JP2009150646A - 天然ガスを液化するための装置及びこれと関連した方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液化天然ガスを製造するための装置及び方法を提供する。
【解決手段】 液化プラントは、天然ガスパイプライン等の未浄化天然ガス源に減圧ステーションのところで連結されていてもよい。ガスの一部を引き出してプロセス流（１５４）及び冷却流（１５２）に分ける。冷却流（１５２）はターボ膨張器（１５６）を通過し、仕事出力を発生する。この仕事出力でコンプレッサー（１５８）を駆動し、プロセス流を圧縮する。圧縮されたプロセス流は、膨張させた冷却流等によって冷却される。冷却された圧縮されたプロセスを第１部分及び第２部分に分ける。第１部分を膨張させ、天然ガスを液化する。ガス−液体セパレーターが液体天然ガスから蒸気を分離する。冷却された圧縮されたプロセスの第２部分もまた膨張され、圧縮されたプロセス流の冷却に使用される。水除去サイクル及び二酸化炭素除去サイクルを含む追加の特徴及び技術を液化プロセスに組み込んでもよい。
【選択図】 図２

Description

本願は、天然ガスを液化するための装置及びこれと関連した方法について２００２年２月２７日に出願された米国特許出願第１０／０８６，０６６号の恩恵を主張するものである。

米国政府は、米国エネルギ省とベクテルＢＷＸＴアイダホＬＬＣとの間の契約第ＤＥ−ＡＣ０７−９９ＩＤ１３７２７号に従って以下の発明の権利を有する。

本発明は、全体として、ガスの圧縮及び液化に関し、更に詳細には、組み合わせ冷却−膨張プロセスを使用して天然ガス等のガスを小規模で部分的に液化することに関する。

天然ガスは、ガソリンやディーゼル等の燃焼燃料に対する周知の代替物である。生産費用及びその使用によって生じるエミッションを含む、ガソリンやディーゼルの様々な欠点を解決するため、代替燃焼燃料として天然ガスを開発することに大きな努力が払われてきた。当該技術分野で周知のように、天然ガスは、他の燃焼燃料よりもきれいに燃焼する燃料である。更に、天然ガスは、空気中で上昇し、下に溜まらずに放散するため、ガソリンやディーゼルよりも安全であると考えられる。

代替燃焼燃料として使用するため、天然ガス（本明細書中「供給ガス」と呼ぶ）は、通常は、使用前に燃料を貯蔵し輸送する目的のため、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）又は液化（即ち液体）天然ガス（ＬＮＧ）に変換される。従来、天然ガスを液化するための周知の基本的サイクルのうちの二つは、「カスケードサイクル」及び「膨張サイクル」と呼ばれる。

手短に述べると、カスケードサイクルは、一連の熱交換器を含み、所望の液化がなされるまで、供給ガスを徐々に冷却する。冷却の程度は、様々な冷媒によって、又は同じ冷媒で異なる気化プロセスで得られる。カスケードサイクルは、作動費用が比較的低いため、ＬＮＧの製造で非常に効率的であると考えられる。しかしながら、作動効率は、多くの場合、高価な熱交換器及び冷却システムと関連した圧縮機器と関連した比較的高い投資費用によって相殺される。更に、このようなシステムを組み込んだ液化プラントは物理的空間が限られている場合には、非現実的である。これは、カスケードシステムで使用される物理的構成要素が比較的大きいためである。

膨張サイクルでは、ガスを、通常は、選択された圧力まで圧縮し、冷却し、次いで膨張タービンによって膨張させ、これによって仕事を発生すると同時に供給ガスの温度を下げる。次いで低温の供給ガスを熱交換し、供給ガスを液化する。従来、このようなサイクルは、天然ガス中に存在する例えば水や二酸化炭素等の熱交換器で遭遇する温度で凍結する成分の幾つかを取り扱うための設備が設けられていないため、天然ガスの液化では非現実的であると考えられてきた。

更に、従来のシステムの作動を対費用効果に優れたものにするため、このようなシステムは、従来、大量の天然ガスを取り扱うために大規模に建設されてきた。その結果、生ガスを液化プラントや設備に提供するのを比較的困難にする設備、並びに液化した製品を分配する設備はほとんどつくられてこなかった。大型設備と関連した別の主な問題点は、資本及びこれと関連した作動に要する費用である。例えば、従来の大型液化プラント、即ち毎日２６４．９８０１ｍ³ （７００００ガロン）程度のＬＮＧを製造する液化プラントは、２００万ドル乃至１５００万ドル又はそれ以上の資本がかかる。更に、このようなプラントは、冷却サイクルと関連したコンプレッサーを駆動するのに数千馬力を必要とし、プラントの作動を費用の掛かるものにする。

大型設備と関連した追加の問題点は、将来の使用及び／又は輸送を見込んで大量の燃料を貯蔵することと関連した費用である。大型貯蔵設備の建設と関連した費用ばかりでなく、貯蔵したＬＮＧの温度が経時的に上昇して気化し、ＬＮＧ燃料製品が失われてしまうことと関連した効率上の問題点もある。更に、大量のＬＮＧ燃料製品を貯蔵する場合には、安全性が問題となる。

上述の問題点と遭遇したとき、長期間貯蔵の問題をなくすため、及び天然ガスの液化及び／又は圧縮と関連した投資及び作動費用を少なくするため、供給ガスからＬＮＧ又はＣＮＧを小規模で製造しようと試みる様々なシステムが考案されてきた。しかしながら、このようなシステム及び技術には一つ又はそれ以上の欠点がある。

１９９６年４月９日にバークレーに付与された米国特許第５，５０５，２３２号は、ＬＮＧ及び／又はＣＮＧを製造するためのシステムに関する。開示のシステムは小規模で作動し、液化した又は圧縮した燃料製品を毎日約３．７８５４３ｍ³ （１０００ガロン）製造する。しかしながら、システム自体の液化部分は「清浄な」又は「純化した」ガスの流れを必要とする。これは、二酸化炭素、水、又は重質炭化水素等のガス中の様々な成分を実際の液化プロセスの開始前に除去しなければならないということを意味する。
米国特許第５，５０５，２３２号 同様に、２０００年７月１１日にジョンストンに付与された米国特許第６，０８５，５４６号及び米国特許第６，０８５，５４７号の両方には、ＬＮＧを製造するための方法及びシステムが記載されている。これらのジョンストンの特許は、両方とも、ＬＮＧの小規模製造に関するが、この場合も、実際の液化サイクルを実施するためにガスの「予備純化」を必要とする。「清浄な」又は「純化した」ガスを液化サイクルに提供する必要性は、液化プロセス中に特定のガス成分が凝固してシステムを詰まらせてしまうことに基づく。これは、こうした特定のガス成分の凝固点が、天然ガスの大部分を占めるメタンと比べて比較的高いためである。 米国特許第６，０８５，５４６号 米国特許第６，０８５，５４７号 家庭用ガスや産業用ガス等の多くの天然ガス源は、比較的「汚れている」と考えられ、「清浄な」又は「純化した」ガスを提供するためには、実際には、費用がかかり且つ多くの場合に複雑な濾過システム及び純化システムを液化プロセス前に実施することを必要とする。この必要性は、このような液化プラント即ち設備の構造及び作動に費用及び複雑さを加えるに過ぎない。

当該技術分野における欠点に鑑みると、このようなプロセスを実施するための、液化天然ガスを小規模で効率的に製造するプロセス及びプラントを提供するのが有利である。更に詳細には、比較的「汚れた」又は「未純化」の天然ガス源から、「予備純化」の必要なしに液化天然ガスを製造するためのシステムを提供するのが有利である。このようなシステム又はプロセスには、効率の目的のために液化サイクルと一体化された様々な浄化サイクルが含まれる。

更に、建設及び作動に比較的に費用が掛からず、望ましくはオペレータの監視をほとんど又は全く必要としない、天然ガスを液化するためのプラントを提供するのが有利である。

更に、安全に輸送でき且つ人口密集地内又はその近くの現存の天然ガス源のところに配置でき且つここで作動でき、かくして消費者がＬＮＧ燃料に容易にアクセスできるプラントを提供するのが有利である。

本発明の１つの特徴によれば、天然ガスのマスから二酸化炭素を除去するための方法が提供される。この方法は、天然ガスのマスの少なくとも一部を冷却し、少なくとも液体天然ガス及び固体二酸化炭素を含むスラリーを形成する工程を含む。このスラリーを液体サイクロンに流し、厚味のあるスラッシュを液体サイクロン内に形成する。厚味のあるスラッシュは、固体二酸化炭素及び液体天然ガスの一部を含む。厚味のあるスラッシュを液体サイクロンのアンダーフローを通して排出すると同時に液体天然ガスの残りの部分を液体サイクロンのオーバーフローを通して流す。

天然ガスのマスの部分の冷却は、ガスを例えばジュール−トムソンバルブに通して膨張させることによって行うことができる。天然ガスのマスの部分の冷却は、更に熱交換器にを通してガスを流す工程を含む。

この方法は、更に、液体サイクロンのオーバーフローを出た後に液体天然ガスを追加の二酸化炭素フィルタに通す工程を含む。

本発明の別の特徴によれば、天然ガスのマスから二酸化炭素を除去するためのシステムが提供される。このシステムは、天然ガスのマスの少なくとも一部から、圧縮された天然ガス流を製造するように形成されたコンプレッサーを含む。少なくとも一つの熱交換器が圧縮された天然ガス流を受け入れてこれを冷却する。膨張バルブ又は他のガス膨張器が、冷却された圧縮された流れを膨張し、液体天然ガス及び固体二酸化炭素を含むスラリーを形成するように形成されている。液体サイクロンが、スラリーを受け取ってこのスラリーを液体天然ガスの第１部分、及び固体二酸化炭素及び液体天然ガスの第２部分を含む厚味のあるスラッシュに分離する。

このシステムは、更に、追加の熱交換器及びガス膨張器を更に含んでもよい。更に、二酸化炭素フィルタは、残留固体二酸化炭素を除去するため液体天然ガスの第１部分を受け入れるように形成されていてもよい。

本発明の別の特徴によれば、液化プラントが提供される。このプラントは、未純化天然ガスであってよい天然ガスの源に連結されるように形成されたプラント入口を含む。ターボ膨張器が、プラント入口を通して引き出した第１天然ガス流を受け取り、膨張させた冷却流を発生するように形成されている。コンプレッサーが、ターボ膨張器に機械的に連結されており、プラント入口を通して引き出した第２天然ガス流を受け取り、圧縮されたプロセス流を発生する。第１熱交換器が、圧縮されたプロセス流及び膨張させた冷却流を向流をなして受け取り、圧縮されたプロセス流を冷却する。第１プラント出口が、膨張させた冷却流を第１プラント出口を通して排出した後、熱交換器に通すように未純化ガス源に連結されるように形成されている。第１膨張バルブが、冷却された圧縮されたプロセス流の第１部分を受け入れて膨張して追加の冷却流を形成し、膨張させた冷却流が第１熱交換器に進入する前に追加の冷却流を膨張させた冷却流と組み合わせるように形成されている。第２膨張バルブが、冷却された圧縮されたプロセス流の第２部分を受け入れて膨張し、ガス−固体−液体混合物を形成するように形成されている。第１ガス−液体セパレーターが、ガス−固体−液体混合物を受け入れるように形成されている。第２プラント出口が、貯蔵ベッセルに連結されるように形成されており、第１ガス−液体セパレーターは内部に収容された液体を第２プラント出口に送出するように形成されている。

本発明の別の特徴によれば、液体天然ガスの製造方法が提供される。この方法は、未純化天然ガス源を提供する工程を含む。天然ガスの一部を源から流し、プロセス流及び第１冷却流に分割する。第１冷却流をターボ膨張器を通して流し、これにより仕事出力を発生し、コンプレッサーに動力を提供する。プロセス流をコンプレッサーを通して流し、次いで膨張させた冷却流で冷却する。冷却された圧縮されたプロセス流を製品流及び第２冷却流に分割する。第２冷却流を膨張し、膨張させた第１冷却流と組み合わせる。製品流を膨張し、液体、蒸気、及び固体を含む混合物を形成する。液体及び固体を蒸気から分離し、次いで液体の少なくとも一部を液体−固体混合物から分離する。

本発明の以上の及び他の利点は、添付図面を参照して以下の説明を読むことによって明らかになるであろう。

図１を参照すると、この図には、本発明の一実施例による液化天然ガス（ＬＮＧ）ステーション１００の一部の概略全体図が示してある。本発明を天然ガスの液化に関して説明するが、本発明は、当業者には理解されるように、他のガスの液化について使用できるということに着目されたい。

液化ステーション１００は、パイプライン１０４等の天然ガス源に連結された「小規模」天然ガス液化プラント１０２を含むが、坑口等の他の供給源が等しく適していると考えられる。「小規模」という用語は、ＬＮＧを一日当たり２６４．９８０１ｍ³ （７００００ガロン）又はそれ以上製造する能力を持つ大規模プラントと区別するために使用される。比較すると、ここに開示する液化プラントの製造能力は、例えば、ＬＮＧを一日当たり約３７．８５４３ｍ³ （約１００００ガロン）であるが、必要に応じて出力が変化するように規模を変えることができ、小規模の作動及びプラントに限定されない。更に、以下に更に詳細に説明するように、本発明の液化プラント１０２は、大規模プラントよりもかなり小型であり、一つの場所から別の場所に容易に輸送できる。

パイプライン１０４を通って流れるガスの圧力を制御するため、一つ又はそれ以上の圧力レギュレータ１０６がパイプラインに沿って位置決めされている。このような形体は、天然ガスの圧力を上流位置での高い伝送圧力から下流位置で一つ又はそれ以上の消費者に分配するのに適した圧力まで減圧する圧力低下ステーションを代表するものである。圧力レギュレータ１０６の上流では、例えばパイプライン内の圧力が約２０６８．４１ｋＰａ乃至６８９４．７ｋＰａ（約３００ｐｓｉａ乃至１０００ｐｓｉａ）であるのに対し、レギュレータの下流の圧力は約４４８．１５５５ｋＰａ（約６５ｐｓｉａ）又はそれ以下である。勿論、このような圧力は例示であって、特定のパイプライン１０４及び下流の顧客の必要に応じて変化する。更に、パイプライン１０４内（即ちプラント入口１１２）の上流ガスの利用可能な圧力は、その圧力として重要ではなく、本明細書中に説明する液化プロセスにガスが進入する前に、例えば副ブースターポンプ及び熱交換器を使用することによって上昇させることができるということに着目されたい。

パイプライン１０４に沿った圧力を低下する前に、パイプライン１０４から供給ガス１０８の流れを分け、ガスの流量を計測し記録する流量計１１０に通す。供給ガス１０８の流れは、本明細書中以下に説明するプロセスを行うため、次いで、プラント入口１１２を通って小規模液化プラント１０２に進入する。液化プラント１０２に進入する供給ガスの一部がＬＮＧとなり、適当なタンク又はベッセル１１６に貯蔵するため、プラント１０２をプラント出口１１４のところで出る。ベッセル１１６は、好ましくは、少なくとも３７．８５４３ｍ³ （１００００ガロン）のＬＮＧを約２０６．８４１ｋＰａ乃至２４１．３１４ｋＰａ（約３０ｐｓｉａ乃至３５ｐｓｉａ）の圧力及び約１５１．１１℃（約−２４０⁰F）の温度で保持するように形成されている。しかしながら、プラント１０２の特定の出力必要条件に応じて、この他の大きさ及び形体のベッセルを使用してもよい。

ベッセル出口１１８は、ベッセル１１６から、ＬＮＧを燃料とする車輛や輸送車輛等にＬＮＧを必要に応じて分配することと関連した流量計１２０に連結されている。流量計測装置及び又はプロセス計測装置を含んでもよいバルブ／計器組１２４に連結されたベッセル入口１２２により、ベッセル１１６からのＬＮＧの分配中に車輛のタンクをベント及び／又はパージできる。ベッセル１１６と関連しており且つ第２プラント入口１２８に連結された配管１２６は、液化プラント１０２からのＬＮＧの流れを制御する上で融通性を提供し、更に、流れをベッセル１１６から遠ざかるように逸らすことができ、又は状況により必要であれば、ベッセルから蒸気を引き出すことができる。

液化プラント１０２は、更に、液化プラント１０２内で実施されたプロセス中に液化されていない天然ガスの部分をＬＮＧの製造中に除去された他の成分とともに排出するため、第２プラント出口１３２のところで配管１０４の下流区分１３０に連結されている。随意であるが、インターフェース点１３６Ａ及び１３６Ｂが示すように、ベント配管１３４が、ベッセル入口１２２と隣接して液化プラント１０２の配管に連結されていてもよい。このようなベント配管１３４は、同様に、ガスを配管１０４の下流区分１３０に運び込む。

様々なガス成分が液化プラント１０２を離れて配管１０４の下流区分１３０に進入するとき、流量計測装置及び又はプロセス計測装置を含んでもよいバルブ／計器組１３８を使用し、これを通るガスの流量を計測してもよい。バルブ／計器組１２４及び１３８並びに流量計１１０及び１２０は、所望に応じてプラント１０２の外側に位置されていてもよいしプラントの内部に配置されていてもよい。かくして、流量計１１０及び１２６は、その出力が比較されるとき、配管１０４から除去された供給ガスの正味量を決定するのを補助する。上流側流量計１１０が除去されたガスの総量を計測し、下流側流量計１３０が配管１０４内に戻されるガスの量を計測し、これらの差が配管１０４から取り出された供給ガスの正味量である。同様に、随意の流量計１２０及び１２４が、ベッセル１１６からのＬＮＧの正味排出量を示す。

次に図２を参照すると、この図には、図１に概略に示す液化プラント１０２の一実施例を代表するプロセスフローダイヤグラムが示してある。図１に関して上文中に説明したように、例えば約１５．５６℃（約６０⁰F）の高圧供給ガス流（即ち２０６８．４１ｋＰａ乃至３８９４．７ｋＰａ（３００ｐｓｉａ乃至１０００ｐｓｉａ））が液化プラント１０２にプラント入口１１２を通って進入する。供給ガスを処理する前に供給ガスの小部分１４０を分けて乾燥フィルタ１４２に通し、液化プラント１０２の様々な構成要素の作動及び制御と関連して計器制御ガスとして使用する。計器ガスの単一の流れ１４４が検出されたとき、計器ガスの多数のラインを同様の方法で形成できるということは当業者には理解されよう。

別の態様では、液化プラント１０２内の様々な計器及び構成要素を制御するため、例えば窒素等の別の計器ガス源を提供してもよい。当業者には理解されるように、電気作動式等の別の計器制動装置を設けてもよい。

液化プラント１０２に進入するとき、供給ガスはフィルタ１４６を通って流れ、液化プラント１０２の様々な構成要素を損傷したりこのような構成要素を通るガスの流れを妨げたりする何らかの大きさのある物体を除去する。フィルタ１４６は、特定の液体成分及び固体成分を除去するのに使用できる。例えば、フィルタ１４６は凝集フィルタであってもよい。一つの例示のフィルタは、マサチューセッツ州テウクズベリーのパーカー・フィルタレーション社から入手でき、１５．５６℃（約６０⁰F）の３４４７．３５ｋＰａ（５００ｐｓｉａ）の約１４１．５７５ｍ³ ／分（約５０００標準立方フィート毎分）の天然ガスを処理するように設計されている。

フィルタ１４６には、随意のドレン１４８が設けられていてもよく、このドレンは、インターフェース連結部１３６Ｃ及び１３６Ａが示すようにプラント出口１３２の近くの配管に排出し、最終的には排出１０４の下流区分１３０（図１参照）に再入する。フィルタ１４６を迂回するバイパス配管１５０により、フィルタ１４６を遮断し、液化プラント１０２を通るガスの流れを中断することなく、必要とされるサービスを行うことができる。

供給ガスがフィルタ１４６を通って流れた（又は別の態様では配管１５０によってフィルタを迂回した）後、供給ガスを冷却流１５２及びプロセス流１５４の二つに分ける。冷却流１５２は、ターボ膨張器１５６を通過し、膨張し、例えば大気圧と約６８９．４７ｋＰａ（約１００ｐｓｉａ）との間の低圧の約３７．７８℃（約１００⁰F）の膨張冷却流１５２’になる。ターボ膨張器１５６は、ガスを膨張し、膨張プロセスから出力を取り出すタービンである。回転コンプレッサー１５８がターボ膨張器１５６にシャフト１６０等の機械的手段によって連結されており、ターボ膨張器１５６が発生した動力を使用してプロセス流１５４を圧縮する。冷却ライン１５２及びプロセスライン１５４の各々のガスの割合は、コンプレッサー１５８が必要とする動力並びにターボ膨張器１５６の前後の流れ及び圧力降下で決まる。ターボ膨張器１５６内のベーン制御バルブを使用し、冷却ライン１５２とプロセスライン１５４との間のガスの割合を上述のパラメータに従って必要とされるように制御してもよい。

例示のターボ膨張器１５６及びコンプレッサー１５８システムは、カリフォルニア州ガードナのＧＥロトフロー社から入手できるフレームサイズ（１０）システムを含む。膨張器１５６及びコンプレッサー１５８システムは、約１５．５６℃（約６０⁰F）で毎時２２６７．９６２Ｋｇ（５０００ポンド）の質量で約３０３３．６６８ｋＰａ（約４４０ｐｓｉａ）で作動するように設計されている。膨張器／コンプレッサーシステムには、更に、膨張器１５６及びコンプレッサー１５８の投影面積を減少するため、並びにその保守を簡単にするため、磁気ベアリングが装着されている。

バイパス配管１６２により、冷却流１５２はターボ膨張器１５６を迂回する。同様に、バイパス配管１６４によりプロセス流１５４はコンプレッサー１５８を迂回する。これらのバイパス配管１６２及び１６４は、液化プラント１０２内でＬＮＧの処理を始める前に特定の構成要素を定常状態にするために始動時に使用される。例えば、バイパス配管１６２及び１６４により、熱交換器１６６及び／又は他の構成要素を、熱衝撃を発生することなく、定常状態の温度にできる。バイパス配管１６２及び１６４なしでは、ターボ膨張器１５６及びコンプレッサー１５４からのガスの直接的な流れにより熱衝撃が発生してしまう。液化プラント１０２で使用される特定の構成要素（即ち熱交換器１６６）の設計によっては、液化プラント１０２の始動時にシステムを熱的定常状態にするのに数時間を要する場合がある。

例えば、プロセス流１５４をコンプレッサー１５８を迂回させることによって、熱交換器１６６への導入前にプロセス流１５４の温度が上昇しないようにする。しかしながら、冷却流１５２は、膨張器１５６を迂回するとき、冷却流を膨張することにより温度を下げるジュール−トムソン（ＪＴ）バルブ１６３を通過する。ＪＴバルブ１６３は、当業者には理解されるように、ガスの膨張によりガスをこれと関連して冷却するジュール−トムソン原理を使用する。冷却流１５２は、次いで、熱交換器１６６の温度を漸次低下するのに使用できる。

一実施例では、以下に更に詳細に論じるように、熱交換器１６６は、アルミニウム製高効率熱交換器である。始動状態では、このような熱交換器１６６の温度を、所定の温度限度まで毎分１℃（１．８⁰F）だけ下げるのが望ましい。液化プラントの始動中、熱交換器１６６の漸次低下する温度を監視してもよい。ＪＴバルブ１６３及び他のバルブ１６５及び器具は、冷却流１５２’及びプロセス流１５４’中の流れの速度及び圧力に従って制御でき、これにより、最終的には、熱交換器１６６の冷却速度及び／又は液化プラントの他の構成要素を制御する。

更に、始動中、タンク１１６（図１参照）内に既に存在するＬＮＧの量を知っておくのが望ましい。様々な構成要素を冷却するため、タンク内に存在するＬＮＧから取り出した低温蒸気又は別の源からの低温蒸気又はガスをシステムを通して循環するのが非常に望ましく、又は必要であると考えられる。更に、以下の追加の説明を読むことによって明らかになるように、液化プラント１０２の熱交換器１６６又は他の構成要素を冷却するため、様々な「ループ」又は流れに配置された追加のＪＴバルブを含む他の冷却装置もまた、始動中に制御できる。

定常状態に達したとき、プロセス流１５４をコンプレッサー１５８に通し、プロセス流１５４の圧力を上昇する。回転コンプレッサーの例示の出口−入口圧力比は、１．５乃至２．０であり、平均比は１．７程度である。圧縮プロセスは理想的ではなく、及び従って、圧縮時にプロセス流１５４に熱が追加される。圧縮されたプロセス流１５４’から熱を除去するため、熱交換器１６６を通して流し、例えば約−１２７℃（約−２００⁰F）の非常に低温まで冷却する。図２に示す例示の熱交換器１６６は、当業者に周知の向流を使用する種類の装置である。

冷却した圧縮されたプロセス流１５４’’は、熱交換器１６６を出た後、冷却流１７０及び製品流１７２の二つの新たな流れに別れる。冷却流１７０及び製品流１７２は、各々、ＪＴバルブ１７４及び１７６を通して膨張する。ＪＴバルブ１７４及び１７６を通して冷却流１７０及び製品流１７２を膨張させることにより、例えば大気圧乃至約６８９．４７ｋＰａ（約１００ｐｓｉａ）の低圧及び例えば約−１５１．１１℃（約−２４０⁰F）の低温を発生する。この低圧及び低温により、冷却流１７０及び製品流１７２に天然ガスの液体及び蒸気の混合物を形成する。

冷却流１７０を、ターボ膨張器１５６を出る膨張させた冷却流１５２’と組み合わせ、組み合わせ冷却流１７８を形成する。次いで、この組み合わせ冷却流１７８を使用し、圧縮されたプロセス流１５４’を熱交換器１６６を介して冷却する。圧縮されたプロセス流１５４’を熱交換器１６６で冷却した後、組み合わせ冷却流１７８を下流区分１３０（図１参照）で天然ガス配管１０４内に排出して戻してもよい。

ＪＴバルブ１７６を介して膨張させた後、製品流１７２は液体／蒸気セパレーター１８０に進入する。セパレーター１８０からの蒸気成分を集め、ここから配管１８２を通して取り出し、熱交換器１６６の上流で組み合わせ冷却流１７８に加える。セパレーターの液体成分はＬＮＧ燃料製品であり、ベッセル１１６（図１参照）で貯蔵するためにプラント出口１１４を通過する。

冷却流１７０及び製品流１７２の夫々を通って流れるガスの割合を制御することによって、製品の熱力学により液体分の高い製品流を製造する。液体分が高く、例えば９０％以上であると、液体中のメタン含有量が高く、重質炭化水素（エタン、プロパン、等）が低く、かくして来入ガス流１１２と同じ組成に近づく。液体分が低いと、液体中のメタン含有量が低く、液体中の重質炭化水素含有量が高くなる。重質炭化水素は、燃料のエネルギ含有量を高くし、これにより燃料は燃焼プロセスで更に高温で燃焼する。

図２に図示し且つこれに関して説明した液化プロセスは、液化サイクルが加えられる原料ガス中に水及び／又は二酸化炭素が存在しない場合には、低コストで効率的で効果的なＬＮＧ製造手段を提供する。

次に図３を参照すると、ここには、別の実施例の液化プラント１０２’に従って実施される液化プロセスを示すプロセスフローダイヤグラムが示してある。液化プラント１０２’及びこれによって実施されるプロセスは、図２に示すプラント１０２及びプロセスと多数の類似点を共有するため、明瞭化を図るために同様の構成要素には同様の参照番号が付してある。

液化プラント１０２’は、図３に示すように、ＬＮＧの製造中に天然ガス流から水を除去できるように、及びシステムに亘って氷が形成しないように、図２に示す基本的サイクルを変更したものである。図３に示すように、水除去サイクルには、メタノール源２００又は何らかの他の水吸収製品が含まれ、これを、ガスが冷却流１５２及びプロセス流１５４に別れる前の位置で、ポンプ２０２でガス流中に噴射する。ポンプ２０２は、望ましくは、メタノールをガス流中に、好ましくは噴霧ノズル又は気化ノズルのうちの少なくとも一つを介して噴射する可変流性能を備えている。変形例では、バルブ２０３を使用し、供給ガスの流れ特性に応じて適切なノズルを使用できるように、多くの種類のノズルを受け入れることができるようにする。好ましくは、原料ガス中の水分が大幅に変動しない場合には、バルブ２０３なしで単一のノズルを使用する。

メタノールを噴射するための適当なポンプ２０２は、２８３１６．８ｍ³ （１００００００標準立方フィート）当たり約０．９０７２Ｋｇ乃至３．１７５１Ｋｇ（約２ポンド乃至７ポンド）の質量の含水量に対し、約６８９４．７ｋＰａ（約１０００ｐｓｉａ）の設計圧力で、毎分１．８１８ｌ乃至１１．３６５ｌ（毎分０．４ガロン乃至２．５ガロン）の範囲で流れを可変に制御する。この可変流制御は、ポンプ２０２のモータに接続された可変周波数駆動装置を使用することにより、行うことができる。このような例示のポンプは、マサチューセッツ州ホリストンのアメリカＬＥＷＡ社から入手できる。

メタノールをガス流と混合し、ガス流中に含まれる水の凝固点を下げる。メタノールはガス流と混合し、水と結合し、ターボ膨張器１５６内での膨張中に冷却流１５２中に氷が形成されないようにする。更に、上述のように、メタノールはプロセス流１５４中に存在し、このプロセス流とともにコンプレッサー１５８を通過する。熱交換プロセスのほぼ中間（即ち約−５１．１１℃乃至−６７．７８℃（約−６０⁰F乃至−９０⁰F））で、メタノール及び水は液体を形成する。圧縮されたプロセス流１５４’を一時的に熱交換器１６６から逸らし、分離タンク２０４に通し、ここでメタノール／水液体を圧縮されたプロセス流１５４’から分離し、液体をバルブ２０６を通して排出し、ガスを凝集フィルタ２０８に流し、メタノール／水混合物の追加の量を除去する。メタノール／水混合物は、凝集フィルタ２０８からバルブ２１０を通して排出でき、これと関連して乾燥ガスを更に冷却して処理するために熱交換器１６６に再入する。インターフェース接続部１３６Ｄ及び１３６Ａが示すように、バルブ２０６及び２１０の両方が、除去されたメタノール／水混合物を、配管１０４（図１参照）の下流区分１３０内に排出するため、プラント出口１３２の近くの配管に排出する。

メタノール／水混合物を除去するのに使用される例示の凝集フィルタ２０８は、約５５１５．７６ｋＰａ（約８００ｐｓｉａ）の圧力の約２５００ＳＣＦＭの流量の約−５６．６７℃（約−７０⁰F）の天然ガスを処理するように設計されていてもよい。このようなフィルタは、メタノール／水混合物を７５ｐｐｍ／ｗ以下除去する性能を備えている。適当なフィルタは、マサチューセッツ州テウクズベリーのパーカー・フィルタレーション社から入手できる。

かくして、図３に示す液体プロセスにより、高価な機器、及び液化サイクル前に、及び特にターボ膨張器１５６を通したガスの膨張前に必要な予備処理なしで、水をプロセス中から除去することによって、天然ガスを効率的に製造できる。

次に図４を参照すると、別の実施例の液化プラント１０２’’に従って行われる液化プロセスを示すプロセスフローダイヤグラムが示してある。プラント１０２’’及びこのプラントで実施されるプロセスが、図２及び図３に示すプラント１０２及び１０２’及びこれらのプラントで実施されるプロセスと多数の類似点を共有するため、明瞭化を図るため、同様の構成要素に同様の参照番号が付してある。更に、明瞭化を図るため、サイクルのプラント入口１１２と膨張器１５６／コンプレッサー１５８との間の部分は図４では省略してあるが、図４に示すプラント１０２’’及びプロセスの一体の部分であると考えることができる。

図４に示す液化プラント１０２’’は、図２に示す基本的サイクルを変更し、ＬＮＧの製造中に天然ガス流から二酸化炭素（ＣＯ２）を除去するための追加のサイクルを組み込む。プラント１０２’’及び図４のプロセスを、プラント１０２’に関して説明した水除去サイクル及び図３のプロセスを含むものとして示すが、二酸化炭素除去サイクルは、水除去サイクルとは無関係に実施され、本発明の液化プロセスに独立して一体化できる。

熱交換プロセス三つの別々の熱交換器１６６、２２０、及び２２４の間で分割できる。圧縮されたプロセス流１５４’の流路内の第１熱交換器２２０は、圧縮されたプロセス流１５４’を冷却するため、例えば空気、水、又は地面の温度又はその組み合わせ等の周囲条件を使用する。周囲条件熱交換器２２０は、シーケンス上で周囲熱交換器２２０に続いて配置された高効率熱交換器１６６がコンプレッサー１５８が発生した熱によって損傷しないように、圧縮されたプロセス流１５４’の温度を下げるのに役立つ。

例示の周囲熱交換器２２０は、約５５１５．７６ｋＰａ（約８００ｐｓｉａ）の設計圧力で毎時約３０３９．０６８８ｋｇ乃至３０８４．４２８１Ｋｇ（毎時約６７００ポンド乃至６８００ポンド）の質量の圧縮されたプロセス流１５４’を処理するように設計されていてもよい。熱交換器２２０は、更に、ガスの入口温度が約１１５．５６℃（約２４０⁰F）で、ガスの出口温度が約７６．６７℃（約１７０⁰F）で周囲源温度（即ち気温等）が約３７．７８℃（約１００⁰F）であるように形成されていてもよい。このような熱交換器には、適当な電動モータによって駆動できるファンが設けられている。

流路に沿ってシーケンス上、周囲熱交換器２２０に続いて設けられた高効率熱交換器１６６は、向流プレート−フィン型熱交換器である。更に、プレート及びフィンは、例えばアルミニウム等の熱伝導率が高い材料で形成されていてもよい。高効率熱交換器１６６は、圧縮されたプロセス流１５４’から組み合わせ冷却流１７８’にできるだけ多くの熱を効率的に伝達するように位置決めされており且つ形成されている。高効率熱交換器１６６は、ガスの入口温度が約７６．６７℃（１７０⁰F）でガスの出口温度が約４０．５６℃（１０５⁰F）であるように形成されていてもよい。液化プラント１０２’は、望ましくは、高効率熱交換器１６６内で発生した温度が決して固体二酸化炭素を発生するのに十分低くはならないように形成されている。固体二酸化炭素は、圧縮されたプロセス流１５４’の流路を遮断してしまう。

プロセス流の流路に沿ってシーケンスに従って配置された第３熱交換器２２４は、部分的には、サイクルの後の箇所でプロセス流から除去された固体二酸化炭素の処理と関連する。更に詳細には、熱交換器２２４により、除去した二酸化炭素を配管１０４内に排出して戻すことを見越してこの二酸化炭素を昇華させることによって、二酸化炭素を下流区分のガス配管１０４に再入できる。熱交換器２２４で固体二酸化炭素を昇華させることにより、熱交換器１６６が損傷したり詰まったりしないようにするのを補助する。熱交換器１６６及び２２４は、所望であれば、組み合わせることができる。固体二酸化炭素の昇華は、更に、液化に先立ってプロセスガスを更に冷却するのに役立つ。

固体二酸化炭素の処理に使用される一つの例示の熱交換器２２４には、チューブ−イン−シェル型熱交換器が含まれる。図５のＡを参照すると、本発明に従って形成された例示のチューブ−イン−シェル熱交換器２２４が示してある。この熱交換器は、垂直に積み重ねられた複数の、この場合三つの冷却コイル２３２Ａ乃至２３２Ｃを明らかにするため、タンク２３０の一部を除去した状態で示してある。更に、固体二酸化炭素が熱交換器２２４から出ないようにするため、フィルタ材料２３４がタンク２３０内に下コイル２３２Ａの一部の周囲に配置されていてもよい。フィルタ材料２３４は、例えば、ステンレス鋼製メッシュを含んでもよい。コイル２３２Ａ乃至２３２Ｃをこれらのコイル２３２Ａ乃至２３２Ｃの大きさ及び構造に応じて必要とされるように支持するため、一つ又はそれ以上の構造支持体２３６がタンク内に配置されていてもよい。

図６のＡ及びＢを簡単に参照すると、例示の冷却コイル又はコイル状束２３２は、入口／出口配管２３８及び２４０を含み、これらの間を複数の個々のチューブコイルが連結している。チューブコイル２４２は、入口／出口配管２３８及び２４０の各々と流体連通しており、これに構造的に及び密封をなして連結されている。かくして、作動では、流体は、複数のチューブコイル２４２間で分配するために第１入口／出口配管２４０に流入でき、チューブコイル２４２を通過し、第２入口／出口配管２３８に流入し、次いでここから排出される。勿論、所望であれば、冷却コイル２３２を通る流れは、以下に説明するように、逆方向であってもよい。

例示のコイル２３２は、例えば、入口／出口配管２３８及び２４０を含んでもよく、これらの配管は直径が７．６２ｃｍ（３インチ）のスケジュール８０のステンレス鋼製配管で形成されている。チューブコイル２４２は、壁厚が１．２４５ｍｍ（０．０４９インチ）の３０４Ｌステンレス鋼製チューブで形成されていてもよい。冷却コイル２３２は、更に、例えば約−１５１．１１乃至−１２８．８９⁰F（約−２４０⁰F乃至−２００⁰F）の温度で約５６１９．１８０５ｋＰａ（約８１５ｐｓｉａ）の圧力であるがこれに限定されない流れを受け入れるように設計され且つ大きさが定められていてもよい。このようなコイル２３２は、ニュージャージー州バタヴィアのグラハム社から入手できる。

図５のＡを再び参照すると、個々の冷却コイルの各々、例えばコイル２３２Ｂの入口／出口配管２３８及び２４０の端部は、隣接したコイル、即ちコイル２３２Ａ及び２３２Ｃの各々の対応する入口／出口配管２３８及び２４０に密封をなしてこれに構造的に連結されている。このような連結は、例えば、溶接又は他の機械的手段によって形成できる。

次に図５のＢを参照すると、タンク２３０はシェル２４４及び端キャップ２４６を含み、複数の入口及び出口が連結されている。シェル２４４及び端キャップ２４６は、タンク２３０の設計圧力が、約−１５１．１１（約−２４０⁰F）の作動温度に対して約６５４．９９６５ｋＰａ（９５ｐｓｉａ）であるように、例えば３０４又は３０４Ｌステンレス鋼で形成されていてもよい。望ましくは、タンク２３０は、２０年の最小使用寿命に対して適切な腐蝕余裕を備えて設計されていてもよい。

流体は、冷却コイル２３２Ａの入口／出口配管２３８及び２４０に夫々連結された一対のコイル入口２４８Ａ及び２５０Ａのうちの一方を通ってコイルチューブ２３２Ａ乃至２３２Ｃに導入できる。コイル入口２４８Ａ及び２５０Ａは、例えば、圧力が約５１７１．０２５ｋＰａ（約７５０ｐｓｉａ）で温度が−７４．４４℃（−１０２⁰F）の高密度ガス流を毎時約２２６７．９６１８Ｋｇ（約５０００ポンド）受け入れるように設計されていてもよい。

一組のコイル出口２４８Ｂ及び２５０Ｂは、コイル２３２Ｃの入口／出口配管２３８及び２４０と夫々関連しており且つこれらの配管に密封をなして連結されている。各チューブ出口２４８Ｂ及び２５０Ｂは、例えば、圧力が約５１０２．０７８ｋＰａ（約７４０ｐｓｉａ）で温度が−１３１．６７℃（−２０５⁰F）の高密度流体流を毎時約２２６７．９６１８Ｋｇ（約５０００ポンド）受け入れるように設計されていてもよい。

複数のタンク入口２５２Ａ乃至２５２Ｉがタンク２３０に連結されており、これらの入口により、除去した固体二酸化炭素を含む冷却流２５３及び２５５（図４参照）をタンク２３０に入れ、一つ又はそれ以上のコイル２３２Ａ乃至２３２Ｃに流すことができる。例えば、タンク入口２５２Ａ乃至２５２Ｃにより、一つ又はそれ以上の冷却流２５３及び２５５をタンク２３０に入れ、コイル２３２Ａに亘って流すことができ、この際、タンク入口２５２Ｄ乃至２５２Ｆにより、一つ又はそれ以上の冷却流２５３及び２５５をタンク２３０に入れ、最初にコイル２３２Ｂに亘って、及び次いでコイル２３２Ａに亘って流すことができる。タンク入口２５２Ａ乃至２５２Ｉは、冷却流２５３及び２５５をコイル２３２Ａ乃至２３２Ｃに関して所望の通りに分配するため、シェル２４４の周囲に亘って位置決めされていてもよい。

各タンク入口２５２Ａ乃至２５２Ｉは、特性が変化する流れを受け入れるように設計されていてもよい。例えば、タンク入口２５２Ｇは、固体二酸化炭素を約１０％含む液体メタンのスラリーを約４８２．６２９ｋＰａ（７０ｐｓｉａ）の圧力で及び約−１５０℃（約−２３８⁰F）の温度で毎時約２４０．８５７５４Ｋｇ（５３１ポンド）の質量流量で受け入れるように設計されていてもよい。タンク入口２５２Ｈは、ガス、液体、及び固体二酸化炭素の混合物の流れを、圧力が約４８２．６２９ｋＰａ（７０ｐｓｉａ）で温度が−１３８．８９℃（−２１８⁰F）の毎時約４５９．０３５４７Ｋｇ（約１０１２ポンド）の流量で受け入れるように設計されていてもよい。タンク入口２５２Ｉは、ガス、液体、及び固体二酸化炭素の混合物の流れを、圧力が約４８２．６２９ｋＰａ（７０ｐｓｉａ）で温度が−１３８．８９℃（−２１８⁰F）の毎時約１８５９．７２８７Ｋｇ（約４１００ポンド）の流量で受け入れるように設計されていてもよい。

添付図面のうち図６のＡに示すように、内部シェルとタンクシェル２４４との間に環体を形成できるように、最も外側の内部シェル即ちスプラッシュジャケット２９２が、冷却コイル２３２Ａ乃至２３２Ｃの周囲に形成されていてもよいということにも着目されたい。内部シェルは、冷却流が冷却コイル２３２Ａ乃至２３２Ｃに亘って流れるが熱交換器２２４のタンクシェル２４４と接触しないように、様々なタンク入口２５２Ａ乃至２５２Ｉを通って進入する冷却流の流れを制御するように形成されていてもよい。更に、コイルの内部と入口／出口配管２４０との間に環体を形成できるように、最も内側のシェル即ちスプラッシュジャケット２９４が冷却コイル２３２Ａ乃至２３２Ｃ内に形成されていてもよい。ジャケット２９２及び／又は２９４の形成で使用するには、３０４Ｌ等のステンレス鋼又は他の耐蝕性材料が適している。

タンク出口２５４により、冷却流２５３及び２５５を、これらが一つ又はそれ以上のコイル２３２Ａ乃至２３２Ｃを通過した後、排出できる。タンク出口２５４は、例えば、ガスの流れを、圧力が約４７５．７３４３ｋＰａ（６９ｐｓｉａ）で温度が−１０２．７８℃（−１５８⁰F）の毎時約２５５６．９００１Ｋｇ（約５６３７ポンド）の質量流量で受け入れるように設計されていてもよい。

次に図７のＡ、図７のＢ、及び図７のＣを参照すると、これらの図には、熱交換器２２４で可能な様々な流れ形体の概略図が示してある。熱交換器２２４は、チューブ入口２４８Ａを通って進入するプロセス流１５４’’’が冷却コイル２３２Ａ乃至２３２Ｃの総数以下を通過できるように形成されていてもよい。かくして、所望であれば、プロセス流１５４’’’は、全ての三つの冷却コイル２３２Ａ乃至２３２Ｃを通って、冷却コイル２３２Ａ及び２３２Ｂのうちの二つだけを通って、又は冷却コイル２３２Ａ又は２５０Ｂのうちの一つだけを通って流れてもよい。第１コイル２３２Ａを通る流れについては、適切な配管により、プロセス流１５４’’’を関連したチューブ出口２５０Ａを通して出すことができる。同様に、プロセス流１５４’’’をコイル２３２Ａ及び２３２Ｂを通して流すのが望ましい場合には、プロセス流は関連したチューブ出口２４８Ｂを通って出ることができる。

例えば、図７のＡを参照すると、プロセス流１５４’’’はコイル入口２４８Ａに進入し、最初、入口／出口配管２４０を通って流れる。第１コイル２３２Ａが入口／出口配管２４０に連結された場所の上方の位置では、分流器２５１Ａがプロセス流１５４’’’を遮断し、これを強制的に第１冷却コイル２３２Ａを通して流す。幾らかが他のコイル２３２Ｂ及び２３２Ｃに一時的に流入するけれども、プロセス流１５４’’’の定常状態流れが入口／出口配管２３８を通り、コイル出口２５０Ｂ及び／又はコイル出口２５０Ａを出る。

図７のＢを参照すると、二つの分流器２５１Ａ及び２５１Ｂを使用することにより、プロセス流１５４’’’は、図７のＡに関して説明したように第１コイル２３２Ａを通り、次いで、第２分流器２５１Ｂに出会うまで入口／出口配管２３８を通って流れる。第２分流器により、プロセス流１５４’’’を第２コイル２３２Ｂを通して流し、次いで入口／出口配管２４０を通り、コイル出口２４８を通過する。

図７のＣを参照すると、この図では、三つの分流器２５１Ａ、２５１Ｂ、及び２５１Ｃを使用することにより、プロセス流１５４’’’は図７のＢに関して説明したように最初の二つのコイルに通り、次いで第３分流器２５１Ｃに出会うまで入口／出口配管２４０を通る。第３分流器により、プロセス流１５４’’’は、第３コイル２３２Ｃを通って流れ、次いで入口／出口配管２３８を通り、コイル出口２５０Ｂを出る。かくして、分流器２５１Ａ、２５１Ｂ、及び２５１Ｃの配置に応じて、熱交換器の容量は、様々なプロセス条件及び出力必要条件に容易に適合される。

分流器２５１Ａ、２５１Ｂ、及び２５１Ｃは、適切であるように、プラグ、バルブ、又は盲フランジを含んでもよい。熱交換器２２４の外側（例えばコイル出口２４８Ｂ）に配置される場合、バルブ又は盲フランジをプロセスに容易に適合できるが、内部の位置で（例えば分流器２５１Ａ及び２５１Ｂについては第１及び第２のコイルの夫々と隣接して）プラグを使用するのが望ましい。例示のプラグ２５１を図８のＡ及び図８のＢに示す。プラグ２５１は、入口／出口配管２３８及び２４０内の協働するねじ山が設けられた構造と係合するためのねじ山を備えた外部分２９０を含んでもよい。キーが設けられたヘッド２９２は、入口／出口配管２３８及び２４０へのプラグの設置及びこれらの配管からのプラグの取り出しと関連してプラグ２５１を回転させるための工具と協働するように形成されている。更に、プラグをかなりの長さの入口／出口配管２３８及び２４０に配置できるように、キーヘッドに設置／取り出し工具と係止係合するように一組の内ねじ２９４が形成されていてもよい。更に、論じ且つ図示した分流器及び冷却コイルの形体、量、及び配置は例示である。かくして、様々な変形例の分流器及び冷却コイル構成を本発明に従って使用できるということは理解されよう。

冷却コイル２３２Ａ、２３２Ｂ、及び２３２Ｃを通るプロセス流１５４’’’の流れの制御と関連して、タンク入口２５２Ａ乃至２５２Ｉを通って進入する冷却流を、同様に、適当なバルブ及び配管によって制御できる。

図４を再度参照すると、プロセス流１５４’’’は、ライン２５６を通って熱交換器２２４を出るとき、冷却流１７０’及び製品流１７２’に分けられる。冷却流１７０’はＪＴバルブ１７４’を通過する。このＪＴバルブ１７４’は、冷却流１７０’を膨張し、固体二酸化炭素を含む様々な二酸化炭素相をその内部に発生し、天然ガス及び二酸化炭素のスラリーを形成する。二酸化炭素分が多いこのスラリーは、一つ又はそれ以上のタンク入口２５２Ａ乃至２５２Ｉを通って熱交換器２２４に進入し、一つ又はそれ以上のコイル２３２Ａ、２３２Ｂ、及び２３２Ｃを通過する（図５のＡ及び図５のＢ参照）。

製品流１７２’はＪＴバルブ１７６’を通過し、低圧、例えば約２４１．３１４５ｋＰａ（約３５ｐｓｉａ）で膨張する。ＪＴバルブ１７６’を通した膨張は、更に、温度を、例えば約−１５１．１１℃（−２４０⁰F）まで下げるように作用する。プロセスのこの時点で、固体二酸化炭素が製品流１７２’内に形成される。この時点で固体二酸化炭素を含有する膨張した製品流１７２’’が液体／蒸気セパレーター１８０に進入し、ここで蒸気がセパレーター１８０から配管１８２’を通して集められ且つ取り出され、熱交換器２２４で冷媒として使用するための組み合わせ冷却流２５７に加えられる。液体／蒸気セパレーター１８０内の液体は、ＬＮＧ燃料製品及び固体二酸化炭素を含むスラリーである。

スラリーを適当な大きさ及び形体のポンプ２６０によってセパレーター１８０から取り出して液体サイクロン２５８に入れることができる。ポンプ２６０は、主として、液体サイクロン２５８を通した圧力降下による蒸気発生を管理するのに使用される。ポンプ２６０は、低温のスラリーを取り込んでこれを加圧し、過冷却状態にすることによって、蒸気を管理する。過冷却スラリーが液体サイクロン２５８を通過するとき、スラリーは均衡状態に戻り、かくして、液体サイクロンを通過するときスラリーに圧力降下が作用することにより、液体製品蒸気及び／又は気化した二酸化炭素が形成しないようにする。ポンプ２６０を図４に概略に、液体／蒸気セパレーター１８０の外部にあるように示す。ポンプは、所望であれば、物理的に液体／蒸気セパレーター２６０内に配置されていてもよい。このような形体では、ポンプはセパレーター１８０の下部分内に浸漬されていてもよい。適当なポンプは、流量が調節自在であるように形成されていてもよく、約−１５１．１１℃（−２４０⁰F）で作動する場合、５５１．５７６ｋＰａ（８０ｐｓｉ）の差圧で毎分約０．０７５７ｍ³ 乃至０．２３４７ｍ³ （約２ガロン乃至６．２ガロン）のＬＮＧを送出する。この調節自在の流量は、可変周波数駆動装置によって制御できる。このような例示のポンプは、コロラド州アルヴァーダのバーバーニコルズ社から入手できる。

液体サイクロン２５８は、スラリーから固体二酸化炭素を除去し、ＬＮＧ製品燃料を集めて貯蔵できるようにするためのセパレーターとして作用する。例示の液体サイクロン２５８は、例えば、約８６１．８３７５ｋＰａ（１２５ｐｓｉａ）の圧力で、約−１５０℃（約−２３８⁰F）の温度で作動するように設計されている。液体サイクロン２５８は、固体を液体から分離する遠心力を発生するため、圧力降下を使用する。液化天然ガスの一部及び固体二酸化炭素で形成された厚味のあるスラッシュが液体サイクロン２５８をアンダーフローを通って出る。液化天然ガスの残りは、追加の濾過を行うため、オーバーフロー２６４を通過する。例えば約３．４４７ｋＰａ（約０．５ｐｓｉ）の僅かな圧力差が液体サイクロンのアンダーフロー２６２とオーバーフロー２６４との間に存在する。かくして、例えば、厚味のあるスラッシュはアンダーフロー２６２を約２７９．２３５４ｋＰａ（４０．５ｐｓｉａ）で出ることができ、液化天然ガスはオーバーフロー２６４を約２７５．７８８ｋＰａ（約４０ｐｓｉａ）で出る。しかしながら、使用される特定の液体サイクロン２５８に応じて、この他の圧力差が適している場合がある。液体サイクロン２５８内で発生する圧力差の制御を補助するため、制御バルブ２６５を液体サイクロン２５８のオーバーフロー２６４に位置決めしてもよい。

適当な液体サイクロン２５８は、例えばアリゾナ州タクソンのクレッブエンジニアリング社から入手できる。例示の液体サイクロンは、約３７．７８℃乃至−１８４．４４℃（約１００⁰F乃至−３００⁰F）の温度範囲内で最大約８６１．８３７５ｋＰａ（約１２５ｐｓｉ）の設計圧力で作動するように形成できる。更に、例示の液体サイクロンの内部は、望ましくは、０．２０３μｍ乃至０．３０５μｍ（８マイクロインチ乃至１２マイクロインチ）又はそれ以上の仕上げで微小研磨が施してある。

液化天然ガスは、並列に配置された複数の、この場合には二つの二酸化炭素スクリーンフィルタ２６６Ａ及び２６６Ｂを通過する。これらのスクリーンフィルタ２６６Ａ及び２６６Ｂは、液体サイクロン２５８で分離されなかった残留固体二酸化炭素を捕捉する。図９を簡単に参照すると、例示のスクリーンフィルタ２６６は、１５．２４ｃｍ（６インチ）スケジュール４０ステンレス鋼製配管２６８で形成されていてもよく、ステンレス鋼製粗メッシュでできた第１フィルタスクリーン２７０、この第１フィルタスクリーン２７０よりは目が細かいステンレス鋼製メッシュでできた円錐形第２フィルタスクリーン２７２、及びステンレス鋼製細メッシュでできた第３フィルタスクリーン２７４を含む。例えば、一実施例では、第１フィルタスクリーン２７０は５０メッシュ乃至７５メッシュのステンレス鋼で形成されているのがよく、第２フィルタスクリーン２７２は７５メッシュ乃至１００メッシュのステンレス鋼で形成されているのがよく、第３フィルタスクリーン２７４は１００メッシュ乃至１５０メッシュのステンレス鋼で形成されているのがよい。別の実施例では、フィルタスクリーンのうちの二つのフィルタスクリーン２７０及び２７４は、同じ等級のメッシュ、例えば４０メッシュ又はこれよりも細かいメッシュのステンレス鋼で形成されていてもよく、比較的緩く又は比較的密に詰め込むことにより、所望の効果を得る。即ち、フィルタスクリーン２７０は、密度を比較的低くするため又はパッキング表面積を比較的小さくするために比較的緩く巻いたメッシュブランケット即ちスクリーンで製造でき、フィルタスクリーン２７４は、密度を比較的大きくするため又はパッキング表面積を比較的高くするために比較的きつく巻いた同じメッシュブランケット即ちスクリーンで製造できる。

二酸化炭素スクリーンフィルタ２６６Ａ及び２６６Ｂは、捕捉された固体二酸化炭素で詰まってしまう場合がある。かくして、一つのフィルタ、即ち２６６Ａを使用して二酸化炭素を液化天然ガス流から捕捉する場合、他方のフィルタ２６６Ｂから、比較的高温の天然ガスを向流をなして通過させることによって、二酸化炭素をパージしてもよい。例えば、水除去サイクル後、ガスを、インターフェース点２７６Ｃ及び２７６Ｂのところに示すように、第４熱交換器２７５を通して引き出して流し、二酸化炭素スクリーンフィルタ２６６Ｂのクリーニングを行うことができる。ガスを、熱交換器２７５を通って二酸化炭素スクリーンフィルタ２６６Ｂに流入する前に、プロセス内の圧力−流れ状態で決まるように、一つ又はそれ以上の圧力調整バルブ２７７に通すことができる。

フィルタ２６６Ｂのクリーニング中、クリーニングガスを、インターフェース連結部３０１Ｂ及び３０１Ｃが示すように、コイル型熱交換器２２４に逆に排出する。適当なバルブ及び配管により、フィルタ２６６Ａ及び２６６Ｂを切替え、必要に応じて一方を他方から遮断できる。フィルタに溜まった二酸化炭素固体を除去する他の方法は、当業者によって容易に知られるであろう。

濾過した液化天然ガスが、本明細書中上文中に説明したように、貯蔵のためにプラント１０２’’を出る。プラント１０２’’内の又はタンク１１６（図１参照）等の外部源からののいずれかのアップセット状態の場合の安全装置として、故障開放型バルブ２７９が、プラントの入口及び出口からのライン間に配置されていてもよい。

液体サイクロン２５８に形成された厚味のあるスラッシュはアンダーフロー２６２を出て配管２７８を通過し、熱交換器２２４に至り、ここでの熱交換器を通過するプロセス流１５４’の冷却を補助する。液体／蒸気セパレーター１８０からライン１８２’を通過する蒸気は、背圧制御バルブ２８０Ａを通過し、熱交換器２２４からライン２５９を通って引き出されたガスの一部と組み合わせ、組み合わせ冷却流２５７を形成する。ライン２５９を通って流れるこの組み合わせ冷却流２５７は、更に、背圧制御バルブ２８０Ａを通る流量が少な過ぎる場合に、エダクター２８２が正しく作動する状態を保持するための「補給」として役立つ。背圧制御バルブ２８０Ｂは、好ましくは、組み合わせ冷却流２５７が正しい方向に移動する状態を保持するため、接続部を、圧力制御バルブ２８０Ａよりも数ｐｓｉ高い圧力に設定する。組み合わせ冷却流２５７は、次いで、エダクター２８２を通過する。高効率熱交換器１６６とコイル型熱交換器２２４との間のプロセス流から引き出した原動流２８４もまた、エダクター２８２を通過し、組み合わせ冷却流２５７を一つ又はそれ以上のタンク入口２５２Ａ乃至２５２Ｉ（図５のＢ参照）に引き込むのに役立つ。例示のエダクター２８２は、原動流について約５２６７．５０８ｋＰａ（約７６４ｐｓｉａ）の圧力及び約−７６．１１℃（約−１０５⁰F）の温度で作動するように形成されており、約４８１．９４４３ｋＰａ（６９ｐｓｉａ）の排出圧力の吸入流について約２４１．３１４５ｋＰａ（約３５ｐｓｉａ）の圧力及び約−１５１．１１℃（約−２４０⁰F）の温度で作動するように形成されている。このようなエダクターは、ニュージャージー州ドーヴァーのフォックスバルブディベロップメント社から入手できる。

冷却流１７０’、組み合わせ冷却流２５７、又はアンダーフロー流２７８のいずれかを介して熱交換器２２４に導入された二酸化炭素スラリーは、熱交換器２２４を通って下方に一つ又はそれ以上の冷却コイル２３２Ａ乃至２３２Ｃ上を流れ、固体二酸化炭素を昇華させる。これにより、固体二酸化炭素を内部からなくすのに十分に高い温度の冷却流２８６が製造される。熱交換器２４４を出た冷却流２８６は、ターボ膨張器１５６からの膨張した冷却流１５２’と組み合わさり、圧縮されたプロセス流１５４’を高効率熱交換器１６６内で冷却するのに使用される組み合わせ冷却流１７８’を形成する。この組み合わせ冷却流１７８’は、熱交換器１６６を出るとき、本明細書中に説明するように、配管１０４（図１参照）の下流区分１３０に排出するため、インターフェース接続部１３６Ａを通って流れる様々な他のガス成分と組み合わされる。

次に図１０を参照すると、この図には、本発明の別の実施例による液化プラント１１２’’’が示してある。この液化プラント１１２’’’は、図４の液化プラント１０２’と本質的に同じ方法で作動し、幾つかの些細な変更が施してある。

第４熱交換器２２２がプロセス流の流路に沿って高効率熱交換器１６６’と熱交換器２２４との間のシーケンスに配置してある。熱交換器２２２は、二酸化炭素の除去と関連しており、主として、以下に更に詳細に論じるサイクルの後の箇所でプロセス流から取り出した固体二酸化炭素を加熱するのに役立つ。第４熱交換器２２２は、更に、液化及び二酸化炭素除去の準備でガスを冷却するのを補助する。

液体サイクロン２５８で形成された厚味のあるスラッシュはアンダーフロー２６２を出て配管２７８’を通って熱交換器２２２に流れ、ここで厚味のあるスラッシュの密度を低下させる。二酸化炭素スラリーは、熱交換器２２２を出るとき、（図１のタンク１１６から）プラント入口１２８を通って入る任意の蒸気、並びに液体／蒸気セパレーター１８０からライン１８２’を通過する蒸気と組み合わさり、組み合わせ冷却流２５７’を形成する。この組み合わせ冷却流２５７’は、背圧制御バルブ２８０Ａを通過した後、エダクター２８２を通過する。熱交換器２２２と熱交換器２２４との間のプロセス流から引き出した原動流２８４’もまた、エダクターを通って流れ、組み合わせ冷却流１５８を一つ又はそれ以上のタンク入口２５２Ａ乃至２５２Ｉ（図５のＢ参照）に引き込むのに役立つ。

図４を参照して説明した実施例と同様に、冷却流１７０’又は組み合わせ冷却流２５７のいずれかを介して熱交換器２２４に導入された二酸化炭素スラリーは、熱交換器２２４を通って一つ又はそれ以上の冷却コイル２３２Ａ乃至２３２Ｃ上を下方に流れ、固体二酸化炭素を昇華させる。これにより、固体二酸化炭素をなくすのに十分高い温度を持つ冷却流２８６を発生する。熱交換器２２４を出る冷却流を、ターボ膨張器１５６からの膨張した冷却流１５２’と組み合わせ、組み合わせ冷却流１７８’を形成する。この組み合わせ冷却流は、圧縮されたプロセス流１５４’を高効率熱交換器１６６内で冷却するのに使用される。組み合わせ冷却流１７８’は、熱交換器１６６を出るとき、配管１０４（図１参照）の下流区分１３０内に排出するため、本明細書中に説明したようにインターフェース連結部１３６Ａを通って流れる様々なガス成分と更に組み合わさる。

上文中に論じた実施例と同様に、二酸化炭素スクリーンフィルタ２６６Ａ及び２６６Ｂは、クリーニングやパージを時折行う必要がある。しかしながら、図１０に示す実施例では、ガスは、水除去サイクル後にインターフェース点２７６Ｃのところで引き出され、インターフェース点２７６Ａ又は２７６Ｂに進入し、二酸化炭素スクリーンフィルタ２６６Ａ又は２６６Ｂを通って流れ、クリーニングを行う。フィルタ２６６Ｂのクリーニング中、インターフェース連結部１３６Ｅ又は１３６Ｆ及び１３６Ａが示すように、クリーニングガスを配管１０４（図１参照）に排出して戻してもよい。適当なバルブ及び配管により、フィルタ２６６Ａ及び２６６Ｂを必要に応じて切替えたり互いから遮断したりできる。フィルタに溜まった二酸化炭素固体を除去する他の方法は、当業者は容易に知るであろう。フィルタに通した液化天然ガスは、本明細書中上文中に説明したように貯蔵するため、プラント１０２’’を出る。

次に図１１のＡ及び図１２を参照すると、これらの図にはプラント１０２’’’の差圧回路３００が示してある。差圧回路３００は、液体／蒸気セパレーター１８０の直前に設けられたＪＴバルブ１７６’に進入する流れを、圧縮されたプロセス流１５４’と製品流１７２’との間でバランスさせるように設計されている。冷却流１７０’に沿って配置されたＪＴバルブ１７４’は、製品流１７２を正しい温度に維持するため、熱交換器２２４から出る質量流れの大部分が通過する主制御バルブとして作用する。通常の作動状態中、ガスが常にＪＴバルブ１７４’を通って流れるものと仮定する。ＪＴバルブ１７４’を開放すると、熱交換器２２４に逆流する流れが増大し、及び従って、製品流１７２’の温度が低下する。逆に、ＪＴバルブ１７４’を通る流れを制限すると、製品流１７２’の温度が上昇する。

製品流１７２’に配置されたＪＴバルブ１７６’は、例えば、製品流１７２’の温度を制御する上での変化又はコンプレッサー１５８の作動によるサージによる製品流１７２’内の余分の流れを均衡させるのに役立つ。

差圧制御（ＰＤＣ）バルブ３０２が、圧縮されたプロセス流１５４’と製品流１７２’との間に配置されている（これは、図４においてインターフェース連結部３０１Ａ及び３０１Ｂによって示されている）。パイロットライン３０４がＰＤＣバルブ３０２の低圧側３０６とＪＴバルブ１７６’のパイロット３０８との間に連結されている。ＰＤＣバルブ３０２及びＪＴバルブ１７６’のパイロット３０８は、両方とも、回路に含まれる熱交換器１６６、２２２（使用された場合）、及び２２４を通るプロセス流１５４’の流れによる圧力損傷を補償するために圧力をオフセットするため、押圧（即ちばねで）されている。

特定の例示の状況で差圧回路３００がどのように挙動するのかの例を以下に説明する。

一つの状況では、圧縮されたプロセス流１５４’内で圧力及び流れがコンプレッサー１５８の変動により増大する。圧縮されたプロセス流１５４’内の圧力が上昇するとき、ＰＤＣバルブ３０２の高圧側３１０により、ＰＤＣバルブ３０２を開放し、これによってパイロットライン３０４及びＪＴバルブ１７６’のパイロット３０８内の圧力を上昇する。様々な熱交換器を通って流れた後、新たな圧力が製品流１７２’内に発生する。流れがＪＴバルブ１７４’によって維持された状態で、製品流１７２’内に発生した余分のプロセス流体により熱交換器の前後の圧力損を少なくし、製品流１７２’内の圧力を圧縮されたプロセス流１５４’の圧力に近づける。製品流１７２’内の圧力の上昇がＰＤＣバルブ３０２によって検出され、このバルブを閉鎖し、これによってパイロット３０４内の圧力及びパイロット３０８の押圧エレメントに打ち勝つ。その結果、ＪＴバルブ１７６’が開放し、このバルブを通る流れを増大する。ＪＴバルブ１７６’を通る流れが増大すると、製品流体１７２’内の圧力が低下する。

第２のシナリオでは、圧縮されたプロセス流１５４’内で圧力及び流れが定常状態にある。この場合、コンプレッサーは、ＪＴバルブ１７４’によって除去されるよりも多くの流れを提供し、その結果、製品流１７２’内の圧力が上昇する。製品流１７２’内で圧力が発生するとき、ＰＤＣバルブ３０２及びＪＴバルブ１７６’が第１シナリオに関して上文中に説明したように反応し、製品流１７２’内の圧力を低下する。

第３のシナリオでは、ＪＴバルブ１７４’がいきなり開放し、熱交換器２２４及び１６６の前後の圧力損を増大し、これによって製品流１７２’内の圧力を低下する。製品流１７２’内の圧力損は、ＰＤＣバルブ３０２によって検出され、これによってパイロット３０８を作動し、流れが均衡状態に戻るまでＪＴバルブ１７６’を閉鎖する。

第４のシナリオでは、ＪＴバルブ１７４’がいきなり閉鎖し、製品流１７２’に圧力スパイクを発生する。この場合、圧力の上昇がＰＤＣバルブ３０２によって検出され、これによってパイロット３０８を作動し、ＪＴバルブ１７６’を開放し、圧力及び流れが均衡状態に戻るまでＪＴバルブ１７６’を開放し、余分の圧力／流れを解放する。

第５のシナリオでは、コンプレッサーの変動により、圧縮されたプロセス流１５４’内の圧力が低下する。これにより、回路３０は、製品流１７２’の圧力及び流れのバランスが失われるまでＪＴバルブ１７６’が一時的に閉鎖するように応答する。

ＪＴバルブ１７４’は、差圧回路３００の重要な構成要素である。これは、圧縮されたプロセス流１５４’が熱交換器２２４を通った後、冷却流１７０’と製品流１７２’とに別れる状態を維持するのに役立つためである。ＪＴバルブ１７４’は、熱交換器２２４を出るライン２５６内の流れの温度を維持することによってこれを行う。ライン２５６内（及びかくして冷却流１７０’及び製品流１７２’）の温度が所望温度以下に低下するとき、熱交換器２２４に提供される冷却を少なくするようにＪＴバルブ１７４’を通る流れを調節する。逆に、ライン２５６内の温度が所望温度以上に上昇するとき、熱交換器２２４に追加の冷却を提供するようにＪＴバルブ１７４’を通る流れを調節する。

次に図１１のＢを参照すると、この図には好ましい回路３００’が示してある。回路３００’の作動は、上文中に説明した回路３００とほぼ同じであるが、回路３００’は、機械式制御装置を使用する代わりに電気−空気制御式である。回路３００と３００’との間の主な相違点には、圧力検出ライン３７０及び３７２の代わりに圧力センサ３７４及び３７６及び電気リード３７０’及び３７２’を使用することが含まれる。更に、差圧レギュレータ３０２及び制御ライン３０４の代わりに電気制御装置３０２’及び電気−空気式検出ライン３０４’を使用し、パイロット３０８の代わりに電流−空気圧（Ｉ／Ｐ）パイロット制御装置３０８を使用する。回路３００又は回路３００’を使用する場合、１５４’から１７２’まで圧力を降下する任意の数の熱交換器とともに作動するということに着目されるべきである。

次に図１２を参照すると、この図には、本発明の別の実施例による液化プラント１０２’’’’及びプロセスが示してある。液化プラント１０２’’’’は、図１０の液化プラント１０２’’’と本質的に同じ方法で作動し、幾つかの些細な変更が施してある。厚味のある二酸化炭素スラッシュを液体サイクロン２５８から熱交換器２２２（図１０参照）に通すのでなく、ポンプ３２０が厚味のある二酸化炭素スラッシュを受け取って熱交換器２２４に戻す。プラント１０２’’’’の形体により、追加の熱交換器（即ち図１０の２２２）に対する必要をなくす。しかしながら、厚味のある二酸化炭素スラッシュの流れは、ポンプの容量によって及び図１０に示す形体における厚味のあるスラッシュの密度によって制限できる。

次に図１３を参照すると、図４を参照して説明したプラント１０２’’の、一実施例による例示の物理的形体が示してある。プラント１０２’’は、見易くするため、側壁や屋根なしで示してある。プラント１０２’’を必要に応じて移動したり輸送できるように、プラント１０２’’のほぼ全部がスキッド３３０等の支持構造に取り付けられている。プラント１０２’’の主要構成要素の幾つかを指摘すると、ターボ膨張器１５６／コンプレッサー１５８がスキッド３３０の右側部分に示してある。プラント１０２’’の大きさに関するおおよその基準を提供するため、ターボ膨張器１５６／コンプレッサー１５８の傍らに人間のオペレータ３３２が示してある。一般的には、プラントは、例えば、長さが約９．１４４ｍ（約３０フィート）で高さが５．１８１６ｍ（１７フィート）で幅が２．５９０８ｍ（８．５フィート）であるように形成されていてもよい。しかしながら、プラントの全体としての大きさは、所望に応じてこれよりも小さくてもよいし大きくてもよい。

固体二酸化炭素の昇華に使用される高効率熱交換器１６６及び熱交換器２２４は、スキッド３３０の左側に設けられている。平行な二酸化炭素フィルタ２６６Ａ及び２６６Ｂが、熱交換器２２４と隣接して設けられている。当業者には理解されるように、例えばターボ膨張器１５６／コンプレッサー１５８等の様々な構成要素を制御するため、配線３３４がスキッド３３０から別のパッド３３５又は制御室等の遠隔の位置まで延びている。更に、外部動力入力を必要に応じて制御するため、空気圧ライン及び／又は液圧ラインがスキッド３３０から延びていてもよい。制御装置又はこれらの制御装置のうちの少なくとも幾つかを遠隔に配置することにより、このような遠隔に配置された制御装置及び機器が、例えば、スキッド３３０に配置される場合に必要とされる耐爆性包囲体又は他の安全上の特徴を備えていなくてもよいため、費用が低減される。

骨組み３４０がスキッド３３０に取り付けられていてもよく、プラント１０２’’を実質的に取り囲むように形成されていてもよい。第１高さの第１区分３４２は、ターボ膨張器１５６及びコンプレッサー１５８の周囲の容積を実質的に包囲するように示してある。第２区分３４４は、熱交換器１６６、２２４、フィルタ２６６Ａ及び２６６Ｂ、及び低温で作動する他の構成要素の周囲の容積を実質的に包囲する。第２区分３４４は、二つの副区分３４４Ａ及び３４４Ｂを含み、副区分３４４Ａは高さが区分３４２と実質的に等しい。副区分３４４Ｂは区分３４２の高さの上に延びており、以下に論じるように、輸送の目的で取り外すことができる。プラント１０２’’と関連した配管は、望ましからぬ熱伝達を最小にする目的で断熱されていてもよい。別の態様では、又は断熱を施した配管及び選択された構成要素と組み合わせて、断熱壁３４６が区分３４２を区分３４４から及びプラント１０２’’の外部環境から分離する。更に、プラント１０２’’の効率を低下させる周囲温度条件からプラント１０２’’の少なくとも一部を断熱するため、断熱壁をプラント１０２’’の外部に亘って骨組み３４０に配置してもよい。更に、相互接続配管以外の、分離タンク１８０、フィルタモジュール２６６Ａ及び２６６Ｂ、及び熱交換器１６６及び２２４を含むがこれらに限定されない様々な構成要素を個々に断熱してもよい。

次に図１４を参照すると、プラント１０２’’又はその大部分を、例えば、トラックによってプラント現場まで輸送されるトレーラー３５０に載せてもよい。別の態様では、支持構造は、スキッド３３０を持つトレーラーとして役立ってもよく、このスキッドは、ホイール、サスペンション、及びトラックトラクター３５２に取り付けるための一端のヒッチ、及び反対端の第２のホイール組３５４を備えて形成されている。他の輸送手段は当業者に容易に明らかになるであろう。

上副区分３４４Ｂが取り外してあり、図面にはっきりと示してないが、高効率熱交換器１６６及び固体二酸化炭素処理熱交換器２２４等の比較的大きな幾つかの構成要素が取り外してあるということに着目されたい。これにより、何らかの特別の許可（即ち荷物が広幅であるとか荷物が過大である等）なしにプラントを実質的に無傷で輸送できる。

更に、プラントは、必要とされるオペレータの入力が最小の制御装置が含まれるということに着目されたい。確かに、任意のプラント１０２乃至１０２’’’’は、現場オペレータなしで機能するのが望ましい。かくして、適切にプログラムし且つ制御する設計により、プラントの作動の監視及び／又は調節を行うために遠隔操作でプラントにアクセスできる。同様に、このような制御装置には、遠隔のオペレータに警報するため、又はプラントをアップセット状態で停止するため、様々な警報装置が組み込んである。一つの適当な制御装置は、例えば、ジョージア州カミングのオートメーションダイレクト社から商業的に入手できるＤＬ４０５シリーズプログラム可能論理制御装置（ＰＬＣ）であってもよい。

本発明を主に天然ガスの液化に関して開示してきたが、本発明は、単に比較的「汚れた」ガスの流れから二酸化炭素等のガスを除去するために使用できるということに着目されたい。更に、他のガスを処理することもでき、例えば窒素等の他のガス成分を除去することもできる。かくして、本発明は、天然ガスの液化及びこれからの二酸化炭素の除去に限定されない。

例
次に図４乃至図１５を参照し、液化プラント１０２’’で実施されるプロセスの一例を説明する。図１４は、図４と同じ（図３の追加の構成要素−例えばコンプレッサー１５４及び膨張器１５６、等を組み合わせた）プロセスフローダイヤグラムであるが、明瞭化を図るために構成要素の参照番号が省略してあるということに着目されたい。上文中に図４を参照して一般的プロセスを説明したが、以下の例は、本明細書中において状態点と呼ぶ、プラントに亘る様々な位置での、プラント１０２’’の計算した作動設計によるガス／液体／スラリーの例示の状態を説明する。

状態点４００では、ガスが分配配管を出て液化プラントに進入するとき、ガスは温度が約３４．４４℃（６０⁰F）であり、圧力が約３０３３．６６８ｋＰａ（約４４０ｐｓｉａ）であり、流量が毎時約４５３５．９２３７Ｋｇ（約毎時１００００ポンド）である。

状態点４０２及び４０４では流れが別れ、状態点４０２を通って毎時約２２９７．４４５３Ｋｇ（毎時約５０６５ポンド）流れ、状態点４０４を通って毎時約２２４３．０１４２Ｋｇ（毎時約４９４５ポンド）流れる。各状態点の温度及び圧力は状態点４００と同じである。

状態点４０６では、流れがターボ膨張器１５６を出るとき、ガスは約−７５．５６℃（約−１０４⁰F）で圧力が約４４８．１５５５ｋＰａ（約６５ｐｓｉａ）である。状態点４０８では、ガスがコンプレッサー１５８を出るとき、ガスは約８６．１１℃（約１８７⁰F）で圧力が約５３０８．９１９ｋＰａ（約７７０ｐｓｉａ）である。

状態点４１０では、第１熱交換器２２０の後、高効率熱交換器１６６の前で、ガスは、約７９．４４℃（約１７５⁰F）で圧力が約５３０８．９１９ｋＰａ（約７７０ｐｓｉａ）である。状態点４１２では、水を除去した後であり、高効率熱交換器１６６のほぼ中央で、ガスは、約−５６．６７℃（約−７０⁰F）で圧力が約５２８１．３４０２ｋＰａ（約７６６ｐｓｉａ）であり、流量が毎時約２２４０．２９２７Ｋｇ（約４９３９ポンド）である。

高効率熱交換器１６６を出るガスは、図示のように、状態点４１４で、約−７６．１１℃（約−１０５⁰F）で圧力が約５２６０．６５６１ｋＰａ（約７６３ｐｓｉａ）である。

状態点４１８のところで製品流１７２’を通る流れは、約−１３１．６７℃（約−２０５⁰F）で圧力が約５２４６．８６６７ｋＰａ（約７６１ｐｓｉａ）であり、流量が毎時約１６９４．１６７５Ｋｇ（約３７３５ポンド）である。状態点４２０では、ジュール−トムソンバルブを通過した後及びセパレーター１８０に進入する前で、流れは、ガス、液化天然ガス、及び固体二酸化炭素の混合物になり、約−１５１．１１℃（約−２４０⁰F）で圧力が約２４１．３１４５ｋＰａ（約３５ｐｓｉａ）である。固体二酸化炭素のスラリー及び液化天然ガスは、セパレーター１８０を離れるときに温度及び圧力が同じであるが、流量は毎時約６００．５５６３Ｋｇ（１３２４ポンド）である。

状態点４２２では、スラリーの圧力がポンプ２６０により約７８５．９９５８ｋＰａ（１１４ｐｓｉａ）まで上昇し、温度が約−１４８．８９℃（−２３６⁰F）である。状態点４２４では、液体サイクロン２５８によって分離された後、液化天然ガスは約−１５１．１１℃（約−２４０⁰F）で圧力が約２４１．３１４５ｋＰａ（約３５ｐｓｉａ）で、流量が毎時４８０．３５４Ｋｇ（約１０５９ポンド）である。液化天然ガスの状態は、プラント１０２’’から貯蔵ベッセルに出るときと実質的に同じままである。

状態点４２６では、液体サイクロン２５８を出る厚みのあるスラッシュ（固体二酸化炭素を含む）は約−４７２．２８７０ｋＰａ（−６８．５ｐｓｉａ）の圧力で約−１４８．３３℃（−２３５⁰F）であり、毎時約１２０．２０２０Ｋｇ（２６５ポンド）の流量で流れる。

状態点４３０では、ガスはセパレーター１８０を約２４１．３１４５ｋＰａ（約３５ｐｓｉａ）の圧力で約１１５．５６℃（２４０⁰F）であり、流量が毎時約１１９．２９４８Ｋｇ（２６３ポンド）である。

状態点４３４では、エダクターに進入する原動流中のガスは、約５２６７．５５０８ｋＰａ（約７６４ｐｓｉａ）で約−７６．１１℃（−１０５⁰F）である。状態点４３４での流量は、毎時約５４６．５７８８Ｋｇ（１２０５ポンド）である。状態点４３６では、エダクターの後、混合流は約４８２．６２９ｋＰａ（約７０ｐｓｉａ）で約−１３８．３３℃（−２１７⁰F）であり、組み合わせ流量が約３１６．６０７４Ｋｇ（６９８ポンド）である。

状態点４３８では、ＪＴバルブ１７４’の前で、ガスは約５２４６．８６６９ｋＰａ（約７６１ｐｓｉａ）の圧力で約−１３１．６７℃（約−２０５⁰F）であり、流量が毎時約９７３．８６２８Ｋｇ（約２１４７ポンド）である。状態点４４０では、ＪＴバルブ１７４’を通過し、これによって固体二酸化炭素を形成した後、スラリーは約４７２．２８７ｋＰａ（約６８．５ｐｓｉａ）の圧力で約−１４０．５６℃（−２２１⁰F）である。

状態点４４２では、熱交換器２２４を出るとき、ガスの温度は約−１２６．１１℃（約−１９５⁰F）であり、圧力は約４４８．１５６ｋＰａ（約６５ｐｓｉａ）である。状態点４４２での流量は、毎時約１７６７．６４９４Ｋｇ（約３８９７ポンド）である。状態点４４４では、二つの流れを組み合わせた後、ガスの温度は約１０１．６７℃（−１５１⁰F）であり、圧力は約４４８．１５６ｋＰａ（約６５ｐｓｉａ）である。

状態点４４６では、高効率熱交換器１６６を出るとき、及び配管１０４に排出される前に、ガスは温度が約３７．２２℃（約９９⁰F）であり、圧力が約４４８．１５６ｋＰａ（約６５ｐｓｉａ）である。状態点４４６での流量は、毎時約４０６５．０９５Ｋｇ（約８９６２ポンド）である。

以上の開示に照らすと、ここに開示した液化プロセスは、ガスに液化サイクルを加える前の必須のガス「純化」を必要としない、低費用で効率的で効果的なＬＮＧ製造手段を提供する。これにより、住宅用及び産業用の供給ラインで代表的な比較的「汚れた」ガスを使用でき、高価な予備処理機器に対する必要をなくし、このような比較的「汚れた」ガスを処理するための作動費用を大幅に低減する。

本発明は様々な変更及び変形例の形態、及び添付図面に例として示し且つ本明細書中に詳細に説明した特定の実施例が考えられるが、本発明は、開示された特定の形態に限定されるものではないということは理解されるべきである。というよりはむしろ、本発明は、特許請求の範囲に定義された本発明の精神及び範囲内の全ての変更、等価物、及び変形を含む。

本発明の一実施例による液化プラント概略全体図である。 本発明の一実施例による液化プラントの基本的サイクルを示すプロセスフローダイヤグラムである。 本発明の一実施例による液化サイクルと一体化した水除去サイクルを示すプロセスフローダイヤグラムである。 本発明の一実施例による液化サイクルと一体化した二酸化炭素除去サイクルを示すプロセスフローダイヤグラムである。 本発明の一実施例による熱交換器を示す図である。 本発明の一実施例による熱交換器を示す図である。 図５のＡ及びＢの熱交換器で使用する冷却コイルの平面図である。 図５のＡ及びＢの熱交換器で使用する冷却コイルの正面図である。 図５のＡ及びＢに示す熱交換器の本発明の様々な実施例による様々な作動モードの概略図である。 図５のＡ及びＢに示す熱交換器の本発明の様々な実施例による様々な作動モードの概略図である。 図５のＡ及びＢに示す熱交換器の本発明の様々な実施例による様々な作動モードの概略図である。 図５のＡ及びＢの熱交換器と関連して使用できるプラグの斜視図である。 図５のＡ及びＢの熱交換器と関連して使用できるプラグの正面図である。 図４の液化プラント及びプロセスと関連して使用される例示の二酸化炭素フィルタの断面図である。 本発明の別の実施例による液化サイクルを示すフローダイヤグラム図である。 図１０のプラント及びプロセスに組み込んだ差圧回路を示すプロセス概略図である。 図１０のプラント及びプロセスに組み込んだ好ましい差圧回路を示すプロセス概略図である。 本発明の別の実施例による液化サイクルを示すプロセスフローダイヤグラム図である。 本発明の一実施例による液化プラントの斜視図である。 プラントの場所に輸送する際の図４の液化プラントを示す概略図である。 本発明の一実施例によるシステムに亘る流れ質量の状態点を示すプロセスフローダイヤグラムである。

１００ 液化天然ガスステーション
１０２ 天然ガス液化プラント
１０４ パイプライン
１０６ 圧力レギュレータ
１０８ 供給ガス
１１０ 流量計
１１２ プラント入口

Claims (42)

1. 液化プラントにおいて、
   未純化天然ガス源に密封をなして流動学的に連結されるように形成されたプラント入口、
   前記プラント入口を通して引き出した第１天然ガス流を受け取り、膨張させた冷却流を発生するように位置決めされており且つ形成されたターボ膨張器、
   前記ターボ膨張器に機械的に連結されており、前記プラント入口を通して引き出した第２天然ガス流を受け取り、圧縮されたプロセス流を発生するコンプレッサー、
   前記圧縮されたプロセス流及び前記膨張させた冷却流を向流をなして受け取り、前記圧縮されたプロセス流を冷却するように位置決めされており且つ形成された第１熱交換器、
   未純化ガス源に密封をなして流動学的に連結され、前記膨張させた冷却流を前記熱交換器に通した後に排出するように位置決めされており且つ形成された第１プラント出口、
   冷却した圧縮されたプロセス流の第１部分を受け入れて膨張し、追加の冷却流を形成するように位置決めされており且つ形成された第１膨張バルブ、及び、前記膨張させた冷却流が前記第１熱交換器に進入する前に前記追加の冷却流を前記膨張させた冷却流と組み合わせる導管構造、
   前記冷却した圧縮されたプロセス流の第２部分を受け入れて膨張し、ガス−固体−液体混合物を形成するように位置決めされており且つ形成された第２膨張バルブ、
   前記ガス−固体−液体混合物を受け入れるように位置決めされており且つ形成された第１ガス−液体セパレーター、及び
   貯蔵ベッセルに密封をなして流動学的に連結されるように位置決めされており且つ形成された第２プラント出口を有し、前記第１ガス−液体セパレーターは内部に収容された液体を前記第２プラント出口に送出するように位置決めされており且つ形成されている、液化プラント。
2. 請求項１に記載の液化プラントにおいて、前記第１ガス−液体セパレーターと前記第２プラント出口との間に作動的に連結された液体サイクロンを更に含む、液化プラント。
3. 請求項２に記載の液化プラントにおいて、前記液体サイクロンに導入されるべき液体の状態を管理するため、前記液体サイクロンと前記第１ガス−液体セパレーターとの間に作動自在に連結されたポンプを更に含む、液化プラント。
4. 請求項２に記載の液化プラントにおいて、前記液体サイクロンと前記第２プラント出口との間に配置された少なくとも一つのスクリーンフィルタを更に含む、液化プラント。
5. 請求項４に記載の液化プラントにおいて、水を除去するように形成されたフィルタを更に含み、前記液体フィルタは、圧縮されたプロセス流の流路内に、前記第１熱交換器内の前記流路に沿った位置に配置されている、液化プラント。
6. 請求項５に記載の液化プラントにおいて、圧縮されたプロセス流の流路内に前記液体フィルタと隣接して配置された第２ガス−液体セパレーターを更に含む、液化プラント。
7. 請求項６に記載の液化プラントにおいて、前記第１熱交換器は、複数の耐蝕性プレートを含む、液化プラント。
8. 請求項７に記載の液化プラントにおいて、前記冷却された圧縮されたプロセス流を受け取って通すように位置決めされており且つ形成された第２熱交換器を更に含む、液化プラント。
9. 請求項８に記載の液化プラントにおいて、前記第２熱交換器は、耐蝕性タンク内で垂直方向に積み重ねられた複数の耐蝕性コイルを含む、液化プラント。
10. 請求項９に記載の液化プラントにおいて、垂直方向に積み重ねられた複数の耐蝕性コイルのうちの少なくとも一つがステンレス鋼製である、液化プラント。
11. 請求項１０に記載の液化プラントにおいて、前記耐蝕性タンクはステンレス鋼製である、液化プラント。
12. 請求項９に記載の液化プラントにおいて、前記第２熱交換器は、垂直方向に積み重ねられた複数の耐蝕性コイルのうちの少なくとも一つ内に位置決めされた少なくとも一つの最内スプラッシュジャケットを含む、液化プラント。
13. 請求項１２に記載の液化プラントにおいて、少なくとも一つの最内スプラッシュジャケットはステンレス鋼製である、液化プラント。
14. 請求項９に記載の液化プラントにおいて、前記第２熱交換器は、垂直方向に積み重ねられた耐蝕性コイルのうちの少なくとも一つと耐蝕性タンクとの間に位置決めされた少なくとも一つの最外スプラッシュジャケットを含む、液化プラント。
15. 請求項１４に記載の液化プラントにおいて、前記少なくとも一つの最外スプラッシュジャケットはステンレス鋼製である、液化プラント。
16. 請求項９に記載の液化プラントにおいて、支持構造を更に含み、前記ターボ膨張器、前記コンプレッサー、前記第１熱交換器、前記第２熱交換器、前記液体サイクロン、前記少なくとも一つのスクリーンフィルタ、前記液体フィルタ、前記第１ガス−液体セパレーター、及び前記第２ガス−液体セパレーターの各々が前記支持構造上に支持されている、液化プラント。
17. 請求項９に記載の液化プラントにおいて、前記支持構造は、幅が約２．４３８ｍ（約８フィート）であり、長さが約９．１４４ｍ（約３０フィート）である、液化プラント。
18. 請求項１７に記載の液化プラントにおいて、前記支持構造に取り付けられた骨組みを更に含み、この骨組みは、前記液化プラントの外容積周囲を実質的に画成する、液化プラント。
19. 請求項１８に記載の液化プラントにおいて、前記骨組みの通常の高さは、約５．１８１６ｍ（約１７フィート）である、液化プラント。
20. 請求項１９に記載の液化プラントにおいて、前記骨組みは、少なくとも一つの第１部分及び取り外し自在の第２部分を含み、前記取り外し自在の第２部分は、前記骨組みの最大高さを小さくするために取り外される、液化プラント。
21. 請求項１８に記載の液化プラントにおいて、前記骨組みに取り付けられた少なくとも一つの断熱壁を更に含み、前記ターボ膨張器及び前記コンプレッサーが前記少なくとも一つの断熱壁の第１側に配置され、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器が前記少なくとも一つの断熱壁の反対側の第２側に位置決めされる、液化プラント。
22. 請求項２１に記載の液化プラントにおいて、前記プラントは、実質的に無傷のユニットをなして輸送できるように形成されている、液化プラント。
23. 請求項１８に記載の液化プラントにおいて、前記プラントの遠隔監視及び操作を容易にするように形成された制御ユニットを更に含む、液化プラント。
24. 請求項１６に記載の液化プラントにおいて、個々に断熱された構成要素相互接続配管を更に含む、液化プラント。
25. 請求項２４に記載の液化プラントにおいて、前記ターボ膨張器、前記コンプレッサー、前記第１熱交換器、前記第２熱交換器のうちの少なくとも一つが個々に断熱されている、液化プラント。
26. 液体天然ガスの製造方法において、
    未純化天然ガス源を提供する工程、天然ガスの一部を前記源から流す工程、天然ガスの部分をプロセス流及び第１冷却流に分割する工程、ターボ膨張器を通して前記第１冷却流を流す工程、及びこれにより仕事出力を発生する工程、
    前記ターボ膨張器の仕事出力でコンプレッサーに動力を提供する工程、前記コンプレッサーを通して前記プロセス流を流す工程、圧縮されたプロセス流を少なくとも前記膨張させた冷却流で冷却する工程、
    冷却された圧縮されたプロセス流を製品流及び第２冷却流に分割する工程、
    前記第２冷却流を膨張し、膨張させた第２冷却流を膨張させた第１冷却流と組み合わせる工程、
    前記製品流を膨張し、液体、蒸気、及び固体を含む混合物を形成する工程、
    液体及び固体を蒸気から分離する工程、及び
    液体の少なくとも一部を固体から分離する工程を含む、方法。
27. 請求項２６に記載の方法において、前記液体の少なくとも一部を前記固体から分離する前記工程は、前記固体及び液体に遠心力を加える工程を含む、方法。
28. 請求項２７に記載の方法において、前記工程及び前記液体の少なくとも別の部分を前記膨張させた第１冷却流及び前記膨張させた第２冷却流と組み合わせる工程を更に含む、方法。
29. 請求項２８に記載の方法において、組み合わせ冷却流を未純化天然ガス源に排出して戻す工程を更に含む、方法。
30. 熱交換器において、
    タンク、
    前記タンク内に配置された少なくとも二つのコイル、
    少なくとも二つのコイルのうちの少なくとも一方を通して第１流を入れるように形成された少なくとも一つのコイル入口、
    前記第１流をコイルから出すように形成された複数のコイル出口、
    タンクを通して第２流を流すように形成された少なくとも二つのタンク入口であって、これらの少なくとも二つのタンク入口の各々が、少なくとも二つのコイルの対応するコイルと近接して位置決めされ、第２流を、少なくとも夫々のタンク入口が近接して位置決めされた前記コイル上に流す、少なくとも二つのタンク入口、及び
    前記タンクから第２流を取り出すように形成されたタンク出口であって、前記熱交換器は、前記第１流が選択的に流されるコイル上に前記第２流を実質的に同時に流すことができるように、前記少なくとも二つのコイルのうちの所望数を通して前記第１流を選択的に流すことができる、タンク出口を含む、熱交換器。
31. 請求項３０に記載の熱交換器において、前記少なくとも二つのコイルのうちの一方のコイルだけを通して前記第１流を選択的に流し、これと実質的に同時に、前記少なくとも二つのコイルのうちの一方のコイル上にだけ前記第２流を選択的に流すように形成されている、熱交換器。
32. 請求項３０に記載の熱交換器において、前記タンクは圧力ベッセルとして形成されている、熱交換器。
33. 請求項３０に記載の熱交換器において、前記タンクはステンレス鋼製である、熱交換器。
34. 請求項３０に記載の熱交換器において、前記少なくとも二つのコイルはステンレス鋼製である、熱交換器。
35. 請求項３０に記載の熱交換器において、前記第１流の流路内に位置決めされた少なくとも一つの分流器を更に含み、この分流器は、所望数のコイルのうちのいずれのコイルに前記第１流を流すのかを決定するのを補助する、熱交換器。
36. 請求項３５に記載の熱交換器において、前記少なくとも一つの分流器は少なくとも一つのプラグを含む、熱交換器。
37. 請求項３６に記載の熱交換器において、前記少なくとも一つのプラグは、一組の第１外ねじを持つ本体及び設置工具と協働するように形成されたキー付きヘッドを含む、熱交換器。
38. 請求項３６に記載の熱交換器において、前記少なくとも一つのプラグは、前記キーヘッドに形成された一組の内ねじを更に含む、熱交換器。
39. 請求項３５に記載の熱交換器において、前記少なくとも一つの分流器はバルブを含む、熱交換器。
40. 請求項３５に記載の熱交換器において、前記少なくとも一つの分流器は盲フランジを含む、熱交換器。
41. 請求項３０に記載の熱交換器において、前記少なくとも二つのコイルは三つのコイルを含む、熱交換器。
42. 熱交換器において、
    複数のタンク入口及び少なくとも一つのタンク出口を持つタンク、
    前記タンク内に配置された互いに直列に連結された少なくとも二つの冷却コイルを有し、第１流を前記少なくとも二つのコイルのうちの一つ又はそれ以上を通して選択的に流すことができるように形成されており、前記複数のタンク入口のうちの少なくとも一つが前記少なくとも二つの冷却コイルの各々と関連しており、第２流を前記第１流の前記選択的流れと対応して一つ又はそれ以上のタンク入口を通して選択的に流すことができるように形成されている、熱交換器。

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