(57)【要約】  混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムは、ガスの供給を受け、それを冷却する熱交換器を含み、それによって製品が生産される。システムは、圧縮装置およびアフタークーラ、ならびに低圧アキュムレータおよび高圧アキュムレータを有する混合冷媒処理システムを含む。低温蒸気分離器は高圧アキュムレータから蒸気を受け取り、また蒸気出口および液体出口を特徴とする。低温蒸気分離器蒸気出口からの蒸気は冷却され、膨張され、熱交換器の主冷凍流路へと導かれる。低温蒸気分離器の液体出口からの液体は過冷却され、膨張され、主冷凍流路へと導かれる。低圧アキュムレータからの液体は過冷却され、膨張され、主冷凍流路へと導かれる。高圧アキュムレータからの液体は過冷却され、膨張され、主冷凍流路へと導かれる。【選択図】図１
2020534503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムであって、
ａ）冷却流路を含む熱交換器であって、前記冷却流路は、前記ガスの供給を受けるように構成された入口と、前記熱交換器から製品が出て行く出口とを有し、前記熱交換器が、主冷凍流路、予冷液体流路、高圧蒸気流路、高圧液体流路、低温分離器蒸気流路、および低温分離器液体流路をさらに含む、熱交換器、
ｂ）前記主冷凍流路の出口と流体連通した入口を有する、第１の段の圧縮装置、
ｃ）前記第１の段の圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する第１の段のアフタークーラ、
ｄ）前記第１の段のアフタークーラの前記出口と流体連通した入口を有し、前記熱交換器の前記予冷液体流路と流体連通した液体出口と、蒸気出口とを有する低圧アキュムレータ、
ｅ）前記低圧アキュムレータの前記蒸気出口と流体連通した入口と、出口とを有する第２の段の圧縮装置、
ｆ）前記第２の段の圧縮装置の前記出口と流体連通した入口と、出口とを有する第２の段のアフタークーラ、
ｇ）前記第２の段のアフタークーラの前記出口と流体連通した入口を有し、前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通した液体出口と、前記熱交換器の前記高圧蒸気流路と流体連通した蒸気出口とを有する高圧アキュムレータ、
ｈ）前記熱交換器の前記高圧蒸気流路と流体連通した入口と、前記熱交換器の前記低温分離器蒸気流路と流体連通した蒸気出口と、前記熱交換器の前記低温分離器液体流路と流体連通した液体出口とを有する低温蒸気分離器、
ｉ）前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通した入口と、出口とを有する第１の膨張装置、
ｊ）前記第１の膨張装置の前記出口と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、前記主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する中温分離装置、
ｋ）前記熱交換器の前記低温分離器液体流路と流体連通した入口と、出口とを有する第２の膨張装置、
ｌ）前記第２の膨張装置の前記出口と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、前記主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有するＣＶＳ温度分離装置、
ｍ）前記熱交換器の前記低温分離器蒸気流路と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した出口とを有する第３の膨張装置、ならびに
ｎ）前記熱交換器の前記予冷液体流路と流体連通した入口と、前記中温分離装置、前記ＣＶＳ温度分離装置、および前記主冷凍流路のうちの少なくとも１つと流体連通した出口とを有する第４の膨張装置
を備える、システム。
【請求項２】
前記第１の圧縮段および前記第２の圧縮段が、単一の圧縮機の段である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記中温分離装置、前記ＣＶＳ温度分離装置、および前記低温分離装置がスタンドパイプである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第４の膨張装置の前記出口と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、前記主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する暖温分離装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第３の膨張装置の前記出口と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、前記主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する低温分離装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第４の膨張装置の前記出口が前記中温分離装置にのみ流体連通している、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第４の膨張装置の前記出口が前記ＣＶＳ温度分離装置にのみ流体連通している、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第４の膨張装置の前記出口が前記主冷凍流路にのみ流体連通している、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第４の膨張装置の前記出口が前記中温分離装置と前記ＣＶＳ温度分離装置の両方に流体連通している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第４の膨張装置の前記出口が前記中温分離装置と前記主冷凍流路の両方に流体連通している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第４の膨張装置の前記出口が前記ＣＶＳ温度分離装置と前記主冷凍流路の両方に流体連通している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第４の膨張装置の前記出口が前記中温分離装置および前記ＣＶＳ温度分離装置、ならびに前記主冷凍流路に流体連通している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムであって、
ａ）冷却流路を含む熱交換器であって、前記冷却流路は、前記ガスの供給を受けるように構成された入口と、前記熱交換器から製品が出て行く出口とを有し、前記熱交換器が、主冷凍流路、予冷液体流路、高圧蒸気流路、高圧液体流路、低温分離器蒸気流路、および低温分離器液体流路も含む、熱交換器、
ｂ）前記主冷凍流路の出口と流体連通した入口を有する、第１の段の圧縮装置、
ｃ）前記第１の段の圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する第１の段のアフタークーラ、
ｄ）前記第１の段のアフタークーラの前記出口と流体連通した入口を有し、前記熱交換器の前記予冷液体流路と流体連通した液体出口と、蒸気出口とを有する低圧アキュムレータ、
ｅ）前記低圧アキュムレータの前記蒸気出口と流体連通した入口と、出口とを有する第２の段の圧縮装置、
ｆ）前記第２の段の圧縮装置の前記出口と流体連通した入口と、出口とを有する第２の段のアフタークーラ、
ｇ）前記第２の段のアフタークーラの前記出口と流体連通した入口を有し、前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通した液体出口と、前記熱交換器の前記高圧蒸気流路と流体連通した蒸気出口とを有する高圧アキュムレータ、
ｈ）前記熱交換器の前記高圧蒸気流路と流体連通した入口と、前記熱交換器の前記低温分離器蒸気流路と流体連通した蒸気出口と、前記熱交換器の前記低温分離器液体流路と流体連通した液体出口とを有する低温蒸気分離器、
ｉ）前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した出口とを有する第１の膨張装置、
ｊ）前記熱交換器の前記低温分離器液体流路と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した出口とを有する第２の膨張装置、
ｋ）前記熱交換器の前記低温分離器蒸気流路と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した出口とを有する第３の膨張装置、ならびに
ｌ）前記熱交換器の前記予冷液体流路と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した出口とを有する第４の膨張装置
を備える、システム。
【請求項１４】
前記第１の膨張装置の前記出口と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、前記主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する中温分離装置をさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２の膨張装置の前記出口と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、前記主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有するＣＶＳ温度分離装置をさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第３の膨張装置の前記出口と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、前記主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する低温分離装置をさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第４の膨張装置の前記出口と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、前記主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する暖温分離装置をさらに備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムであって、
ａ）冷却流路を含む熱交換器であって、前記冷却流路は、前記ガスの供給を受けるように構成された入口と、前記熱交換器から製品が出て行く出口とを有し、前記熱交換器が、主冷凍流路、高圧蒸気流路、高圧液体流路、低温分離器蒸気流路、および低温分離器液体流路も含む、熱交換器、
ｂ）前記主冷凍流路の出口と流体連通した入口を有する圧縮装置、
ｃ）前記圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有するアフタークーラ、
ｄ）前記アフタークーラの前記出口と流体連通した入口を有し、前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通した液体出口と、前記熱交換器の前記高圧蒸気流路と流体連通した蒸気出口とを有するアキュムレータ、
ｅ）前記熱交換器の前記高圧蒸気流路と流体連通した入口と、前記熱交換器の前記低温分離器蒸気流路と流体連通した蒸気出口と、前記熱交換器の前記低温分離器液体流路と流体連通した液体出口とを有する低温蒸気分離器、
ｆ）前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通した入口と、出口とを有する第１の膨張装置、
ｇ）前記第１の膨張装置の前記出口と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、前記主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する中温分離装置、
ｈ）前記熱交換器の前記低温分離器液体流路と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した出口とを有する第２の膨張装置、ならびに
ｉ）前記熱交換器の前記低温分離器蒸気流路と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した出口とを有する第３の膨張装置
を備える、システム。
【請求項１９】
混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムであって、
ａ）冷却流路を含む熱交換器であって、前記冷却流路は、前記ガスの供給を受けるように構成された入口と、前記熱交換器から製品が出て行く出口とを有し、前記熱交換器が、主冷凍流路、高圧蒸気流路、高圧液体流路、低温分離器蒸気流路、および低温分離器液体流路も含む、熱交換器、
ｂ）前記主冷凍流路の出口と流体連通した入口を有する圧縮装置、
ｃ）前記圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有するアフタークーラ、
ｄ）前記アフタークーラの前記出口と流体連通した入口を有し、前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通した液体出口と、前記熱交換器の前記高圧蒸気流路と流体連通した蒸気出口とを有するアキュムレータ、
ｅ）前記熱交換器の前記高圧蒸気流路と流体連通した入口と、前記熱交換器の前記低温分離器蒸気流路と流体連通した蒸気出口と、前記熱交換器の前記低温分離器液体流路と流体連通した液体出口とを有する低温蒸気分離器、
ｆ）前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した出口とを有する第１の膨張装置、
ｇ）前記熱交換器の前記低温分離器液体流路と流体連通した入口と、出口とを有する第２の膨張装置、
ｈ）前記第２の膨張装置の前記出口と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、前記主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有するＣＶＳ温度分離装置、ならびに
ｉ）前記熱交換器の前記低温分離器蒸気流路と流体連通した入口と、前記主冷凍流路と流体連通した出口とを有する第３の膨張装置
を備える、システム。
【請求項２０】
混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムであって、
ａ）熱交換器であって、内側部を画定するシェルと、前記内側部の中に配置され、前記ガスの供給を受けるように構成された入口、および前記熱交換器から製品が出て行く出口を有する冷却流路とを含み、前記熱交換器が、前記内側部の中に配置された予冷液体流路、高圧蒸気流路、高圧液体流路、低温分離器蒸気流路、および低温分離器液体流路も含む、熱交換器、
ｂ）前記熱交換器の前記内側部の出口と流体連通した入口を有する、第１の段の圧縮装置、
ｃ）前記第１の段の圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する第１の段のアフタークーラ、
ｄ）前記第１の段のアフタークーラの前記出口と流体連通した入口を有し、前記熱交換器の前記予冷液体流路と流体連通した液体出口と、蒸気出口とを有する低圧アキュムレータ、
ｅ）前記低圧アキュムレータの前記蒸気出口と流体連通した入口と、出口とを有する第２の段の圧縮装置、
ｆ）前記第２の段の圧縮装置の前記出口と流体連通した入口と、出口とを有する第２の段のアフタークーラ、
ｇ）前記第２の段のアフタークーラの前記出口と流体連通した入口を有し、前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通した液体出口と、前記熱交換器の前記高圧蒸気流路と流体連通した蒸気出口とを有する高圧アキュムレータ、
ｈ）前記熱交換器の前記高圧蒸気流路と流体連通した入口と、前記熱交換器の前記低温分離器蒸気流路と流体連通した蒸気出口と、前記熱交換器の前記低温分離器液体流路と流体連通した液体出口とを有する低温蒸気分離器、
ｉ）前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通した入口と、前記熱交換器の前記内側部と流体連通した出口とを有する第１の膨張装置、
ｊ）前記熱交換器の前記低温分離器液体流路と流体連通した入口と、前記熱交換器の前記内側部と流体連通した出口とを有する第２の膨張装置、
ｋ）前記熱交換器の前記低温分離器蒸気流路と流体連通した入口と、前記熱交換器の前記内側部と流体連通した出口とを有する第３の膨張装置、ならびに
ｌ）前記熱交換器の前記予冷液体流路と流体連通した入口と、前記熱交換器の前記内側部と流体連通した出口とを有する第４の膨張装置
を備える、システム。
【請求項２１】
混合冷媒を用いてガスを冷却する方法であって、
ａ）主冷凍流路に流れる混合冷媒と向流の間接熱交換関係になるように、熱交換器の冷却流路に前記ガスを流すステップと、
ｂ）前記主冷凍流路から出て行く混合冷媒を圧縮システムにおいて調整および分離して、高沸点冷媒液体流、高圧蒸気流、および中沸点液体流を形成するステップと、
ｃ）前記熱交換器において前記高圧蒸気を冷却するステップと、
ｄ）前記冷却された高圧蒸気を低温分離器蒸気流と低温分離器液体流に分離するステップと、
ｅ）前記熱交換器において前記低温分離器液体流を過冷却するステップと、
ｆ）前記過冷却された低温分離器液体流をフラッシュさせて、第１の低温分離器混合相流を形成するステップと、
ｇ）前記第１の低温分離器混合相流を前記主冷凍流路へと導くステップと、
ｈ）前記熱交換器において前記低温分離器蒸気流を冷却するステップと、
ｉ）前記冷却された低温分離器蒸気流をフラッシュさせて、第２の低温分離器混合相流を形成するステップと、
ｊ）記第２の低温分離器混合相流を前記主冷凍流路へと導くステップと、
ｋ）前記熱交換器において前記中沸点液体流を過冷却するステップと、
ｌ）前記過冷却された中沸点液体流をフラッシュさせて、中沸点混合相流を形成するステップと、
ｍ）前記中沸点混合相流を前記主冷凍流路へと導くステップと、
ｎ）前記熱交換器において前記高沸点冷媒液体流を過冷却するステップと、
ｏ）前記過冷却された高沸点冷媒液体流をフラッシュさせて、高沸点混合相流を形成するステップと、
ｐ）前記高沸点混合相流を前記主冷凍流路へと導くステップと
を含む、混合冷媒を用いてガスを冷却する方法。
【請求項２２】
ステップｇ）が、前記第１の低温分離器混合相流を分離してＣＶＳ温度蒸気流およびＣＶＳ温度液体流を形成し、前記ＣＶＳ温度蒸気流および前記ＣＶＳ温度液体流を前記主冷凍流路へと導くステップを含む、請求項２１に記載の混合冷媒を用いてガスを冷却する方法。
【請求項２３】
ステップｐ）が、前記高沸点混合相流と前記第１の低温分離器混合相流を組み合わせるステップを含む、請求項２２に記載の混合冷媒を用いてガスを冷却する方法。
【請求項２４】
ステップｍ）が、前記中沸点混合相流を分離して中温蒸気流および中温液体流を形成し、前記中温蒸気流および前記中温液体流を前記主冷凍流路へと導くステップを含む、請求項２１に記載の混合冷媒を用いてガスを冷却する方法。
【請求項２５】
ステップｐ）が前記高沸点混合相流と前記中沸点混合相流を組み合わせるステップを含む、請求項２４に記載の混合冷媒を用いてガスを冷却する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
[0001]本出願は、２０１７年９月２１日出願の米国特許仮出願第６２／５６１，４１７号の利益を主張し、参照により、その内容を本明細書に援用する。
【０００２】
[0002]本発明は、一般に、ガスを冷却または液化するためのプロセスおよびシステムに関し、より詳細には、ガスを冷却または液化するための混合冷媒システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]主にメタンである天然ガス、および他のガスは、貯蔵および輸送のために圧力下で液化される。液化による体積の減少により、より現実的で経済的な設計の容器を使用することが可能になる。液化は、通常は１つまたは複数の冷凍サイクルによる間接熱交換により、ガスを冷却することによって実現される。こうした冷凍サイクルは、必要とされる機器の複雑さ、および必要とされる冷媒の性能効率により、機器のコストと運転の両面でコストがかかる。したがって、冷凍効率が改善され、また複雑さを軽減しながら運転コストを抑制するガス冷却および液化システムが求められている。
【０００４】
[0004]液化システム用の冷凍サイクルにおいて混合冷媒を使用することにより、冷媒の暖化曲線（ｗａｒｍｉｎｇ  ｃｕｒｖｅ）がガスの冷却曲線により厳密に一致するという点で、効率が向上する。液化システム向けの冷凍サイクルは、通常、混合冷媒を調整または処理するための圧縮システムを含むことになる。混合冷媒圧縮システムは、通常は１つまたは複数の段を含み、それぞれの段が、圧縮機、冷却器、ならびに分離および液体アキュムレータ装置を含む。圧縮機から出て行く蒸気は冷却器において冷却され、その結果得られる二相流または混合相流は分離および液体アキュムレータ装置へと導かれ、そこから、さらに処理されるために、かつ／または液化熱交換器へと導かれるように、蒸気および液体が出て行く。
【０００５】
[0005]より効率的な冷却を実現するために、圧縮システムからの混合冷媒の分離された液相と気相を、熱交換器の複数の部分に導くことができる。こうしたシステムの例は、Ｇｕｓｈａｎａｓらの、所有者が共通する米国特許第９，４４１，８７７号、Ｄｕｃｏｔｅらの米国特許出願公開第２０１４／０２６０４１５号、およびＤｕｃｏｔｅらの米国特許出願公開第２０１６／０２９８８９８号に提示されており、これらの各内容は、参照によって本明細書に援用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
[0006]ガス冷却および液化システムにおいて、冷却効率をさらに向上させ、運転コストをさらに削減することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0007]本主題のいくつかの態様が存在し、これらの態様は個別に具体化されてもよく、以下に説明および特許請求される装置およびシステムにおいて一緒にして具体化されてもよい。これらの態様は、単独で利用されても、本明細書に記載の主題の他の態様と組み合わせて利用されてもよく、これらの態様を一緒に説明することは、これらの態様を別々に使用すること、またはこうした態様を別々に、もしくは本明細書に添付される特許請求の範囲において述べたのと異なる組合せで特許請求することを除外するものではない。
【０００８】
[0008]一態様では、混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムは、冷却流路を含む熱交換器を特徴とし、冷却流路は、ガスの供給を受けるように構成された入口と、熱交換器から製品が出て行く出口とを有する。熱交換器は、主冷凍流路、予冷液体流路、高圧蒸気流路、高圧液体流路、低温分離器蒸気流路、および低温分離器液体流路も含む。第１の段の圧縮装置は、主冷凍流路の出口と流体連通した入口を有する。第１の段のアフタークーラは、第１の段の圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する。低圧アキュムレータは、第１の段のアフタークーラの出口と流体連通した入口と、熱交換器の予冷液体流路と流体連通した液体出口と、蒸気出口とを有する。第２の段の圧縮装置は、低圧アキュムレータの蒸気出口と流体連通した入口と、出口とを有する。第２の段のアフタークーラは、第２の段の圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する。高圧アキュムレータは、第２の段のアフタークーラの出口と流体連通した入口と、熱交換器の高圧液体流路と流体連通した液体出口と、熱交換器の高圧蒸気流路と流体連通した蒸気出口とを有する。低温蒸気分離器は、熱交換器の高圧蒸気流路と流体連通した入口と、熱交換器の低温分離器蒸気流路と流体連通した蒸気出口と、熱交換器の低温分離器液体流路と流体連通した液体出口とを有する。第１の膨張装置は、熱交換器の高圧液体流路と流体連通した入口と、出口とを有する。任意に存在してよい中温分離装置は、第１の膨張装置の出口と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する。第２の膨張装置は、熱交換器の低温分離器液体流路と流体連通した入口と、出口とを有する。任意に存在してよいＣＶＳ温度分離装置は、第２の膨張装置の出口と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する。第３の膨張装置は、熱交換器の低温分離器蒸気流路と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した出口とを有する。第４の膨張装置は、熱交換器の予冷液体流路と流体連通した入口と、中温分離装置、ＣＶＳ温度分離装置、および主冷凍流路のうちの少なくとも１つと流体連通した出口とを有する。
【０００９】
[0009]さらに別の態様では、混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムは、冷却流路を備えた熱交換器を含み、冷却流路は、ガスの供給を受けるように構成された入口と、前記熱交換器から製品が出て行く出口とを有する。熱交換器は、主冷凍流路、予冷液体流路、高圧蒸気流路、高圧液体流路、低温分離器蒸気流路、および低温分離器液体流路も含む。第１の段の圧縮装置は、主冷凍流路の出口と流体連通した入口を有する。第１の段のアフタークーラは、第１の段の圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する。低圧アキュムレータは、第１の段のアフタークーラの出口と流体連通した入口と、熱交換器の予冷液体流路と流体連通した液体出口と、蒸気出口とを有する。第２の段の圧縮装置は、低圧アキュムレータの蒸気出口と流体連通した入口と、出口とを有する。第２の段のアフタークーラは、第２の段の圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する。高圧アキュムレータは、第２の段のアフタークーラの出口と流体連通した入口を有し、熱交換器の高圧液体流路と流体連通した液体出口と、熱交換器の高圧蒸気流路と流体連通した蒸気出口とを有する。低温蒸気分離器は、熱交換器の高圧蒸気流路と流体連通した入口と、熱交換器の低温分離器蒸気流路と流体連通した蒸気出口と、熱交換器の低温分離器液体流路と流体連通した液体出口とを有する。第１の膨張装置は、熱交換器の高圧液体流路と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した出口とを有する。第２の膨張装置は、熱交換器の低温分離器液体流路と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した出口とを有する。第３の膨張装置は、熱交換器の低温分離器蒸気流路と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した出口とを有する。第４の膨張装置は、熱交換器の予冷液体流路と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した出口とを有する。
【００１０】
[0010]さらに別の態様では、混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムは、冷却流路を含む熱交換器を有し、冷却流路は、ガスの供給を受けるように構成された入口と、熱交換器から製品が出て行く出口とを有する。熱交換器は、主冷凍流路、高圧蒸気流路、高圧液体流路、低温分離器蒸気流路、および低温分離器液体流路も含む。圧縮装置は、主冷凍流路の出口と流体連通した入口を有する。アフタークーラは、圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する。アキュムレータは、アフタークーラの出口と流体連通した入口と、熱交換器の高圧液体流路と流体連通した液体出口と、熱交換器の高圧蒸気流路と流体連通した蒸気出口とを有する。低温蒸気分離器は、熱交換器の高圧蒸気流路と流体連通した入口と、熱交換器の低温分離器蒸気流路と流体連通した蒸気出口と、熱交換器の低温分離器液体流路と流体連通した液体出口とを有する。第１の膨張装置は、熱交換器の高圧液体流路と流体連通した入口と、出口とを有する。中温分離装置は、第１の膨張装置の出口と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する。第２の膨張装置は、熱交換器の低温分離器液体流路と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した出口とを有する。第３の膨張装置は、熱交換器の低温分離器蒸気流路と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した出口とを有する。
【００１１】
[0011]さらに別の態様では、混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムは、冷却流路を含む熱交換器を有し、冷却流路は、ガスの供給を受けるように構成された入口と、熱交換器から製品が出て行く出口とを有する。熱交換器は、主冷凍流路、高圧蒸気流路、高圧液体流路、低温分離器蒸気流路、および低温分離器液体流路も含む。圧縮装置は、主冷凍流路の出口と流体連通した入口を有する。アフタークーラは、圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する。アキュムレータは、アフタークーラの出口と流体連通した入口と、熱交換器の高圧液体流路と流体連通した液体出口と、熱交換器の高圧蒸気流路と流体連通した蒸気出口とを有する。低温蒸気分離器は、熱交換器の高圧蒸気流路と流体連通した入口と、熱交換器の低温分離器蒸気流路と流体連通した蒸気出口と、熱交換器の低温分離器液体流路と流体連通した液体出口とを有する。第１の膨張装置は、熱交換器の高圧液体流路と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した出口とを有する。第２の膨張装置は、熱交換器の低温分離器液体流路と流体連通した入口と、出口とを有する。ＣＶＳ温度分離装置は、第２の膨張装置の出口と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した蒸気出口と、主冷凍流路と流体連通した液体出口とを有する。第３の膨張装置は、熱交換器の低温分離器蒸気流路と流体連通した入口と、主冷凍流路と流体連通した出口とを有する。
【００１２】
[0012]さらに別の態様では、混合冷媒を用いてガスを冷却するためのシステムは、熱交換器を特徴とし、熱交換器は、内側部を画定するシェルと、内側部に配置され、ガスの供給を受けるように構成された入口、および熱交換器から製品が出て行く出口を有する冷却流路とを含む。熱交換器は、内側部の中に配置された予冷液体流路、高圧蒸気流路、高圧液体流路、低温分離器蒸気流路、および低温分離器液体流路も含む。第１の段の圧縮装置は、熱交換器の内側部の出口と流体連通した入口を有する。第１の段のアフタークーラは、第１の段の圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する。低圧アキュムレータは、第１の段のアフタークーラの出口と流体連通した入口と、熱交換器の予冷液体流路と流体連通した液体出口と、蒸気出口とを有する。第２の段の圧縮装置は、低圧アキュムレータの蒸気出口と流体連通した入口と、出口とを有する。第２の段のアフタークーラは、第２の段の圧縮装置の出口と流体連通した入口と、出口とを有する。高圧アキュムレータは、第２の段のアフタークーラの出口と流体連通した入口と、熱交換器の高圧液体流路と流体連通した液体出口と、熱交換器の高圧蒸気流路と流体連通した蒸気出口とを有する。低温蒸気分離器は、熱交換器の高圧蒸気流路と流体連通した入口と、熱交換器の低温分離器蒸気流路と流体連通した蒸気出口と、熱交換器の低温分離器液体流路と流体連通した液体出口とを有する。第１の膨張装置は、熱交換器の高圧液体流路と流体連通した入口と、熱交換器の内側部と流体連通した出口とを有する。第２の膨張装置は、熱交換器の低温分離器液体流路と流体連通した入口と、熱交換器の内側部と流体連通した出口とを有する。第３の膨張装置は、熱交換器の低温分離器蒸気流路と流体連通した入口と、熱交換器の内側部と流体連通した出口とを有する。第４の膨張装置は、熱交換器の予冷液体流路と流体連通した入口と、熱交換器の内側部と流体連通した出口とを有する。
【００１３】
[0013]さらに別の態様では、混合冷媒を用いてガスを冷却する方法は、主冷凍流路に流れる混合冷媒と向流の間接熱交換関係になるように、熱交換器の冷却流路にガスを流すステップと、主冷凍流路から出て行く混合冷媒を圧縮システムにおいて調整および分離して、高沸点冷媒液体流、高圧蒸気流、および中沸点液体流を形成するステップと、熱交換器において高圧蒸気を冷却するステップと、冷却された高圧蒸気を低温分離器蒸気流と低温分離器液体流に分離するステップと、熱交換器において低温分離器液体流を過冷却するステップと、過冷却された低温分離器液体流をフラッシュさせて、第１の低温分離器混合相流を形成するステップと、第１の低温分離器混合相流を主冷凍流路へと導くステップと、熱交換器において低温分離器蒸気流を冷却するステップと、冷却された低温分離器蒸気流をフラッシュさせて、第２の低温分離器混合相流を形成するステップと、第２の低温分離器混合相流を主冷凍流路へと導くステップと、熱交換器において中沸点液体流を過冷却するステップと、過冷却された中沸点液体流をフラッシュさせて、中沸点混合相流を形成するステップと、中沸点混合相流を主冷凍流路へと導くステップと、熱交換器において高沸点冷媒液体流を過冷却するステップと、過冷却された高沸点冷媒液体流をフラッシュさせて、高沸点混合相流を形成するステップと、高沸点混合相流を主冷凍流路へと導くステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】[0014]本開示のプロセスおよびシステムの第１の実施形態を示すプロセスフロー図および概略図である。
【図２】[0015]本開示のプロセスおよびシステムの第２の実施形態を示すプロセスフロー図および概略図である。
【図３】[0016]本開示のプロセスおよびシステムの第３の実施形態を示すプロセスフロー図および概略図である。
【図４】[0017]本開示のプロセスおよびシステムの第４の実施形態を示すプロセスフロー図および概略図である。
【図５】[0018]本開示のプロセスおよびシステムの第５の実施形態を示すプロセスフロー図および概略図である。
【図６】[0019]本開示のプロセスおよびシステムの第６の実施形態を示すプロセスフロー図および概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[0020]図１には、混合冷媒液化システムの第１の実施形態が、全体として１０で示されている。システムは、全体を１２で示された圧縮システムと、全体を１４で示された熱交換器システムとを含む。熱の除去は、圧縮システム１２を使用して処理および再調整された混合冷媒を使用して、熱交換器システム１４において行われる。
【００１６】
[0021]本明細書では、各図に記載された同じ要素番号によって流路と流れの両方が示される場合があることに留意されたい。また、本明細書においては、また当技術分野で知られているように、熱交換器とは、温度が異なる２つ以上の流れの間で、または流れと環境の間で間接熱交換が行われる装置、または装置内の領域のことである。本明細書において、「連通」、「連通している」などの用語は、別段の指定がない限り、一般に流体連通を指す。さらに、連通した２つの流体は混合されると熱を交換することができ、熱交換器においてこうした交換が行われる場合もあるが、こうした交換は、熱交換器における熱交換と同じであるとみなさない。本明細書において、用語「〜の圧力を下げる」（またはこの変化形）は相変化に関係しないが、用語「フラッシュする」（またはこの変化形）は、部分的な相変化も含めて、相変化に関係する。本明細書において、用語「高（ｈｉｇｈ）」、「中（ｍｉｄｄｌｅ）」、「暖（ｗａｒｍ）」などは、当技術分野において慣例的であるように、比較可能な流れに関係する。
【００１７】
[0022]熱交換器システムは、暖温端部１８および低温端部２０を有する、全体を１６で示された複数流熱交換器を含む。熱交換器は高圧天然ガス供給流２２を受け取り、この高圧天然ガス供給流２２は、熱交換器の冷凍流との熱交換による熱の除去により、冷却流路２４において液化される。その結果、液体天然ガス製品の流れ２６が生じる。熱交換器の複数流設計により、いくつかの流れを便利かつエネルギー効率的に単一の交換器に一体化することが可能になる。好適な熱交換器は、Ｗｏｏｄｌａｎｄｓ、ＴｅｘａｓのＣｈａｒｔ  Ｅｎｅｒｇｙ  ＆  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．から購入することができる。Ｃｈａｒｔ  Ｅｎｅｒｇｙ  ＆  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なろう付けアルミニウムプレートフィン型複数流熱交換器は、物理的に小型であるというさらなる利点を提供する。
【００１８】
[0023]熱交換器１６を含めた図１のシステムは、２８において想像線で示されている、従来技術で知られている他のガス処理オプションを実施するように構成されてもよい。これらの処理オプションでは、ガス流が熱交換器を１回または複数回出入りすることが必要になる場合があり、たとえば天然ガス液の回収、または窒素除去を含む場合がある。さらに、以下では天然ガスの液化に関して複数の実施形態を記載しているが、これらの実施形態は、空気または窒素を含むがこれらに限定されない天然ガス以外のガスを冷却、液化、および／または処理するために使用されてもよい。
【００１９】
[0024]圧縮システム１２を参照すると、圧縮機の第１の段３２は、混合冷媒蒸気流３４を受け取り、それを圧縮する。次いで、その結果得られる流れ３６は第１の段のアフタークーラ３８へと進み、そこで冷却され、部分的に凝縮される。その結果得られる混合相冷媒流４２は低圧アキュムレータ４４へと進み、蒸気流４６と高沸点冷媒液体流４８に分離される。低圧アキュムレータ４４としてアキュムレータドラムが示されているが、スタンドパイプ（ｓｔａｎｄｐｉｐｅ）もしくは別のタイプの容器、サイクロン分離器、蒸溜ユニット、コアレッシング分離器、またはメッシュタイプもしくはベーンタイプのミスト・エリミネータを含むがこれらに限定されない、代替の分離装置が使用されてもよい。このことは、以下で参照されるすべてのアキュムレータ、分離器、分離装置、およびスタンドパイプに当てはまる。
【００２０】
[0025]蒸気流４６は、低圧アキュムレータ４４の蒸気出口から圧縮機の第２の段６４へと進み、そこで高圧に圧縮される。流れ６６が圧縮機の第２の段から出て行き、第２の段または最終段のアフタークーラ６８を通って進み、そこで冷却される。その結果得られる流れ７２は気相と液相の両方を含み、それらは高圧アキュムレータ７４において分離されて、高圧蒸気流７６と、高圧または中沸点の冷媒液体流７８とを形成する。
【００２１】
[0026]第１の圧縮機段および第２の圧縮機段は単一の圧縮機の一部として示されているが、代わりに個々の圧縮機が使用されてもよい。加えて、システムは、より多いかまたはより少ない段が使用されてもよいという点で、２つだけの圧縮および冷却段に限定されない。
【００２２】
[0027]熱交換器システム１４に目を向けると、熱交換器１６は高圧蒸気流路８２を含み、この高圧蒸気流路８２は、高圧アキュムレータ７４から高圧蒸気流７６を受け取り、部分的に凝縮させるようにそれを冷却する。その結果得られる混合相の低温分離器供給流８４は低温蒸気分離器８６に供給され、それにより、低温分離器蒸気流８８および低温分離器液体流９０が生成される。
【００２３】
[0028]熱交換器１６は、低温分離器蒸気流８８を受け取る低温分離器蒸気流路９２を含む。低温分離器蒸気流は流路９２で冷却され、凝縮されて液体流９４になり、膨張装置９６を通ってフラッシュし、低温分離器９８へと導かれて、低温液体流１０２および低温蒸気流１０４を形成する。以下で参照されるすべての膨張装置の場合と同様に、膨張装置９６はジュール・トムソン弁などの膨張弁でもよく、タービンまたはオリフィスを含むがこれらに限定はされない別のタイプの膨張装置でもよい。低温液体流と低温蒸気流は（熱交換器の内部で、熱交換器のヘッダの内部で、または熱交換器のヘッダに入る前に）組み合わされ、熱交換器の主冷凍流路１０６へと導かれて、冷却を行う。
【００２４】
[0029]低温分離器液体流９０は、低温分離器液体流路１０８で冷却されて、過冷却された低温分離器液体１１０を形成し、この低温分離器液体１１０は１１２においてフラッシュし、ＣＶＳ温度分離器１１４へと導かれる。結果として得られるＣＶＳ温度液体流１１６と結果として得られるＣＶＳ蒸気流１１８とは（熱交換器の内部で、熱交換器のヘッダの内部で、または熱交換器のヘッダに入る前に）組み合わされ、熱交換器の主冷凍流路１０６へと導かれて、冷却を行う。こうした構成では、ＣＶＳ温度分離器１１４により、熱力学的性能および流体分配性能が向上する。
【００２５】
[0030]図１に１１７で示された液位検出器または液位センサは、低温蒸気分離器８６内の液位を決定し、弁１１２の動作を制御する弁制御装置１２０に、線１１９を介してこのデータを送信する。弁制御装置１２０は、低温蒸気分離器８６内の液位が所定の水準を上回って上昇したとき、弁１１２をさらに開くようにプログラムされている。その結果、ＣＶＳ温度分離器１１４により、低温蒸気分離器８６内の液位を調節または制御することが可能になる。
【００２６】
[0031]中沸点冷媒液体流７８は高圧アキュムレータ７４から熱交換器の高圧液体流路１２２に導かれ、過冷却され、次いで膨張装置１２４を使用してフラッシュし、中温スタンドパイプ１２６へと導かれて中温冷媒蒸気流１２８および中温液体流１３０を形成し、これらは、（熱交換器の内部で、熱交換器のヘッダの内部で、または熱交換器のヘッダに入る前に）組み合わされ、熱交換器の主冷凍流路１０６へと導かれて、冷却を行う。
【００２７】
[0032]低圧アキュムレータ４４から出て行く液体流４８は、暖温で混合冷媒の重質分であり、熱交換器１６の予冷液体流路５２に入り、過冷却される。その結果得られる過冷却された高沸点流５４は熱交換器から出て行き、膨張装置５６を通ってフラッシュし、暖温スタンドパイプ６２へと導かれる。その結果、暖温冷媒蒸気流６１および暖温液体流６３が形成され、次いで（熱交換器の内部で、熱交換器のヘッダの内部で、または熱交換器のヘッダに入る前に）組み合わされ、熱交換器の主冷凍流路１０６へと導かれて、冷却を行う。
【００２８】
[0033]暖温スタンドパイプ６２、中温スタンドパイプ１２６、ＣＶＳ温度スタンドパイプ１１４、および低温スタンドパイプ９８からの複合冷媒流は、複合冷媒戻り流１３２として主冷凍流路１０６を出て行き、この複合冷媒戻り流１３２は気相であることが好ましい。冷媒戻り流１３２は任意に存在してよいサクションドラム１３４へと流れ、それによって前に参照した混合冷媒蒸気流３４になる。当技術分野で知られているように、任意に存在してよいサクションドラム１３４により、システム圧縮機に液体が送達されることが防止される。
【００２９】
[0034]図１に提示されたシステムの実施形態では、たとえばＤｕｃｏｔｅらの米国特許出願公開第２０１４／０２６０４１５号の場合のように低温蒸気分離器８６からの液体と高圧混合冷媒アキュムレータ７４からの液体を熱交換器に入る前に混合させるのではなく、各液体は別々に熱交換器に導入される。さらに、低温蒸気分離器からの液体流および高圧混合冷媒アキュムレータからの液体流は、初期の個々の液体流が冷却され、次いで各膨張装置によってフラッシュさせられた後、対応する蒸気流とは別々に導入される。これにより、蒸気および液体の適切な分配という利点が熱交換器に与えられ、このことはろう付けアルミニウム熱交換器（ＢＡＨＸ）において、特に複数のＢＡＨＸが並列で使用される場合に特に重要である。さらに、図１のシステムでは、低温蒸気分離器からの液体と高圧混合冷媒アキュムレータからの液体が熱交換器に入る前に混合される設計と比較して効率がわずかに向上することが、本発明者らによって見出されている。
【００３０】
[0035]図１に示した構成は、種々の規模の液体天然ガスプラントにおいて、コストを削減し、複雑さを軽減するように変化させることができる。たとえば、図２に提示した代替実施形態では、図１の暖温スタンドパイプ６２が省略されている。低圧アキュムレータ２４４から出て行く液体流２４８は、暖温で混合冷媒の重質分であり、熱交換器２１６の予冷液体流路２５２に入り、過冷却される。その結果得られる過冷却された高沸点流２５４は熱交換器から出て行き、圧力を下げられ、または膨張装置２５６を通ってフラッシュする。その結果得られる冷媒流２５８は、熱交換器の主冷凍流路２０６へと導かれて、冷却を行う。
【００３１】
[0036]図２のシステムの残りの部分および対応する構成要素は、以下に記載する例外を除く図３〜図６のシステムの場合と同様に、図１のシステムについて上に述べたものと同じであり、同じように動作する。
【００３２】
[0037]図３に示した別の実施形態では、図１の低温スタンドパイプ９８（および暖温スタンドパイプ６２）が省略されている。熱交換器３１６は、低温分離器蒸気流３８８を受け取る低温分離器蒸気流路３９２を含む。低温分離器蒸気流は流路３９２で冷却され、凝縮されて液体流３９４になり、圧力を下げられるかまたは膨張装置３９６を通ってフラッシュし、その結果得られる冷媒流３９８は、熱交換器の主冷凍流路３０６へと導かれて、冷却を行う。
【００３３】
[0038]図４に示すように、また図１〜図３のシステムとは対照的に、システムの代替実施形態は、低圧アキュムレータ４４４からの低圧冷媒を使用することなく動作するように構成されてもよい。
【００３４】
[0039]図５に示す別の代替的な構成では、低圧アキュムレータからの液体冷媒流は、個別に熱交換器に入るのではなく、中温スタンドパイプ５２６またはＣＶＳ温度スタンドパイプ５１４に送られる。より具体的には、図５を参照すると、低圧アキュムレータ５４４から出て行く液体流５４８は、暖温で混合冷媒の重質分であり、熱交換器５１６の予冷液体流路５５２に入り、過冷却される。その結果得られる過冷却された高沸点流５５４は熱交換器を出て行き、圧力を下げられるかまたは膨張装置５５６を通ってフラッシュする。その結果得られる冷媒流５５８は、中温スタンドパイプ５２６へと導かれる。別法として、または追加的に、５６０の想像線で示されているように、膨張装置５５６から出て行く冷媒流は、ＣＶＳ温度スタンドパイプ５１４へと送られてもよい。別の代替策として、図５において５６１の想像線で示されているように、冷媒流５５８の一部または全部が主冷凍流路５０６へと送られてもよい。
【００３５】
[0040]図５のシステムおよびプロセスにより、熱交換器５１６の主冷凍流路５０６への注入点の数が削減される。主冷凍流路への各注入点によって流路での圧力降下が生じることを考えると、注入点の数を削減することにより、システムの電力消費が削減され、したがって運転効率が向上する。加えて、熱交換器の製造が単純化され、それによって機器のコストが削減される。
【００３６】
[0041]図６に示す別の代替的な構成では、コアアンドケトル型またはシェルアンドチューブ型の熱交換器６１６を使用して流路６２４を介して天然ガス供給流６２２を液化し、それにより、液体天然ガス製品流６２６が形成される。前の実施形態の場合のように、熱交換器６１６を含めた図６のシステムは、６２８の想像線で示されている、従来技術で知られている他のガス処理オプションを実施するように構成されてもよい。これらの処理オプションでは、ガス流が熱交換器を１回または複数回出入りすることが必要になる場合があり、たとえば天然ガス液の回収、または窒素除去を含む場合がある。
【００３７】
[0042]図６の実施形態では、低圧アキュムレータ６４４から出て行く液体流６４８は、暖温で混合冷媒の重質分であり、熱交換器６１６の予冷液体流路６５２に入り、過冷却される。その結果得られる過冷却された高沸点流は熱交換器から出て行き、圧力を下げられるかまたは膨張装置６５６を通ってフラッシュし、その結果得られる冷媒流６５８は、熱交換器６１６のケトルまたはシェルへと導かれて、冷却を行う。
【００３８】
[0043]熱交換器６１６は高圧蒸気流路６８２を含み、この高圧蒸気流路６８２は、高圧アキュムレータ６７４から高圧蒸気流６７６を受け取り、部分的に凝縮させるようにそれを冷却する。その結果得られる混合相の低温分離器供給流は低温蒸気分離器６８６に供給され、それにより、低温分離器蒸気流６８８および低温分離器液体流６９０が生成される。
【００３９】
[0044]熱交換器６１６は、低温分離器蒸気流６８８を受け取る低温分離器蒸気流路６９２を含む。低温分離器蒸気流は流路６９２で冷却され、凝縮され、膨張装置６９６を通ってフラッシュし、熱交換器６１６のケトルまたはシェルの上部へと導かれて、冷却を行う。
【００４０】
[0045]低温分離器液体流６９０は、低温分離器液体流路６０８において冷却されて、過冷却された低温分離器液体流を形成し、この低温分離器液体流は、６１２においてフラッシュし、熱交換器６１６のケトルまたはシェルへと導かれて、冷却を行う。
【００４１】
[0046]中沸点冷媒液体流６７８は高圧アキュムレータ６７４から熱交換器の高圧液体流路６２２に導かれ、過冷却され、次いで膨張装置６２５を使用してフラッシュし、熱交換器６１６のケトルまたはシェルへと導かれて、冷却を行う。
【００４２】
[0047]冷却を行うように図６の熱交換器６１６のケトルまたはシェルへと導かれた冷媒流のそれぞれは、ケトルまたはシェルの内側部の中に配置されたスプレー・バーまたは他の分配装置に入る。各流れが（上述の流路を含む）コアまたはチューブを横切ってケトルまたはシェルの内側部を通って落ち、冷却を行った後、各流れは一緒になって熱交換器６１６の下部から出て行き、冷媒戻り流６３２として、圧縮システムの任意に存在してよいサクションドラム６３４へと進む。
【００４３】
[0048]本発明の好ましい実施形態を図示および説明してきたが、本発明の趣旨から逸脱しない限りそれらに変更および修正が加えられてもよいことは当業者には明らかであり、本発明の趣旨の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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