(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化天然ガス（ＬＮＧ）液化プラントでのＬＮＧ冷凍圧縮機のためのドライブシステムであって、
第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングを備え、
各冷凍圧縮ストリングが、
１以上の冷凍圧縮機と、
非同期作動が可能な多重シャフトガスタービンと、を含み、
前記多重シャフトガスタービンは、前記１以上の冷凍圧縮機に作動的に接続され、かつ該１以上の冷凍圧縮機を駆動するように構成され、
前記多重シャフトガスタービンは、その固有速度ターンダウン範囲を使用して、ドライブスルー機能及び可変周波数ドライブを有する電気モータからの支援なしで、該１以上の冷凍圧縮機を静止状態から始動し、該１以上の冷凍圧縮機を作動回転速度までもたらし、かつ、圧縮機作動点を調節して該１以上の冷凍圧縮機の効率を最大にし、
前記第１の冷凍圧縮ストリングは、圧縮をプロパン冷媒に提供するように構成され、前記第２の冷凍圧縮ストリングは、圧縮を混合冷媒に提供するように構成され、前記第３の冷凍圧縮ストリングは、圧縮を窒素冷媒に提供するように構成される、
ことを特徴とするドライブシステム。
【請求項２】
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記多重シャフトガスタービンの排気ガスから熱を抽出し、それによって前記ＬＮＧ液化プラントの全体エネルギ効率を高める廃熱回収ユニットを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のドライブシステム。
【請求項３】
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記多重シャフトガスタービンの入口に入る空気を冷却し、それによって前記ＬＮＧ液化プラントの天然ガススループット及び／又は効率を最大にするように構成された入口空気冷却装置を更に含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のドライブシステム。
【請求項４】
前記入口空気冷却装置は、前記第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングとは独立している機械的冷凍システムを含むことを特徴とする請求項３に記載のドライブシステム。
【請求項５】
前記入口空気冷却装置は、前記第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つと一体化された機械的冷凍システムを含み、
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記多重シャフトガスタービンの前記入口に入る前記空気は、該第１、第２、又は第３の圧縮ストリングの前記冷凍圧縮機のうちの１以上によって圧縮された冷媒を使用して冷却される、
ことを特徴とする請求項３に記載のドライブシステム。
【請求項６】
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンのうちの全ての作動が、天然ガス液化に対して必要であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のドライブシステム。
【請求項７】
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンのうちの２つのみの作動が、天然ガス液化に対して必要であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のドライブシステム。
【請求項８】
前記第１の冷凍圧縮ストリングは、圧縮を混合冷媒に提供するように更に構成され、前記第２の冷凍圧縮ストリングは、圧縮を前記プロパン冷媒に提供するように更に構成され、
前記第１の冷凍圧縮ストリング及び前記第２の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンのうちの一方のみと、
前記第３の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンと、
の作動が、天然ガス液化に対して必要である、
ことを特徴とする請求項７に記載のドライブシステム。
【請求項９】
前記第１の冷凍圧縮ストリングは、圧縮を前記混合冷媒に提供するように更に構成され、前記第２の冷凍圧縮ストリングは、圧縮を前記プロパン冷媒に提供するように更に構成され、
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンのうちの２つのみの作動が、天然ガス液化に対して必要である、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のドライブシステム。
【請求項１０】
前記第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記冷凍圧縮機のうちの少なくとも１つによって圧縮された冷媒が、空気によって冷却されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のドライブシステム。
【請求項１１】
前記第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記冷凍圧縮機のうちの少なくとも１つによって圧縮された冷媒が、水によって冷却されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のドライブシステム。
【請求項１２】
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つが、余分なタービン機械的パワーを電気に変換して該電気を配電網に移出する発電機を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のドライブシステム。
【請求項１３】
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各多重シャフトガスタービンが、少なくとも７０メガワットの定格出力容量を有することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のドライブシステム。
【請求項１４】
前記第１、第２、及び第３の圧縮ストリングのうちの１つの１以上の冷凍圧縮機が、該第１、第２、及び第３の圧縮ストリングの別のものの圧縮仕事を支援することを特徴とする請求項１に記載のドライブシステム。
【請求項１５】
液化天然ガス（ＬＮＧ）を生成する方法であって
第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各々を１以上の冷凍圧縮機と該１以上の冷凍圧縮機に作動的に接続された多重シャフトガスタービンとを含むように配置する段階と、
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各々において前記多重シャフトガスタービンを使用し、非同期作動を使用してそれぞれの前記１以上の冷凍圧縮機を駆動する段階と、
前記第１の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮をプロパン冷媒に提供する段階と、
前記第２の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮を混合冷媒に提供する段階と、
前記第３の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮を窒素冷媒に提供する段階と、
ドライブスルー機能又は可変周波数ドライブを有する電気モータからの支援なしで、前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンのうちの少なくとも１つの固有速度ターンダウン範囲を使用して、
前記１以上の冷凍圧縮機を静止状態から始動し、
前記１以上の冷凍圧縮機を作動回転速度までもたらし、かつ
圧縮機作動点を調節して前記１以上の冷凍圧縮機の効率を最大にする、
段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
廃熱回収ユニットを使用して第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記多重シャフトガスタービンの排気ガスから熱を抽出する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記多重シャフトガスタービンの入口に入る空気を冷却する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
入口空気冷却装置が、前記第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングとは独立している機械的冷凍システムを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記空気を冷却する段階は、
前記第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングの前記冷凍圧縮機のうちの１以上によって圧縮された冷媒を使用して、該第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記多重シャフトガスタービンの前記入口に入る前記空気を冷却する段階、
を含む、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンのうちの全ての作動が、天然ガス液化に対して必要であることを特徴とする請求項１５から請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンのうちの２つのみの作動が、天然ガス液化に対して必要であることを特徴とする請求項１５から請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮を前記プロパン冷媒及び前記混合冷媒に提供する段階と、
前記第２の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮を前記プロパン冷媒及び前記混合冷媒に提供する段階と、
を更に含み、
前記第１の冷凍圧縮ストリング及び前記第２の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンと、
前記第３の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンと、
のうちの２つのみの作動が、天然ガス液化に対して必要である、
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮を前記プロパン冷媒及び前記混合冷媒に提供する段階と、
前記第２の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮を前記プロパン冷媒及び前記混合冷媒に提供する段階と、
を更に含み、
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの前記多重シャフトガスタービンのうちの２つのみの作動が、天然ガス液化に対して必要である、
ことを特徴とする請求項１５から請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記冷凍圧縮機のうちの少なくとも１つによって圧縮された冷媒を空冷する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１５から請求項２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記冷凍圧縮機のうちの少なくとも１つによって圧縮された冷媒を水冷する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１５から請求項２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの前記多重シャフトガスタービンの余分なタービン電気的パワーを発電機を使用して電気に変換する段階と、
前記電気を配電網に移出する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１５から請求項２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１、第２、又は第３の圧縮ストリングのうちの１つでの冷凍圧縮機の１以上の圧縮段を該第１、第２、又は第３の圧縮ストリングのうちの別の１つに移動し、それによって該第１、第２、又は第３の圧縮ストリングのうちの該１つの圧縮仕事を支援する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１５から請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
この出願は、引用によって本明細書に両方の全体が組み込まれている「大規模多重シャフトガスタービンを使用する効率的非同期ＬＮＧ生成の方法及びシステム」という名称の２０１７年５月１６日出願の米国特許出願第６２／５０６，９２２号、及び「大規模多重シャフトガスタービンを使用する効率的非同期ＬＮＧ生成の方法及びシステム」という名称の２０１７年１０月１１日出願の米国特許出願第６２／５７０，９９８号の両方の優先権利益を主張するものである。
【０００２】
本発明の技術は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を生成する方法及びシステムを提供する。より具体的には、本発明の技術は、大規模多重シャフトガスタービンを使用してＬＮＧを生成する方法及びシステムを規定するものである。
【背景技術】
【０００３】
この節は、本発明の技術の例示的実施例に関連付けることができる当業技術の様々な態様を導入することを意図している。この説明は、本発明の技術の特定の態様のより良い理解を容易にするフレームワークを提供するのを支援すると考えられる。従って、この節は、この観点からかつ必ずしも従来技術の受容としてではなく読むべきであることは理解すべきである。
【０００４】
液化天然ガス（ＬＮＧ）は、一般的に冷凍圧縮機及び圧縮機ドライバを必要とする工程を使用して天然ガスを冷却することによって生成される。液化天然ガスは、天然ガスのパイプライン輸送のコストが法外である区域で天然ガスリソースの収益化及びエネルギ需要を満たすことを可能にする。図１に示す典型的なＬＮＧ冷凍構成では、共通ドライブシャフト１０２が、ガスタービン１０４を圧縮機１０６の一端に接続する。共通ドライブシャフト１０２はまた、始動モータ１０８を圧縮機１０６の他端に接続する。３つの接続されたデバイスは、典型的に圧縮ストリング１００と呼ばれる。複数の配列された圧縮ストリングは、ＬＮＧトレインと呼ばれる場合がある。
【０００５】
グローバルなＬＮＧ競争は激化しており、開発中の新しいプロジェクトからの潜在的成長は、新しい堅調な需要を凌ぐと現在予想されている。将来のＬＮＧプロジェクトの利益性を高めるために、各プロジェクトに適用可能な主要なコスト推進要因及び効率を識別して最適化する必要性が存在する。
【０００６】
大規模リソースが利用可能である時に、少数の大容量ＬＮＧトレインを用いてそれを開発することは、環境的利益（建設施設の全体フットプリントを最小にすることなど）及び経済的利益（生産プロファイルを加速するなど）を提供することができる。更に、各ＬＮＧトレインに設置される圧縮ストリングの数を最小にすることは、リソースを開発するのに必要な資本コストを低減する手段を提供することができる。
【０００７】
５ＭＴＡ（毎年百万トン）を超える容量を有する世界中で現在作動中の多くのＬＮＧトレインは、２から３の大規模単一シャフトＧＥ  Ｆｒａｍｅ  ７Ｅ又はＧＥ  Ｆｒａｍｅ  ９Ｅ産業用ガスタービンによって駆動される冷媒圧縮機を用いるＡｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．認可のＡＰ−Ｃ３ＭＲ（登録商標）又はＡＰ−Ｘ（登録商標）処理技術を使用する。５ＭＴＡを超える容量を有する他の類似のサイズのＬＮＧトレインは、８つの小規模２シャフトＧＥ  Ｆｒａｍｅ  ５Ｄガスタービン又は４つの単一シャフトＧＥ  Ｆｒａｍｅ  ６及びＧＥ  Ｆｒａｍｅ  ７単一シャフトガスタービンのいずれかによって駆動される冷媒圧縮機を用いるＣｏｎｏｃｏＰｈｉｌｌｉｐｓ所有のＯｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ｃａｓｃａｄｅ（登録商標）工程を使用する。
【０００８】
Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ（米国特許第７，５２６，９２６号明細書）は、単一シャフト産業用ガスタービンがタービン及び圧縮機を作動速度まで回転させるのに大型電気始動モータを典型的に必要とすることを説明している。始動中にドライブトレインに衝撃を与えるのを回避するために、０ｒｐｍから３，０００ｒｐｍ（５０Ｈｚ）、３，６００ｒｐｍ（６０Ｈｚ）、又は他のターゲット作動速度まで回転シャフトの速度を徐々に上げるのに可変周波数ドライブが使用される。始動モータは、通常作動中にタービン出力を補足するヘルパーモータとして機能し、かつガスタービンパワー単独によってサポートされるスループットよりも高いＬＮＧトレイン容量を達成することができる。通常作動中に、可変周波数ドライブは、単一シャフトガスタービンに利用可能な適度なターンダウン範囲（±５％程度）を利用して冷媒圧縮機の作動効率を改善するためにシャフト速度を変調することができる。
【０００９】
図２は、公知の原理による第１、第２、及び第３の圧縮ストリング２０２、２０４、２０６を有する例示的ＬＮＧトレイン２００の概略図である。各圧縮ストリングは、単一シャフト２１２、２１４、２１６を含み、かつ一部の場合にＧＥ  Ｆｒａｍｅ  ９Ｅ単一シャフトガスタービンとすることができる単一シャフトガスタービン２２２、２２４、２２６によって駆動される。各圧縮ストリングはまた、１以上の冷凍圧縮機２３２、２３４、２３５、２３６を含む。各圧縮ストリングは、大規模可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）２４２、２４４、２４６及びモータ／発電機２５２、２５４、２５６を更に含む。そのようなＬＮＧトレインは、８ＭＴＡの公称ＬＮＧ生成容量を有する場合がある。同じトレイン内で作動する異なるストリングに必要な圧縮パワーは、一般的に異なり、圧縮ストリングが同一のガスタービンによって駆動される時にガスタービンパワー使用不均衡をもたらす可能性が高いことが観察されている。これは、余分なガスタービンパワーを一方の圧縮ストリングからプラントパワー送電網に移出し、かつこの余分なパワーの一部又は全てを他方の圧縮ストリングのうちの１以上を駆動するパワーを補足するために再割り当てする機会を創世する。
【００１０】
図３は、別の公知のタイプの圧縮ストリング３００を描いており、ドライブスルー機能を有する電気スタータ／ヘルパーモータ／発電機３０２が、共通ドライブシャフト３０８上のタービン３０４及び圧縮機３０６と、電気スタータ／ヘルパーモータ／発電機３０２と電力送電網３１２間に電気的に接続された可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）３１０との間に位置決めされている。ＶＦＤ３１０は、機械パワーが電気スタータ／ヘルパーモータ／発電機３０２によって電気パワーに変換されてグリッド周波数で電力送電網に供給することができるように、より滑らかな始動及び非同期ヘルパーデューティのために電力送電網３１２からの並びに電力送電網へのその両方のＡＣ周波数を調整する。これは、タービン３０４の速度がスループット必要性によって決定されることを可能にする。Ｒａｓｍｕｓｓｅｎが開示するようなこの圧縮ストリング３００は、ＬＮＧトレイン２００のような単一シャフトガスタービンを有するＬＮＧトレイン構成が、余分なガスタービンパワーをパワー限定型圧縮ストリングにシフトすることによって容量を最大にし、かつピーク負荷で又はその近くで全てのガスタービンを作動させることによって燃料効率を最大にすることを可能にする。ＬＮＧトレイン内で使用される時に、圧縮ストリング３００は、例えば、Ｋｉｋｋａｗａによる米国特許第５，６８９，１４１号明細書に開示されているように、各個々の圧縮ストリング及び配電網が潜在的に異なる作動速度及び周波数の状態でかつ速度制御による効率的なガスタービン作動に対して非同期作動及び許容し、それによってＬＮＧスループット制御、圧縮機作動点最適化、及び固定度度での単一シャフトタービンによる公知の同期ＬＮＧトレイン作動と比較して工程アップセットに対するより大きい回復力を規定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７，５２６，９２６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６８９，１４１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１８／００５１９２８号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３２４，８６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
航空転用のものは、圧縮ストリングを始動するための大型電気モータを必要としないより小規模の多重シャフトタービンであり、大規模単一シャフトガスタービンに必要な大型電気モータ、可変周波数ドライブ、及び発電容量を排除することによって一部の費用便益を提供する。航空転用ユニットのより低い電力出力に起因して、類似のＬＮＧトレイン容量を達成するのに大規模産業用タービンよりも多数の航空転用のものが必要とされ、大規模開発の全体のコストを潜在的な増大させる。他方で、ＧＥ  ＬＭＳ１００、Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｈｉｔａｃｈｉ  Ｈ１１０、及びＳｉｅｍｅｎｓ  ＳＧＴ５−２０００Ｅタービンのような燃料効率のよい大規模多重シャフト産業用タービンを含む新しい多重シャフトガスタービンオプションが利用可能になってきており、これらの大型多重シャフトガスタービンの一部は、より小型のタービンと比較してより低速で作動し、それによってＬＮＧサービスに使用することができる空気力学的により効率的な大型圧縮機を可能にする。必要なものは、従って、大規模（すなわち、＞５ＭＴＡ）ＬＮＧ生成をサポートする新しいタービン技術を使用するＬＮＧ圧縮ストリング設計及び／又はＬＮＧトレイン設計である。同じく必要なものは、そこに収容される構成要素の量が低減されたそのような大規模ＬＮＧ圧縮ストリング設計及び／又はＬＮＧトレイン設計である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
開示の態様は、ＬＮＧ液化プラントでの液化天然ガス（ＬＮＧ）冷凍圧縮機のためのドライブシステムを提供する。第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各々は、１以上の冷凍圧縮機と、１以上の冷凍圧縮機に作動的に接続され、かつ１以上の冷凍圧縮機を駆動するように構成されて非同期作動の機能がある多重シャフトガスタービンとを含み、多重シャフトガスタービンは、その固有速度ターンダウン範囲を使用してドライブスルー機能及び可変周波数ドライブを有する電気モータからの支援なしで１以上の冷凍圧縮機を静止状態から始動し、１以上の冷凍圧縮機を作動回転速度までもたらし、かつ圧縮機作動点を調節して１以上の冷凍圧縮機の効率を最大にする。第１の冷凍圧縮ストリングは、圧縮をプロパン冷媒に提供するように構成され、第２の冷凍圧縮ストリングは、圧縮を混合冷媒に提供するように構成され、第３の冷凍圧縮ストリングは、圧縮を窒素冷媒に提供するように構成される。
【００１４】
開示の態様は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を生成する方法も提供する。第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各々は、１以上の冷凍圧縮機と１以上の冷凍圧縮機に作動的に接続された多重シャフトガスタービンとを含むように配置される。第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各々での多重シャフトガスタービンは、非同期作動を使用してそれぞれの１以上の冷凍圧縮機を駆動するのに使用される。プロパン冷媒に対する圧縮は、第１の冷凍圧縮ストリングを使用して提供される。混合冷媒に対する圧縮は、第２の冷凍圧縮ストリングを使用して提供される。窒素冷媒に対する圧縮は、第３の冷凍圧縮ストリングを使用して提供される。第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンのうちの少なくとも１つの固有速度ターンダウン範囲を使用してドライブスルー機能又は可変周波数ドライブを有する電気モータからの支援なしで１以上の冷凍圧縮機を静止状態から始動し、１以上の冷凍圧縮機を作動回転速度までもたらし、かつ圧縮機作動点を調節して１以上の冷凍圧縮機の効率を最大にする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の技術の利点は、以下の詳細説明及び添付図面を参照することによってより良く理解される。
【００１６】
【図１】公知の原理によるＬＮＧ圧縮ストリングの概略図である。
【図２】公知の原理によるＬＮＧトレインの概略図である。
【図３】公知の原理によるＬＮＧ圧縮ストリングの概略図である。
【図４】開示の態様によるＬＮＧトレインの概略図である。
【図５】開示の態様と共に使用することができるＬＮＧ液化システムの概略図である。
【図６】図５の詳細の概略図である。
【図７】開示の態様によるＬＮＧ冷凍圧縮ストリングの概略図である。
【図８】開示の態様によるＬＮＧ冷凍圧縮ストリングの概略図である。
【図９】開示の態様によるＬＮＧ冷凍圧縮ストリングの概略図である。
【図１０】開示の態様による方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の詳細説明セクションでは、本発明の技術の非限定的実施例を説明する。しかし、以下の説明が本発明の技術の特定の実施例又は特定の用途に特定である範囲で、これは、例示目的に過ぎず、単に例示的実施例の説明を提供するように意図している。従って、この技術は、以下に説明する具体的実施例に限定されず、むしろ特許請求の範囲の精神及び範囲に含まれる全ての代替物、修正物、及び均等物を含む。
【００１８】
最初に、参照しやすいように、この出願に使用するある一定の用語及びそれに関連して使用する時の意味を列挙する。更に、本発明の技術は、同じか又は類似の目的に寄与する全ての均等物、同義語、新しい展開、及び用語又は技術が本発明の特許請求の範囲内であると考えられるので、以下に示す用語の使用によって制限されない。
【００１９】
当業者が認めるように、異なる個人は、異なる名称で同じ特徴又は構成要素を指す場合がある。本明細書は、名称だけが異なる構成要素又は特徴を区別するように意図していない。図は、必ずしも縮尺通りではない。本明細書のある一定の特徴及び構成要素は、縮尺が誇張される又は概略形態で示される場合があり、従来要素の一部の詳細は、明確化及び簡潔さのために示さない場合がある。本明細書に説明する図を参照する時に、同じ参照番号は、簡素化の目的で複数の図で参照される場合がある。以下の説明では及び特許請求の範囲では、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」は、無制限様式で使用され、従って、「含むがそれに限定されない」を意味すると解釈しなければならない。
【００２０】
冠詞「ｔｈｅ」、「ａ」、及び「ａｎ」は、１つのみを意味するように必ずしも限定されず、むしろ任意的に複数のそのような要素を含むように包含的及び無制限である。
【００２１】
本明細書に使用される場合に用語「近似的に」、「約」、「実質的に」、及び類似の用語は、本発明の開示の主題が関係する当業者による共通かつ受け入れられた使用と調和する広い意味を有するように意図している。これらの用語は、それらの特徴の範囲を与えられる通りの数値範囲に制限することなく説明して特許主張するある一定の特徴の説明を可能にするように意図していることは本発明の開示を精査する当業者によって理解されなければならない。従って、これらの用語は、説明する主題の非実質的な又は重要でない修正又は代替が本発明の開示の範囲内であると考えられるということを示すように解釈しなければならない。
【００２２】
「例示的」は、「実施例、事例、又は例証として寄与する」を意味するように本明細書で専ら使用される。「例示的」として本明細書に説明するいずれの実施形態又は態様も、他の実施形態よりも好ましい又は有利であると解釈すれないものとする。
【００２３】
用語「ガス」は、「蒸気」と同義的に使用され、かつ液体又は固体状態と区別してガス状態の物質又は物質の混合物として定義される。同様に、用語「液体」は、ガス又は固体状態と区別して液体状態の物質又は物質の混合物を意味する。
【００２４】
「炭化水素」は、元素水素及び炭素を主として含む有機化合物であるが、窒素、硫黄、酸素、金属、又はあらゆる数の他の元素が少量で存在することができる。本明細書に使用する時に、炭化水素は、天然ガス、オイル、又は化学処理施設に見出される成分を一般的に指す。
【００２５】
「天然ガス」は、原油田から又は地下ガス担持地層から得られる多成分ガスを指す。天然ガスの組成及び圧力は、非常に有意に変化する可能性がある。典型的な天然ガスストリームは、主成分としてメタン（ＣＨ4）を含有し、すなわち、天然ガスストリームの５０モル％よりも多くはメタンである。天然ガスストリームはまた、エタン（Ｈ2Ｈ6）、重質炭化水素（例えば、Ｃ3−Ｃ20炭化水素）、１以上の酸性ガス（例えば、ＣＯ2又はＨ2Ｓ）、又はそのいずれかの組合せを含有することができる。天然ガスはまた、水、窒素、硫化鉄、ワックス、原油、又はそのいずれかの組合せのような少量の汚染物質を含有することができる。天然ガスストリームは、毒物として作用する場合がある化合物を除去するために実質的に浄化することができる。
【００２６】
「液化天然ガス」又は「ＬＮＧ」が指すのは、１以上の成分（例えば、ヘリウム）又は不純物（例えば、水及び／又は重質炭化水素）を除去するように処理され、次に冷却によってほぼ大気圧で液体に凝縮された天然ガスである。
【００２７】
「大規模」ガスタービンは、少なくとも７０メガワット（ＭＷ）、又は少なくとも８０ＭＷ、又は少なくとも１００ＭＷの定格出力容量を有するガスタービンである。
【００２８】
「混合冷媒」は、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ペンタン、その他を含む群から選択された２又は３以上の成分の混合物から形成された冷媒である。本明細書で言及するような混合冷媒又は混合冷媒ストリームは、少なくとも５モル％の２つの異なる成分を含む。混合冷媒に対する一般的な組成は、窒素０−１０モル％、メタン（Ｃ1）３０−７０モル％、エタン（Ｃ2）３０−７モル％、プロパン（Ｃ3）０−３０モル％、ブタン（Ｃ4）０−１５モル％とすることができる。合計組成は、１００モル％を構成する。
【００２９】
材料の数量又は量又はその特定の特性に関連して使用する時の「実質的な」は、材料又は特性が提供することを意図された効果を提供するのに十分な量を指す。許容可能な正確な偏差の程度は、一部の場合に特定の状況に依存する場合がある。
【００３０】
「非同期」は、局所配電網周波数（５０Ｈｚ（３，０００ｒｐｍ）、６０Ｈｚ（３，６００ｒｐｍ）、又は別の周波数である場合がある）と必ずしも整合しないが、局所周波数付近の一般的に受け入れられる作動範囲内に入る回転速度を指す。そのような作動範囲は、タービンの設計に依存し、かつ局所周波数の±３％、又は±５％、又は±１０％、又は±２０％であるか又は±２０％を超える場合がある。
【００３１】
本発明の技術は、２又は３以上の圧縮ストリングを有するＬＮＧトレインを提供する。各圧縮ストリングは、大型多重シャフトガスタービンによって非同期的に駆動される冷凍圧縮機を有する。各ガスタービンは、静止状態から（冷凍圧縮ループに残っている冷凍圧縮と共に又はそのような圧縮なしでのいずれか）そのそれぞれの圧縮機を始動して圧縮機を作動回転速度までもたらすことができる。各ガスタービンは、多重シャフトガスタービンの固有速度ターンダウン範囲を使用して効率を最大にするために圧縮機作動点を調節するように更に構成される。この配置により、ドライブスルー機能及び可変周波数ドライブを有する電気始動モータは必要ない。
【００３２】
図４は、開示の態様によるＬＮＧトレイン４００の概略図である。ＬＮＧトレイン４００は、２又は３以上の圧縮ストリングを含み、好ましい態様では、第１、第２、及び第３の圧縮ストリング４０２、４０４、４０６を含む。第１の圧縮ストリング４０２は、第１のシャフト４３２を通じて１以上の大規模多重シャフトガスタービン４４２に接続された第１及び第２の冷凍圧縮機４１２、４２２を含む。第２の圧縮ストリング４０４は、第２のシャフト４３４を通じて１以上の大規模多重シャフトガスタービン４４４に接続された第３及び第４の冷凍圧縮機４１４、４２４を含む。第３の圧縮ストリング４０６は、第３のシャフト４３６を通じて１以上の大規模多重シャフトガスタービン４４６に接続された第５及び第６の冷凍圧縮機４１６、４２６を含む。１以上の大規模多重シャフトガスタービン４４２、４４４、４４６の各々は、そのそれぞれの圧縮ストリングに関連付けられた冷凍圧縮機に駆動力を提供する。一部の態様では、大規模多重シャフトガスタービン４４２、４４４、４４６は、ＧＥ  ＬＭＳ１００タービン、Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｈｉｔａｃｈｉ  Ｈ１１０タービン、Ｓｉｅｍｅｎｓ  ＳＧＴ５−２０００Ｅタービン、又はあらゆる他の大規模多重シャフトガスタービンを含むことができる。大規模多重シャフトガスタービンは、単一シャフトガスタービンよりもそれらの固有の広いターンダウン範囲を利用することができるので、ＬＮＧトレイン生成及び効率は改善され、かつ最大にすることができる。例えば、大規模多重シャフトガスタービンの固有ターンダウン範囲を使用してドライブスルー機能及び可変周波数ドライブを有する電気モータからの支援なしで圧縮機を静止状態から始動して圧縮機を作動回転速度までもたらし、かつ圧縮機作動点を調節して全てを圧縮機の効率を最大にすることができる。図４に示すような構成での大規模燃料効率的多重シャフトガスタービンの使用は、３つの冷媒圧縮ストリングのみで７−８ＭＴＡを超えるＬＮＧトレイン容量を可能にする。これは、同数の圧縮ストリングを使用する現在の非常に大きいＬＮＧトレインに同等の出力であるが、スタータ及び電力は、ＬＮＧトレイン４００を用いてこれらの容量を達成するのにもはや必要ではないので、スタータ／ヘルパーモータ／発電機３０２及び可変周波数ドライブ３１０（図３）のような電気機器は、冷凍圧縮ストリングから取除くことができる。（そうでなければスタータ／ヘルパーモータを駆動するのに必要な一部の発電機器の除去又は小型化を含む）これらの構成要素の排除は、かなりの資本コスト低減、並びに作動低減を提供する。
【００３３】
態様では、第１の圧縮ストリング４０２を使用して圧縮をプロパン冷媒に提供することができ、第２の圧縮ストリング４０４を使用して圧縮を混合冷媒に提供することができ、第３の圧縮ストリング４０６を使用して圧縮を窒素冷媒に提供することができる。更に別の態様では、第１、第２、及び第３の圧縮ストリングのうちの１以上の冷凍圧縮機は、他の圧縮ストリングの圧縮仕事をこの圧縮機からそのストリングに圧縮段を移動することによって支援するように構成することができる。例えば、第１の圧縮ストリング４０２の大規模多重シャフトガスタービン４４２を使用して、圧縮段の全て又は一部を第１の圧縮ストリング４０２に移動することによって第２の圧縮ストリング４０４の冷凍圧縮機４２４、４１４による混合冷媒の圧縮を支援することができ、それによって第２の圧縮ストリング４０４を支援する。
【００３４】
別の態様では、圧縮ストリングのうちの２つは、圧縮を同じ２つの冷媒に提供するように設計することができる。例えば、第１及び第４の冷凍圧縮機４１２、４２４は、圧縮をプロパンのような第１の冷媒に提供するように設計することができ、第２及び第３の冷凍圧縮機４２２、４１４は、圧縮を混合冷媒のような第２の冷媒に提供するように設計することができる。この構成を用いて、天然ガス液化のために第１及び第２の冷凍ストリング４０２、４０４のうちの一方を必要とするだけであることが可能である。これは、少量の天然ガスのみが利用可能である時、又は冷凍ストリングのうちの１つが保守又は交換のために停止している時に望ましい場合がある。これに加えて及び第３の圧縮ストリング５０６と併せて使用する時に、天然ガス液化のために（ａ）第１及び第２の冷凍ストリング４０２、４０４のうちの一方、及び（ｂ）第３の冷凍ストリング４０６を必要とするだけであることが可能である。このシナリオは、第３の圧縮ストリング４０６によって圧縮された窒素が、第１及び第２の冷凍ストリング４０２、４０４のうちの一方のみが使用されている時に天然ガスを液化するのに必要な追加の冷却を提供することになるので、より高いＬＮＧ生成速度が望ましい時に望ましい場合がある。いずれの場合でも、第１及び第２の冷凍ストリング４０２、４０４は、第３の圧縮ストリング４０６が天然ガス液化に必要ではないように構成することができる。
【００３５】
開示の態様は、大規模多重シャフトガスタービンのうちの１、２、又は全ての作動が第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの大規模多重シャフトガスタービン内で燃焼される空気を冷却する必要がある時に有利に使用することができる。更に、開示の態様は、ＬＮＧを生成するための天然ガスの液化のような液化作動において有利に使用することができる。
【００３６】
多重シャフトガスタービンの広範な速度範囲は、スループット制御及び効率的ガスタービン作動を提供するが、スタータ／ヘルパーモータ／発電機の除去は、図４に示すようにＬＮＧトレインが上述のようにパワー不均衡で作動するシナリオをもたらす場合があり、１つの圧縮ストリングはパワー制限されているが、他のストリングのうちの１つ又は２つに利用することができる余分なガスタービンパワーが存在する。この状況は、周囲温度及び給送ガス組成物内の特性変動を考慮してガスタービンパワーの使用を最大にする最適の工程及び機械構成を選択することによって回避又は軽減することができる。これらの構成は、以下に限定されないが、独立又は分割混合冷媒構成を使用するＡＰ−Ｃ３ＭＲ（登録商標）工程及びＡＰ−Ｘ（登録商標）工程を含む。冷凍圧縮機は、ガスタービンパワー使用及び全体ＬＮＧトレイン信頼性を最適化するように直列又は並列で更に構成することができる。
【００３７】
別の態様では、入口空気冷却は、余分なガスタービンパワーを完全に使用してＬＮＧトレインにおいてＬＮＧ生成を最大にするように適用することができる。図５から６は、入口空気冷却を使用する液化天然ガス（ＬＮＧ）のためのシステム５１０及び工程を示している。このシステム及び類似の入口空気冷却システムは、２０１６年８月１６日出願で本出願人所有の米国特許出願公開第２０１８／００５１９２８号明細書及び米国特許第６，３２４，８６７号明細書に更に説明されており、これらの開示は引用によって全体が本明細書に組み込まれている。システム５１０では、給送ガス（天然ガス）は、それが汚染物質を除去するために処理される調製ユニット５１２の中に入口ライン５１１を通って入る。次に、処理ガスは、調製ユニット５１２から一連の熱交換器５１３、５１４、５１５、５１６を通過し、そこでは、それは、第１の冷媒（例えば、プロパン）を蒸発させることによって冷却され、それは、次に、第１の冷凍回路５２０を通ってそれぞれの熱交換器を通って流れる。次に、冷却された天然ガスは分別円柱５１７へ流れ、ペンタン及び重質炭化水素は、分別ユニット５１９において更に処理するためにライン５１８を通して取り出される。
【００３８】
メタン、エタン、プロパン、及びブタンの残りの混合物は、ライン５２１を通して分別円柱５１７から取り出され、第２の冷媒回路５３０を通って流れる混合冷媒（ＭＲ）を含むことができる第２の冷媒とのガス混合気を更に冷却することによって主低温熱交換器５２２において液化される。窒素、メタン、エタン、及びプロパンのうちの少なくとも１つを含むことができる第２の冷媒は、次に、ガスタービン５２４によって駆動される圧縮機５２３ａ、５２３ｂにおいて圧縮される。圧縮後に、第２の冷媒は、空冷器又は冷水器５２５ａ、５２５ｂを通過することによって冷却され、次に、第１の冷凍回路５２０から第１の冷媒を蒸発させることによって熱交換器５２６、５２７、５２８、及び５２９内で部分的に凝縮される。次に、第２の冷媒は、第２の冷媒の蒸気部分から第２の冷媒の凝縮液体部分を分離する高圧分離器５３１に流れることができる。第２の冷媒の凝縮液体及び蒸気部分は、それぞれライン５３２及び５３３において高圧分離器５３１から排出される。図１で見られるように、高圧分離器５３１からの凝縮液体及び蒸気の両方は、これらが第２の冷媒を蒸発させることによって冷却される主低温熱交換器５２２を通って流れる。
【００３９】
ライン５３２内の凝縮液体ストリームは、主低温熱交換器５２２の中間から取り出され、その圧力は、膨張弁５３４にわたって低下する。ここで低圧の第２の冷媒は、次に、それがライン５２１内のより温い第２の冷媒ストリーム及び給送ガスストリームによって蒸発される主低温熱交換器５２２の中に戻される。第２の冷媒蒸気ストリームが主低温熱交換器５２２の上部に達する時に、それは凝縮されており、それが主低温熱交換器５２２に戻される前に膨張弁５３５にわたって取り出されて膨張される。凝縮した第２の冷媒蒸気が主低温熱交換器５２２内に落ちる時に、それはライン５２１内の給送ガス及びライン５３２内の高圧の第２の冷媒ストリームと熱交換することによって蒸発される。落下凝縮した第２の冷媒蒸気は、主低温熱交換器５２２の中間内の低圧の第２の冷媒液体ストリームと混合し、合成ストリームは、出口５３６を通じて蒸気として主低温熱交換器５２２の底部を出て圧縮機５２３ａ、５２３ｂに逆流し、第２の冷媒回路５３０を完了する。
【００４０】
閉じた第１の冷凍回路５２０を使用して、給送ガスと第２の冷媒の両方は、これらが主低温熱交換器５２２を通過する前に冷却される。第１の冷媒は、第１の冷媒圧縮機５３７によって圧縮され、それは、逆に、ガスタービン５３８によって給電される。態様では、第１の冷媒圧縮機５３７及びガスタービン５３８と並列に配置された追加の冷媒圧縮機及びガスタービン（図示せず）は、第１の冷媒を圧縮するのに使用することができ、本明細書での第１の冷媒圧縮機５３７及びガスタービン５３８への参照は、追加の冷媒圧縮機及びガスタービンも指すことは理解される。第１の冷媒圧縮機５３７は、少なくとも１つの圧縮機ケーシング含むことができ、少なくとも１つのケーシングは、異なる圧力レベルで少なくとも２つの第１の冷媒ストリームを受け入れるように少なくとも２つの入口を集合的に含むことができる。圧縮された第１の冷媒は、１以上の凝縮器又は冷却体５３９（例えば、冷却された海水又は空気）で凝縮され、かつ第１の冷媒サージタンク５４０で収集され、そこからそれは、第１の冷媒が蒸発してそれぞれ給送ガスと第２の冷媒の両方を冷却する熱交換器（プロパン冷却機）５１３、５１４、５１５、５１６、５２６、５２７、５２８、５２９を通してカスケードされる。ガスタービン５２４と５３８の両方は、次に、空気濾過デバイス、水分分離デバイス、冷却及び／又は加熱デバイス、又は微粒子分離デバイスを含むことができる空気入口システムを含むことができる。
【００４１】
タービンの作動効率を改善するためにガスタービン５２４と５３８の両方への入口空気５７０、５７１を冷却するための手段を図１のシステム５１０に設けることができる。基本的に、システムは、次に、閉じた入口冷却剤ループ５５０を通じて循環してタービンに対して入口空気を冷却する水、グリコール、又は別の熱伝達流体を含むことができる、中間流体を冷却するのにシステム５１０において利用することができる余分な冷媒を使用することができる。
【００４２】
図２を参照すると、入口空気５７０、５７１に必要な冷却を提供するために、第１の冷媒のスリップ−ストリームがライン５５１を通じて第１の冷凍回路５２０から（すなわち、サージタンク５４０から）引き出され、膨張弁５５２にわたって流される。第１の冷凍回路５２０はこのタイプのガス液化工程で既に利用可能であるので、工程内に冷却の新しい又は個別のソースを提供する必要はなく、それによってシステムのコストを実質的に低減する。膨張した第１の冷媒は、それがライン５５４を通って第１の冷凍回路５２０に戻る前に、膨張弁５５２から熱交換器５５３を通過する。プロパンは熱交換器５５３内で蒸発し、それによって次にポンプ５５６によって貯蔵タンク５５５から熱交換器５５３を通じてポンピングされる中間流体の温度を下げる。
【００４３】
次に、冷却された中間流体は、それぞれタービン５２４、５３８の入口に位置決めされた空気冷却機又は冷却器５５７、５５８を通じてポンピングされる。入口空気５７０、５７１がそれぞれのタービンの中に流入すると、それは、空気冷却機又は冷却器５５７、５５８内でコイルなどの上を通過し、それは、次に、空気がそのそれぞれのタービンに送出される前に入口空気５７０、５７１を冷却する。次に、温められた中間流体は、ライン５５９を通って貯蔵タンク５５に戻る。好ましくは、入口空気５７０、５７１は、氷がより低温で形成される場合があるので、摂氏約５°（華氏４１°）よりも低くなく冷却されることになる。一部の事例では、抑制剤を有する凍結防止剤（例えば、エチレングリコール）を中間流体に加えて、閉塞、機器損傷を防止し、腐食を制御することが望ましい場合がある。
【００４４】
本発明の開示の一態様が図６に詳細に示されている。図６は、第１の冷凍回路５２０に接続された湿式エアフィン冷却器６０４を追加している。本発明の開示と共に使用する時に、湿式エアフィン冷却器６０４は、（ａ）ほぼ周囲温度（例えば、乾球温度）に冷却するように流体（例えば、液体又はガス）が通過するフィン付きチューブの上を周囲空気を通過させるようにファン６０８を使用することができる従来のエアフィン熱交換器の効率を（ｂ）例えば噴霧ヘッダ６１２内のノズル６１０を使用して周囲空気ストリーム内で液体、典型的には水を蒸発させて周囲空気のより低い湿球温度に近づくことによる精神測定学的冷却と組み合わせる。
【００４５】
湿式エアフィン冷却器６０４を使用して、サージタンク５４０からライン５５１内の液体の第１の冷媒のスリップ−ストリームをサブクールする。サブクールされた第１の冷媒は、ライン６０５を通して熱交換器５５３に向けられる。このプロパンをサブクールすることで、熱交換器５５３の冷凍負荷と冷凍システムの性能係数の両方を増大する。次に、この性能係数は、その冷凍を提供する区分的圧縮機パワーによって割り算された熱交換器５５３の冷凍負荷の比である。湿式エアフィン冷却器６０４は、図５及び６のライン５５１内の第１の冷媒のスリップ−ストリームを冷却するように位置決めされる。これに代えて、湿式エアフィン冷却器６０４は、ライン５５１内の第１の冷媒のスリップ−ストリームが取り出されて冷却ソース（直接又は間接）を空気冷却機又は冷却器５５７、５５８に提供する前に１以上の凝縮器又は冷却器５３９の一部として組み込まれて液化工程の他の部分を補助する液体プロパンをサブクールすることができる。しかし、ライン５５１内のプロパンのスリップ−ストリームのみをサブクールして、ガスタービン入口空気冷却に対して利益を最大にすることが好ましい。
【００４６】
開示の態様により、分離器６０１及び６０２は、それぞれ空気冷却機又は冷却器５５８、５５７に続いてガスタービン空気入口に位置決めされる。これらの分離器６０１、６０２は、入口空気がその周囲乾球温度からその湿球温度よりも低い温度まで冷却される時に入口空気５７０、５７１から凝縮された水を除去する。分離器６０１、６０２は、当業者に公知の垂直ベーン、合体要素、低速プレナム、又は湿分分離器のような慣性タイプのものとすることができる。ガスタービン空気入口は、それぞれ空気冷却機又は冷却器５５７、５５８及び分離器６０１、６０２の上流又は下流のいずれか又は上流と下流の両方に位置付けることができるエアフィルタ５４１のような濾過要素を含むことができる。好ましくは、少なくとも１つの濾過要素は、冷却機及び分離器の上流に位置決めされる。この空気濾過要素は、ＧＯＲＥＴＥＸという商標で販売されているｅＰＴＦＥ（膨張ＰＴＦＥ）膜のような防湿障壁を含み、分離器６０１、６０２によって取り出された凝縮水内で濃縮することができる大気中の霧、微粉、塩、又は他の汚染物質を除去することができる。ガスタービン５２４及び／又は５３８に関連付けられた冷却機及び分離器の上流に少なくとも１つの濾過要素又は類似のデバイスを位置付けることにより、収集された水分（水）中の大気汚染物質を最小にすることができ、冷却機及び分離器の汚染及び腐食も制御して最小にすることができ、湿式エアフィン冷却器６０４の汚染及び腐食も制御して最小にすることができる。
【００４７】
ガスタービン入口空気５７０、５７１の冷却中に、冷凍負荷のかなりの部分を使用して、入口空気の乾球温度を単に低くするのではなくガスタービン入口空気５７０、５７１内の水分を凝縮する。一例として、摂氏４０°の乾球温度及び摂氏２４°の湿球温度を有する入口空気が冷却される場合に、空気の有効比熱は、４０℃から２４℃で約１ｋＪ／ｋｇ／℃であるが、乾球温度が低下して水分が空気から凝縮される時に、約２４℃の湿球温度よりも低い約３１ｋＪ／ｋｇ／℃に有意に上昇する。このことから、本発明者は、ガスタービン５２４及び／又は５３８への空気の僅かな組成変化がガスタービンの利用可能なパワーに僅かな影響を及ぼすに過ぎないので、湿球温度（露点）よりも低く空気を冷却するのに使用する冷凍負荷の約３分の２が無駄になると結論を下すことができる。この凝縮水分は、本質的にガスタービンに対して冷却された入口空気と同じ温度にあり、空気流れにおいて空気冷却機又は冷却器５５７又は５５８の前に位置決めされた空気冷却機又は冷却器５５７又は５５８と類似の別の冷却コイルを使用して入口空気５７０、５７１の一部の予冷を提供するのに使用することができる。しかし、この配置は、水の温度を低減するのに使用する冷凍負荷の一部ではあるがそれを凝縮するのに使用するものではない部分を取り戻すことができるに過ぎない。すなわち、水の蒸発の熱は、ガスタービン入口空気による熱伝達又は精神測定学的冷却によって取り戻すことはできない。
【００４８】
ガスタービン入口空気５７０、５７１からの水分を冷却して凝縮するのに使用する冷凍負荷の遥かに大きい部分は、分離器６０１又は６０２からこの冷却水を収集し、それをポンプ６０３でポンピングし、かつ湿式エアフィン冷却器６０４のチューブの上に水を噴霧する又は他に湿式エアフィン冷却器６０４に対して水を空気流れ６０６と混合することによって取り戻すことができる。湿式エアフィン冷却器６０４に関連付けられたファンによって輸送された空気の周囲条件及び実流量に基づいて、ポンプ６０３がポンピングする水は、湿式エアフィン冷却器６０４の空気流れを飽和してそれをその湿球温度までもたらすのに十分とすることができる。別の目的のために使用することができる分離器６０１、６０２からの余分な水の流れが利用可能である場合があり、又は空気流れを飽和するのに不十分である場合がある。この後者の場合に、別のソースからの追加の水を提供することができる。
【００４９】
開示の態様は、多くの方法で変えることができる。例えば、図７は、開示の態様によるＬＮＧトレインの一部とすることができる冷凍圧縮ストリング７００を示し、ここでは、独立冷却機械的冷凍システム７０２が、大規模多重シャフトガスタービン７０４の入口空気を冷却する。図５及び６に開示する入口空冷システムのように、そのような入口空冷又は冷却は、冷凍圧縮ストリング７００に利用することができるパワーをブーストし、それによって９ＭＴＡの単一トレイン容量を超える可能性が高い。図８は、開示の態様によるＬＮＧトレインの一部とすることができる別の冷凍圧縮ストリング８００を示し、ここでは、大規模多重シャフトガスタービン８０２が、タービンの高温排気ガスから熱を抽出する公知の原理による廃熱回収ユニット８０４を含んでおり、それによってＬＮＧトレインの全体エネルギ効率を高める。廃熱回収ユニットの入力及び出力は、あらゆるそのような廃熱回収ユニットがそれによって表されるように図８には示されていない。図９は、開示の態様によるＬＮＧトレインの一部とすることができる別の冷凍圧縮ストリング９００を示し、ここでは、発電機９０２が、冷凍圧縮ストリングの一部として含まれる。発電機９０２は、大規模多重シャフトガスタービン９０４の余分な機械的パワーを電気に変換し、電気を配電網（図示せず）に移出する。図７から９に開示する態様のいずれも、図４に示すＬＮＧトレイン４００の冷凍圧縮ストリングのうちの１、２、又は３に実施することができる。更に、必ずしも与えられた例に対して提供された全ての特徴ではないが一部を含む本明細書に説明する様々な実施例からの特徴は、互いに組み合わせることができるように考えられている。更に、いずれの特定の実施例の特徴も本発明の技術の進歩を実施するのに必ずしも必要であるとは限らない。
【００５０】
図１０は、開示の態様による液化天然ガス（ＬＮＧ）を生成する方法１０００である。ブロック１００２では、第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各々が、１以上の冷凍圧縮機と１以上の冷凍圧縮機に作動的に接続された多重シャフトガスタービンとを含むように配置される。ブロック１００４では、第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各々において多重シャフトガスタービンが使用され、それぞれの１以上の冷凍圧縮機は、非同期作動を使用して駆動される。ブロック１００６では、第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンのうちの少なくとも１つの固有速度ターンダウン範囲を使用してドライブスルー機能又は可変周波数ドライブを有する電気モータからの支援なしで１以上の冷凍圧縮機を静止状態から（冷凍圧縮ループに残っている冷凍圧縮と共に又はそのような圧縮なしのいずれかで）始動して１以上の冷凍圧縮機を作動回転速度までもたらし、かつ圧縮機作動点を調節して１以上の冷凍圧縮機の効率を最大にする。
【００５１】
開示の態様は、高価な始動モータ又は可変速度ドライブの必要なく２又は３以上の圧縮ストリングを使用してＬＮＧを生成する方法を提供する。開示の態様の利点は、大規模ＬＮＧトレイン（すなわち、７ＭＴＡを超える）の資本コスト低減である。別の利点は、大規模ＬＮＧトレインの面積フットプリントの縮小である。更に別の利点は、ＬＮＧトレインが他の技術（入口空冷又は排熱回収など）と結合してＬＮＧトレインの効率を改善することができるということである。
【００５２】
開示の態様は、以下の付番項目に示す方法及びシステムのあらゆる組合せを含むことができる。これは、上記説明からあらゆる数の変形を想定することができるので、全ての可能な態様の完全なリストと考えないものとする。
１．液化天然ガス（ＬＮＧ）液化プラントでのＬＮＧ冷凍圧縮機のためのドライブシステムであって、第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングを備え、各冷凍圧縮ストリングが、１以上の冷凍圧縮機と、非同期作動が可能な多重シャフトガスタービンと、を含み、前記多重シャフトガスタービンは、前記１以上の冷凍圧縮機に作動的に接続され、かつ該１以上の冷凍圧縮機を駆動するように構成され、前記多重シャフトガスタービンは、その固有速度ターンダウン範囲を使用して、ドライブスルー機能及び可変周波数ドライブを有する電気モータからの支援なしで、該１以上の冷凍圧縮機を静止状態から始動し、該１以上の冷凍圧縮機を作動回転速度までもたらし、かつ、圧縮機作動点を調節して該１以上の冷凍圧縮機の効率を最大にし、前記第１の冷凍圧縮ストリングは、圧縮をプロパン冷媒に提供するように構成され、前記第２の冷凍圧縮ストリングは、圧縮を混合冷媒に提供するように構成され、前記第３の冷凍圧縮ストリングは、圧縮を窒素冷媒に提供するように構成される、ことを特徴とするドライブシステム。
２．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの多重シャフトガスタービンの排気ガスから熱を抽出し、それによってＬＮＧ液化プラントの全体のエネルギ効率を高める廃熱回収ユニットを更に含む項目１のドライブシステム。
３．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの多重シャフトガスタービンの入口に入る空気を冷却し、それによってＬＮＧ液化プラントの天然ガススループット及び／又は効率を最大にするように構成された入口空気冷却装置を更に含む項目１又は項目２のドライブシステム。
４．入口空気冷却装置が、第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングとは独立している機械的冷凍システムを含む項目３のドライブシステム。
５．入口空気冷却装置が、第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つと一体化された機械的冷凍システムを含み、第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの多重シャフトガスタービンの入口に入る空気が、第１、第２、又は第３の圧縮ストリングの冷凍圧縮機のうちの１以上によって圧縮された冷媒を使用して冷却される項目３のドライブシステム。
６．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンのうちの全ての作動が、天然ガス液化に対して必要である項目１−５のいずれかのドライブシステム。
７．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンのうちの２つのみの作動が、天然ガス液化に対して必要である項目１−５のいずれかのドライブシステム。
８．第１の冷凍圧縮ストリングが、圧縮を混合冷媒に提供するように更に構成され、第２の冷凍圧縮ストリングが、圧縮をプロパン冷媒に提供するように更に構成され、第１の冷凍圧縮ストリング及び第２の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンの単に１つと第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンとの作動が、天然ガス液化に対して必要である項目７のドライブシステム。
９．第１の冷凍圧縮ストリングが、圧縮を混合冷媒に提供するように更に構成され、第２の冷凍圧縮ストリングが、圧縮をプロパン冷媒に提供するように更に構成され、第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンのうちの単に１つの作動が、天然ガス液化に対して必要である項目１−５のいずれかのドライブシステム。
１０．第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの冷凍圧縮機のうちの少なくとも１つによって圧縮された冷媒が、空気によって冷却される項目１−９のいずれかのドライブシステム。
１１．第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの冷凍圧縮機のうちの少なくとも１つによって圧縮された冷媒が、水によって冷却される項目１−１０のいずれかのドライブシステム。
１２．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つが、余分なタービン機械的パワーを電気に変換して電気を配電網に移出する発電機を含む項目１−１１のいずれかのドライブシステム。
１３．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各多重シャフトガスタービンが、少なくとも７０メガワットの定格出力容量を有する項目１−１２のいずれかのドライブシステム。
１４．第１、第２、及び第３の圧縮ストリングのうちの１つの１以上の冷凍圧縮機が、第１、第２、及び第３の圧縮ストリングの別のものの圧縮仕事を支援する項目１のドライブシステム。
１５．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各々を１以上の冷凍圧縮機と１以上の冷凍圧縮機に作動的に接続された多重シャフトガスタービンとを含むように配置する段階と、第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの各々において多重シャフトガスタービンを使用し、非同期作動を使用してそれぞれの１以上の冷凍圧縮機を駆動する段階と、第１の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮をプロパン冷媒に提供する段階と、第２の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮を混合冷媒に提供する段階と、第３の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮を窒素冷媒に提供する段階と、第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンのうちの少なくとも１つの固有速度ターンダウン範囲を使用してドライブスルー機能又は可変周波数ドライブを有する電気モータからの支援なしで１以上の冷凍圧縮機を静止状態から始動し、１以上の冷凍圧縮機を作動回転速度までもたらし、かつ圧縮機作動点を調節して１以上の冷凍圧縮機の効率を最大にする段階とを含む液化天然ガス（ＬＮＧ）を生成する方法。
１６．廃熱回収ユニットを使用して第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの多重シャフトガスタービンの排気ガスから熱を抽出する段階を更に含む項目１５の方法。
１７．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの多重シャフトガスタービンの入口に入る空気を冷却する段階を更に含む項目１５又は項目１６の方法。
１８．入口空気冷却装置が、第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングとは独立している機械的冷凍システムを含む項目１７の方法。
１９．空気を冷却する段階が、第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングの冷凍圧縮機のうちの１以上によって圧縮された冷媒を使用して第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの多重シャフトガスタービンの入口に入る空気を冷却する段階を含む項目１７の方法。
２０．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンのうちの全ての作動が、天然ガス液化に対して必要である項目１５−２０のいずれかの方法。
２１．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンのうちの２つのみの作動が、天然ガス液化に対して必要である項目１５−１９のいずれかの方法。
２２．第１の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮をプロパン冷媒及び混合冷媒に提供する段階と、第２の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮をプロパン冷媒及び混合冷媒に提供する段階とを更に含み、第１の冷凍圧縮ストリング及び第２の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンと第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンとのうちの一方のみの作動が、天然ガス液化に対して必要である項目２１の方法。
２３．第１の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮をプロパン冷媒及び混合冷媒に提供する段階と、第２の冷凍圧縮ストリングを使用して圧縮をプロパン冷媒及び混合冷媒に提供する段階とを更に含み、第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングの多重シャフトガスタービンのうちの１つのみの作動が、天然ガス液化に対して必要である項目１５−１９のいずれかの方法。
２４．第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの冷凍圧縮機のうちの少なくとも１つによって圧縮された冷媒を空冷する段階を更に含む項目１５−２３のいずれかの方法。
２５．第１、第２、又は第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの冷凍圧縮機のうちの少なくとも１つによって圧縮された冷媒を水冷する段階を更に含む項目１５−２４のいずれかの方法。
２６．第１、第２、及び第３の冷凍圧縮ストリングのうちの少なくとも１つの多重シャフトガスタービンの余分なタービン電気的パワーを発電機を使用して電気に変換する段階と、電気を配電網に移出する段階とを更に含む項目１５−２５のいずれかの方法。
２７．第１、第２、又は第３の圧縮ストリングのうちの１つでの冷凍圧縮機の１以上の圧縮段を第１、第２、又は第３の圧縮ストリングの別のものに移動し、それによって第１、第２、又は第３の圧縮ストリングのうちの１つの圧縮仕事を支援する段階を更に含む項目１５−２６のいずれかの方法。
【００５３】
本発明の技術は、様々な修正及び代替形態を受け入れることができると同時に、上述の例は非限定的である。本発明の技術は、本明細書に説明する特定の実施形態に限定されるように意図していないことを再度理解しなければならない。実際に、本発明の技術は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲に含まれる全ての代替物、修正物、及び均等物を含む。
【符号の説明】
【００５４】
４００  ＬＮＧトレイン
４０２  第１の圧縮ストリング
４１２  第１の冷凍圧縮機
４３２  第１のシャフト
４４２  大規模多重シャフトガスタービン
【図１】
0006929386.tif 000002
【図２】
0006929386.tif 000003
【図３】
0006929386.tif 000004
【図４】
0006929386.tif 000005
【図５】
0006929386.tif 000006
【図６】
0006929386.tif 000007
【図７】
0006929386.tif 000008
【図８】
0006929386.tif 000009
【図９】
0006929386.tif 000010
【図１０】
0006929386.tif 000011