JP2002532674A - 天然ガス液化のための二重多成分冷凍サイクル - Google Patents

天然ガス液化のための二重多成分冷凍サイクル

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Abstract

(57)【要約】 低レベル冷凍剤が天然ガスを冷却し液化し、高レベル冷凍剤が低レベル冷凍剤を冷却する2つのクローズドサイクルにおいて２つの混合冷凍剤を用いて、天然ガス流を液化し、‐112℃よりも低い温度を有する圧縮液体生成物を製造する方法が開示される。天然ガスを液化するのに使用した後、低レベル冷凍剤を、(a)低レベル冷凍剤のもう一つの流れと向流関係の熱交換および高レベル冷凍剤の第１流に対向しての熱交換によって加温し、(b)昇圧に圧縮し、(c)外部冷却流体に対向して後冷却する。次いで、低レベル冷凍剤を高レベル混合冷凍剤の第2流に対向する熱交換および低レベル冷凍剤に対向する熱交換によって冷却する。高レベル冷凍剤は、低レベル冷凍剤との熱交換によって加温し、昇圧に圧縮し、外部冷却流体に対向して後冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、天然ガスまたは他のメタンリッチガス流の液化方法に関する。さら
に詳細には、本発明は、‐112℃(‐170°F)よりも高い温度を有する圧縮液化天
然ガスを製造するための二重多成分冷凍剤液化方法に関する。
【０００２】 （背景技術） 天然ガスは、その清浄な燃焼性および利便性のため、近年広汎に使用されるよ
うになってきている。多くの天然ガス源は、いずれの商業的市場からも大きく離
れた遠隔地に位置している。たまには、産出した天然ガスを商業的市場に輸送す
るのに、パイプラインが利用可能である。パイプライン輸送が利用できない場合
、産出天然ガスは、多くの場合、液化天然ガス(“LNG”と称する)に加工して市
場に輸送している。 LNGプラントの顕著な特徴の１つは、プラントに要求される多大な資本投下で
ある。天然ガスを液化するのに使用する装置は、概して全く高価である。液化プ
ラントは、不純物除去のためのガス処理、液化、冷凍、動力設備、貯蔵設備およ
び船舶積載設備のような幾つかの基本的システムから構築されている。プラント
の冷凍システムは、コストの30％までに達し得る。
【０００３】 LNG冷凍システムは、天然ガスを液化するのにかなりの冷凍を必要とするので
費用高である。典型的な天然ガス流は、約4,830 kPa (700 psia)〜約7,600 kPa
(1,100 psia)の圧力と約20℃(68°F)〜約40℃(104°F)の温度でLNGプラントに入
る。天然ガスは、主としてメタンであり、エネルギー目的で使用するより重質の
炭化水素における場合と同様に、単純に圧力を上昇させるだけでは液化できない
。メタンの臨界温度は、‐82.5℃(‐116.5°F)である。このことは、メタンが、
加えた圧力の如何に拘らず、その温度以下でのみしか液化できないことを意味す
る。天然ガスは、ガス混合物であるので、ある温度範囲において液化する。天然
ガスの臨界温度は、典型的に、‐85℃(‐121°F)〜‐62℃(‐80°F)である。大
気圧下の天然ガス組成物は、約‐165℃(‐265°F)〜‐155℃(‐247°F)の温度範
囲において典型的に液化するであろう。冷凍装置はそのようにLNG設備コストの
有意の部分を占めるので、相当の努力が冷凍コストを節減することに払われてい
る。
【０００４】 多くの冷凍サイクルが天然ガスを液化するのに用いられているけれども、今日
LNGプラントにおいて普通に使用されている3つのタイプは、次のとおりである：
(1)複数の単一成分冷凍剤を用い、連続的に配列した複数の熱交換器において天
然ガスの温度を冷凍温度まで低下させる“カスケードサイクル”；(2)ガスを高
圧から低圧に相応する温度低下を伴って膨張させる“エキスパンダーサイクル”
；(3)および多成分冷凍剤を特別設計の複数の熱交換器において使用する“多成
分冷凍サイクル”。殆どの天然ガス液化サイクルは、これら3つの基本的タイプ
の変形または組合せを使用している。 多成分冷凍剤システムは、通常プロパンによって約‐35℃(‐31°F)に予冷し
た後、多成分冷凍流を循環させることを含む。典型的な多成分系は、メタン、エ
タン、プロパンおよび任意成分としての他の軽質成分を含む。プロパン予冷なし
では、ブタンおよびペンタンのようなより重質の成分を多成分冷凍剤中に含ませ
得る。多成分冷凍剤サイクルの本質は、工程内の各熱交換器が2相冷凍剤の流れ
を日常的に処理しなければならないようなことである。多成分冷凍剤は、ある温
度範囲に亘って望ましい凝縮特性を示し、それによって、純成分冷凍剤系よりも
熱力学的に効率的であり得る熱交換システムの設計を可能にする。
【０００５】 冷凍コストを節減する1つの提案は、液化天然ガスを‐112℃(‐170°F)よりも
高い温度とガス液がその泡立ち点温度以下で存在するに十分な圧力で輸送するこ
とである。殆どの天然ガス組成物においては、そのPLNG圧は、約1,380 kPa (200
psia)〜約4,500 kPa (650 psia)の範囲にある。この圧縮液化天然ガスは、PLNG
と称せられ、大気圧またはその近くおよび約‐160℃の温度にあるLNGと区別され
る。 天然ガスの液化によるPLNGの生産において多成分冷凍剤を用いる改良されたク
ローズドサイクル冷凍システムが求められている。
【０００６】 （発明の開示） 本発明は、高レベル冷凍剤が低レベル冷凍剤を冷却し、その低レベル冷凍剤が
天然ガスを冷却し液化するという2つのクローズドサイクル混合(即ち、多成分)
冷凍剤を用いて、天然ガス流を液化し、約‐112℃(‐170°F)よりも高い温度お
よび液体生成物がその泡立ち点以下で存在するに十分な圧力とを有する圧縮液体
生成物を製造する方法に関する。天然ガスを、第1のクローズド冷凍サイクルに
おいて、上記低レベル多成分冷凍剤との間接熱交換によって冷却し液化する。次
いで、上記低レベル冷凍剤を、上記低レベル冷凍剤のもう１つの流れとの向流関
係での熱交換および上記高レベル冷凍剤流に対向する熱交換によって加温する。
その後、加温した低レベル冷凍剤を圧縮して昇圧にし、外部冷却流体に対向して
事後冷却する。上記低レベル冷凍剤を、上記高レベル多成分冷凍剤の第2流に対
向する熱交換および上記低レベル冷凍剤に対向する熱交換によってさらに冷却す
る。上記高レベル冷凍剤を上記低レベル冷凍剤との熱交換により加温する。この
加温高レベル冷凍剤を圧縮して昇圧にし、外部冷却流体に対向して事後冷却する
。
【０００７】 本冷凍方法の利点は、2つの混合冷凍剤の各組成を相互に且つ液化する流れの
組成、温度および圧力について容易に適合(最適化)させて、工程における総エネ
ルギー必要量を最少にし得ることである。冷凍工程上流の通常の天然ガス液回収
装置(NGL回収装置)における冷凍条件を冷凍工程と一体化することができ、それ
によって別々の冷凍システムを必要としない。 また、本発明の方法は、さらに圧縮することなしで、ガスタービン駆動装置に
燃料を供給するのに適する圧力で燃料源を生産できる。N2を含有する供給流にお
いては、冷凍剤流を、燃料流へのN2排除を最大にするよう最適化できる。 本発明方法は、通常のLNG液化方法よりも、必要な総圧縮を50％多く低減でき
る。このことは、天然ガスをより多く製品輸送用に液化でき且つ冷凍工程におい
て使用するコンプレッサーの動力タービンへの燃料としての消費をより少なくす
るので、有利である。
【０００８】 本発明および本発明の利点は、以下の詳細な説明並びに本発明の実施に従う冷
凍工程を例示する本発明の１つの実施態様の簡素化したフローダイアグラムであ
る添付図面を参照することによってより良好に理解されるであろう。 このフローダイアグラムは、本発明の方法を実施する好ましい実施態様を示す。
添付図面は、この特定の実施態様の通常且つ予期され得る修正および変形の結果
である他の実施態様を本発明の範囲から除外するものではない。バルブ、流動流
ミキサー、制御システムおよびセンサーのような各種の必要な下位システムは、
説明の簡素化および明確さを目的として、添付図面から省略している。 本発明は、2つのクローズド冷凍サイクルを用いる改良された液化天然ガスの
製造方法に関し、両サイクル共に、多成分即ち混合冷凍剤を冷却媒体として使用
する。低レベル冷凍剤サイクルは、天然ガスの液化において、冷凍剤の最低温度
値を提供する。この低レベル(最低温度)冷凍剤は、順次、別の熱交換サイクルに
おける高レベル(比較的温かめの)冷凍剤によって冷却する。
【０００９】 本発明の方法は、‐112℃(‐170°F)よりも高い温度および液体生成物がその
泡立ち点以下で存在する圧力とを有する圧縮液化天然ガス(PLNG)を製造するのに
とりわけ有用である。 “泡立ち点”なる用語は、液体がガスに転化し始める温
度と圧力を意味する。例えば、ある容量のPLNGを一定圧に保ってその温度を上昇
させた場合、ガスの泡がPLNG中で生成し始める温度が泡立ち点である。同様に、
ある容量のPLNGを一定温度に保つがその圧力を低下させた場合に、ガスが生成し
始める圧力が泡立ち点である。泡立ち点においては、液化ガスは飽和液体である
。殆どの天然ガス組成物において、約‐112℃より高い温度での天然ガスの圧力
は、約1、380 kPa (200 psia)〜約4,500 kPa (650 psia)である。
【００１０】 （発明を実施するための最良の形態） 添付図面において、天然ガス供給流を、好ましくは通常の天然ガス回収装置75
(NGL回収装置)に先ず通す。天然ガス流が液化中に凍結し得る重質炭化水素を含
有する場合、或いはエタン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等のような重質炭化水
素をPLNG中に望まない場合、重質炭化水素類は、天然ガスの液化前に天然ガスNL
G回収装置により除去できる。NGL回収装置75は、好ましくは、エタンを生成する
脱エタン塔、プロパンを生成する脱プロパン塔、およびブタンを生成する脱ブタ
ン塔のような複数の分留塔(図示せず)を含む。このNGL回収装置は、ベンゼンを
除去する装置も含み得る。NGL回収装置の一般的操作は、当業者にとって周知で
ある。熱交換器65は、以下で詳述するような低レベル冷凍剤の冷却に加えて、NG
L回収装置75に冷凍デューティを必要に応じて与える。
【００１１】 天然ガス供給流は、原油田(随伴ガス)またはガス田(非随伴ガス)から、或いは
随伴および非随伴ガス源の両方から得られたガスを含み得る。天然ガスの組成は
、有意に変化し得る。本明細書において使用する場合、天然ガス流は、メタン(C 1 )を主要成分として含有する。天然ガスは、典型的には、エタン(C2)、より高級
の炭化水素(C3＋)、および少量の水、二酸化炭素、硫化水素、窒素、ブタン、6
個以上の炭素原子を有する炭化水素、汚泥、硫化鉄、ワックスおよび原油のよう
な汚染物も含む。これら汚染物の溶解性は、温度、圧力および組成によって変化
する。冷熱温度では、CO2、水および他の汚染物は、固形物を形成し得、冷熱熱
交換器内の流動通路を閉塞し得る。これらの潜在的困難性は、それらの純成分内
の状態、固相温度・圧力相境界が予知される場合、そのような汚染物を除去する
こよによって回避できる。本発明の以下の説明においては、NGL回収装置75に入
る前の天然ガス流は、通常の周知の方法を用いて、適切に前処理して硫化物およ
び二酸化炭素を除去し、且つ乾燥させて水も除去した“不純物を含まない(sweet
)、乾燥”天然ガス流であるものと想定している。
【００１２】 NGL回収装置を出る供給流10は、流れ11と12に分れる。流れ11は、熱交換器60
に通し、この熱交換器は、後述するように、燃料流17を加熱し、供給流11を冷却
する。熱交換器60を出た後、供給流11は、流れ12と再混合し、この混合流13を熱
交換器61に通し、この熱交換器により、天然ガス流を少なくとも部分的に液化す
る。熱交換器61を出る少なくとも部分的に液体の流れ14は、必要に応じて、1つ
以上のジュール・トムソン(Joule-Thomson)バルブまたは水力タービンのような膨
張手段62に通して、約‐112℃よりも高い温度を有するPLNGを生成させる。膨張
手段62から、膨張流15は、相分離器63に通す。蒸気流17は、相分離器63から吸引
する。蒸気流17は、冷凍工程において使用するコンプレッサーおよびポンプを駆
動させるのに必要な動力を供給する燃料として使用してもよい。燃料として使用
する前に、蒸気流17は、好ましくは、上述のような熱交換器60内で供給流の1部
を冷却する冷凍源として使用する。液体流16は、分離器63から、‐112℃(‐170
°F)よりも高い温度およびPLNGがその泡立ち点以下で存在するに十分な圧力とを
有するPLNG生成物として排出させる。
【００１３】 熱交換器61の冷凍デューティは、クローズド循環冷却によって得られる。この
冷却サイクル内の冷凍剤は、熱交換器65において冷凍デューティを与える冷却サ
イクルで使用する高めの温度の混合冷凍剤に比較して相対的に低温の混合冷凍剤
であるため、低レベル冷凍剤と称する。圧縮した低レベル混合冷凍剤は、フロー
ライン40から熱交換器61に通し、熱交換器61からライン41に入る。低レベル混合
冷凍剤は、望ましくは、熱交換器61からフローライン41に通るときに低レベル混
合冷凍剤が完全に液体である温度まで冷却される。ライン41内の低レベル混合冷
凍剤は、膨張バルブ64に通し、そこで、十分量の液体低レベル混合冷凍剤を蒸発
させて低レベル混合冷凍剤の温度を所望温度に低下させる。PLNGを製造する所望
温度は、典型的には約‐85℃未満、好ましくは約‐95℃〜‐110℃である。圧力
は、膨張バルブ64を通して低下させる。低レベル混合冷凍剤は、フローライン42
を経て熱交換器61に入り、熱交換器61を通るときに気化し続ける。低レベル混合
冷凍剤は、ライン43に通したとき、ガス/液混合物(主としてガス状)である。低
レベル混合冷凍剤は、ライン43から熱交換器65に通し、そこで、低レベル混合冷
凍剤は、(1)低レベル冷凍剤のもう1つの流れ(流れ53)との向流関係での間接熱交
換により、さらに(2)高レベル冷凍剤の流れ31に対向しての間接熱交換により加
温され、気化し続ける。加温した低レベル混合冷凍剤をライン４４により気・液
分離器80に通し、そこで、低レベル混合冷凍剤を液体分とガス分に分離する。ガ
ス分はライン45によりコンプレッサー81に通し、液体分はライン46によりポンプ
82に通し、そこで、液体分を圧縮する。ライン47内の圧縮ガス状低レベル混合冷
凍剤をライン48内の圧縮液体と混合し、混合した低レベル混合冷凍剤流は、後冷
却器83により冷却する。事後冷却器83は、低レベル混合冷凍剤を、外部冷媒、好
ましくは吸熱源として環境物を究極的に使用する冷媒との間接熱交換によって冷
却する。適切な環境冷媒としては、大気、真水、塩水、大地またはこれらの2種
以上があり得る。次いで、冷却した低レベル混合冷凍剤を第2の気・液分離器84に
通し、そこで、低レベル混合冷凍剤を液体分とガス分に分離する。ガス分はライ
ン50からコンプレッサー86に通し、液体分はライン51からポンプ87に通し、そこ
で、液体分を圧縮する。圧縮ガス状低レベル混合冷凍剤を圧縮低レベル混合冷凍
剤と混合し、混合した低レベル混合冷凍剤(流れ52)を、事後冷却器83と同様な適
切な外部冷媒によって冷却された事後冷却器88により冷却する。後冷却器88を出
た後、低レベル混合冷凍剤を、ライン53により熱交換器65に通し、そこで、残存
し得る蒸気状低レベル混合冷凍剤の実質部分を、熱交換器65を通る低レベル冷凍
剤流43に対向する間接熱交換および高レベル冷凍の冷凍剤(流れ31)に対向する間
接熱交換によって液化する。
【００１４】 高レベル冷凍サイクルに関しては、圧縮し実質的に液体の高レベル混合冷凍剤
を、ライン31から熱交換器65を経て排出ライン32に通す。ライン31内の高レベル
混合冷凍剤は、望ましくは、熱交換器65内で、熱交換器65からライン32に通る前
に、完全に液体である温度に冷却される。ライン32内の冷凍剤は膨張バルブ74に
通し、そこで、十分量の液体高レベル混合冷凍剤を蒸発させて高レベル混合冷凍
剤の温度を所望温度に低下させる。高レベル混合冷凍剤(流れ33)は、熱交換器65
を通るときに沸騰して、ライン20に排出させるときには本質的にガス状となる。
この本質的にガス状の高レベル混合冷凍剤を、ライン20より冷凍剤気・液分離器6
6に通し、そこで、液体分とガス分に分離する。ガス分はライン22によりコンプ
レッサー67に通し、液体分はライン21によりポンプ68に通し、そこで、液体分を
圧縮する。ライン23内の圧縮ガス状高レベル混合冷凍剤をライン24内の圧縮液体
と混合し、混合した高レベル混合冷凍剤流を、後冷却器69により冷却する。事後
冷却器69は、高レベル混合冷凍剤を、外部冷媒、好ましくは事後冷却器83および
88と同様な、吸熱源として環境物を究極的に使用する冷媒との間接熱交換によっ
て冷却する。次いで、冷却した高レベル混合冷凍剤を第2の気・液分離器70に通し
、そこで、高レベル混合冷凍剤を液体分とガス分に分離する。ガス分はコンプレ
ッサー71に通し、液体分はポンプ72に通し、そこで液体分を圧縮する。圧縮ガス
状高レベル混合冷凍剤(流れ29)を圧縮高レベル混合冷凍剤(流れ28)と混合し、混
合した高レベル混合冷凍剤(流れ30)を、適切な外部冷媒によって冷却された事後
冷却器73により冷却する。事後冷却器73を出た後、高レベル混合冷凍剤は、ライ
ン31から熱交換器65に通し、そこで、残存し得る蒸気状高レベル混合冷凍剤の実
質部分を液化する。
【００１５】 熱交換器61および65は、どのようなタイプにも限定されないが、経済性の点か
ら、プレートフィン型、螺旋巻き型および寒冷ボックス熱交換器が好ましく、こ
れらは、すべて間接熱交換によって冷却する。本説明において使用する“間接熱
交換”なる用語は、2つの流体を何ら互いに物理的接触または混合させることな
く熱交換関係にもたらすことを意味する。本発明の実施において使用する熱交換
器は、当業者において周知である。好ましいのは、熱交換器61および65に送る液
相と蒸気相の両方を含有するすべての流れが、液相と蒸気相の両方を、これらの
流れが入る通路断面積に亘って等しく分布されていることである。これを達成す
るためには、個々の蒸気流および液体流用の分布装置を設けることが好ましい。
分離器を用いて、要求されるような多相流動流を液相と蒸気相に分割することが
できる。例えば、分離器は、流れ42が熱交換器61に入る直前の流れ42に対して設
置することができた。
【００１６】 天然ガスの冷却と液化を実際に行う低レベル混合冷凍剤は、広範囲の化合物を
含み得る。如何なる数の成分も冷凍剤混合物を構成し得るけれども、低レベル混
合冷凍剤は、好ましくは約3〜約7種の成分の範囲である。例えば、冷凍剤混合物
において使用する低レベル冷凍剤は、周知のハロゲン化炭化水素およびその共沸
混合物、並びに各種炭化水素類から選択できる。幾つかの例は、メタン、エチレ
ン、エタン、プロピレン、プロパン、イソブタン、ブタン、ブチレン、トリクロ
ロモノフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、モノクロロトリフルオロメ
タン、モノクロロジフルオロメタン、テトラフルオロメタン、モノクロロペンタ
フルオロエタン、および当業者にとって公知の他の炭化水素系冷凍剤である。窒
素、アルゴン、ネオン、ヘリウムおよび二酸化炭素のような非炭化水素冷凍剤も
使用可能である。低レベル冷凍剤の各成分の唯一の基準は、これらの成分が相溶
性であり、異なる沸点、好ましくは少なくとも約10℃(50°F)の差異を有するこ
とである。低レベル混合冷凍剤は、ライン41内で本質的に液状であり得なければ
ならず、また、それ自体および液化すべき天然ガスと対向しての熱交換によって
気化し、低レべル冷凍剤がライン43内で主としてガス状であり得るようでなけれ
ばならない。低レベル混合冷凍剤は、熱交換器61または65内で固化する化合物を
含有すべきでない。適切な低レベル混合冷凍剤の例は、下記のモル画分％範囲内
にあると予期し得る：C1 約15％〜30％、C2 約45％〜60％、C3 約5％〜15％、C4 約3％〜7％。低レベル混合冷凍剤の濃度は、液化する天然ガスの冷却および凝
縮特性、並びに液化工程の冷熱温度条件に適合するように調整できる。
【００１７】 高レベル混合冷凍剤も広範囲の化合物を含み得る。如何なる数の成分も冷凍剤
混合物を構成し得るけれども、高レベル混合冷凍剤は、好ましくは約3〜約7種の
成分の範囲である。例えば、冷凍剤混合物において使用する高レベル冷凍剤は、
周知のハロゲン化炭化水素およびその共沸混合物、並びに各種炭化水素類から選
択できる。幾つかの例は、メタン、エチレン、エタン、プロピレン、プロパン、
イソブタン、ブタン、ブチレン、トリクロロモノフルオロメタン、ジクロロジフ
ルオロメタン、モノクロロトリフルオロメタン、モノクロロジフルオロメタン、
テトラフルオロメタン、モノクロロペンタフルオロエタン、および当業者にとっ
て公知の他の任意の炭化水素系冷凍剤である。窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウ
ムおよび二酸化炭素のような非炭化水素冷凍剤も使用可能である。高レベル冷凍
剤の各成分の唯一の基準は、これらの成分が相溶性であり、異なる沸点、好まし
くは少なくとも約10℃(50°F)の差異を有することである。高レベル混合冷凍剤
は、ライン32内で実質的に液状であり得なければならず、また、それ自体および
熱交換器65内で加温される低レベル混合冷凍剤(流れ43)と対向しての熱交換によ
って十分に気化し、高レべル冷凍剤がライン20内で主としてガス状であり得るよ
うでなければならない。高レベル混合冷凍剤は、熱交換器65内で固化する化合物
を含有すべきでない。適切な高レベル混合冷凍剤の例は、下記のモル画分％範囲
内にあると予期し得る：C1 約0％〜10％、C2 約60％〜85％、C3 約2％〜8％、C4 約2％〜12％、C5 約1%〜15％。低レベル混合冷凍剤の濃度は、液化する天然ガ
スの冷却および凝縮特性、並びに液化工程の冷熱温度条件に適合するように調整
できる。
【００１８】 実施例 想定した物量とエネルギーの均衡化を、添付図面に示した実施態様を例示する
ために実施した。その結果を下記の表に示す。データは、HYSYSTM(カナダ、カル
ガリーのHyprotech社から入手可能)と称する商業的に入手可能なプロセスシミュ
レーションプログラムを用いて得た；しかしながら、例えば、HYSIMTM、PROIITM およびASPEN PLUSTMのような他の商業的に入手可能なプロセスシミュレーション
プログラムを用いてもデータを得ることができ、これらのプログラムも当業者に
とって馴染みのあるものである。下記の表に示したデータは、添付図面に示した
実施態様のより一層の理解を得えるために提供するもので、本発明を不必要に限
定するものと解釈すべきではない。これらの温度および流量は、本発明に限定を
与えるものとみなすべきでなく、本明細書における教示に照らして、温度および
流量において多くの変化を有し得る。
【００１９】 本実施例では、天然ガス供給流10は、次のモル％の組成を有するものと想定し
た：C1 94.3％；C2 3.9％；C3 0.3％；C4 1.1％；C5 0.4％。熱交換器61への低
レベル混合冷凍剤の組成は、次のモル％であった：C1 33.3％；C2 48.3％；C3
2.1％；C4 2.9％；C5 13.4％。熱交換器65への高レベル混合冷凍剤の組成は、次
のモル％であった：C1 11.1％；C2 43.9％；C3 32.1％；C4 1.6％；C5 10.9％
。クローズドサイクル内の各冷凍剤の組成は、当業者であれば、天然ガスを液化
してPLNGを生産するための広範囲の供給ガス組成、圧力および温度における冷凍
エネルギー条件を最小にするように適正化できることである。 下記表のデータは、低レベルサイクル内の最高必要冷凍剤圧が2,480 kPa (360
psia)を越えないことを示している。天然ガスを約―60℃の温度に液化する通常
の冷凍サイクルは、約6,200 kPa (900 psia)の冷凍圧を必要とする。低レベル冷
凍剤サイクルにおいて有意に低めの圧力を用いることにより、有意に少量の配管
材料しか、冷凍サイクルにおいて必要としない。
【００２０】 本実施例において示される本発明のもう1つの利点は、燃料流18を、補助的な
燃料ガスの圧縮なしで、通常のガスタービンで使用するのに十分な圧力で冷凍工
程において提供できることである。 当業者、とりわけ本特許の教示による利益を得る者は、上述の特定の方法に対
する多くの修正と変形を認めるであろう。例えば、種々の温度と圧力が、全体的
システム設計および供給ガスの組成次第によって、本発明に従って使用できる。
また、供給ガス冷却列を全体的設計条件に追加し或いは再構築して、最適且つ効
率的な熱交換条件を達成できる。さらに、ある種の処理工程も、図示した装置と
互換性のある装置を加えて達成可能である。上述したように、上記の特定的に開
示した実施態様および実施例は、本発明の範囲を限定または制約するために使用
すべきではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその等価物によって決
定すべきである。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法を実施する好ましい実施態様を示すフローダイアグラムである。
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高レベル冷凍剤が低レベル冷凍剤を冷却し、その低レベル冷
    凍剤が天然ガスを冷却し液化する2つのクローズドサイクル多成分冷凍剤を用い
    て、天然ガス流を液化し、‐112℃(‐170°F)よりも高い温度および液体生成物
    がその泡立ち点以下で存在するに十分な圧力とを有する圧縮液体生成物を製造す
    る方法において、 (a)天然ガス流を、第1のクローズド冷凍サイクルにおいて、低レベル多成分冷
    凍剤との間接熱交換によって冷却し、液化すること； (b)上記低レベル冷凍剤をもう1つの上記低レベル冷凍剤流との向流関係での熱
    交換および上記高レベル冷凍剤流に対向する熱交換によって加温すること； (c)工程(b)の加温した低レベル冷凍剤を圧縮して昇圧にし、外部冷却流体に対
    向して事後冷却すること； (d)上記低レベル冷凍剤を上記高レベル多成分冷凍剤の第2流および工程(b)の
    上記低レベル冷凍剤に対向する熱交換によってさらに冷却すること、上記高レベ
    ル冷凍剤が熱交換中に加温されること；および、 (e)工程(d)の上記加温高レベル冷凍剤を圧縮して昇圧にし、外部冷却流体に対
    向して事後冷却すること； の各工程を含むことを特徴とする上記方法。
  2. 【請求項２】 工程(a)の間接熱交換が1工程からなる請求の範囲第1項記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 上記低レベル多成分冷凍剤が、メタン、エタン、ブタンおよ
    びペンタンを含む請求の範囲第1項記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記高レベル多成分冷凍剤が、ブタンおよびペンタンを含む
    請求の範囲第1項記載の方法。
  5. 【請求項５】 2つのクローズド多成分冷凍サイクル(２つの冷凍サイクル中
    の各冷凍剤は、各種揮発物構成成分を含む)を用いて、メタンリッチガス流を液
    化し、‐112℃(‐170°F)よりも高い温度および液体生成物がその泡立ち点以下
    で存在するに十分な圧力とを有する圧縮液体生成物を製造する方法において、 (a)メタンリッチガス流を、第1熱交換器内で、第1冷凍サイクル内を循環して
    いる第1低レベル混合冷凍剤に対向して液化すること； (b)上記第1低レベル混合冷凍剤を複数の圧縮工程において圧縮し、圧縮した低
    レベル混合冷凍剤を1以上の工程で外部冷却流体に対向して冷却すること； (c)上記圧縮し冷却した第1低レベル混合冷凍剤を、第2熱交換器内で、第2低レ
    ベル混合冷凍剤に対向して冷却し、上記圧縮第1低レベル混合冷凍剤を、上記第1
    熱交換器内でのメタンリッチガスの液化前に少なくとも部分的に液化すること；
    および、 (d)上記第2多成分冷凍剤を複数の圧縮工程において圧縮し、圧縮した第2多成
    分冷凍剤を1以上の工程で外部冷却流体に対向して冷却すること、圧縮し冷却し
    た第2多成分冷凍剤を上記第2熱交換器内で熱交換させ、冷却した少なくとも部分
    的に液体の第2多成分冷凍剤を生成させること、冷却した少なくとも部分的に液
    体の第2多成分冷凍剤を膨張させて低温冷却剤を生成させ、この低温冷却剤を上
    記圧縮し冷却した第2多成分冷凍剤との向流熱交換に通し、上記第1多成分冷凍剤
    を少なくとも部分的に液化し且つ上記第2多成分冷凍剤を少なくとも部分的に気
    化させること、および上記第2多成分冷凍剤を上記第1圧縮工程に再循環させるこ
    と； を特徴とする上記方法。
  6. 【請求項６】 メタンリッチガスを液化して‐112℃よりも高い温度を有す
    る圧縮液体生成物を製造する方法において、 (a)メタンリッチガスを、第1熱交換器内で、第1クローズド冷凍サイクルの第1
    多成分冷凍剤に対向する熱交換によって冷却し液化すること； (b)上記第1多成分冷凍剤を、第2熱交換器内で、第2クローズド冷凍サイクルの
    第2多成分冷凍剤に対向して冷却すること； (c)上記第1冷凍サイクルが、 工程(b)の冷却第1冷凍剤を少なくとも1回の圧縮および冷却工程において圧縮
    し冷却すること、その圧縮および冷却工程が、上記加温された第1冷凍剤を蒸気
    相と液相に分離すること、蒸気相と液相を別々に圧縮すること、圧縮した液相と
    圧縮した蒸気相を混合すること、および得られた混合相を外部冷却液に対向して
    事後冷却することを含むこと； 上記圧縮第1冷凍剤を第2熱交換器に通し、上記第1冷凍剤を上記第2冷凍剤に対
    向して冷却すること； 上記圧縮第1冷凍剤を第1熱交換器に通すこと；および、 上記圧縮第1冷凍剤を膨張させて上記第1冷凍剤を低温混合冷凍剤に転化し、膨
    張させた第1冷凍剤を、膨張前の第1冷凍剤自体およびメタンリッチガスと向流関
    係にある第1熱交換器に通し、それによって膨張させた第1冷凍剤を加温し、約‐
    112℃よりも高い温度を有する圧縮液体を生成させ、加温した膨張第1冷凍剤を第
    2熱交換器に再循環することを含むこと；並びに、 (d)上記第2冷凍サイクルが、 上記加温された第2冷凍剤を少なくとも1回の圧縮および冷却工程において圧縮
    し冷却すること、その圧縮および冷却工程が、上記加温された第2冷凍剤を蒸気
    相と液相に分離すること、蒸気相と液相を別々に圧縮すること、圧縮した液相と
    圧縮した蒸気相を混合すること、および得られた混合相を外部冷却流体に対向し
    て事後冷却することを含むこと； 上記圧縮第2冷凍剤を第2熱交換器に通し、上記第1冷凍剤を上記第2冷凍剤に対
    向して冷却すること；および 上記圧縮第2冷凍剤を膨張させて低めの温度とし、膨張させた第2冷凍剤を、膨
    張前の第2冷凍剤自体および上記第1冷凍剤と向流関係にある第2熱交換器に通し
    、それによって膨張第2冷凍剤を加温すること； の各工程を含むことを特徴とする上記方法。
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