(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガスの入口（１３）と冷却した天然ガスの出口（１４）とを備えた１つの予冷熱交換器（２）、前記冷却した天然ガスの出口（１４）に接続された入口（１８）と少なくとも２つの出口（２２、２３）とを備えた分配器（４）、及び前記分配器（４）の出口（２２、２３）の１つに接続された１つの入口（２６、２６’）と液化した天然ガスの出口（２８、２８’）とを備えた第１ホットサイド（２５、２５’）を各々が含む少なくとも２つの主熱交換器（５、５’）を含み、さらに、予冷熱交換器（２）において天然ガスから熱を除去するための予冷冷媒回路（３）、及び対応する主熱交換器（５、５’）の第１ホットサイド（２５、２５’）を通って流れる天然ガスから熱を除去するための少なくとも２つの主冷媒回路（９、９’）を含む天然ガス液化プラントであって、予冷冷媒回路（３）が、各主冷媒回路（９、９’）中の主冷媒から熱を除去するための少なくとも２つの追加回路（４３、４３’）をさらに含む、上記天然ガス液化プラント。
【請求項２】
冷媒回路（３、９、９’）が適当な駆動装置により駆動されるコンプレッサー（３１、５０、５０’）を含む、請求項１記載の天然ガス液化プラント。
【請求項３】
予冷冷媒回路（３）中のコンプレッサー（３１）の駆動装置が蒸気タービンである、請求項２記載の天然ガス液化プラント。
【請求項４】
各々の液化冷媒回路（９、９’）中のコンプレッサー（５０、５０’）の駆動装置がガスタービンであり、通常運転中、前記蒸気タービンを駆動するのに必要な蒸気は、主冷媒回路（９、９’）の前記ガスタービンの排気の冷却から放出される熱で発生させる、請求項３記載の天然ガス液化プラント。
【請求項５】
前記分配器（４）が２つの出口（２２、２３）を備え、プラントが２つの主熱交換器（５、５’）と２つの主冷媒回路（９、９’）とを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の天然ガス液化プラント。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の天然ガス液化プラントを用いて液化天然ガスを得る天然ガス液化法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、天然ガス液化プラントに関する。このようなプラントは、天然ガスの予冷熱交換器と液化熱交換器とを含み、この天然ガスの予冷熱交換器は、天然ガスの入口と冷却した天然ガスの出口とを備え、液化熱交換器は、冷却した天然ガスの出口に接続された入口と液化熱交換器の頂部にて液化天然ガスの出口とを備える。このプラントは、天然ガスの予冷熱交換器において天然ガスから熱を除去するための予冷冷媒回路、及び主熱交換器の第１ホットサイド(hot side)を通って流れる天然ガスから熱を除去するための液化（又は主）冷媒回路をさらに含む。このようなプラントは、例えば国際特許出願公開Ｎｏ．９６／３３  ３７９及び公開Ｎｏ．９７／３３  １３１から公知である。さらに後者には、予冷冷媒回路中のコンプレッサーと液化冷媒回路中のコンプレッサーが機械的に相互連結されているのが開示されている。
【０００２】
通常運転中、液化される天然ガスは、天然ガスの予冷熱交換器のホットサイドにおいてコールドサイド(cold side）で蒸発する冷媒による熱交換によって予冷される。蒸発した冷媒は、熱交換器のコールドサイドから除去される。この蒸発した冷媒は、予冷冷媒回路中で液化される。このために、冷媒はコンプレッサーで高圧に圧縮され、圧縮熱と蒸発熱が凝縮器で除去される。液体冷媒は、膨張装置において膨張してより低圧にでき、この圧力にて冷媒は天然ガス予冷熱交換器のコールドサイドで蒸発できる。
次に、予冷された天然ガスは、主熱交換器のコールドサイドで蒸発する冷媒による熱交換によって、液化熱交換器の第１ホットサイドにおいてさらに冷却され、液化され、ほぼその大気圧沸点に過冷される。蒸発した冷媒は、液化熱交換器のコールドサイドから除去される。この蒸発した冷媒は、主冷媒回路中で液化される。このために、冷媒はコンプレッサーで高圧に圧縮され、圧縮熱がいくつかの熱交換器で除去される。次に、冷媒は凝縮されて軽いガス部分と重い液体部分に分離され、これらの部分は、液化熱交換器における別々のホットサイドでさらに冷却され、高圧にて液化され過冷された部分を得る。次に、過冷された冷媒は、膨張装置においてより低圧に膨張でき、この圧力にて冷媒は主熱交換器のコールドサイドで蒸発できる。
【０００３】
通常、このプラントは単列液化プラントという。このようなプラントは、液化できるガスの最大量が予冷でのコンプレッサー及び主冷媒回路を駆動するタービンにより供給できるパワーの最大量によって実際的に制限されるべく設計される。より多くの天然ガスを液化できるようにするために、同じ大きさの第二列が作られる。このような２つの列から成るプラントは、複列液化プラントという。しかしながら、複列液化プラントは、単列液化プラントの液化能力の２倍の液化能力を有する。液化能力のこのように大きな増強は常に要求されるわけではないので、液化能力の約４０〜６０％の増強を得る必要性が存在する。
この液化能力の約４０〜６０％の増強は、複列液化プラントの製造を所望のレベルに下げることにより達成できる。別法として、この目的は、より小さい２つの列を用いて達成でき、その際、各々の列はより大きな列の約７０〜８０％の最大能力を有する。
【０００４】
本発明の目的は、より大きな液化列の液化能力より４０〜６０％高い液化能力を有する天然ガス液化プラントであって、より大きな列の約７０〜８０％の最大能力を各々が有する２つのより小さい列から成るプラントに係る建設費用よりも少ない建設費用の前記天然ガス液化プラントを提供することである。
【０００５】
このために、本発明による天然ガス液化プラントは、天然ガスの入口と冷却した天然ガスの出口とを備えた１つの予冷熱交換器、前記冷却した天然ガスの出口に接続された入口と少なくとも２つの出口とを備えた分配器、及び前記分配器の出口の１つに接続された１つの入口と液化した天然ガスの出口とを備えた第１ホットサイドを各々が含む少なくとも２つの主熱交換器を含み、さらに、予冷熱交換器において天然ガスから熱を除去するための予冷冷媒回路、及び対応する主熱交換器の第１ホットサイドを通って流れる天然ガスから熱を除去するための少なくとも２つの主冷媒回路を含み、予冷冷媒回路が、各主冷媒回路中の主冷媒から熱を除去するための少なくとも２つの追加回路をさらに含む。
【０００６】
以下、例として添付図面に関してより詳細に本発明を説明する。
図１を参照する。本発明による天然ガス液化プラントは、１つの天然ガス予冷熱交換器２、予冷冷媒回路３、分配器４、２つの主熱交換器５、５’及び２つの主冷媒回路９、９’を含む。
天然ガス予冷熱交換器２は、管１２の形態をなしたホットサイドを有し、この管１２は、天然ガスの入口１３と冷却した天然ガスの出口１４とを備える。管１２は、天然ガス予冷熱交換器２のコールドサイド又はシェルサイド(shell side)１５に配置される。
分配器４は、冷却した天然ガスの出口１４に導管１９により連結された入口１８と２つの出口２２、２３とを備える。
各々の液化熱交換器５、５’は、１つの入口２６、２６’を備えた第１ホットサイド２５、２５’を含む。第１ホットサイド２５の入口２６は分配器４の出口２２に、第１ホットサイド２５’の入口２６’は出口２３にそれぞれ導管２７と２７’により連結される。第１ホットサイド２５、２５’の各々は、液化熱交換器５、５’の頂部に液化した天然ガスの出口２８、２８’を備える。第１ホットサイド２５、２５’は、液化熱交換器５、５’のコールドサイド２９、２９’に位置し、このコールドサイド２９、２９’は出口３０、３０’を備える。
【０００７】
予冷冷媒回路３は、入口３３と出口３４とを備えたタービン駆動の予冷冷媒コンプレッサー３１を含む。出口３４は、空冷器又は水冷器とし得る冷却器３６に導管３５により連結される。導管３５は、スロットル３８の形態をなす膨張装置を介して天然ガス予冷熱交換器２のコールドサイド１５の入口３９に延びる。コールドサイド１５の出口４０は、戻り導管４１によりタービン駆動の予冷冷媒コンプレッサー３１の入口３３に連結される。
予冷冷媒回路３は、天然ガスを予冷するだけでなく、主冷媒回路９、９’の冷媒を予冷する働きもする。このために、予冷回路３は、追加回路４３、４３’を含む。各追加回路４３、４３’は、スロットル４５、４５’の形態をなす膨張装置を含んだ導管４４、４４’と戻り導管４６、４６’とを含む。
液化冷媒回路９、９’の各々は、入口５１、５１’と出口５２、５２’とを備えたガスタービン駆動の液化冷媒コンプレッサー５０、５０’を含む。入口５１、５１’は、戻り導管５３、５３’により液化熱交換器５、５’のコールドサイド２９、２９’の出口３０、３０’に連結される。出口５２、５２’は、空冷器又は水冷器とし得る冷却器５６、５６’に導管５４、５４’により連結され、冷媒熱交換器５８、５８’のホットサイド５７、５７’は、分離器６０、６０’に連結される。各分離器６０、６０’は、その下端に液体の出口６１、６１’とその上端にガスの出口６２、６２’とを備える。
【０００８】
液化冷媒回路９、９’の各々は、液化熱交換器５、５’の中間点まで延びる第２ホットサイド６７、６７’の入口まで出口６１、６１’から延びる第１導管６５、６５’、導管６９、６９’、膨張装置７０、７０’、及び注入ノズル７３、７３’をさらに含む。
液化冷媒回路９、９’の各々は、液化熱交換器５、５’の頂部まで延びる第３ホットサイド７７、７７’の入口まで出口６２、６２’から延びる第２導管７５、７５’、導管７９、７９’、膨張装置８０、８０’、及び注入ノズル８３、８３’をさらに含む。
液化熱交換器５８、５８’の各々は、追加回路４３、４３’に含まれるコールドサイド８５、８５’を含む。
主冷媒回路９、９’は互いに同じであるのが適切であり、主熱交換器５、５’もそうである。
通常運転中、天然ガスの予冷熱交換器２のホットサイド１４の入口１３に導管９０を介して天然ガスを供給する。予冷冷媒は、天然ガス予冷熱交換器２のコールドサイド１５の出口４０から除去され、タービン駆動の予冷冷媒コンプレッサー３１で高圧に圧縮され、凝縮器３６で凝縮され、膨張装置３８で膨張して低圧にすることができる。コールドサイド１５では、膨張した予冷冷媒はこの低圧で蒸発することができ、このようにして天然ガスから熱が除去される。
【０００９】
ホットサイド１４から除去された予冷された天然ガスは、導管１９を通って分配器４に送られる。
導管２７、２７’を通って、予冷された天然ガスが、主熱交換器５、５’の第１ホットサイド２５、２５’の入口２６、２６’に供給される。第１ホットサイド２５、２５’では、天然ガスが液化され、過冷される。過冷された天然ガスは、導管９５及び９６を通って除去される。導管２７、２７’を通過する天然ガスの量は互いに等しいのが適切である。過冷された天然ガスは、さらなる処理のための装置（図示せず）、及び液化された天然ガスを貯蔵するためのタンク（図示せず）に送られる。
主冷媒は、液化熱交換器５、５’のコールドサイド２９、２９’の出口３０、３０’から除去され、ガスタービン駆動の液化冷媒コンプレッサー５０、５０’で高圧に圧縮される。圧縮熱は冷却器５６、５６’で除去され、さらなる熱が冷媒熱交換器５８、５８’にて主冷媒から除去されて部分的に凝縮した冷媒を得る。次に、この部分的に凝縮した主冷媒は、分離器６０、６０’において重い液体部分と軽いガス部分に分離され、これらの部分はそれぞれ第２ホットサイド６７、６７’と第３ホットサイド７７、７７’でさらに冷却され、液化され過冷された部分が高圧にて得られる。次に、過冷された冷媒は、膨張装置７０、７０’及び８０、８０’にて膨張してより低圧になることができる。この圧力にて、冷媒は液化熱交換器５、５’のコールドサイド２９、２９’において蒸発して第１コールドサイド２５、２５’を通過する天然ガスから熱を除去できる。
【００１０】
上記記載の実施態様では適切には、予冷冷媒は、プロパンのような単一成分の冷媒、炭化水素成分の混合物、又は圧縮冷却サイクル若しくは吸収冷却サイクルで使用される別の適切な冷媒である。主冷媒は、窒素、メタン、エタン、プロパン及びブタンを含む複数成分の冷媒であるのが適切である。
適切には、天然ガス予冷熱交換器２は、直列に配置された２又はそれより多い熱交換器の組から成り、その際、予冷冷媒は１又はそれより多い圧力レベルで蒸発できる。適切には、冷媒熱交換器５８、５８’は、直列に配置された２又はそれより多い熱交換器の組から成り、その際、予冷冷媒は１又はそれより多い圧力レベルで蒸発できる。
【００１１】
次に、図２を参照すると、図１に示された予冷冷媒回路３と追加回路４３、４３’の代替案が概略示されている。図１に示された天然ガス予冷熱交換器２及び冷媒熱交換器５８が結合して１つの統合熱交換器１０２になっている。統合熱交換器１０２は、ホットサイド１２が配置されるコールドサイド１１５、及び主冷媒回路９、９’にそれぞれ属するホットサイド５７、５７’を有し、通常運転中、ホットサイド１２を通って天然ガスが流れる。この実施態様では、適切には予冷冷媒は、窒素、メタン、エタン、プロパン及びブタンを含む複数成分の冷媒である。通常運転中、蒸発した予冷冷媒は、導管４１を通ってコールドサイド１１５から除去され、予冷冷媒コンプレッサー３１により高圧に圧縮され、冷却器３６で冷却され、統合熱交換器１０２のコールドサイドに配置された追加ホットサイド１４３に供給される。追加ホットサイド１４３では、冷媒を蒸発させる一方で予冷冷媒が液化される。液化された予冷冷媒は、スロットル１４６の形態をした膨張装置を有する導管１４５を通って追加ホットサイド１４３から除去される。このスロットル１４６では、膨張してより低圧にすることができる。このような低圧にて、冷媒が注入ノズル１４８を通してコールドサイド１１５に供給される。
【００１２】
図２の実施態様の代替案を示す図３を参照すると、予冷冷媒コンプレッサー３１が２段コンプレッサーである。２段コンプレッサー３１は、第１段の統合予冷熱交換器１０２’の追加ホットサイド１４３’に高圧にて冷媒を供給し、その際、冷媒の一部がコールドサイド１１５’において中間圧力にて蒸発できる。残りは、第２段の統合予冷熱交換器１０２の追加ホットサイド１４３に導管１５０を通って送られ、この冷媒は、コールドサイド１１５において低圧にて蒸発できる。第１及び第２段の熱交換器１０２及び１０２’では、天然ガスが予冷され、その際、ホットサイド１２が導管１５１により相互連結され、また、各液化冷媒回路の液化冷媒は、ホットサイド５７、５７’において予冷される。明確にするため、後者のホットサイドを相互連結する導管は示されていない。
２段の代わりに、統合予冷熱交換器は直列の３段から構成できる。
主熱交換器５、５’は、スプールウーンド(spoolwound)熱交換器又はプレートフィン熱交換器のような適切な設計のものならどんなものでもよい。
【００１３】
図１に関して記載した実施態様では、液化熱交換器５、５’は、第２及び第３ホットサイド６７、６７’及び７７、７７’をそれぞれ有する。別の実施態様では、液化熱交換器は、第２と第３ホットサイドが結合したただ１つのホットサイドを有する。この場合には、部分的に凝縮した主冷媒は、重い液体部分と軽いガス部分に分離することなく第３のホットサイド７７、７７’に直接供給される。
コンプレッサー３１、５０及び５０’は、中間冷却(inter-cooling）を伴う多段のコンプレッサー、２つのコンプレッサー間で中間冷却を伴う直列のコンプレッサーの組合せ、又は並列のコンプレッサーの組合せとし得る。
タービンの代わりに、電気モーターを使用して予冷冷媒回路３及び２つの主冷媒回路９、９’にあるコンプレッサー３１、５０及び５０’を駆動することができる。
予冷冷媒回路中のタービン（図示せず）は蒸気タービンであるのが適切である。この場合、適切には、蒸気タービンを駆動するのに必要な蒸気は、主冷媒回路のガスタービン（図示せず）の排気の冷却から放出される熱を用いて発生される。
【００１４】
本発明は拡張可能な天然ガス液化プラントを提供し、第１段階で単一列が１００％の液化能力で建設され、第２段階において第１液化熱交換器及び第１液化冷媒回路と同じ大きさの第２液化熱交換器及び第２液化冷媒回路を加えて液化能力を約１４０〜約１６０％に拡張できる。
ここで、予冷冷媒回路は、２つの主冷媒回路に役立つ。従って、天然ガスが予冷される深さを低減できる。しかしながら、本発明の利点は、効率的な運転を達成すべく予冷や液化の条件、例えば冷媒の組成を容易に適応化できることである。さらに、液化回路の一つを運転から除かなければならない場合、これらの条件を適応させて単一の液化列で効率的に稼働できる。
このように、第２の予冷回路を加える必要なく、液化能力を増強でき、このことにより実質的な費用の節約となる。
さらに、計算では、液化効率（コンプレッサーにより行われる単位仕事当たりの液化ガスの製造量）は、２つの主冷媒回路に役立つ予冷冷媒回路を用いても悪影響されないことが示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による液化プラントを概略示す。
【図２】  図１に示した予冷冷媒回路の代替案を概略示す。
【図３】  図２の実施態様の代替案を概略示す。
【符号の説明】
２    予冷熱交換器
３    予冷冷媒回路
４    分配器
５、５’    主熱交換器
９、９’    主冷媒回路
３１、５０、５０’    コンプレッサー
３６、５６、５６’    冷却器
３８、４５、４５’、７０、７０’、８０、８０’    膨張装置
４３、４３’    追加回路
５８、５８’    冷媒熱交換器
６０、６０’    分離器
【図１】
0004278873.tif 000002
【図２】
0004278873.tif 000003
【図３】
0004278873.tif 000004