JP2002508498A - 純度の異なるガスの冷却、液化及び分離装置及びその方法 - Google Patents

純度の異なるガスの冷却、液化及び分離装置及びその方法

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cooling
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ウィルディング，ブルース・エム
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ロッキード・マーティン・アイダホ・テクノロジーズ・カンパニー
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Abstract

(57)【要約】 加圧した混合ガス流から成分ガスを分離し且つ液化する方法が開示されている。この方法は、加圧した混合ガス流を熱交換器内で冷却し、最高の凝縮点を有するガス成分の１つ又は２つ以上を凝縮させることと、凝縮した成分を残る混合したガス流からガス液体分離機内で分離することと、分離した凝縮した成分流を膨張装置を通して流すことによりその成分流を冷却することと、冷却した成分流を熱交換器を通じて流して戻し、冷却した成分流が熱交換器に対する冷媒として機能するようにすることとを含んでいる。次に、次の成分ガスを吸引して除去し、残りのガス流を更に冷却し得るように残る混合ガス流に対しサイクルを繰り返す。この方法は、成分ガスの全てが所望のガス流から分離されるまで続行する。次に、最後のガス流を最後の熱交換器及び膨張装置を通す。膨張装置はガス流に加わる圧力を降下させ、これにより、そのガス流を冷却し且つガス流の一部をタンク内で液化させる。液化されなかったガスの部分は熱交換器の各々を通じて後方に流し、そのガスがこの熱交換器内にて冷媒として機能するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本出願は、１９９７年１２月１６日付けで出願した仮特許出願第Ｓ／Ｎ ６０
／０６９，５９８号に基づく優先権を主張するものである。開示の目的のため、
この仮特許出願は、参考として引用し本明細書に含めてある。
【０００２】
【発明の背景】
【０００３】
【発明の分野】
本発明は、加圧した混合ガス流中の構成ガスを互いに分離し、冷却し且つ液化
する方法及び装置に関する。より具体的には、本発明は、既に分離された混合ガ
ス流の成分の一部分を利用して、その後に装置を通過する混合ガス流の一部分を
冷却する分離技術に関する。
【０００４】
【従来技術の説明】
酸素、窒素、ヘリウム、プロパン、ブタン、メタン及びその他の多くの炭化水
素ガスのような個々の精製ガスは、多くの異なる工業に亙って広く使用されてい
る。しかしながら、かかるガスは、通常、その単離し又は精製した自然の状態で
発見されることはない。個々のガスの各々は、ガスの混合体から分離し又は取り
出さなければならない。例えば、精製した酸素は、通常、窒素、二酸化炭素及び
その他の多くの微量元素をも含む周囲空気から得ている。同様に、エタン、ブタ
ン、プロパン及びメタンのような炭化水素ガスは、ガス井、埋立て地、市の汚水
の高圧浄化槽、炭鉱等から発生する天然ガスから分離される。
【０００５】 個々のガスを分離し又は精製することに加えて、ガスを液化することが必要と
なることがしばしばである。例えば、主として、メタンである液化天然ガス（Ｌ
ＮＧ）は、自動車及びその他の機械を作動させる代替燃料として広く使用されて
いる。天然ガスを圧縮しない蒸気又はガスの状態にて貯蔵するためには、過度に
大きい寸法の貯蔵タンクを必要とするため、天然ガスは液化し又は圧縮しなけれ
ばならない。また、より便宜に貯蔵し且つ／又は輸送するため他のガスも凝縮さ
せ又は液化することが望ましい。
【０００６】 ガスの液化は、多岐に亙る異なる方法にて行うことができる。基本的な方法は
、ガスを連続的に低温度の多数の熱交換器を通すことによりガスを圧縮し、次に
、その圧縮したガスを冷却することである。熱交換器は、単に、冷却すべきガス
又は流体をより低温の環境にさらし、この低温の環境がガス又は流体から熱又は
エネルギを吸引し、これにより、ガスを冷却する装置又は方法である。ガスが一
度び所定の圧力に対して十分に低い温度に達したならば、ガスは液体に変化する
。
【０００７】 かかる熱交換器に必要とされる低温の環境は、全体として、独立的な冷却サイ
クルによって形成される。従来の冷却機にて使用されるような冷却サイクルは、
コンプレッサと、膨張弁とを有する閉ループ回路を利用する。フレオンのような
冷媒が閉ループ内を流れる。最初に、冷媒は、コンプレッサにより圧縮され、こ
のコンプレッサは、冷媒の温度を上昇させる。次に、その圧縮したガスを冷却す
る。これは、ガスを空冷又は水冷コイルに通すことにより行われることがしばし
ばである。圧縮したガスが冷却すると、そのガスは、液体に変化する。次に、液
体は、膨張弁を通って進み、この膨張弁は、液体に対する圧力を降下させる。こ
の圧力降下は、液体を膨張させ、少なくともその一部分を蒸発させるかもしれず
、また、このとき混合した液体及びガスの流れを著しく冷却する。
【０００８】 この冷却した冷媒流は、熱交換器に流入し、この熱交換器にて、この冷媒流は
、冷却しようとする主ガス流にさらされる。この環境において、冷媒流は、この
主ガス流から熱を吸引し、これにより、主ガス流を冷却すると同時に、冷媒流を
温める。冷媒が温まる結果、残りの液体は蒸発してガスになる。次に、このガス
は、コンプレッサに戻り、このコンプレッサにて、その過程が繰り返される。
【０００９】 次に、順次より低温度の連続的な熱交換器を通じて主ガス流を流すことにより
、主ガス流は、最終的に、液体に変化するのに十分な低温度まで冷却することが
できる。次に、その液体は加圧タンク内に貯蔵する。
【００１０】 上記の過程は液化ガスを得るのに有用ではあるが、この過程には幾つかの短所
がある。例えば、この過程は、それ自体のコンプレッサにより幾つかの別個の冷
却サイクルを使用する結果、この装置は、製造に多額の費用がかかり、運転及び
保守がコスト高であり、また、全体として、極めて煩雑である。任意の閉ループ
冷却装置の顕著なコストは、コンプレッサの購入及び運転である。コンプレッサ
は、その過程の最大の投資額の対象となるのみならず、コンプレッサは、また、
過程の装置のフレキシビリティの点にて大きな問題点ともなる。コンプレッサの
寸法が一度び選択されたならば、その過程は、その選択したコンプレッサが十分
に圧縮できる体積質量しか取り扱うことができない。過程のフローにおけるフレ
キシビリティを大きくするためには、多数のコンプレッサが必要となる。これら
の追加のコンプレッサは、また、コスト及び装置の故障の危険性を増すことにも
なる。
【００１１】 従来の装置をコスト効果的に運転可能にするために、かかる装置は、通常、大
型のものとして製造される。その結果、建設される工場の数が少なくなり、この
ため、その工場へのガスを得ることは難しくなり、また、その工場から液化ガス
を分配することが難しくなる。正にこの特質のため、輸送前に多量の液化ガスを
貯蔵するのに大型の施設が必要となる。ＬＮＧが一度び周囲環境から温まり始め
たならば、ＬＮＧは、貯蔵タンク内で蒸発し始める点にて、ＬＮＧの貯蔵は問題
を生じ易い。タンクが圧力で破壊されるのを防止するため、加圧ガスの一部を排
気することが許容される。かかる排気は環境上問題となるのみならず、ガスを無
駄にすることにもなる。
【００１２】 主混合ガスから異なるガスを精製し又は分離するステップは、液化過程の前に
行われ、その過程の費用及び煩雑さを著しく増す可能性がある。その結果、高濃
度の不要なガス又は元素を有する生産可能なガスの多くが、処理を行わずに、蓋
されていることがしばしばである。
【００１３】
【発明の目的及び簡単な概要】
従って、本発明の一つの目的は、混合したガス流の少なくとも一部分を液化す
ることのできるガス処理装置を提供することである。
【００１４】 本発明の別の目的は、他の混合ガスから分離することにより、同時に液化ガス
を精製するガス処理装置を提供することである。
【００１５】 本発明の一つの目的は、個々のガスの各々をその後に使用するため、混合した
ガスの各成分ガスを実質的に純粋な形態にて分離することのできる上記の装置を
提供することでもある。
【００１６】 本発明の更に別の目的は、個々に作動させたコンプレッサ又は冷却装置を使用
することを必要とせずに、運転することのできる上記の装置を提供することであ
る。
【００１７】 本発明の更に別の目的は、任意の所望の流量容量を実現し得るように効果的に
製造することができ、更に、任意の所望の位置にて運転することのできる小さい
可動ユニットとして製造可能な上記の装置を提供することである。
【００１８】 上記の目的を実現するため、また、本明細書に開示し且つ広く特許請求の範囲
に含めた本発明に従って、最終的な又は残るガス流をその後に液化するため加圧
した混合ガス流の成分を分離し且つ冷却する、ガス処理装置及びその運転方法が
提供される。本発明の装置及び方法は、液化のため最終的に実質的に精製された
ガス流が実現される迄、加圧した混合ガス流を一連の反復サイクルに通すことを
含む。サイクルの各々は、（１）最高凝縮点を有する１つ以上のガス成分を凝縮
させ得るように、加圧した混合ガス流を熱交換器内にて冷却することと、（２）
凝縮した成分をガス液体分離機内にて残りの混合ガス流から分離することと、（
３）分離した凝縮成分流を膨張装置に通すことにより冷却することと、次に、（
４）冷却した成分流が熱交換器に対する冷媒として機能するように、冷却した成
分流を熱交換器を通して戻すこととを備えている。次に、その成分流は、ガスの
型式及び温度に対応した用途のため、装置から出る。
【００１９】 次に、次の成分ガスを吸引して除去し且つ残りの混合ガス流を更に冷却し得る
ように残りの混合ガス流について上記のサイクルを繰り返す。この過程は、不要
な成分ガスの全てが除去される迄、続行する。天然ガスの場合、実質的にメタン
である最終的なガス流は、次に、最後の熱交換器を通るようにする。最終的な冷
却ガス流は、次に、膨張装置を通り、この膨張装置はガス流に対する圧力を降下
させる。圧力の降下に伴い、その流れは冷却され、そのガス流の一部はタンク内
で液化される。液化されなかったガスの部分は熱交換器の各々を通って後方に流
れ、このガス部分はこの熱交換器内で冷媒として機能する。
【００２０】 混合ガス流の初期圧力が十分に高圧である場合、本発明の装置は、圧力を降下
させることで生じたエネルギのみで運転することができる。その結果、独立的に
作動されるコンプレッサ又は冷却サイクルが一切不要である。しかしながら、一
つの実施の形態において、最後の膨張装置は、ガスが膨張するときタービンを作
動させるターボ膨張装置を備えることができる。このタービンからの電気エネル
ギ又は機械的エネルギを使用して、任意の所望の位置にて装置内にエネルギを入
力することができる。例えば、ターボ膨張装置は、初期ガス流の圧力を上昇させ
るために使用されるコンプレッサを運転することができる。初期ガス流内の圧力
が不十分であり、その圧力をターボ膨張装置により十分に上昇させることができ
ない場合、本発明は、また、独立的に作動されるコンプレッサを装置内に組み込
むことも考えられる。
【００２１】 本発明の装置は、従来の装置に優る多岐に亙る有利な点を有している。例えば
、独立的に作動されるコンプレッサ又は冷却装置を必要としないため、本発明の
装置はより簡単で且つより経済的である。更に、本発明の装置は、実質的に任意
の位置にて任意の所望の流れパラメータに適合するよう効果的に製造することが
できる。例えば、本発明の一つの特徴的な実施の形態は、本発明の装置をトレー
ラのような可動のプラットホーム上に組み込むことである。次に、この可動のユ
ニットは源泉、工場、燃料補給ステーション又は分配施設のような位置に配置す
ることができる。
【００２２】 本発明の追加的な有利な点は、この装置及び方法を最終的なガス流を精製する
と同時に、精製した成分ガス流を分離するために使用可能な点である。例えば、
ＬＮＧを製造する間、この装置は、その対応する市場にてその後に独立的に使用
するため、存在する実質的に純粋なプロパン、ブタン、エタン及び任意の他のガ
スを凝縮すべくガスの組成に対応して設計することができる。全ての成分ガスを
除去することにより、最終的なメタンガスを実質的に精製することもできる。従
って、本発明の装置及び方法は、過剰に高濃度の不要な成分を有するため、永年
に亙って蓋されてきたガス井を効果的に稼動させるためにも使用することができ
る。
【００２３】 本発明の上記その他の有利な点並びに目的が得られるようにするため、添付図
面に図示したその特別な実施の形態を参照することにより上記に簡単に説明した
本発明の特別な説明が明らかになるであろう。これらの図面は本発明の一つの典
型的な実施の形態を示すものに過ぎず、このため、本発明の範囲を限定するもの
とみなすべきではないことを理解しつつ、本発明を、添付図面を使用して更に具
体的に且つ詳細に説明する。
【００２４】
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
図１には、本発明の特徴を具体化するガス処理装置１の一つの実施の形態が図
示されている。装置１は任意の型式の混合ガス流と共に使用可能とすることがで
きるが、天然ガスを使用する場合に関して装置１の作動について説明する。天然
ガスは、メタンを含み、また、プロパン、ブタン、ペンタン及びエタンのような
その他のより高級炭化水素を含む。一つの実施の形態において、装置１は、主と
してメタンである液化天然ガス（ＬＮＧ）を製造し得るようにより高級な炭化水
素を天然ガスから実質的に除去する設計とされている。
【００２５】 図１に図示するように、加圧した最初の混合ガス流１００は装置１内に導入さ
れる。混合ガス流１００は、源泉から来る殆どの天然ガスに見られるように、複
数の混合した成分ガスを含んでいる。以下に更に詳細に説明するように、第一の
成分流１０２、第二の成分流１０４、最終的な液体流１０６、最終的なガス流１
０８が装置１から出る。
【００２６】 任意のガス圧にて、混合したガス流１００内の成分ガスの各々は、ガスが凝縮
して液体になるときの凝縮点又は凝縮温度が相違している。本明細書に開示した
ように、この原理は、ガス流１００の分離、冷却及び液化に使用される。ここに
開示した実施の形態は少なくとも３つの成分ガスに対する方法を説明するが、最
小又は最大成分の数又は分離ステップの数に関して何ら制限は存在しない。混合
したガス流１００は、少なくとも２つのガスがあればよく、また、可能なガスの
数に関して何ら制限はない。同様に、通常、個々の成分は連続的に且つ個々に除
去されるが、本発明はかかる制限的条件を何ら含んでいない。別個のガス成分群
を分離することは本発明の範囲に属するが、以下の説明は単一の成分流の分離に
関するものである。
【００２７】 通常、ガス流１００は、１７２３．６９ｋｐａ（２５０ｐｓｉａ）以上の圧力
、好ましくは３４４７．３８ｋｐａ（５００ｐｓｉａ）以上、より好ましくは６
８９４．７６ｋｐａ（１０００ｐｓｉａ）以上の圧力にてガス処理装置１に供給
される。これらの圧力は、ガス井から自然に得ることができ、又は１つ以上のコ
ンプレッサを使用することでエネルギを追加することにより得ることができる。
液化過程にて大きい圧力降下が有効であるため、通常、初期圧力はより高圧であ
ることが好ましい。ガス流１００の必要な初期圧力に影響する因子の幾つかは、
必要な出力圧力及び温度、ガス混合体の組成及び異なる成分の熱容量である。ガ
ス流１００は加圧されるため、このガス流は性質上、冷却能力を含む。膨張させ
るだけでその流れの全体を冷却することができる。更に、その流れの成分が液相
に凝縮し且つ分離されたならば、その液相の流れもまた、冷却のため膨張させる
ことができる。
【００２８】 分離及び液化過程に先立ち又はこの過程に伴うことがしばしばである前処理ス
テップは何れの図面にも図示されておらず、また、本発明はこの前処理ステップ
に影響を与えるものではない。前処理ステップは、説明する冷却サイクルの上流
に配置した別個のステップとし又は１つの冷却サイクル又は色々な冷却サイクル
の全ての下流にて行うことさえも可能である。当該技術分野にて教示され且つ市
場にて容易に入手可能な公知の手段の幾つかは、酸性ガスを除去するためアミン
を含み、また常にメルカプタンを含む水相を使用する吸着過程と、簡単な圧縮及
び冷却過程とを含み、その後、不要な水を除去するための２相のガス液体の分離
過程を行い、また、水銀、水及び酸性ガスのような汚染物質を除去するため吸着
床及び再生可能な分子ふるいを含む。
【００２９】 図１を再度参照すると、分離、冷却及び液化過程の最初のステップは、混合し
たガス流１００を１つ以上の第一の熱交換器１０を通すことを含む。第一の熱交
換器１０は、混合したガス流１００の温度を第一の成分と称される凝縮点以下ま
で降下させる。この最初の成分は、最高凝縮点を有する１つ又は２つ以上のガス
として規定される。例えば、一つの実施の形態において、この第一の成分はプロ
パンとすることができる。第一の熱交換器１０の効果的な冷却は選択的に制御さ
れ、また、一部分、凝結すべきガスの型式により決まる。
【００３０】 以下に更に詳細に説明するように、第一の熱交換器１０に対する冷媒は、第一
の成分流１１０及び最終的なガス流１０８という２つの冷却流から来る。代替的
な実施の形態において、第一の熱交換器１０内で冷却するためには、流れ１０８
、１１０の一方のみが必要である。混合したガス流１００は凝縮した第一の成分
を含む混合したガス流１１４として第一の熱交換器１０から去る。
【００３１】 異なるプロセス流の各々は、その流れが本発明の装置内にて加熱、冷却、膨張
、蒸発、分離及び／又はその他の操作が為されるとき、その物理的性質を変化さ
せることが分かる。流れの名称は変更しないが、その参照番号を変更することで
その流れの幾つかの性質が変化したことを簡単に示す。
【００３２】 また、本発明は、熱交換の型式又は順序によって制限されないことも認識する
べきである。第一の熱交換器１０は、単に、第一の成分の凝縮を促進し得るよう
に、ガス流１００から十分なエネルギ又は熱を除去しなければならない。この熱
の除去は、第一の成分流１１０及び最終のガス流１０８を、個々に又はこれらを
組み合わせて使用することにより、任意の従来の又は新たに開発された熱交換器
にて実現することができる。必要に応じて、２つの冷却流１０８、１１０の冷却
能力は、殆ど無限の仕方にて変更することが可能である。
【００３３】 混合したガス流１１４は、次に、ガス液体分離機１４に進む。かかる分離機は
、多岐に亙る異なる形態にて利用でき、また、熱交換器１０の一部とし又は一部
としないことが自由である。分離機１４は、凝縮した第一の成分を残りのガスか
ら分離する。残りのガスが少なくとも大部分除去された気相は、減少した混合ガ
ス流１１６として分離機１４から出る。凝縮した第一の成分は、第一の液体ガス
流１１８として分離機１４から出る。
【００３４】 液体の第一の成分流１１８は、次に、膨張装置１２を通ることにより冷却され
る。本明細書及び特許請求の範囲にて使用するように、「膨張装置」という語は
、液体又はガスの何れかの圧力を降下させるために使用することのできる全ての
装置及び方法のステップを広く包含することを意図するものである。単に一例で
且つ非限定的に、膨張装置は、穴が形成された板又はジュール・トムソン弁のよ
うな従来の弁を備えることができる。その他の型式の膨張装置は、渦流管及びタ
ーボ膨張装置を含む。また、本発明は、現在、開発中であり又は将来、開発され
るであろう多岐に亙る膨張装置が存在し、かかる装置もまた、「膨張装置」の語
に包含されるものであることも理解する。
【００３５】 膨張装置１２は、膨張装置１２に入る第一の液体成分流１１８と膨張装置１２
から出る第一の成分流１１０との間に圧力降下を生じさせる。この圧力降下の結
果、第一の成分流１１０は、膨張して断熱冷却する。この圧力降下の程度に対応
して、流れ１１０の一部又は全てを蒸発させることができる。この蒸発は、流れ
が液体から蒸気へと相変化する一つの型式の蒸発である。ある程度まで、圧力降
下が大きければ大きい程、流れ１１０の温度は低くなり、また冷却又は蒸発の程
度はより大きくなる。
【００３６】 上述したように、第一の成分流１１０は、次に、熱交換器１０に供給され、こ
の熱交換器１０にて、この成分流１１０は、冷媒として機能し、最初の混合ガス
流１００から熱を吸収し、これによりガス流１００を冷却する。第一の成分流１
１０は冷媒として機能するため、膨張装置１２における圧力の降下程度は、熱交
換器１０について必要とされる冷却程度によって決まる。全体として、第一の成
分流１１０の少なくとも一部分は、第一の熱交換器１０に入るとき、液相に留ま
る。この液体は、第一の熱交換器１０内で蒸発する間、エネルギを吸収するため
、より大きい熱吸収能力を有する。
【００３７】 第一の成分流１１０は、第一の成分流１０２として第一の熱交換器１０から出
る。流れ１０２の圧力及び冷却能力に対応して、流れ１０２は、以下に説明する
ように、装置を通って後方にループ状に送られて更なる冷却を行う。さもなけれ
ば、流れ１０２は、ガスの型式に適合する使用のため、処分し、集め、又はその
他、現場外に輸送することができる。
【００３８】 混合したガス流１００から開示したように第一の成分流１０２を特徴的に除去
する結果、多岐に亙る有利な点が得られる。例えば、第一の熱交換器１０の制御
された温度に対応して、流れ１０２を実質的に純粋な別個の流れとして除去する
ことができる。すなわち、プロパンがガス流１００内の最高級の炭化水素ガスで
ある場合、そのプロパンは、その後の使用又は販売のため、実質的に純粋な状態
の流れ１０２として除去することができる。これと同時に、第一の成分流１１８
を吸引して除去することにより、減少した混合ガス流１１６はより高濃度のメタ
ンを有するように精製されている。
【００３９】 本発明の分離方法のより重要な利点の１つは、最初のガス流１００を冷却する
冷媒として連続的に機能し得るように、最初の混合ガス流１００の一部分を使用
する点である。その結果、殆どの従来の液化装置にて見られるクローズド冷却サ
イクルのような、独立的な冷却サイクルの必要性が解消される。更に、混合した
ガス流１００の初期圧力が十分に高圧であるならば、コンプレッサを使用する等
による、外部エネルギの追加を行うことなく、第一の成分流を分離し且つその成
分流を冷却機構として使用することが可能となる。
【００４０】 その後に、上記の過程は、次の成分ガスを除去すべく混合ガス流１１６に対し
て繰り返して行われる。すなわち、減少した混合ガス流１１６は、１つ以上の第
二の熱交換器２０を通って流れ、残るガス成分の最高凝縮点以下の温度に冷却さ
れる。その結果、第二の成分は混合ガス流１２４内にて凝縮し、第二の熱交換器
２０から去る。また、第二の熱交換器２０用の冷媒は、第二の成分流１２０及び
最終のガス流１０８という２つの冷却流から得ることもできる。
【００４１】 凝縮した第二の成分は、第二のガス液体分離機２４内にて混合したガス流１２
４から液体として除去される。少なくとも第二の成分の大部分を含まない気相は
、第二の減少した混合ガス流１２６として第二の分離機２４から出る。凝縮した
第二の成分は、第二の成分流１２８として第二の分離機２４から出る。一方、第
二の成分流１２８は、第二の膨張装置２２を通り、この第二の膨張装置にて圧力
降下が生ずる。この圧力降下の結果、膨張装置から去る第二の成分流１２０は、
冷却され、殆どの実施の形態において、少なくとも部分的に蒸発する。上述した
ように、第二の成分流１２０は、第二の熱交換器２０を通って流れ、この第二の
熱交換器にて、この第二の成分流は、混合したガス流１１６から熱を吸引する冷
媒として機能する。この第二の熱交換器２０を通った後、第二の成分流は、第二
の成分流１０４として出る。流れ１０２の場合と同様に、流れ１０４は、更なる
冷却のため、装置を通じて循環して戻すか又は独立的な用途のため除去すること
ができる。
【００４２】 （１）混合したガス流を冷却して少なくとも１つの成分を凝縮するステップ、
（２）凝縮した液体成分を分離するステップ、（３）分離した液体成分を膨張に
より冷却するステップ、（４）冷却した成分流を独立的に又は最終のガス流と共
に使用して、流入するガス流を冷却するステップという工程ステップは、必要及
び所望に応じて多数回、繰り返すことができることを認識すべきである。すなわ
ち、上記の過程は、所望の多くの別個の成分を独立的に吸引して除去するために
繰り返して行うことができる。このようにして、別個の成分ガスを実質的に純粋
な形態にて独立的に吸引して除去することができる。これと代替的に、成分ガス
を所望のガス群ごとに吸引して除去してもよい。
【００４３】 この例において、更なる成分を吸引して除去しない場合、第二の減少した混合
ガス流１２６は、第三の熱交換器３０を通して流すことにより更に冷却し、最終
の混合したガス流１３２を形成する。第三の熱交換器３０用の冷媒は、最後のガ
ス流１０８を含む。最後の混合ガス流１３２は、所望の最終製品に対応して、最
初のガス流１００中の任意の成分又はガス成分の組み合わせの最低凝縮点を有す
る単一の精製成分とすることができる。
【００４４】 一つの実施の形態において、最終の混合したガス流１３２は、気相にて実質的
に純粋なメタンである。ガス流１３２を液化するためには、ガス流１３２は、膨
張装置３２を通って流れ、圧力降下を生じさせる。この圧力降下はガス流１３２
を冷却して、ガス流１３２の少なくとも一部分を最終のガス液体分離機３４まで
流れるとき液化する。液化されたガスは、最終の液体流１０６として分離機から
出る一方、分離機３４内のガス又は蒸気は最終のガス流１０８として出る。上述
したように、最終のガス流１０８は、このガス流が冷媒として機能する熱交換器
１０、２０、３０の各々を通って後方に流れる。次に、最終のガス流１０８は、
装置内に再循環し、現場から輸送し又は従来の家庭又は業務用途のため都市ガス
管に接続することができる。一つの実施の形態において、最終のガス流１０８は
、約６８９．４７６ｋｐａ（約１００ｐｓｉａ）以下、より好ましくは、約３４
４．７３８ｋｐａ（約５０ｐｓｉａ）以下の圧力を有する。
【００４５】 上述したように、最終的な液体製品流１０６を形成するため液化装置１の作動
は、コンプレッサを使用する等のようなエネルギを追加せずに、実現することが
できる。しかしながら、このように装置を作動させるためには、典型的に、ガス
流１００の入力圧力が約３４４７．３８ｋｐａ（約５００ｐｓｉａ）以上、より
好ましくは、約６８９４．７６ｋｐａ（約１０００ｐｓｉａ）以上であることを
必要とする。高比率の液体メタンを得るためには、入力圧力は１０３４２．１ｋ
ｐａ（１５００ｐｓｉａ）、より好ましくは、約１３７８９．５（約２０００ｐ
ｓｉａ）以上であることが好ましい。源泉圧力が不十分な場合、本発明は、コン
プレッサを使用して最初の混合したガス流１００の圧力を上昇させることが考え
られる。
【００４６】 図２乃至図７には、装置１の代替的な実施の形態が図示されている。異なる実
施の形態は、本発明のフレキシビリティを実証することを目的とする、非限定的
な実施例とすることを意図するものである。
【００４７】 図２には、最初のガス流１００は、最初に、コンプレッサ８０を通って流れ、
装置に入る前に圧力を上昇させる。コンプレッサ８０のエネルギ必要量を最小に
するため、図１の膨張装置３２は、ターボ膨張装置８２から成っている。ターボ
膨張装置８２は、タービンを回転させると同時に、混合したガス流１３２の膨張
を促進する。タービンは、コンプレッサ８０を運転する機械的エネルギ又は電気
エネルギを発生させるために使用することができる。従って、ターボ膨張装置８
２により運転されるコンプレッサ８０を使用することにより、外部のエネルギ源
を追加することを必要とせずに、初期ガス圧力を上昇させることができる。代替
的な実施の形態において、外部モータのような追加的なエネルギ源を使用して、
コンプレッサ８０を独立的に駆動し又はその駆動を助けることができる。
【００４８】 必ずしも必要ではないが、一つの実施の形態において、コンプレッサ８０から
去る圧縮ガス流１００´は、前置熱交換器８３を通って流れる。熱交換器８３は
、周囲環境に対応する多岐に亙る形態を備えることができる。例えば、熱交換器
８３は、従来の周囲空気冷却式熱交換器とすることができ、又は利用可能である
ならば、河川又は湖のような異なる水源を熱交換器８３の冷却要素として使用す
ることができる。予備的に冷却したガス流１０１は、熱交換器８３から第一の熱
交換器１０まで流れ、この第一の熱交換器１０にて、図１に関して上述した過程
が行われる。
【００４９】 勿論、コンプレッサ８０は、装置に沿った任意の箇所にてガス流を圧縮するた
めに使用することができる。更に、コンプレッサ８０は、同様に、ターボ膨張装
置８２により運転される冷却装置と交換することが可能である。この冷却装置は
、装置に沿った任意の箇所にてガス流を更に冷却するために使用することができ
る。
【００５０】 図３に図示した実施の形態において、第一の成分流１０２及び第二の成分流１
０４は同様にターボ膨張装置８２により作動されるコンプレッサ８０内に供給さ
れる。形成される圧縮されたガス流１５０は最初の混合ガス流１００内に供給し
て戻され、これにより、冷媒として使用するため色々な成分流を再循環する。更
に、成分流１０２、１０４の温度に対応して、成分流１００内に圧縮したガス流
１５０を供給することで成分流１００の温度を降下させることもできる。
【００５１】 図４に図示した別の実施の形態において、コンプレッサ８０は、ガス液体分離
機３４から出る最終のガス流１０８を圧縮し得る形態とされている。コンプレッ
サ８０は、再度、最終の混合ガス流１３２が貫通して流れるターボ膨張装置８２
により駆動される。コンプレッサ８０から去る最終のガス流１０８は、膨張装置
８４を通って流れることにより冷却される。次に、冷却されたガス流１０８は図
１に関して上述したように、熱交換器１０、２０、３０の各々を通って流れ、貫
通して流れる混合ガス流の冷却を促進する。
【００５２】 図５に図示した同様の実施の形態において、最終のガス流１０８は、再度、タ
ーボ膨張装置８２により駆動されるコンプレッサ８０によって再度、圧縮される
。しかしながら、単一の膨張装置８４を使用することに代えて、別個の膨張装置
８４ａ、８４ｂ、８４ｃが熱交換器１０、２０、３０とそれぞれ接続されている
。最終のガス流１０８は、膨張装置８４ａ、８４ｂ、８４ｃと並列に接続されて
いる。その結果、膨張装置８４ａ、８４ｂ、８４ｃによる最終のガス流１０８の
冷却は、熱交換器１０、２０、３０の各々に対して等しく有効である。
【００５３】 最終のガス流１０８は、図１に関して上述したように、通常、家庭用及び業務
用ガスの需要量を供給する出力管に接続されている。しかしながら、かかる管に
接続するためには、ガスは通常、約２７５．７９０ｋｐａ（約４０ｐｓｉａ）以
上の最小圧力を有することが必要となる。図６に図示するように、最終のガス流
１０８の圧力が必要な最小圧力以下に降下した場合、最終のガス流１０８はター
ボ膨張装置８２により作動されるコンプレッサ８０を通じて供給することができ
る。次に、出るガス流１５２は、出力管に接続するため必要な最小圧力を有する
ことになる。必要なガスの量に対応して、第一の成分流１０２及び第二の成分流
１０４を最終のガス流１０８内に供給することができる。
【００５４】 図７に図示した更に別の実施の形態において、加圧した混合ガス流２００は、
最初の熱交換器４０内で最終のガス流２０２により冷却される。図１の場合と同
様に、最初の熱交換器４０は、混合したガス流２００中の第一の成分を凝縮させ
る。凝縮した第一の成分は、液体ガス分離機４２内で形成される混合ガス流２０
４の残りのガスから分離される。気相成分は減少した混合ガス流２０６として分
離機４２から出る。凝縮した第一の成分は第一の液体成分流２０８として分離機
４２から出る。第一の液体成分流２０８は、第一の膨張装置４４を通って流れる
ことにより冷却され、冷却した第一の成分流２１０を形成する。
【００５５】 本発明と図１に図示した実施の形態との相違点は、第一の熱交換器４０内で加
圧した混合ガス流２００を冷却するため第一の成分流２１０を使用することに代
えて、第一の成分流２１０は、次の分離サイクルの熱交換器内で冷媒として使用
される点である。この特別な実施の形態において、第一の成分流２１０は、第二
の熱交換器５０を通って流れるとき、この減少した混合ガス流２０６を冷却する
。最終のガス流２０２を使用することにより、第二の熱交換器５０内で更に冷却
することも可能である。第一の成分流２１０は、第一の成分流２１４として第二
の熱交換器５０から出る。減少した混合ガス流２０６は第二の熱交換器５０内で
冷却され、これにより、凝縮した第二の成分を有する混合ガス流２１６を形成す
る。
【００５６】 次に、混合したガス流２１６は混合したガス流２０４について上述したものと
同一の工程ステップに従う。この工程は、第二のガス液体分離機５２内で凝縮し
た第二の成分を残りの気相成分から分離することで続行する。残りの気相成分は
第二の減少した混合ガス流２１８として第二の分離機５２から出る。凝縮した第
二の成分は第二の液体成分流２２０として第二の分離機５２から出る。第二の液
体成分流２２０は第二の膨張装置５４を通って流れ、冷却した第二の成分流２２
２を形成する。
【００５７】 次に、第二の成分流２２２を使用して、第三の熱交換器６０内の第二の減少し
た混合ガス流２１８を冷却する。また、最終のガス流２０２を使用することによ
り、第三の熱交換器６０内で更なる冷却を行うこともできる。次に、第二の成分
流２２２は第二の成分流２２６として第三の熱交換器６０から出る。第二の減少
した混合ガス流２１８は、第三の熱交換器６０内で冷却され、最終の混合ガス流
２２８を形成する。次に、この最終の混合ガス流２２８を膨張装置６２を通じて
膨張させ、冷却した低圧の液体及びガス製品を形成する。液体及びガス製品は最
後のガス液体分離機６４内で分離される。液体は最終の液体流２３０として工程
から出て、気相は最終のガス流２０２として最後の分離機６４から出る。最終の
ガス流２０２は、上述したように、熱交換器４０、５０、６０を通じて後方に流
れる。
【００５８】 図８には、混合したガス流を冷却し、凝縮した成分を形成することと、その凝
縮した成分を残りのガスから分離することと、液体成分を膨張させることと、冷
却し且つ膨張した成分を更なる冷却のために使用することと成る単一過程サイク
ルのより詳細なフロー図が図示されている。
【００５９】 減少した混合ガス流３００は、第一のガス液体分離機７０から出て、第一の熱
交換器７２を通って流れることにより冷却される。最終のガス流３０２は、第一
の熱交換７２に対する冷媒として機能する。冷却した且つ減少した混合ガス流３
０４は第二の熱交換器７４内で更に冷却される。冷却した成分流３０６は第二の
熱交換器７４用の冷媒として機能する。図８の第一及び第二の熱交換器７２、７
４は図１の熱交換器１０に対応する。第二の熱交換器７４は減少した混合ガス流
３０４をその流れの最高級成分の凝縮点以下まで冷却し、これにより、第二のガ
ス液体分離機７６内で分離されるガス及び液体の混合体を形成する。気相は、次
に第二の分離機７６から出て、次のサイクルに入る。凝縮した液体成分はジュー
ル・トムソン膨張弁７８を通じて膨張され、この膨張弁が液体を蒸発させるのみ
ならず、その流れを膨張により更に冷却し、冷却した成分流３０６を形成する。
成分流３０６は第二の熱交換器７４内の減少した混合ガス流３０４を冷却した後
、この成分流は成分流３１０として工程から出る。
【００６０】 図１乃至図８に図示した上記の装置及びその変形例は、異なる機能を果たすた
め多岐に亙る異なる環境及び形態にて使用することができる。例えば、上述した
ように、本発明の装置の基本的な作用の一つは、液化天然ガス（ＬＮＧ）を製造
することである。ＬＮＧは、自動車及びその他の型式のモータ駆動装置又は機械
を運転する代替燃料として益々重要となりつつある。ＬＮＧの必要な需要量を生
産するため、本発明の装置は小型、中程度及び大型の容量に対応し得るよう選択
的に設計し且つ製造することができる。
【００６１】 例えば、本発明の装置の一つの好ましい適用例は、従来の輸送パイプラインか
ら受け取った天然ガスを液化することである。入口天然ガス流は、通常、約３４
４７．３８ｋｐａ（約５００ｐｓｉ）乃至約６２０５．２８ｋｐａ（約９００ｐ
ｓｉ）のパイプライン圧力を有し、製品の液体天然ガス流は約３．７８５４キロ
リットル（約１，０００ガロン）／日乃至約３７．８５４１キロリットル（約１
０，０００ガロン）／日の範囲の流量を有することができる。本発明の装置は最
高需要貯蔵に使用することができる。この実施の形態において、約３４４７．３
８ｋｐａ（約５００ｐｓｉ）乃至約６２０５．２８ｋｐａ（約９００ｐｓｉ）に
てパイプラインガスが液化され、最高需要時に使用し得るように大型のタンクに
貯蔵される。しかしながら、製品の液体天然ガス流の容積は、通常、約２６４．
９７９キロリットル（約７０，０００ガロン）／日乃至約３７８．５４１キロリ
ットル（約１００，０００ガロン）／日の範囲のように極めて多量である。輸出
用貯蔵も最高需要貯蔵と同様である。輸出用貯蔵において、多量のＬＮＧが製造
され且つ海上輸送する前に貯蔵される。この実施の形態において、通常約３７８
５．４１０キロリットル（約１００万ガロン）／日乃至約１１３５６．２３キロ
リットル（約３００万ガロン）／日の範囲といった更に多量の液体天然ガスが製
造される。
【００６２】 大部分の天然ガス処理施設はその設計パラメータのため大規模に製造するとき
にのみ経済的である一方、本発明の装置は小規模にて容易に且つ効果的に製造す
ることができる。その理由は、本発明の装置は、独立的に作動する冷却装置又は
コンプレッサのような外部エネルギの必要性が最小であり、また全く不要である
ことがしばしばである比較的簡単な連続的なフロー過程であるからである。本発
明の装置は、源泉又はガスライン圧力に基づいてのみ運転できることもしばしば
である。その結果、本発明の装置は、小規模の施設、燃料補給ステーション、供
給点及びその他の所望の個所にてＬＮＧを生産し得るよう製造することができる
。また、本発明の装置は、大型の貯蔵タンクが不要であるように需要時に製造し
得る設計とすることもできる。
【００６３】 この装置の自己作動型式の更なる有利な点は、遠方の場所にて作動するのに最
適な点である。例えば、この装置はガスの処理のため個々の源泉に配置すること
ができる。このことは、装置が１３７８９．５ｋｐａ（２，０００ｐｓｉ）以上
となることがしばしばである高圧の源泉圧力を使用し、装置の作動を促進するこ
とができる点で有意義である。同時に、この装置は従来の輸送パイプラインに供
給すべく、通常６８９４．７６ｋｐａ（１，０００ｐｓｉ）以下の形成される精
製ガスの圧力を降下させる一方にて、天然ガスから不要な不純物を別個の成分と
して除去することが可能である。一つの実施の形態において、図１の最終の混合
流１３２を液化のため膨張装置３３を通して流す代わりに、最終の混合流１３２
は、輸送パイプライン内に直接供給することができる。これと代替的に、最終の
ガス流１０８は輸送パイプラインに接続してもよい。
【００６４】 図９に図示するように、本発明は、また、必要に応じて異なる使用箇所まで容
易に輸送可能な可動ユニット９５とすることも考えられる。可動ユニット９５は
、車輪９７を有する可動トレーラ９６に取り付けられる装置１を備えている。こ
れと代替的に、可動装置９５は車輪を備えずに、単に可動又は輸送可能としても
よい。可動ユニット９５は、実質的に任意の位置にて使用することができる。例
えば、可動ユニット９５は、ガス井９８と直接接続し得るようにガス掘削箇所に
配置することができる。
【００６５】 可動ユニット９５のような小規模の装置を製造することの更なる有利な点は、
装置を一層良く隔離し得ることである。例えば、図１０に図示するように、破線
３２２にて表示した単一の負圧チャンバ内に熱交換器１０、２０、３０の各々が
収容される。これと代替的に、破線３２４で表示した負圧チャンバはガス液体分
離機１４、２４と共に、膨張装置１２、２２を収容することもできる。代替的な
実施の形態において、負圧チャンバは任意の所望の要素を収容し得る設計とする
ことができる。かかる負圧チャンバを内蔵することは、大型の装置では実質的に
不可能であるが、本発明の小型の装置にて顕著な節約をもたらす。
【００６６】 本発明の装置の更なる用途はガスの精製である。例えば、窒素のような不要な
ガスを高濃度にて含む多くの製造ガス井が存在する。洗浄のためガスが大型の処
理工場に輸送するよりも、その井を単に蓋してしまう方がより経済的であること
がしばしばである。しかしながら、本発明を使用することにより、小型の可動装
置を源泉に直接配置することができる。次に、特定のガスを受け入れ得るように
装置を調節することにより、色々な凝縮サイクルを使用して一又は複数の不要な
ガスを吸引して除去し、次に、そのガスを排気し又はその他の方法で処分するこ
とができる。次に、残りの精製ガスは使用のため輸送することができる。勿論、
代替例において、所望のガスを最後の残りのガスを不要な製品として残される間
に、色々な凝縮サイクルにて選択的に吸引して除去することができる。
【００６７】 更に別の代替的な用途において、本発明の装置は、大型の貯蔵施設又はタンク
内の蒸気損失分を捕獲するために使用することができる。すなわち、ＬＮＧは最
高需要時に使用するため又はタンカーで海上輸送するため大型のタンク内に貯蔵
されることがしばしばである。ＬＮＧは、貯蔵されたタンク内で温まるため、そ
のガスの一部が蒸発する。タンクの破壊を防止するため、そのガスは貯蔵タンク
の臨界的な圧力限界値を超えないようにゆっくりと排気しなければならない。し
かしながら、天然ガスを大気中に排気する結果、安全上及び環境上の幾つかの問
題が生じる。更に、このことはガスを損失する結果となる。
【００６８】 図１１には、ＬＮＧ３１４を保持する大型の貯蔵タンク３１２が図示されてい
る。タンク３１２内の圧力が所望の限界値を超えると、蒸発したガス流３１６は
タンク３１２から去り且つコンプレッサ８０により圧縮される。一つの実施の形
態において、この過程はタンク３１２内の圧力の蓄積によって行うことができる
。この実施の形態において、コンプレッサ８０を運転するための戻りガスと共に
ターボ膨張装置８２を使用することが可能である。代替的な実施の形態において
、コンプレッサ８０を運転するため外部の発電機又はその他の電源が使用される
。圧縮ガス流３１８はコンプレッサ８０から出て且つ熱交換器１０に戻り、この
熱交換器にて、図１に関して説明したのと実質的に同様にして冷却過程が開始す
る。しかしながら、相違点の１つは、成分ガス流１０２、１０４が単にタンク３
１２に戻される点である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のガス処理装置の一つの可能な実施の形態を示す、概略図的なフロー図
である。
【図２】 コンプレッサを作動させるターボ膨張装置を内蔵する図１に図示した装置の概
略図的なフロー図である。
【図３】 コンプレッサが代替的なガス流を圧縮する、図２に図示した装置の概略図的な
フロー図である。
【図４】 図２に図示した装置の図３と別の概略図的なフロー図である。
【図５】 図２に図示した装置の図３と別の概略図的なフロー図である。
【図６】 図２に図示した装置の図３と別の概略図的なフロー図である。
【図７】 図１に図示した装置の一つの代替的な形態の概略図的なフロー図である。
【図８】 図１に図示したサイクルの一つの一例を示す概略図的なフロー図である。
【図９】 図１に図示した装置を内蔵する可動ユニットの斜視図である。
【図１０】 負圧チャンバを内蔵する図１に図示した装置の概略図的なフロー図である。
【図１１】 貯蔵タンクから蒸気を再凝縮し得るよう改造した、図１に図示した装置の概略
図的なフロー図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 マッケラー，マイケル・ジー アメリカ合衆国アイダホ州83402，アイダ ホ・フォールズ，ペギーズ・レイン 2000 Ｆターム(参考） 4D047 AA07 AA10 AB01 AB08 CA03 CA04 CA16 CA17 DA01 DA17 EA00

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２つの成分を有する加圧した混合ガス流を分離し
    且つ冷却する、コンプレッサ不使用の方法であって、個々の分離した成分の各々
    の潜在エネルギがこの方法により捕獲され、加圧した混合ガス流を更に冷却する
    方法において、 ａ．混合したガス流中の第一の成分の凝縮点以下の温度まで混合したガス流を
    冷却するステップと、 ｂ．凝縮した第一の成分を混合したガス流から分離し、これにより、第一の液
    体成分流を形成するステップと、 ｃ．第一の液体成分流を膨張により冷却するステップと、 ｄ．膨張した第一の成分流を使用して混合したガス流を冷却するステップとを
    備える、方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、凝縮した第一の成分を分離
    する前、膨張した第一の成分流を使用して混合したガス流を冷却する、方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、凝縮した第一の成分を分離
    した後、膨張した第一の成分流を使用して混合したガス流を冷却する、方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の方法において、 ａ．凝縮した第一の成分を分離した後、混合したガス流を膨張させ、液相及び
    気相を形成するステップと、 ｂ．液相を気相から分離するステップと、 ｃ．気相を使用して混合したガス流を冷却するステップとを更に備える、方法
    。
  5. 【請求項５】 加圧した混合ガス流の１つ以上の成分を分離し且つ冷却する
    方法において、 ａ．加圧した混合ガス流を第一の熱交換器内で冷却し、その第一の成分を凝縮
    するステップと、 ｂ．凝縮した第一の成分を混合ガス流から分離し、これにより、液相の第一の
    成分流を形成するステップと、 ｃ．第一の成分流を第一の膨張装置を通じて流し、第一の成分流を冷却するス
    テップと、 ｄ．膨張した第一の成分流を使用して混合したガス流を冷却するステップとを
    備える、方法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の方法において、膨張した第一の成分流を使
    用して混合したガス流を冷却するステップが、膨張した第一の成分流を第一の熱
    交換器内に供給することを含む、方法。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の方法において、混合したガス流を冷却する
    ステップが、混合したガス流を複数の熱交換器を通じて流すことを含む、方法。
  8. 【請求項８】 請求項５に記載の方法において、 ａ．第二の熱交換器内で凝縮した第一の成分を分離した後、混合したガス流を
    冷却し、その第二の成分を凝縮するステップと、 ｂ．凝縮した第二の成分を混合したガス流から分離し、これにより、液体状態
    の第二の成分流を形成するステップと、 ｃ．第二の成分流を第二の膨張装置を通じて流し、第二の成分流を冷却するス
    テップと、 ｄ．膨張した第二の成分流を使用して混合したガス流を冷却するステップとを
    備える、方法。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の方法において、膨張した第一の成分流を使
    用して混合したガス流を冷却するステップが、膨張した第一の成分流を第二の熱
    交換器内に供給することを含む、方法。
  10. 【請求項１０】 請求項５に記載の方法において、 ａ．凝縮した第一の成分を分離した後、混合したガス流を膨張させ、液相及び
    気相を形成するステップと、 ｂ．液相を気相から分離するステップと、を備える方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の方法において、気相を第一の熱交換器
    に供給し混合したガス流を冷却するステップを更に備える、方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の方法において、凝縮した第一の成分を
    分離した後、混合したガス流を膨張させるステップが、実質的にメタンである混
    合したガス流を含む、方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１０に記載の方法において、凝縮した第一の成分を
    分離した後、混合したガス流を膨張させるステップが、混合したガス流をターボ
    蒸発膨張装置を通じて流すことを含む、方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の方法において、加圧し且つ混合したガ
    ス流を第一の熱交換器内で冷却する前に、混合したガス流を少なくとも部分的に
    ターボ膨張装置により作動されるコンプレッサを通じて流すステップを更に備え
    る、方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１３に記載の方法において、 ａ．少なくとも部分的にターボ膨張装置により作動されるコンプレッサを通じ
    て第一の成分流を流すステップと、 ｂ．圧縮した第一の成分流を混合したガス流中に供給して戻すステップとを更
    に備える、方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１３に記載の方法において、少なくとも部分的にタ
    ーボ膨張装置により作動されるコンプレッサを通じて気相を流すステップを更に
    備える、方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の方法において、 ａ．圧縮した気相を膨張させるステップと、 ｂ．膨張した気相を第一の熱交換器に供給し混合したガス流を冷却するステッ
    プとを更に備える、方法。
  18. 【請求項１８】 天然ガスから１つ以上の成分を分離する方法において、 ａ．ガス井により発生された天然ガスの圧力のみによりガス井からの天然ガス
    流を熱交換器に供給し、該熱交換器が天然ガスを冷却し、その第一の成分を凝縮
    するようにすることと、 ｂ．凝縮した第一の成分を天然ガス流から分離し、これにより、液体状体の第
    一の成分流を形成することと、 ｃ．第一の成分流を膨張装置を通じて流し、第一の成分流を冷却することと、 ｄ．膨張した第一の成分流を使用して天然ガス流を冷却することとを備える、
    方法。
  19. 【請求項１９】 ガスを液化する方法において、 ａ．ガス流を熱交換器を通じて供給し該ガス流を冷却することと、 ｂ．冷却したガス流をターボ膨張装置を通じて流し、エネルギを発生させ且つ
    ガス流を液相及び蒸気相に変化させることと、 ｃ．少なくとも部分的にターボ膨張装置により発生されたエネルギからコンプ
    レッサを作動させ、該コンプレッサが熱交換器内に供給する前にガス流を圧縮す
    るようにすることとを備える、方法。
  20. 【請求項２０】 ガスを液化する方法において、 ａ．ガス流を熱交換器を通じて供給し該ガス流を冷却することと、 ｂ．冷却したガス流をターボ膨張装置を通じて流し、エネルギを発生させ且つ
    ガス流を液相及び蒸気相に変化させることと、 ｃ．少なくとも部分的にターボ膨張装置により発生されたエネルギにより作動
    されるコンプレッサ内のターボ膨張装置により発生された蒸気相を圧縮すること
    と、 ｄ．圧縮した蒸気相を冷却することと、 ｅ．冷却した蒸気相を熱交換器を通じて流し、通過するガス流を冷却すること
    とを備える、方法。
  21. 【請求項２１】 加圧したガス流の成分を分離し且つ冷却する方法において
    、 ａ．第一の成分と、第二の成分と、第三の成分とから成る加圧した混合ガス流
    を冷却し、該混合したガス流が第一の成分を凝縮し得るのに十分に冷却されるよ
    うにするステップと、 ｂ．凝縮した第一の成分を混合したガス流から分離し、これにより、液体状態
    の第一の成分流を形成するステップと、 ｃ．第一の成分流を膨張を介して冷却するステップと、 ｄ．膨張した第一の成分流を使用して混合したガス流を冷却するステップと、 ｅ．第一の成分が分離された後、混合したガス流を更に冷却し、第二の成分を
    凝縮するステップと、 ｆ．凝縮した第二の成分を混合したガス流から分離し、これにより、液体状態
    の第二の成分流を形成するステップと、 ｇ．第二の成分流を膨張を介して冷却するステップと、 ｈ．膨張した第二の成分流を使用して混合したガス流を冷却するステップとを
    備える、方法。
  22. 【請求項２２】 請求項２１に記載の方法において、膨張した第一の成分流
    を使用して混合したガス流を冷却するステップが、膨張した第一の成分流を混合
    したガス流と熱交換し、第一の成分の凝縮を促進することを含む、方法。
  23. 【請求項２３】 請求項２１に記載の方法において、 ａ．第二の成分が除去された後、混合したガス流をターボ膨張装置を通じて流
    し、これにより、エネルギを発生させ且つ混合したガス流を液相及び気相に変換
    するステップと、 ｂ．ターボ膨張装置を通じて流す前に、気相を使用して混合したガス流を冷却
    するステップとを更に備える、方法。
  24. 【請求項２４】 請求項２３に記載の方法において、第一の成分を凝縮する
    前に、混合したガス流を少なくとも部分的にターボ膨張装置からのエネルギによ
    り作動されるコンプレッサ内で圧縮する、方法。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の方法において、第一の成分を凝縮する
    前に、コンプレッサからの圧縮したガス流を周囲熱交換器を通じて流し、圧縮し
    たガス流を更に冷却することを更に備える、方法。
  26. 【請求項２６】 ガス処理装置において、 ａ．複数の成分を有する混合したガス流を受け入れる形態とされた第一の熱交
    換器と、 ｂ．該第一の熱交換器と流体的に接続され、液体流出口と、ガス流出口とを有
    する第一のガス液体分離機と、 ｃ．第一のガス液体分離機の液体流出口に接続され、混合したガス流が第一の
    熱交換器を通って流れるとき、該混合したガス流の冷却を促進し得るように第一
    の熱交換器と流体的に接続された第一の膨張装置とを備える、ガス処理装置。
  27. 【請求項２７】 請求項２６に記載のガス処理装置において、 ａ．第一のガス液体分離機のガス流出口に流体的に接続された最後の熱交換器
    と、 ｂ．その下流の第二の熱交換器と流体的に接続された最後の膨張装置と、 ｃ．その下流の第二の膨張装置と流体的に接続された最後のガス液体分離機と
    を更に備える、ガス処理装置。
  28. 【請求項２８】 請求項２７に記載のガス処理装置において、最後の膨張装
    置がターボ膨張装置を備える、ガス処理装置。
  29. 【請求項２９】 請求項２７に記載のガス処理装置において、最後の膨張装
    置が渦流管を備える、ガス処理装置。
  30. 【請求項３０】 可動のガス処理装置において、 ａ．車輪が取り付けられたフレームを有するトレーラと、 ｂ．該トレーラに取り付けられた混合ガス処理装置とを備え、該処理装置が、 （ｉ）混合したガス流を受け入れ得る形態とされた第一の熱交換器と、 （ｉｉ）第一の熱交換器と流体的に接続され、液体流出口と、ガス流出口と
    を有する第一のガス液体分離機と、 （ｉｉｉ）第一のガス液体分離機の液体流出口に流体的に接続された第一の
    膨張装置であって、混合したガス流が第一の熱交換器を通って流れるとき混合し
    たガス流の冷却を促進し得るように第一の熱交換器と更に流体的に接続された第
    一の膨張装置とを備える、可動のガス処理装置。
  31. 【請求項３１】 請求項３０に記載の可動のガス処理装置において、 ａ．第一のガス液体分離機のガス流出口に流体的に接続された第二の熱交換器
    と、 ｂ．該第二の熱交換器と流体的に接続され、液体流出口と、ガス流出口とを有
    する第一のガス液体分離機と、 ｃ．該第二のガス液体分離機の液体流出口に流体的に接続され、混合したガス
    流が第二の熱交換器を通って流れるとき混合したガス流の冷却を促進し得るよう
    に第二の熱交換器と流体的に接続された第二の膨張装置とを更に備える、可動の
    ガス処理装置。
  32. 【請求項３２】 請求項３１に記載の可動のガス処理装置において、第一の
    熱交換器及び第二の熱交換器の双方が単一の負圧チャンバ内に収容される、可動
    のガス処理装置。
JP2000539305A 1997-12-16 1998-12-16 純度の異なるガスの冷却、液化及び分離装置及びその方法 Withdrawn JP2002508498A (ja)

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