JP2008530505A - 天然ガスを液化するためのプラント及び方法 - Google Patents

Abstract

天然ガスを液化するためのプラント及び方法。このプラントは共通の予冷熱交換装置（１）と、２つの天然ガス液抽出装置（１００、１００’）と、その対応する天然ガス液抽出装置からのオーバーヘッド軽質フラクションを冷却して液化する２つの主熱交換器（２００、２００’）とを備える。

Description

本発明は天然ガスを液化するためのプラント及び方法に関する。

米国特許第６，３８９，８４４号は天然ガスを液化するためのプラント及び方法を開示する。米国特許第６，３８９，８４４号によるプラントは、１つの共通の予冷サイクルと、それに続いて同時に稼働する並列配置の２つの主液化サイクルとを含み、プラントを通って流れる天然ガスが液化され過冷される。予冷サイクルが２つの主液化サイクルに対して働くので、天然ガスを予冷できる程度が通常は低減される。

液化天然ガスの別の生産用プラントがＵＳ２００５／０００５６３５に記載されている。
米国特許第６，３８９，８４４号 米国特許出願公開第２００５／０００５６３５号

特に発熱量に関して、液化天然ガスの様々な規格が種々の市場で要求される。

この要求を満たすため、本発明による天然ガスを液化するためのプラントは、
- 予冷熱交換装置において天然ガスから熱を取り去るための１つの予冷冷媒回路を有すると共に、天然ガスの入口と予冷された天然ガスの出口とを備えた予冷熱交換装置と；
- 天然ガス流を少なくとも第１の天然ガス副流と第２の天然ガス副流とに分割するための分配器と；
- 少なくとも２つの天然ガス液抽出装置であって、その各々が前記天然ガス副流の一つを受け入れるよう構成された抽出装置入口を有すると共に、重質フラクション出口とオーバーヘッド軽質フラクション出口とを備える前記天然ガス液抽出装置と；
- 少なくとも２つの主低温システムであって、該主低温システムの各々が第１の高温側を備えた主熱交換器を含み、前記第１の高温側が前記天然ガス液抽出装置の少なくとも１つにおける前記オーバーヘッド軽質フラクション出口に連結された１つの入口と液化天然ガスの出口とを有し、前記主低温システムの各々が、対応する前記主熱交換器の前記第１の高温側を流れる天然ガスから熱を取り去るための主冷媒回路を備える、前記少なくとも２つの主低温システムと；
を備える。

本発明による天然ガス流を液化する方法は、
- 熱交換装置において天然ガス流を、１つの予冷冷媒回路中を循環している予冷冷媒に対して予冷する工程；
- 前記天然ガス流を少なくとも第１の天然ガス副流と第２の天然ガス副流とに分割する工程；
- 前記第１の天然ガス副流及び前記第２の天然ガス副流の各々を液体の重質フラクションと蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションとの同時に分離する工程；
- 少なくとも２つの主低温システムにおける主冷媒に対して前記蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションを更に冷却して十分に凝縮させ、各々の主低温システムにおいては前記主冷媒を主冷媒回路にて循環させる工程；及び
- 液化天然ガス流を引き出す工程；
からなる。

さて、予冷冷媒回路は２つの主冷媒回路のために働くが、各々の主冷媒回路に対してはそれ自身の天然ガス液抽出装置が働く。このようにして液化能力は天然ガス液抽出の能力によって限定されない。

驚いたことに、予冷又は予冷熱交換装置の下流での天然ガス液抽出が可能である一方、天然ガスの流量がより大きいことに起因して予冷温度は予冷の後に１つの主冷媒サイクルを有する１つの主熱交換器が続いている場合よりも低いことを見いだした。

本発明の別の利点は、より大きな流量を受け入れるために天然ガス抽出装置の規模を拡大する必要がないことである。天然ガスの処理量が大きいと、高圧分離塔の建設及び輸送の可能性の限界に達することが分かった。この問題は、並列に配置し同時に稼働するより小さい２つの塔を設けることによって回避される。２個以上の相対的に小さい天然ガス液抽出装置を並列で設ける追加の資本経費（ＣＡＰＥＸ）は、天然ガスの全流量を取り扱うよう適応した１つの大型の天然ガス液抽出装置の資本経費よりも少ないこと予想され得る。

本発明は、主熱交換器の各々が蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションをもっぱら天然ガス液抽出装置の一つだけから受け入れるような第１群の態様だけでなく、主熱交換器の各々が蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションの一部を２個以上の天然ガス液抽出装置から受け入れるような第２群の態様をも含む。

第１群の態様の利点は、設備の構成が比較的単純なことである。第２群の態様の利点は、例えばそれぞれの蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションの組成又は温度の小さな変動の形で起こり得る不均衡配分が無くせることである。

天然ガス流を少なくとも第１及び第２の天然ガス副流に分割するための分配器を、予冷熱交換装置の下流又は上流に配置できる。これにより、第１及び第２の副流への天然ガス流の分割を、予冷の前又は後に行なうことができる。

予冷熱交換装置が直列に配列された２個以上の熱交換器からなるか、又は予冷が２個以上の直列段において実行される場合には、分配器を予冷熱交換装置の２つの熱交換器の間に配置して天然ガス流を連続的な予冷段の間で分割することができる。

最終の予冷段の上流にて天然ガス流を２つの副流に分割する利点は、予冷により部分的に凝縮する前に天然ガス流を第１及び第２の天然ガス副流に分割できるので、不均衡配分の可能性を小さくできることである。この利点はまた、２個以上の天然ガス液抽出装置を用いることなく、液体重質フラクションに分離することなく、特許請求の範囲に記載の天然ガスを液化するためのプラント及び方法において達成される。
以下、例として添付図面を参照して本発明を詳しく説明する。

図１ａ及び１ｂを参照する。本発明による天然ガスの液化プラントは、１つの天然ガス予冷熱交換装置１と、分配器４と、２つの主低温システム２００及び２００’と、２つの天然ガス液抽出装置１００及び１００’とを備える。予冷熱交換装置は天然ガスの入口管路９０と予冷した天然ガスの出口管路１９とを有する。分配器４は出口管路１９に連結され、２個以上の出口２７、２７’を有する。

天然ガス液抽出装置１００、１００’の各々は管路２７又は２７’に連結され、重質フラクションを放出するための放出管路１０８、１０８’と、オーバーヘッド軽質フラクションを放出するための放出管路１２７、１２７’とを有する。重質フラクションはＣ_３＋成分などのより重質な成分に富んだ天然ガス液を含み、オーバーヘッド軽質フラクションはこれらのより重質な成分からデリッチ(derich)されてより希薄な混合物を含み、液化されるべきものである。

主低温システム２００、２００’の各々は液化天然ガスを放出するための放出管路９５、９５’に連結される。

図１ａでは、主低温システム２００、２００’の各々がもっぱら天然ガス液抽出装置１００、１００’の一方にだけ連結されている一般的な態様が示されている。図１ｂでは、天然ガス液抽出装置１００及び１００’から夫々の管路１２７及び１２７’に出た生成物流が合流して第２の分配箱４４において再分配される一般的な態様が示されている。この態様では、このようにして主低温システム２００及び２００’の各々が両方の天然ガス液抽出装置１００及び１００’からの蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションの一部を受け入れる。

次に、図２に示される更に詳細な態様を参照すると、天然ガス予冷熱交換装置１は１個の予冷熱交換器２から構成できるが、好ましくは、直列に及び／又は並列に配置された２個以上の熱交換器の組から成り、その場合、予冷冷媒は１つ以上の圧力レベルにて蒸発できる。簡単のため、以下では予冷熱交換装置１を１個の予冷熱交換器２の形式で表す。

天然ガス予冷熱交換器２は、天然ガスの入口１３と予冷した天然ガスの出口１４とを有する管１２の形式で概略的に示された高温側を有する。管１２は天然ガス予冷熱交換器２の低温側１５（シェル側１５ともいう）内に配置される。

一般に本発明のプラントは予冷冷媒回路３も備える。予冷冷媒回路３は入口３３と出口３４とを有する予冷冷媒コンプレッサー３１を備える。出口３４は導管３５によって冷却器３６に連結され、この冷却器３６は空気冷却器又は水冷装置とし得る。導管３５は膨張装置（ここではスロットル３８の形式で設けられている）を介して天然ガス予冷熱交換器２の低温側１５の入口３９まで延びている。低温側１５の出口４０は戻り導管４１によって予冷冷媒コンプレッサー３１の入口３３に連結される。

好ましくは、予冷冷媒回路は、２段又は３段又は４段にて天然ガス流を予冷するために４つの圧力レベルを有する。予冷冷媒構成は、参考のためここに組み入れた米国特許第６，６３７，２３８号に従って設けることができる。

分配器４は、予冷した天然ガスを受け入れるために、導管１９により出口１４に連結された入口１８を備えると共に、２つの出口２２及び２３を備える。

ここに図示してはいないが別法として、分配器４を最終の予冷段の上流に設け、２つの出口２２及び２３を最終予冷段における２つの並列の高温側の入口に連結することができ、それによりこれらの並列の高温側を通って流れる流れが予冷冷媒回路内の予冷冷媒に対して熱交換できる。

主低温システム２００、２００’の各々は主熱交換器５、５’と主冷媒回路９、９’とを含む。主熱交換器５、５’の各々は１つの入口２６、２６’を有する第１の高温側２５、２５’を備える。第１の高温側２５の入口２６は、導管２７及び１２７によって天然ガス液抽出装置１００を介して分配器４の出口２２に連結され、第１の高温側２５’の入口２６’は、導管２７’及び１２７’によって天然ガス液抽出装置１００’を介して出口２３に連結される。第１の高温側２５、２５’の各々は主熱交換器５、５’の上部に液化天然ガスの出口２８、２８’を有する。第１の高温側２５、２５’は主熱交換器５、５’の低温側２９、２９’に配置され、この低温側２９、２９’は出口３０、３０’を有する。

主熱交換器５及び５’は各々が液化冷媒回路９及び９’にそれぞれ連結されている。液化冷媒回路９、９’の各々は、入口５１、５１’と出口５２、５２’とを有する液化冷媒コンプレッサー５０、５０’を備える。入口５１、５１’は戻り導管５３、５３’によって主熱交換器５、５’の低温側２９、２９’の出口３０、３０’に連結される。出口５２、５２’は導管５４、５４’によって冷却器５６、５６’（空気冷却器又は水冷装置とし得る）に連結され、それから冷媒熱交換器５８、５８’の高温側５７、５７’に連結され分離器６０、６０’に達する。各分離器６０は液体用の出口６１、６１’をその下端部に備え、ガス用の出口６２、６２’をその上端部に備える。

冷媒熱交換器５８、５８’の各々は、補助冷媒を取り入れると共に使用済みの補助冷媒を放出できるように、入口１３９、１３９’及び出口１４０、１４０’を有する低温側８５、８５’を含む。低温側８５は補助冷媒サイクル中に含まれるが、これには多くの選択肢が可能であり、そのいくつかを下記に示す。

１つの選択肢は、参考としてここに組み入れた上記米国特許第６，３８９，８４４号に記載のように、補助冷媒サイクルが並列サイクルとして与えられ、予冷冷媒コンプレッサー３１と冷却器３６を利用し、それにより入口１３９、１３９’がスロットルなどの膨張装置を介して管路３７に連結され、出口１４０、１４０’が管路４１に連結されるというのもである。別の選択肢では、参考のためここに組み入れた上記米国特許出願公開第２００５／０００５６３５号に記載のような別の補助冷媒回路を設け、冷媒熱交換器５８、５８’の各々に並列に供給するために１つの補助冷媒コンプレッサーを用いるか、又は各冷媒熱交換器５８、５８’に専用の補助冷媒コンプレッサーを用いる。さらに別の選択肢として、本明細書において既に組み入れた米国特許第６，３８９，８４４号の図２及び３を参照すると、図２に示された天然ガス予冷熱交換器２と冷媒熱交換器５８及び５８’とが統合された１つの熱交換器に組み込まれ、高温側５７及び５７’が予冷熱交換装置１の予冷熱交換器２の１つ以上において追加の暖かい管束の形式にて与えられる。

統合された予冷熱交換装置は、参考のため既に組み入れた米国特許第６，３８９，８４４号の図３に具体的に記載のように、１段の代わりに、２段又は３段以上を直列に含んでもよい。

液化冷媒回路９、９’の各々は、出口６１、６１’から第２の高温側６７、６７’の入口に延びる第１の導管６５、６５’と（第２の高温側６７、６７’は主熱交換器５、５’の中間地点まで延びている）、導管６９、６９’と、膨張装置７０、７０’と、注入ノズル７３、７３’とを更に含む。

液化冷媒回路９、９’の各々は、出口６２、６２’から第３の高温側７７、７７’の入口に延びる第２の導管７５、７５‘と（第３の高温側７７、７７’は主熱交換器５、５’の上部まで延びている）、導管７９、７９’と、膨張装置８０、８０’と、注入ノズル８３、８３’とを更に含む。

これら２つの天然ガス液抽出装置１００及び１００’は各々、蒸留塔１０５及び１０５’をそれぞれ備える。蒸留塔１０５、１０５’には蒸留塔入口１０７、１０７’が設けられ、本態様では蒸留塔入口１０７、１０７’は同時に、分配器４に連結された抽出装置入口でもある。具体的には、蒸留塔入口１０７は導管２７を介して分配器４の出口２２に連結され、蒸留塔入口１０７’は導管２７’を介して出口２３に連結される。抽出装置出口はそれぞれ管路１２７及び１２７’の形式にて設けられる。

蒸留塔１０５、１０５’は、対応する管路２７、２７’中の予冷された天然ガス流から分離された液体を（管路１０８、１０８’に）放出するための重質フラクション出口１０９、１０９’と、対応する管路２７、２７’中の予冷された天然ガス流から分離された蒸気を放出するための軽質フラクションオーバーヘッド出口１１１、１１１’とを更に備える。

並列で重質フラクションに作用するか又は組み合わされて重質フラクションに作用する分別装置（図示せず）を、重質フラクション出口１０９、１０９’に連結することもできる。

図２に示される蒸留塔１０５、１０５’は精留セクションのみを備える。本発明では必要とされないが、蒸留塔はまた、該蒸留塔の底部の温度を引き上げるためにリボイラーを付加することによって精留及びストリッピングセクションを備えることもできる。また、必要なら吸収セクションを蒸留塔内に設けることもできる。蒸留塔はスクラバー塔としてもよい。

天然ガス液抽出装置１００、１００’はオーバーヘッド熱交換器装置１１３、１１３’、還流ドラムの形式のオーバーヘッド分離器１１７、１１７’、及び還流ポンプ１１９、１１９’を更に備える。還流ドラム１１７、１１７’は液体還流出口１２１、１２１’及び蒸気出口１２３、１２３’を備える。

軽質フラクションオーバーヘッド出口１１１、１１１’はオーバーヘッド熱交換器装置１１３、１１３’の高温側１１６、１１６’に連結され、オーバーヘッド熱交換器装置１１３、１１３’の低温側１１２、１１２’は冷温流１１５、１１５’にさらすことができる。オーバーヘッド熱交換器１１３、１１３’の高温側出口は還流ドラム１１７、１１７’に連結される。液体還流出口１２１、１２１’は還流ポンプ１１９、１１９’の吸引側に連結され、還流ポンプ１１９、１１９’の圧力側は対応する蒸留塔１０５、１０５’に設けられた還流入口１２５、１２５’に連結される。蒸気出口１２３、１２３’は管路１２７、１２７’に連結される。

好ましくは、主冷媒回路９及び９’は互いに同一であり、主熱交換器５及び５’並びに天然ガス液抽出装置１００及び１００’も互いに同一である。

通常運転中は、天然ガスが導管９０を通って天然ガス予冷熱交換器２の高温側１４の入口１３から予冷熱交換装置１に供給される。通常、天然ガスは天然ガスの組成に依存して予冷熱交換装置１において部分的に凝縮される。

予冷冷媒は天然ガス予冷熱交換器２の低温側１５の出口４０から取り出され、予冷冷媒コンプレッサー３１にて高圧に圧縮され、凝縮器３６で凝縮され、膨張装置３８で膨張して低圧にすることができる。低温側１５では、膨張した予冷冷媒は低圧で蒸発でき、このようにして熱が天然ガスから取り出される。

予冷され高温側１４から取り出された天然ガスは導管１９を通って分配器４に送られ、少なくとも第１及び第２の予冷された天然ガス副流に分割される。

導管２７及び２７’を通過する天然ガスの量は互いに等しいのが好ましい。導管２７及び２７’を通って、第１及び第２の予冷された天然ガス流がそれぞれ天然ガス液抽出装置１００及び１００’の入口１０７及び１０７’に供給される。ここで、第１及び第２の予冷された天然ガス副流の各々がその夫々の蒸留塔１０５及び１０５’に送られる。蒸留塔１０５及び１０５’では、一般には蒸留又はスクラビングによって、対応する副流の凝縮された部分を含んだ重質フラクションと、蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションとに同時に分離される。

蒸留塔内の温度に依存して、蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションは、プロパンを含めてＣ_３＋成分からデリッチされ、主にメタンを含有し、しばしばエタン及び窒素を含めてＣ_２成分をも含有する。

蒸気質の軽質オーバーヘッド流は軽質フラクションオーバーヘッド出口１１１、１１１’から蒸留塔１０５、１０５’を出ていき、オーバーヘッド熱交換器１１３、１１３’の高温側１１６、１１６’に送られ、そこで部分的に凝縮されて、軽質の凝縮液と軽質の蒸気との混合物を含んだ部分的に凝縮されたオーバーヘッド流になる。

部分的に凝縮されたオーバーヘッド流は還流ドラム１１７、１１７’に送られ、軽質の凝縮液が軽質の蒸気から分離される。軽質の凝縮液は還流ドラム１１７、１１７’から液体還流出口１２１、１２１’を介して引き出され、低温の液体還流で蒸留塔１０５、１０５’に送られる。

軽質の蒸気は蒸気出口１２３、１２３’から引き出され、主熱交換器５及び５’の第１の高温側２５及び２５’の入口２６及び２６’に送られる。第１の高温側２５、２５’では、天然ガスからの軽質の蒸気フラクションが液化され過冷される。過冷された天然ガスは導管９５及び９５’から取り出される。過冷された天然ガスは、更なる処理用の装置（そのいくつかの選択肢を本明細書において後ほど述べる）、及び液化天然ガスの貯蔵用のタンク（図示せず）に送られる。

主冷媒は主熱交換器５、５’の低温側２９、２９’の出口３０、３０’から取り出され、液化冷媒コンプレッサー５０、５０’において高圧に圧縮される。圧縮熱は冷却器５６、５６’において取り除かれ、さらに冷媒熱交換器５８、５８’において主冷媒からも熱が取り去られて部分的に凝縮された冷媒を得る。部分的に凝縮された主冷媒は次に分離器６０、６０’において重質の液体フラクションと軽質のガス状フラクションとに分離され、これらのフラクションはそれぞれ第２の高温側６７、６７’及び第３の高温側７７、７７’にて更に冷却され、液化され過冷された高圧のフラクションを得る。過冷された冷媒は、膨張装置７０、７０’及び８０、８０’にて膨張してより低い圧力になることができる。この圧力にて、冷媒は主熱交換器５、５’の低温側２９、２９’にて蒸発し、第１の低温側２５、２５’を通過する天然ガスから熱を取り去ることができる。

蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションから液体還流を凝縮するのに必要な冷温流１１５、１１５’又はオーバーヘッド冷媒流１１５、１１５’は、任意の適当な供給源から送ることができる。例えば、オーバーヘッド冷媒流１１５、１１５’は、サイクル３からのスリップストリームで与えることができ、又はサイクル３における１つの圧力レベルとして統合し得る。後者の場合、高温側１１６、１１６’を高温側１２に並列に統合して統合熱交換器とすることができ、又は高温側１１６、１１６’を単独の熱交換器装置１１３、１１３’の一部として構成して予冷冷媒を低温側１１２、１１２’に送ることができる。

別法として、オーバーヘッド冷媒流１１５、１１５’は、例えば管路６５、６５’から主冷媒のスリップストリームにより供給することができる。これは、オーバーヘッド熱交換器の低温側１１５、１１５’が少なくとも２つの主冷媒回路９、９’のうち少なくとも１つと連通している構成において実現できる。少なくとも２つの主冷媒回路９、９’のうちの少なくとも１つにおける主冷媒によって蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションを間接熱交換する利点は、予冷された天然ガス流の温度ができるだけ低いことが、天然ガス液の分離においてより濃いＣ_３＋抽出を達成することに資する点である。加えて、出口１２１、１２１’から出て行く液体還流ストリームの温度をより低くしてＣ_３＋回収率を上げることができる。

他の選択肢は、蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションを冷却するための上記選択肢のうち２つ以上の任意の組み合わせ、特に統合熱交換装置の下流に配置された別個のオーバーヘッド熱交換器装置１１３、１１３’より前にある別の熱交換器の高温側１１６、１１６’の統合を伴う組み合わせによって形成される。

各主冷媒回路９、９’のコンプレッサー駆動体パワーと予冷冷媒回路３のコンプレッサー駆動体パワーとが等しく且つプラントがフル操業で稼働している場合には、予冷された天然ガスの温度は約−２５℃にあることが分かった。一般に、予冷された天然ガスの圧力は４０〜６０バールである。好ましくは、液体還流ストリームの温度は−２５℃〜−６５℃であり、温度が低ければ低いほど、より多くのＣ_３＋成分が予冷された天然ガスから分離される。さらに好ましくは、液体還流ストリームの温度は−３１℃より低い。オーバーヘッド熱交換器１１３、１１３’におけるオーバーヘッド冷却用の主冷媒を用い、約−４５℃の低温還流の温度で４０〜４５％のプロパン回収率が実現できる。これは当該ガスの圧力及び組成に依存する。

次に図３を参照する。図３が示す態様は、オーバーヘッド分離器１１７、１１７’から引き出された蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションを冷却するために主冷媒回路９、９’の１つからの主冷媒を利用する具体例を含む。高温側１１６、１１６’は主熱交換器に統合されている。図３は概ね図２に対応しているが、天然ガス液抽出装置１００、１００’が代替の天然ガス液抽出装置１１０、１１０’の態様に置き換えられている。図３が図２に対応する範囲は再度説明しないので、図２の対応する部分を参照されたい。

主低温熱交換器５、５’は変更バーション５５、５５’で置き換えられており、高温側２５、２５’が上流部分２４、２４’と下流部分２４ａ、２４ａ’とに分割されている。

代替の態様では、軽質フラクションオーバーヘッド出口１１１、１１１’が導管１２６、１２６’を介して対応する上流部分２４、２４’の入口２６、２６’に連結される。上流部分２４、２４’の出口は還流ドラム１１７、１１７’に連結され、還流ドラム１１７、１１７’の蒸気出口１２３、１２３’は導管１２７、１２７’を介して高温側２５、２５’の下流部分２４ａ、２４ａ’の対応する入口に連結される。主熱交換器５、５’と同様に、下流部分２４ａ、２４ａ’は主熱交換器５５、５５’の上部に液化天然ガスの出口２８、２８’を有する。

この代替の態様の通常運転中、蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションからの液体還流を凝縮するのに必要な冷たさは、主冷媒により与えられる。

別の態様（図示せず）では、天然ガス液抽出装置１００、１００’及び／又は１１０、１１０’並びに部分的に凝縮された天然ガス副流を対応する副流の凝縮部分を含んだ重質フラクションと蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションとに分離することは、参考のためここに組み入れた国際公開ＷＯ２００４／０６９３８４に記載の態様に基づいた形式を有する。特に、この態様における低温の液体還流は第１の還流ストリームと第２の還流ストリームとに分割され、その第１の還流ストリームはスクラバー塔の上部に入れられ、第２の還流ストリームは中間地点に入れられる。

上記の態様では、好ましくは予冷冷媒はプロパンなどの単一成分冷媒又は炭化水素成分の混合物又は圧縮冷却サイクル若しくは吸収冷却サイクルで用いられる別の適当な冷媒である。好ましくは主冷媒は窒素、メタン、エタン、プロパン及びブタンを含んだ多成分冷媒である。

好ましくは、冷媒熱交換器５８及び５８’は直列に配置された２個以上の熱交換器一組を備え、予冷冷媒は１つ以上の圧力レベルにて蒸発できる。

主熱交換器５及び５’並びに５５及び５５’はスプール巻き型熱交換器又はプレートフィン型熱交換器などの任意の適当な構成にし得る。

図２及び図３について述べた上記態様では、主熱交換器５、５’、５５、５５’は第２の高温側６７、６７’及び第３の高温側７７、７７’をそれぞれ有する。代わりの別の態様では、主熱交換器は第２と第３の高温側とが組み合わされて高温側をただ１つ有する。この場合には、部分的に凝縮した主冷媒は、重質の液体フラクションと軽質のガス状フラクションとに分離することなく、第３の高温側７７、７７’に直接供給される。

コンプレッサー３１、５０及び５０’は、中間冷却を行なう多段コンプレッサー、又は２つのコンプレッサー間で中間冷却を行なう直列のコンプレッサーの組み合わせ、又は並列のコンプレッサーの組み合わせとし得る。

予冷冷媒回路３並びに２つの主冷媒回路９及び９’におけるコンプレッサー３１、５０及び５０’は、タービン駆動又は電気モーター駆動、又はタービン／電気モーターの組み合わせにより駆動し得る。

好ましくは、予冷冷媒回路中のタービン（図示せず）は蒸気タービンである。この場合、好ましくは、蒸気タービンを駆動するのに必要な蒸気は、主冷媒回路のガスタービン（図示せず）の排気の冷却から解放される熱により生成される。

本発明は天然ガスを液化するための拡張可能なプラントを提供し、第１段階では１００％の液化能力を有する単一の装置が作られ、第２段階では第２の主熱交換器と第２の液化冷媒回路（これらは第１のものと同じ大きさを有する）が加えられて液化能力を約１４０〜約１６０％まで増すことができると共に、天然ガスからのＣ_３＋成分を制御できる。

本発明の利点は、効率的な運転が行なえるように予冷及び液化の条件、例えば冷媒の組成を容易に適応させることができることである。また、液化回路の一つを停止しなければならない場合でも、１つの液化装置により効率的に作動させるように条件を適応させることができる。

さらに、計算によると、液化効率（コンプレッサーにより為される仕事の単位当たりに生成される液化ガスの量）は、２つの主冷媒回路のために働く予冷冷媒回路を使用することによって悪影響を受けないことが示された。

液化能力は、液化天然ガスの出口導管９５、９５’に連結された少なくとも１つのエンド・フラッシュ(end-flash)装置を設けることによって更に増すことができる。図４はこのエンド・フラッシュ装置の態様を示し、エンド・フラッシュ装置は上記のプラントのいずれか１つに付加することができる。各導管９５、９５’はエンド・フラッシュ・エキスパンダー９７、９７’及びスロットル９９、９９’に連結される。低圧側は導管１０１、１０１’に放出するようになっており、導管１０１、１０１’の両方ともエンド・フラッシュ・ガス分離器１０３に連結している。

別法として、導管９５及び９５’中の液化天然ガスが単一のエンド・フラッシュ・エキスパンダー（図示せず）の上流で混合される接合部が設けられる。

エンド・フラッシュ・ガス分離器はエンド・フラッシュ・ガス出口１３３と液化天然ガス出口１３５とを備える。輸送又は貯蔵のために液化天然ガスを管路１３８に放出する前に任意の所望の圧力にするために、随意にポンプ１３７を設けてもよい。

エンド・フラッシュ出口１３３はコンプレッサー１３９に連結される。コンプレッサー１３９の高圧出口は冷却器１４１、例えば大気冷却器に連結される。コンプレッサー１３９の上流には、エンド・フラッシュ・ガスに与えられる冷たさを保持することができるように熱交換器１４３が設けられる。

通常運転中、液化天然ガスの圧力は、エンド・フラッシュ・エキスパンダー９７、９７’及びスロットル９９、９９’において好ましくは大気条件又は大気条件近くまで下げられる。この膨張によって液化天然ガスの温度が下がると共に、エンド・フラッシュ・ガスがこのプロセスで形成される。

一般に、この温度は、５０バールから大気圧までフラッシュダウンされるとき、約１０℃だけ下がる。この更なる温度の低下のお陰で、予冷装置１及び主低温システム２００、２００’における一定の冷却パワーでより多くの液化天然ガスを製造できる。

エンド・フラッシュ・ガスはエンド・フラッシュ・ガス分離器１０３において液化天然ガスから分離される。

エンド・フラッシュ・ガス分離器１０３を出て行くエンド・フラッシュ・ガスは、例えば燃料ガスとしての更なる使用のために管路１４５から放出することができるような圧力に圧縮される。エンド・フラッシュ・ガス中に存在する冷たさは、例えば主冷媒を予冷するために熱交換器１４３によって保持できる。この場合、熱交換器１４３は主冷媒回路９、９’の中に含めることができる。

プラントの能力を更に高めるために、随意にエンド・フラッシュ・ガスのフィードバックループを設けて、管路１４５中のエンド・フラッシュ・ガスの一部を少なくとも部分的に凝縮してエンド・フラッシュ分離器１０３の上流の液化天然ガスに再注入できる。このために、随意のフィードバックループは更なるコンプレッサー１４７を備えてもよく、その低圧側は管路１４５に連結される。更なるコンプレッサー１４７の高圧側は、随意の更なる冷却器１４９、熱交換器１４３及びスロットル１５１などの膨張装置を連続的に介してエンド・フラッシュ・ガス分離器の上流の管路に連結される。

随意の再注入により、更なるコンプレッサー１３９及び１４７は、冷却デューティをプロセス中に入れることができると共に主冷媒回路における冷却温度を上げることができるという追加の特徴を与える。このようにして付加された追加の冷却デューティのお陰で、より多くの量の液体天然ガスを製造できる。計算によると、随意のリサイクリングを含んだエンド・フラッシュシステムにより４〜５％付け加わった液化能力が達成できることが分かった。

他のエンド・フラッシュシステム又は拡張物をここに記載のものの代わりに使用できる。米国特許第５，８９３，２７４号に記載のエンド・フラッシュシステムが参考として挙げられる。

図１ａは本発明の第１群の態様の一般的な概略フローチャートを示す。図１ｂは本発明の第２群の態様の一般的な概略フローチャートを示す。 図２は本発明による液化プラント及び方法を概略的に示す。 図３は本発明によるプラント及び方法の更に特定の態様を概略的に示す。 図４は上記の態様と組み合わせて使用するエンド・フラッシュ装置を概略的に示す。

符号の説明

１ 天然ガス予冷熱交換装置
３ 予冷冷媒回路
４ 分配器
５ 主熱交換器
９ 主冷媒回路
１００ 天然ガス液抽出装置
２００ 主低温システム

Claims (11)

1. 天然ガスを液化するためのプラントであって、
   - 予冷熱交換装置において天然ガスから熱を取り去るための１つの予冷冷媒回路を有すると共に、天然ガスの入口と予冷された天然ガスの出口とを備えた予冷熱交換装置と；
   - 天然ガス流を少なくとも第１の天然ガス副流と第２の天然ガス副流とに分割するための分配器と；
   - 少なくとも２つの天然ガス液抽出装置であって、その各々が前記天然ガス副流の一つを受け入れるよう構成された抽出装置入口を有すると共に、重質フラクション出口とオーバーヘッド軽質フラクション出口とを備える前記天然ガス液抽出装置と；
   - 少なくとも２つの主低温システムであって、該主低温システムの各々が第１の高温側を備えた主熱交換器を含み、前記第１の高温側が前記天然ガス液抽出装置の少なくとも１つにおける前記オーバーヘッド軽質フラクション出口に連結された１つの入口と液化天然ガスの出口とを有し、前記主低温システムの各々が、対応する前記主熱交換器の前記第１の高温側を流れる天然ガスから熱を取り去るための主冷媒回路を備える、前記少なくとも２つの主低温システムと；
   を備えるプラント。
2. 前記天然ガス液抽出装置の各々がオーバーヘッド分離器の液体還流出口からの液体還流を受け入れるよう構成された還流入口を備え、前記オーバーヘッド分離器が前記オーバーヘッド軽質フラクション出口に連通した入口と、対応した主低温熱交換器に連通した蒸気出口とを備える請求項１に記載のプラント。
3. 前記オーバーヘッド分離器の上流に、前記オーバーヘッド軽質フラクションから熱を取り去るためにオーバーヘッド熱交換器が設けられ、該オーバーヘッド熱交換器の低温側が少なくとも２つの前記主冷媒回路のうちの少なくとも１つに連通している請求項２に記載のプラント。
4. 少なくとも２つの前記熱交換器の液化天然ガスの出口に連結された少なくとも１つのエンド・フラッシュ装置を更に備えると共に、少なくともエンド・フラッシュ・ガスの出口と液化天然ガスの出口とを備える請求項１、２又は３に記載のプラント。
5. 前記分配器が２つの出口を有し、前記プラントが２つの天然ガス液抽出装置と２つの主熱交換器とを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の天然ガスを液化するためのプラント。
6. 天然ガス流を液化する方法であって、
   - 熱交換装置において天然ガス流を、１つの予冷冷媒回路中を循環している予冷冷媒に対して予冷する工程；
   - 前記天然ガス流を少なくとも第１の天然ガス副流と第２の天然ガス副流とに分割する工程；
   - 前記第１の天然ガス副流及び前記第２の天然ガス副流の各々を液体の重質フラクションと蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションとの同時に分離する工程；
   - 少なくとも２つの主低温システムにおける主冷媒に対して前記蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションを更に冷却して十分に凝縮させ、各々の主低温システムにおいては前記主冷媒を主冷媒回路にて循環させる工程；及び
   - 液化天然ガス流を引き出す工程；
   からなる方法。
7. 前記蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションを更に冷却する前記工程が、蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションの各々を部分的に凝縮して軽質の凝縮液と軽質の蒸気とを形成する工程と、前記軽質の凝縮液を前記軽質の蒸気から分離する工程と、部分的に凝縮された第１及び第２の天然ガス副流の各々を同時に分離する前記工程に軽質の凝縮液を低温還流として供給する工程と、前記軽質の蒸気を更に冷却して十分に凝縮させる工程とを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記蒸気質のオーバーヘッド軽質フラクションの各々を部分的に凝縮させる前記工程が、少なくとも２つの前記主冷媒回路のうち少なくとも１つにおいて主冷媒と間接熱交換する工程を含む、請求項７に記載の方法。
9. 次に、液化天然ガス流を膨張させて更に冷却された液化天然ガス及びフラッシュ蒸気を含む混合物を形成させ、フラッシュ蒸気を前記更に冷却された液化天然ガスから分離し、圧縮し、少なくとも部分的に凝縮させ、前記フラッシュ蒸気の分離より上流の液化天然ガス流に再注入する、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 天然ガスを液化するためのプラントであって、
    - １つ以上の熱交換器が随意に前に置かれている最終熱交換器を備えると共に、予冷熱交換装置において天然ガスから熱を取り去るための１つの予冷冷媒回路を有する予冷熱交換装置と；
    - 天然ガス流を少なくとも第１の天然ガス副流と第２の天然ガス副流とに分割するための分配器と；
    - 少なくとも第１及び第２の主低温システムであって、該主低温システムの各々が第１の高温側を備えた主熱交換器を有し、前記第１の高温側が前記第１の天然ガス副流及び第２の天然ガス副流をそれぞれ受け入れるように構成された１つの入口を有し、該主低温システムの各々が、対応する主熱交換器の第１の高温側を流れる天然ガスから熱を取り去るための主冷媒回路を備える、前記少なくとも第１及び第２の主低温システムと；
    を備え、前記分配器が最終熱交換器の上流に配置されるプラント。
11. 天然ガス流を液化する方法であって、
    - 熱交換装置において最終段を含めて１以上の段にて天然ガス流を１つの予冷冷媒回路中で循環している予冷冷媒に対して予冷する工程と；
    - 該天然ガス流を少なくとも第１の天然ガス副流と第２の天然ガス副流とに分割する工程と；
    - 少なくとも２つの主低温システムにおける主冷媒に対して前記第１及び第２の天然ガス副流を更に冷却して十分に凝縮させ、各々の主低温システムにおいては主冷媒を主冷媒回路中に循環させる工程と；
    - 液化天然ガス流を引き出す工程と；
    を含み、天然ガス流を前記第１及び第２の天然ガス副流に分割する前記工程を最終予冷段の上流で行なう方法。