JP2001526376A - Liquefaction process and equipment - Google Patents

Liquefaction process and equipment

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JP2001526376A
JP2001526376A JP2000524622A JP2000524622A JP2001526376A JP 2001526376 A JP2001526376 A JP 2001526376A JP 2000524622 A JP2000524622 A JP 2000524622A JP 2000524622 A JP2000524622 A JP 2000524622A JP 2001526376 A JP2001526376 A JP 2001526376A
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    • F25J1/0297Removal of the heat of compression, e.g. within an inter- or afterstage-cooler against an ambient heat sink using an externally chilled fluid, e.g. chilled water
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Abstract

(57)【要約】 天然ガスを液化するための装置であって、冷媒により、向流熱交換器で、天然ガスを冷却するための一連の熱交換器と、上記冷媒を圧縮するための圧縮手段と、圧縮した冷媒の少なくとも二つの別々の流れを断熱状態で膨張させるための膨張手段とを備えていて、冷媒の上記膨張した流れが上記各熱交換器の温度の低い方の端部に接続していて、また上記一連の熱交換器に供給する前に、天然ガスを0℃以下の温度に予備冷却し、上記一連の熱交換器または上記膨張手段にフィードバックする前に、上記一連の熱交換器の温度の高い方の端部から放出された、圧縮された冷媒を0℃以下の温度に予備冷却するための予備冷却冷凍システムとを備える装置。 (57) [Summary] An apparatus for liquefying natural gas, comprising a series of heat exchangers for cooling natural gas in a counter-current heat exchanger with a refrigerant, and a compressor for compressing the refrigerant. Means and expansion means for adiabatically expanding at least two separate streams of compressed refrigerant, said expanded stream of refrigerant being at the lower temperature end of each heat exchanger. Connected and prior to feeding to the series of heat exchangers, pre-cooling the natural gas to a temperature of 0 ° C. or less and before feeding back to the series of heat exchangers or the expansion means, A pre-cooling refrigeration system for pre-cooling the compressed refrigerant discharged from the hotter end of the heat exchanger to a temperature of 0 ° C or less.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 本発明は、液化プロセスおよび装置に関する。The present invention relates to a liquefaction process and apparatus.

【0002】 冷媒による天然ガスの液化の際に、冷媒を異なる温度に冷却される二つの流れ
に分割することによって天然ガスの冷却曲線を冷媒の加温曲線に一致させようと
する試みが行われることは周知である。例えば、本発明者の特許WO−A−95
27179がこれについて記載している。
[0002] During the liquefaction of natural gas by a refrigerant, attempts are made to match the cooling curve of the natural gas with the heating curve of the refrigerant by splitting the refrigerant into two streams cooled to different temperatures. It is well known. For example, the inventor's patent WO-A-95
27179 describes this.

【0003】 本発明者の特許WO−A−9713108は、天然ガスの沖合い液化の際に使
用するための、小型の液化天然ガス・プラントを開示している。添付の図面の図
1は、WO−A−9713108が開示している一般的なタイプの天然ガス液化
装置である。しかし、図1の装置とWO−A−9713108の装置とは、いく
つかの点で異なっている。
The inventor's patent WO-A-9713108 discloses a small liquefied natural gas plant for use in offshore liquefaction of natural gas. FIG. 1 of the accompanying drawings is a general type of natural gas liquefier disclosed in WO-A-9713108. However, the device of FIG. 1 differs from the device of WO-A-9713108 in several respects.

【0004】 図1の場合には、予め加熱した天然ガスが、コンジット101を通して、約8
.3MPaの圧力で熱交換器166に送られる。ある実施形態の場合には、コン
ジット101内の天然ガスは、下記の組成を持つ。すなわち、4.2モル%の窒
素;85.1モル%のメタン;8.2モル%のエタン;2.5モル%のプロパン
という組成を持つ。コンジット101内の天然ガスは、冷却水を使用する熱交換
器により約5−10℃の温度範囲内に冷却され、コンジット102内に放出され
る。
In the case of FIG. 1, natural gas preheated passes through conduit 101 for about 8 hours.
. It is sent to the heat exchanger 166 at a pressure of 3 MPa. In one embodiment, the natural gas in conduit 101 has the following composition: That is, it has the following composition: 4.2 mol% nitrogen; 85.1 mol% methane; 8.2 mol% ethane; 2.5 mol% propane. The natural gas in the conduit 101 is cooled within a temperature range of about 5-10 ° C. by a heat exchanger using cooling water, and is discharged into the conduit 102.

【0005】 熱交換器166から出てくる天然ガスは、コンジット102を通して、CWH
E(コイルを巻いた熱交換器)の温度の高い方の端部に供給される。CWHE1
50は、二つの別々の熱交換器バンドル151および152を収容している一つ
のシェルを備える。CWHE150内で、天然ガスは、窒素冷媒を使用する向流
熱交換器により冷却される。冷却された天然ガスは、約−90℃の温度でCWH
E150から出て、コンジット104を通して他の熱交換器153に送られる。
熱交換器153としては、アルミニウムのPFHE(プレート−フィン熱交換器
)を使用することができる。天然ガスは、熱交換器153で、約−150℃の温
度に冷却され、熱交換器153の温度の低い方の端部から出て、コンジット10
6に送られる。
[0005] Natural gas exiting heat exchanger 166 passes through conduit 102 through CWH
E (the coiled heat exchanger) is fed to the hotter end. CWHE1
50 comprises one shell housing two separate heat exchanger bundles 151 and 152. Within CWHE 150, natural gas is cooled by a countercurrent heat exchanger using a nitrogen refrigerant. The cooled natural gas is CWH at a temperature of about -90 ° C.
Exiting E150, it passes through conduit 104 to another heat exchanger 153.
As the heat exchanger 153, aluminum PFHE (plate-fin heat exchanger) can be used. Natural gas is cooled in heat exchanger 153 to a temperature of about -150 ° C., exits the cooler end of heat exchanger 153 and exits conduit 10.
Sent to 6.

【0006】 コンジット106内の天然ガスは、熱交換器154の温度の高い方の端部に送
られ、そこで約−160℃の温度に冷却され、熱交換器154の温度の低い方の
端部から出て、コンジット107に送られる。コンジット107内の天然ガスは
、窒素回収塔コラム157の頂部に送られる。供給ガスの窒素含有量が高く、1
段または2段のフラッシュ分離ドラムにより液化天然ガス製品の必要な組成が得
られない場合には、上記コラム157が必要になる。コンジット106内の天然
ガスからの再沸騰熱を供給するために、熱交換器154を使用することにより回
収プロセスを助ける。LNGは、コラム157からコンジット167に送られ、
そこから熱交換器154の温度の低い方の端部に送られる。熱交換器154は、
LNGを約−160℃の温度に暖める。このLNGは、熱交換器154の温度の
高い方の端部から出て、コンジット168に送られ、このコンジットを通してコ
ラム157に送り返される。
The natural gas in conduit 106 is sent to the hot end of heat exchanger 154, where it is cooled to a temperature of about −160 ° C., and the cold end of heat exchanger 154 is cooled. And is sent to conduit 107. Natural gas in conduit 107 is sent to the top of nitrogen recovery tower column 157. High nitrogen content of feed gas
If the required composition of the liquefied natural gas product cannot be obtained by a two-stage or two-stage flash separation drum, the column 157 is required. The use of a heat exchanger 154 to provide the reboil heat from the natural gas in the conduit 106 aids the recovery process. LNG is sent from column 157 to conduit 167,
From there it is sent to the cooler end of the heat exchanger 154. The heat exchanger 154
Warm the LNG to a temperature of about -160C. The LNG exits the hotter end of the heat exchanger 154 and is sent to the conduit 168 and back to the column 157 through the conduit.

【0007】 コラム157の底部からのLNGは、コンジット111へ送られ、その後で、
移送ポンプ158へ送られる。上記ポンプ158は、LNGをコンジット112
に送り、またLNG貯蔵タンク186に送る。
[0007] The LNG from the bottom of column 157 is sent to conduit 111 and then
It is sent to the transfer pump 158. The pump 158 supplies LNG to the conduit 112.
To the LNG storage tank 186.

【0008】 メタンと高い割合の窒素を含むフラッシュ・ガスは、コラム157の頂部から
出て、コンジット109に入る。約−167℃の温度のコンジット209内のフ
ラッシュ・ガスは、熱交換器155の温度の低い方の端部へ送られ、そこでガス
は約−40℃の温度に暖められる。暖められたガスは、熱交換器155の温度の
高い方の端部からコンジット110に送られ、そこから多段燃料ガス・コンプレ
ッサ180に送られる。上記コンプレッサ180は、少なくとも四つの圧縮段を
持ち、冷却水を使用する各段の間には内部冷却部を持つ。フラッシュ・ガスは、
コンプレッサ180で、大気圧より少し高い圧力から、通常、2.7−5.5M
Paの範囲内の圧力まで圧縮され、以下にさらに詳細に説明するように、冷媒コ
ンプレッサ159のタービン173に送られる。タービンがエアロデリバティブ
・タービンである場合には、上記タービン内での高い圧縮比のために、高い燃料
ガス圧力が必要になる。それ故、燃料ガス・コンプレッサ180は、高い放出圧
力およびガスが含む高い窒素含有分のために、有意な電力要件を持ち、そのため
、通常、経済的な理由から、電気モータ駆動の代わりにガス・タービン駆動が使
用される。以下に説明するように、コンジット110を通して送られてきたフラ
ッシュ・ガスは、液化プラントの大量の燃料ガス要件を供給するために使用され
る。
A flash gas containing methane and a high percentage of nitrogen exits the top of column 157 and enters conduit 109. The flash gas in conduit 209 at a temperature of about -167 ° C is sent to the cooler end of heat exchanger 155, where it is warmed to a temperature of about -40 ° C. The warmed gas is sent from the hotter end of heat exchanger 155 to conduit 110 and from there to multi-stage fuel gas compressor 180. The compressor 180 has at least four compression stages and an internal cooling section between each stage using cooling water. Flash gas is
The pressure in the compressor 180 is slightly higher than the atmospheric pressure, usually 2.7-5.5M.
It is compressed to a pressure in the range of Pa and sent to the turbine 173 of the refrigerant compressor 159, as described in more detail below. If the turbine is an aero-derivative turbine, a high compression ratio in the turbine will require a high fuel gas pressure. Therefore, the fuel gas compressor 180 has significant power requirements due to the high discharge pressure and the high nitrogen content that the gas contains, and therefore, usually for economic reasons, replaces the gas motor instead of the electric motor drive. A turbine drive is used. As described below, the flash gas sent through conduit 110 is used to supply the bulk fuel gas requirements of the liquefaction plant.

【0009】 以下に、天然ガスが液化する温度まで冷却する窒素冷却サイクルについて説明
する。窒素冷媒は、CWHE150の温度の高い方の端部から、約5℃の温度で
コンジット132内に放出される。窒素は、少なくとも一つの内部冷却装置17
1、およびアフタ・クーラ172と一緒に、少なくとも二つのコンプレッサ段1
69および170を備える多段コンプレッサ・ユニット159に送られる。コン
プレッサ段169および170は、ガス・タービン173により駆動される。コ
ンプレッサ・ユニット159の動作は、窒素冷却サイクルが必要とするほとんど
すべての電力を消費する。ガス・タービン173は、コンジット110からの燃
料ガスにより駆動される。
Hereinafter, a nitrogen cooling cycle for cooling to a temperature at which natural gas is liquefied will be described. The nitrogen refrigerant is discharged into the conduit 132 at a temperature of about 5 ° C. from the hotter end of the CWHE 150. Nitrogen is supplied to at least one internal cooling device 17.
1 and at least two compressor stages 1 together with aftercooler 172
It is sent to a multi-stage compressor unit 159 comprising 69 and 170. Compressor stages 169 and 170 are driven by gas turbine 173. The operation of the compressor unit 159 consumes almost all the power required by the nitrogen refrigeration cycle. Gas turbine 173 is driven by fuel gas from conduit 110.

【0010】 圧縮された窒素は、コンプレッサ・ユニット159から約5.1MPaの圧力
でコンジット133内に放出される。コンジット133は、二つのコンジット1
34および135に接続していて、これら二つのコンジットの間から、コンジッ
ト133からの窒素が、コンプレッサにより吸収された電力に従って分割される
。コンジット134内の窒素は、コンプレッサ162に送られ、そこで約8.5
MPaの圧力に圧縮され、その後で、コンプレッサ162からコンジット136
に送られる。コンジット135内の窒素は、コンプレッサ163に送られ、そこ
で約8.5MPaの圧力に圧縮され、その後で、コンプレッサ163からコンジ
ット137に送られる。両方のコンジット136および137内の窒素は、コン
ジット138に送られ、その後で、熱交換器164へ送られ、そこで周囲温度ま
で冷却される。窒素は、コンジット139を通して、熱交換器164から熱交換
器165に送られ、そこで冷却した水により、5−10℃の温度まで冷却される
。冷却された窒素は、熱交換器165から、二つのコンジット120および14
1に接続している、コンジット140に送られる。コンジット140を流れる窒
素は、コンジット120および141に分割され、コンジット140内の窒素の
約2%が、コンジット141を通って流れる。
[0010] The compressed nitrogen is released from the compressor unit 159 into the conduit 133 at a pressure of about 5.1 MPa. Conduit 133 has two conduits 1
Connected to 34 and 135, between these two conduits, the nitrogen from conduit 133 is split according to the power absorbed by the compressor. Nitrogen in conduit 134 is sent to compressor 162 where it is approximately 8.5.
MPa, and then from the compressor 162 to the conduit 136
Sent to The nitrogen in the conduit 135 is sent to the compressor 163 where it is compressed to a pressure of about 8.5 MPa and then from the compressor 163 to the conduit 137. The nitrogen in both conduits 136 and 137 is sent to conduit 138 and then to heat exchanger 164 where it is cooled to ambient temperature. Nitrogen is passed from heat exchanger 164 through conduit 139 to heat exchanger 165, where it is cooled by cooled water to a temperature of 5-10 ° C. The cooled nitrogen is supplied from heat exchanger 165 to two conduits 120 and 14
Sent to conduit 140, which is connected to 1. The nitrogen flowing through conduit 140 is split into conduits 120 and 141 such that approximately 2% of the nitrogen in conduit 140 flows through conduit 141.

【0011】 コンジット141を流れる窒素は、熱交換器155の温度の高い方の端部に送
られ、そこで、向流熱交換器により、コラム157からのフラッシュ・ガスで、
約−123℃の温度まで冷却される。冷却された窒素は、熱交換器155の温度
の低い方の端部からコンジット142に放出される。
The nitrogen flowing through conduit 141 is sent to the hotter end of heat exchanger 155, where it is flushed by countercurrent heat exchanger with flash gas from column 157.
Cool to a temperature of about -123 ° C. Cooled nitrogen is discharged into the conduit 142 from the cooler end of the heat exchanger 155.

【0012】 コンジット120は、CWHE150の温度の高い方の端部に接続していて、
そのため、窒素は、熱交換器バンドル151の温度の高い方の端部に送られる。
コンジット120からの窒素は、熱交換器バンドル151内で約−13℃に冷却
される。窒素冷媒の大部分は、熱交換器バンドル151を通過した後で、コンジ
ット122を通してCWHE150から回収される。窒素冷媒の残りの部分は、
バンドル152を通り、約−90℃の温度に冷却され、CWHE150からコン
ジット124に放出される。
Conduit 120 is connected to the hotter end of CWHE 150,
Therefore, nitrogen is sent to the hotter end of the heat exchanger bundle 151.
Nitrogen from conduit 120 is cooled to about −13 ° C. in heat exchanger bundle 151. Most of the nitrogen refrigerant is recovered from CWHE 150 through conduit 122 after passing through heat exchanger bundle 151. The rest of the nitrogen refrigerant
Through the bundle 152, it is cooled to a temperature of about −90 ° C. and discharged from the CWHE 150 into the conduit 124.

【0013】 コンジット122内の窒素は、ターボエキスパンダ160に送られ、そこで約
1.9MPaの圧力に、また約−95℃の温度に加工膨張される。膨張した窒素
は、ターボエキスパンダ160からコンジット128に放出される。コンジット
124内の窒素は、コンジット142内の窒素と混合され、その後で、ターボエ
キスパンダ161へ送られ、そこで約1.9MPaの圧力に、また窒素の最低温
度である約−151℃に加工膨張される。膨張した窒素は、ターボエキスパンダ
161からコンジット126に放出される。ターボエキスパンダ160は、コン
プレッサ162を駆動するように配置されていて、ターボエキスパンダ161は
、コンプレッサ163を駆動するように、配置されている。このようにして、タ
ーボエキスパンダ160および161により加工製造されたものを回収すること
ができる。
The nitrogen in conduit 122 is sent to turboexpander 160 where it is expanded to a pressure of about 1.9 MPa and a temperature of about −95 ° C. The expanded nitrogen is released from the turboexpander 160 to the conduit 128. The nitrogen in conduit 124 is mixed with the nitrogen in conduit 142 and then sent to turboexpander 161 where it expands to a pressure of about 1.9 MPa and to a minimum temperature of nitrogen of about -151 ° C. Is done. The expanded nitrogen is released from the turbo expander 161 to the conduit 126. Turbo expander 160 is arranged to drive compressor 162, and turbo expander 161 is arranged to drive compressor 163. In this way, those processed and manufactured by the turbo expanders 160 and 161 can be collected.

【0014】 コンジット126内の窒素は、熱交換器153の冷たい端部に送られ、その内
部で向流熱交換器により天然ガスを冷却する。熱交換器153内において、窒素
は約−95℃の中間窒素温度に暖められる。窒素は、熱交換器153の温度の高
い方の端部から出て、CWHE150の温度の低い方の端部に供給される前に、
コンジット128内の窒素と一緒に混合される。CWHE150内の窒素は、向
流熱交換器により、その内部で天然ガスを冷却する。
The nitrogen in the conduit 126 is sent to the cold end of the heat exchanger 153 where it cools the natural gas with a countercurrent heat exchanger. In heat exchanger 153, the nitrogen is warmed to an intermediate nitrogen temperature of about -95C. Nitrogen exits the hotter end of heat exchanger 153 and is fed to the cooler end of CWHE 150 before
It is mixed with the nitrogen in conduit 128. The nitrogen in the CWHE 150 cools the natural gas therein by a countercurrent heat exchanger.

【0015】 熱交換器153、154および155、およびコラム157は、低温ボックス
181内に配置されている。
The heat exchangers 153, 154 and 155, and the column 157 are arranged in the cold box 181.

【0016】 ガス・タービン173用の入口燃焼用空気は、熱交換器182に送られ、そこ
で冷却した水を使用する熱交換器により、5−10℃に冷却される。その後で、
燃焼用空気は、コンジット183内に放出され、タービン173に送られる。
The inlet combustion air for the gas turbine 173 is sent to a heat exchanger 182 where it is cooled to 5-10 ° C. by a heat exchanger using chilled water. after,
The combustion air is discharged into the conduit 183 and sent to the turbine 173.

【0017】 ガス・タービンへ供給される入口空気を冷却すると、周囲の空気温度が高い場
合には、電力が増大する。
[0017] Cooling the inlet air supplied to the gas turbine increases power when ambient air temperature is high.

【0018】 ほとんどの大規模のLNGプラント内でのように、装置の中で最も高価なもの
は、ガス・タービン・ドライブおよびコンプレッサ、および通常、アルミニウム
で作られるバンドル151および152のような主要なCWHE冷却熱交換器で
ある。
As in most large-scale LNG plants, the most expensive of the equipment are gas turbine drives and compressors, and major equipment such as bundles 151 and 152, which are usually made of aluminum. It is a CWHE cooling heat exchanger.

【0019】 本発明の一つの目的は、天然ガスを液化するために、従来技術のプロセスの効
率を向上させ、資本費用を安くすることである。
One object of the present invention is to increase the efficiency of prior art processes and to lower capital costs for liquefying natural gas.

【0020】 本発明は、天然ガスを液化するための方法および装置に関する。上記装置は、
冷媒と、冷媒を圧縮するための圧縮手段と、圧縮された冷媒の少なくとも二つの
別々の流れを断熱的に膨張するための膨張手段により、向流熱交換器で、天然ガ
スを冷却するための一連の熱交換器とを備える。この場合、上記の冷媒の膨張し
た流れは、各熱交換器の冷たい端部と連絡している。
The present invention is directed to a method and apparatus for liquefying natural gas. The above device
Refrigerant and compression means for compressing the refrigerant, and expansion means for adiabatically expanding at least two separate streams of the compressed refrigerant, in a countercurrent heat exchanger for cooling natural gas. A series of heat exchangers. In this case, the expanded flow of the refrigerant is in communication with the cold end of each heat exchanger.

【0021】 本発明の一つの重要な特徴は、一連の熱交換器の温度の高い方の端部に供給す
る前に、天然ガスを0℃以下の低い温度に予備冷却するための予備冷却冷凍シス
テムを使用していることである。上記予備冷却冷凍システムは、また、一連の熱
交換器の任意の熱交換器、または膨張手段に供給する前に、高圧冷媒を0℃以下
の温度に予備冷却するためにも使用される。このように予備冷却すると、液化装
置の電力要件をかなり緩和し、装置の構成部材の数をかなり少なくできることが
分かった。都合のよいことに、冷却サイクル中のすべての冷媒は、予備冷却冷凍
システムにより予備冷却される。
One important feature of the present invention is a pre-cooled refrigeration for pre-cooling natural gas to a low temperature of 0 ° C. or less before feeding to the hot end of the series of heat exchangers. You are using the system. The pre-cooled refrigeration system is also used to pre-cool the high pressure refrigerant to a temperature of 0 ° C. or less before feeding to any of the heat exchangers in the series, or expansion means. It has been found that such pre-cooling can significantly reduce the power requirements of the liquefier and significantly reduce the number of components in the device. Conveniently, all refrigerant in the cooling cycle is pre-cooled by a pre-cooling refrigeration system.

【0022】 上記の別々の冷媒の流れの第一の流れ内の冷媒を一連の熱交換器のうちの少な
くとも一つで冷却することが望ましい。この冷却は、冷媒が、予備冷却冷凍シス
テムで予備冷却された後で行われる。さらに、予備冷却冷凍システムを使用する
と、一連の熱交換器の冷媒の流れの一つ以上を冷却する必要がなくなる。そのた
め、第一の冷媒の流れ以外の各冷媒の流れを、一連の熱交換器でそれ以上冷却し
ないで、各膨張手段に直接供給することが好ましい。
It is desirable to cool the refrigerant in the first of the separate refrigerant streams with at least one of a series of heat exchangers. This cooling occurs after the refrigerant has been pre-cooled in the pre-cooling refrigeration system. In addition, the use of a pre-cooled refrigeration system eliminates the need to cool one or more of the refrigerant streams in a series of heat exchangers. Therefore, it is preferable that the flow of each refrigerant other than the flow of the first refrigerant is directly supplied to each expansion means without being further cooled by a series of heat exchangers.

【0023】 冷媒の流れの中の冷媒は、上記の流れに分割する前でも、分割した後でも、予
備冷却することができる。しかし、分割する前に予備冷却した方が、便利でもあ
るし、経済的でもある。好適には、冷媒を冷媒の二つの流れに分割することが好
ましい。
The refrigerant in the flow of the refrigerant can be pre-cooled before or after splitting into the above-mentioned flow. However, pre-cooling before splitting is both convenient and economical. Preferably, the refrigerant is split into two streams of refrigerant.

【0024】 意外なことに、予備冷却冷凍システムを使用することにより、一連の熱交換器
のうちの二つの熱交換器を使用するだけで十分であることが分かった。この二つ
という数は、WO−A−9527179およびWO−A−9713108の熱交
換器の数よりも少ない。そのため、熱交換器の製造コスト、運用コストおよび維
持コストをかなり低減することができた。
Surprisingly, it has been found that by using a pre-cooled refrigeration system, it is sufficient to use only two of the series of heat exchangers. These two numbers are less than the number of heat exchangers in WO-A-9527179 and WO-A-9713108. Therefore, the manufacturing cost, operation cost, and maintenance cost of the heat exchanger could be significantly reduced.

【0025】 従って、好適な実施形態の場合には、一連の熱交換器のうちの二つの熱交換器
を使用し、冷媒を第一および第二の冷媒の流れに分割し、第一の冷媒の流れの中
の冷媒だけを、上記二つの熱交換器のうちの第一の最も温度の高い熱交換器の中
で冷却する。それ故、二つの冷媒の流れを使用する場合には、第一の冷媒の流れ
を、一連の熱交換器内部空間の熱交換器の最も温度の高い熱交換器を通して供給
することができ、第二の冷媒の流れを、一連の熱交換器を通さないで膨張手段に
直接供給することができる。そうすることにより、第一の熱交換器の熱伝導面積
を、図1の装置と比較した場合、35%小さくすることができ、装置の構造が簡
単になる。そのため、CWHEの代わりに、アルミニウムPFHEまたはプリン
ト回路熱交換器(PCHE)のような、もっと安価なタイプの熱交換器を容易に
使用できるようになる。
Thus, in a preferred embodiment, two of a series of heat exchangers are used to divide the refrigerant into first and second refrigerant streams, Is cooled in the first hottest heat exchanger of the two heat exchangers. Therefore, if two refrigerant streams are used, the first refrigerant stream can be fed through the hottest heat exchanger of the series of heat exchanger interior heat exchangers, The two refrigerant streams can be fed directly to the expansion means without passing through a series of heat exchangers. By doing so, the heat transfer area of the first heat exchanger can be reduced by 35% as compared with the apparatus of FIG. 1, and the structure of the apparatus is simplified. This makes it easier to use a cheaper type of heat exchanger, such as aluminum PFHE or printed circuit heat exchanger (PCHE), instead of CWHE.

【0026】 図1の中間冷却装置171は、設計圧力が高く、面積要件が厳しく、また海水
冷却媒体に接触する部品をチタンで製造しなければならないので、装置の中でこ
の部品は高価なものになる。本発明の装置を使用した場合には、図1の中間冷却
装置171を使用しなくてもすむ。何故なら、圧縮手段から放出される圧縮され
た冷媒は、通常の領域内にあるからである。
The intercooler 171 of FIG. 1 is expensive because of the high design pressure, tight area requirements, and the need to manufacture parts in contact with the seawater cooling medium from titanium. become. When the apparatus of the present invention is used, it is not necessary to use the intermediate cooling device 171 of FIG. This is because the compressed refrigerant discharged from the compression means is in a normal region.

【0027】 さらに、本発明を使用すれば、圧縮手段の構造を簡単にすることができる。何
故なら、冷媒の温度が低く、そのため、ヘッド要件が低く、コンプレッサのホイ
ールの数を少なくすることができるし、またはホイールの直径を小さくすること
ができるからである。さらに、コンプレッサ・ケース上に必要なノズルの数も4
から2に減らすことができ、そのため、コストをさらに削減することができる。
もう一つの利点は、同じ天然ガス容量に対する、圧縮手段の電力要件を約16%
低くすることができ、それにより、コンプレッサに電力を供給するために使用す
る、タービンの定格を低くすることができる。そのため、図1の二つのコンプレ
ッサ/内部冷却装置の代わりに、一つのコンプレッサ段ですみ、内部冷却装置は
いらなくなる。
Furthermore, the structure of the compression means can be simplified by using the present invention. This is because the temperature of the refrigerant is low, so the head requirements are low, the number of wheels of the compressor can be reduced, or the diameter of the wheels can be reduced. In addition, the required number of nozzles on the compressor case is 4
From 2 to 2, and the cost can be further reduced.
Another advantage is that for the same natural gas capacity, the power requirement of the compression means is about 16%
It can be lower, thereby lowering the rating of the turbine used to power the compressor. Thus, instead of the two compressors / internal refrigeration unit of FIG. 1, only one compressor stage is required and no internal refrigeration unit is required.

【0028】 好適には、第一の冷媒の流れの中の膨張した冷媒は、第二の熱交換器の温度の
低い方の端部に供給することが好ましく、好適には、第二の冷媒の流れの中の膨
張した冷媒は、第一の熱交換器の温度の低い方の端部に供給することが好ましい
。好適には、第一の熱交換器の温度の低い方の端部に供給する前に、第二の冷媒
の流れの中の膨張した冷媒を、第二の熱交換器の温度の高い方の端部から放出さ
れた、第一の冷媒の流れの中の膨張した冷媒と混合することが好ましい。
Preferably, the expanded refrigerant in the first refrigerant stream is supplied to the lower temperature end of the second heat exchanger, preferably the second refrigerant. The expanded refrigerant in the stream is preferably supplied to the lower temperature end of the first heat exchanger. Preferably, the expanded refrigerant in the second refrigerant stream is separated from the higher temperature of the second heat exchanger before being supplied to the lower temperature end of the first heat exchanger. Preferably, it mixes with the expanded refrigerant in the first refrigerant stream discharged from the end.

【0029】 上記一連の熱交換器のうちの二つの熱交換器は、別々に設置することもできる
し、その内部に二つの熱交換バンドルを含む一つの熱交換器シェル内に設置する
こともできる。各バンドルは、上記一連の熱交換器の熱交換器のうちの一つに対
応する。一つの熱交換器を使用した場合には、効率に有意な悪影響を与えないで
、低温ボックスを使わなくてもすむという利点がある。
[0029] Two of the above series of heat exchangers can be installed separately or in a single heat exchanger shell containing two heat exchange bundles inside. it can. Each bundle corresponds to one of the heat exchangers in the series. The use of a single heat exchanger has the advantage that it does not have a significant adverse effect on efficiency and does not require the use of a cold box.

【0030】 好適には、予備冷却冷凍システムで、天然ガスおよび冷媒を、0℃から−40
℃、好適には、−10℃から−30℃の範囲内の温度に予備冷却することが好ま
しい。好適には、天然ガスおよび冷媒を、予備冷却冷凍システムの温度とほぼ同
じ温度まで、冷却することが好ましい。冷媒は、通常、−20℃以下の温度で、
温度の高い方の熱交換器の温度の高い方の端部から放出される。
[0030] Preferably, the pre-cooled refrigeration system is provided with natural gas and refrigerant at 0 ° C to -40 ° C.
It is preferred to pre-cool to a temperature in the range of -10 ° C, preferably -10 ° C to -30 ° C. Preferably, the natural gas and refrigerant are cooled to about the same temperature as the pre-cooled refrigeration system. The refrigerant is usually at a temperature of -20 ° C or less,
Emitted from the hotter end of the hotter heat exchanger.

【0031】 二つまたはそれ以上の段内の窒素および天然ガスの流れを予備冷却するのに、
工業規格の冷凍システムを使用することができる。システムの冷却段の数は、最
終予備冷却温度により、また、もっと多数の装置項目を使用した場合のコストの
増大に対する冷却システムの電力要件を最適化することにより選択される。
To pre-cool the streams of nitrogen and natural gas in two or more stages,
Industry standard refrigeration systems can be used. The number of cooling stages in the system is selected by the final pre-cooling temperature and by optimizing the cooling system's power requirements for increased costs when using a larger number of equipment items.

【0032】 予備冷却熱交換器としては、ある範囲のタイプの熱交換器だけを使用すること
ができる。例えば、予備冷却熱交換器としては、アルミニウム製のコア−イン−
ケトル・タイプ、またはアルミニウム製のプレート・フィン熱交換器、PFHE
、またはPCHEを使用することができる。しかし、経済的理由から、好適には
、予備冷却熱交換器は、炭素鋼製の従来のケトル・タイプの管形冷却器を使用す
ることが好ましい。
As pre-cooling heat exchangers, only a range of types of heat exchangers can be used. For example, as a pre-cooling heat exchanger, an aluminum core-in-
Kettle type or aluminum plate fin heat exchanger, PFHE
, Or PCHE can be used. However, for economic reasons, it is preferred that the pre-cooling heat exchanger use a conventional kettle-type tubular cooler made of carbon steel.

【0033】 冷媒予備冷却システムは、別々の予備冷却冷媒を使用して、天然ガスと天然ガ
ス冷媒の両方を予備冷却する。予備冷却冷媒としては、例えば、プロパン、プロ
ピレン、アンモニア、またはフレオン冷媒を使用することができる。好適には、
予備冷却冷媒としては、R410aフレオンを使用することが好ましい。何故な
ら、この冷媒は、高い容量を持っていながら、比較的安全で環境に優しいからで
ある。
The refrigerant pre-cooling system uses separate pre-cooling refrigerants to pre-cool both natural gas and natural gas refrigerant. As the pre-cooling refrigerant, for example, propane, propylene, ammonia, or Freon refrigerant can be used. Preferably,
Preferably, R410a Freon is used as the pre-cooling refrigerant. This is because this refrigerant has a high capacity but is relatively safe and environmentally friendly.

【0034】 本発明の場合には、予備冷却冷媒は、都合のよいことに、図1Aに示す複数の
別々の電気モータ駆動の冷媒装置ユニットを使用しないで、予備冷却ガス・ター
ビンにより駆動される二つまたはそれ以上の圧縮段を備える一つの圧縮ユニット
により圧縮される。通常、2段冷却システムが、この用途に適しているが、場合
によっては、3段冷却システムまたは4段冷却システムのほうが有利な場合もあ
る。電気モータ駆動の冷却装置ユニットを使用する必要がなくなったために、プ
ラントの全電力要件が緩和されたので、予備冷却ガス・タービンは、予備冷却冷
凍システム用の圧縮ユニットの他に、発電機にも、経済的に電力を供給すること
ができる。この発電機は、本発明の装置のすべての通常の電力要件を満たすこと
ができ、図1の装置に必要な、別々のガス・タービン駆動の発電機にとって必要
な投資をかなり節減することができる。
In the case of the present invention, the pre-cooled refrigerant is advantageously driven by a pre-cooled gas turbine without the use of a plurality of separate electric motor-driven refrigeration units shown in FIG. 1A. It is compressed by one compression unit with two or more compression stages. Usually, a two-stage cooling system is suitable for this application, but in some cases a three-stage or four-stage cooling system may be more advantageous. Pre-cooled gas turbines can be used in generators as well as compression units for pre-cooled refrigeration systems, as the need for electric motor-driven chiller units has been eliminated, thus reducing the overall power requirements of the plant. Power can be supplied economically. This generator can meet all the usual power requirements of the device of the present invention and can significantly reduce the investment required for a separate gas turbine driven generator required for the device of FIG. .

【0035】 好適な実施形態の場合には、一連の熱交換器から放出された天然ガスは、窒素
回収コラムに送られる。一連の熱交換器から放出された天然ガスは、コラムに対
して再沸騰熱を供給するために、窒素回収コラムの底の近くに位置する回収コラ
ム内の熱交換器に送ることができる。これとは別に、好適には、回収コラムに送
られる前には、一連の熱交換器から放出された天然ガスに対しては、他の熱交換
はいっさい行わないことが好ましい。
In a preferred embodiment, the natural gas emitted from the series of heat exchangers is sent to a nitrogen recovery column. Natural gas released from the series of heat exchangers can be sent to a heat exchanger in a recovery column located near the bottom of the nitrogen recovery column to provide reboil heat to the column. Apart from this, it is preferred that no other heat exchange takes place on the natural gas emitted from the series of heat exchangers before being sent to the recovery column.

【0036】 回収コラムは、窒素とメタンを含むガス状の頂部生成物を発生するが、好適に
は、この頂部生成物は、冷媒用の圧縮手段を駆動するための、タービンに電力を
供給するための燃料ガスとして使用することが好ましい。好適には、タービンに
供給する前に、頂部生成物を燃料ガス・コンプレッサで圧縮することが好ましく
、できれば、燃料ガス・コンプレッサに供給する前には、頂部生成物に対して、
いっさい熱交換を行わないことが好ましい。
The recovery column produces a gaseous top product containing nitrogen and methane, which preferably powers a turbine to drive compression means for the refrigerant. Is preferably used as a fuel gas. Preferably, the top product is compressed in a fuel gas compressor prior to feeding to the turbine, preferably to the top product before feeding to the fuel gas compressor.
It is preferable not to perform any heat exchange.

【0037】 本発明の回収コラムを使用した場合、図1の低温ボックス181と比較すると
、低温ボックスを小型なものにすることができ、装置の数を減らすことができる
。(または、一つの熱交換器シェル内に一連の熱交換器が収容されている場合に
は、低温ボックスを使用しないですむ。) さらに、中間燃料ガスをいっさい使用しないで、頂部生成物を燃料ガス・コン
プレッサに直接供給することにより、燃料ガス・コンプレッサの吸込み温度が低
くなり、それにより、電力要件が緩和され、構造が簡単になる。本発明を使用す
ると、燃料ガス・コンプレッサは、一つの内部冷却装置と一緒に、1段のコンプ
レッサまたは2段のコンプレッサを備えることができ、図1のコンプレッサ18
0と比較した場合、電力要件を約50%緩和することができる。さらに、より高
価なガス・タービンの代わりに、電気モータ駆動のコンプレッサを使用すること
ができる。
When the recovery column of the present invention is used, the size of the low-temperature box can be reduced as compared with the low-temperature box 181 in FIG. 1, and the number of devices can be reduced. (Or, if a series of heat exchangers are housed in a single heat exchanger shell, the cold box can be dispensed with.) In addition, no intermediate fuel gas is used and the top product is Feeding directly to the gas compressor lowers the suction temperature of the fuel gas compressor, thereby reducing power requirements and simplifying construction. Using the present invention, the fuel gas compressor can comprise a single stage compressor or a two stage compressor with one internal cooling device, and the compressor 18 of FIG.
When compared to zero, power requirements can be reduced by about 50%. In addition, electric motor driven compressors can be used instead of more expensive gas turbines.

【0038】 冷媒は、好適には、窒素であることが好ましく、できれば、冷媒サイクルを通
った後の気相の冷媒であることが好ましい。
The refrigerant is preferably nitrogen, preferably a gaseous refrigerant after passing through a refrigerant cycle.

【0039】 第一および第二の冷媒の流れの相対的な流速は、天然ガス冷却曲線と窒素加温
曲線とが、できるだけ整合するように制御することができる。WO−A−971
3108およびWO−A−9527179が、これについてさらに詳細に記載し
ている。
[0039] The relative flow rates of the first and second refrigerant streams can be controlled such that the natural gas cooling curve and the nitrogen heating curve match as closely as possible. WO-A-971
3108 and WO-A-9527179 describe this in more detail.

【0040】 本発明の装置は、WO−A−9713108が記載しているように、天然ガス
を液化するための沖合い装置内で使用することができる。この実施形態の場合に
は、上記装置は、海上に浮くことができるか、または少なくともその一部を海面
より上に支持することができる、支持構造体(例えば、船)上に設置することが
できる。
The apparatus of the present invention can be used in offshore units for liquefying natural gas, as described in WO-A-9713108. In this embodiment, the device can be mounted on a support structure (eg, a ship) that can float on the sea or at least partially support it above sea level. it can.

【0041】 図1の装置を使用した場合には、一日に1トンのLNGを生産するには、約1
5.8KWの電力が必要になる。本発明の装置を使用した場合には、一日に1ト
ンのLNGを生産するには、約14.75KWの電力ですむ。これはかなりの電
力の節減であり、上記の資本費用の節減になることが分かるだろう。
Using the apparatus of FIG. 1, to produce 1 ton of LNG per day, about 1 ton
5.8 kW of power is required. Using the apparatus of the present invention, the production of one ton of LNG per day requires about 14.75 KW of power. It can be seen that this is a significant power savings and the above capital cost savings.

【0042】 図2の場合には、前処理された天然ガスが、コンジット201を通して、約8
.3MPaの圧力で、第一の予備冷却熱交換器266に供給される。ある実施形
態の場合には、コンジット201内の天然ガスは、下記の組成を持つ。すなわち
4.2モル%の窒素;85.1モル%のメタン;8.2モル%のエタン;2.5
モル%のプロパンという組成を持つ。熱交換器266は、R410aを冷媒とし
て使用する炭素鋼製のケトル・タイプの冷却装置である。コンジット201内の
天然ガスは、熱交換器266内で−19℃に冷却され、コンジット202内に放
出される。
In the case of FIG. 2, pretreated natural gas is passed through conduit 201 for approximately 8
. It is supplied to the first pre-cooling heat exchanger 266 at a pressure of 3 MPa. In one embodiment, the natural gas in conduit 201 has the following composition: 4.2 mol% nitrogen; 85.1 mol% methane; 8.2 mol% ethane; 2.5
It has a composition of mol% propane. The heat exchanger 266 is a kettle-type cooling device made of carbon steel using R410a as a refrigerant. The natural gas in the conduit 201 is cooled to −19 ° C. in the heat exchanger 266 and discharged into the conduit 202.

【0043】 熱交換器266内に存在する天然ガスは、コンジット202を通して、第一の
熱交換器250の温度の高い方の端部に送られる。熱交換器250は、CWHE
であり、一つのシェルを備え、このシェルは、一つの熱交換器バンドル251を
内蔵する。天然ガスは、窒素冷媒を使用する向流熱交換器により熱交換器250
内で冷却される。冷却された天然ガスは、約−95℃の温度で熱交換器250か
ら出て、コンジット204を通って第二の熱交換器253に送られる。スロット
ル・バルブ285が、コンジット204内に設置されていて、そうしたい場合に
は、このバルブを通して、天然ガスは膨張する。天然ガスは、熱交換器153内
で約−152℃の温度に冷却され、熱交換器253の温度の低い方の端部から出
て、コンジット206に入る。
The natural gas present in heat exchanger 266 is sent through conduit 202 to the hotter end of first heat exchanger 250. The heat exchanger 250 is a CWHE
And comprises one shell, which incorporates one heat exchanger bundle 251. Natural gas is supplied to heat exchanger 250 by a countercurrent heat exchanger using nitrogen refrigerant.
Cooled within. The cooled natural gas exits the heat exchanger 250 at a temperature of about -95C and passes through the conduit 204 to the second heat exchanger 253. Throttle valve 285 is located in conduit 204, through which natural gas expands, if desired. The natural gas is cooled in the heat exchanger 153 to a temperature of about −152 ° C., exits the cooler end of the heat exchanger 253 and enters the conduit 206.

【0044】 コンジット206内の天然ガスは、窒素回収コラム257内に位置する熱交換
器装置254内に直接供給される。熱交換器装置254に送られた天然ガスは、
コラム257の底部で再沸騰熱を供給し、コラム257の底部のところで天然ガ
スにより冷却される。天然ガスは、熱交換器装置254から放出されて、コンジ
ット207に入り、このコンジットを通して、天然ガスは窒素回収コラム257
の頂部に送られる。スロットル・バルブ256は、コンジット207内に設置さ
れていて、そうしたい場合には、このコンジットを通して天然ガスは膨張するこ
とができる。
The natural gas in conduit 206 is fed directly into heat exchanger device 254 located in nitrogen recovery column 257. The natural gas sent to the heat exchanger device 254 is
Heat is provided at the bottom of the column 257 and is cooled by natural gas at the bottom of the column 257. Natural gas is discharged from heat exchanger device 254 and enters conduit 207 through which natural gas is passed to nitrogen recovery column 257.
Sent to the top of Throttle valve 256 is located within conduit 207, through which natural gas can expand if desired.

【0045】 LNGは、コラム257の底部から放出され、コンジット211に入り、その
後で、ポンプ258に入る。ポンプ258は、LNGをコンジット212に送り
、またLNG貯蔵タンク286に送る。
LNG is discharged from the bottom of column 257 and enters conduit 211 before entering pump 258. Pump 258 delivers LNG to conduit 212 and to LNG storage tank 286.

【0046】 メタンおよび高い割合の窒素を含むフラッシュ・ガスは、コラム257の頂部
から出て、コンジット209に入る。約−165℃の温度のコンジット209内
のフラッシュ・ガスは、燃料ガス・コンプレッサ280に送られる。コンプレッ
サ280は、1段コンプレッサか、一台の内部冷却装置を含む2段コンプレッサ
である。コンプレッサ280は、3MWの電気モータで駆動される。フラッシュ
・ガスは、コンプレッサ280内で、大気圧よりちょっと高い圧力から、通常、
2.7−5.5MPaの範囲内の圧力に圧縮される。高い圧力の燃料ガスは、コ
ンプレッサ280からコンジット210内に放出される。以下に説明するように
、コンジット210からのメタンを含むガスは、液化プラントの大量の燃料ガス
要件を供給するために使用される。
A flash gas containing methane and a high percentage of nitrogen exits the top of column 257 and enters conduit 209. The flash gas in conduit 209 at a temperature of about -165 ° C is sent to fuel gas compressor 280. The compressor 280 is a one-stage compressor or a two-stage compressor including one internal cooling device. Compressor 280 is driven by a 3 MW electric motor. The flash gas is typically supplied in the compressor 280 at a pressure slightly above atmospheric pressure,
It is compressed to a pressure in the range of 2.7-5.5 MPa. High pressure fuel gas is released from the compressor 280 into the conduit 210. As described below, the gas containing methane from the conduit 210 is used to supply the bulk fuel gas requirements of the liquefaction plant.

【0047】 液化することができる温度に、天然ガスを冷却する窒素冷却サイクルについて
以下に説明する。窒素冷媒は、熱交換器250の温度の高い方の端部から放出さ
れ、約−26℃で、コンジット232に入る。窒素は1段のコンプレッサ259
に送られる。図1の装置とは異なり、コンプレッサ段は一つしかなく、そのため
、内部冷却装置は必要ない。コンプレッサ259は、ガス・タービン273によ
り駆動される。上記ガス・タービンとしては、RRトレント@54MWを使用す
ることができる。コンプレッサ259が動作すると、窒素冷却サイクルが必要と
するほとんどすべての電力を消費する。
The following describes a nitrogen cooling cycle that cools natural gas to a temperature at which it can be liquefied. Nitrogen refrigerant is discharged from the hotter end of heat exchanger 250 and enters conduit 232 at about -26 ° C. Nitrogen is a single-stage compressor 259
Sent to Unlike the device of FIG. 1, there is only one compressor stage, so no internal cooling device is required. The compressor 259 is driven by the gas turbine 273. An RR Trent @ 54 MW can be used as the gas turbine. The operation of the compressor 259 consumes almost all the power required by the nitrogen cooling cycle.

【0048】 圧縮された窒素は、コンプレッサ259から、約5.2MPaの圧力で、コン
ジット287内に放出される。コンジット287内の窒素は、熱交換器288に
送られ、そこで、圧縮された窒素は、海水を使用する向流熱交換器により周囲温
度にまで冷却される。圧縮された窒素は、熱交換器288からコンジット233
内に放出される。
The compressed nitrogen is discharged from the compressor 259 into the conduit 287 at a pressure of about 5.2 MPa. Nitrogen in conduit 287 is sent to heat exchanger 288, where the compressed nitrogen is cooled to ambient temperature by a countercurrent heat exchanger using seawater. The compressed nitrogen is passed from heat exchanger 288 to conduit 233
Released into

【0049】 コンジット233は、コンジット234および235に接続していて、この二
つのコンジットの間で、コンジット233からの窒素は、コンプレッサが吸収す
る電力により分割される。コンジット234内の窒素は、コンプレッサ262へ
送られ、そこで約8.5MPaの圧力に圧縮され、その後で、コンプレッサ26
2からコンジット236へ送られる。コンジット235内の窒素は、コンプレッ
サ263に供給され、そこで、約8.5Mpaの圧力に圧縮され、その後で、コ
ンプレッサ263からコンジット237に送られる。両方のコンジット236お
よび237内の窒素は、コンジット289に送られ、その後で、熱交換器290
に送られ、そこで、海水を使用する向流熱交換器により周囲温度まで冷却される
Conduit 233 is connected to conduits 234 and 235, between which the nitrogen from conduit 233 is split by the power absorbed by the compressor. The nitrogen in the conduit 234 is sent to a compressor 262 where it is compressed to a pressure of about 8.5 MPa,
2 to conduit 236. Nitrogen in conduit 235 is supplied to compressor 263 where it is compressed to a pressure of about 8.5 Mpa before being sent from compressor 263 to conduit 237. The nitrogen in both conduits 236 and 237 is sent to conduit 289, whereupon heat exchanger 290
Where it is cooled to ambient temperature by a countercurrent heat exchanger using seawater.

【0050】 窒素は、熱交換器290からコンジット238内に放出され、このコンジット
を通して、第二の予備冷却熱交換器264へ送られる。窒素は熱交換器264か
ら、コンジット239を通して、第三の予備冷却熱交換器265へ送られる。熱
交換器264および265は、熱交換器266に類似している。すなわち、これ
ら熱交換器は、R410aを冷媒として使用する炭素鋼製のシェル・ケトル・タ
イプの冷却装置である。圧縮された窒素は、熱交換器264内で約7℃に冷却さ
れ、熱交換器265内で約−19℃に冷却される。
The nitrogen is released from the heat exchanger 290 into a conduit 238 through which it is sent to a second pre-cooled heat exchanger 264. Nitrogen is passed from heat exchanger 264 through conduit 239 to a third pre-cooling heat exchanger 265. Heat exchangers 264 and 265 are similar to heat exchanger 266. That is, these heat exchangers are shell kettle type cooling devices made of carbon steel using R410a as a refrigerant. The compressed nitrogen is cooled to about 7 ° C. in heat exchanger 264 and to about −19 ° C. in heat exchanger 265.

【0051】 冷却され、圧縮された窒素は、熱交換器265から、それぞれ、二つのコンジ
ット220および222に接続している、コンジット240に放出される。コン
ジット220および222は、窒素を第一および第二の冷媒の流れに分割する。
コンジット220は、熱交換器250の温度の高い方の端部に接続している。熱
交換器250を通る窒素は、コンジット221内に放出される前に、約−95℃
に冷却される。
The cooled and compressed nitrogen is discharged from heat exchanger 265 to conduit 240 which connects to two conduits 220 and 222, respectively. Conduits 220 and 222 split the nitrogen into first and second refrigerant streams.
Conduit 220 is connected to the hotter end of heat exchanger 250. Nitrogen passing through heat exchanger 250 is heated to about -95 ° C before being discharged into conduit 221.
Is cooled.

【0052】 コンジット222内の窒素は、ターボエキスパンダ260に送られ、そこで、
約1.9MPaの圧力、および約−100℃の温度に加工膨張される。膨張した
窒素は、ターボエキスパンダ260からコンジット228内に放出される。コン
ジット221内の窒素は、ターボエキスパンダ261に送られ、そこで1.9M
Paの圧力、および窒素の一番低い温度である約−154℃に加工膨張される。
膨張した窒素は、ターボエキスパンダ261からコンジット226に放出される
。ターボエキスパンダ260は、コンプレッサ262を駆動するように配置され
、ターボエキスパンダ261は、コンプレッサ263を駆動するように配置され
る。このようにして、ターボエキスパンダ260および261により、加工膨張
されたもののうちの大部分を回収することができる。
The nitrogen in conduit 222 is sent to turboexpander 260 where it is
It is work expanded to a pressure of about 1.9 MPa and a temperature of about -100 ° C. The expanded nitrogen is released from the turboexpander 260 into the conduit 228. Nitrogen in conduit 221 is sent to turboexpander 261 where it is 1.9M
It is work expanded to a pressure of Pa and the lowest temperature of nitrogen, about -154 ° C.
The expanded nitrogen is released from the turbo expander 261 to the conduit 226. Turbo expander 260 is arranged to drive compressor 262, and turbo expander 261 is arranged to drive compressor 263. In this way, the turboexpanders 260 and 261 can recover most of the processed and expanded ones.

【0053】 コンジット226内の窒素は、熱交換器253の温度の低い方の端部に供給さ
れ、その内部で、向流熱交換器により、天然ガスを冷却する。熱交換器253内
においては、窒素は、約−100℃の中間窒素温度に加熱される。窒素は熱交換
器253の温度の高い方の端部から出て、熱交換器250の温度の低い方の端部
に供給される前に、コンジット228内の窒素と混合される。熱交換器250内
の窒素は、向流熱交換器により、その内部で天然ガスを冷却する。
The nitrogen in the conduit 226 is supplied to the cooler end of the heat exchanger 253, inside which the natural gas is cooled by a countercurrent heat exchanger. In heat exchanger 253, the nitrogen is heated to an intermediate nitrogen temperature of about -100C. Nitrogen exits the hotter end of heat exchanger 253 and is mixed with nitrogen in conduit 228 before being fed to the cooler end of heat exchanger 250. The nitrogen in the heat exchanger 250 cools the natural gas therein by the countercurrent heat exchanger.

【0054】 熱交換器253、スロットル・バルブ256およびコラム257は、低温ボッ
クス298内に配置されている。
The heat exchanger 253, the throttle valve 256, and the column 257 are located in the cold box 298.

【0055】 ガス・タービン273は、コンジット210からの燃料ガスにより駆動される
。タービンの燃焼空気は、第四の予備冷却熱交換器282に送られ、そこで約1
0℃に冷却される。入口空気は、熱交換器282から、タービン273の空気入
口に接続している、コンジット283に放出される。熱交換器282は、R41
0aを冷媒として使用するフィン付き管式熱交換器である。
Gas turbine 273 is driven by fuel gas from conduit 210. Turbine combustion air is sent to a fourth pre-cooling heat exchanger 282, where it is heated to about one
Cool to 0 ° C. Inlet air is discharged from heat exchanger 282 to a conduit 283 that connects to an air inlet of turbine 273. The heat exchanger 282 is connected to the R41
This is a finned tube heat exchanger using Oa as a refrigerant.

【0056】 図3は、図2の装置を修正したものである。図3に示す多くの部品は、図2に
示す部品に類似している。類似の部品には類似の参照番号がつけてある。
FIG. 3 is a modification of the apparatus of FIG. Many of the components shown in FIG. 3 are similar to the components shown in FIG. Similar parts have similar reference numbers.

【0057】 図2の実施形態と図3の実施形態との間の違いは下記のとおりである。The differences between the embodiment of FIG. 2 and the embodiment of FIG. 3 are as follows.

【0058】 (i)第一および第二の熱交換器250および253の代わりに、第一および
第二の熱交換器バンドル351および353を内蔵する、一つのシェルを備える
1台のCWHE350が使用されていること。
(I) Instead of the first and second heat exchangers 250 and 253, one CWHE 350 with one shell containing the first and second heat exchanger bundles 351 and 353 is used. is being done.

【0059】 (ii)低温ボックス289が使用されていないこと。(Ii) The low temperature box 289 is not used.

【0060】 図4は、−23℃および3℃の温度レベルで冷却を行う、熱交換器264、2 65、266および282用の予備冷却冷凍システムである。熱交換器264、
265、266および282は、それぞれ、第一、第二、第三および第四の予備
冷却熱交換器であると見なすことができる。このシステムは、ガス・タービン4
12で駆動される、2段、単一ケースのAPIタイプの冷却コンプレッサ・ユニ
ット410を含む。コンプレッサ・ユニット410は、二つのコンプレッサ段4
14および416を持つ。この例の場合、冷却システムは2段になっているが、
他の場合には3段または4段の冷却システムを使用した方が有利な場合がある。
予備冷却冷媒は、R410aであるが、代わりに、R134aのような他のフレ
オンを含む他の冷媒も使用することができる。タービン412は、また、図2お
よび図3に示す、それぞれの電気的電力要件のほとんどを満足させる電気発電機
Gを駆動する。
FIG. 4 is a pre-cooled refrigeration system for heat exchangers 264, 265, 266 and 282 providing cooling at -23 ° C. and 3 ° C. temperature levels. Heat exchanger 264,
265, 266 and 282 can be considered as first, second, third and fourth pre-cooling heat exchangers, respectively. This system is a gas turbine 4
It includes a two-stage, single-case, API-type refrigeration compressor unit 410 driven by 12. The compressor unit 410 comprises two compressor stages 4
14 and 416. In this case, the cooling system has two stages,
In other cases, it may be advantageous to use a three or four stage cooling system.
The pre-cooled refrigerant is R410a, but other refrigerants, including other freons, such as R134a, could alternatively be used. The turbine 412 also drives an electric generator G that satisfies most of the respective electrical power requirements shown in FIGS.

【0061】 上記本発明は、種々に修正することができることを理解されたい。It should be understood that the invention described above can be modified in various ways.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 WO−A−9713108記載の通常のタイプの天然ガス液化装置の略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional type of natural gas liquefaction apparatus described in WO-A-9713108.

【図2】 本発明の装置の一実施形態の略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of one embodiment of the device of the present invention.

【図3】 本発明の装置の他の実施形態の略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of another embodiment of the device of the present invention.

【図4】 図2および図3の実施形態と一緒に使用するための、予備冷却冷凍システムの
一実施形態の略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of one embodiment of a pre-cooled refrigeration system for use with the embodiments of FIGS. 2 and 3;

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 天然ガスを液化するための装置であって、冷媒により、向流
熱交換器で、天然ガスを冷却するための一連の熱交換器と、前記冷媒を圧縮する
ための圧縮手段と、圧縮した冷媒の二つの別々の流れを断熱状態で膨張させるた
めの膨張手段とを備え、冷媒の前記膨張した流れが前記各熱交換器の温度の低い
方の端部に接続していて、前記一連の熱交換器に供給する前に、天然ガスを0℃
以下の温度に予備冷却し、また前記一連の熱交換器または前記膨張手段にフィー
ドバックする前に、前記一連の熱交換器の温度の高い方の端部から放出された、
圧縮された冷媒を0℃以下の温度に予備冷却するための予備冷却冷凍システムと
を備える装置。
An apparatus for liquefying natural gas, comprising a series of heat exchangers for cooling natural gas in a countercurrent heat exchanger with a refrigerant, and compression means for compressing the refrigerant. And expansion means for expanding the two separate streams of compressed refrigerant in an adiabatic manner, wherein the expanded stream of refrigerant is connected to the lower temperature end of each heat exchanger. Before feeding the series of heat exchangers, the natural gas is brought to 0 ° C.
Released from the hotter end of the series of heat exchangers before pre-cooling to the following temperature and before feeding back to the series of heat exchangers or the expansion means:
A pre-cooling refrigeration system for pre-cooling the compressed refrigerant to a temperature of 0 ° C or lower.
【請求項2】 請求項1に記載の装置において、前記一連の熱交換器の、前
記温度の高い方の端部から放出された、前記冷媒のほとんど全部が、前記予備冷
却冷凍システムを通して送られる装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein substantially all of the refrigerant discharged from the hotter end of the series of heat exchangers is sent through the pre-cooled refrigeration system. apparatus.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の装置において、前記別々の
冷媒の流れの中の第一の流れが、前記一連の熱交換器の少なくとも一方の内部で
冷却され、前記予備冷却冷凍システムが、前記一連の熱交換器で前記第一の冷媒
の流れを冷却する前に、前記冷媒を予備冷却するように配置されている装置。
3. The apparatus according to claim 1, wherein a first stream of the separate refrigerant streams is cooled inside at least one of the series of heat exchangers, and An apparatus wherein a cooling refrigeration system is arranged to pre-cool the refrigerant before cooling the first refrigerant stream with the series of heat exchangers.
【請求項4】 請求項3に記載の装置において、前記一連の熱交換器が二つ
の熱交換器を含み、前記第一の冷媒の流れが、前記二つの熱交換器のうちの第一
の温度の高い方の熱交換器で冷却される装置。
4. The apparatus of claim 3, wherein the series of heat exchangers includes two heat exchangers, and wherein the first refrigerant flow is a first of the two heat exchangers. A device that is cooled by the hotter heat exchanger.
【請求項5】 請求項3または請求項4に記載の装置において、前記第一の
冷媒の流れ以外の前記または各冷媒の流れの中の予備冷却された冷媒が、それ以
上の冷却を受けないで、前記膨張手段に直接送られる装置。
5. The apparatus according to claim 3 or 4, wherein the pre-cooled refrigerant in the or each refrigerant stream other than the first refrigerant stream does not receive any further cooling. A device that is sent directly to the inflation means.
【請求項6】 前記請求項の何れか一項に記載の装置において、前記圧縮手
段が、一つの圧縮段を備える装置。
6. Apparatus according to claim 1, wherein said compression means comprises a single compression stage.
【請求項7】 前記請求項の何れか一項に記載の装置において、前記予備冷
却冷凍システムが、天然ガスおよび前記冷媒を−10℃から−30℃の範囲の温
度まで予備冷却するように配置されている装置。
7. The apparatus according to any of the preceding claims, wherein the pre-cooling refrigeration system is arranged to pre-cool natural gas and the refrigerant to a temperature in the range of -10 ° C to -30 ° C. Equipment.
【請求項8】 前記請求項の何れか一項に記載の装置において、前記予備冷
却冷凍システムが、予備冷却ガス・タービンにより駆動される二つまたはそれ以
上の圧縮段を持つ一つの圧縮ユニットを備える装置。
8. The apparatus according to claim 1, wherein said pre-cooling refrigeration system comprises one compression unit having two or more compression stages driven by a pre-cooling gas turbine. Equipment to be equipped.
【請求項9】 前記請求項の何れか一項に記載の装置において、さらに、そ
の底部またはその近くに熱交換器を含む回収コラムを備え、前記配置が、前記回
収コラムに再沸騰熱を供給するために、前記一連の熱交換器から放出された冷却
された天然ガスを前記回収コラムの熱交換器に供給し、その後で、前記回収コラ
ムに供給するようになっている装置。
9. The apparatus according to claim 1, further comprising a recovery column including a heat exchanger at or near a bottom thereof, wherein the arrangement supplies reboil heat to the recovery column. An apparatus for supplying cooled natural gas discharged from the series of heat exchangers to a heat exchanger of the recovery column, and then to the recovery column.
【請求項10】 請求項9に記載の装置において、前記回収コラムの上端部
が、前記冷媒圧縮手段を駆動するために、タービンの燃料ガス入口と接続してい
て、それにより、前記回収コラムからの頂部生成物が、前記タービンに燃料を供
給する装置。
10. The apparatus according to claim 9, wherein an upper end of the recovery column is connected to a fuel gas inlet of a turbine for driving the refrigerant compression means, whereby the recovery column is connected to the recovery column. An apparatus wherein the top product supplies fuel to the turbine.
【請求項11】 請求項10に記載の装置において、さらに、前記燃料ガス
入口に供給する前に、前記回収コラムからの頂部生成物を圧縮するためのコンプ
レッサを備え、前記予備冷却冷凍システムが、圧縮された後で、前記頂部生成物
を予備冷却するように配置されている装置。
11. The apparatus of claim 10, further comprising a compressor for compressing a top product from the recovery column prior to feeding the fuel gas inlet, wherein the pre-cooling refrigeration system comprises: Apparatus arranged to pre-cool the top product after being compressed.
【請求項12】 前記請求項の何れか一項に記載の装置において、前記一連
の熱交換器が、多数の熱交換器バンドルを持つ一つの熱交換器シェル内に配置さ
れていて、各バンドルが前記各熱交換器に対応する装置。
12. The apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the series of heat exchangers are arranged in a heat exchanger shell having a number of heat exchanger bundles, each bundle comprising: Is a device corresponding to each of the heat exchangers.
【請求項13】 天然ガスを液化するための方法であって、前記冷媒を圧縮
する加工膨張サイクルを循環した冷媒により、一連の熱交換器を通して、向流状
態で天然ガスを通過させるステップと、少なくとも第一および第二の冷却した冷
媒の流れを形成するために、前記冷媒を分割し、冷却するステップと、ほぼ断熱
状態で、前記第一冷媒を第一冷媒温度に膨張し、ほぼ断熱状態で、前記第二の冷
媒の流れを前記第一の冷媒温度より高い第二の冷媒温度に膨張させるステップと
、前記第一および第二の冷媒の流れ中の前記冷媒を、対応する温度範囲を通して
、天然ガスを冷却するために、各熱交換器に送るステップとを含み、前記一連の
熱交換器に供給する前に、前記予備冷却冷凍システムにおいて、天然ガスを0℃
以下の温度に予備冷却し、圧縮後膨張前に、または前記一連の熱交換器にフィー
ドバックする前に、前記一連の熱交換器の温度の高い方の端部から放出された前
記冷媒を、前記予備冷却冷凍システムにおいて、0℃以下の温度に予備冷却する
装置。
13. A method for liquefying natural gas, comprising passing natural gas in countercurrent through a series of heat exchangers by a refrigerant circulated through a processing expansion cycle that compresses the refrigerant; Splitting and cooling the refrigerant to form at least first and second cooled refrigerant flows; expanding the first refrigerant to a first refrigerant temperature in a substantially adiabatic state; In the step of expanding the flow of the second refrigerant to a second refrigerant temperature higher than the first refrigerant temperature, the refrigerant in the flow of the first and second refrigerant, through a corresponding temperature range Sending the natural gas to 0 ° C. in the pre-cooling refrigeration system before feeding it to the series of heat exchangers to cool the natural gas.
Pre-cooling to the following temperature, before compression and expansion, or before feeding back to the series of heat exchangers, the refrigerant released from the hotter end of the series of heat exchangers, In the pre-cooling refrigeration system, a device that pre-cools to a temperature of 0 ° C or less.
【請求項14】 請求項13に記載の方法において、前記一連の熱交換器の
、前記温度の高い方の端部から放出された前記冷媒のほとんど全部が、前記予備
冷却冷凍システムを通して送られる方法。
14. The method of claim 13, wherein substantially all of the refrigerant discharged from the hotter end of the series of heat exchangers is sent through the pre-cooled refrigeration system. .
【請求項15】 請求項13または請求項14に記載の方法において、前記
冷媒の流れの中の第一の流れが、前記一連の熱交換器の少なくとも一方の内部で
冷却され、前記予備冷却冷凍システムが、前記一連の熱交換器で前記第一の冷媒
の流れを冷却する前に、前記冷媒を予備冷却するように配置されている方法。
15. The method of claim 13 or claim 14, wherein a first one of the refrigerant streams is cooled within at least one of the series of heat exchangers, and wherein the pre-cooled refrigeration is provided. A method wherein the system is arranged to pre-cool the refrigerant before cooling the first refrigerant stream with the series of heat exchangers.
【請求項16】 請求項15に記載の方法において、前記一連の熱交換器が
二つの熱交換器を含み、前記第一の冷媒の流れが、前記二つの熱交換器のうちの
第一の温度の高い方の熱交換器で冷却される方法。
16. The method of claim 15, wherein the series of heat exchangers includes two heat exchangers, and wherein the first refrigerant flow is a first of the two heat exchangers. Cooling in the higher temperature heat exchanger.
【請求項17】 請求項15または請求項16に記載の方法において、前記
第一の冷媒の流れ以外の前記または各冷媒の流れの中の予備冷却された冷媒が、
それ以上の冷却を何も受けないで、前記加工膨張サイクル内で膨張する方法。
17. The method of claim 15 or claim 16, wherein the pre-cooled refrigerant in the or each refrigerant stream other than the first refrigerant stream comprises:
A method of expanding within the working expansion cycle without receiving any further cooling.
【請求項18】 請求項13から請求項17の何れか一項に記載の方法にお
いて、前記圧縮手段が、一つの圧縮段を備える方法。
18. The method according to claim 13, wherein the compression means comprises a single compression stage.
【請求項19】 請求項13から請求項18の何れか一項に記載の方法にお
いて、前記一連の熱交換器から放出された天然ガスが、前記回収コラムに対して
再沸騰熱を供給するために、回収コラムの底部または底部近くに配置されている
熱交換器に供給され、それ以上何等の熱交換を行わないで、前記熱交換器から前
記回収コラムに供給される方法。
19. The method according to any one of claims 13 to 18, wherein natural gas released from said series of heat exchangers supplies reboil heat to said recovery column. At the bottom of or near the bottom of the recovery column, without any further heat exchange, from the heat exchanger to the recovery column.
【請求項20】 請求項19に記載の方法において、前記回収コラムからの
ガス状の頂部生成物が、前記冷媒の圧縮を駆動するために、タービンの燃料ガス
入口に供給される方法。
20. The method according to claim 19, wherein gaseous top products from the recovery column are supplied to a fuel gas inlet of a turbine to drive compression of the refrigerant.
【請求項21】 請求項20に記載の方法において、前記頂部生成物が圧縮
され、その後で、前記燃料ガス入口に供給される前に前記予備冷却冷凍システム
により冷却される方法。
21. The method of claim 20, wherein the top product is compressed and then cooled by the pre-cooling refrigeration system before being supplied to the fuel gas inlet.
【請求項22】 請求項21に記載の方法において、前記頂部生成物が、圧
縮される前にいかなる熱交換も受けない方法。
22. The method of claim 21, wherein the top product does not undergo any heat exchange before being compressed.
【請求項23】 請求項1から請求項12の何れか一項に記載の装置を備え
る沖合い天然ガス液化プラント、および浮くことができるか、または他の方法で
、少なくともその一部を海面上に支持することができる支持構造体。
23. An offshore natural gas liquefaction plant comprising an apparatus according to any one of claims 1 to 12, and at least part of which can float or otherwise be at sea level A support structure that can be supported.
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