CN107110599A - 气体液化装置以及气体液化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的气体液化装置具备：用于冷却原料气体(11)的常温热交换器(12)、预备冷却热交换器(13)以及液化过冷却热交换器(14)；将被冷却至液化温度以下的原料气体分离为气体成分和液化成分的分离鼓(15)；将气体成分作为制冷剂气体(21)、将制冷剂气体沿着与原料气体供给方向相反的方向依次向液化过冷却热交换器、预备冷却热交换器以及常温热交换器供给的制冷剂气体供给管线(L2)；对用于冷却的制冷剂气体进行压缩的压缩机(31)；将压缩后的压缩气体(22)混合的混合部(32)；在预备冷却热交换器(13)与液化过冷却热交换器之间从原料气体供给管线(L1)分支、抽出热交换后的原料气体(11)的一部分(11a)的抽出管线(L4)；使抽出的原料气体(11)的一部分隔热膨胀的膨胀涡轮(33)；以及将降温后的冷却源气体(34)向液化过冷却热交换器的上游侧供给的冷却源气体供给管线(L5)。

Description

气体液化装置以及气体液化方法
技术领域
本发明涉及例如将天然气液化为液化天然气的气体液化装置以及气体液化方法。
背景技术
例如，将天然气(NG：natural gas)液化为液化天然气(LNG：liquefied naturalgas)的工艺采用使用特定组成的制冷剂(例如氮(N2)、混合制冷剂)并使该专用的制冷剂作为闭锁系统进行循环的所谓的闭环类型，因此，作为优选简易装置的中小规模的天然气的液化工艺存在以下的课题。
1)需要制冷剂的制造设备、贮存设备，或者在不制造制冷剂的情况下需要购入。
2)在闭环类型中制冷剂使用混合制冷剂的情况下，当原料组成发生变化时需要调整制冷剂组成，变得繁琐。另外，由于需要准确地进行制冷剂混合，因此存在启动和设备的稳定需要时间这样的问题。因而，在频繁地反复进行运转停止、再起动的情况下变得不适合。
3)在闭环类型中将氮(N2)用作制冷剂的情况下，通常需要使氮制冷剂压力升压至80kg/cm2以上的高压，因此，压缩机等机器设备、配管、阀等供给设备导致成本增加。
因此，近年来，提出了将天然气直接有效地利用为制冷剂的作为开环循环工艺的技术(专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2010-537151号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1的提案中，在热交换区域需要多个冷却环路，热交换设备变得复杂，因此，期望出现进一步实现设备成本减少、动力减少的技术。
本发明鉴于前述问题而完成，其课题在于，提供一种热交换设备简易且实现设备成本减少、动力减少的气体液化装置以及气体液化方法。
用于解决课题的方案
用于解决上述课题的本发明的第一方案提供一种气体液化装置，其特征在于，所述气体液化装置具备：原料气体供给管线，其供给原料气体；常温热交换器、预备冷却热交换器以及液化过冷却热交换器，它们串联地依次设置于所述原料气体供给管线，用于冷却所述原料气体；分离鼓，其将包含通过热交换而被冷却至所述原料气体的液化温度以下的冷凝物的原料气体分离为气体成分和液化成分；制冷剂气体供给管线，其将由所述分离鼓分离出的气体成分作为制冷剂气体，并将该制冷剂气体沿着与所述原料气体的供给方向相反的方向依次供给至所述液化过冷却热交换器、所述预备冷却热交换器以及所述常温热交换器，来对所述原料气体进行冷却；压缩机，其设置于所述制冷剂气体供给管线的前端部，对用于冷却的所述制冷剂气体进行压缩；压缩气体抽出管线，其从所述压缩机抽出由该压缩机压缩后的压缩气体；混合部，其在所述原料气体供给管线的所述常温热交换器的上游侧与所述压缩气体抽出管线的前端连接，将所述压缩气体与所述原料气体混合；抽出管线，其在所述常温热交换器与所述预备冷却热交换器之间、或者所述预备冷却热交换器与所述液化过冷却热交换器之间的任一方或两方，从所述原料气体供给管线分支，抽出热交换后的原料气体的一部分；膨胀涡轮，其与所述抽出管线的前端连接，使抽出的原料气体的一部分隔热膨胀；以及冷却源气体供给管线，其将经由所述膨胀涡轮降温后的冷却源气体向所述液化过冷却热交换器的上游侧的所述制冷剂气体供给管线供给。
第二方案提供一种气体液化装置，其特征在于，所述气体液化装置具备：原料气体供给管线，其供给原料气体；常温热交换器、预备冷却热交换器以及液化过冷却热交换器，它们串联地依次设置于所述原料气体供给管线，利用制冷剂气体进行热交换来冷却所述原料气体；分离鼓，其设置于所述原料气体供给管线的前端部，将被冷却而包含冷凝物的原料气体分离为气体成分和液化成分；制冷剂气体供给管线，其将由所述分离鼓分离并被冷却后的气体成分作为制冷剂气体，并将该制冷剂气体沿着与所述原料气体相反的方向依次供给至所述液化过冷却热交换器、所述预备冷却热交换器以及所述常温热交换器，来对所述原料气体进行冷却；压缩机，其设置于所述制冷剂气体供给管线的前端部，用于压缩制冷剂气体；压缩气体抽出管线，其抽出由所述压缩机压缩后的压缩气体；混合部，其在所述原料气体供给管线的所述常温热交换器的上游侧与所述压缩气体抽出管线的前端连接，将所述压缩气体与所述原料气体混合；第一抽出管线，其从所述常温热交换器与所述预备冷却热交换器之间的原料气体供给管线分支，抽出经由所述常温热交换器进行热交换后的原料气体的一部分；热膨胀涡轮，其与所述第一抽出管线的前端连接，使抽出的原料气体的一部分隔热膨胀；第一冷却源气体供给管线，其将经由所述热膨胀涡轮降温后的第一冷却源气体向所述预备冷却热交换器与所述液化过冷却热交换器之间的制冷剂气体供给管线供给；第二抽出管线，其从所述预备冷却热交换器与所述液化过冷却热交换器之间的原料气体供给管线分支，抽出经由所述预备冷却热交换器进行热交换后的原料气体的一部分；冷膨胀涡轮，其与所述第二抽出管线的前端连接，使抽出的原料气体的一部分隔热膨胀；以及第二冷却源气体供给管线，其将经由所述冷膨胀涡轮降温后的第二冷却源气体向所述液化过冷却热交换器与所述分离鼓之间的制冷剂气体供给管线供给。
第三方案提供一种气体液化装置，其特征在于，在第二方案的基础上，将所述液化过冷却热交换器分为两个而成为液化热交换器以及过冷却热交换器这两台，以串联的方式设置这两台液化热交换器以及过冷却热交换器，并且，将经由所述热膨胀涡轮降温后的第一冷却源气体分支为两部分，将分支出的第一冷却源气体分别向预备冷却热交换器与液化热交换器之间以及所述液化热交换器与所述过冷却热交换器之间的制冷剂气体供给管线供给。
第四方案提供一种气体液化装置，其特征在于，在第一至第三方案中的任一方案的基础上，将用于冷却所述原料气体的冷却器设置于所述原料气体供给管线的所述常温热交换器的上游侧。
第五方案提供一种气体液化装置，其特征在于，在第一至第四方案中的任一方案的基础上，在所述气体液化装置中设置有重质成分分离器，该重质成分分离器从抽出所述原料气体的一部分而得到的抽出液中分离重质成分。
第六方案提供一种气体液化装置，其特征在于，在第一至第五方案中的任一方案的基础上，在与所述制冷剂气体供给管线连接的压缩机的上游侧，连接有供给蒸发气体的蒸发气体供给管线。
第七方案提供一种气体液化方法，其是将原料气体冷却至液化温度、从冷却后的气体成分和液化成分制造气体液化物的开环循环工艺的气体液化方法，所述气体液化方法的特征在于，具有如下工序：热交换工序，在该热交换工序中，将所述冷却后的气体成分作为制冷剂气体而与原料气体对置地供给，并且利用至少两个以上的热交换部进行热交换；隔热膨胀工序，在该隔热膨胀工序中，在所述热交换部与热交换部之间抽出冷却后的原料气体的一部分，并使该原料气体的一部分隔热膨胀；以及制冷剂气体供给工序，在该制冷剂气体供给工序中，将经由所述隔热膨胀工序降温后的冷却源气体向所述制冷剂气体供给。
发明效果
根据本发明，在常温热交换器与预备冷却热交换器之间、或者预备冷却热交换器与液化过冷却热交换器之间的任一方或两方抽出热交换后的原料气体的一部分，并在膨胀涡轮中使该原料气体的一部分隔热膨胀，由此得到降温后的冷却源气体。通过使该得到的冷却源气体与制冷剂气体合流，能够得到在各热交换器中依次冷却原料气体而需要的足够的冷却量，热交换设备成为简易的结构，能够实现设备成本减少和动力减少。
附图说明
图1是实施例1的气体液化装置的概要图。
图2-1是实施例2的气体液化装置的概要图。
图2-2是试验例1的气体液化装置的概要图。
图3是实施例3的气体液化装置的概要图。
图4是实施例4的气体液化装置的概要图。
图5-1是实施例5的气体液化装置的概要图。
图5-2是试验例2的气体液化装置的概要图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例详细进行说明。需要说明的是，并不通过该实施例来限定本发明，另外，在具有多个实施例的情况下，也包括组合各实施例而构成的结构。
实施例1
图1是实施例1的气体液化装置的概要图。如图1所示，本实施例的气体液化装置10A具备：原料气体供给管线L1，其供给例如天然气等原料气体11；常温热交换器12、预备冷却热交换器13以及液化过冷却热交换器14，它们与原料气体供给管线L1串联地依次设置，用于冷却原料气体11；分离鼓15，其设置于原料气体供给管线L1的前端部，将包含通过热交换被冷却至原料气体11的液化温度以下的液化冷凝物的原料气体11分离为气体成分和液化成分；制冷剂气体供给管线L2，其将由分离鼓15分离出的气体成分作为制冷剂气体21，并将该制冷剂气体21沿着与原料气体11的供给方向相反的方向依次供给至液化过冷却热交换器14、预备冷却热交换器13以及常温热交换器12，利用各热交换部12a、13a、14a对导入的原料气体11进行冷却；压缩机31，其设置于制冷剂气体供给管线L2的前端部，对用于冷却的制冷剂气体21进行压缩；压缩气体抽出管线L3，其从压缩机31抽出由该压缩机31压缩后的压缩气体22；混合部32，其在原料气体供给管线L1的常温热交换器12的上游侧与压缩气体抽出管线L3的前端连接，用于将压缩气体22与原料气体11混合；抽出管线L4，其在预备冷却热交换器13与液化过冷却热交换器14之间从原料气体供给管线L1分支出，抽出热交换后的原料气体11的一部分11a；膨胀涡轮33，其与抽出管线L4的前端连接，使抽出后的原料气体11的一部分11a隔热膨胀；以及冷却源气体供给管线L5，其将由膨胀涡轮33降温后的冷却源气体34供给至液化过冷却热交换器14的上游侧的制冷剂气体供给管线L2。
在本实施例中，例如使用以甲烷为主成分的天然气(NG)作为原料气体11，通过对该原料气体11进行液化而得到液化天然气(LNG)。该天然气的压力为由管路供给的例如30～70kg/cm2程度的压力。需要说明的是，除天然气以外，例如也能够应用于对空气进行液化的情况。
在本实施例中，原料气体供给管线L1形成供给原料气体11的供给气流的液化管线，并且，制冷剂气体供给管线L2形成供给制冷剂气体21的制冷剂气流的冷却管线，在它们进行热交换的位置处依次设置常温热交换器12、预备冷却热交换器13以及液化过冷却热交换器14作为热交换机构。而且，利用在制冷剂气体供给管线L2中与由原料气体供给管线L1供给的原料气体11对置地供给的制冷剂气体21，在热交换部12a、13a、14a对该原料气体11间接地进行冷却。此时，实现了在液化管线的端区将原料气体11的未液化的气体成分有效地利用为制冷剂气体21的开环循环工艺。
在此，在本实施例中，作为在常温热交换器12、预备冷却热交换器13以及液化过冷却热交换器14内部分别设置的热交换部12a、13a、14a，例如使用板翅型的热交换器，但只要是使用制冷剂气体21有效地对原料气体11进行热交换的结构，则不局限于此。
首先，常温热交换器12利用制冷剂气体21，将常温(例如20～40℃)的原料气体11热交换至例如0℃程度或0℃以下。
预备冷却热交换器13利用制冷剂气体21，将冷却至0℃附近的该原料气体11进一步热交换至例如-80℃以下。
液化过冷却热交换器14利用制冷剂气体21，将冷却至-80℃以下的该原料气体11进一步热交换至例如-120℃以下。需要说明的是，各热交换器中的冷却温度是大致目标，根据原料气体11的组成、制冷剂气体21的条件而适当变更。
由液化过冷却热交换器14冷却后的原料气体11通过夹设在液化过冷却热交换器14与分离鼓15之间的膨胀阀51而膨胀后，被导入到与原料气体供给管线L1的前端侧连接的分离鼓15。在该分离鼓15中，分离为闪蒸气体的气体成分和液化天然气的液化成分。
闪蒸气体由于被冷却，因此作为制冷剂气体21而导入到制冷剂气体供给管线L2，从而依次导入到液化过冷却热交换器14、预备冷却热交换器13以及常温热交换器12。并且，作为在各热交换部14a、13a、12a对原料气体11进行冷却的制冷剂气体进行循环利用。
该原料气体11的冷却所使用的制冷剂气体21被导入到在制冷剂气体供给管线L2的前端部设置的压缩机31。该压缩机31在本实施例中为两级压缩，但不局限于此，也可以设置两台以上的多级。并且，该原料气体11的冷却所使用的制冷剂气体21通过该压缩机31压缩至规定压力(与原料气体为相同的程度)后，经由混合部32再次与原料气体11混合而重新循环。
另外，由分离鼓15分离出的液化成分的液化天然气(LNG)被另外提取为产品。
在本实施例中，通过抽出管线L4抽出在设置于原料气体供给管线L1的预备冷却热交换器13进行了热交换后的原料气体11的一部分11a，并在与该抽出管线L4的前端连接的膨胀涡轮33中使该原料气体11的一部分11a隔热膨胀，由此得到降温至例如-150℃以下的冷却源气体34。
然后，该得到的冷却源气体34经由冷却源气体供给管线L5在制冷剂合流部41与制冷剂气体21合流，该制冷剂合流部41设于液化过冷却热交换器14的上游侧的、液化过冷却热交换器14与分离鼓15之间的制冷剂气体供给管线L2。通过使该冷却源气体34在制冷剂合流部41向制冷剂气体21合流，从而来供给液化过冷却热交换器14、预备冷却热交换器13以及常温热交换器12中的冷却所需要的与热交换容量相应的量的制冷剂。
因此，利用未图示的调整机构或者预先调整将经由预备冷却热交换器13进行了热交换后的原料气体11的一部分11a抽出的抽出量，以使得成为利用经由膨胀涡轮33得到的制冷剂源气体34将原料气体11冷却到规定温度的热容量。
参照图1对本实施例的气体液化装置10A的动作进行说明。首先，利用原料气体供给管线L1供给规定压力(40k)的原料气体11，形成供给气流。在原料气体供给管线L1，沿着原料气体11的流动方向依次设置有具有热交换部12a、13a、14a的常温热交换器12、预备冷却热交换器13以及液化过冷却热交换器14。
在常温热交换器12、预备冷却热交换器13以及液化过冷却热交换器14中被制冷剂气体21依次冷却而液化后的原料气体11，经由在设置于原料气体供给管线L1的前端的端区的分离鼓15的附近设置的膨胀阀51发生膨胀后，被分离为气体成分和液化成分。液化成分作为液化天然气(LNG)被送至例如贮存罐或管路等。
由分离鼓15分离出的该气体成分被冷却，因此，作为制冷剂气体21被从分离鼓15的顶部送至制冷剂气体供给管线L2，形成制冷剂气流。然后，制冷剂气体21沿着与原料气体11的供给方向相反的方向流向液化过冷却热交换器14、预备冷却热交换器13以及常温热交换器12，在各热交换部14a、13a、12a间接地对原料气体11进行冷却。通过基于该制冷剂气体21的热交换冷却，原料气体11的被液化了的液化成分作为液化天然气(LNG)而被分离，未被液化的未液化的气体成分被作为制冷剂气体21而用于冷却。制冷剂气体21在对冷却作出贡献之后，被送至设置于制冷剂气体供给管线L2的前端的端区的压缩机31，在此被压缩成与原料气体11的气体压力相同的程度。被压缩而得到的压缩气体22在混合部32与原料气体11混合，再次被作为原料气体11供给。由此，构筑出将原料气体11的未液化的气体用作制冷剂气体21、且再次与原料气体11混合后用于液化而进行循环再利用的开环循环工艺。
在本实施例中，利用抽出管线L4，将经由设置于原料气体供给管线L1的预备冷却热交换器13冷却后的原料气体11的一部分11a抽出，并使该原料气体11的一部分11a在与该抽出管线L4的前端连接的膨胀涡轮33进行隔热膨胀，由此得到降温至例如-150℃以下的冷却源气体34。
然后，该得到的冷却源气体34经由冷却源气体供给管线L5在制冷剂合流部41与制冷剂气体21合流，该制冷剂合流部41设置于液化过冷却热交换器14的上游侧的、液化过冷却热交换器14与分离鼓15之间的制冷剂气体供给管线L2。通过该合流，向制冷剂气体21供给制冷剂源气体34，从而供给液化过冷却热交换器14、预备冷却热交换器13以及常温热交换器12中的冷却所需要的热交换量。
这样，由于仅利用由分离鼓15分离出的制冷剂气体21无法充分地冷却原料气体11，因此，将经由预备冷却热交换器13热交换后的原料气体11的一部分11a抽出，并导入到膨胀涡轮33进行隔热膨胀，得到制冷剂源气体34，使该制冷剂源气体34在制冷剂气体供给管线L2的制冷剂合流部41与制冷剂气体21合流，由此，成为用于在各热交换部14a、13a、12a依次冷却原料气体11所需的充分的冷却量的制冷剂气体21。
另外，压缩机31的动力通过同轴相连的该膨胀涡轮33的动力而回收，从而实现压缩动力的减少。需要说明的是，在压缩机31设置有冷却器31a、31b，用于冷却压缩后的气体。
根据本实施例，使原料气体的气流线与制冷剂气体的气流线对置，且通过常温热交换器12、预备冷却热交换器13以及液化过冷却热交换器14的热交换部12a、13a、14a依次进行热交换的热交换设备为简易的结构，因此，无需采用复杂的热交换环路，能够实现设备成本减少和动力减少。
本发明的气体液化方法是将原料气体(例如天然气)11冷却至液化温度、并从冷却后的气体成分和液化成分制造气体液化物的液化天然气(LNG)的开环循环工艺的气体液化制造方法，其具有如下工序：热交换工序，在该热交换工序中，将冷却后的气体成分作为制冷剂气体21而与原料气体11对置地供给，并且利用至少两个以上的热交换部(本实施例中为三个热交换部14a、13a、12a)进行热交换；隔热膨胀工序，在该隔热膨胀工序中，例如在预备冷却热交换器13的热交换部13a与液化过冷却热交换器14的热交换部14a之间抽出经由预备冷却热交换器13的热交换部13a冷却后的原料气体的11的一部分11a，并使该原料气体的11的一部分11a在膨胀涡轮33中隔热膨胀；以及制冷剂气体供给工序，在该制冷剂气体供给工序中，向制冷剂气体21供给经由隔热膨胀工序降温后的冷却源气体34。
需要说明的是，在本实施例中，在预备冷却热交换器13与液化过冷却热交换器14之间设置从原料气体供给管线L1分支、用于抽出预备冷却热交换器13中的热交换后的原料气体11的一部分11a的抽出管线L4，但本发明不局限于此。例如，也可以为，从设置于原料气体供给管线L1的常温热交换器12与预备冷却热交换器13之间设置抽出常温热交换器12中的热交换后的原料气体11的一部分11a的抽出管线L4，将该原料气体11的一部分11a送至膨胀涡轮33并使其在该膨胀涡轮33中隔热膨胀，得到降温后的冷却源气体34，使该得到的制冷剂源气体34在制冷剂合流部41与制冷剂气体21合流，从而供给充分的冷却容量的制冷剂。
实施例2
参照附图对本发明的实施例的气体液化装置进行说明。图2-1是实施例2的气体液化装置的概要图。需要说明的是，关于与图1所示的实施例1的气体液化装置相同的结构，标注相同的附图标记并省略重复的说明。如图2-1所示，本实施例的气体液化装置10B在图1的气体液化装置10A的基础上具备：第一抽出管线L4A，其从常温热交换器12与预备冷却热交换器13之间的原料气体供给管线L1分支，抽出经由常温热交换器12进行热交换后的原料气体11的一部分11a；热膨胀涡轮33A，其与第一抽出管线L4A的前端连接，使抽出的原料气体11的一部分11a隔热膨胀；第一冷却源气体供给管线L5A，其将经由热膨胀涡轮33A降温后的第一冷却源气体34A向预备冷却热交换器13与液化过冷却热交换器14之间的制冷剂气体供给管线L2的第一制冷剂合流部41A供给；第二抽出管线L4B，其从预备冷却热交换器13与液化过冷却热交换器14之间的原料气体供给管线L1分支，抽出经由预备冷却热交换器13进行热交换后的原料气体11的一部分11b；冷膨胀涡轮33B，其与第二抽出管线L4B的前端连接，使抽出的原料气体11的一部分11b隔热膨胀；以及第二冷却源气体供给管线L5B，其将经由冷膨胀涡轮33B降温后的第二冷却源气体34B向液化过冷却热交换器14与分离鼓15之间的制冷剂气体供给管线L2的第二制冷剂合流部41B供给。
在本实施例中，经由热膨胀涡轮33A得到的第一冷却源气体34A经由第一冷却源气体供给管线L5A，在设置于预备冷却热交换器13与液化过冷却热交换器14之间的制冷剂气体供给管线L2上的第一制冷剂合流部41A，与制冷剂气体21合流。
另外，经由冷膨胀涡轮33B得到的第二冷却源气体34B经由第二冷却源气体供给管线L5B，在设置于液化过冷却热交换器14与分离鼓15之间的制冷剂气体供给管线L2上的第二制冷剂合流部41B，与制冷剂气体21合流。
通过使这些第一冷却源气体34A以及第二冷却源气体34B在第一制冷剂合流部41A以及第二制冷剂合流部41B依次向制冷剂气体21合流，由此来供给液化过冷却热交换器14、预备冷却热交换器13以及常温热交换器12中的冷却所需要的热交换容量的制冷剂。
[试验例1]
进行了确认本发明的实施例2的效果的试验。图2-2是试验例1的气体液化装置的概要图。在图2-2中，在主要的管线上记载有温度以及压力的一例。需要说明的是，在试验例1中，在图中例示说明压力以及温度，但本发明不局限于此。另外，在图中，压力(kg/cm2A)由圆圈包围，温度(℃)由四边形包围(图5-2也同样)。
如图2-2所示，使用40℃、40kg/cm2A的天然气作为原料气体11进行了试验。
在常温热交换器12中，原料气体11被在制冷剂气体供给管线L2中流动的-34.4℃的制冷剂气体21冷却，由此原料气体11被冷却至0℃。该0℃的原料气体11的一部分11a被送至热膨胀涡轮33A，在此成为-131.1℃的第一制冷剂源气体34A，使该第一制冷剂源气体34A在第一制冷剂合流部41A向制冷剂气体21合流，与在制冷剂气体供给管线L2中流动的-153.1℃的制冷剂气体21混合而成为-145.8℃的制冷剂气体21，并被导入到预备冷却热交换器13。
在预备冷却热交换器13中，原料气体11被在制冷剂气体供给管线L2中流动的-145.8℃的制冷剂气体21冷却，由此原料气体被从0℃冷却至-88.2℃。该-88.2℃的原料气体11的一部分11b被送至冷膨胀涡轮33B，在此成为-155.2℃的第二制冷剂源气体34B，使该第二制冷剂源气体34B在第二制冷剂合流部41B向制冷剂气体21合流，与在制冷剂气体供给管线L2中流动的-154.1℃的制冷剂气体21混合而成为-155.2℃的制冷剂气体21，并被导入到液化过冷却热交换器14。
在液化过冷却热交换器14中，原料气体11被在制冷剂气体供给管线L2中流动的-155.2℃的制冷剂气体21对进行冷却，由此原料气体11被从-88.2℃冷却至-127.0℃。
冷却至-127.0℃的该原料气体11经由设置于分离鼓15的近前的膨胀阀51发生膨胀之后，在分离鼓15内通过闪蒸作用而分离为-154.1℃的气体成分和液化成分。液化成分作为液化天然气(LNG)而被送至贮存罐或管路等。气体成分作为制冷剂气体21而被送至制冷剂气体供给管线L2进行循环利用。
制冷剂气体21在对冷却作出贡献之后成为19.1℃、1.2kg/cm2A的气体，被送至设置于制冷剂气体供给管线L2的前端的端区的压缩机31，在此被压缩为与原料气体11的气体压力相同程度的40℃、40.0kg/cm2A，并在混合部32中与原料气体11合流而再次被液化。
实施例3
参照附图对本发明的实施例的气体液化装置进行说明。图3是实施例3的气体液化装置的概要图。需要说明的是，关于与实施例1以及2的气体液化装置相同的结构，标注相同的附图标记并省略重复的说明。如图3所示，本实施例的气体液化装置10C在图2-1的气体液化装置10B的基础上，在供给原料气体11的原料气体供给管线L1中，在常温热交换器12的上游侧设置有预备冷却器52，对原料气体11进行预备冷却，从而实现压缩机31的动力减少。
另外，在制冷剂气体供给管线L2的常温热交换器12与压缩机31之间的压缩机31的近前侧，例如在LNG设备等连接有蒸发气体供给管线L11，该蒸发气体供给管线L11从外部供给因自然热输入使一部分气化而得到的蒸发气体(BOG)。经由该蒸发气体供给管线L11供给BOG，并与对冷却作出贡献之后的制冷剂气体21合流，由此能够有效地使BOG再次液化。由此，无需采用单独使BOG再次液化的设备。
另外，在本实施例中，在将经由常温热交换器12被冷却后的原料气体11的一部分11a抽出的第一抽出管线L4A设置有重质成分分离部53a，以分离在由常温热交换器12冷却时产生的重质成分的液体。另外，在本实施例中，在将经由预备冷却热交换器13冷却后的原料气体11的一部分11b抽出的第二抽出管线L4B设置有重质成分分离部53b，以分离在由预备冷却热交换器13冷却时产生的重质成分的液体。需要说明的是，在预备冷却热交换器13的冷却条件中不产生液体的情况下，也可以不需要设置重质成分分离部53b。由此，通过除去重质成分，来防止后游侧的热交换器的固化。需要说明的是，分离出的重质成分54例如用作涡轮驱动用的燃料。
另外，在本实施例中，代替分离鼓15的近前的膨胀用的膨胀阀51，而设置由液化膨胀涡轮55a和调压阀55b构成的液体膨胀机55，由此能够将液化工序中的消耗能量作为电能来回收。
实施例4
参照附图对本发明的实施例的气体液化装置进行说明。图4是实施例4的气体液化装置的概要图。需要说明的是，关于与实施例1以及2的气体液化装置相同的结构，标注相同的附图标记并省略重复的说明。如图4所示，本实施例的气体液化装置10D在图2-1的气体液化装置10B的基础上，将压缩机31、热膨胀涡轮33A以及冷膨胀涡轮33B作为齿轮传动压扩器(增速机内置型离心压缩机)61，给予使各阶段的效率成为最佳的转数。
在本实施例中，通过使用齿轮传动压扩器61，与实施例2相比实现了压缩机的效率提高。
实施例5
参照附图对本发明的实施例的气体液化装置进行说明。图5-1是实施例5的气体液化装置的概要图。需要说明的是，关于与实施例1以及2的气体液化装置相同的结构，标注相同的附图标记并省略重复的说明。如图5-1所示，本实施例的气体液化装置10E将实施例1所示的液化过冷却热交换器14分为两个，成为液化热交换器14A以及过冷却热交换器14B这两台，以串联的方式设置这两台液化热交换器以及过冷却热交换器。而且，将经由热膨胀涡轮33A降温后的第一冷却源气体34A分支为两部分，将分支出的第一冷却源气体34A通过第一冷却源气体供给管线L5A-1向预备冷却热交换器13与液化热交换器14A之间的第一制冷剂合流部41A-1输送，并且通过第一冷却源气体供给管线L5A-2向液化热交换器14A与过冷却热交换器14B之间的第二制冷剂合流部41A-2输送。
另外，设置两台分离鼓15，设置有动作压力不同的第一分离鼓15A和第二分离鼓15B。
由第一分离鼓15A分离出的制冷剂气体21以高于大气压的压力在制冷剂气体供给管线L2中流动，经由过冷却热交换器14B、液化热交换器14A、预备冷却热交换器13以及常温热交换器12的各热交换部14b、14a、13a、12a分别进行了热交换之后，被导入到压缩机31侧。由此，与不像实施例1那样将压力释放到的大气压程度相应地，实现压缩机31中的动力减少。
另外，经由冷膨胀涡轮33B降温后的第二冷却源气体34B成为气体成分和液化成分的混相，因此，第二冷却源气体供给管线L5B的连接目的地成为第一分离鼓15A。而且，向该第一分离鼓15A直接导入第二制冷剂源气体34B，使第二制冷剂源气体34B在其内部闪蒸而分离出气体成分和液化成分。
由第一分离鼓15A分离出的液化成分通过设置于第二分离鼓15B的近前的膨胀阀51B发生膨胀之后，在第二分离鼓15B内被闪蒸，在此分离为气体成分和液化成分。液化成分作为液化天然气(LNG)被送至贮存罐或管路等。气体成分被作为燃料气体另外利用。
[试验例2]
进行了确认本发明的实施例5的效果的试验。图5-2是试验例2的气体液化装置的概要图。需要说明的是，在试验例2中，在图中例示说明压力以及温度，但本发明不局限于此。
如图5-2所示，使用40℃、40kg/cm2A的天然气作为原料气体11进行了试验。
在常温热交换器12中，原料气体11被在制冷剂气体供给管线L2中流动的-26.3℃的制冷剂气体21冷却，由此原料气体11被冷却至-5.0℃。该-5.0℃的原料气体11的一部分11a被送至热膨胀涡轮33A，在此成为-112.7℃的第一制冷剂源气体34A-1、34A-2，使第一制冷剂源气体34A-1在第一制冷剂合流部41A-1向经由液化热交换器14A冷却后的在制冷剂气体供给管线L2中流动的-91.4℃的制冷剂气体21合流而成为-95.0℃的制冷剂气体21，并被导入到预备冷却热交换器13。
另外，使-112.7℃的第一制冷剂源气体34A-2经由第二制冷剂合流部41A-2向经由过冷却热交换器14B冷却后的在制冷剂气体供给管线L2中流动的-91.4℃的制冷剂气体21合流，成为-104.8℃的制冷剂气体21，并被导入到液化热交换器14A。
在预备冷却热交换器13中，原料气体11被在制冷剂气体供给管线L2中流动的-95.0℃的制冷剂气体21冷却，由此原料气体11被从-5.0℃冷却至-88.4℃。该-88.4℃的原料气体11的一部分11b被送至冷膨胀涡轮33B，在此成为-144.3℃的第二制冷剂源气体34B，并被导入到第一分离鼓15A，在此，通过闪蒸成为-144.3℃的制冷剂气体21并被导入到制冷剂气体供给管线L2，从而导入到过冷却热交换器14B。
在过冷却热交换器14B中，原料气体11被在制冷剂气体供给管线L2中流动的-144.3℃的制冷剂气体21冷却，由此原料气体11被从-88.4℃冷却至-141.0℃。
冷却至-141.0℃的该原料气体11经由设置于第一分离鼓15A的近前的膨胀阀51A发生膨胀之后，由第一分离鼓15A分离为-144.3℃、3.5kg/cm2A的气体成分和液化成分。该液化成分接着经由设置于第二分离鼓15B的近前的膨胀阀51B发生膨胀之后，由第二分离鼓15B分离为-161.3℃、1.05kg/cm2A的气体成分与液化成分。
液化成分作为液化天然气(LNG)被送至例如贮存罐或管路等。气体成分被用作燃料气体。
制冷剂气体21在对冷却作出贡献之后成为36.3℃、3.0kg/cm2A的气体，被送至设置于制冷剂气体供给管线L2的前端的端区的压缩机31，在此，被压缩为与原料气体11的气体压力相同程度的40℃、40kg/cm2A，在混合部32中与原料气体11混合而再次被液化。在该再次液化时，将制冷剂气体设为高于试验例1的压力，因此，能够减少压缩机31的压缩负载而实现动力减少。
其结果是，在本试验例2中，与试验例1相比，能够实现制造原单位的大幅提高。
附图标记说明：
10A～10E 气体液化装置；
11 原料气体；
12 常温热交换器；
13 预备冷却热交换器；
14 液化过冷却热交换器；
14A 液化热交换器；
14B 过冷却热交换器；
15 分离鼓；
21 制冷剂气体；
22 压缩气体；
31 压缩机；
32 混合部；
L1 原料气体供给管线；
L2 制冷剂气体供给管线；
L3 压缩气体抽出管线；
L4 抽出管线；
L5 冷却源气体供给管线。

Claims (7)

1.一种气体液化装置，其特征在于，
所述气体液化装置具备：
原料气体供给管线，其供给原料气体；
常温热交换器、预备冷却热交换器以及液化过冷却热交换器，它们串联地依次设置于所述原料气体供给管线，用于冷却所述原料气体；
分离鼓，其将包含通过热交换而被冷却至所述原料气体的液化温度以下的冷凝物的原料气体分离为气体成分和液化成分；
制冷剂气体供给管线，其将由所述分离鼓分离出的气体成分作为制冷剂气体，并将该制冷剂气体沿着与所述原料气体的供给方向相反的方向依次供给至所述液化过冷却热交换器、所述预备冷却热交换器以及所述常温热交换器，来对所述原料气体进行冷却；
压缩机，其设置于所述制冷剂气体供给管线的前端部，对用于冷却的所述制冷剂气体进行压缩；
压缩气体抽出管线，其从所述压缩机抽出由该压缩机压缩后的压缩气体；
混合部，其在所述原料气体供给管线的所述常温热交换器的上游侧与所述压缩气体抽出管线的前端连接，将所述压缩气体与所述原料气体混合；
抽出管线，其在所述常温热交换器与所述预备冷却热交换器之间、或者所述预备冷却热交换器与所述液化过冷却热交换器之间的任一方或两方，从所述原料气体供给管线分支，将热交换后的原料气体的一部分抽出；
膨胀涡轮，其与所述抽出管线的前端连接，使抽出的原料气体的一部分隔热膨胀；以及
冷却源气体供给管线，其将经由所述膨胀涡轮降温后的冷却源气体向所述液化过冷却热交换器的上游侧的所述制冷剂气体供给管线供给。
2.一种气体液化装置，其特征在于，
所述气体液化装置具备：
原料气体供给管线，其供给原料气体；
常温热交换器、预备冷却热交换器以及液化过冷却热交换器，它们串联地依次设置于所述原料气体供给管线，利用制冷剂气体进行热交换来冷却所述原料气体；
分离鼓，其设置于所述原料气体供给管线的前端部，将被冷却而包含冷凝物的原料气体分离为气体成分和液化成分；
制冷剂气体供给管线，其将由所述分离鼓分离并被冷却后的气体成分作为制冷剂气体，并将该制冷剂气体沿着与所述原料气体相反的方向依次供给至所述液化过冷却热交换器、所述预备冷却热交换器以及所述常温热交换器，来对所述原料气体进行冷却；
压缩机，其设置于所述制冷剂气体供给管线的前端部，用于压缩制冷剂气体；
压缩气体抽出管线，其抽出由所述压缩机压缩后的压缩气体；
混合部，其将所述压缩气体抽出管线的前端与所述原料气体供给管线在所述常温热交换器的上游侧连接，将所述压缩气体与所述原料气体混合；
第一抽出管线，其从所述常温热交换器与所述预备冷却热交换器之间的原料气体供给管线分支，将经由所述常温热交换器进行热交换后的原料气体的一部分抽出；
热膨胀涡轮，其与所述第一抽出管线的前端连接，使抽出的原料气体的一部分隔热膨胀；
第一冷却源气体供给管线，其将经由所述热膨胀涡轮降温后的第一冷却源气体向所述预备冷却热交换器与所述液化过冷却热交换器之间的制冷剂气体供给管线供给；
第二抽出管线，其从所述预备冷却热交换器与所述液化过冷却热交换器之间的原料气体供给管线分支，将经由所述预备冷却热交换器进行热交换后的原料气体的一部分抽出；
冷膨胀涡轮，其与所述第二抽出管线的前端连接，使抽出的原料气体的一部分隔热膨胀；以及
第二冷却源气体供给管线，其将经由所述冷膨胀涡轮降温后的第二冷却源气体向所述液化过冷却热交换器与所述分离鼓之间的制冷剂气体供给管线供给。
3.根据权利要求2所述的气体液化装置，其特征在于，
将所述液化过冷却热交换器分为两个而成为液化热交换器以及过冷却热交换器这两台，以串联的方式设置这两台液化热交换器以及过冷却热交换器，并且，
将经由所述热膨胀涡轮降温后的第一冷却源气体分支为两部分，将分支出的第一冷却源气体分别向预备冷却热交换器与所述液化热交换器之间以及所述液化热交换器与所述过冷却热交换器之间的制冷剂气体供给管线供给。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体液化装置，其特征在于，
将用于冷却所述原料气体的冷却器设置于所述原料气体供给管线的所述常温热交换器的上游侧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体液化装置，其特征在于，
在所述气体液化装置中设置有重质成分分离器，该重质成分分离器从抽出所述原料气体的一部分而得到的抽出液中分离重质成分。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气体液化装置，其特征在于，
在与所述制冷剂气体供给管线连接的压缩机的上游侧，连接有供给蒸发气体的蒸发气体供给管线。
7.一种气体液化方法，其是将原料气体冷却至液化温度、从冷却后的气体成分和液化成分制造气体液化物的开环循环工艺的气体液化方法，所述气体液化方法的特征在于，具有如下工序：
热交换工序，在该热交换工序中，将所述冷却后的气体成分作为制冷剂气体而与原料气体对置地供给，并且利用至少两个以上的热交换部进行热交换；
隔热膨胀工序，在该隔热膨胀工序中，在所述热交换部与热交换部之间抽出冷却后的原料气体的一部分，并使该原料气体的一部分隔热膨胀；以及
制冷剂气体供给工序，在该制冷剂气体供给工序中，将经由所述隔热膨胀工序降温后的冷却源气体向所述制冷剂气体供给。
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