(57)【要約】炭化水素流を冷却する方法及び装置において、冷却すべき炭化水素流４５を第一熱交換器５０中、第一冷媒流流量ＦＲ１を有する１つ以上の冷媒流１４５ｂ、１８５ｂと熱交換して、冷却炭化水素流流量ＦＲ２を有する冷却炭化水素流５５及び１つ以上の戻り冷媒流１０５を供給する。第一冷媒流流量ＦＲ１及び冷却炭化水素流流量ＦＲ２は、第一冷媒流流量ＦＲ１用に入力した第一設定点ＳＰ１が達成されるまで調節される。第一設定点ＳＰ１が第一冷媒流流量ＦＲ１より大きければ、第一冷媒流流量ＦＲ１を増大する前に炭化水素流流量ＦＲ２を増大させ、第一設定点ＳＰ１が第一冷媒流流量ＦＲ１よりも小さければ、炭化水素流流量ＦＲ２を減少する前に第一冷媒流流量ＦＲ１を減少させ、炭化水素流流量ＦＲ２が減少すれば、第一冷媒流流量ＦＲ１を減少させる。【選択図】図１
2012511130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）炭化水素流を用意する工程、
（ｂ）炭化水素流を第一熱交換器中で冷媒流流量を有する１つ以上の冷媒流と熱交換して、炭化水素流流量を有する炭化水素流及び１つ以上の戻り冷媒流を供給する工程、
（ｃ）冷媒流流量用の第一設定点を入力する工程、及び
（ｄ）該設定点が達成されるまで、冷媒流流量及び炭化水素流流量を調節する工程、
を少なくとも含む熱交換器での炭化水素流の冷却方法において、（ｄ１）第一設定点が冷媒流流量よりも大きい場合は、冷媒流流量を増大する前に炭化水素流流量を増大させ、（ｄ２）第一設定点が冷媒流流量よりも小さい場合は、炭化水素流流量を減少する前に冷媒流流量を減少させ、（ｄ３）炭化水素流流量が減少する場合は、冷媒流流量を減少させる該方法。
【請求項２】
工程（ｄ）での冷媒流流量及び炭化水素流流量の調節工程が自動的である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
［冷媒流流量］／［炭化水素流流量］比が、工程（ｄ）中、予備選択されたレベル以下に維持される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
・冷媒流流量が、冷媒流バルブを操作して冷媒流の流量を制御するための冷媒流制御器であって、高選別器に送信される冷媒流信号を発生する該冷媒流制御器により測定され、
・第一設定点が、低選別器及び高選別器に送信される設定点信号を発生する流量設定器に入力され、
・低選別器が、最低の設定点信号及び炭化水素流量信号を冷媒流量制御器に通し、かつ
・高選別器が、最高の設定点信号及び冷媒流量信号を冷却炭化水素流量制御器に通す、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
冷媒流が、重質混合冷媒流及び軽質混合冷媒流を含む群、好ましくは重質混合冷媒流から選ばれる請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
工程（ｂ）において、炭化水素流を第一熱交換器中の第二冷媒流流量を有する第二冷媒流と熱交換する工程を更に含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
第二冷媒流流量が、冷媒流流量の一部として測定される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
・第二冷媒流バルブを操作し、これにより第二冷媒流の流量を変化させる第二冷媒流制御器、及び
・低選別器から最低の設定点信号及び冷却炭化水素流量信号を受信し、更に冷媒制御器信号を第二冷媒流量制御器に送信することにより、第二冷媒流の流量を冷媒流の流量と比べて調節する冷媒制御器、
を更に含む請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
冷媒流が重質混合冷媒流である場合には第二冷媒流は軽質混合冷媒流であり、或いは冷媒流が軽質混合冷媒流である場合には第二冷媒流は重質混合冷媒流である請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
（ｉ）第一熱交換器において、流入冷媒流を冷却して冷却冷媒流を供給する工程、
（ｉｉ）冷媒膨張器において、該冷却冷媒流を膨張させて、膨張冷媒流を供給する工程、
（ｉｉｉ）該膨張冷媒流を冷媒バルブに通して冷媒流を供給する工程、及び
（ｉｖ）該冷媒流を第一熱交換器の第二入口に通す工程、
を更に含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
（ｖ）戻り冷媒流を冷媒圧縮器に通して圧縮冷媒流を供給する工程、
（ｖｉ）該圧縮冷媒流を冷却器中で冷却して冷却圧縮冷媒流を供給する工程、及び
（ｖｉｉ）該冷却圧縮冷媒流を分離器中で分離して１つ以上の流入冷媒流を供給する工程、
を更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記冷却圧縮冷媒流の分離工程（ｖｉｉ）が、更に第二流入冷媒流を生成し、前記方法が、
（ｖｉｉｉ）該第二流入冷媒流を第一熱交換器中で冷却して冷却第二流入冷媒流を供給する工程、
（ｉｘ）該冷却第二流入冷媒流を第二冷媒膨張器中で膨張させて膨張第二流入冷媒流を供給する工程、
（ｘ）該膨張第二流入冷媒流を第二冷媒バルブに通して第二冷媒流を供給する工程、及び
（ｘｉ）該第二冷媒流を第一熱交換器の第三入口に通す工程、
を更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
炭化水素流が天然ガス流であり、冷却炭化水素流がＬＮＧ流である請求項１〜２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
・炭化水素流用第一入口、冷却炭化水素流用第一出口、１つ以上の冷媒流用の１つ以上の第二出口及び戻り冷媒流用第二出口を有する第一熱交換器、
・１つ以上の冷媒流の冷媒流流量に比例する信号を測定して、高選別器に送信される冷媒流量信号を供給するために、冷媒バルブを操作して冷媒流の流量を制御する冷媒流量制御器、
・冷却炭化水素流の冷却炭化水素流流量に比例する信号を測定して、低選別器に送信される冷却炭化水素流量信号を供給するために、冷却炭化水素流バルブを操作して冷却炭化水素流の流量を制御する冷却炭化水素流量制御器、
・設定点を入力して低選別器及び高選別器に送信される設定点信号を供給するための流量設定器、
・最低の設定点信号及び冷却炭化水素流流量信号を冷媒流量制御器に送信する低選別器、及び
・最高の設定点信号及び冷却炭化水素流流量信号を冷却炭化水素流量制御器に送信する高選別器、
を少なくとも備える熱交換器の操作用装置。
【請求項１５】
・第一熱交換器中の第二冷媒流用の第三入口、
・第二冷媒流バルブを操作して第二冷媒流の流量を変化させる第二冷媒流量制御器、及び
・低選別器から最低の設定点信号及び冷却炭化水素流量信号を受信し、更に冷媒制御器信号を第二冷媒流量制御器に送信することにより、第二冷媒流の流量を冷媒流の流量と比べて調節する冷媒制御器、
を更に備える請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化水素流を冷却する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このように冷却すべき炭化水素流の重要な例は天然ガス流である。冷却すべき炭化水素流が天然ガス流である場合、液化天然ガス（ＬＮＧ）流のような液化炭化水素流を製造するため、冷却には炭化水素流の液化が含まれる。
【０００３】
天然ガスは有用な燃料供給源であり、また各種炭化水素化合物の供給源でもある。多くの理由から、天然ガスは、天然ガス流の供給源又はその近くの液化天然ガス（ＬＮＧ）プラントで液化するのが望ましいことが多い。一例として、液体はガスに比べて占有容積が小さい上、高圧で貯蔵する必要がないので、ガスの形態よりも液体としての方が長距離に亘って容易に貯蔵、輸送可能である。
【０００４】
主としてメタンを含む天然ガスは、通常、高圧でＬＮＧプラントに入り、極低温で液化するのに好適な精製供給原料を作るため、予備処理される。精製ガスは、熱交換器を用いて複数の冷却段階で処理し、液化が達成するまで漸進的にその温度を低下させる。次いで液体天然ガスは更に、貯蔵及び輸送に好適な最終の大気圧まで冷却、膨張される。
【０００５】
天然ガスは、メタンの他、若干の更に重質の炭化水素及び不純物として、限定されるものではないが、二酸化炭素、硫黄、硫化水素及びその他の硫黄化合物、窒素、ヘリウム、水、その他の非炭化水素酸ガス、エタン、プロパン、ブタン、Ｃ５＋炭化水素及び芳香族炭化水素を含有する。これら及びその他、普通の又は既知の重質炭化水素及び不純物は、通常の既知のメタン液化法、特に最も効率的なメタン液化法を妨害又は邪魔する。炭化水素、特に天然ガスの液化法として最も知られているか、或いは提案されている方法は、液化処理の前に重質炭化水素及び不純物の少なくとも大部分の量をできるだけ減らすことに基づいている。
【０００６】
メタンより重質の炭化水素、通常、エタンは一般に天然ガス流から天然ガス液体（ＮＧＬ）として凝縮、回収される。メタンは、通常、高圧スクラブ（ｓｃｒｕｂ）塔においてＮＧＬから分離され、次いで、このＮＧＬは、製品流自体として、或いは液化用に例えば冷媒の成分として使用される有価の炭化水素製品を得るため、多数の専用の蒸留塔で精留される。
【０００７】
一方、スクラブ塔からのメタンは、ＬＮＧを得るため、引続き液化される。
米国特許出願第２００３／００４６９５３号には、操作員は複数冷媒のうちの１つの冷媒の流量の設定点及び重質混合冷媒の流量と軽質混合冷媒の流量との比を操作できることから、利用可能な動力を冷凍サイクルの駆動に連続的に最大限利用できるＬＮＧ生産量の制御方法を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記方法は、熱交換器がその最低温度限界未満に過冷却されるのを防止できないか、或いは温度が急激に降下した場合、熱交換器に生じる過剰な機械的応力（熱衝撃）を回避できない。これが起こると、熱交換器で漏れが進展する可能性がある。本発明はこの問題及び炭化水素流の冷却に関連した他の問題の対処法を探求する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一の局面では、本発明は、
（ａ）炭化水素流を用意する工程、
（ｂ）炭化水素流を第一熱交換器中で冷媒流流量（ｓｔｒｅａｍ  ｆｌｏｗ  ｒａｔｅ）を有する１つ以上の冷媒流と熱交換して、炭化水素流流量（ｓｔｒｅａｍ  ｆｌｏｗ  ｒａｔｅ）を有する炭化水素流及び１つ以上の戻り冷媒流を供給する工程、
（ｃ）冷媒流流量用の第一設定点を入力する工程、及び
（ｄ）該設定点が達成されるまで、冷媒流流量及び炭化水素流流量を調節する工程、
を少なくとも含む熱交換器での炭化水素流の冷却方法において、（１）第一設定点が冷媒流流量よりも大きい場合は、冷媒流流量を増大する前に炭化水素流流量を増大させ、（２）第一設定点が冷媒流流量よりも小さい場合は、炭化水素流流量を減少する前に冷媒流流量を減少させ、（３）炭化水素流流量が減少する場合は、冷媒流流量を減少させる該方法を提供する。
【００１０】
第二の局面では、本発明は、
・炭化水素流用第一入口、冷却炭化水素流用第一出口、１つ以上の冷媒流用の１つ以上の第二出口及び戻り冷媒流用第二出口を有する第一熱交換器、
・１つ以上の冷媒流の冷媒流流量に比例する信号を測定して、高選別器に送信される冷媒流量信号を供給するために、冷媒バルブを操作して冷媒流の流量を制御する冷媒流量制御器、
・炭化水素流の炭化水素流流量に比例する信号を測定して、低選別器に送信される炭化水素流量信号を供給するために、炭化水素バルブを操作して炭化水素流の流量を制御する炭化水素流量（ｆｌｏｗ）制御器、
・設定点を入力して低選別器及び高選別器に送信される設定点信号を供給するための流量（ｆｌｏｗ）設定器、
・最低の設定点信号及び炭化水素流流量信号を冷媒流量制御器に送信する低選別器、及び
・最高の設定点信号及び冷媒流流量信号を炭化水素流量制御器に送信する高選別器、
を少なくとも備える熱交換器の操作用装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を実施するための手段を備えた炭化水素流冷却装置の概略系統図である。
【図２】本発明の一実施形態での炭化水素流の冷却方法の制御系統を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態での炭化水素流の冷却方法の制御系統を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで説明するように、熱交換器の過冷却は、冷媒流流量及び炭化水素流流量を以下の方法に従って設定点が達成されるまで調節することにより防止できる。
（１）第一設定点が冷媒流流量よりも大きい場合は、冷媒流流量を増大する前に炭化水素流流量を増大させる。
（２）第一設定点が冷媒流流量よりも小さい場合は、炭化水素流流量を減少する前に冷媒流流量を減少させる。
（３）炭化水素流流量が減少する場合は、冷媒流流量を減少させる。
【００１３】
このようにして、炭化水素流中には常に、冷媒流の冷媒から冷気（ｃｏｌｄ）を受取るのに十分な炭化水素があり、これにより熱交換器の過冷却を防止する。
これらの工程は、第一設定点を供給後、自動的に、即ち、人の介入なしに、或いは最小限の介入で、例えば完全自動化制御システムで行なうことが好ましい。
【００１４】
図１は炭化水素流４５の冷却用、好ましくは液化用の装置を提供する。炭化水素流は、冷却すべきいかなる好適なガス流であってもよいが、通常は天然ガス又は石油層から得られる天然ガス流である。代替品として、天然ガス流はフィッシャー・トロプシュ法のような合成源を含む他の供給源から得てもよい。
【００１５】
通常、天然ガス流はほぼメタンで構成される。このような原料流はメタンを好ましくは６０モル％以上、更に好ましくは８０モル％以上含有する。
【００１６】
供給源によっては天然ガスは、各種量の、エタン、プロパン、ブタン及びペンタンのようなメタンより重質の炭化水素や若干の芳香族炭化水素を含有する。この組成は、炭化水素流の種類及び場所により変化する。天然ガスはＨ２Ｏ、Ｎ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ及びその他の硫黄化合物等の非炭化水素を含有してもよい。
【００１７】
必要ならば、天然ガスを含む炭化水素流は使用前に予備処理してよい。このような予備処理は、ＣＯ２及びＨ２Ｓのような不所望成分の除去、或いは予備冷却又は予備加圧のような他の工程を含んでよい。これらの工程は当業者には周知なので、ここでは更に説明しない。
【００１８】
天然ガスはメタンの他、各種量のエタン、プロパン及び更に重質の炭化水素を含有する。その組成は、ガスの種類及び場所に依存して変化する。メタンより重質の炭化水素は、一般に幾つかの理由、例えばメタン液化プラントの部品を閉塞する可能性がある、メタンの液化温度よりも高い凍結温度を有するＣ５＋炭化水素の場合のように、種々の程度まで天然ガスから除去される。Ｃ２〜４炭化水素は、液化石油ガス（ＬＰＧ）の供給源として使用できる。
【００１９】
したがって、炭化水素流４５は、限定されるものではないが、硫黄、硫黄化合物、二酸化炭素、水及びＣ２＋炭化水素を含む１種以上の化合物又は物質を減少及び／又は除去するために部分的に、実質的に又は全体的に処理した組成物という。
【００２０】
炭化水素流が天然ガスを含有すれば、炭化水素流は予備処理して、メタンより重質の炭化水素、及び限定されるものではないが、酸ガスを含む、二酸化炭素、窒素、ヘリウム、水、硫黄及び硫黄化合物のような不純物を分離したものでもよい。
【００２１】
炭化水素流４５は、予備冷却段階で予備冷却して、炭化水素流の温度を低下させたものでもよい。予備冷却段階で冷却を行なうことは当業者に知られている。予備冷却は液化方法又は分離方法の一部であってよい。炭化水素流４５を供給するための炭化水素原料流の冷却は、原料流を０℃未満、例えば−１０℃〜−７０℃の範囲の温度に低下させて冷却初期炭化水素流を供給する工程を含んでよい。
【００２２】
この冷却炭化水素原料流は、当該技術分野で公知の方法に従って、通常、周囲圧力を超える圧力で操作する、凝縮物安定化塔のような分離器に通すことができる。凝縮物安定化塔は、好ましくは０℃未満の温度を有する混合炭化水素塔頂流及び重質凝縮物流を供給する。混合炭化水素塔頂流は、冷却炭化水素原料流に比べてメタンに富む流れである。
【００２３】
ここで使用される“混合炭化水素流”は、メタン（Ｃ１）と、エタン（Ｃ２）、プロパン（Ｃ３）、ブタン（Ｃ４）及びＣ５＋炭化水素を含む群から選ばれた１種以上の炭化水素５モル％以上とを含む流れに関する。通常、混合炭化水素流８中のメタンの割合は３０〜５０モル％であり、エタン及びプロパンからなる重要な画分は各々、例えば５〜１０モル％である。
【００２４】
ＮＧＬ回収では、ＬＮＧプラントでの液化のように、更に冷却するため、混合炭化水素流中のメタンを回収すると共に、少なくともＣ２＋流と、任意にＣ２流、Ｃ３流、Ｃ４流及びＣ５＋流の１種以上とを供給することが望ましい。
【００２５】
混合炭化水素の少なくとも画分、通常、全部はＮＧＬ回収システムに通される。ＮＧＬ回収システムは、混合炭化水素流を普通、低圧、例えば２０〜３５バールの範囲で少なくともＣ１流と、１種以上のＣ２＋流とに分離するため蒸留塔のような１種以上の気液分離器を有する。好適な第一気液分離器は、メタンに富む塔頂流と、Ｃ２＋炭化水素に富む、塔底又は塔底に近い１種以上の液体流とを供給するために設計された“脱メタン器”である。
【００２６】
混合炭化水素流８は、通常、４０〜７０バールの高圧の初期炭化水素流から供給されるので、第一気液分離器に導入する前に例えば温度を低下させるため、膨張させる必要があるかも知れない。
【００２７】
第一気液分離器は、液体相及び蒸気相を分離して、Ｃ１塔頂流（ここでは引続き炭化水素流４５として使用）及びＣ２＋塔底流を供給するため適合される。Ｃ１塔頂流（これは炭化水素流４５である）は、Ｃ２＋炭化水素をなお少量（＜１０モル％）含有してもよいが、好ましくはメタンが＞８０モル％、更に好ましくは９５モル％である。Ｃ２＋塔底流５０は、エタン及びこれより重質の炭化水素が＞９０モル％又は＞９５モル％である可能性があり、また引続き分留でき、或いは当該技術分野で公知の方法に従って使用できる。
【００２８】
天然ガスのような炭化水素流の冷却、好ましくは液化概略図を図１に示す。炭化水素流４５は、第一熱交換器５０を有する主冷却段１を通って、液化天然ガスとなり得る冷却、好ましくは液化炭化水素流５５を供給する。
【００２９】
主冷却段１は１つ以上の、好ましくは極低温の、第一熱交換器５０を備える。第一熱交換器５０はプレートフィン型又はシェルチューブ型熱交換器、更に好ましくは多管式（ｋｅｔｔｌｅ）熱交換器であってよい。第一熱交換器５０はシェル側５１を有する。シェル側５１には３つの管束５３、５７、５９が配列できる。主冷却段１は更に冷媒圧縮器１１０、好適な冷媒駆動機１２０、冷媒冷却器１３０及び分離器１４０を備えた冷媒回路１００を有する。
【００３０】
主冷却段１では、炭化水素流４５及び冷媒流に対し種々の配置が可能である。このような配置は当該技術分野で公知である。これらの配置は、任意に異なる圧力レベルで、任意に図示の極低温熱交換器のような１つの容器内に、１つ以上の熱交換器５０を含むことができる。
【００３１】
図１に示す実施形態では、炭化水素流４５は第一熱交換器５０内の第一管束５３に通される。第一熱交換器５０は、炭化水素流４５の温度を低下させて、冷却、好ましくは液化、炭化水素流５５、例えばＬＮＧ流を供給する。冷却炭化水素流の温度は約−９０℃以下、好ましくは約−１２０℃以下が可能である。
【００３２】
液化炭化水素流５５は、任意に膨張タービン（図示せず）を前に置いた、流量制御バルブとして冷却炭化水素バルブ６０のような膨張装置に通して、冷却炭化水素流５５の流量を制御することができる。冷却炭化水素バルブ６０は、例えばＬＮＧ流をほぼ大気圧で保存するために、冷却炭化水素流５５の圧力を下げることができる。
【００３３】
１つ以上の冷媒流１４５ｂ、１８５ｂは、第一熱交換器５０内で炭化水素流４５から熱を除去するために使用される。冷媒流、好ましくは混合冷媒流は冷媒回路１００内で循環される。図１は閉鎖冷媒サイクルを示す。
【００３４】
本発明の一実施形態では、冷媒回路１００用の混合冷媒は、エタン及びエチレン又はそれらの混合物よりなる群から選ばれた化合物＞３０モル％と、プロパン及びプロピレン又はそれらの混合物よりなる群から選ばれた化合物＞３０モル％とを含有する。一般に第二の冷媒は窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ペンタン等の２種以上を含む成分のいかなる好適な混合物であってもよい。
【００３５】
ガス状冷媒は、第一熱交換器５０のシェル側５１から戻り冷媒流１０５として引き出され、冷媒圧縮器１１０で圧縮されて圧縮冷媒流１１５を供給する。冷媒圧縮器は好適な冷媒圧縮器駆動機１２０により駆動される。
【００３６】
圧縮冷媒流１１５は空気冷却器のような冷却器１３０に通され、ここで圧縮熱は、第一熱交換器５０内で吸収された熱と一緒に除去され、こうして混合冷媒は部分的に凝縮されて冷却圧縮冷媒流１３５を供給する。圧縮冷媒流１１５の冷却及び部分凝縮は１つ以上の熱交換器中で行なってもよい。
【００３７】
冷却圧縮冷媒流１３５は分離器１４０に通され、１つ以上の画分に分割される。図１は、冷却圧縮冷媒流１３５が流入冷媒流１４３と第二流入冷媒流１４７との２画分に分割することを示す。好ましくは分離器１４０は、冷却圧縮冷媒流１３５を塔底重質混合冷媒（ＨＭＲ）１４３と塔頂軽質混合冷媒（ＬＭＲ）１４７とに分割することを示している。分離器１４０が気液分離器であれば、ＨＭＲ画分は、液体生成物の可能性があり、ＬＭＲ画分は蒸気生成物の可能性がある。
【００３８】
第一又は重質の混合冷媒になり得る流入冷媒流１４３は、第一熱交換器５０内の第二管束５７に通され、ここで過冷却できる。第二又は軽質の混合冷媒になり得る流入第二冷媒流１４７は、第一熱交換器５０内の第三管束５９に通され、ここで液化も過冷却もできる。
【００３９】
第一又は重質混合冷媒は、冷却冷媒流１４５として第二管束５７を出る。冷却冷媒流１４５は冷媒膨張器１５０内で膨張され、膨張冷媒流１４５ａを供給する。冷媒膨張器１５０は、好適な冷媒膨張器駆動機１６０で駆動できる。膨張冷媒流１４５ａは、膨張冷媒流１４５ａの流量を制御できる冷媒バルブ１７０に通して、制御流として冷媒流１４５ｂを供給できる。冷媒流１４５ｂは第二入口１７６経由で第一熱交換器５０のシェル側５１に通して第一管束５３中の炭化水素流４５を冷却できる。
【００４０】
同様に、第二又は軽質混合冷媒は冷却第二冷媒流１８５として第三管束５９を出る。冷却第二冷媒流１８５は第二冷媒膨張器１９０内で膨張されて膨張第二冷媒流１８５ａを供給する。第二冷媒膨張器１９０は、好適な第二冷媒膨張器駆動機２００で駆動できる。膨張第二冷媒流１８５ａは、膨張冷却冷媒流１８５ａの流量を制御できる第二冷媒バルブ２１０に通して、制御流として第二冷媒流１８５ｂを供給できる。第二冷媒流１８５ｂは第三入口２１６経由で第一熱交換器５０のシェル側５１に通して第一管束５３中の炭化水素流４５を冷却できる。
【００４１】
炭化水素流４５の冷却法は以下の方法で制御される。
冷媒流１４５の流量に相当する冷媒流流量ＦＲ１は冷媒流量制御器ＦＣ１（３４０）により測定される。図１は、冷却冷媒流１４５の流量ＦＲ１を測定するために配置された冷媒流量制御器３４０を示す。しかし、流量制御器３４０が炭化水素流を冷却するため第一熱交換器５０のシェル側５１に通される冷媒の流量ＦＲ１、例えば炭化水素流４５を冷却するため第二入口１７６経由で第一熱交換器５０のシェル側５１に通される冷媒流１４５ｂの流量ＦＲ１に比例する信号を供給する限り、冷媒流制御器３４０は、流れ１４３、１４５、１４５ａ、１４５ｂのいずれの流量も測定するために置くことができる。
【００４２】
冷却炭化水素流５５の流量に相当する炭化水素流流量ＦＲ２は炭化水素流量制御器ＦＣ２（３５０）により測定される。図１は、冷却炭化水素流５５の流量ＦＲ２を測定するために配置された冷却炭化水素流量制御器３５０を示す。しかし、流量制御器３５０が第一熱交換器５０を通る炭化水素流の流量ＦＲ２に比例する信号を供給する限り、炭化水素流量測定器３５０は、炭化水素流４５又は他のいずれの炭化水素流の流量ＦＲ２も測定するために置くことができる。
【００４３】
流れ流量の測定は当該技術分野に公知のいかなる好適な装置、ユニット又はデバイスで行なってもよい。非限定的な例として、オリフィス板、ベンチュリ管、ノズル流量計、可変面積メーター、パイロット管、熱量計、タービンメーター、コリオリ（ｃｏｒｉｏｌｉｓ）メーター、超音波ドップラーメーター及び渦（ｖｏｒｔｅｘ）メーターが挙げられる。
【００４４】
流量制御器も流れの流量（ｆｌｏｗ）を制御する手段、好ましくは空気圧又は水圧で、或いは電気的に作動するバルブのようなバルブの操作を制御する。
【００４５】
冷媒流流量ＦＲ１に対しては第一設定点ＳＰ１が選択され、流量設定器ＨＣ（３００）に入力される。第一設定点ＳＰ１は、冷媒流流量ＦＲ１に関して（ｉｎ  ｔｅｒｍｓ  ｏｆ）用意（ｐｒｏｖｉｄｅ）されるが、第一熱交換器５０からの冷却炭化水素流５５、好ましくはＬＮＧ流の所望流出量（ｏｕｔｐｕｔ）に相当する。
【００４６】
冷媒からの冷却能力（ｄｕｔｙ）が冷却すべき炭化水素に必要な冷却能力よりも多く供給されると、第一熱交換器５０の過冷却が起こる可能性がある。第一熱交換器５０の過冷却を防止するため、冷媒流流量ＦＲ１及び炭化水素流流量ＦＲ２は、以下の交差限定的（ｃｒｏｓｓ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）制御方法に従って調節される。
【００４７】
冷媒流流量についての第一設定点ＳＰ１が冷媒流流量ＦＲ１測定値よりも大きい場合、即ち、第一熱交換器５０の冷却炭化水素流出量を増大する必要がある場合は、冷媒流流量ＦＲ１を増大する前に、炭化水素流流量ＦＲ２を増大する。
【００４８】
炭化水素流流量ＦＲ２が増大後、冷媒流流量ＦＲ１が増大する限り、第一熱交換器５０の過冷却は防止できる。しかし、炭化水素流の過冷却を防止するには、炭化水素流流量ＦＲ２の増大と冷媒流流量ＦＲ１の増大との間の時間はシステムの応答時間を考慮してできるだけ短くすべきである。
【００４９】
冷媒流流量についての第一設定点ＳＰ１が冷媒流流量ＦＲ１測定値よりも小さい場合、即ち、第一熱交換器５０の冷却炭化水素流出量を減少する必要がある場合は、炭化水素流流量ＦＲ２を減少する前に、冷媒流流量ＦＲ１を減少する。
【００５０】
冷媒流流量ＦＲ１が減少後、炭化水素流流量ＦＲ２が減少する限り、第一熱交換器５０の過冷却は防止できる。しかし、炭化水素流の過冷却を防止するには、冷媒流流量ＦＲ１の減少と炭化水素流流量ＦＲ２の減少との間の時間はシステムの応答時間を考慮してできるだけ短くすべきである。
【００５１】
例えば冷却炭化水素流５５の使用装置が操作から撤回されるか、或いは炭化水素流４５の供給装置が操作から撤回される外出事件（ｔｒｉｐｐｉｎｇ  ｅｖｅｎｔ）中、炭化水素流流量ＦＲ２が減少する場合は、冷媒流流量ＦＲ１も減少すべきである。
【００５２】
冷媒流流量ＦＲ１は炭化水素流流量ＦＲ２に比例して調節することが好ましく、こうして冷却炭化水素流５５に対し一定温度が維持される。
【００５３】
冷媒流量制御器３４０は、冷媒流バルブ１７０を操作して、冷媒流の流量ＦＲ１を制御できる。代りの実施形態（図示せず）では、流れ１４３又は１４５のいずれかに制御バルブが存在すれば、この制御バルブが冷媒を第一熱交換器５０のシェル側５１に流動させている限り、この制御バルブの存在により冷媒流流量ＦＲ１は制御できる。
【００５４】
同様に、冷却炭化水素流量制御器ＦＣ２は、冷却炭化水素バルブ６０を操作して、冷却炭化水素流５５の流量（及びこれにより炭化水素流４５の流量）を制御できる。代りの実施形態（図示せず）では、炭化水素流４５中の制御バルブの存在により冷却炭化水素流５５の流量は制御できる。
【００５５】
いかなる第二冷媒流の流量ＦＲ３も制御する必要があることは図１のシステムから明らかであろう。図１は、第二冷媒流１８５ｂの流量ＦＲ３を制御するために、第二冷媒流量バルブ２１０を操作する第二冷媒流量制御器ＦＣ３（３６０）を示す。第二冷媒流量バルブ２１０は、第二冷媒膨張器１９０の後に示したが、第一熱交換器５０のシェル側５１への第二冷媒の流量を制御できる限り、１４７又は１８５のような他の第二冷媒中に置くことができる。
【００５６】
第二冷媒流１８５ｂの流量ＦＲ３は、冷媒流ＦＲ１の流量と比べ、これに比例して調節される。冷媒制御器３３０は、第一冷媒流量制御器ＦＣ１に供給された指示に基づいて、第二冷媒流量バルブ２１０の位置を調節するために使用できる。システムが正確な冷却能力を第一熱交換器５０に確実に供給するために、第二冷媒流量制御器ＦＣ３は第二冷媒流流量ＦＲ３を測定する。
【００５７】
ここで説明した方法に使用できる交差限定的制御システムは自動的にできる。図１は、それぞれ流量制御バルブ１７０、６０、２１０の操作時の流量制御器ＦＣ１（３４０）、ＦＣ２（３５０）、ＦＣ３（３６０）を示す。第一冷媒流の流量（ＦＲ１）についての第一設定点ＳＰ１が流量設定器ＨＣ（３００）に入力される。流量設定器３００は第一設定点ＳＰ１の入力を受信し、これを低選別器３１０及び高選別器３２０に送信する。
【００５８】
低選別器３１０は、冷却炭化水素流流量制御器３５０からの信号として冷却炭化水素流流量を受信する。高選別器３２０は、冷媒流流量制御器ＦＣ１からの信号として冷媒流流量を受信する。
【００５９】
高及び低選別器３１０、３２０の性質及び操作については図２を参照して更に詳細に検討する。図２は、ここで説明した炭化水素の冷却方法についての制御系統図を示す。図１について説明した主冷却段１はこの実施形態と併用できる。簡略化のため、図１から冷却炭化水素流５５及び対応する制御バルブ６０、並びに冷却冷媒流４５、冷媒圧縮器１５０、圧縮冷媒流１４５ａ、制御バルブ１７０及び冷媒流１４５ｂのみを図２に示した。しかし、図１の他の特徴も存在してよい。
【００６０】
冷媒流流量ＦＲ１についての第一設定点ＳＰ１が流量設定器ＨＣ（３００）に入力される。流量設定器ＨＣは設定点信号ＳＰＳを発生し、この設定点信号は低選別器３１０及び高選別器３２０に伝送される。
【００６１】
冷媒流量制御器３４０は、冷媒流１４５ｂの流量ＦＲ１に比例する炭化水素流量信号ＦＳ２を発生する。冷媒流量信号ＦＳ１は高選別器３２０に伝送される。高選別器３２０は流量設定器３００から第一設定点信号ＳＰＳも受信する。
冷媒流量制御器３４０は冷媒流バルブ１７０を操作して、冷媒流１４５ｂの流量を制御する。
【００６２】
炭化水素流量制御器３５０は冷却炭化水素流５５の流量ＦＲ２に比例する冷媒流量信号ＦＳ１を発生する。炭化水素流量信号ＦＳ２は低選別器３１０に伝送される。低選別器３１０は流量設定器３００から第一設定点信号ＳＰＳも受信する。
冷却炭化水素流量制御器３５０は冷却炭化水素流バルブ６０を操作して、冷却炭化水素流５５の流量を制御する。
【００６３】
低選別器３１０は最低の設定点信号ＳＰＳ及び炭化水素流量信号ＦＳ２を第一冷媒流量制御器３４０に通すためにプログラムされる。この方法では第一設定点ＳＰＳの上昇により、炭化水素流の流量ＦＲ２が増大した後、冷媒流の流量ＦＲ１が増大するだけである。
【００６４】
高選別器３２０は最高の設定点信号ＳＰＳ及び冷媒流量信号ＦＳ１を炭化水素流量制御器３５０に通すためにプログラムされる。この方法では設定点ＳＰＳの低下により、冷媒流の流量ＦＲ１が減少した後、炭化水素流の流量ＦＲ２が減少するだけである。
【００６５】
こうして、炭化水素流の流量ＦＲ２と冷媒流ＦＲ１との間に交差限定的制御があるため、第一熱交換器５０の過冷却が防止される炭化水素流の冷却方法が提供される。
【００６６】
図３は、ここで説明した炭化水素の冷却方法についての制御系統図を示す。この方法では重質混合冷媒流のような冷媒流１４５ｂと冷却炭化水素流５５の流量ＦＲ２との比を調節すれば、冷却炭化水素流５５の温度ＴＣ２は維持できる。図１及び図２の実施形態ではこの比を調節する手段がなく、したがってこの手段は固定されていたことは明らかであろう。
【００６７】
冷却炭化水素流５５は温度制御器ＴＣ２（３７０）を備えている。温度制御器３７０は冷却炭化水素流５５の温度を測定し、この温度に比例する信号ＴＳ２を伝送する。
【００６８】
冷却炭化水素流の温度ＴＣ２は、温度設定点ＴＳＰを温度制御器３７０に供給すれば調節できる。冷却炭化水素流５５の温度ＴＣ２は、冷媒流流量ＦＲ１に比べて冷却炭化水素流５５の流量ＦＲ２を減少させれば低下できる。同様に、冷却炭化水素流の温度ＴＣ２は、一定の冷媒流流量ＦＲ１に比べて冷却炭化水素流５５の流量ＦＲ２を増大させれば上昇できる。
【００６９】
温度制御器３７０からの信号ＴＳ２は、高選別器３２０から冷却炭化水素流制御器ＦＣ２への信号を変調して、変調しない信号に比べて冷却炭化水素流５５の流量を増大するか又は減少することができる。しかし、冷却炭化水素流流量制御器ＦＣ２から低選別器３１０への信号に対して行なった変調は、高選別器３２０からの信号に対して行なった変調の逆であり、その結果、低選別器３１０に到達する冷却炭化水素流流量信号ＦＳ２は、冷却炭化水素流温度制御器ＴＣ２により変調されなかった場合に起こる炭化水素流量制御器ＦＣ２からの信号に相当する。この方法では、低選別器３１０の操作、したがって、また冷媒流量制御器ＦＣ１は冷却炭化水素流温度制御器ＴＣ２により影響を受けない。
【００７０】
図３は、温度制御器３７０からの信号ＴＳ２が高選別器３２０からの信号を変調できる一方法を示す。このシステムは冷却炭化水素流（ＬＮＧ）：冷媒流（ＨＭＲ）の特定流量比を有し、この比は特定の温度で冷却炭化水素流５５を供給する。図３ではこの比はＬＮＧ／ＨＭＲとして示した。冷却炭化水素流５５の温度を調節可能にするには、冷却炭化水素流：冷媒流の流量比は、この所定比とは変えなければならない。温度制御器３７０の信号ＴＳ２から誘導されるパラメーターｂは、高選別器３２０からの信号を尺度化する（ｓｃａｌｅ）のに使用できる。
【００７１】
例えば炭化水素流量制御器３５０に供給された信号から誘導されるパラメーターｃは、高選別器３２０の信号、冷却炭化水素流量ＬＮＧ：冷媒流量ＨＭＲの比、即ち、ＬＮＧ／ＨＭＲ、及び温度制御器３７０の信号から誘導されたパラメーターｂから求められる尺度化ファクター（ｂ／１００）から誘導されるパラメーターａの関数として求められる。パラメーターｂが１００を超え、例えば＞１００〜１５０の範囲であれば、炭化水素流量制御器３５０に供給される信号のパラメーターｃは、これに従って増大する。
【００７２】
同様に、低選別器３１０に供給された信号から誘導されるパラメーターｅは、炭化水素流量制御器３５０の信号、冷媒流量ＨＭＲ：冷却炭化水素流量ＬＮＧの比、即ち、ＨＭＲ／ＬＮＧ、及び温度制御器３７０の信号から誘導されたパラメーターｂから求められる尺度化ファクター（ｂ／１００）の逆、即ち、（１００／ｂ）から誘導されるパラメーターｄの関数として求められる。
【００７３】
いかなる第二冷媒流ＦＲ３の流量もＨＭＲ：ＬＭＲの比のような冷媒：第二冷媒の比を維持するため、冷媒流の流量ＦＲ１に比例して変化できる。別の実施形態では、図３は冷媒膨張器１５０をバイパスする冷媒バイパス流２２５を示す。冷媒バイパス流２２５は冷媒パイパスバルブ２３０により制御されて、制御冷媒バイパス流２２５ａを供給する。制御冷媒バイパス流２２５ａは冷媒流１４５ｂと配合されて、配合冷媒流２４５を供給できる。冷媒パイパスバルブ２３０は、冷媒流量制御器３４０からの信号により操作でき、冷却冷媒流１４５に対し冷媒膨張器１５０をバイパスさせることができる。
当業者ならば本発明が添付した特許請求の範囲を逸脱することなく多くの方法で変形可能であることを容易に理解している。
【符号の説明】
【００７４】
１          主冷却段
４５        炭化水素流
５０        第一熱交換器
５１        シェル側
５３        第一管束
５５        冷却又は液化炭化水素流
５７        第二管束
５９        第三管束
６０        冷却炭化水素バルブ
１００      冷媒回路
１０５      戻り冷媒流
１１０      冷媒圧縮器
１１５      圧縮冷媒流
１２０      冷媒圧縮器駆動機
１３０      冷媒冷却器
１３５      冷却圧縮冷媒流
１４０      分離器
１４３      流入冷媒流又は塔底重質混合冷媒（ＨＭＲ）
１４５      冷却冷媒流
１４５ａ    膨張冷媒流
１４５ｂ    冷媒流
１４７      第二冷媒流、第二流入冷媒流又は塔頂軽質混合冷媒（ＬＭＲ）
１５０      冷媒膨張器
１６０      冷媒膨張器駆動機
１７０      冷媒流バルブ
１７６      第二入口
１８５      冷却第二冷媒流
１８５ａ    膨張第二冷媒流
１８５ｂ    第二冷媒流
１９０      第二冷媒膨張器
２００      第二冷媒膨張器駆動機
２１０      第二冷媒流バルブ
２１６      第三入口
２２５      冷媒バイパス流
２２５ａ    制御冷媒バイパス流
２３０      冷媒パイパスバルブ
２４５      配合冷媒流
３００      流量設定器
３１０      低選別器
３２０      高選別器
３３０      冷媒制御器
３４０      冷媒流量制御器
３５０      炭化水素流量制御器
３６０      第二冷媒流量制御器
３７０      温度制御器
ＦＣ１      冷媒流量（制御器）
ＦＣ２      炭化水素流量（制御器）
ＦＣ３      第二冷媒流量（制御器）
ＦＲ１      冷媒流流量
ＦＲ２      炭化水素流流量
ＦＲ３      第二冷媒流流量
ＦＳ１      冷媒流量信号
ＦＳ２      冷却炭化水素流量信号
ＨＣ        流量設定器
ＳＰ１      第一設定点
ＳＰＳ      第一設定点信号
ＴＣ２      冷却炭化水素流の温度又は温度制御器
ＴＳ２      温度信号
ＴＳＰ      温度設定点
Ｌ−Ｓｅｌ  低選別器
Ｈ−Ｓｅｌ  高選別器
ＬＮＧ／ＨＭＲ＝冷却炭化水素流：冷媒流の流量比
ＨＭＲ／ＬＭＲ＝塔底重質混合冷媒：塔頂軽質混合冷媒（第二冷媒）の比
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７５】
【特許文献１】米国特許出願第２００３／００４６９５３号
【図１】
2012511130.tif 000003
【図２】
2012511130.tif 000004
【図３】
2012511130.tif 000005