JP2007506064A - 複数の膨張機を備えたハイブリッドガス液化サイクル - Google Patents

Abstract

第１熱交換領域（２１）で第１冷却システム（４５、４７、４９、５１、５３、２１、５５、５７、２３、２１）により原料ガス（１）を冷却して、そこから実質的に液化した原料流（２５）を抜き出し、この実質的に液化した原料流を第２熱交換領域（２７）で、第２冷却システム（８１、８３、（ｉ）６１、６３、６５、３１、２９、２７、６７及び（ｉｉ）６９、７１、７３、７５、７７、及び７９、６３）により提供される１以上の仕事膨張冷媒流（２９）との間接熱交換によりさらに冷却し、そしてそこからさらに冷却した実施室的に液化した原料流（３３）を抜き出すことを含む方法により、ガスを液化する。１以上の仕事膨張冷媒流の少なくとも一つ（２９）は、１以上の冷媒ガス（８１）を圧縮（８３）して圧縮冷媒流（５９）を提供し、この圧縮冷媒流（５９）の全て又は一部分（６１）を第３熱交換領域（６３）で冷却して冷却圧縮冷媒流（６５）を提供し、そしてこの冷却圧縮冷媒流（６５）を仕事膨張（３１）させて１以上の仕事膨張冷媒流の一つ（２９）を提供することによって提供される。第２熱交換領域（２７）における仕事膨張冷媒流（２９）の流量は、第３熱交換領域（６３）における１以上の仕事膨張冷媒流の全体流量（６７＋７７＝７９）より少なく、あるいは追加の冷却負荷が第３冷却システム（図９、９１１、９１３、９０５、９０３、９０７、９０９、９０３）により第３熱交換領域に提供される。

Description

ガス液化は、１以上の再循環冷却システムにより提供される複数の冷媒流との熱交換で原料ガス流を冷却し凝縮させることにより達成される。原料ガスの冷却は、寒冷が三つの異なる冷媒ループにより提供される周知のカスケードサイクルなどの種々の冷却プロセスサイクルにより達成される。例えば、天然ガスの液化において、カスケード冷却システムは、順にメタン、エチレンおよびプロパンサイクルを利用して三つの異なる温度レベルでの寒冷を生み出すことが可能である。別の周知の冷却サイクルは、多成分冷媒混合物が選択された温度範囲にわたる寒冷を生み出すプロパン予備冷却の混合冷媒サイクルを用いる。混合冷媒は、メタン、エタン、プロパンおよび他の軽質炭化水素を含むことができ、また窒素を含むことも可能である。この効率的な冷却システムは、世界中で多くの運転中の液化天然ガス（ＬＮＧ）プラントにおいて様々な形で用いられている。

天然ガス液化用冷却プロセスの別のタイプは、窒素などの冷媒ガスが圧縮され空気または水冷却により周囲状態まで冷却されるとともに、さらに、冷低圧窒素ガスとの向流熱交換により冷却されるガス膨張サイクルを利用する。次に、冷却された窒素流はターボ膨張機を通して仕事膨張して冷低圧窒素ガスを生み出し、このガスは天然ガス原料および圧縮された窒素流を冷却するために用いられる。窒素膨張により生み出される仕事は、膨張機軸に連結される窒素ブースタ圧縮機を駆動するために用いることができる。このプロセスにおいて、冷膨張窒素は、天然ガスを液化するために、また同じ熱交換器において圧縮窒素ガスを冷却するために用いられる。冷却された加圧窒素は、仕事膨張段階においてさらに冷却されて冷窒素冷媒を提供する。

統合冷却システムは、ガスの周囲温度から中間温度への冷却が１以上の蒸気再圧縮サイクルにより提供され、中間温度から最終液化温度への冷却がガス膨張サイクルにより提供されるガス液化のために用いることができる。これらの組合せ液化サイクルの例は、ドイツ国特許第２４４０２１５号明細書および米国特許第５７６８９１２号、第６０６２０４１号、第６３０８５３１号、および第６４４６４６５号各明細書に開示されている。

ドイツ国特許第２４４０２１５号明細書および米国特許第５７６８９１２号および第６４４６４６５号各明細書に記載されている方法において、原料ガスおよびガス膨張サイクルからの圧縮冷媒ガスは、冷仕事膨張冷媒により提供される寒冷を用いる一般的な熱交換器において一緒に冷却される。米国特許第６３０８５３１号明細書に開示される代替方法において、原料ガスおよびガス膨張サイクルからの圧縮冷媒ガスは、冷仕事膨張冷媒により提供される寒冷を用いる個別の熱交換器において冷却される。この方法において、蒸気再圧縮サイクルからの追加の寒冷は、ガス膨張サイクルにおける圧縮冷媒ガスの追加の冷却を提供するために用いられる。これは、蒸気再圧縮サイクルからの冷媒流を、圧縮冷媒ガスを冷却する熱交換器に通すことにより達成することが可能である。あるいは、ガス膨張サイクル圧縮冷媒ガスの一部は、蒸気再圧縮サイクル熱交換器において気化性冷媒との熱交換で冷却されて追加の寒冷を提供することが可能である。

天然ガスの液化は、極めてエネルギー集約的なプロセスである。組み合わせた蒸気再圧縮およびガス膨張冷却サイクルを用いるガス液化方法の改善された効率および運転自由度は、極めて望ましく、ガス液化技術分野において開発されている新しいサイクルに対する目標の一つである。本発明の実施形態は、ガス膨張サイクルにおいて複数の膨張機を提供して、個別の熱交換器における原料ガスおよび圧縮ガス膨張冷媒の冷却を可能とし、また蒸気再圧縮およびガス膨張サイクルの独立運転を可能としながら、蒸気再圧縮サイクルとガス膨張サイクル間のバランス冷却（ｂａｌａｎｃｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）の必要性を減ずるかまたはなくすことにより、この必要性に対応する。

本発明の一つの実施形態において、ガス液化のための方法は、第１冷却システムにおいて提供される１以上の冷媒流との間接熱交換により第１熱交換領域中で原料ガスを冷却し、第１熱交換領域から実質的に液化した流れを抜き出すことを含む。実質的に液化した流れは、第２冷却システムにより提供される１以上の仕事膨張冷媒流との間接熱交換により第２熱交換領域中でさらに冷却され、第２熱交換領域からさらに冷却された実質的に液化した流れが抜き出される。２以上の冷却圧縮冷媒流を第２冷却システムにおいて仕事膨張させて、第２熱交換領域における１以上の仕事膨張冷媒流の少なくとも一つを提供する。

第２冷却システムの運転は、１以上の冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒流を提供する工程、第３熱交換領域において圧縮冷媒流の全てまたは一部を冷却して冷却圧縮冷媒流を提供する工程、および冷却圧縮冷媒流を仕事膨張させて１以上の仕事膨張された冷媒流の一つを提供する工程を含む。第２熱交換領域で仕事膨張する冷媒流の流量は、第３熱交換領域における１以上の仕事膨張冷媒流の全体流量より少ない。

一般的に、原料ガスまたは冷却原料流の冷却は、第３熱交換領域においては全く起こらない。第３熱交換領域において冷却する圧縮冷媒流の流量は、第３熱交換領域において加温しようとする１以上の仕事膨張冷媒流の全体流量よりも少ないことが可能である。一般的に、第１冷却システムは第２冷却システムとは独立に運転される。

第１熱交換領域における原料ガスの冷却は、１以上の成分を含有する冷媒ガスを圧縮し冷却して、冷却され少なくとも部分的に凝縮した冷媒を提供し、冷却され少なくとも部分的に凝縮した冷媒の圧力を減じて気化性冷媒を提供し、そして第１熱交換領域において気化性冷媒との間接熱交換により原料ガスを冷却して実質的に液化した流れおよび冷媒ガスを提供することを含む方法により達成することが可能である。原料ガスは、第１熱交換領域の前で第２気化性冷媒との間接熱交換により冷却することが可能である。圧縮後冷媒ガスの冷却の少なくとも一部は、第２気化性冷媒との間接熱交換により提供することが可能である。

圧縮冷媒ガスの第１部分は、第３熱交換領域において冷却することが可能であり、圧縮冷媒ガスの第２部分は、第３熱交換領域において冷却され、仕事膨張され、加温されて、そこで圧縮冷媒ガスの第１部分を冷却するための寒冷を提供することが可能である。

代わりの実施形態において、圧縮冷媒ガスは第３熱交換領域において冷却され仕事膨張されて第１仕事膨張冷媒を提供することが可能であり、第１仕事膨張冷媒は第１および第２冷却冷媒に分割することが可能であり、第１冷却冷媒は第３熱交換領域において加温されてそこで圧縮冷媒ガスを冷却するための寒冷を提供することが可能であり、第２冷却冷媒は、さらに冷却され仕事膨張されて第２仕事膨張冷媒を提供することが可能であり、そして第２仕事膨張冷媒は、第２熱交換領域において加温されてそこで第１熱交換領域からの実質的に液化された流れを冷却するための寒冷を提供することが可能である。

別の実施形態において、圧縮冷媒ガスの第１部分は、第３熱交換領域において冷却され仕事膨張されて第１仕事膨張冷媒を提供することが可能であり、圧縮冷媒ガスの第２部分は第３冷却システムにより提供される気化性冷媒との間接熱交換により冷却され仕事膨張されて第２仕事膨張冷媒を提供することが可能であり、そして第１および第２仕事膨張冷媒は、第２熱交換領域において加温されてそこで第１熱交換領域からの実質的に液化した流れを冷却するための寒冷を提供することが可能である。

別の代替実施形態において、圧縮冷媒ガスは第３熱交換領域において冷却されて冷却圧縮冷媒ガスを提供することが可能であり、この冷却圧縮冷媒ガスの一部を仕事膨張させ第２熱交換領域において加温して、そこで第１熱交換領域からの実質的に液化した流れの冷却を行うことが可能である。

第２冷却システムは、
（ｄ）第１冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供し、この圧縮冷媒ガスを第１および第２圧縮冷媒に分割すること、
（ｅ）第３熱交換領域において第１圧縮冷媒を冷却して第１冷却圧縮冷媒を提供し、この第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて冷仕事膨張冷媒を提供し、第２熱交換領域においてこの冷仕事膨張冷媒を加温してそこで冷却原料流を冷却するための寒冷を提供し、そしてそこから中間冷媒を抜き出すこと、
（ｆ）気化性冷媒との間接熱交換により第２圧縮冷媒を冷却して第２冷却圧縮冷媒を提供し、この第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて仕事膨張第２冷媒を提供し、そしてこの仕事膨張第２冷媒を中間冷媒と一緒にして一緒にした中間冷媒を提供すること、および
（ｇ）この一緒にした中間冷媒を第３熱交換領域において加温してそこで第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして温冷媒をそこから抜き出して第１冷媒ガスを提供すること、
を含む方法により、第１代替実施形態に従って運転することが可能である。

第２冷却システムは、
（ｄ）第１冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供すること、
（ｅ）第３熱交換領域においてこの圧縮冷媒ガスを冷却して冷却圧縮冷媒を提供し、そしてこの冷却圧縮冷媒を第１および第２冷却圧縮冷媒に分割すること、
（ｆ）第３熱交換領域において第１冷却圧縮冷媒をさらに冷却して第１のさらに冷却された冷媒を提供すること、
（ｇ）この第１のさらに冷却された冷媒を仕事膨張させて仕事膨張第１冷媒を提供し、そして第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて仕事膨張第２冷媒を提供すること、
（ｈ）第２熱交換領域において第１仕事膨張冷媒および第２仕事膨張冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの実質的に液化した流れを冷却するための寒冷を提供し、そして第２熱交換領域から一緒にした中間冷媒を抜き出すこと、および
（ｉ）この一緒にした中間冷媒を第３熱交換領域において加温してそこで第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して第１冷媒ガスを提供すること、
を含む方法により第２代替実施形態に従って運転することが可能である。

第３の代替実施形態において、第２冷却システムは、
（ｄ）多段冷媒圧縮機で第１冷媒ガスおよび第２冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供し、そしてこの圧縮冷媒ガスを第１および第２圧縮冷媒に分割すること、
（ｅ）第３熱交換領域において第１圧縮冷媒を冷却して第１冷却圧縮冷媒を提供し、この第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて冷仕事膨張冷媒を第１圧力で提供し、第２熱交換領域においてこの冷仕事膨張冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの実質的に液化した流れを冷却するための寒冷を提供し、そして第２熱交換領域から中間冷媒を抜き出すこと、
（ｆ）気化性冷媒との間接熱交換により第２圧縮冷媒を冷却して第２冷却圧縮冷媒を提供し、この第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて第１圧力よりも高い第２圧力で仕事膨張第２冷媒を提供し、第３熱交換領域においてこの仕事膨張第２冷媒を加温してそこで第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して第２冷媒ガスを提供すること、
（ｇ）中間冷媒を第３熱交換領域において加温してそこで第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して第１冷媒ガスを提供すること、および
（ｈ）第１冷媒ガスを多段冷媒圧縮機の第１段に導入し、第２冷媒ガスを多段冷媒圧縮機の中間段に導入すること、
を含む方法により運転することが可能である。

第２冷却システムは、
（ｄ）冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供し、そしてこの圧縮冷媒ガスを第１および第２圧縮冷媒中に分割すること、
（ｅ）第３熱交換領域において第１圧縮冷媒を冷却して第１冷却圧縮冷媒を提供し、この第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて第１仕事膨張冷媒を提供すること、
（ｆ）この第１仕事膨張冷媒を第２熱交換領域において冷却して冷却第１仕事膨張冷媒を提供し、この冷却第１仕事膨張冷媒を仕事膨張させて冷仕事膨張冷媒を提供し、第２熱交換領域においてこの冷仕事膨張冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの実質的に液化した流れを冷却するための寒冷を提供し、そして第２熱交換領域から中間冷媒を抜き出すこと、
（ｇ）気化性冷媒との間接熱交換により第２圧縮冷媒を冷却して第２冷却圧縮冷媒を提供し、この第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて仕事膨張第２冷媒を提供し、そしてこの仕事膨張第２冷媒を中間冷媒と一緒にして一緒にした冷媒を提供すること、および
（ｈ）この一緒にした冷媒を第３熱交換領域において加温してそこで第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして第１冷媒ガスをそこから抜き出すこと、
を含む第４の代替実施形態により運転することが可能である。

第５代替実施形態において、第２冷却システムは、
（ｄ）多段冷媒圧縮機で第１冷媒ガスおよび第２冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供すること、
（ｅ）第３熱交換領域においてこの圧縮冷媒ガスを冷却して第１冷却圧縮冷媒を提供し、この第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて第１冷仕事膨張冷媒を第１圧力で提供し、そしてこの第１冷仕事膨張冷媒を第１および第２冷冷媒に分割すること、
（ｆ）第３熱交換領域において第１冷冷媒を加温してそこで第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して第２冷媒ガスを提供すること、
（ｇ）第２熱交換領域において第２冷冷媒を冷却して第２冷却圧縮冷媒を提供し、この第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて第１圧力より低い第２圧力で第２仕事膨張冷媒を提供すること、
（ｈ）この第２仕事膨張冷媒を第２熱交換領域において加温してそこで第１熱交換領域からの実質的に液化した流れを冷却するための寒冷を提供するとともに、第３熱交換領域において第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して第１冷媒ガスを提供すること、および
（ｉ）第１冷媒ガスを多段冷媒圧縮機の第１段に導入し、第２冷媒ガスを多段冷媒圧縮機の中間段に導入すること、
を含む方法により運転することが可能である。

第２冷却システムは、
（ｄ）冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供し、そしてこの圧縮冷媒ガスを第１および第２圧縮冷媒に分割すること、
（ｅ）第３熱交換領域において第１圧縮冷媒を冷却して第１冷却圧縮冷媒を提供し、この第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて冷仕事膨張第１冷媒を提供し、第２熱交換領域においてこの冷仕事膨張第１冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの実質的に液化した流れを冷却するための寒冷を提供し、そして第２熱交換領域において部分的に加温した冷媒を作ること、
（ｆ）気化性冷媒との間接熱交換により第２圧縮冷媒を冷却して中間冷却冷媒を提供し、第３熱交換領域においてこの中間冷却冷媒をさらに冷却して冷却第２圧縮冷媒を提供し、そしてこの第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて仕事膨張第２冷媒を提供すること、
（ｇ）この冷仕事膨張第２冷媒と上記部分的に加温した冷媒を一緒にして一緒にした中間冷媒を提供し、第２熱交換領域においてこの一緒にした中間冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの実質的に液化した流れを冷却するための追加の寒冷を提供し、そして部分的に加温した冷媒を第２熱交換領域から抜き出すこと、および
（ｈ）この部分的に加温した冷媒を第３熱交換領域で加温してそこで第１圧縮冷媒および第２圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して第１冷媒ガスを提供すること、
を含む第６の代替実施形態により運転することが可能である。

この第６実施形態においては、追加の寒冷を、第３熱交換領域において第１冷却システムでもって提供される１以上の冷媒の一部を加温することにより、第３熱交換領域に提供することが可能である。追加の寒冷は、第１熱交換領域において第２冷却システムでもって提供される中間冷却冷媒の一部を加温することにより、第１熱交換領域に提供してもよい。

第２冷却システムは、
（ｄ）多段冷媒圧縮機において第１冷媒ガスおよび第２冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供すること、
（ｅ）第３熱交換領域においてこの圧縮冷媒ガスを冷却して冷却圧縮冷媒を提供し、そしてこの冷却圧縮冷媒を第１および第２冷却冷媒に分割すること、
（ｆ）第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて第１仕事膨張冷媒を第１圧力で提供し、第２熱交換領域においてこの第１仕事膨張冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの実質的に液化した流れを冷却するための寒冷を提供するとともに、第３熱交換領域において第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して上記第２冷媒ガスを提供すること、
（ｇ）第２熱交換領域において第２冷却冷媒を冷却して第２冷却圧縮冷媒を提供し、この第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて第１圧力より低い第２圧力で第２仕事膨張冷媒を提供すること、
（ｈ）この第２仕事膨張冷媒を加温して第２熱交換領域において冷却原料流を冷却するための寒冷を提供するとともに、第３熱交換領域において第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して第１冷媒ガスを提供すること、および
（ｉ）第１冷媒ガスを多段冷媒圧縮機の第１段に導入し、第２冷媒ガスを多段冷媒圧縮機の中間段に導入すること、
を含む第７代替実施形態により運転することが可能である。

全ての実施形態において、原料ガスは天然ガスを含むことが可能である。全ての実施形態において、第１冷却システムで提供される１以上の冷媒は、窒素、１以上の炭素原子を含有する炭化水素、および１以上の炭素原子を含有するハロカーボンからなる群から選択することが可能である。また、全ての実施形態において、第２冷却システムにおける冷媒ガスは、窒素、アルゴン、メタン、エタン、およびプロパンからなる群から選択される１以上の成分を含むことが可能である。

別のプロセス実施形態において、ガス液化のための方法は、
（ａ）第１冷却システムにおいて提供される１以上の冷媒との間接熱交換により第１熱交換領域で原料ガスを冷却し、そして第１熱交換領域から実質的に液化した流れを抜き出すこと、および
（ｂ）冷仕事膨張冷媒との間接熱交換により第２熱交換領域において、実質的に液化した流れをさらに冷却し、そしてさらに冷却された実質的に液化した流れをそこから抜き出すこと、
を含むことが可能であって、当該冷仕事膨張冷媒は、
（１）第１冷却回路において冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供すること、
（２）第３熱交換領域においてこの圧縮冷媒ガスを冷却して冷却圧縮冷媒ガスを提供し、この寒冷の一部はそこで第２冷却回路により提供される多成分冷媒を気化することにより提供すること、
（３）上記冷却圧縮冷媒ガスを仕事膨張させて上記冷仕事膨張冷媒を提供すること、および
（４）第２熱交換領域において上記冷仕事膨張冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの実質的に液化した流れを冷却するための寒冷を提供するとともに、第３熱交換領域において圧縮冷媒ガスを冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して上記冷媒ガスを提供すること、
を包含する方法により、少なくとも二つの冷却回路を含む第２冷却システムでもって提供される。

一般的に、原料ガスまたは冷却原料流の冷却は、第３熱交換領域では行われない。

本発明はまた、
（ａ）第１冷却システムにおいて提供される１以上の冷媒との間接熱交換により第１熱交換領域において原料ガスを冷却し、それによって冷却原料流を提供すること、および
（ｂ）第２冷却システムにより提供される仕事膨張冷媒との間接熱交換によって第２熱交換領域において上記冷却原料流をさらに冷却し、そして第２熱交換領域からさらに冷却された流れを抜き出すこと、
を含むガス液化のための方法を改善するものであって、ここでは第２冷却システムの運転が、
（１）冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒を提供する工程、
（２）この圧縮冷媒を冷却して冷却圧縮冷媒を提供する工程、
（３）この冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて上記仕事膨張冷媒を提供する工程、
を含み、上記圧縮冷媒の一部を冷却し仕事膨張させて追加の仕事膨張冷媒を提供することによりバランス冷却に対する必要性を減じるかまたはなくし、そして当該追加の仕事膨張冷媒を利用して第３熱交換領域に追加の寒冷を提供することによって、当該圧縮冷媒の冷却のための寒冷を、一部は第２熱交換領域からの仕事膨張冷媒との第３熱交換領域における間接熱交換により、そして一部は第１冷却システムにより提供されるバランス冷却により提供する。

本発明の実施形態は、
（ａ）実質的に液化した流れを提供するため、第１冷却システムによって提供される１以上の冷媒との間接熱交換により原料ガスを冷却するのに適合した第１冷却システムおよび第１熱交換手段、
（ｂ）さらに冷却され実質的に液化した流れを提供するため、第２冷却システムによって提供される１以上の冷仕事膨張冷媒との間接熱交換により上記実質的に液化した流れをさらに冷却するのに適合した第２冷却システムおよび第２熱交換手段、
（ｃ）１以上の冷媒ガス流を圧縮するためのガス圧縮手段、および第２冷却システムにおいて１以上の圧縮冷媒ガス流を冷却するのに適合した第３熱交換手段、
（ｄ）２以上の冷仕事膨張冷媒流を提供するため第２冷却システムにおいて冷却圧縮冷媒ガス流を仕事膨張させるための２以上の膨張機、および
（ｅ）２以上の膨張機からの２以上の冷仕事膨張冷媒流を第２熱交換手段または第２および第３熱交換手段に移送するための配管手段、
を含むガス液化システムにおいて実施することができる。

このシステムにおいて、第３熱交換手段は、一般的に、原料ガスまたは冷却原料流の冷却には適合しない。システムはさらに、第２冷却システムの１以上の圧縮冷媒ガス流の少なくとも一つを冷却するのに適合した第３冷却システムを含むことが可能である。第３冷却システムは、第１熱交換手段の前で原料ガスを冷却するのに適合させることが可能である。

ガス液化のための代替システムは、
（ａ）実質的に液化した流れを提供するため、第１冷却システムによって提供される１以上の冷媒との間接熱交換により原料ガスを冷却するのに適合した第１冷却システムおよび第１熱交換手段、
（ｂ）さらに冷却された実質的に液化した流れを提供するため、第２冷却システムによって提供される１以上の冷仕事膨張冷媒との間接熱交換により上記実質的に液化した流れをさらに冷却するのに適合した第２冷却システムおよび第２熱交換手段、
（ｃ）冷媒ガス流を圧縮するためのガス圧縮手段、および１以上の圧縮冷媒流を冷却するのに適合した第３熱交換手段、
（ｄ）第３熱交換手段に追加の寒冷を提供するのに適合した第３冷却システム、
（ｅ）第２冷却システムにおいて冷却圧縮冷媒流を仕事膨張させて冷仕事膨張冷媒流を提供するための膨張機、および
（ｆ）膨張機からの冷仕事膨張冷媒流を第２熱交換手段に移送するための配管手段、
を含む。

一般的に、第３熱交換手段は原料ガスまたは冷却原料流の冷却には適合しない。

以下は、本発明の現在好ましい実施形態の、一例としてのみ且つ添付図面を参照しての説明である。

本発明の実施形態は、実質的に液化した原料ガスを過冷却するためにガス膨張冷却システムにおいて複数の膨張機を利用し、そして液化天然ガス流を過冷却するために有利に用いることが可能である。原料ガスは、それが実質的に液化された後、原料ガスの過冷却のために用いられる熱交換装置とは別の熱交換装置において、２以上の冷媒成分とのまたは２以上の成分を含む多成分冷媒との熱交換により実質的に液化することが可能である。各負荷ごとに個別の熱交換装置を使用することは、主に蒸気冷媒流を利用するガス膨張冷却システム、および１以上の気化性冷媒流を利用する蒸気再圧縮冷却システムの最適設計を可能とする。個別の装置品目はまた、既存ガス液化設備にガス膨張冷却システムを後から取り付ける場合に有利であることができる。

冷却システムは、１以上の閉ループ冷却回路またはサイクルとして定義され、各回路またはサイクルにおいて、冷媒は圧縮され、圧力を下げ、加温されて、冷却しようとする１以上のプロセス流に間接的な熱移動により寒冷を提供する。冷媒は純粋成分、または２以上の成分の混合物であることが可能である。蒸気再圧縮冷却回路またはサイクルでは、冷媒蒸気が、圧縮され、冷却され、完全にまたはほぼ完全に凝縮され、圧力を下げられ、気化して寒冷を提供し、そして蒸気は再圧縮されて回路またはサイクルを完成する。ガス膨張冷却回路またはサイクルでは、冷媒ガスが、圧縮され、冷却され、仕事膨張させられ、加温されて寒冷を提供し、圧縮されて回路またはサイクルを完成する。仕事膨張冷媒は単相ガスであることが可能であり、あるいは少量の液体を有する大部分ガスであることが可能であるって、仕事膨張冷媒はモルベースで０〜２０％の液体を含有することが可能である。

冷却サイクルにおける高い熱力学的効率は、流体の加温および冷却曲線がそれらの全体長さに沿って互いに密接に近づく場合に達成される。ガス膨張機冷却システムが気化性冷媒システム熱交換装置とは別である熱交換装置を利用する場合に、膨張機への冷却高圧ガスの流量は、膨張機から戻ってくる温かいより低い圧力のガスの流量と同じである。二つの圧力レベルでのガスの熱容量の違いのせいで、加温および冷却曲線は、それらの全体長さにわたって平行状態を保つことができない。この違いを調整するために、冷却バランス流（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｂａｌａｎｃｅ ｓｔｒｅａｍ）が、液化熱交換器とガス膨張熱交換器の同じ温度レベルにわたり運転するその部分との間に、一般的に取入れられる。これは一層ぴったりと平行な加温および冷却曲線を得ることによりプロセスの効率を増大させるが、しかし、ガス膨張および蒸気再圧縮冷却システムがもはや独立ではないという不都合を有する。

前に引用した米国特許第６３０８５３１号明細書には、原料ガス、好ましくは天然ガスの冷却、液化、および過冷却が二つの冷却システムを用いて達成される液化サイクルが記載されている。より温かい冷却システムは、プロパンおよび混合冷媒サイクルまたは二つの混合冷媒サイクルなどの二つのカスケード蒸気再圧縮サイクルを利用する。最も冷たい寒冷は、好ましくは作動流体として窒素を用いるガス膨張冷却システムにより提供される。米国特許第６３０８５３１号明細書の図１は、温ガス膨張熱交換器において用いられる混合冷媒バランス流を有する単一膨張機冷却システムを示す。この特許明細書の図２は、ガス膨張熱交換器における冷却バランスを達成するための代替としての混合冷媒熱交換器において冷却される高圧窒素ガスの一部を示す。本発明は、熱力学的効率を犠牲にすることなく、混合冷媒蒸気再圧縮冷却回路からのガス膨張冷却システムの完全な分離を可能とする。これは、好ましくは、ガス膨張冷却システムにおいて２以上の膨張機を用いて混合冷媒熱交換器とガス膨張熱交換器間のバランス冷却の必要性を減じるかまたはなくすことにより達成される。

ここでの開示において、冷却システムは、１以上の冷却回路により提供される１以上の冷媒との間接熱交換により１以上のプロセス流を冷却するための１以上の適切な熱交換器とともに用いられる１以上の冷却回路を含むシステムとして定義される。冷却回路は、冷媒ガスが圧縮され、冷却され、減圧され、１又は複数の熱交換器において加温されて間接熱交換により１以上のプロセス流を冷却する冷媒ループである。加温用の冷媒は単相または２相流体であることが可能である。加温された冷媒ガスは圧縮されて回路を完成する。単一冷却回路が専用圧縮機を含むことが可能であり、あるいはまた複数の冷却回路が、圧縮冷媒ガスが分割され異なる圧力でその複数の冷却回路を循環する共通の圧縮機を含むことが可能である。熱交換器は、加温流と冷却流が互いから物理的に分離される、１以上の加温流と１以上の冷却流間の間接熱交換を行う装置として定義される。熱交換領域は１以上の熱交換器を含むことができ、あるいはまた熱交換器のうちの部分を含むことができる。

第２膨張機は、プロセスの熱力学的効率に与えるマイナスの影響なしにバランス流の必要性を最小化し、好ましい実施形態においてはそれをなくすようなやり方で、ガス膨張冷却システム中に配置することができることが見いだされた。第２のより小さな膨張機は、それが比較的温かいガスを受け取り、それを中間温度レベルに膨張させるように配置される。この膨張した中間温度の流れは、冷膨張ガスがＬＮＧ過冷却負荷の大部分を提供した後に、冷膨張機からの戻りの低圧ガスに加えられるか、またはそれを補完する。中間温度膨張ガスは、温ガス膨張熱交換器において混合冷媒バランス流に取って代わる。第３膨張機も、さらにプロセス効率を改善するためガス膨張冷却システムにおいて利用することができる。一般に、複数の膨張機の使用は、単一膨張機の冷媒加温曲線で可能であるよりも冷媒冷却曲線により近い冷媒加温曲線を提供することによって、ガス膨張冷却システムの効率を改善する。

別の実施形態において、加圧冷媒ガスは別個の混合冷媒蒸気再圧縮システムを用いて予備冷却され、そして温膨張機はなくされる。この混合冷媒システムは、原料ガス流を冷却し実質的に液化するために必要とされる寒冷を提供するために用いられる第１冷却システムから切り離されるとともに、第１冷却システムからのガス膨張冷却システムの完全な分離も可能とする。

本発明の一つの実施形態において、複数膨張機は、第１冷却システムによって実質的に液化した原料ガスを過冷却するための寒冷を提供するガス膨張冷却システムに統合される。これは、ガス膨張冷却システムがより温かい寒冷を提供する冷却システムから切り離されることを可能とする。その結果得られる装置構成は、冷却サイクルの熱力学的効率を増大させ、各冷却システムのための熱交換装置の最適設計を可能とする。冷却システムの切り離しはまた、ガス膨張冷却システムがプラントの脱ボトルネックまたは増設の一部として加えられ場合に、一層効率的な設計を可能とする。

原料ガスを実質的に液化するために必要とされる寒冷の少なくとも一部を提供する第１冷却システムは、１以上の冷却回路または蒸気再圧縮サイクルにおいて２以上の冷媒成分を利用することが可能である。少なくとも部分的に液化した原料ガスを過冷却するために必要とされる寒冷の少なくとも一部を提供する第２冷却システムは、少なくとも二つの膨張機での加圧冷媒ガスまたはガス混合物の仕事膨張を利用する。この複数の膨張機は、２以上の温度レベルの寒冷を発生させ、そして加圧冷媒ガスは原料ガス流を冷却しない１以上の熱交換器でまたは熱交換区画（ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｓｅｃｔｉｏｎ）で、膨張の前に冷却される。

本発明の代替実施形態では、ガス膨張冷却システムにおける加圧冷媒ガスは別個の第３冷却システムを用いて予備冷却され、ただ一つの膨張機だけが必要とされる。この別個の第３冷却システムは、原料ガス流を冷却し少なくとも部分的に液化するために必要とされる寒冷を提供する第１冷却システムから切り離され、これはガス膨張冷却システムの第１冷却システムからの完全な分離を可能とする。

１以上の冷媒成分を利用する任意のタイプの第１冷却システムを、原料ガス流を冷却し実質的に液化するために必要とされる高レベルおよび中レベルの寒冷を提供するために用いることが可能である。１以上の冷媒成分を、１以上の冷却回路または蒸気再圧縮サイクルにおいて用いることが可能である。例えば、第１冷却システムは、２以上の冷媒成分を含む気化性混合冷媒回路のみを用いることが可能である。随意的に、第１冷却システムはまた、気化性単一成分冷媒または２以上の冷媒成分を含む気化性混合冷媒を用いる第２冷却回路を含むことも可能である。あるいはまた、第１冷却システムの第１および第２冷却回路は、気化性単一成分冷媒、または２以上の成分を含む気化性混合冷媒、または単一および混合冷媒の任意の組合せを用いることが可能である。いずれかのまたは両方の冷却回路は、２以上の圧力レベルで気化する冷媒を用いることができ、そして例えば、カスケード冷却回路を含むことが可能である。本方法は、原料ガス流を冷却し実質的に液化するために必要とされる寒冷を提供するために用いられる第１冷却システムの構成とは無関係である。

第１冷却システムにおける冷媒は、窒素、１以上の炭素原子を含有する炭化水素、および１以上の炭素原子を含有するハロカーボンからなる群から選択される１以上の成分を含むことが可能である。一般的な炭化水素冷媒には、メタン、エタン、イソプロパン、プロパン、イソブタン、ブタン、ペンタン、およびイソペンタンが挙げられる。代表的なハロカーボン冷媒には、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３２、Ｒ１３４ａおよびＲ４１０ａが挙げられる。第２冷却システム、すなわち、ガス膨張システムにおける冷媒は、窒素、アルゴン、メタン、エタン、およびプロパンからなる群から選択される純粋成分でよく、または複数成分の混合物でよい。

本方法は任意の原料ガス流を液化するために用いることができ、そして図１でもって天然ガスの液化について説明される。ＣＯ₂およびＨ₂Ｓなどの酸性ガスの除去、および水銀などの他の汚染物質の除去のための前処理部（図示せず）において洗浄され乾燥された管路１の天然ガス原料は、随意的な予備冷却熱交換区画３に入り、プロパンまたは混合冷媒などの気化性冷媒を用いて約−１０℃〜−３０℃の中間温度に冷却される。気化性冷媒は、当該技術分野で公知の任意のタイプの再循環冷却回路（図示せず）により提供される。

予備冷却された天然ガス原料流５は、ペンタンおよびより重質な炭化水素などの原料のより重質な成分がその後の液化プロセスにおける凝固を防止するために除去される洗浄塔７に入る。洗浄塔は、やはりプロパンまたは混合冷媒などの冷媒を用いて洗浄塔への還流を提供することが可能であるオーバーヘッド凝縮器９を有する。管路１１の洗浄塔からの底部生成物は、重質成分が分離され管路１５により回収される分別部１３に送られ、そして管路１７のより軽質の成分は洗浄塔のオーバーヘッド蒸気生成物と再び一緒にされて管路１９の精製天然ガスを形成する。管路１７の軽質成分は、蒸気流かまたは液体流のいずれかであることが可能であり、好ましくは、洗浄塔７からのオーバーヘッド蒸気流とほぼ同じ温度に予備冷却される。

管路１９の精製天然ガスは、−５０℃未満、好ましくは約−１００℃と−１２０℃の間の温度にさらに冷却され、そして好ましくは、管路２３により提供される加温され気化する中間温度混合冷媒との間接熱交換により第１熱交換領域または混合冷媒熱交換器２１において実質的に液化される。ここで用いられる用語「実質的に液化した」は、実質的に液化した流れが、大気圧に減圧することによって断熱的に膨張させた場合に、０．２５と１．０の間、好ましくは０．５と１．０の間の液体分率を有することを意味する。液体分率１．０は、全体的に液化したまたは凝縮した流れを定義し、ここでは液体は飽和していてもあるいは過冷却されていてもよく、液体分率ゼロは、全体的に蒸気であり液体を含まない流れを定義する。ここで定義される実質的に液化した流れは、流れの臨界圧力を超える圧力を含む任意の圧力にあることが可能である。

管路２５の実質的に液化した天然ガスは、膨張機３１により提供される管路２９の冷仕事膨張冷媒との間接熱交換により第２熱交換領域または熱交換器２７において約−１２０℃〜−１６０℃の温度にさらに冷却される。この冷冷媒、一般的に窒素は、主として、約１５〜３０ｂａｒａ（１．５〜３ＭＰａａ）の圧力および約−１２２℃〜−１６２℃の温度で一般的に約２０％未満の液体（モルベース）を有する蒸気である。

その結果得られる管路３３のさらに冷却され実質的に液化した天然ガスは、その臨界圧力を超えて、その臨界圧力で、またはその臨界圧力未満であることが可能であり、それがその臨界圧力未満である場合過冷却液体であることが可能である。管路３３のさらに冷却され実質的に液化した天然ガスは、減圧弁３５を通して約１．０５〜１．２ｂａｒａ（０．１０５〜０．１２ＭＰａａ）の圧力に断熱的にフラッシュさせることが可能である。あるいはまた、管路３３の過冷却ＬＮＧの圧力は、高密度流体膨張機、または膨張機と弁との組合せを用いて、低下させることができよう。管路３７の低圧ＬＮＧは分離器または貯蔵槽３９へと流れ、ＬＮＧ製品が管路４１で出てゆく。場合によっては、天然ガス組成および熱交換器２７を出るＬＮＧの温度に応じて、弁３５でのフラッシュ後に管路４３において有意量の軽質ガスが生じる。これらの場合には、管路４３のフラッシュガスを加温し、ＬＮＧ設備または他の用途において燃料ガスとして使用するのに十分な圧力まで圧縮することが可能である。

天然ガス原料流１を冷却し実質的に液化するための寒冷は、熱交換器２１における中間温度混合冷媒回路により、そしてこの例では、予備冷却熱交換区画３におけるより高い温度の寒冷を提供する第２冷却回路のプロパンまたは第２混合冷媒などの第２冷媒により提供される。管路２３の冷媒は、熱交換器２１において加温され気化されてそこでの寒冷を提供し、管路４５の冷媒蒸気として出てゆく。この冷媒蒸気は、多段式の中間冷却器付き圧縮機４７で好適な高い圧力に圧縮され、周囲後部冷却器４９で冷却され、そしてプロパンまたは混合冷媒などの追加の気化性冷媒との間接熱交換により熱交換区画５１においてさらに冷却され、部分的にかまたは完全に凝縮される。この気化性冷媒は、当該技術分野で公知の任意のタイプの再循環冷却回路（図示せず）により提供され、そしてそれは前述の熱交換区画３に寒冷を提供する同じ再循環冷却回路であることができる。

管路５３の予備冷却高圧混合冷媒は、約−２０℃〜−４０℃の中間温度、約５０〜７０ｂａｒａ（５〜７ＭＰａａ）の圧力で、混合冷媒熱交換器２１に入る。この高圧混合冷媒は約−１００℃〜−１２０℃の温度に冷却され、そして好ましくは、熱交換器２１において完全に凝縮されて、管路５５でもって出てゆく。管路５５の凝縮高圧混合冷媒流は、弁５７を通して（あるいはそれに代えて高密度相膨張機により）約３〜６ｂａｒａ（０．３〜０．６ＭＰａａ）の圧力までフラッシュされ、管路２３で熱交換器２１のコールドエンドへと流れる。低圧混合冷媒流は熱交換器２１で加温されて気化し、管路４５の加温した混合冷媒として出てゆく。

このように、上述の管路２５の冷却され実質的に液化した天然ガスを提供するための管路１の天然ガス原料の冷却は、熱交換器２１に寒冷を提供する中間温度混合冷媒回路を含む第１冷却システム、原料予備冷却熱交換区画３にプロパンまたは別の混合冷媒などの第２冷媒を提供する冷却回路、および熱交換区画５１にプロパンまたは別の混合冷媒などの第３冷媒を提供する冷却回路により提供される。上述のとおり、同じ冷却回路が第２および第３冷媒の両方を提供することが可能である。

管路２５の実質的に液化した天然ガスのさらなる冷却は、窒素、アルゴン、メタン、エタン、およびプロパンからなる群から選択される１以上のガスを含む冷媒を利用する複数膨張機のガス膨張システムによりなされる。この例では、窒素が冷媒として用いられる。周囲温度および約５０〜８０ｂａｒａ（５〜８ＭＰａａ）の管路５９の高圧窒素は、二つの部分に分割される。管路６１のより大きな部分は、第３熱交換領域、すなわち温ガス膨張熱交換器６３に入り、約−１００℃〜−１２０℃の温度に冷却される。管路６５の冷却された高圧窒素は冷膨張機３１で仕事膨張し、約１５〜３０ｂａｒａ（１．５〜３ＭＰａａ）の圧力および約−１５２℃〜−１６２℃の温度で出てゆく。一般的に、膨張機出口圧力は、管路３３のＬＮＧ過冷却の望ましいレベルを提供するために十分冷たい温度での窒素の露点圧力かまたはその近くにある。仕事膨張した冷媒は、約２０％以下の液体（モルベース）を含有することが可能である。管路２９の冷仕事膨張窒素流は、冷ガス膨張熱交換器２７において加温されて管路３３のＬＮＧ流を過冷却するために必要とされる冷冷媒を提供し、中間加温窒素が管路６７で熱交換器から出てゆく。

管路６９のより小さな高圧窒素流は、熱交換区画７１において、プロパンまたは第２混合冷媒などの冷媒により約−２０℃〜−４０℃の中間温度に予備冷却することが可能である。管路７３の予備冷却された高圧窒素流は、温膨張機７５で仕事膨張し、約１５〜３０ｂａｒａ（１．５〜３ＭＰａａ）の圧力および約−９０℃〜−１１０℃の温度で吐出される。管路７７の仕事膨張冷媒流は、冷熱交換器２７からの管路６７の加温した窒素流と一緒にされ、この一緒にされた流れは管路７９をとおり温熱交換器６３へと流れる。一緒にされた窒素流は温熱交換器６３において周囲温度に加温され、管路８１により抜き出され、そして多段式の中間冷却器付き圧縮機８３で好適な高圧に圧縮されて、循環用の高圧窒素流５９を提供する。熱交換器６３において加温するためのより小さな膨張窒素流７７を加えることが、温ガス膨張熱交換器６３における冷却曲線を理想に近く維持し、すなわち流体の加温および冷却曲線がそれらの全体長さに沿って互いに接近する。

管路５９の高圧窒素の全てまたは一部は、温熱交換器６３において冷膨張機３１に入る部分を予備冷却する代わりに、および熱交換区画７１においてプロパンまたは他の冷媒により温膨張機７５に入る部分を予備冷却する代わりに、プロパンまたは他の高レベル冷媒により予備冷却することができる。あるいはまた、ガス膨張冷却システムは、熱交換器６３および膨張機７５の前での圧縮窒素のいかなる予備冷却もなしに運転することが可能である。ガス膨張システム冷媒予備冷却用のこれらの選択肢は、本発明のいずれの実施形態にも適用される。

温および冷ガス膨張熱交換器６３および２７は、単一ユニットに組み合わせることが可能であり、そしてプレート−フィン、巻きコイル、または多管式構造、あるいはそれらの任意の組合せなどの、任意の適したタイプであることができる。同様に、混合冷媒熱交換器２１および随意的な予備冷却熱交換区画３、５１、および７１は、単一または複数の熱交換器からなることが可能であり、そして任意の適する構造であることが可能である。これらの熱交換器の選択肢もまた、本発明のいずれの実施形態にも適用される。本発明は、特許請求の範囲に記載される方法において用いられる熱交換器の数および配置には無関係である。

管路５３の高圧混合冷媒が２相混合物である場合、蒸気部分および液体部分は、混合冷媒熱交換器２１において別個に冷却されるとともに、熱交換器２１において同じかまたは異なる圧力レベルで別個に気化されるか、または一緒にした流れとして気化されることが可能である。混合冷媒はまた、異なる圧力レベルで気化することが可能である２以上の流れに分割することが可能である。混合冷媒は、１以上の平衡（蒸気／液体）分離、または１以上の単相分割、またはそれらの任意の組合せにより分割することが可能である。これらの混合冷媒の選択肢は、第１冷却システムの冷却回路のいずれでも用いることが可能であり、そしてまた本発明のいずれの実施形態にも適用可能である。本発明は、原料ガス流を冷却し実質的に液化させるために必要とされる寒冷を提供するために用いられる第１冷却システムの構成とは無関係である。

一般的に、管路１の天然ガス原料を管路４１のＬＮＧ製品に転換するための全体冷却負荷の少なくとも４０％は、第１冷却システムにより提供される。図１の実施形態において、この寒冷は熱交換区画３、熱交換区画５１、および熱交換器２１において提供される。

図１に示される実施形態の特徴は、第１冷却システム、すなわち、圧縮機４７、熱交換器２１、および膨張弁５７を含むシステムが、第２冷却システム、すなわち、圧縮機８３、熱交換器２７および６３、および膨張機３１および７５を含むシステムとは独立に運転することが可能であることである。独立の運転は、第１冷却システムにおける混合冷媒と第２冷却システムにおける窒素冷媒間で交換される熱がないこと、および二つの冷却システム間でバランス冷却が全く必要とされないことを意味する。

もう一つの特徴は、第２熱交換領域２７における管路２９を介しての仕事膨張窒素の流量が、一般的に、第３熱交換領域６３における仕事膨張窒素流７９の流量よりも少ないことである。原料ガスまたは冷却原料流の冷却は、第３熱交換領域６３においては行われない。加えて、第３熱交換領域６３において冷却しようとする管路６１の圧縮窒素の流量は、一般的に、第３熱交換領域６３において加温しようとする管路７９の一緒にした仕事膨張窒素の流量よりも少ない。

図２に本発明の代替実施形態が示される。この代替実施形態において、圧縮機８３からの管路５９の全ての高圧窒素冷媒は、温ガス膨張熱交換器６３において予備冷却され、そしてこの高圧窒素は図１の熱交換区画７１においてプロパンなどの冷媒により冷却されない。熱交換器６３における部分的に冷却された窒素冷媒のより小さな部分は、管路２０１により中間点で抜き出され、膨張機２０３で仕事膨張して管路２０５の仕事膨張窒素を提供する。管路２０５の膨張窒素は、好ましくは、管路２５で入ってくる実質的に液化した天然ガスの温度よりもいくらか低い温度の熱交換器２７における中間点で、部分的に加温された膨張窒素流と混合される。

あるいはまた、管路５９の高圧窒素は、熱交換器６３において別個に冷却される二つの部分（図示せず）に分割することが可能である。熱交換器２７および６３のいずれかまたは両方は、必要ならば二つの熱交換器に分割することが可能である。管路２０１の高圧窒素の冷却は、温熱交換器６３における冷却とプロパンなどの別の高レベル冷媒による冷却の組合せにより行うことも可能である。

この例において、分離器３９からの管路４３のＬＮＧフラッシュガスは、ガス熱交換器２７および６３において加温され、管路２０７を通って出てゆき、そしてフラッシュガス圧縮機２０９で、ＬＮＧ設備における燃料ガスとして使用するため、または他の使用のために十分な圧力に圧縮される。しかし、熱交換器２７および６３におけるフラッシュガスの加温は任意のものであり、本発明のいずれかの実施形態において必要とされるものではない。

図２に示される実施形態の特徴は、第１冷却システム、すなわち、圧縮機４７、熱交換器２１、および膨張弁５７を含むシステムが、第２冷却システム、すなわち、圧縮機８３、熱交換器２７および６３、および膨張機３１および２０３を含むシステムとは独立に運転することである。独立の運転は、第１冷却システムにおける混合冷媒と第２冷却システムにおける窒素冷媒間で交換される熱がないことを意味する。二つの冷却システム間でのバランス冷却は、この実施形態において必要とされない。

もう一つの特徴は、管路２０５の膨張窒素と一緒にする前の第２熱交換領域２７における管路２９の仕事膨張窒素の流量が、第３熱交換領域６３における一緒にした仕事膨張窒素流７９の流量よりも少ないことが可能なことである。原料ガスまたは冷却原料流の冷却は、第３熱交換領域６３では行われない。加えて、管路２０１による窒素の抜き出し後、第３熱交換領域６３において冷却しようとする圧縮窒素の流量は、第３熱交換領域６３において加温しようとする管路７９の混合仕事膨張窒素の流量より少ないことが可能である。

図３に本発明の別の実施形態が示され、これは図１および２の実施形態の変形である。管路７３の予備冷却された高圧窒素は、温膨張機７５で中間圧力、例えば、２５〜４５ｂａｒａ（２．５〜４．５ＭＰａａ）に膨張させられる。管路３０１の中間圧力の膨張窒素は、温ガス膨張熱交換器３０３において別個に加温され、多段圧縮機３０５の中間段へと流れて、動力必要量を減少させる。この実施形態に代わるのは、図１におけるように、中間圧力で圧縮機３０５の中間段から流れ３０７を抜き出し、それを熱交換区画７１において冷却し、管路７３の冷却流を膨張機７５でより低い圧力レベルに膨張させ、管路３０１のより低い圧力の膨張流を温ガス膨張熱交換器３０３において加温するための管路６７の中間温冷媒と一緒にすることである。いずれの代替形態においても、管路３０７の高いまたは中間圧力の窒素流は、図示されるように熱交換区画７１においてプロパンなどの高レベル冷媒によるか、または温熱交換器３０３において、あるいはそれら両方により、冷却することが可能である。

図３に示される実施形態の特徴は、第２熱交換領域２７における管路２９の仕事膨張窒素の流量が、一般的に、第３熱交換領域３０３における仕事膨張窒素流６７および３０１の全体流量よりも少ないことである。一般的に、原料ガスまたは冷却原料流の冷却は、第３熱交換領域３０３では行われない。加えて、第３熱交換領域３０３において冷却しようとする管路３０６の圧縮窒素の流量は、一般的に、第３熱交換領域３０３において加温しようとする管路６７および３０１の仕事膨張窒素の全体流量よりも少ない。

図４は、管路６５の冷却高圧窒素流が２段階で仕事膨張させられる図１の代替実施形態を示す。この流れは、最初に中間膨張機３１で膨張させられて、中間圧力、例えば２５〜４５ｂａｒａ（２．５〜４．５ＭＰａａ）、および管路２５で入ってくる実質的に液化した天然ガス流の温度より低い温度にされる。管路２９の中間圧力膨張流は、好ましくは、冷ガス膨張熱交換器４０１において加温されてそこでの寒冷を提供し、次に冷膨張機４０３でさらにより低い圧力、例えば１５〜３０ｂａｒａ（１．５〜３ＭＰａａ）に膨張させられる。次いで、管路４０５のより低い圧力の膨張窒素流が、冷熱交換器４０１において最も冷たいレベルの寒冷を提供して、管路２５で入ってくる実質的に液化した天然ガス流を過冷却する。

好ましくは冷熱交換器４０１での加温後、管路４０５の中間圧力の膨張窒素流の一部を、温熱交換器６３において別個に加温（図示せず）して、多段圧縮機８３の中間段に送ることが可能である。図３の実施形態におけるように、管路６９の高圧窒素流は、図示されるように熱交換区画７１においてプロパンなどの高レベル冷媒によるか、または温熱交換器６３において、あるいは両方の組合せにより、予備冷却することが可能である。

この実施形態における中間膨張機の追加は、冷ガス膨張熱交換器４０１において寒冷をより高い熱力学的効率で提供する。この熱交換器における流体の加温および冷却曲線は、それらの全体長に沿って互いにより接近し、そしてこのことは有利であるが、しかしこれはシステムにおける別の構成機器、すなわち膨張機４０３を必要とする。

図４に示される実施形態の特徴は、第２熱交換領域４０１における管路４０５の仕事膨張窒素の流量が、一般的に、第３熱交換領域６３における仕事膨張窒素流４０７の流量よりも少ないことである。原料ガスまたは冷却原料流の冷却は、第３熱交換領域６３では行われない。加えて、第３熱交換領域６３において冷却しようとする管路６１の圧縮窒素の流量は、一般的に、第３熱交換領域６３において加温しようとする管路４０７の仕事膨張窒素の流量よりも少ない。

図５には、ガス膨張冷却システムが２段階の膨張を用いる本発明の別の実施形態が示される。管路５０１の予備冷却高圧窒素流は、温熱交換器５０３の中間点から抜き出され、温膨張機３１で膨張させられて、中間圧力、例えば２５〜４５ｂａｒａ（２．５〜４．５ＭＰａａ）、および管路２５で入ってくる天然ガス流の温度より低い温度にされる。管路２９の中間圧力膨張窒素流の一部は、管路５０５により抜き出され、温ガス膨張熱交換器５０３において別個に加温され、多段圧縮機５０７の中間段に送られて、動力必要量を減少させる。

管路５０９の残りの中間圧力窒素は、好ましくは冷ガス膨張熱交換器５１１での再加熱後、冷膨張機５１３でより低い圧力、例えば１５〜３０ｂａｒａ（１．５〜３ＭＰａａ）にさらに膨張させられる。次に、管路５１５のより低い圧力の膨張窒素流が、管路２５で入ってくる実質的に液化した天然ガス流を過冷却するために必要とされる冷ガス膨張熱交換器５１１で最も冷たいレベルの寒冷を提供する。管路５１７の温かい高圧窒素流は、随意的に、図示されるように熱交換器５０３において、またはプロパンなどの高レベル冷媒で、または両方の組合せにより、予備冷却することが可能である。

図５に示される実施形態の特徴は、第２熱交換領域５１１における管路５１５の仕事膨張窒素の流量が、一般的に、第３熱交換領域５０３における管路５０５および５１９の仕事膨張窒素流の合計流量よりも少ないことである。好ましくは、原料ガスまたは冷却原料流の冷却は、第３熱交換領域５０３では行われない。

本発明のその他の実施形態は、二つの冷却システムのさらに熱力学的に効率的な統合を行うために、ガス膨張冷却熱交換器と混合冷媒熱交換器間の統合バランス流を用いることが可能である。やはり複数の膨張機を用いるこれらの実施形態は、既存のガス液化設備の脱ボトルネックまたは増設用の一層効率的な設計を提供することが可能である。

図６は、温ガス膨張熱交換器６０１において用いられる混合冷媒バランス流を有する複数膨張機のガス膨張冷却システムを示す。管路６０３の高圧混合冷媒のうちの小さな部分を、管路６０５により抜き出し、弁６０７を通して中間圧力にフラッシュさせる。それにより得られた、一般に−９０〜−１１０℃および５〜１０ｂａｒａ（０．５〜１ＭＰａａ）の管路６０９の中間圧力混合冷媒流は、温ガス膨張熱交換器６０１において加温されて、その熱交換器におけるさらに近づいた平行な加温および冷却曲線を提供し、それによりプロセスの効率を上昇させる。ほぼ周囲温度で加温された混合冷媒流６１１が、再循環のため多段混合冷媒圧縮機６１３の中間段に戻される。あるいはまた、管路６０５の凝縮高圧混合冷媒バランス流は、混合冷媒回路の最も低い圧力レベル、例えば３〜６ｂａｒａ（０．３〜０．６ＭＰａａ）にフラッシュされ、温熱交換器６０１において中間温度、例えば−２０℃〜−４０℃に加温されて、混合冷媒圧縮機６１３の第１段に戻される。

この実施形態のガス膨張冷却システムにおいて、管路６１５の予備冷却された高圧窒素流のより小さな部分は、好ましくは、温膨張機６１７での仕事膨張の前にプロパンまたは他の高レベル冷媒の温度より低い温度まで温熱交換器６０１においてさらに冷却される。好ましくは、管路６１９の膨張中間温度窒素流は、冷ガス膨張熱交換器２７の中間点において、入ってくる実質的に液化した天然ガス流２５の温度より低い温度で管路２９の部分的に加温された冷窒素流と混合される。ガス膨張熱交換器２７および６０１のいずれかまたは両方は、必要ならば、２以上の熱交換器に分割することが可能である。

図７は、温ガス膨張熱交換器７０１においてさらに効率的な冷却バランスを達成するための代替法として、高圧窒素ガスの一部が混合冷媒熱交換器７０５において冷却される代替の複数膨張機ガス膨張冷却システムを示す。約−２０℃〜−４０℃の管路７３の予備冷却された高圧窒素流の一部が、管路７０３により抜き出され、混合冷媒熱交換器７０５において約−１００〜−１２０℃にさらに冷却される。管路７０７の冷却高圧窒素流は、温熱交換器７０１で冷却後の高圧窒素流６１の部分と混合され、そして一緒にされた管路７０９の流れが冷膨張機７１１の入口へと流れる。

この実施形態のガス膨張冷却システムにおいて、管路７１３の予備冷却された高圧窒素流の残りの部分は、温膨張機７１７での仕事膨張の前に温熱交換器７０１においてプロパンまたは他の高レベル冷媒の温度より低い温度までさらに冷却される。好ましくは、管路７１９の中間温度窒素流は、冷ガス膨張熱交換器２７の中間点において、入ってくる管路２５の実質的に液化した天然ガス流の温度より低い温度で、部分的に加温された冷窒素流と混合される。ガス膨張熱交換器２７および７０１のいずれかまたは両方は、必要ならば、やはり２以上の熱交換器に分割することができる。

この実施形態の特徴は、管路７１９の膨張窒素との混合前の第２熱交換領域２７における管路７１２の仕事膨張窒素流量が、第３熱交換領域７０１における一緒にされた仕事膨張窒素流７１０の流量よりも少ないことである。原料ガスまたは冷却原料流の冷却は、第３熱交換領域６３では行われない。加えて、熱交換器７０１において冷却しようとする圧縮窒素流６１および７１３のいずれの流量も、熱交換器７０１において温めようとする管路７１０の仕事膨張窒素の流量よりも少ない。

図８は、図１〜７の実施形態に示されるような追加の外部冷媒なしで、例えばプロパンなしで運転する、複数膨張機のガス膨張冷却システムと組み合わせた単一混合冷媒冷却システムを示す。この単一混合冷却システムにおける冷媒は、混合冷媒熱交換器２１に入る前に、例えばプロパンまたは別の高レベル混合冷媒により、周囲温度未満には予備冷却されない。この例では、混合冷媒が、圧縮機８０１の中間段で部分的に液化されるとともに、管路８０３の液体部分は最終高圧レベルまでポンプ加圧され、後部冷却器８０５の上流で最終圧縮蒸気部分と一緒にされる。この態様は随意的であり、本発明のいずれの実施形態において用いることも可能である。

この実施形態のガス膨張冷却システムにおいて、全ての高圧窒素流８０７は、温ガス膨張熱交換器８０９において、管路２５で入ってくる実質的に液化した天然ガス流の温度に近いかまたはそれよりも冷たい温度に冷却される。管路８１１の冷却高圧窒素流の一部は、温膨張機８１３で中間圧力に仕事膨張される。管路８１５の中間圧力膨張窒素流は、ガス膨張熱交換器８１７および８０９において個別に加温され、多段圧縮機の中間段に送られて動力必要量を減少させる。冷熱交換器８１７におけるさらなる冷却後、管路８１９の残りの高圧窒素流は、冷膨張機８２１でより低い圧力に膨張させられる。より低い圧力に膨張した管路８２３の窒素流は、冷熱交換器８１７において加温されて、入ってくる実質的に液化した天然ガス流２５を過冷却するために必要とされる最も冷たいレベルの寒冷を提供する。

随意的に、入ってくる実質的に液化した天然ガス流２５は、−１００℃よりも温かい温度であることが可能であり、そして部分的にのみ液化することが可能である。その場合、管路８１５および８２３の二つの膨張窒素流が、管路２５で入ってくる実質的に液化した天然ガス流を完全に液化し過冷却するための寒冷を提供する。冷ガス膨張熱交換器８１７は、必要ならば２以上の熱交換器に分割することが可能であり、あるいは、熱交換器８０９および８１７を組み合わせて単一の熱交換器にすることができる。

この実施形態の特徴は、第２熱交換領域における管路８２３の仕事膨張窒素の流量が、一般的に、第３熱交換領域８０９における仕事膨張窒素流８２５および８２７の全体流量よりも少ないことである。一般的に、原料ガスまたは冷却原料流の冷却は、第３熱交換領域８０９では行われない。

図９に、本発明の代替実施形態を示す。この実施形態において、管路９０１の高圧冷媒ガス流は、温ガス膨張熱交換器９０３において、混合冷媒を用いる別個の冷却システムにより提供される寒冷の一部により過冷却される。この別個の冷却の使用が、温窒素膨張機をなくすのを可能とする。高圧混合冷媒流９０５は、温熱交換器９０３において冷却され、少なくとも部分的に凝縮される。管路中の冷却高圧混合冷媒流は、弁９０７を通しまたは高密度相膨張機によりフラッシュされて、減圧冷媒が管路９０９を経て温熱交換器９０３のコールドエンドへと流れる。管路９０９の低圧混合冷媒流は、温熱交換器９０３において加温されて気化し、管路９１１の加温した混合冷媒流として出てゆく。管路９１１の加温した低圧混合冷媒流は、混合冷媒圧縮機９１３で好適な高圧に圧縮され、再循環用に周囲温度まで再冷却される。

管路９０１のガス膨張システム冷媒を予備冷却する混合冷媒冷却システムは、熱交換器２１において原料ガス流１を液化するために必要とされる寒冷の少なくとも一部を提供する第１または温冷却システムから切り離される。本発明のこの実施形態は、熱力学的効率を犠牲にすることなく第１冷却システムからガス膨張冷却システムを完全に分離するための代替法を提供する。２以上の冷媒成分を利用する任意のタイプの第１冷却システムを用いることができる。これに代わる代替実施形態では、組合せた統合圧縮設備とともに、熱交換器２１および９０３における別個の混合冷媒回路を用いることが可能である。熱交換器２１および９０３における混合冷媒は、同じ組成を有することが可能であり、あるいは平衡分離により得られる異なる組成を有することが可能である。熱交換器９０３において用いられる混合冷媒の一部を抜き出し、および／または統合圧縮機の段間に戻すことが可能である。

図１の実施形態を、以下の非限定実施例により説明する。管路１の天然ガス原料を、時間当り５９，６６８ｋｇ−モルの流量で提供し、これは２７℃および６０．３ｂａｒａ（６．０３ＭＰａａ）の窒素３．９０モル％、メタン８７．０３％、エタン５．５０％、プロパン２．０２％、そしてＣ₄およびより重質の炭化水素（Ｃ₄₊）１．５５％の組成を有する。この原料は、水銀などの他の汚染物質とともにＣＯ₂およびＨ₂Ｓなどの酸性ガスの除去のために、上流の前処理部（図示せず）において洗浄し乾燥されている。管路１の天然ガス原料は第１熱交換区画３に入り、いくつかのレベルのプロパン冷却を用いて−１８℃に予備冷却される。管路５の予備冷却天然ガス原料流は、原料のより重質の成分、すなわちペンタンおよびより重質の炭化水素を、液化プロセスでの凍結を防止するため除去する洗浄塔７に入る。洗浄塔は、洗浄塔に還流を提供するためにやはりプロパン冷却を用いるオーバーヘッド凝縮器９を有する。洗浄塔からの底部生成物を、管路１１により、ペンタンおよび重質成分が分離され管路１５で回収される分別部１３に送る。−３３℃の流れ１７中のより軽い液体成分を洗浄塔のオーバーヘッド蒸気生成物と一緒にして、管路１９の精製天然ガス流を提供する。

管路１９の精製天然ガス流は、−３２．９℃および５８．０ｂａｒａ（５．８０ＭＰａａ）で時間当り５７，２７４ｋｇ−モルの流量、そして窒素３．９５モル％、メタン８７．７４％、エタン５．３１％、プロパン２．０４％、Ｃ₄およびより重質の炭化水素０．９６％の組成を有する。この流れを、混合冷媒熱交換器２１において管路２３で提供される低圧混合冷媒を加温し気化させることにより、さらに−１１９．７℃まで冷却し、凝縮させる。この例では完全に液化される、管路２５の実質的に液化した天然ガス流を、冷ガス膨張熱交換器２７において−１５０．２℃の温度に過冷却する。熱交換器２７における冷却用の寒冷は、膨張機３１からの管路２９の冷仕事膨張窒素冷媒流により提供される。管路３３の過冷却ＬＮＧ流を、次に弁３５を通して１．１７ｂａｒａ（０．１１７ＭＰａａ）の圧力に断熱フラッシュさせる。管路３７の−１６２．３℃の低圧ＬＮＧ流を分離器３９に送り、ＬＮＧ製品流を貯蔵のため管路４１により抜き出す。管路４３の軽質フラッシュガス流は加温し、ＬＮＧ設備における燃料ガスとして使用するため、または他の使用のために十分な圧力に圧縮することができる。

この実施例において天然ガス原料流１を冷却し液化するための寒冷は、プロパン冷媒回路および混合冷媒冷却回路により提供する。３６．５℃および６１．６ｂａｒａ（６．１６ＭＰａａ）でメタン３６．９２モル％、エタン５４．６３％およびプロパン８．４５％の組成を有する時間当り５１，２００ｋｇ−モルの流量の管路５０の高圧混合冷媒を、熱交換区画５１においていくつかのレベルのプロパン冷媒を用いて予備冷却し完全に凝縮させる。管路５３の予備冷却された混合冷媒流は、−３３℃および５８．９ｂａｒａ（５．８９ＭＰａａ）で混合冷媒熱交換器２１に入る。

この混合冷媒は、熱交換器２１において−１２０℃の温度に過冷却され、管路５５に出てゆく。この過冷却された混合冷媒は、弁５７を通し断熱フラッシュされて−１２２．５℃および４．２ｂａｒａ（０．４２ＭＰａａ）となり、管路２３を通って熱交換器２１のコールドエンドへと流れる。管路２３の低圧混合冷媒流は熱交換器２１において加温され気化されて、−３４．５℃および３．６ｂａｒａ（０．３６ＭＰａａ）で管路４５の加温した混合冷媒流として出てゆく。管路４５の加温した低圧混合冷媒流は、多段式の中間冷却器付き混合冷媒圧縮機４７で６１．６ｂａｒａ（６．１６ＭＰａａ）に圧縮され、再循環用に周囲温度に冷却される。

管路２５の液化天然ガスの過冷却を、作動流体として窒素を用いる複数膨張機のガス冷却システムを用いて行う。時間当り８２，１０９ｋｇ−モルの流量、３６．５℃の温度、および７５．９ｂａｒａ（７．５９ＭＰａａ）の圧力の管路５９の高圧窒素を、二つの部分に分割する。時間当り６９，３４７ｋｇ−モルでの管路６１のより大きな高圧窒素部分は温窒素熱交換器６３に入り、−１０７．７℃まで冷却される。管路６５の冷却高圧窒素流を、冷膨張機３１で−１５２．４℃および２３．７ｂａｒａ（２．３７ＭＰａａ）に仕事膨張させる。この例では全てが蒸気である管路２９の冷仕事膨張窒素流を、冷窒素熱交換器２７において加温し、−１２１．９℃で抜き出して、管路２５のＬＮＧを過冷却するために必要とされる冷たい寒冷を提供する。時間当り１２，７６２ｋｇ−モルの管路６９のより小さい高圧窒素流を、熱交換区画７１において、いくつかのレベルのプロパン冷媒を用いて−３３．１℃に予備冷却する。次に、管路７３の予備冷却された高圧窒素流を、温膨張機７５で−９６℃および２３．４ｂａｒａ（２．３４ＭＰａａ）に仕事膨張させる。管路７７の仕事膨張窒素流は、冷熱交換器２７からの管路６７の加温した窒素流と一緒にされて、−１１８．１℃で管路７９を通って温熱交換器６３へと流れる。管路７９の一緒にした窒素流は、温熱交換器６３において２７．８℃に加温され、そして管路８１の抜き出された冷媒を多段式の中間冷却器付き圧縮機８３で７５．９ｂａｒａ（７．５９ＭＰａａ）に圧縮し、再循環用に周囲温度に再度冷却される。

温窒素熱交換器６３において加温するための管路７７のより小さな膨張窒素流の追加は、交換器６３における冷却曲線を理想に近く維持し、すなわち流体の加温および冷却曲線がそれらの全体長さに沿って互いに密接に近づき、それによりプロセス効率を改善する。一層接近して平行な冷却曲線を得るために、気化性混合冷媒のバランス流を提供してガス膨張熱交換器６３を加温するか、またはその代わりに管路７３の高圧冷媒ガスの一部を混合冷媒熱交換器２１において冷却することは必要でない。本発明のこの実施例、および図１〜５、７、および８を参照して前述した実施形態は、第１冷却システムおよびガス膨張冷却システムの独立の運転を例示している。

同様の圧力の排出流を有する二つのガス膨張機を利用する本発明の実施形態によるガス液化方法の概略フローシートである。 同様の圧力の排出流を有する二つのガス膨張機を利用する本発明の別の実施形態によるガス液化方法の概略フローシートである。 異なる圧力の排出流を有する二つのガス膨張機を利用する本発明の別の実施形態によるガス液化方法の概略フローシートである。 同様の圧力の排出流を有する三つのガス膨張機を利用する本発明の別の実施形態によるガス液化方法の概略フローシートである。 異なる圧力の排出流を有する二つのガス膨張機を利用する本発明の別の実施形態によるガス液化方法の概略フローシートである。 同様の圧力の排出流を有する二つのガス膨張機とバランス冷却流を利用する本発明の別の実施形態によるガス液化方法の概略フローシートである。 同様の圧力の排出流を有する二つのガス膨張機とバランス冷却流を利用する本発明の別の実施形態によるガス液化方法の概略フローシートである。 異なる圧力の排出流を有する二つのガス膨張機を利用する本発明の別の実施形態によるガス液化方法の概略フローシートである。 単一ガス膨張機および二つの蒸気再圧縮冷却サイクルを利用する本発明の別の実施形態によるガス液化方法の概略フローシートである。

Claims (33)

1. （ａ）第１冷却システムにおいて提供される１以上の冷媒流との間接熱交換により、第１熱交換領域中で原料ガスを冷却し、そして第１熱交換領域から実質的に液化した原料流（すなわち、大気圧に減圧することにより断熱膨張した場合に、当該流れは０．２５と１．０の間の液体分率を有する）を抜き出すこと、
   （ｂ）第２冷却システムにより提供される１以上の仕事膨張冷媒流との間接熱交換により、第２熱交換領域中で上記実質的に液化した原料流をさらに冷却し、そして第２熱交換領域からさらに冷却された実質的に液化した原料流を抜き出すこと、および
   （ｃ）第２冷却システムにおける２以上の冷却された圧縮冷媒流を仕事膨張させて、第２熱交換領域における１以上の仕事膨張冷媒流の少なくとも一つを提供すること、
   を含むガス液化のための方法であって、該第２冷却システムの運転が、
   （１）１以上の冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒流を提供する工程、
   （２）第３熱交換領域において該圧縮冷媒流の全てまたは一部を、１以上の仕事膨張冷媒流との間接熱交換により冷却して冷却圧縮冷媒流を提供する工程、および
   （３）該冷却圧縮冷媒流を仕事膨張させて第２熱交換領域における上記１以上の仕事膨張冷媒流の一つを提供する工程、
   を含むとともに、第２熱交換領域における仕事膨張冷媒流の流量が第３熱交換領域における１以上の仕事膨張冷媒流の全体流量よりも少ない、ガス液化方法。
2. 第３熱交換領域において冷却負荷を提供する前記１以上の仕事膨張冷媒流の一つが、第２熱交換領域での冷却負荷後の第２熱交換領域における前記１以上の仕事膨張冷媒流のうちの当該一つを含み、２以上の膨張冷却圧縮冷媒流のうちの第２流が少なくとも第３熱交換領域における冷却負荷を提供する、請求項１に記載の方法。
3. 前記２以上の膨張冷却圧縮冷媒流の第２流が第２熱交換領域における冷却負荷をも提供する、請求項２に記載の方法。
4. 前記２以上の膨張冷却圧縮冷媒流の第２流を、第２熱交換領域における中間温度位置で前記１以上の仕事膨張冷媒流の前記の一つと一緒にする、請求項３に記載の方法。
5. 前記２以上の膨張冷却圧縮冷媒流の第２が、第２熱交換領域ではなく第３熱交換領域における冷却負荷を提供する、請求項２に記載の方法。
6. 前記２以上の膨張冷却圧縮冷媒流の第２流を、第２および第３熱交換領域間の位置で前記１以上の仕事膨張冷媒流の前記一つと一緒にする、請求項５に記載の方法。
7. 圧縮冷媒ガスの第１部分を第３熱交換領域において冷却するとともに、前記圧縮冷媒ガスの第２部分を冷却し、仕事膨張させ、第３熱交換領域において加温して、そこで前記圧縮冷媒ガスの当該第１部分を冷却するための寒冷を提供する、請求項１に記載の方法。
8. 前記圧縮冷媒ガスを第３熱交換領域において冷却し、仕事膨張させて第１仕事膨張冷媒を提供し、当該第１仕事膨張冷媒を分割して第１および第２冷却冷媒にし、第１冷却冷媒を第３熱交換領域において加温して、そこで前記圧縮冷媒ガスを冷却するための寒冷を提供し、第２冷却冷媒をさらに冷却し、仕事膨張させて第２仕事膨張冷媒を提供するとともに、当該第２仕事膨張冷媒を第２熱交換領域において加温してそこで第１熱交換領域からの前記実質的に液化した原料流を冷却するための寒冷を提供する、請求項１に記載の方法。
9. 前記圧縮冷媒ガスの第１部分を第３熱交換領域において冷却し、仕事膨張させて第１仕事膨張冷媒を提供し、前記圧縮冷媒ガスの第２部分を第３冷却システムにより提供される気化性冷媒との間接熱交換により冷却し、仕事膨張させて第２仕事膨張冷媒を提供するとともに、当該第１および第２仕事膨張冷媒を第２熱交換領域において加温してそこで第１熱交換領域からの前記実質的に液化した原料流を冷却するための寒冷を提供する、請求項１に記載の方法。
10. 前記圧縮冷媒ガスを第３熱交換領域において冷却して冷却圧縮冷媒ガスを提供するとともに、当該冷却圧縮冷媒ガスの一部を仕事膨張させ、第２熱交換領域において加温してそこで第１熱交換領域からの前記実質的に液化した原料流のための冷却を行う、請求項１に記載の方法。
11. 前記第２冷却システムが、
    （ｄ）第１冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供し、そして当該圧縮冷媒ガスを分割して第１および第２圧縮冷媒にすること、
    （ｅ）第３熱交換領域において当該第１圧縮冷媒を冷却して第１冷却圧縮冷媒を提供し、当該第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて冷仕事膨張冷媒を提供し、第２熱交換領域において当該冷仕事膨張冷媒を加温してそこで前記冷却原料流を冷却するための寒冷を提供し、そしてそこから中間冷媒を抜き出すこと、
    （ｆ）気化性冷媒との間接熱交換により上記第２圧縮冷媒を冷却して第２冷却圧縮冷媒を提供し、当該第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて仕事膨張第２冷媒を提供するとともに、当該仕事膨張第２冷媒を上記中間冷媒と一緒にして一緒にした中間冷媒を提供すること、および
    （ｇ）第３熱交換領域において上記一緒にした中間冷媒を加温してそこで上記第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして温冷媒をそこから抜き出して上記第１冷媒ガスを提供すること、
    を含む方法により運転される、請求項１に記載の方法。
12. 前記第２冷却システムが、
    （ｄ）第１冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供すること、
    （ｅ）第３熱交換領域において当該圧縮冷媒ガスを冷却して冷却圧縮冷媒を提供し、そして当該冷却圧縮冷媒を分割して第１および第２冷却圧縮冷媒にすること、
    （ｆ）第３熱交換領域において当該第１冷却圧縮冷媒をさらに冷却して第１のさらに冷却された冷媒を提供すること、
    （ｇ）当該第１のさらに冷却された冷媒を仕事膨張させて仕事膨張第１冷媒を提供するとともに、上記第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて仕事膨張第２冷媒を提供すること、
    （ｈ）第２熱交換領域において当該仕事膨張第１冷媒および当該仕事膨張第２冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの前記実質的に液化した原料流を冷却するための寒冷を提供し、そして第２熱交換領域から一緒にした中間冷媒を抜き出すこと、および
    （ｉ）第３熱交換領域において当該一緒にした中間冷媒を加温してそこで第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して上記第１冷媒ガスを提供すること、
    を含む方法により運転される、請求項１に記載の方法。
13. 前記第２冷却システムが、
    （ｄ）多段冷媒圧縮機で第１冷媒ガスおよび第２冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供し、そして当該圧縮冷媒ガスを分割して第１および第２圧縮冷媒にすること、
    （ｅ）第３熱交換領域において当該第１圧縮冷媒を冷却して第１冷却圧縮冷媒を提供し、当該第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて冷仕事膨張冷媒を第１圧力で提供し、第２熱交換領域において当該冷仕事膨張冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの前記実質的に液化した原料流を冷却するための寒冷を提供し、そして第２熱交換領域から中間冷媒を抜き出すこと、
    （ｆ）気化性冷媒との間接熱交換により上記第２圧縮冷媒を冷却して第２冷却圧縮冷媒を提供し、当該第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて上記第１圧力よりも高い第２圧力で仕事膨張第２冷媒を提供し、第３熱交換領域において当該仕事膨張第２冷媒を加温してそこで上記第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して上記第２冷媒ガスを提供すること、
    （ｇ）第３熱交換領域において上記中間冷媒を加温してそこで上記第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して上記第１冷媒ガスを提供すること、および
    （ｈ）上記第１冷媒ガスを上記多段冷媒圧縮機の第１段に導入し、上記第２冷媒ガスを上記多段冷媒圧縮機の中間段に導入すること、
    を含む方法により運転される、請求項１に記載の方法。
14. 前記第２冷却システムが、
    （ｄ）冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供し、当該圧縮冷媒ガスを分割して第１および第２圧縮冷媒にすること、
    （ｅ）第３熱交換領域において上記第１圧縮冷媒を冷却して第１冷却圧縮冷媒を提供し、当該第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて第１仕事膨張冷媒を提供すること、
    （ｆ）第２熱交換領域において上記第１仕事膨張冷媒を冷却して冷却第１仕事膨張冷媒を提供し、当該冷却第１仕事膨張冷媒を仕事膨張させて冷仕事膨張冷媒を提供し、第２熱交換領域において当該冷仕事膨張冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの前記実質的に液化した原料流を冷却するための寒冷を提供し、そして第２熱交換領域から中間冷媒を抜き出すこと、
    （ｇ）気化性冷媒との間接熱交換により上記第２圧縮冷媒を冷却して第２冷却圧縮冷媒を提供し、当該第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて仕事膨張第２冷媒を提供するとともに、当該仕事膨張第２冷媒を上記中間冷媒と一緒にして一緒にした冷媒を提供すること、および
    （ｈ）第３熱交換領域において上記一緒にした冷媒を加温してそこで上記第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして第１冷媒ガスをそこから抜き出すこと、
    を含む方法により運転される、請求項１に記載の方法。
15. 前記第２冷却システムが、
    （ｄ）多段冷媒圧縮機で第１冷媒ガスおよび第２冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供すること、
    （ｅ）第３熱交換領域において上記圧縮冷媒ガスを冷却して第１冷却圧縮冷媒を提供し、当該第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて第１冷仕事膨張冷媒を第１圧力で提供し、そして当該第１冷仕事膨張冷媒を分割して第１および第２冷冷媒にすること、
    （ｆ）第３熱交換領域において上記第１冷冷媒を加温してそこで第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して上記第２冷媒ガスを提供すること、
    （ｇ）第２熱交換領域において上記第２冷冷媒を冷却して第２冷却圧縮冷媒を提供し、当該第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて上記第１圧力より低い第２圧力で第２仕事膨張冷媒を提供すること、
    （ｈ）第２熱交換領域において上記第２仕事膨張冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの前記実質的に液化した流れを冷却するための寒冷を提供するとともに、第３熱交換領域において上記第１圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して上記第１冷媒ガスを提供すること、および
    （ｉ）上記第１冷媒ガスを上記多段冷媒圧縮機の第１段に導入し、上記第２冷媒ガスを上記多段冷媒圧縮機の中間段に導入すること、
    を含む方法により運転される、請求項１に記載の方法。
16. 前記第２冷却システムが、
    （ｄ）冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供し、そして当該圧縮冷媒ガスを分割して第１および第２圧縮冷媒にすること、
    （ｅ）第３熱交換領域において上記第１圧縮冷媒を冷却して第１冷却圧縮冷媒を提供し、当該第１冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて冷仕事膨張第１冷媒を提供し、第２熱交換領域において当該冷仕事膨張第１冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの前記実質的に液化した原料流を冷却するための寒冷を提供し、そして第２熱交換領域において部分的に加温した冷媒を作ること、
    （ｆ）気化性冷媒との間接熱交換により上記第２圧縮冷媒を冷却して中間冷却冷媒を提供し、第３熱交換領域において当該中間冷却冷媒をさらに冷却して冷却第２圧縮冷媒を提供するとともに、当該第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて仕事膨張第２冷媒を提供すること、
    （ｇ）この冷仕事膨張第２冷媒と上記部分的に加温した冷媒を一緒にして一緒にした中間冷媒を提供し、第２熱交換領域において当該一緒にした中間冷媒を加温してそこで第１熱交換領域からの前記実質的に液化した原料流を冷却するための追加の寒冷を提供し、そして部分的に加温した冷媒を第２熱交換領域から抜き出すこと、および
    （ｈ）第３熱交換領域において当該部分的に加温した冷媒を加温してそこで上記第１圧縮冷媒および上記第２圧縮冷媒を冷却するための寒冷を提供し、そして加温した冷媒をそこから抜き出して第１冷媒ガスを提供すること、
    を含む方法により運転される、請求項１に記載の方法。
17. 前記第２冷却システムが、
    （ｄ）多段冷媒圧縮機で第１冷媒ガスおよび第２冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供すること、
    （ｅ）第３熱交換領域において上記圧縮冷媒ガスを冷却して冷却圧縮冷媒を提供し、そして当該冷却圧縮冷媒を分割して第１および第２冷却冷媒にすること、
    （ｆ）上記第１冷却冷媒を仕事膨張させて第１仕事膨張冷媒を第１圧力で提供し、第２および第３熱交換領域において当該第１仕事膨張冷媒を加温して、第１熱交換領域からの前記実質的に液化した原料流を冷却するための第２熱交換領域における寒冷および第３熱交換領域において第１圧縮冷媒を冷却するための第３熱交換領域における寒冷を提供し、そして加温した冷媒を第３熱交換領域から抜き出して上記第２冷媒ガスを提供すること、
    （ｇ）第２熱交換領域において上記第２冷却冷媒を冷却して第２冷却圧縮冷媒を提供し、当該第２冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて上記第１圧力よりも低い第２圧力で第２仕事膨張冷媒を提供すること、
    （ｈ）上記第２仕事膨張冷媒を第２および第３熱交換領域において加温して、冷却原料流を冷却するための第２熱交換領域における寒冷および第１圧縮冷媒を冷却するための第３熱交換領域における寒冷を提供し、そして加温した冷媒を第３熱交換領域から抜き出して上記第１冷媒ガスを提供すること、および
    （ｉ）上記第１冷媒ガスを上記多段冷媒圧縮機の第１段に導入し、上記第２冷媒ガスを上記多段冷媒圧縮機の中間段に導入すること、
    を含む方法により運転される、請求項１に記載の方法。
18. （ａ）第１冷却システムにおいて提供される１以上の冷媒との間接熱交換により第１熱交換領域において原料ガスを冷却し、そして第１熱交換領域から実質的に液化した原料流を抜き出すこと、および
    （ｂ）冷仕事膨張冷媒との間接熱交換により第２熱交換領域において上記実質的に液化した原料流をさらに冷却し、そしてそこからさらに冷却された実質的に液化した原料流を抜き出すこと、
    を含むガス液化のための方法であって、当該冷仕事膨張冷媒を、
    （１）第１冷却回路において冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスを提供すること、
    （２）第３熱交換領域において当該圧縮冷媒ガスを冷却して冷却圧縮冷媒ガスを提供し、当該冷却の一部はそこで第２冷却回路により供給される多成分冷媒を気化することにより提供すること、
    （３）上記冷却圧縮冷媒ガスを仕事膨張させて上記冷仕事膨張冷媒を提供すること、および
    （４）第２および第３熱交換領域において上記冷仕事膨張冷媒を加温して、第１熱交換領域からの上記実質的に液化した原料流を冷却するための第２熱交換領域における寒冷、および上記圧縮冷媒ガスを冷却するための第３熱交換領域における寒冷を提供し、そして加温した冷媒を第３熱交換領域から抜き出して上記冷媒ガスを提供すること、
    を含む方法により、少なくとも二つの冷却回路を含む第２冷却システムでもって提供する、ガス液化方法。
19. （ａ）第１冷却システムにおいて提供される１以上の冷媒との間接熱交換により第１熱交換領域において原料ガスを冷却し、それにより冷却原料流を提供すること、および
    （ｂ）第２冷却システムにより提供される仕事膨張冷媒との間接熱交換により第２熱交換領域において上記冷却原料流をさらに冷却し、そして第２熱交換領域からさらに冷却された流れを抜き出すこと、
    を含むガス液化のための方法であり、当該第２冷却システムの運転が、
    （１）冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒を提供する工程、
    （２）上記圧縮冷媒を冷却して冷却圧縮冷媒を提供する工程、
    （３）上記冷却圧縮冷媒を仕事膨張させて上記仕事膨張冷媒を提供する工程、
    を含み、上記圧縮冷媒の冷却のための寒冷を、一部は第２熱交換領域からの仕事膨張冷媒との第３熱交換領域での間接熱交換により、そして一部は第１冷却システムにより提供されるバランス冷却により提供する、ガス液化方法であって、当該バランス冷却の必要性を、上記圧縮冷媒の一部を冷却し仕事膨張させて追加の仕事膨張冷媒を提供することにより減ずるかまたはなくし、当該追加の仕事膨張冷媒を利用して第３熱交換領域に追加の寒冷を提供することを特徴とするガス液化方法。
20. 前記原料ガスまたは前記冷却原料流の冷却を第３熱交換領域では行わない、請求項１から１９までのいずれか一つに記載の方法。
21. 第３熱交換領域において冷却する圧縮冷媒流の流量が第３熱交換領域において加温する１以上の仕事膨張冷媒流の全体流量よりも少ない、請求項１から２０までのいずれか一つに記載の方法。
22. 第１冷却システムが第２冷却システムとは独立に運転される、請求項１から２１までのいずれか一つに記載の方法。
23. 第１熱交換領域における原料ガスの冷却を、
    （ｄ）１以上の成分を含有する冷媒ガスを圧縮および冷却して、冷却しかつ少なくとも部分的に凝縮した冷媒を提供すること、
    （ｅ）この冷却しかつ少なくとも部分的に凝縮した冷媒の圧力を減じて気化性冷媒を提供するとともに、第１熱交換領域において当該気化性冷媒との間接熱交換により原料ガスを冷却して前記実質的に液化した原料流および（ｄ）の冷媒ガスを提供すること、
    を含む方法により行う、請求項１から２２までのいずれか一つに記載の方法。
24. 原料ガスを気化性冷媒との間接熱交換により第１熱交換領域の前で冷却する、請求項１から２３までのいずれか一つに記載の方法。
25. （ｄ）における冷媒ガスの冷却の少なくとも一部を気化性冷媒との間接熱交換により行う、請求項２３に記載の方法。
26. 第３熱交換領域で第１冷却システムにおいて提供される１以上の冷媒の一部を加温することにより、第３熱交換領域に追加の寒冷を提供することをさらに含む、請求項１から２５までのいずれか一つに記載の方法。
27. 第１熱交換領域で第２冷却システムにおいて提供される中間冷却冷媒の一部を加温することにより、第１熱交換領域に追加の寒冷を提供することをさらに含む、請求項１から２６までのいずれか一つに記載の方法。
28. 原料ガスが天然ガスを含む、請求項１から２７までのいずれか一つに記載の方法。
29. 第１冷却システムにおいて提供される１以上の冷媒が、窒素、１以上の炭素原子を含有する炭化水素、および１以上の炭素原子を含有するハロカーボンからなる群から選択される、請求項１から２８までのいずれか一つに記載の方法。
30. 第２冷却システムにおける冷媒ガスが、窒素、アルゴン、メタン、エタン、およびプロパンからなる群から選択される１以上の成分を含む、請求項１から２９までのいずれか一つに記載の方法。
31. （ａ）実質的に液化した原料流を提供するため、第１冷却システムにより提供される１以上の冷媒との間接熱交換により原料ガスを冷却するための第１冷却システムおよび第１熱交換手段、
    （ｂ）さらに冷却された実質的に液化した原料流を提供するため、第２冷却システムにより提供される１以上の冷仕事膨張冷媒との間接熱交換により上記実質的に液化した原料流をさらに冷却するための第２冷却システムおよび第２熱交換手段、
    （ｃ）１以上の冷媒ガス流を圧縮するためのガス圧縮手段、および第２冷却システムの１以上の圧縮冷媒ガス流を冷却するための第３熱交換手段、
    （ｄ）２以上の冷仕事膨張冷媒流を提供するため第２冷却システムの冷却圧縮冷媒ガスを仕事膨張させるための２以上の膨張機、および
    （ｅ）２以上の冷仕事膨張冷媒流の一つを第２熱交換手段に移送し、２以上の冷仕事膨張冷媒流のもう一つを第２または第３熱交換手段に移送するための配管手段、
    を含むガス液化システム。
32. （ａ）実質的に液化した原料流を提供するため、第１冷却システムにより提供される１以上の冷媒との間接熱交換により原料ガスを冷却するための第１冷却システムおよび第１熱交換手段、
    （ｂ）さらに冷却された実質的に液化した原料流を提供するため、第２冷却システムにより提供される１以上の冷仕事膨張冷媒との間接熱交換により上記実質的に液化した原料流をさらに冷却するための第２冷却システムおよび第２熱交換手段、
    （ｃ）冷媒ガス流を圧縮するためのガス圧縮手段、および１以上の圧縮冷媒流を冷却するための第３熱交換手段、
    （ｄ）第３熱交換手段に追加の寒冷を提供するための第３冷却システム、
    （ｅ）第２冷却システムにおいて冷却圧縮冷媒流を仕事膨張させて冷仕事膨張冷媒流を提供するための膨張機、および
    （ｆ）膨張機からの冷仕事膨張冷媒流を第２熱交換手段に移送するための配管手段、
    を含むガス液化システム。
33. 請求項２〜２７のいずれか一つに記載の方法を行うための構成要素を有する請求項３１または請求項３２に記載のシステム。

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