換コイルを配置し、又は、ＬＮＧをシェル中に直接的に注入することにより、コイル巻き熱交換器のシェル側で行われてよい。ＬＮＧストリームは、貯蔵タンクから得ることができ、又は、液化装置の低温端の任意のポイントから得ることができる。
【０００８】
米国特許出願公開第２０１４／０７５９８６号は、ＬＮＧを製造する代わりに、設備のスタートアップの間に天然ガスからエタンを分離するための液化設備の主要熱交換器及び閉鎖ループ冷却回路を使用する方法であって、液化設備の続いて行う通常運転の間に混合冷却剤の一部として使用されるエタンの製造をスピードアップする、方法を記載している。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１１／００３６１２１号は天然ガスを液化するための逆ブレイトンサイクルにおいて使用される循環窒素冷却剤中にリークされた天然ガス汚染物を除去するための方法を記載している。窒素冷却剤の一部分はサイクルから抜き出され、主要熱交換器の低温端で液化され、そしてリフラックスとして蒸留カラムのトップに導入される。蒸留カラムのトップから抜き出された、精製された窒素蒸気をサイクルに戻す。天然ガス汚染物を含む、蒸留カラムのボトムから抜き出された液体は、液化装置により製造されるＬＮＧストリームに添加されうる。
【００１０】
米国特許出願公開第２００８／０１１５５３０号はＬＮＧ設備の閉鎖ループ冷却回路において使用される冷却剤ストリームから汚染物を除去する方法を記載している。冷却剤ストリームはカスケードサイクルにおいて使用されるメタン冷却剤又はエタン冷却剤であることができ、汚染物は、カスケードサイクルの別の閉鎖ループ回路から冷却剤中にリークされた重質冷却剤（例えば、それぞれ、エタン又はプロパン）を含む。システムは汚染物を除去するための蒸留カラムを用いる。汚染された冷却剤は中間位置で蒸留カラムに導入される。汚染物が少ない冷却剤の蒸気ストリームはカラムのトップから抜き出され、そしてその閉鎖ループ冷却回路に戻される。汚染物が多い液体はカラムのボトムから抜き出され、そして廃棄される。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の第一の態様によると、天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法であって、前記混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分を含み、そして前記液化装置は閉鎖ループ冷却回路を含み、ここで、前記混合冷却剤は前記液化装置が使用されているときに循環され、前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法は、
（ａ）気化された混合冷却剤を、閉鎖ループ冷却回路から抜き出すことと、
（ｂ）気化された混合冷却剤を蒸留カラム中に導入し、そして蒸留カラムにリフラックスを提供し、それにより、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離すること、
（ｃ）蒸留カラムからオーバーヘッド蒸気を抜き出し、液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームを形成すること、及び、
（ｄ）蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路中に再導入し、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるようにボトム液体を貯蔵すること、
を含む方法が提供される。
【００１２】
本発明の第二の態様によると、天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置において、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度を変更する方法であって、前記液化装置は混合冷却剤が循環されている閉鎖ループ冷却回路を含み、前記混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含み、そして前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法は、
天然ガスが主要熱交換器を通して第一のフィード速度でフィードされ、そして混合冷却剤が、第一の製造速度で液化又は過冷却された天然ガスを製造するように、第一の循環速度で閉鎖ループ冷却回路において循環される第一の時間、
主要熱交換器を通した天然ガスのフィードを停止し又はそのフィード速度を第二のフィード速度に低減し、閉鎖ループ冷却回路における混合冷却剤の循環を停止し又はその循環速度を第二の循環速度に低減し、そして液化装置から冷却剤を取り出すことにより、液化又は過冷却された天然ガスの製造を停止し、又は、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度を第二の製造速度に低減する第二の時間を含み、ここで、液化装置から冷却剤を取り出す方法は、
（ａ）気化された混合冷却剤を、閉鎖ループ冷却回路から抜き出すことと、
（ｂ）気化された混合冷却剤を蒸留カラム中に導入し、そして蒸留カラムにリフラックスを提供し、それにより、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離すること、
（ｃ）蒸留カラムからオーバーヘッド蒸気を抜き出し、液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームを形成すること、及び、
（ｄ）蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路中に再導入し、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるようにボトム液体を貯蔵すること、
を含む方法が提供される。
【００１３】
本発明の第三の態様によると、天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための、メタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含む、混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置であって、該液化装置は、
液化装置が使用されているときに、混合冷却剤を含みそして循環させるための閉鎖ループ冷却回路であって、該閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化及び／又は過冷却されるようにフィードされうる、閉鎖ループ冷却回路、
前記閉鎖ループ冷却回路からの気化された混合冷却剤を受け入れ、かつ、気化された混合冷却剤を、混合冷却剤のメタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離するために操作可能である蒸留カラム、
前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段、
閉鎖ループ冷却回路からの気化された混合冷却剤を蒸留カラムに輸送するための、蒸留カラムから抜き出し、オーバーヘッド蒸気から形成されるメタンを多く含むストリームを液化装置から取り出すための、及び、前記蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路に再導入するための導管、
を含む、液化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一の時間で操作している本発明の実施形態による天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、ここで、該装置は、液化及び／又は過冷却された天然ガスが第一の又は通常の製造速度で製造される、通常条件下で操作している。
【図２】次に、第二の時間で操作している天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、ここで、該装置は、今や、減量運転又はシャットダウン条件下で操作しており、その間に、液化及び／又は過冷却された天然ガスの製造は減量又は停止されており、そして冷却剤は、今や、天然ガス液化装置から取り出されている。
【図３】第二の時間で操作している本発明の別の実施形態による天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、ここで、該装置は、減量運転又はシャットダウン条件下で操作しており、その間に、液化及び／又は過冷却された天然ガスの製造は減量又は停止されており、そして冷却剤は、今や、天然ガス液化装置から取り出されている。
【図４】第二の時間で操作している本発明の別の実施形態による天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、ここで、該装置は、減量運転又はシャットダウン条件下で操作しており、その間に、液化及び／又は過冷却された天然ガスの製造は減量又は停止されており、そして冷却剤は、今や、天然ガス液化装置から取り出されている。
【図５】第三の時間で操作している本発明のある実施形態による天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、その間に、液化及び／又は過冷却された天然ガスの製造は通常運転条件に回復されており、そして冷却剤は、天然ガス液化装置に再導入されている。
【図６】第三の時間で操作している本発明の別の実施形態による天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、その間に、液化及び／又は過冷却された天然ガスの製造は通常運転条件に回復されており、そして冷却剤は、天然ガス液化装置に再導入されている。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記のとおり、本発明の第一の態様において、天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法は提供され、該液化装置は閉鎖ループ冷却回路を含み、ここで、混合冷却剤は前記液化装置が使用されているときに循環され、前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法はある工程を含む。
【００１６】
混合冷却剤は天然ガス液化プラントにおける有価な商品である。典型的には、液化と一体化して又は液化の前のいずれかで天然ガス液体（ＮＧＬ）回収装置を用いて、天然ガスフィード自体から抽出されそして製造されうる。しかしながら、メタンなどの混合冷却剤の成分はこのようにして容易に得ることができるが、幾つかの他の成分はもっとずっと時間を要しそして分離するのが難しく（例えば、天然ガス中に少量でのみ存在する、エタン／エチレン及びより高い炭化水素）、このように得ることが全く可能でない（例えば、天然ガス中に全く存在していないＨＦＣ）。したがって、実際上、混合冷却剤のより重質の成分は有意な出費をかけて設備に輸送されなければならない可能性がある。結果的に、このような冷却剤の損失は有意な経理上の衝撃がある。
【００１７】
同様に、しかしながら、液化装置のシャットダウン又は減量運転の間などの混乱条件下に、冷却剤は上記の理由のために、閉鎖ループ冷却回路から取り出されなければならないことがある。閉鎖ループ冷却回路から取り出される混合冷却剤は単純にベント又は燃焼されうるが、この冷却剤、特に、そのより重質の成分は損失されてしまう。或いは、取り出された混合冷却剤は少なくとも部分的に凝縮された状態で貯蔵されうるが、その後、これに要求される冷却負荷は、上記のように、有意な電力消費及び関連操作コストが必要である傾向がある。
【００１８】
上記のとおりの本発明の第一、第二及び第三の態様による方法及び装置は蒸留カラムにおける閉鎖ループ冷却回路から最初に取り出された、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含む画分（蒸留カラムのオーバーヘッド蒸気として回収する）及びより重質の成分を多くの画分（蒸留カラムのボトム液体として回収する）に分離し、メタンを多く含むストリームを液化装置から除去させ、そして、より重質の成分を多く含むストリームを閉鎖ループ冷却回路に戻させ、及び／又は、閉鎖ループ冷却回路中への続いて行う再導入のために貯蔵させることにより、これらの問題に対処することができる。
【００１９】
このように、一旦、冷却剤を取り出さなければならない理由が過ぎ去り、液化装置の通常運転が回復されうると、混合冷却剤のより重質の成分（例えば、エタン／エチレン及びより高級の炭化水素）は大方、保持されることができ、それにより、混合冷却剤中のこれらの成分を置き換えなければならない困難さ及び／又はコストを回避することができる。同時に、蒸留カラムからのオーバーヘッド蒸気及び液化装置から形成される、メタンを多く含むストリームを除去することにより（このストリームを単純に燃焼させるか又はそれを、ある他の使用に供するかのいずれかにより）、通常運転が回復されるまでのメタン貯蔵に関連する困難さ及びコストも回避される。上記のように、メタンはオンサイトで利用可能な天然ガスの主要成分として存在するので、冷却剤中のメタンを補充することは比較的に容易かつ速いプロセスである。同様に、窒素も混合冷却剤中に存在し、このため、メタンを多く含むストリームの一部として取り出される場合には、これも比較的に容易に補充することができる。というのは、天然ガス液化装置は、通常、不活性化目的で窒素を必要とし、そのため、オンサイトに窒素発生設備をしばしば有するからである。さらに、混合冷却剤中に存在するメタン、窒素（存在する場合）及び任意の他の軽質成分は混合冷却剤のより重質の成分よりも高い蒸気圧を有するであろうから、これらの成分はより低い貯蔵温度（又はより高い貯蔵圧力）を生来的に要求し、そのことも、これらの成分の貯蔵よりも廃棄を有利にする。
【００２０】
冠詞「ａ」及び「ａｎ」は本明細書中に使用されるときに、そして特に指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載される本発明の実施形態の任意の特徴に適用されるときに、１つ又はそれ以上を意味する。「ａ」及び「ａｎ」の使用は、単数の特徴の限定が具体的に記載されていなければ、その意味を単数の特徴に限定しない。先行の単数もしくは複数の名詞又は名詞句がある冠詞「ｔｈｅ」は特定の指定された特徴又は特定の指定された特徴群を意味し、それが使用される文脈により単数又は複数の含意を有することができる。
【００２１】
本明細書中に使用されるときに、用語「天然ガス」は、合成ガス及び代替天然ガスをも包含する。天然ガスの主要成分はメタンである(それは、典型的には、フィードストリームの少なくとも８５モル％、よりしばしば、少なくとも９０モル％、そして、平均して約９５モル％を占める)。天然ガスの他の典型的な成分としては、窒素、１種以上の他の炭化水素、及び／又は、他の成分、例えば、ヘリウム、水素、二酸化炭素及び／又は他の酸性ガスならびに水銀が挙げられる。しかしながら、液化に供される前に、液化を起こす熱交換器において凍結又は他の操作上の問題を回避するために必要なレベルにまで、フィードから湿分、酸性ガス、水銀及び天然ガス液体（ＮＧＬ）を除去する。
【００２２】
本明細書中に使用されるときに、用語「混合冷却剤」は、特に指示がない限り、メタン及び１種以上のより重質の成分を含む組成物を指す。混合冷却剤は、また、１種以上の追加の軽質成分をさらに含むことができることが。用語「より重質の成分」は、メタンよりも低い揮発性（すなわち、より高い沸点）を有する混合冷却剤の成分を指す。用語「軽質成分」はメタンと同一であるか又はより高い揮発性（すなわち、同一又はより低い沸点）を有する成分を指す。典型的なより重質の成分としては、より重質の炭化水素、例えば、限定するわけではないが、エタン／エチレン、プロパン、ブタン及びペンタンが挙げられる。追加の又は代わりのより重質の成分としてはヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）を挙げることができる。窒素も混合冷却剤中にしばしば存在し、代表的な追加の軽質成分を構成する。存在するときには、窒素はメタンとともに蒸留カラムにより分離され、それにより、蒸留カラムからのオーバーヘッド蒸気及び液化装置から取り出されたメタンを多く含むストリームの両方は窒素も多く含む。変形形態において、本発明の方法及び装置は、また、混合冷却剤がメタンを含まないが、代わりに、窒素及び１種以上のより重質の成分（例えば、Ｎ2／ＨＦＣ混合物）を含み、蒸留カラムからのオーバーヘッドが窒素を多く含み、窒素を多く含むストリームが液化装置から取り出され方法及び装置にも適用されうる。しかしながら、これは好ましくはない。
【００２３】
本発明による方法及び装置における液化装置は天然ガスを液化し、場合により、過冷却するための任意の適切な冷却剤サイクルを用いることができ、例えば、限定するわけではないが、シングル混合冷却剤（ＳＭＲ）サイクル、プロパン予備冷却混合冷却剤（Ｃ３ＭＲ）サイクル、デュアル混合冷却剤（ＤＭＲ）サイクル及びＣ３ＭＲ−窒素ハイブリッド(例えば、AP-X（商標）)サイクルが挙げられる。混合冷却剤が循環される閉鎖ループ冷却回路は、天然ガスを液化及び過冷却の両方を行うために使用でき、又は、代わりに、天然ガスを液化するためだけに使用でき、又は、液化装置の別の部分で既に液化された天然ガスを過冷却するために使用できる。１つを超える混合冷却剤含有閉鎖ループ冷却回路が存在する装置において、本発明による冷却剤を取り出す方法は複数の閉鎖ループ冷却回路のうちの１つの回路でのみ存在する混合冷却剤との関係で使用でき、又は、閉鎖ループ冷却回路のうちの１つを超える又はすべての回路で存在する混合冷却剤との関係で使用できる。
【００２４】
本明細書中に使用されるときに、用語「主要熱交換器」は循環混合冷却剤との間接熱交換により天然ガスを液化及び／又は過冷却するように通過させる閉鎖ループ冷却回路の部分を指す。主要熱交換器は１つ以上の冷却セクションを直列及び／又は並列で構成することができる。各々のこのようなセクションは別個のユニットを構成することができ、該ユニットはそれ自体のハウジングを有することができるが、同様に、セクションは共通のハウジングを共有する単一のユニットで組み合わされてもよい。主要熱交換器は任意の適切なタイプであることができ、例えば、限定するわけではないが、シェルアンドチューブ型、コイル巻き型、又は、プレートアンドフィン型の熱交換器であることができるが、熱交換器がコイル巻き型熱交換器であることは好ましい。このような熱交換器では、各冷却セクションは、典型的には、その自己のチューブバンドルを含み(熱交換器がシェルアンドチューブ型又はコイル巻き型である場合)、又は、プレートアンドフィンバンドルを含むであろう（ユニットがプレートアンドフィン型である場合)。本明細書中に使用されるときに、主要熱交換器の「高温端（warm end）」及び「低温端（cold end）」は相対的な用語であり、最高温度及び最低温度の主要熱交換器の端部を（それぞれ）指し、特に指示がない限り、いかなる特定の温度範囲を意味するものであることが意図されない。主要熱交換器の用語「中間位置」は高温端及び低温端の間の位置を指し、典型的には、直列である２つの冷却セクションの間の位置を指す。
【００２５】
閉鎖ループ冷却回路から抜き取られる気化された混合冷却剤は、好ましくは、主要熱交換器の低温端及び／又は中間位置から抜き出される。主要熱交換器がコイル巻き熱交換器である場合には、気化された混合冷却剤は、好ましくは、コイル巻き熱交換器のシェル側から抜き出される。
【００２６】
本明細書中に使用されるときに、用語「蒸留カラム」は、パッキング又はトレイなどのデバイスを構成する１つ以上の分離ステージを含むカラム（又はカラムのセット）を指し、分離ステージはカラム内で上方に上昇している蒸気と、下方に流れている液体との接触を増加し、このようにして、物質移行性を向上させる。このようにして、メタン及び任意の他の軽質成分（例えば、存在するときには窒素）の濃度は上昇している蒸気中で増加し、該蒸気はカラムのトップでオーバーヘッド蒸気として回収し、そして、より重質の成分の濃度はボトム液体中で増加し、該ボトム液体はカラムのボトムで回収する。蒸留カラムの「トップ」は最上分離ステージで又はそれより上でのカラムの部分を指す。カラムの「ボトム」は最下分離ステージで又はそれより下でのカラムの部分を指す。
【００２７】
閉鎖ループ冷却回路から抜き出された気化された混合冷却剤は、好ましくは、蒸留カラムのボトムに導入される。蒸留カラムへのリフラックス、すなわち、その蒸留カラムの内部で下方に流れている液体は任意の適切な手段により発生されうる。例えば、リフラックスは冷却剤による間接熱交換により、オーバーヘッド凝縮器中でオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を凝縮することにより得られた凝縮物のリフラックスストリームとして提供されうる。代わりに又は追加的に、リフラックスは、蒸留カラムのトップに導入される液体のリフラックスストリームにより提供されうる。液体の冷却剤及び／又はリフラックスストリームは、例えば、液化装置により製造されている又は既に製造された液化天然ガスから取られる液化天然ガスのストリームを含むことができる。
【００２８】
本明細書中に使用されるときに、ある成分を多く含む（例えば、メタン、窒素及び／又は別の軽質成分を多く含む）オーバーヘッド蒸気、又は、液化装置から取り出されたストリームとの表現は、前記オーバーヘッド蒸気又はストリームは、閉鎖ループ冷却回路から抜き出されそして蒸留カラムに導入される、気化された混合冷却剤よりも、前記成分の濃度（モル％）が高いことを意味する。同様に、より重質の成分を「多く含む」ボトム液体という表現は、前記ボトム液体は、閉鎖ループ冷却回路から抜き出されそして蒸留カラムに導入される、気化された混合冷却剤よりも、前記成分の濃度（モル％）が高いことを意味する。
【００２９】
液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームは、廃棄されても又は任意の適切な目的に供してもよい。例えば、それは燃焼され、燃料として使用され（例えば、出力、電気又は有用な熱を発生する目的で）、液化装置により液化される天然ガスフィードに添加され、及び／又は、（例えば、パイプラインを介して）オフサイト位置に輸送されてよい。
【００３０】
蒸留カラムからのボトム液体の一部分又はすべてが閉鎖ループ冷却回路中に再導入される前に貯蔵される場合には、ボトム液体は蒸留カラムのボトムで貯蔵されることができ、及び／又は、蒸留カラムから抜き出されそして別個の貯蔵容器中に貯蔵されることができる。好ましい実施形態において、蒸留カラムにより製造されるボトム液体のすべては閉鎖ループ冷却回路中に再導入される(直接的に及び／又は一時貯蔵後のいずれか)。
【００３１】
本発明の第一の態様による冷却剤を取り出す方法は、好ましくは、シャットダウン又は天然ガス液化の速度の減量運転、及び／又は、液化装置による過冷却に応答して行われる。或いは、本方法は、例えば、リークが主要熱交換器で検知又は発見されるなどの他の出来事又は混乱状況に応答して行われることができる。
【００３２】
本発明の第二の態様による製造速度を変更する方法において、第一の時間は、例えば、装置の通常運転を示すことができ、第一の製造速度は液化又は過冷却された天然ガスの製造の通常速度に対応し、そして第二の時間は減量運転又はシャットダウンの期間を表し、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度が（第二の又は減量製造速度）へと減量され、又は、完全に停止される時間を表す。
【００３３】
本発明の第二の態様による製造速度を変更する方法は、第二の時間の後のさらなる又は第三の時間をさらに含むことができ、その間に、液化又は過冷却された天然ガスの製造の速度は、主要熱交換器を通る天然ガスのフィードを第三のフィード速度に増加させ、冷却剤を液化装置に添加し、そして混合冷却剤の循環を第三の循環速度に増加させることにより、第三の製造速度に増加される。冷却剤を液化装置に添加する工程は、メタンを閉鎖ループ冷却回路中に導入することを含むことができる。このメタンの一部分又はすべては液化装置における液化用天然ガスを提供する天然ガス供給から得られることができる。もし、ボトム液体がまだ第二の時間の工程（ｄ）において閉鎖ループ冷却回路中に再導入されていないならば(又は、一部分のボトム液体が貯蔵されており、より重質の成分が閉鎖ループ冷却回路中になおも再導入される必要があるならば)、冷却剤を液化装置に添加する工程は、貯蔵されたボトム液体を閉鎖ループ冷却回路に再導入することを含むことができる。液化又は過冷却された天然ガスの第三の製造速度、天然ガスの第三のフィード速度及び混合冷却剤の第三の循環速度は、好ましくは、それぞれ、第一の製造速度、第一のフィード速度及び第一の循環速度と同一であるか又はそれより低い。特に、第三の製造速度、第三のフィード速度及び第三の循環速度は、それぞれ、第一の製造速度、第一のフィード速度及び第一の循環速度と同一であることができ、第三の時間は液化装置を通常運転に回復することを表す。
【００３４】
本発明の第三の態様による天然ガス液化装置は、特に、本発明の第一及び／又は第二の態様による方法を実施するのに適する。
【００３５】
本発明の好ましい態様としては以下の態様＃１〜＃２７が挙げられる。
＃１．天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法であって、前記混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含み、そして前記液化装置は閉鎖ループ冷却回路を含み、ここで、前記混合冷却剤は前記液化装置が使用されているときに循環され、前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法は、
（ａ）気化された混合冷却剤を、閉鎖ループ冷却回路から抜き出すことと、
（ｂ）気化された混合冷却剤を蒸留カラム中に導入し、そして蒸留カラムにリフラックスを提供し、それにより、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離すること、
（ｃ）蒸留カラムからオーバーヘッド蒸気を抜き出し、液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームを形成すること、及び、
（ｄ）蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路中に再導入し、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるようにボトム液体を貯蔵すること、
を含む方法。
＃２．前記のより重質の成分は１種以上のより重質の炭化水素を含む、態様＃１記載の方法。
＃３．前記混合冷却剤は窒素をさらに含み、工程（ｂ）におけるオーバーヘッド蒸気は窒素及びメタンを多く含み、そして工程（ｃ）におけるメタンを多く含むストリームは窒素及びメタンを多く含むストリームである、態様＃１又は＃２記載の方法。
＃４．工程（ｂ）において、蒸留カラムへのリフラックスは冷却剤との間接熱交換によりオーバーヘッド凝縮器においてオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を冷却しそして凝縮させることにより得られる凝縮物のリフラックスストリームにより提供される、態様＃１〜＃３のいずれか１項記載の方法。
＃５．前記冷却剤は液化装置により製造されている又は製造された液化天然ガスから取られた液化天然ガスストリームを含む、態様＃４記載の方法。
＃６．工程（ｂ）において、蒸留カラムへのリフラックスは蒸留カラムのトップへ導入される液体のリフラックスストリームにより提供される、態様＃１〜＃５のいずれか１項記載の方法。
＃７．前記液体のリフラックスストリームは液化装置により製造されている又は製造された液化天然ガスから取られる液化天然ガスのストリームを含む、態様＃６記載の方法。
＃８．工程（ｃ）において形成される、メタンを多く含むストリームは燃焼され、燃料として使用され、及び／又は、液化装置により液化される天然ガスフィードに添加される、態様＃１〜＃７のいずれか１項記載の方法。
＃９．工程（ｄ）において、ボトム液体は、閉鎖ループ冷却回路に再導入される前に、蒸留カラムのボトムに貯蔵され、及び／又は、蒸留カラムから抜き取られそして別個の貯蔵容器に貯蔵される、態様＃１〜＃８のいずれか１項記載の方法。
＃１０．工程（ａ）において、気化された混合冷却剤は主要熱交換器の低温端及び／又は中間位置から抜き出される、態様＃１〜＃９のいずれか１項記載の方法。
＃１１．前記主要熱交換器はコイル巻き熱交換器である、態様＃１〜＃１０のいずれか１項記載の方法。
＃１２．工程（ａ）において、気化された混合冷却剤はコイル巻き熱交換器のシェル側から抜き取られる、態様＃１１記載の方法。
＃１３．前記方法はシャットダウン又は液化装置による天然ガス液化及び／又は過冷却の速度の減量運転に応答して行われる、態様＃１〜＃１２のいずれか１項記載の方法。
＃１４．天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置において、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度を変更する方法であって、前記液化装置は混合冷却剤が循環されている閉鎖ループ冷却回路を含み、前記混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含み、そして前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法は、
天然ガスが主要熱交換器を通して第一のフィード速度でフィードされ、そして混合冷却剤が、第一の製造速度で液化又は過冷却された天然ガスを製造するように、第一の循環速度で閉鎖ループ冷却回路において循環される第一の時間、
主要熱交換器を通した天然ガスのフィードを停止し又はそのフィード速度を第二のフィード速度に低減し、閉鎖ループ冷却回路における混合冷却剤の循環を停止し又はその循環速度を第二の循環速度に低減し、そして液化装置から冷却剤を取り出すことににより、液化又は過冷却された天然ガスの製造を停止し、又は、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度を第二の製造速度に低減する第二の時間を含み、ここで、液化装置から冷却剤を取り出す方法は、
（ａ）気化された混合冷却剤を、閉鎖ループ冷却回路から抜き出すこと、
（ｂ）気化された混合冷却剤を蒸留カラム中に導入し、そして蒸留カラムにリフラックスを提供し、それにより、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離すること、
（ｃ）蒸留カラムからオーバーヘッド蒸気を抜き出し、液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームを形成すること、及び、
（ｄ）蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路中に再導入し、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるようにボトム液体を貯蔵すること、
を含む方法。
＃１５．第二の時間の後に第三の時間をさらに含み、その間に、液化又は過冷却された天然ガスの製造の速度は、主要熱交換器を通る天然ガスのフィードを第三のフィード速度に増加させ、冷却剤を液化装置に添加し、そして混合冷却剤の循環を第三の循環速度に増加させることにより、第三の製造速度に増加され、ここで、冷却剤を液化装置に添加する工程は、メタンを閉鎖ループ冷却回路中に導入することを含み、もし、ボトム液体がまだ第二の時間の工程（ｄ）において閉鎖ループ冷却回路中に再導入されていないならば、貯蔵されたボトム液体を閉鎖ループ冷却回路に再導入することを含む、態様＃１４記載の方法。
＃１６．液化又は過冷却された天然ガスの第三の製造速度、天然ガスの第三のフィード速度及び混合冷却剤の第三の循環速度は、それぞれ、第一の製造速度、第一のフィード速度及び第一の循環速度と同一であるか又はそれより低い、態様＃１５記載の方法。
＃１７． 閉鎖ループ冷却回路に導入されるメタンは液化装置における液化のための天然ガスを提供する天然ガス供給から得られる、態様＃１５又は＃１６記載の方法。
＃１８．前記第二の時間において、液化装置から冷却剤を取り出す方法は態様＃２〜＃１２のいずれか１項においてさらに規定されるとおりである、態様＃１５〜＃１７のいずれか１項記載の方法。
＃１９．天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための、メタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含む、混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置であって、該液化装置は、
液化装置が使用されているときに、混合冷却剤を含みそして循環させるための閉鎖ループ冷却回路であって、該閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化及び／又は過冷却されるようにフィードされうる、閉鎖ループ冷却回路、
前記閉鎖ループ冷却回路からの気化された混合冷却剤を受け入れ、かつ、気化された混合冷却剤を、混合冷却剤のメタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離するように操作可能である蒸留カラム、
前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段、
閉鎖ループ冷却回路からの気化された混合冷却剤を蒸留カラムに輸送するための、蒸留カラムから抜き出し、オーバーヘッド蒸気から形成されるメタンを多く含むストリームを液化装置から取り出すための、及び、前記蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路に再導入するための導管、
を含む、液化装置。
＃２０．前記装置は閉鎖ループ冷却回路へのボトム液体の再導入の前に、前記ボトム液体を貯蔵するための貯蔵デバイスをさらに含む、態様＃１９記載の装置。
＃２１．前記ボトム液体を貯蔵するための貯蔵デバイスは蒸留カラムのボトムセクション、及び／又は、別個の貯蔵容器を含む、態様＃２０記載の装置。
＃２２．前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段は冷却剤との間接熱交換によりオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を冷却しそして凝縮させ、凝縮物のリフラックスストリームを提供するためのオーバーヘッド凝縮器を含む、態様＃１９〜＃２１のいずれか１項記載の装置。
＃２３．前記冷却剤は液化天然ガスストリームを含み、そして前記装置は液化装置により製造された液化天然ガスの一部分をオーバーヘッド凝縮器に輸送するための導管をさらに含む、態様＃２２記載の装置。
＃２４． 前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段は蒸留カラムのトップに液体のリフラックスストリームを導入するための導管を含む、態様＃１９〜＃２３のいずれか１項記載の装置。
＃２５．液体のリフラックスストリームは液化天然ガスを含み、そしてリフラックスストリームを導入するための導管は液化装置により製造された液化天然ガスの一部分を蒸留カラムのトップに輸送する、態様＃２４記載の装置。
＃２６．メタンを多く含むストリームを抜き出しそして取り出すための導管はストリームをフレア燃焼させるためのデバイス、ストリームを燃焼させ、出力又は電気を発生するためのデバイス、及び／又は、液化のために天然ガスを液化装置にフィードするための天然ガスフィード導管にストリームを輸送する、態様＃１９〜＃２５のいずれか１項記載の装置。
＃２７．気化された混合冷却剤を閉鎖ループ冷却回路から蒸留カラムに輸送するための導管は主要熱交換器の低温端及び／又は中間位置から、気化された混合冷却剤を抜き出す、態様＃１９〜＃２６のいずれか１項記載の装置。
＃２８．前記主要熱交換器はコイル巻き熱交換器である、態様＃１９〜＃２７のいずれか１項記載の装置。
＃２９．気化された混合冷却剤を閉鎖ループ冷却回路から蒸留カラムに輸送するための導管はコイル巻き熱交換器のシェル側から、気化された混合冷却剤を抜き出す、態様＃２８記載の装置。
【００３６】
例としてのみ、本発明の特定の好ましい実施形態を図１〜６を参照しながら以下に説明する。これらの図面において、特徴部が１つより多くの図面で共通である場合には、その特徴は、明確化及び簡潔性のために、各図面中で同一の参照番号が割り当てられている。
【００３７】
図１〜６に例示される実施形態において、天然ガス液化装置はコイル巻き型であり、天然ガスを液化及び過冷却の両方を行うために通過させる３つの別個のチューブバンドルが同一のシェル中に収納されている単一のユニットを含む主要熱交換器を有する。しかしながら、より多い又はより少ないチューブバンドルを使用してよく、そしてバンドル（１つ以上が使用される場合）は、代わりに、別個のシェル中に収納されていてよく、それにより、代わりに、主要熱交換器は一連のユニットを含んでよいことは理解されるべきである。同様に、主要熱交換器はコイル巻き型である必要はなく、代わりに、別のタイプの熱交換器であってよく、例えば、限定するわけではないが、別のタイプのシェルアンドチューブ型熱交換器又はプレートアンドフィン型熱交換器が挙げられる。
【００３８】
また、図１〜６に例示される実施形態において、天然ガス液化装置は天然ガスを液化及び過冷却の両方を行うためのＣ３ＭＲサイクル又はＤＭＲサイクルを用い、したがって、天然ガスを液化しそして過冷却するために使用される、混合冷却剤を含む閉鎖ループ冷却回路は構成されそして描かれている（単純化のために、プロパン又は混合冷却剤予備冷却セクションは示されていない）。しかしながら、ここでも、他のタイプの冷却剤サイクルは使用されてよく、例えば、限定するわけではないが、ＳＭＲサイクル又はＣ３ＭＲ−窒素ハイブリッドが挙げられる。このような別のサイクルでは、混合冷却剤は天然ガスを液化又は過冷却するためのみに使用でき、そして混合冷却剤が循環される閉鎖ループ冷却回路は、その後に、再構成される。
【００３９】
これらの実施形態において使用される混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分を含む。好ましくは、より重質の成分は１種以上のより重質の炭化水素を含み、そして窒素は、また、追加の軽質成分として存在する。特に、窒素、メタン、エタン／エチレン、プロパン、ブタン及びペンタンの混合物を含む混合冷却剤は、一般に、好ましい。
【００４０】
図１を参照すると、本発明の実施形態による天然ガス液化装置は示されており、通常条件下に操作している第一の時間の間で操作しており、その間に、天然ガスは第一のフィード速度で主要熱交換器を通してフィードされ、そして混合冷却剤は第一の循環速度で閉鎖ループ冷却回路中で循環され、それにより、第一の又は通常製造速度で液化されそして過冷却された天然ガスを製造する。単純化のために、後の減量運転又はシャットダウン条件下に液化装置から冷却剤を取り出すために使用され、そして図２〜４を参照して、下記に詳細に説明されるであろう液化装置の特徴は図１に描かれていない。
【００４１】
天然ガス液化装置は閉鎖ループ冷却回路を含み、この場合に、該閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器１０、冷却剤コンプレッサー３０及び３２、冷却剤クーラー３１及び３２、相分離器３４並びに膨張デバイス３６及び３７を含む。主要熱交換器１０は、上記のとおり、コイル巻き熱交換器であり、該熱交換器は単一の加圧シェル(通常、アルミニウム又はステンレススチールから製造されている)中に収納された３つのらせん巻きチューブバンドル１１、１２、１３を含む。各チューブバンドルは、中央マンドレルの周囲にらせん様式で包囲しており、バンドルの上及び下に位置しているチューブシートに接続されている、数千本のチューブからなる。
【００４２】
この実施形態において、天然ガスを予備冷却するための異なる閉鎖ループ冷却回路でプロパン又は混合冷却剤を用いる、液化装置の予備冷却セクション（図示せず）において既に予備冷却された、天然ガスフィードストリーム１０１は、コイル巻き熱交換器１０の高温端で入り、そして高温１１、中間１２及び低温１３チューブバンドルを通って流れるときに液化及び過冷却され、その後、過冷却された液化天然ガス（ＬＮＧ）ストリーム１０２としてコイル巻き熱交換器の低温端を出ていく。天然ガスフィードストリーム１０１は、また、コイル巻き熱交換器１０における凍結又は他の操作上の問題を回避するために必要とされるレベルにまで任意の湿分、酸性ガス、水銀及び天然ガス液体（ＮＧＬ）を除去することが必要なときには予備処理されているであろう。コイル巻き熱交換器から出ていく、過冷却された液化天然ガス（ＬＮＧ）ストリーム１０２はオフサイト（図示せず）への輸送のためのパイプラインに直接的に送られてよく、及び／又は、ＬＮＧタンク１４に送られてよく、そこから、ＬＮＧ１０３は必要なときに抜き出されてよい。
【００４３】
天然ガスは、チューブの外側上、低温端から高温端に、コイル巻き熱交換器のシェル側を通して流れる、低温の気化された又は気化している混合冷却剤との間接熱交換により、コイル巻き熱交換器中で冷却され、液化されそして過冷却される。典型的には、バンドルのトップを横切ってシェル側冷却剤を分配するディストリビュータはシェル内の各バンドルのトップに配置されている。
【００４４】
コイル巻き熱交換器の高温端を出てくる、高温の気化された混合冷却剤３０９は、冷却剤コンプレッサー３０及び３２中で圧縮され、そしてインタークーラー及びアフタークーラー３１及び３３（典型的には、水又は別の周囲温度冷媒に対して）で冷却され、圧縮された部分的に凝縮された混合冷却剤３１２のストリームを形成する。これは、その後、相分離器３４において混合冷却剤の液体ストリーム３０１及び混合冷却剤の蒸気ストリーム３０２に分離される。例示の実施形態において、冷却剤コンプレッサー３０及び３２は共通のモータ３５により駆動されている。
【００４５】
混合冷却剤の液体ストリーム３０１は天然ガスフィード１０１とは別に、コイル巻き熱交換器の高温１１及び中間１２チューブバンドルを通して通過され、それにより、そこで冷却され、そしてその後、膨張デバイス３６中で膨張され、典型的に、約−６０〜−１２０℃の温度の低温冷却剤３０７のストリームを形成し、それを低温１３及び中間１２チューブバンドルの間の中間位置で、コイル巻き熱交換器１０のシェル側に再導入し、コイル巻き熱交換器のシェル側を通して流れる、上記の低温の気化された又は気化している混合冷却剤の一部を提供する。
【００４６】
混合冷却剤の蒸気ストリーム３０２は、天然ガスフィードストリーム１０１とは別に、コイル巻き熱交換器の高温１１、中間１２及び低温１３チューブバンドルを通して通過され、また、その中で冷却されそして少なくとも部分的に凝縮され、その後、膨張デバイス３７中で膨張され、、典型的に、約−１２０〜−１５０℃の温度の低温冷却剤のストリーム３０８を形成し、それをコイル巻き熱交換器の低温端でコイル巻き熱交換器１０のシェル側に再導入し、コイル巻き熱交換器のシェル側を通して流れる、上記の低温の気化された又は気化している混合冷却剤の残部を提供する。
【００４７】
認識されるとおり、上記の関係での用語「高温」及び「低温」は問題となるストリーム又は部分の相対温度のみを指し、そして、特に別段に指示されないかぎり、いかなる特定の温度範囲をも含まない。図１に示す実施形態において、膨張デバイス３６及び３７はジュール−トムソン（Ｊ−Ｔ）値であるが、同様に、混合冷却剤ストリームを膨張させるのに適する他の任意のデバイスを使用することができる。
【００４８】
図２を参照すると、第二の時間で操作している天然ガス液化装置をここで示し、ここで、該装置は今や減量運転又はシャットダウン条件下に操作しており、その間に、液化されそして過冷却された天然ガスの製造は低減され又は停止され、ここで、冷却剤は今や天然ガス液化装置から取り出されている。
【００４９】
液化装置が減量運転条件で操作している場合に、天然ガスフィードストリーム１０１は、なおもコイル巻き熱交換器１０を通して通過されており、それにより、過冷却されたＬＮＧストリーム１０２を製造しているが、天然ガスのフィード速度（すなわち、天然ガスフィードストリーム１０１の流速）及びＬＮＧの製造速度（すなわち、過冷却されたＬＮＧストリーム１０２の流速）は図１におけるフィード速度及び製造速度と比較して低減されている。同様に、閉鎖ループ冷却回路における混合冷却剤の循環速度(すなわち、回路の周りの混合冷却剤の、特に、主要熱交換器１０を通る流速)は図１における循環速度と比較して低減されており、それにより、ＬＮＧの低減された製造速度に適合するように冷却剤により提供される冷却負荷の量を低減する。液化装置がシャットダウン条件下に操作している場合に、天然ガスのフィード、混合冷却剤の循環及び（もちろん）過冷却されたＬＮＧの製造はすべて停止されている。
【００５０】
気化された混合冷却剤のストリーム２０１はコイル巻き熱交換器１０のシェル側からその低温端で抜き出されることにより閉鎖ループ冷却回路から抜き出され、そして、例えば、パッキング又はトレイから構成される複数の分離ステージを含む蒸留カラム２０のボトム中に導入され、該複数の分離ステージは、気化された混合冷却剤を、蒸留カラムのトップに蓄積するオーバーヘッド蒸気と、蒸留カラムのボトムに蓄積するボトム液体とに分離する役割を果たす。オーバーヘッド蒸気は、カラムにフィードされる混合冷却剤と比較して、混合冷却剤のメタン及び他の任意の軽質成分を多く含む。例えば、窒素が混合冷却剤中に存在するときには、オーバーヘッド蒸気は、また、窒素を多く含む。ボトム液体は、カラムにフィードされる混合冷却剤と比較して、メタンよりも重質である混合冷却剤の成分を多く含む。代表的なより重質の成分としては、上記のとおり、例えば、エタン／エチレン、プロパン、ブタン及びペンタンが挙げられる。蒸留カラムの操作圧力は、典型的には、１５０ｐｓｉｇ未満（１００ａｔｍ未満）である。
【００５１】
蒸留カラムに対するリフラックスは、冷却剤２０７との間接熱交換により、オーバーヘッド凝縮器２２においてオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を冷却凝縮することにより、この実施形態において発生される。オーバーヘッド凝縮器２２は蒸留カラム２０のトップ又はその一部と一体化されていてよく、又は、それは（図２に示すように）、オーバーヘッド蒸気が輸送される別個のユニットであってよい。
【００５２】
蒸留カラム２０からのオーバーヘッド蒸気２０２は、凝縮器２２を通過し、そして、この実施形態において、部分的に凝縮されて、混合相ストリーム２０３を形成する。混合相ストリーム２０３は、その後、相分離器２１において、リフラックスストリーム２１０として蒸留カラムのトップに戻される液体凝縮物と、残部のメタンを多く含む蒸気部分とに分離され、該蒸気部分はメタンを多く含むストリーム２０４として液化装置から取り出される。別の実施形態（図示せず）において、オーバーヘッド蒸気２０２はオーバーヘッド凝縮器において完全に凝縮されてよく、そして凝縮されたオーバーヘッドは、その後、２つのストリームに分割され、その１つはリフラックスストリーム２１０として蒸留カラムのトップに戻され、そしてそのもう一方は液化装置から抜き出されたメタンを多く含むストリーム２０４を形成する（この場合に、液体である）。これにより、相分離器２１は分配させるが、オーバーヘッド凝縮器に対して、高められた冷却負荷をも要求し、そのため、一般に、好ましい。
【００５３】
液化装置から抜き出されたメタンを多く含むストリーム２０４は、好ましくは、概して、より重質な成分を含まない。例えば、より重質の成分がエタン及びより高級の炭化水素を含む場合には、それは、典型的には、約１％未満のこれらの成分を含む。窒素も混合冷却剤中に存在する場合には、ストリーム２０４はメタン及び窒素の両方を多く含む。ストリーム中の窒素／メタン比は、閉鎖ループ冷却回路から抜き出された、気化された混合冷却剤中のそれらの比に依存するであろうが、典型的には、約５〜４０モル％のＮ2の範囲であろう。メタンを多く含むストリーム２０４はフレアスタック（図示せず）又はストリームを燃焼するための他の適切なデバイスに送られそして燃焼されることにより廃棄できるが、好ましくは、それは燃料として使用され、外部パイプライン又は外部天然ガス使用に送られ、又は、天然ガスフィードストリーム１０１に添加され、それにより、追加の過冷却されたＬＮＧを生成するための追加のフィードを提供する。メタンを多く含むストリーム２０４は燃料として使用されるならば、それは、例えば、ガスタービン（図示せず）又は他の形態の燃焼デバイスにおいて燃焼されてよく、それにより、オンサイト使用のための出力（例えば、冷却剤凝縮器３０及び３２を駆動するモータ３５による使用）を生成し、送出用電気を発生し及び／又は酸性ガス除去装置などのプラントにおけるプロセス加熱を提供することができる。
【００５４】
蒸留カラム２０からのボトム液体２２１／２２２は閉鎖ループ冷却回路中に再導入され、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるように貯蔵される。ボトム液体は、上記のとおり、より重質の成分を多く含み、そして好ましくは、主としてこれらのより重質の成分からなる。好まししくは、これは１０％未満のメタン及び他の任意の軽質成分を含む(例えば、１０モル％未満のCH4+N2)。それは、任意の適切な位置で閉鎖ループ冷却回路中に再導入されてよい。例えば、ボトム液体２２１は、気化された混合冷却剤が抜き出されるコイル巻き熱交換器の位置と同一の位置に再導入されてよく（例えば、同一の導管を用いて）、又は、図２に示されるように、低温１３チューブバンドルと中央１２チューブバンドルとの間などの熱交換器の中間位置で、コイル巻き熱交換器１０のシェル側に再導入されうる。ボトム液体の一部分又はすべてがコイル巻き熱交換器１０に再導入前に貯蔵される場合には、ボトム液体２２２は貯蔵容器中に貯蔵でき、該貯蔵容器は図２に示す回収ドラム２４のように、蒸留カラムとは別個であり、又は、蒸留カラム２０のボトム自体はボトム液体を一時的に貯蔵するように設計されてよい。所望ならば、蒸留カラムにより発生されるボトム液体のすべてが閉鎖ループ冷却回路中に再導入され、及び／又は、閉鎖ループ冷却回路への後の再導入のために貯蔵される必要はない。しかしながら、一般に、すべてのボトム液体の再導入（及び／又は貯蔵及びその後の再導入）は好ましい。
【００５５】
上記のとおり、閉鎖ループ冷却回路に戻してボトム液体を再導入（又は貯蔵及びその後再導入）することにより、混合冷却剤のより重質の成分（例えば、エタン／エチレン及びより高級の炭化水素）は保持され、それにより、一旦、液化装置の通常運転が回復されたときに、混合冷却剤中のこれらの成分を補充する必要性を回避することができる。この補充はコストが嵩み、困難でありそして時間のかかる操作であることがある。同時に、オーバーヘッド蒸気、蒸留カラム及び液化装置から形成された、メタンを多く含むストリームを取り出すことにより（このストリームを単純に燃焼させ、又は、ある他の使用に供することのいずれかによる）、混合冷却剤のメタン及び他の任意の追加の軽質成分（例えば、窒素）を貯蔵することに関する困難さは回避される。
【００５６】
オーバーヘッド凝集器中で使用される冷却剤はいかなる源から来てもよい。例えば、オンサイトで入手可能ならば、液化窒素（ＬＩＮ）ストリームは使用されてよい。しかしながら、好ましい実施形態において、図２に示されるように、ＬＮＧは冷却剤として使用される。ＬＮＧは液化装置により製造されているＬＮＧから直接的に取られても（もし装置が減量運転条件で操作しているならば）、又は、示されるとおり、ＬＮＧ貯蔵タンク１４からポンプ送りされてよい。貯蔵タンク１４から抜き出されるＬＮＧ２０９／２０７はポンプ２３によりポンプ送りされ、冷却剤としてオーバーヘッド凝縮器２２に通される。ＬＮＧストリームはオーバーヘッド凝縮器において温められ、温められた天然ガスストリーム２０８として凝縮器を出てきて、それは、例えば、上記のメタンを多く含むストリーム２０４と同様に、フレア燃焼され、又は、燃料として使用されることができる。もし、温められた天然ガスストリーム２０８が二相であるならば、それはＬＮＧ貯蔵タンク１４に送り戻されても、又は、分離器（図示せず）に送られてもよく、そこから、液体はＬＮＧタンクに送られ、又は、蒸気は、オーバーヘッド蒸気に関して上述したように、フレア燃焼され、燃料又は冷却剤メークアップとして、又は、ある他の用途のために使用されうる。
【００５７】
図２（本発明の他の実施形態）に描かれている種々のストリームのフローの制御は当該技術分野で知られた任意かつすべての適切な手段により行うことができる。例えば、蒸留カラムへの気化された混合冷却剤２０１のフローの制御、コイル巻き熱交換器に戻すボトム液体２２１のフローの制御、及び、メタンを多く含むストリーム２０４のフローの制御はこれらのストリームを輸送し又は抜き出す１つ以上の導管上に配置されている１つ以上の適切な流量制御デバイス（例えば、フローコントロールバルブ）により行うことができる。同様に、ＬＮＧストリーム２０９／２０７のフローはフローコントロールバルブなどの流量制御デバイスを用いて制御されうるが、通常、ポンプ２３はそれ自体が適切な流量制御を提供するであろう。
【００５８】
上記のとおり、図２に示す実施形態において、蒸留カラムへのリフラックスはオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を凝縮させることにより得られる凝縮物として提供される。しかしながら、オーバーヘッド蒸気を凝縮することの代わりに（又はそれに加えて）、蒸留カラムへのリフラックスは、蒸留カラムのトップへの別個の液体のストリームの直接注入により提供されうる。これは図３に例示されており、ここで、減量運転又はシャットダウン条件で操作している本発明の別の実施形態による天然ガス液化装置を示す。
【００５９】
図３を参照すると、気化された混合冷却剤のストリーム２０１は、また、コイル巻き熱交換器１０のシェル側からその低温端で抜き出され、蒸留カラム２０のボトムに導入され、それは、また、気化された混合冷却剤を、メタン（及び他の任意の軽質成分）を多く含むオーバーヘッド蒸気と、より重質の成分を多く含むボトム液体とに分離する。しかしながら、この実施形態では、蒸留カラムへのリフラックスを提供するためにオーバーヘッド凝縮器及び関連分離器は使用されない。代わりに、ＬＮＧ貯蔵タンク１４からポンプ送りされるＬＮＧストリーム２０９／２０７は蒸留カラムのトップにリフラックスストリームとして導入され、蒸留カラムのトップから抜き出されるオーバーヘッド蒸気のすべては、メタンを多く含むストリーム２０４を形成し、それは液化装置から抜き出され（そして、それは、上記のとおり、フレア燃焼され、燃料として使用され、天然ガスフィードに添加され、又は、パイプラインに送られることができる）。
【００６０】
また、図３に示される実施形態において、利用可能な場合には、他の適切な低温液体ストリームは、蒸留カラムにリフラックスを提供するために、ＬＮＧの代わりに又はそれに加えて、使用されてよい。例えば、ＬＩＮストリームは、また、ＬＮＧストリームの代わりに使用されてよい。しかしながら、蒸留カラム中に含まれる混合冷却剤と直接接触されるように、液体ストリームが蒸留カラム中に導入されているので、液体ストリームの組成は、保持された冷却剤として閉鎖ループ冷却回路に戻されている又は後に戻されるボトム液体２２１／２２２を許容されないほど汚染するようなものであるべきでない。特に、液体ストリームが混合冷却剤中の汚染物を構成する何らかの成分を含むならば、このような成分は十分に高い揮発性のもの、及び／又は、蒸留カラムから抜き出されるボトム液体中の前記成分の量が有意でないほど十分に低い量で存在すべきである。
【００６１】
別の実施形態において、図２及び３に示す実施形態は、蒸留カラムへのリフラックスはオーバーヘッド凝縮器中でオーバーヘッド蒸気を凝縮させることにより形成される凝縮物、及び、蒸留カラムのトップへの液体の別個のストリームの直接注入の両方により提供されるように、組み合わされることができる。
【００６２】
図２及び３に示す実施形態において、閉鎖ループ冷却回路から抜き出されそして蒸留カラム２０に導入される、気化された混合冷却剤ストリーム２０１は、コイル巻き熱交換器１０のシェル側からその低温端で抜き出される。しかしながら、別の実施形態において、気化された混合冷却剤ストリームは閉鎖ループ冷却回路の別の位置で抜き出されることができる。
【００６３】
例えば、図４を参照して、本発明の別の実施形態による天然ガス液化装置は示され、減量運転又はシャットダウン条件下に操作している。この実施形態において、気化された混合冷却剤ストリーム２０１は、なおも、コイル巻き熱交換器１０のシェル側から抜き出され、そして蒸留カラム２０のボトムに導入される。同様に、蒸留カラム２０からのボトム液体２２１は、また、コイル巻き熱交換器１０のシェル側に再導入されうる。しかしながら、この実施形態において、気化された混合冷却剤ストリーム２０１は低温１３チューブバンドルと中央１２チューブバンドルとの間などの熱交換器の中間位置から抜き出され、そしてボトム液体は中央１２チューブバンドルと、高温１１チューブバンドルとの間などの熱交換器の高温端により近い位置でコイル巻き熱交換器のシェル側に戻される。
【００６４】
図５及び６を参照すると、本発明の実施形態による天然ガス液化装置は示され、ここでは、第三の時間で操作しており、その間に、液化されそして過冷却された天然ガスの製造が増加され（シャットダウン又は減量運転条件の後）、そして通常製造速度に回復されており、ここで、冷却剤は天然ガス液化装置に再導入されている。単純化のために、蒸留カラム２０、及び、使用される場合には、図２〜４に参照される上記のオーバーヘッド凝縮器２２など、減量運転又はシャットダウン条件下の液化装置から冷却剤を取り出すために使用される液化装置の特徴部は図５及び６に描かれていない。
【００６５】
通常運転の回復の間に、コイル巻き熱交換器１０を通る天然ガスのフィード速度（すなわち、天然ガスフィードストリーム１０１の流速)及びＬＮＧの得られる製造速度（すなわち、過冷却されたＬＮＧストリーム１０２の流速）は、通常製造速度が再び得られるまで増加される。同様に、閉鎖ループ冷却回路中の混合冷却剤の循環速度(すなわち、回路を回る、特に、主要熱交換器１０を通る混合冷却剤の流速)は、ＬＮＧ製造速度のこの増加が要求する冷却負荷の増加を提供するように増加される。混合冷却剤の循環速度のこの増加を提供するために、結果的に、液化装置が減量運転又はシャットダウン条件下に操作しているときに、以前に取り出された冷却剤のメークアップを提供するように冷却剤を閉鎖ループ冷却回路に戻して添加することが必要である。
【００６６】
図５及び６に示す実施形態において、蒸留カラムからのボトム液体は、液化装置がシャットダウンされているか又は減量運転下に操作している時である先行の時間に間にリカバリードラム２４中に貯蔵されており、そして、今度は、混合冷却剤のより重質の成分を含むメークアップ冷却剤は閉鎖ループ冷却回路中に再導入される必要がある。このため、これらの実施形態における閉鎖ループ冷却回路中に戻す冷却剤の再導入はリカバリードラム２４からの貯蔵されたボトム液体４０１の抜き出し及び前記ボトム液体の閉鎖ループ冷却回路への再導入を伴う。図２〜４に関係して上述したとおり、ボトム液体は任意の適切な位置で閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうる。例えば、図５に示されるとおり、リカバリードラム２４から抜き出されたボトム液体４０１はＪ−Ｔバルブ４０などの膨張デバイスを通して膨張され、そしてコイル巻き熱交換器のシェル側にその低温端付近で再導入されることができる。或いは、図６に示すように、リカバリードラム２４から抜き出されたボトム液体４０１は膨張され、そして冷却剤コンプレッサー３０及び３２ならびにアフタークーラー３３の下流でかつ冷却剤相分離器３４の上流で閉鎖ループ冷却回路中に再導入されることができる。両方の場合に、リカバリードラム２４の圧力を、再導入ポイントでの操作圧力よりも高くに上げることにより、閉鎖ループ冷却回路中にボトム液体を再導入するためのポンプの必要性は回避されうる。
【００６７】
閉鎖ループ冷却回路中への冷却剤の再導入は、また、典型的には、メタン及び窒素などの他の任意の軽質成分の添加を要求するであろう。それらの成分は混合冷却剤中に存在するように設計されており、そしてメタンを多く含むストリーム２０４の一部として減量運転又はシャットダウン操作の間に液化装置から取り出されていたものである。リカバリードラム２４から閉鎖ループ冷却装置中にボトム液体４０１を戻して再導入する前に、メタン及び他の任意の軽質冷却剤を閉鎖ループ冷却装置中に導入することが好ましいことがある。メークアップメタン（及び他の任意の軽質成分）は任意の適切な源から入手されてよく、また、任意の適切な位置で閉鎖ループ冷却回路中に導入されてよい。
【００６８】
特に、天然ガスが主としてメタン（典型的には、約９５モル％）であるときに、天然ガスフィードストリーム１０１を提供する天然ガス供給は閉鎖ループ冷却回路のためのメークアップメタンの便利でかつ容易な源を提供する。上述のとおり、天然ガスフィードは、液化のためのコイル巻き熱交換器中に導入される前に、典型的には、ＮＧＬを除去するためにスクラビングされる。これらの天然ガス液体は、典型的に、ＮＧＬ精留装置（図示せず）中で処理され、該精留装置は一連の蒸留カラムを含み、該蒸留カラムはデメタナイザーカラム又はメタンを多く含むオーバーヘッドを製造するためのスクラブカラムを含む。このメタンを多く含むオーバーヘッドは、例えば、メークアップメタン４０２として使用でき、該メークアップメタンは、例えば、コイル巻き熱交換器の下流でかつ第一の冷却剤コンプレッサー３０の上流で閉鎖ループ冷却回路に添加されうる。
【実施例】
【００６９】
本発明の操作を例示するために、図２において記載しそして描いたとおりに天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法をASPEN Plusソフトウエアを用いてシミュレートした。
【００７０】
本例の基準は約７８，０００ポンドモル／時(３５３８０キログラムモル／時)のＬＮＧを製造するＣ３ＭＲサイクルを用いた５百万メートルトン／年(mtpa)のＬＮＧ設備である。本例は、約１３０ｋｂｔｕ/時（３８ｋＷ）のヒートリークのために、圧力が１００ｐｓｉ（６．８ａｔｍ）に上がるまで、熱交換器を数時間放置したシャットダウンである。シミュレーションは蒸留カラム２０の初期操作を表す。ストリームの条件を下記の表に示す。本例では、蒸留カラムは直径が０．６６ｆｔ（２０ｃｍ）で、長さが１５ｆｔ（４．５７ｍ）であり、１”（２．５ｃｍ）ポールリングの形態でパッキングを含む。これらの結果は蒸留カラムが混合冷却剤のより重質の成分（エタン／エチレン、プロパン及びブタン）から軽質成分（メタン及び窒素）を分離するのに効率的であり、それにより、長時間のシャットダウンの間に前記の有価なより重質の成分を保持しそして回収するのに有効であることを示す。
【００７１】
【表１】
2016080344.tif 000003
【００７２】
本発明は好ましい実施形態を参照して上述した詳細に限定されず、多くの変更及び変形が以下の特許請求の範囲に規定されるとおりの本発明の精神又は範囲から逸脱することなくなされることができることは理解されるであろう。
【図１】
2016080344.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年12月10日(2015.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は天然ガスを液化し及び／又は過冷却するために混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法、及び、製造のシャットダウン又は減量運転の間に液化装置から冷却剤を取り出す、液化又は過冷却天然ガスの製造速度を変更する方法に関する。本発明は、また、上記の方法を実施することができる天然ガス液化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスを液化し、そして場合により、過冷却するための多くの液化装置は当該技術分野でよく知られている。典型的には、このような装置において、天然ガスは、１種以上の冷却剤との間接熱交換によって液化され、又は、液化そして過冷却される。多くのこのような装置において、混合冷却剤は冷却剤として、又は、冷却剤のうちの１つとして使用される。典型的には、混合冷却剤は閉鎖ループ冷却回路において循環され、該閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して天然ガスはフィードされ、循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却される。このような冷却サイクルの例としては、シングル混合冷却剤（ＳＭＲ）サイクル、プロパン予備冷却混合冷却剤（Ｃ３ＭＲ）サイクル、デュアル混合冷却剤（ＤＭＲ）サイクル及びＣ３ＭＲ−窒素ハイブリッド（例えば、ＡＰ−Ｘ（商標））サイクルが挙げられる。
【０００３】
このようなシステムの通常運転（定常状態）の間に、混合冷却剤は閉鎖ループ冷却回路内部を循環し、そして回路から意図的に取り出されない。主要熱交換器を出てくる、気化した、温められた冷却剤は、典型的には、圧縮され、冷却され、少なくとも部分的に凝縮され、その後、膨張され（閉鎖ループ冷却回路は、それゆえ、典型的には、１つ以上のコンプレッサー、クーラー及び膨張装置をも含む）、その後に、低温気化又は気化性冷却剤として熱交換器に戻され、再び、主要熱交換器に冷却負荷を提供する。少量の混合冷却剤は時間経過とともに損失されることがあり、例えば、回路からの少量の漏洩の結果として損失されることがあり、そこで、少量のメークアップ冷却剤を添加することが要求されることができるが、一般に、通常運転の間に回路から取り出し又は回路に添加する冷却剤の量はなく又は少量でしかない。
【０００４】
しかしながら、液化装置のシャットダウン又は減量運転の間などの混乱条件下において、混合冷却剤は閉鎖ループ冷却回路から取り出されなければならないことがある。シャットダウンの間に、コンプレッサー、クーラー及び主要熱交換器を運転しないと、閉鎖ループ冷却回路の内部の混合冷却剤の温度及び、そのため、圧力は、回路の周囲による温暖化の結果として、時間の経過とともに安定的に上昇するであろう。そこで、圧力の蓄積が主要熱交換器又は回路の任意の他の構成部品に損傷を与えそうな時点になる前に冷却剤を回路から取り出す必要があるであろう。減量運転の間に、混合冷却剤のインベントリーは減量製造速度（より詳細には、主要熱交換器において要求される冷却負荷の減量）に適切に適合するように調節される必要があることがあり、このことも、また、閉鎖ループ冷却回路からの幾らかの量の冷却剤の取り出しを必要とする。
【０００５】
閉鎖ループ冷却回路から取り出される冷却剤は単純にベントされるか又は燃焼されてよいが、しばしば、冷却剤は有価な商品であり、そのため、このことが所望されない。これを回避するために、当該技術分野で採用されてきた別の選択肢は閉鎖ループ冷却回路から取り出された冷却剤を貯蔵容器中に貯蔵することであり、それにより、保持し、次いで、閉鎖ループ冷却回路に戻されることができる。しかしながら、この解決法も操作上の困難を伴う。閉鎖ループ冷却回路から取り出された混合冷却剤は、典型的には、過度の貯蔵圧力及び／又は体積を回避するために、少なくとも部分的に凝縮された状態で貯蔵されるように、なおも連続的に冷却される必要があるだろう。この冷却及び凝縮負荷を提供することは、そこで、有意な電力消費及び関連運転コストを伴うことがある。
【０００６】
例えば、米国特許出願公開第２０１２/１６７６１６号は主要熱交換器及び関連閉鎖ループ冷却回路を含む、ガス液化のための装置を運転するための方法を開示している。その装置は、さらに、主要熱交換器に接続された、又は、液化装置のシャットダウンの間に冷却剤が貯蔵されうる冷却回路の一部分を構成している冷却剤ドラムを含み、それにより、気化した冷却剤をベントする必要性を回避する。貯蔵ドラムは、貯蔵ドラム内に含まれた冷却剤を冷却しそして液化するための熱交換手段（例えば、二次冷却剤が通過する伝熱コイル）を備えている。主要熱交換器は、また、液体冷却剤が主要熱交換器中に直接的に注入されうる供給ラインに接続されていてもよく、それにより、そこに含まれる冷却剤を冷却することができる。
【０００７】
同様に、ip.comデータベースにある文献IPCOM000215855Dは、シャットダウンの間のコイル巻き熱交換器の過剰加圧を防止するための方法を開示している。気化された混合冷却剤をコイル巻き熱交換器のシェル側から抜き出し、そしてＬＮＧストリームがポンプ送りされ又はＬＮＧが直接的に注入されうる熱交換コイルを有する容器に送り、それにより、混合冷却剤を冷却しそして凝縮させ、それを、その後、コイル巻き熱交換器のシェル側に戻す。別の構成では、気化された混合冷却剤の冷却及び凝縮は、シェルの内部に熱交換コイルを配置し、又は、ＬＮＧをシェル中に直接的に注入することにより、コイル巻き熱交換器のシェル側で行われてよい。ＬＮＧストリームは、貯蔵タンクから得ることができ、又は、液化装置の低温端の任意のポイントから得ることができる。
【０００８】
米国特許出願公開第２０１４／０７５９８６号は、ＬＮＧを製造する代わりに、設備のスタートアップの間に天然ガスからエタンを分離するための液化設備の主要熱交換器及び閉鎖ループ冷却回路を使用する方法であって、液化設備の続いて行う通常運転の間に混合冷却剤の一部として使用されるエタンの製造をスピードアップする、方法を記載している。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１１／００３６１２１号は天然ガスを液化するための逆ブレイトンサイクルにおいて使用される循環窒素冷却剤中にリークされた天然ガス汚染物を除去するための方法を記載している。窒素冷却剤の一部分はサイクルから抜き出され、主要熱交換器の低温端で液化され、そしてリフラックスとして蒸留カラムのトップに導入される。蒸留カラムのトップから抜き出された、精製された窒素蒸気をサイクルに戻す。天然ガス汚染物を含む、蒸留カラムのボトムから抜き出された液体は、液化装置により製造されるＬＮＧストリームに添加されうる。
【００１０】
米国特許出願公開第２００８／０１１５５３０号はＬＮＧ設備の閉鎖ループ冷却回路において使用される冷却剤ストリームから汚染物を除去する方法を記載している。冷却剤ストリームはカスケードサイクルにおいて使用されるメタン冷却剤又はエタン冷却剤であることができ、汚染物は、カスケードサイクルの別の閉鎖ループ回路から冷却剤中にリークされた重質冷却剤（例えば、それぞれ、エタン又はプロパン）を含む。システムは汚染物を除去するための蒸留カラムを用いる。汚染された冷却剤は中間位置で蒸留カラムに導入される。汚染物が少ない冷却剤の蒸気ストリームはカラムのトップから抜き出され、そしてその閉鎖ループ冷却回路に戻される。汚染物が多い液体はカラムのボトムから抜き出され、そして廃棄される。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の第一の態様によると、天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法であって、前記混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分を含み、そして前記液化装置は閉鎖ループ冷却回路を含み、ここで、前記混合冷却剤は前記液化装置が使用されているときに循環され、前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法は、
（ａ）気化された混合冷却剤を、閉鎖ループ冷却回路から抜き出すことと、
（ｂ）気化された混合冷却剤を蒸留カラム中に導入し、そして蒸留カラムにリフラックスを提供し、それにより、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離すること、
（ｃ）蒸留カラムからオーバーヘッド蒸気を抜き出し、液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームを形成すること、及び、
（ｄ）蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路中に再導入し、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるようにボトム液体を貯蔵すること、
を含む方法が提供される。
【００１２】
本発明の第二の態様によると、天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置において、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度を変更する方法であって、前記液化装置は混合冷却剤が循環されている閉鎖ループ冷却回路を含み、前記混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含み、そして前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法は、
天然ガスが主要熱交換器を通して第一のフィード速度でフィードされ、そして混合冷却剤が、第一の製造速度で液化又は過冷却された天然ガスを製造するように、第一の循環速度で閉鎖ループ冷却回路において循環される第一の時間、
主要熱交換器を通した天然ガスのフィードを停止し又はそのフィード速度を第二のフィード速度に低減し、閉鎖ループ冷却回路における混合冷却剤の循環を停止し又はその循環速度を第二の循環速度に低減し、そして液化装置から冷却剤を取り出すことにより、液化又は過冷却された天然ガスの製造を停止し、又は、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度を第二の製造速度に低減する第二の時間を含み、ここで、液化装置から冷却剤を取り出す方法は、
（ａ）気化された混合冷却剤を、閉鎖ループ冷却回路から抜き出すことと、
（ｂ）気化された混合冷却剤を蒸留カラム中に導入し、そして蒸留カラムにリフラックスを提供し、それにより、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離すること、
（ｃ）蒸留カラムからオーバーヘッド蒸気を抜き出し、液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームを形成すること、及び、
（ｄ）蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路中に再導入し、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるようにボトム液体を貯蔵すること、
を含む方法が提供される。
【００１３】
本発明の第三の態様によると、天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための、メタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含む、混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置であって、該液化装置は、
液化装置が使用されているときに、混合冷却剤を含みそして循環させるための閉鎖ループ冷却回路であって、該閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化及び／又は過冷却されるようにフィードされうる、閉鎖ループ冷却回路、
前記閉鎖ループ冷却回路からの気化された混合冷却剤を受け入れ、かつ、気化された混合冷却剤を、混合冷却剤のメタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離するために操作可能である蒸留カラム、
前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段、
閉鎖ループ冷却回路からの気化された混合冷却剤を蒸留カラムに輸送するための、蒸留カラムから抜き出し、オーバーヘッド蒸気から形成されるメタンを多く含むストリームを液化装置から取り出すための、及び、前記蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路に再導入するための導管、
を含む、液化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一の時間で操作している本発明の実施形態による天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、ここで、該装置は、液化及び／又は過冷却された天然ガスが第一の又は通常の製造速度で製造される、通常条件下で操作している。
【図２】次に、第二の時間で操作している天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、ここで、該装置は、今や、減量運転又はシャットダウン条件下で操作しており、その間に、液化及び／又は過冷却された天然ガスの製造は減量又は停止されており、そして冷却剤は、今や、天然ガス液化装置から取り出されている。
【図３】第二の時間で操作している本発明の別の実施形態による天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、ここで、該装置は、減量運転又はシャットダウン条件下で操作しており、その間に、液化及び／又は過冷却された天然ガスの製造は減量又は停止されており、そして冷却剤は、今や、天然ガス液化装置から取り出されている。
【図４】第二の時間で操作している本発明の別の実施形態による天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、ここで、該装置は、減量運転又はシャットダウン条件下で操作しており、その間に、液化及び／又は過冷却された天然ガスの製造は減量又は停止されており、そして冷却剤は、今や、天然ガス液化装置から取り出されている。
【図５】第三の時間で操作している本発明のある実施形態による天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、その間に、液化及び／又は過冷却された天然ガスの製造は通常運転条件に回復されており、そして冷却剤は、天然ガス液化装置に再導入されている。
【図６】第三の時間で操作している本発明の別の実施形態による天然ガス液化装置を描く模式フローダイアグラムであり、その間に、液化及び／又は過冷却された天然ガスの製造は通常運転条件に回復されており、そして冷却剤は、天然ガス液化装置に再導入されている。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
混合冷却剤は天然ガス液化プラントにおける有価な商品である。典型的には、液化と一体化して又は液化の前のいずれかで天然ガス液体（ＮＧＬ）回収装置を用いて、天然ガスフィード自体から抽出されそして製造されうる。しかしながら、メタンなどの混合冷却剤の成分はこのようにして容易に得ることができるが、幾つかの他の成分はもっとずっと時間を要しそして分離するのが難しく（例えば、天然ガス中に少量でのみ存在する、エタン／エチレン及びより高い炭化水素）、このように得ることが全く可能でない（例えば、天然ガス中に全く存在していないＨＦＣ）。したがって、実際上、混合冷却剤のより重質の成分は有意な出費をかけて設備に輸送されなければならない可能性がある。結果的に、このような冷却剤の損失は有意な経理上の衝撃がある。
【００１６】
同様に、しかしながら、液化装置のシャットダウン又は減量運転の間などの混乱条件下に、冷却剤は上記の理由のために、閉鎖ループ冷却回路から取り出されなければならないことがある。閉鎖ループ冷却回路から取り出される混合冷却剤は単純にベント又は燃焼されうるが、この冷却剤、特に、そのより重質の成分は損失されてしまう。或いは、取り出された混合冷却剤は少なくとも部分的に凝縮された状態で貯蔵されうるが、その後、これに要求される冷却負荷は、上記のように、有意な電力消費及び関連操作コストが必要である傾向がある。
【００１７】
上記のとおりの本発明の第一、第二及び第三の態様による方法及び装置は蒸留カラムにおける閉鎖ループ冷却回路から最初に取り出された、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含む画分（蒸留カラムのオーバーヘッド蒸気として回収する）及びより重質の成分を多くの画分（蒸留カラムのボトム液体として回収する）に分離し、メタンを多く含むストリームを液化装置から除去させ、そして、より重質の成分を多く含むストリームを閉鎖ループ冷却回路に戻させ、及び／又は、閉鎖ループ冷却回路中への続いて行う再導入のために貯蔵させることにより、これらの問題に対処することができる。
【００１８】
このように、一旦、冷却剤を取り出さなければならない理由が過ぎ去り、液化装置の通常運転が回復されうると、混合冷却剤のより重質の成分（例えば、エタン／エチレン及びより高級の炭化水素）は大方、保持されることができ、それにより、混合冷却剤中のこれらの成分を置き換えなければならない困難さ及び／又はコストを回避することができる。同時に、蒸留カラムからのオーバーヘッド蒸気及び液化装置から形成される、メタンを多く含むストリームを除去することにより（このストリームを単純に燃焼させるか又はそれを、ある他の使用に供するかのいずれかにより）、通常運転が回復されるまでのメタン貯蔵に関連する困難さ及びコストも回避される。上記のように、メタンはオンサイトで利用可能な天然ガスの主要成分として存在するので、冷却剤中のメタンを補充することは比較的に容易かつ速いプロセスである。同様に、窒素も混合冷却剤中に存在し、このため、メタンを多く含むストリームの一部として取り出される場合には、これも比較的に容易に補充することができる。というのは、天然ガス液化装置は、通常、不活性化目的で窒素を必要とし、そのため、オンサイトに窒素発生設備をしばしば有するからである。さらに、混合冷却剤中に存在するメタン、窒素（存在する場合）及び任意の他の軽質成分は混合冷却剤のより重質の成分よりも高い蒸気圧を有するであろうから、これらの成分はより低い貯蔵温度（又はより高い貯蔵圧力）を生来的に要求し、そのことも、これらの成分の貯蔵よりも廃棄を有利にする。
【００１９】
冠詞「ａ」及び「ａｎ」は本明細書中に使用されるときに、そして特に指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載される本発明の実施形態の任意の特徴に適用されるときに、１つ又はそれ以上を意味する。「ａ」及び「ａｎ」の使用は、単数の特徴の限定が具体的に記載されていなければ、その意味を単数の特徴に限定しない。先行の単数もしくは複数の名詞又は名詞句がある冠詞「ｔｈｅ」は特定の指定された特徴又は特定の指定された特徴群を意味し、それが使用される文脈により単数又は複数の含意を有することができる。
【００２０】
本明細書中に使用されるときに、用語「天然ガス」は、合成ガス及び代替天然ガスをも包含する。天然ガスの主要成分はメタンである(それは、典型的には、フィードストリームの少なくとも８５モル％、よりしばしば、少なくとも９０モル％、そして、平均して約９５モル％を占める)。天然ガスの他の典型的な成分としては、窒素、１種以上の他の炭化水素、及び／又は、他の成分、例えば、ヘリウム、水素、二酸化炭素及び／又は他の酸性ガスならびに水銀が挙げられる。しかしながら、液化に供される前に、液化を起こす熱交換器において凍結又は他の操作上の問題を回避するために必要なレベルにまで、フィードから湿分、酸性ガス、水銀及び天然ガス液体（ＮＧＬ）を除去する。
【００２１】
本明細書中に使用されるときに、用語「混合冷却剤」は、特に指示がない限り、メタン及び１種以上のより重質の成分を含む組成物を指す。混合冷却剤は、また、１種以上の追加の軽質成分をさらに含むことができることが。用語「より重質の成分」は、メタンよりも低い揮発性（すなわち、より高い沸点）を有する混合冷却剤の成分を指す。用語「軽質成分」はメタンと同一であるか又はより高い揮発性（すなわち、同一又はより低い沸点）を有する成分を指す。典型的なより重質の成分としては、より重質の炭化水素、例えば、限定するわけではないが、エタン／エチレン、プロパン、ブタン及びペンタンが挙げられる。追加の又は代わりのより重質の成分としてはヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）を挙げることができる。窒素も混合冷却剤中にしばしば存在し、代表的な追加の軽質成分を構成する。存在するときには、窒素はメタンとともに蒸留カラムにより分離され、それにより、蒸留カラムからのオーバーヘッド蒸気及び液化装置から取り出されたメタンを多く含むストリームの両方は窒素も多く含む。変形形態において、本発明の方法及び装置は、また、混合冷却剤がメタンを含まないが、代わりに、窒素及び１種以上のより重質の成分（例えば、Ｎ2／ＨＦＣ混合物）を含み、蒸留カラムからのオーバーヘッドが窒素を多く含み、窒素を多く含むストリームが液化装置から取り出され方法及び装置にも適用されうる。しかしながら、これは好ましくはない。
【００２２】
本発明による方法及び装置における液化装置は天然ガスを液化し、場合により、過冷却するための任意の適切な冷却剤サイクルを用いることができ、例えば、限定するわけではないが、シングル混合冷却剤（ＳＭＲ）サイクル、プロパン予備冷却混合冷却剤（Ｃ３ＭＲ）サイクル、デュアル混合冷却剤（ＤＭＲ）サイクル及びＣ３ＭＲ−窒素ハイブリッド(例えば、AP-X（商標）)サイクルが挙げられる。混合冷却剤が循環される閉鎖ループ冷却回路は、天然ガスを液化及び過冷却の両方を行うために使用でき、又は、代わりに、天然ガスを液化するためだけに使用でき、又は、液化装置の別の部分で既に液化された天然ガスを過冷却するために使用できる。１つを超える混合冷却剤含有閉鎖ループ冷却回路が存在する装置において、本発明による冷却剤を取り出す方法は複数の閉鎖ループ冷却回路のうちの１つの回路でのみ存在する混合冷却剤との関係で使用でき、又は、閉鎖ループ冷却回路のうちの１つを超える又はすべての回路で存在する混合冷却剤との関係で使用できる。
【００２３】
本明細書中に使用されるときに、用語「主要熱交換器」は循環混合冷却剤との間接熱交換により天然ガスを液化及び／又は過冷却するように通過させる閉鎖ループ冷却回路の部分を指す。主要熱交換器は１つ以上の冷却セクションを直列及び／又は並列で構成することができる。各々のこのようなセクションは別個のユニットを構成することができ、該ユニットはそれ自体のハウジングを有することができるが、同様に、セクションは共通のハウジングを共有する単一のユニットで組み合わされてもよい。主要熱交換器は任意の適切なタイプであることができ、例えば、限定するわけではないが、シェルアンドチューブ型、コイル巻き型、又は、プレートアンドフィン型の熱交換器であることができるが、熱交換器がコイル巻き型熱交換器であることは好ましい。このような熱交換器では、各冷却セクションは、典型的には、その自己のチューブバンドルを含み(熱交換器がシェルアンドチューブ型又はコイル巻き型である場合)、又は、プレートアンドフィンバンドルを含むであろう（ユニットがプレートアンドフィン型である場合)。本明細書中に使用されるときに、主要熱交換器の「高温端（warm end）」及び「低温端（cold end）」は相対的な用語であり、最高温度及び最低温度の主要熱交換器の端部を（それぞれ）指し、特に指示がない限り、いかなる特定の温度範囲を意味するものであることが意図されない。主要熱交換器の用語「中間位置」は高温端及び低温端の間の位置を指し、典型的には、直列である２つの冷却セクションの間の位置を指す。
【００２４】
閉鎖ループ冷却回路から抜き取られる気化された混合冷却剤は、好ましくは、主要熱交換器の低温端及び／又は中間位置から抜き出される。主要熱交換器がコイル巻き熱交換器である場合には、気化された混合冷却剤は、好ましくは、コイル巻き熱交換器のシェル側から抜き出される。
【００２５】
本明細書中に使用されるときに、用語「蒸留カラム」は、パッキング又はトレイなどのデバイスを構成する１つ以上の分離ステージを含むカラム（又はカラムのセット）を指し、分離ステージはカラム内で上方に上昇している蒸気と、下方に流れている液体との接触を増加し、このようにして、物質移行性を向上させる。このようにして、メタン及び任意の他の軽質成分（例えば、存在するときには窒素）の濃度は上昇している蒸気中で増加し、該蒸気はカラムのトップでオーバーヘッド蒸気として回収し、そして、より重質の成分の濃度はボトム液体中で増加し、該ボトム液体はカラムのボトムで回収する。蒸留カラムの「トップ」は最上分離ステージで又はそれより上でのカラムの部分を指す。カラムの「ボトム」は最下分離ステージで又はそれより下でのカラムの部分を指す。
【００２６】
閉鎖ループ冷却回路から抜き出された気化された混合冷却剤は、好ましくは、蒸留カラムのボトムに導入される。蒸留カラムへのリフラックス、すなわち、その蒸留カラムの内部で下方に流れている液体は任意の適切な手段により発生されうる。例えば、リフラックスは冷却剤による間接熱交換により、オーバーヘッド凝縮器中でオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を凝縮することにより得られた凝縮物のリフラックスストリームとして提供されうる。代わりに又は追加的に、リフラックスは、蒸留カラムのトップに導入される液体のリフラックスストリームにより提供されうる。液体の冷却剤及び／又はリフラックスストリームは、例えば、液化装置により製造されている又は既に製造された液化天然ガスから取られる液化天然ガスのストリームを含むことができる。
【００２７】
本明細書中に使用されるときに、ある成分を多く含む（例えば、メタン、窒素及び／又は別の軽質成分を多く含む）オーバーヘッド蒸気、又は、液化装置から取り出されたストリームとの表現は、前記オーバーヘッド蒸気又はストリームは、閉鎖ループ冷却回路から抜き出されそして蒸留カラムに導入される、気化された混合冷却剤よりも、前記成分の濃度（モル％）が高いことを意味する。同様に、より重質の成分を「多く含む」ボトム液体という表現は、前記ボトム液体は、閉鎖ループ冷却回路から抜き出されそして蒸留カラムに導入される、気化された混合冷却剤よりも、前記成分の濃度（モル％）が高いことを意味する。
【００２８】
液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームは、廃棄されても又は任意の適切な目的に供してもよい。例えば、それは燃焼され、燃料として使用され（例えば、出力、電気又は有用な熱を発生する目的で）、液化装置により液化される天然ガスフィードに添加され、及び／又は、（例えば、パイプラインを介して）オフサイト位置に輸送されてよい。
【００２９】
蒸留カラムからのボトム液体の一部分又はすべてが閉鎖ループ冷却回路中に再導入される前に貯蔵される場合には、ボトム液体は蒸留カラムのボトムで貯蔵されることができ、及び／又は、蒸留カラムから抜き出されそして別個の貯蔵容器中に貯蔵されることができる。好ましい実施形態において、蒸留カラムにより製造されるボトム液体のすべては閉鎖ループ冷却回路中に再導入される(直接的に及び／又は一時貯蔵後のいずれか)。
【００３０】
本発明の第一の態様による冷却剤を取り出す方法は、好ましくは、シャットダウン又は天然ガス液化の速度の減量運転、及び／又は、液化装置による過冷却に応答して行われる。或いは、本方法は、例えば、リークが主要熱交換器で検知又は発見されるなどの他の出来事又は混乱状況に応答して行われることができる。
【００３１】
本発明の第二の態様による製造速度を変更する方法において、第一の時間は、例えば、装置の通常運転を示すことができ、第一の製造速度は液化又は過冷却された天然ガスの製造の通常速度に対応し、そして第二の時間は減量運転又はシャットダウンの期間を表し、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度が（第二の又は減量製造速度）へと減量され、又は、完全に停止される時間を表す。
【００３２】
本発明の第二の態様による製造速度を変更する方法は、第二の時間の後のさらなる又は第三の時間をさらに含むことができ、その間に、液化又は過冷却された天然ガスの製造の速度は、主要熱交換器を通る天然ガスのフィードを第三のフィード速度に増加させ、冷却剤を液化装置に添加し、そして混合冷却剤の循環を第三の循環速度に増加させることにより、第三の製造速度に増加される。冷却剤を液化装置に添加する工程は、メタンを閉鎖ループ冷却回路中に導入することを含むことができる。このメタンの一部分又はすべては液化装置における液化用天然ガスを提供する天然ガス供給から得られることができる。もし、ボトム液体がまだ第二の時間の工程（ｄ）において閉鎖ループ冷却回路中に再導入されていないならば(又は、一部分のボトム液体が貯蔵されており、より重質の成分が閉鎖ループ冷却回路中になおも再導入される必要があるならば)、冷却剤を液化装置に添加する工程は、貯蔵されたボトム液体を閉鎖ループ冷却回路に再導入することを含むことができる。液化又は過冷却された天然ガスの第三の製造速度、天然ガスの第三のフィード速度及び混合冷却剤の第三の循環速度は、好ましくは、それぞれ、第一の製造速度、第一のフィード速度及び第一の循環速度と同一であるか又はそれより低い。特に、第三の製造速度、第三のフィード速度及び第三の循環速度は、それぞれ、第一の製造速度、第一のフィード速度及び第一の循環速度と同一であることができ、第三の時間は液化装置を通常運転に回復することを表す。
【００３３】
本発明の第三の態様による天然ガス液化装置は、特に、本発明の第一及び／又は第二の態様による方法を実施するのに適する。
【００３４】
本発明の好ましい態様としては以下の態様＃１〜＃２７が挙げられる。
＃１．天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法であって、前記混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含み、そして前記液化装置は閉鎖ループ冷却回路を含み、ここで、前記混合冷却剤は前記液化装置が使用されているときに循環され、前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法は、
（ａ）気化された混合冷却剤を、閉鎖ループ冷却回路から抜き出すことと、
（ｂ）気化された混合冷却剤を蒸留カラム中に導入し、そして蒸留カラムにリフラックスを提供し、それにより、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離すること、
（ｃ）蒸留カラムからオーバーヘッド蒸気を抜き出し、液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームを形成すること、及び、
（ｄ）蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路中に再導入し、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるようにボトム液体を貯蔵すること、
を含む方法。
＃２．前記のより重質の成分は１種以上のより重質の炭化水素を含む、態様＃１記載の方法。
＃３．前記混合冷却剤は窒素をさらに含み、工程（ｂ）におけるオーバーヘッド蒸気は窒素及びメタンを多く含み、そして工程（ｃ）におけるメタンを多く含むストリームは窒素及びメタンを多く含むストリームである、態様＃１又は＃２記載の方法。
＃４．工程（ｂ）において、蒸留カラムへのリフラックスは冷却剤との間接熱交換によりオーバーヘッド凝縮器においてオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を冷却しそして凝縮させることにより得られる凝縮物のリフラックスストリームにより提供される、態様＃１〜＃３のいずれか１項記載の方法。
＃５．前記冷却剤は液化装置により製造されている又は製造された液化天然ガスから取られた液化天然ガスストリームを含む、態様＃４記載の方法。
＃６．工程（ｂ）において、蒸留カラムへのリフラックスは蒸留カラムのトップへ導入される液体のリフラックスストリームにより提供される、態様＃１〜＃５のいずれか１項記載の方法。
＃７．前記液体のリフラックスストリームは液化装置により製造されている又は製造された液化天然ガスから取られる液化天然ガスのストリームを含む、態様＃６記載の方法。
＃８．工程（ｃ）において形成される、メタンを多く含むストリームは燃焼され、燃料として使用され、及び／又は、液化装置により液化される天然ガスフィードに添加される、態様＃１〜＃７のいずれか１項記載の方法。
＃９．工程（ｄ）において、ボトム液体は、閉鎖ループ冷却回路に再導入される前に、蒸留カラムのボトムに貯蔵され、及び／又は、蒸留カラムから抜き取られそして別個の貯蔵容器に貯蔵される、態様＃１〜＃８のいずれか１項記載の方法。
＃１０．工程（ａ）において、気化された混合冷却剤は主要熱交換器の低温端及び／又は中間位置から抜き出される、態様＃１〜＃９のいずれか１項記載の方法。
＃１１．前記主要熱交換器はコイル巻き熱交換器である、態様＃１〜＃１０のいずれか１項記載の方法。
＃１２．工程（ａ）において、気化された混合冷却剤はコイル巻き熱交換器のシェル側から抜き取られる、態様＃１１記載の方法。
＃１３．前記方法はシャットダウン又は液化装置による天然ガス液化及び／又は過冷却の速度の減量運転に応答して行われる、態様＃１〜＃１２のいずれか１項記載の方法。
＃１４．天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置において、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度を変更する方法であって、前記液化装置は混合冷却剤が循環されている閉鎖ループ冷却回路を含み、前記混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含み、そして前記閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化され及び／又は過冷却されるようにフィードされ、該方法は、
天然ガスが主要熱交換器を通して第一のフィード速度でフィードされ、そして混合冷却剤が、第一の製造速度で液化又は過冷却された天然ガスを製造するように、第一の循環速度で閉鎖ループ冷却回路において循環される第一の時間、
主要熱交換器を通した天然ガスのフィードを停止し又はそのフィード速度を第二のフィード速度に低減し、閉鎖ループ冷却回路における混合冷却剤の循環を停止し又はその循環速度を第二の循環速度に低減し、そして液化装置から冷却剤を取り出すことににより、液化又は過冷却された天然ガスの製造を停止し、又は、液化又は過冷却された天然ガスの製造速度を第二の製造速度に低減する第二の時間を含み、ここで、液化装置から冷却剤を取り出す方法は、
（ａ）気化された混合冷却剤を、閉鎖ループ冷却回路から抜き出すこと、
（ｂ）気化された混合冷却剤を蒸留カラム中に導入し、そして蒸留カラムにリフラックスを提供し、それにより、気化された混合冷却剤を、メタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離すること、
（ｃ）蒸留カラムからオーバーヘッド蒸気を抜き出し、液化装置から取り出されるメタンを多く含むストリームを形成すること、及び、
（ｄ）蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路中に再導入し、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるようにボトム液体を貯蔵すること、
を含む方法。
＃１５．第二の時間の後に第三の時間をさらに含み、その間に、液化又は過冷却された天然ガスの製造の速度は、主要熱交換器を通る天然ガスのフィードを第三のフィード速度に増加させ、冷却剤を液化装置に添加し、そして混合冷却剤の循環を第三の循環速度に増加させることにより、第三の製造速度に増加され、ここで、冷却剤を液化装置に添加する工程は、メタンを閉鎖ループ冷却回路中に導入することを含み、もし、ボトム液体がまだ第二の時間の工程（ｄ）において閉鎖ループ冷却回路中に再導入されていないならば、貯蔵されたボトム液体を閉鎖ループ冷却回路に再導入することを含む、態様＃１４記載の方法。
＃１６．液化又は過冷却された天然ガスの第三の製造速度、天然ガスの第三のフィード速度及び混合冷却剤の第三の循環速度は、それぞれ、第一の製造速度、第一のフィード速度及び第一の循環速度と同一であるか又はそれより低い、態様＃１５記載の方法。
＃１７． 閉鎖ループ冷却回路に導入されるメタンは液化装置における液化のための天然ガスを提供する天然ガス供給から得られる、態様＃１５又は＃１６記載の方法。
＃１８．前記第二の時間において、液化装置から冷却剤を取り出す方法は態様＃２〜＃１２のいずれか１項においてさらに規定されるとおりである、態様＃１５〜＃１７のいずれか１項記載の方法。
＃１９．天然ガスを液化し及び／又は過冷却するための、メタン及び１種以上のより重質の成分の混合物を含む、混合冷却剤を使用する天然ガス液化装置であって、該液化装置は、
液化装置が使用されているときに、混合冷却剤を含みそして循環させるための閉鎖ループ冷却回路であって、該閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器を含み、該熱交換器を通して、天然ガスが循環混合冷却剤との間接熱交換により液化及び／又は過冷却されるようにフィードされうる、閉鎖ループ冷却回路、
前記閉鎖ループ冷却回路からの気化された混合冷却剤を受け入れ、かつ、気化された混合冷却剤を、混合冷却剤のメタンを多く含むオーバーヘッド蒸気、及び、より重質の成分を多く含むボトム液体に分離するように操作可能である蒸留カラム、
前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段、
閉鎖ループ冷却回路からの気化された混合冷却剤を蒸留カラムに輸送するための、蒸留カラムから抜き出し、オーバーヘッド蒸気から形成されるメタンを多く含むストリームを液化装置から取り出すための、及び、前記蒸留カラムからのボトム液体を閉鎖ループ冷却回路に再導入するための導管、
を含む、液化装置。
＃２０．前記装置は閉鎖ループ冷却回路へのボトム液体の再導入の前に、前記ボトム液体を貯蔵するための貯蔵デバイスをさらに含む、態様＃１９記載の装置。
＃２１．前記ボトム液体を貯蔵するための貯蔵デバイスは蒸留カラムのボトムセクション、及び／又は、別個の貯蔵容器を含む、態様＃２０記載の装置。
＃２２．前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段は冷却剤との間接熱交換によりオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を冷却しそして凝縮させ、凝縮物のリフラックスストリームを提供するためのオーバーヘッド凝縮器を含む、態様＃１９〜＃２１のいずれか１項記載の装置。
＃２３．前記冷却剤は液化天然ガスストリームを含み、そして前記装置は液化装置により製造された液化天然ガスの一部分をオーバーヘッド凝縮器に輸送するための導管をさらに含む、態様＃２２記載の装置。
＃２４． 前記蒸留カラムにリフラックスを提供するための手段は蒸留カラムのトップに液体のリフラックスストリームを導入するための導管を含む、態様＃１９〜＃２３のいずれか１項記載の装置。
＃２５．液体のリフラックスストリームは液化天然ガスを含み、そしてリフラックスストリームを導入するための導管は液化装置により製造された液化天然ガスの一部分を蒸留カラムのトップに輸送する、態様＃２４記載の装置。
＃２６．メタンを多く含むストリームを抜き出しそして取り出すための導管はストリームをフレア燃焼させるためのデバイス、ストリームを燃焼させ、出力又は電気を発生するためのデバイス、及び／又は、液化のために天然ガスを液化装置にフィードするための天然ガスフィード導管にストリームを輸送する、態様＃１９〜＃２５のいずれか１項記載の装置。
＃２７．気化された混合冷却剤を閉鎖ループ冷却回路から蒸留カラムに輸送するための導管は主要熱交換器の低温端及び／又は中間位置から、気化された混合冷却剤を抜き出す、態様＃１９〜＃２６のいずれか１項記載の装置。
＃２８．前記主要熱交換器はコイル巻き熱交換器である、態様＃１９〜＃２７のいずれか１項記載の装置。
＃２９．気化された混合冷却剤を閉鎖ループ冷却回路から蒸留カラムに輸送するための導管はコイル巻き熱交換器のシェル側から、気化された混合冷却剤を抜き出す、態様＃２８記載の装置。
【００３５】
例としてのみ、本発明の特定の好ましい実施形態を図１〜６を参照しながら以下に説明する。これらの図面において、特徴部が１つより多くの図面で共通である場合には、その特徴は、明確化及び簡潔性のために、各図面中で同一の参照番号が割り当てられている。
【００３６】
図１〜６に例示される実施形態において、天然ガス液化装置はコイル巻き型であり、天然ガスを液化及び過冷却の両方を行うために通過させる３つの別個のチューブバンドルが同一のシェル中に収納されている単一のユニットを含む主要熱交換器を有する。しかしながら、より多い又はより少ないチューブバンドルを使用してよく、そしてバンドル（１つ以上が使用される場合）は、代わりに、別個のシェル中に収納されていてよく、それにより、代わりに、主要熱交換器は一連のユニットを含んでよいことは理解されるべきである。同様に、主要熱交換器はコイル巻き型である必要はなく、代わりに、別のタイプの熱交換器であってよく、例えば、限定するわけではないが、別のタイプのシェルアンドチューブ型熱交換器又はプレートアンドフィン型熱交換器が挙げられる。
【００３７】
また、図１〜６に例示される実施形態において、天然ガス液化装置は天然ガスを液化及び過冷却の両方を行うためのＣ３ＭＲサイクル又はＤＭＲサイクルを用い、したがって、天然ガスを液化しそして過冷却するために使用される、混合冷却剤を含む閉鎖ループ冷却回路は構成されそして描かれている（単純化のために、プロパン又は混合冷却剤予備冷却セクションは示されていない）。しかしながら、ここでも、他のタイプの冷却剤サイクルは使用されてよく、例えば、限定するわけではないが、ＳＭＲサイクル又はＣ３ＭＲ−窒素ハイブリッドが挙げられる。このような別のサイクルでは、混合冷却剤は天然ガスを液化又は過冷却するためのみに使用でき、そして混合冷却剤が循環される閉鎖ループ冷却回路は、その後に、再構成される。
【００３８】
これらの実施形態において使用される混合冷却剤はメタン及び１種以上のより重質の成分を含む。好ましくは、より重質の成分は１種以上のより重質の炭化水素を含み、そして窒素は、また、追加の軽質成分として存在する。特に、窒素、メタン、エタン／エチレン、プロパン、ブタン及びペンタンの混合物を含む混合冷却剤は、一般に、好ましい。
【００３９】
図１を参照すると、本発明の実施形態による天然ガス液化装置は示されており、通常条件下に操作している第一の時間の間で操作しており、その間に、天然ガスは第一のフィード速度で主要熱交換器を通してフィードされ、そして混合冷却剤は第一の循環速度で閉鎖ループ冷却回路中で循環され、それにより、第一の又は通常製造速度で液化されそして過冷却された天然ガスを製造する。単純化のために、後の減量運転又はシャットダウン条件下に液化装置から冷却剤を取り出すために使用され、そして図２〜４を参照して、下記に詳細に説明されるであろう液化装置の特徴は図１に描かれていない。
【００４０】
天然ガス液化装置は閉鎖ループ冷却回路を含み、この場合に、該閉鎖ループ冷却回路は主要熱交換器１０、冷却剤コンプレッサー３０及び３２、冷却剤クーラー３１及び３３、相分離器３４並びに膨張デバイス３６及び３７を含む。主要熱交換器１０は、上記のとおり、コイル巻き熱交換器であり、該熱交換器は単一の加圧シェル(通常、アルミニウム又はステンレススチールから製造されている)中に収納された３つのらせん巻きチューブバンドル１１、１２、１３を含む。各チューブバンドルは、中央マンドレルの周囲にらせん様式で包囲しており、バンドルの上及び下に位置しているチューブシートに接続されている、数千本のチューブからなる。
【００４１】
この実施形態において、天然ガスを予備冷却するための異なる閉鎖ループ冷却回路でプロパン又は混合冷却剤を用いる、液化装置の予備冷却セクション（図示せず）において既に予備冷却された、天然ガスフィードストリーム１０１は、コイル巻き熱交換器１０の高温端で入り、そして高温１１、中間１２及び低温１３チューブバンドルを通って流れるときに液化及び過冷却され、その後、過冷却された液化天然ガス（ＬＮＧ）ストリーム１０２としてコイル巻き熱交換器の低温端を出ていく。天然ガスフィードストリーム１０１は、また、コイル巻き熱交換器１０における凍結又は他の操作上の問題を回避するために必要とされるレベルにまで任意の湿分、酸性ガス、水銀及び天然ガス液体（ＮＧＬ）を除去することが必要なときには予備処理されているであろう。コイル巻き熱交換器から出ていく、過冷却された液化天然ガス（ＬＮＧ）ストリーム１０２はオフサイト（図示せず）への輸送のためのパイプラインに直接的に送られてよく、及び／又は、ＬＮＧタンク１４に送られてよく、そこから、ＬＮＧ１０３は必要なときに抜き出されてよい。
【００４２】
天然ガスは、チューブの外側上、低温端から高温端に、コイル巻き熱交換器のシェル側を通して流れる、低温の気化された又は気化している混合冷却剤との間接熱交換により、コイル巻き熱交換器中で冷却され、液化されそして過冷却される。典型的には、バンドルのトップを横切ってシェル側冷却剤を分配するディストリビュータはシェル内の各バンドルのトップに配置されている。
【００４３】
コイル巻き熱交換器の高温端を出てくる、高温の気化された混合冷却剤３０９は、冷却剤コンプレッサー３０及び３２中で圧縮され、そしてインタークーラー及びアフタークーラー３１及び３３（典型的には、水又は別の周囲温度冷媒に対して）で冷却され、圧縮された部分的に凝縮された混合冷却剤３１２のストリームを形成する。これは、その後、相分離器３４において混合冷却剤の液体ストリーム３０１及び混合冷却剤の蒸気ストリーム３０２に分離される。例示の実施形態において、冷却剤コンプレッサー３０及び３２は共通のモータ３５により駆動されている。
【００４４】
混合冷却剤の液体ストリーム３０１は天然ガスフィード１０１とは別に、コイル巻き熱交換器の高温１１及び中間１２チューブバンドルを通して通過され、それにより、そこで冷却され、そしてその後、膨張デバイス３６中で膨張され、典型的に、約−６０〜−１２０℃の温度の低温冷却剤３０７のストリームを形成し、それを低温１３及び中間１２チューブバンドルの間の中間位置で、コイル巻き熱交換器１０のシェル側に再導入し、コイル巻き熱交換器のシェル側を通して流れる、上記の低温の気化された又は気化している混合冷却剤の一部を提供する。
【００４５】
混合冷却剤の蒸気ストリーム３０２は、天然ガスフィードストリーム１０１とは別に、コイル巻き熱交換器の高温１１、中間１２及び低温１３チューブバンドルを通して通過され、また、その中で冷却されそして少なくとも部分的に凝縮され、その後、膨張デバイス３７中で膨張され、、典型的に、約−１２０〜−１５０℃の温度の低温冷却剤のストリーム３０８を形成し、それをコイル巻き熱交換器の低温端でコイル巻き熱交換器１０のシェル側に再導入し、コイル巻き熱交換器のシェル側を通して流れる、上記の低温の気化された又は気化している混合冷却剤の残部を提供する。
【００４６】
認識されるとおり、上記の関係での用語「高温」及び「低温」は問題となるストリーム又は部分の相対温度のみを指し、そして、特に別段に指示されないかぎり、いかなる特定の温度範囲をも含まない。図１に示す実施形態において、膨張デバイス３６及び３７はジュール−トムソン（Ｊ−Ｔ）値であるが、同様に、混合冷却剤ストリームを膨張させるのに適する他の任意のデバイスを使用することができる。
【００４７】
図２を参照すると、第二の時間で操作している天然ガス液化装置をここで示し、ここで、該装置は今や減量運転又はシャットダウン条件下に操作しており、その間に、液化されそして過冷却された天然ガスの製造は低減され又は停止され、ここで、冷却剤は今や天然ガス液化装置から取り出されている。
【００４８】
液化装置が減量運転条件で操作している場合に、天然ガスフィードストリーム１０１は、なおもコイル巻き熱交換器１０を通して通過されており、それにより、過冷却されたＬＮＧストリーム１０２を製造しているが、天然ガスのフィード速度（すなわち、天然ガスフィードストリーム１０１の流速）及びＬＮＧの製造速度（すなわち、過冷却されたＬＮＧストリーム１０２の流速）は図１におけるフィード速度及び製造速度と比較して低減されている。同様に、閉鎖ループ冷却回路における混合冷却剤の循環速度(すなわち、回路の周りの混合冷却剤の、特に、主要熱交換器１０を通る流速)は図１における循環速度と比較して低減されており、それにより、ＬＮＧの低減された製造速度に適合するように冷却剤により提供される冷却負荷の量を低減する。液化装置がシャットダウン条件下に操作している場合に、天然ガスのフィード、混合冷却剤の循環及び（もちろん）過冷却されたＬＮＧの製造はすべて停止されている。
【００４９】
気化された混合冷却剤のストリーム２０１はコイル巻き熱交換器１０のシェル側からその低温端で抜き出されることにより閉鎖ループ冷却回路から抜き出され、そして、例えば、パッキング又はトレイから構成される複数の分離ステージを含む蒸留カラム２０のボトム中に導入され、該複数の分離ステージは、気化された混合冷却剤を、蒸留カラムのトップに蓄積するオーバーヘッド蒸気と、蒸留カラムのボトムに蓄積するボトム液体とに分離する役割を果たす。オーバーヘッド蒸気は、カラムにフィードされる混合冷却剤と比較して、混合冷却剤のメタン及び他の任意の軽質成分を多く含む。例えば、窒素が混合冷却剤中に存在するときには、オーバーヘッド蒸気は、また、窒素を多く含む。ボトム液体は、カラムにフィードされる混合冷却剤と比較して、メタンよりも重質である混合冷却剤の成分を多く含む。代表的なより重質の成分としては、上記のとおり、例えば、エタン／エチレン、プロパン、ブタン及びペンタンが挙げられる。蒸留カラムの操作圧力は、典型的には、１５０ｐｓｉｇ未満（１００ａｔｍ未満）である。
【００５０】
蒸留カラムに対するリフラックスは、冷却剤２０７との間接熱交換により、オーバーヘッド凝縮器２２においてオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を冷却凝縮することにより、この実施形態において発生される。オーバーヘッド凝縮器２２は蒸留カラム２０のトップ又はその一部と一体化されていてよく、又は、それは（図２に示すように）、オーバーヘッド蒸気が輸送される別個のユニットであってよい。
【００５１】
蒸留カラム２０からのオーバーヘッド蒸気２０２は、凝縮器２２を通過し、そして、この実施形態において、部分的に凝縮されて、混合相ストリーム２０３を形成する。混合相ストリーム２０３は、その後、相分離器２１において、リフラックスストリーム２１０として蒸留カラムのトップに戻される液体凝縮物と、残部のメタンを多く含む蒸気部分とに分離され、該蒸気部分はメタンを多く含むストリーム２０４として液化装置から取り出される。別の実施形態（図示せず）において、オーバーヘッド蒸気２０２はオーバーヘッド凝縮器において完全に凝縮されてよく、そして凝縮されたオーバーヘッドは、その後、２つのストリームに分割され、その１つはリフラックスストリーム２１０として蒸留カラムのトップに戻され、そしてそのもう一方は液化装置から抜き出されたメタンを多く含むストリーム２０４を形成する（この場合に、液体である）。これにより、相分離器２１は分配させるが、オーバーヘッド凝縮器に対して、高められた冷却負荷をも要求し、そのため、一般に、好ましい。
【００５２】
液化装置から抜き出されたメタンを多く含むストリーム２０４は、好ましくは、概して、より重質な成分を含まない。例えば、より重質の成分がエタン及びより高級の炭化水素を含む場合には、それは、典型的には、約１％未満のこれらの成分を含む。窒素も混合冷却剤中に存在する場合には、ストリーム２０４はメタン及び窒素の両方を多く含む。ストリーム中の窒素／メタン比は、閉鎖ループ冷却回路から抜き出された、気化された混合冷却剤中のそれらの比に依存するであろうが、典型的には、約５〜４０モル％のＮ2の範囲であろう。メタンを多く含むストリーム２０４はフレアスタック（図示せず）又はストリームを燃焼するための他の適切なデバイスに送られそして燃焼されることにより廃棄できるが、好ましくは、それは燃料として使用され、外部パイプライン又は外部天然ガス使用に送られ、又は、天然ガスフィードストリーム１０１に添加され、それにより、追加の過冷却されたＬＮＧを生成するための追加のフィードを提供する。メタンを多く含むストリーム２０４は燃料として使用されるならば、それは、例えば、ガスタービン（図示せず）又は他の形態の燃焼デバイスにおいて燃焼されてよく、それにより、オンサイト使用のための出力（例えば、冷却剤凝縮器３０及び３２を駆動するモータ３５による使用）を生成し、送出用電気を発生し及び／又は酸性ガス除去装置などのプラントにおけるプロセス加熱を提供することができる。
【００５３】
蒸留カラム２０からのボトム液体２２１／２２２は閉鎖ループ冷却回路中に再導入され、及び／又は、後に閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうるように貯蔵される。ボトム液体は、上記のとおり、より重質の成分を多く含み、そして好ましくは、主としてこれらのより重質の成分からなる。好まししくは、これは１０％未満のメタン及び他の任意の軽質成分を含む(例えば、１０モル％未満のCH4+N2)。それは、任意の適切な位置で閉鎖ループ冷却回路中に再導入されてよい。例えば、ボトム液体２２１は、気化された混合冷却剤が抜き出されるコイル巻き熱交換器の位置と同一の位置に再導入されてよく（例えば、同一の導管を用いて）、又は、図２に示されるように、低温１３チューブバンドルと中央１２チューブバンドルとの間などの熱交換器の中間位置で、コイル巻き熱交換器１０のシェル側に再導入されうる。ボトム液体の一部分又はすべてがコイル巻き熱交換器１０に再導入前に貯蔵される場合には、ボトム液体２２２は貯蔵容器中に貯蔵でき、該貯蔵容器は図２に示す回収ドラム２４のように、蒸留カラムとは別個であり、又は、蒸留カラム２０のボトム自体はボトム液体を一時的に貯蔵するように設計されてよい。所望ならば、蒸留カラムにより発生されるボトム液体のすべてが閉鎖ループ冷却回路中に再導入され、及び／又は、閉鎖ループ冷却回路への後の再導入のために貯蔵される必要はない。しかしながら、一般に、すべてのボトム液体の再導入（及び／又は貯蔵及びその後の再導入）は好ましい。
【００５４】
上記のとおり、閉鎖ループ冷却回路に戻してボトム液体を再導入（又は貯蔵及びその後再導入）することにより、混合冷却剤のより重質の成分（例えば、エタン／エチレン及びより高級の炭化水素）は保持され、それにより、一旦、液化装置の通常運転が回復されたときに、混合冷却剤中のこれらの成分を補充する必要性を回避することができる。この補充はコストが嵩み、困難でありそして時間のかかる操作であることがある。同時に、オーバーヘッド蒸気、蒸留カラム及び液化装置から形成された、メタンを多く含むストリームを取り出すことにより（このストリームを単純に燃焼させ、又は、ある他の使用に供することのいずれかによる）、混合冷却剤のメタン及び他の任意の追加の軽質成分（例えば、窒素）を貯蔵することに関する困難さは回避される。
【００５５】
オーバーヘッド凝集器中で使用される冷却剤はいかなる源から来てもよい。例えば、オンサイトで入手可能ならば、液化窒素（ＬＩＮ）ストリームは使用されてよい。しかしながら、好ましい実施形態において、図２に示されるように、ＬＮＧは冷却剤として使用される。ＬＮＧは液化装置により製造されているＬＮＧから直接的に取られても（もし装置が減量運転条件で操作しているならば）、又は、示されるとおり、ＬＮＧ貯蔵タンク１４からポンプ送りされてよい。貯蔵タンク１４から抜き出されるＬＮＧ２０９／２０７はポンプ２３によりポンプ送りされ、冷却剤としてオーバーヘッド凝縮器２２に通される。ＬＮＧストリームはオーバーヘッド凝縮器において温められ、温められた天然ガスストリーム２０８として凝縮器を出てきて、それは、例えば、上記のメタンを多く含むストリーム２０４と同様に、フレア燃焼され、又は、燃料として使用されることができる。もし、温められた天然ガスストリーム２０８が二相であるならば、それはＬＮＧ貯蔵タンク１４に送り戻されても、又は、分離器（図示せず）に送られてもよく、そこから、液体はＬＮＧタンクに送られ、又は、蒸気は、オーバーヘッド蒸気に関して上述したように、フレア燃焼され、燃料又は冷却剤メークアップとして、又は、ある他の用途のために使用されうる。
【００５６】
図２（及び本発明の他の実施形態）に描かれている種々のストリームのフローの制御は当該技術分野で知られた任意かつすべての適切な手段により行うことができる。例えば、蒸留カラムへの気化された混合冷却剤２０１のフローの制御、コイル巻き熱交換器に戻すボトム液体２２１のフローの制御、及び、メタンを多く含むストリーム２０４のフローの制御はこれらのストリームを輸送し又は抜き出す１つ以上の導管上に配置されている１つ以上の適切な流量制御デバイス（例えば、フローコントロールバルブ）により行うことができる。同様に、ＬＮＧストリーム２０９／２０７のフローはフローコントロールバルブなどの流量制御デバイスを用いて制御されうるが、通常、ポンプ２３はそれ自体が適切な流量制御を提供するであろう。
【００５７】
上記のとおり、図２に示す実施形態において、蒸留カラムへのリフラックスはオーバーヘッド蒸気の少なくとも一部分を凝縮させることにより得られる凝縮物として提供される。しかしながら、オーバーヘッド蒸気を凝縮することの代わりに（又はそれに加えて）、蒸留カラムへのリフラックスは、蒸留カラムのトップへの別個の液体のストリームの直接注入により提供されうる。これは図３に例示されており、ここで、減量運転又はシャットダウン条件で操作している本発明の別の実施形態による天然ガス液化装置を示す。
【００５８】
図３を参照すると、気化された混合冷却剤のストリーム２０１は、また、コイル巻き熱交換器１０のシェル側からその低温端で抜き出され、蒸留カラム２０のボトムに導入され、それは、また、気化された混合冷却剤を、メタン（及び他の任意の軽質成分）を多く含むオーバーヘッド蒸気と、より重質の成分を多く含むボトム液体とに分離する。しかしながら、この実施形態では、蒸留カラムへのリフラックスを提供するためにオーバーヘッド凝縮器及び関連分離器は使用されない。代わりに、ＬＮＧ貯蔵タンク１４からポンプ送りされるＬＮＧストリーム２０９／２０７は蒸留カラムのトップにリフラックスストリームとして導入され、蒸留カラムのトップから抜き出されるオーバーヘッド蒸気のすべては、メタンを多く含むストリーム２０４を形成し、それは液化装置から抜き出され（そして、それは、上記のとおり、フレア燃焼され、燃料として使用され、天然ガスフィードに添加され、又は、パイプラインに送られることができる）。
【００５９】
また、図３に示される実施形態において、利用可能な場合には、他の適切な低温液体ストリームは、蒸留カラムにリフラックスを提供するために、ＬＮＧの代わりに又はそれに加えて、使用されてよい。例えば、ＬＩＮストリームは、また、ＬＮＧストリームの代わりに使用されてよい。しかしながら、蒸留カラム中に含まれる混合冷却剤と直接接触されるように、液体ストリームが蒸留カラム中に導入されているので、液体ストリームの組成は、保持された冷却剤として閉鎖ループ冷却回路に戻されている又は後に戻されるボトム液体２２１／２２２を許容されないほど汚染するようなものであるべきでない。特に、液体ストリームが混合冷却剤中の汚染物を構成する何らかの成分を含むならば、このような成分は十分に高い揮発性のもの、及び／又は、蒸留カラムから抜き出されるボトム液体中の前記成分の量が有意でないほど十分に低い量で存在すべきである。
【００６０】
別の実施形態において、図２及び３に示す実施形態は、蒸留カラムへのリフラックスはオーバーヘッド凝縮器中でオーバーヘッド蒸気を凝縮させることにより形成される凝縮物、及び、蒸留カラムのトップへの液体の別個のストリームの直接注入の両方により提供されるように、組み合わされることができる。
【００６１】
図２及び３に示す実施形態において、閉鎖ループ冷却回路から抜き出されそして蒸留カラム２０に導入される、気化された混合冷却剤ストリーム２０１は、コイル巻き熱交換器１０のシェル側からその低温端で抜き出される。しかしながら、別の実施形態において、気化された混合冷却剤ストリームは閉鎖ループ冷却回路の別の位置で抜き出されることができる。
【００６２】
例えば、図４を参照して、本発明の別の実施形態による天然ガス液化装置は示され、減量運転又はシャットダウン条件下に操作している。この実施形態において、気化された混合冷却剤ストリーム２０１は、なおも、コイル巻き熱交換器１０のシェル側から抜き出され、そして蒸留カラム２０のボトムに導入される。同様に、蒸留カラム２０からのボトム液体２２１は、また、コイル巻き熱交換器１０のシェル側に再導入されうる。しかしながら、この実施形態において、気化された混合冷却剤ストリーム２０１は低温１３チューブバンドルと中央１２チューブバンドルとの間などの熱交換器の中間位置から抜き出され、そしてボトム液体は中央１２チューブバンドルと、高温１１チューブバンドルとの間などの熱交換器の高温端により近い位置でコイル巻き熱交換器のシェル側に戻される。
【００６３】
図５及び６を参照すると、本発明の実施形態による天然ガス液化装置は示され、ここでは、第三の時間で操作しており、その間に、液化されそして過冷却された天然ガスの製造が増加され（シャットダウン又は減量運転条件の後）、そして通常製造速度に回復されており、ここで、冷却剤は天然ガス液化装置に再導入されている。単純化のために、蒸留カラム２０、及び、使用される場合には、図２〜４に参照される上記のオーバーヘッド凝縮器２２など、減量運転又はシャットダウン条件下の液化装置から冷却剤を取り出すために使用される液化装置の特徴部は図５及び６に描かれていない。
【００６４】
通常運転の回復の間に、コイル巻き熱交換器１０を通る天然ガスのフィード速度（すなわち、天然ガスフィードストリーム１０１の流速)及びＬＮＧの得られる製造速度（すなわち、過冷却されたＬＮＧストリーム１０２の流速）は、通常製造速度が再び得られるまで増加される。同様に、閉鎖ループ冷却回路中の混合冷却剤の循環速度(すなわち、回路を回る、特に、主要熱交換器１０を通る混合冷却剤の流速)は、ＬＮＧ製造速度のこの増加が要求する冷却負荷の増加を提供するように増加される。混合冷却剤の循環速度のこの増加を提供するために、結果的に、液化装置が減量運転又はシャットダウン条件下に操作しているときに、以前に取り出された冷却剤のメークアップを提供するように冷却剤を閉鎖ループ冷却回路に戻して添加することが必要である。
【００６５】
図５及び６に示す実施形態において、蒸留カラムからのボトム液体は、液化装置がシャットダウンされているか又は減量運転下に操作している時である先行の時間に間にリカバリードラム２４中に貯蔵されており、そして、今度は、混合冷却剤のより重質の成分を含むメークアップ冷却剤は閉鎖ループ冷却回路中に再導入される必要がある。このため、これらの実施形態における閉鎖ループ冷却回路中に戻す冷却剤の再導入はリカバリードラム２４からの貯蔵されたボトム液体４０１の抜き出し及び前記ボトム液体の閉鎖ループ冷却回路への再導入を伴う。図２〜４に関係して上述したとおり、ボトム液体は任意の適切な位置で閉鎖ループ冷却回路中に再導入されうる。例えば、図５に示されるとおり、リカバリードラム２４から抜き出されたボトム液体４０１はＪ−Ｔバルブ４０などの膨張デバイスを通して膨張され、そしてコイル巻き熱交換器のシェル側にその低温端付近で再導入されることができる。或いは、図６に示すように、リカバリードラム２４から抜き出されたボトム液体４０１は膨張され、そして冷却剤コンプレッサー３０及び３２ならびにアフタークーラー３３の下流でかつ冷却剤相分離器３４の上流で閉鎖ループ冷却回路中に再導入されることができる。両方の場合に、リカバリードラム２４の圧力を、再導入ポイントでの操作圧力よりも高くに上げることにより、閉鎖ループ冷却回路中にボトム液体を再導入するためのポンプの必要性は回避されうる。
【００６６】
閉鎖ループ冷却回路中への冷却剤の再導入は、また、典型的には、メタン及び窒素などの他の任意の軽質成分の添加を要求するであろう。それらの成分は混合冷却剤中に存在するように設計されており、そしてメタンを多く含むストリーム２０４の一部として減量運転又はシャットダウン操作の間に液化装置から取り出されていたものである。リカバリードラム２４から閉鎖ループ冷却装置中にボトム液体４０１を戻して再導入する前に、メタン及び他の任意の軽質冷却剤を閉鎖ループ冷却装置中に導入することが好ましいことがある。メークアップメタン（及び他の任意の軽質成分）は任意の適切な源から入手されてよく、また、任意の適切な位置で閉鎖ループ冷却回路中に導入されてよい。
【００６７】
特に、天然ガスが主としてメタン（典型的には、約９５モル％）であるときに、天然ガスフィードストリーム１０１を提供する天然ガス供給は閉鎖ループ冷却回路のためのメークアップメタンの便利でかつ容易な源を提供する。上述のとおり、天然ガスフィードは、液化のためのコイル巻き熱交換器中に導入される前に、典型的には、ＮＧＬを除去するためにスクラビングされる。これらの天然ガス液体は、典型的に、ＮＧＬ精留装置（図示せず）中で処理され、該精留装置は一連の蒸留カラムを含み、該蒸留カラムはデメタナイザーカラム又はメタンを多く含むオーバーヘッドを製造するためのスクラブカラムを含む。このメタンを多く含むオーバーヘッドは、例えば、メークアップメタン４０２として使用でき、該メークアップメタンは、例えば、コイル巻き熱交換器１０の下流でかつ第一の冷却剤コンプレッサー３０の上流で閉鎖ループ冷却回路に添加されうる。
【実施例】
【００６８】
本発明の操作を例示するために、図２において記載しそして描いたとおりに天然ガス液化装置から冷却剤を取り出す方法をASPEN Plusソフトウエアを用いてシミュレートした。
【００６９】
本例の基準は約７８，０００ポンドモル／時(３５３８０キログラムモル／時)のＬＮＧを製造するＣ３ＭＲサイクルを用いた５百万メートルトン／年(mtpa)のＬＮＧ設備である。本例は、約１３０ｋｂｔｕ/時（３８ｋＷ）のヒートリークのために、圧力が１００ｐｓｉ（６．８ａｔｍ）に上がるまで、熱交換器を数時間放置したシャットダウンである。シミュレーションは蒸留カラム２０の初期操作を表す。ストリームの条件を下記の表に示す。本例では、蒸留カラムは直径が０．６６ｆｔ（２０ｃｍ）で、長さが１５ｆｔ（４．５７ｍ）であり、１”（２．５ｃｍ）ポールリングの形態でパッキングを含む。これらの結果は蒸留カラムが混合冷却剤のより重質の成分（エタン／エチレン、プロパン及びブタン）から軽質成分（メタン及び窒素）を分離するのに効率的であり、それにより、長時間のシャットダウンの間に前記の有価なより重質の成分を保持しそして回収するのに有効であることを示す。
【００７０】
【表１】
2016080344.tif 000010
【００７１】
本発明は好ましい実施形態を参照して上述した詳細に限定されず、多くの変更及び変形が以下の特許請求の範囲に規定されるとおりの本発明の精神又は範囲から逸脱することなくなされることができることは理解されるであろう。
【外国語明細書】
2016080344000001.pdf