JP2013216889A - フィード水除去を伴う天然ガス液化 - Google Patents

Abstract

【課題】天然ガスストリームを乾燥しそして液化するための方法を提供する。
【解決手段】（ａ）水含有天然ガスフィードストリームが冷却され、（ｂ）冷却された天然ガスフィードストリームが乾燥され、さらに冷却され、（ｃ）乾燥した冷却された天然ガスストリームが加熱され、（ｄ）膨張された低温冷却剤との向流間接熱交換により、乾燥した再加熱された天然ガスストリームが冷却されそして液化され、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームが冷却され、そして（ｅ）圧縮された低温冷却剤ストリーム（単数又は複数）が膨張され、それにより、さらに冷却され、前記膨張された低温冷却剤を提供し、工程（ａ）での天然ガスフィードストリームの冷却及び工程（ｃ）での乾燥した冷却された天然ガスストリームの加熱は前記２つのストリーム間の間接熱交換により行われる方法が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は天然ガスストリームを乾燥しそして液化するための方法及び装置に関する。

天然ガスストリームが水を含む場合には、天然ガスの液化を行うことができる前に、まず、ストリームを乾燥し、そこからすべて又は実質的にすべての水を除去することが必要である。液化の前に天然ガスから水（及び水銀などのその他の不純物）を除去するために、特に周囲温度が高い場合には、まず、フィードを周囲温度未満に冷却することがさらに一般に行われている。

このような予備冷却工程を含む液化サイクルの例は、プロパン予備冷却混合冷却剤（Ｃ３ＭＲ）サイクルである。このような方法において、乾燥工程を行う前に、プロパン（又は蒸気圧縮サイクルでの異なる液体冷却剤）を用いて所望の温度に天然ガスフィードを冷却することができる。その後、同一の液体冷却剤を、より低い圧力で用いて、すでに乾燥したフィードをさらに冷却し、その後に、そのフィードを主要低温熱交換器（ＭＣＨＥ）中に導入することができる。液化のために使用される冷却剤、例えば、混合冷却剤（ＭＲ）もほぼ同一の温度に予冷される。それゆえ、ＭＣＨＥの高温端に入るすべてのストリームはほぼ同一の温度であり、それにより、ＭＣＨＥにおける熱応力を最小限にする。

水を含有する天然ガスの予冷はさらなる問題を呈することがある。すなわち、この冷却工程の間の天然ガスの温度が厳格に制御されなければ、水和物を生成する危険性があることがある。プロパンなどの単一成分液体冷却剤を用いて、それを蒸発させて天然ガスフィードを予冷することにより、良好な温度制御が可能になる。というのは、任意の所与の圧力で、このような冷却剤が蒸発する温度は変化しないであろうからである（一方、例えば、混合冷却剤ストリームでは、蒸発温度はストリーム中に存在する異なる冷却剤の比のいかなる変化及びストリームの圧力のいかなる変化によっても変化するであろう）。

Ｃ３ＭＲサイクルにおける水和物の生成に取り組む従来技術の例は米国特許第４，７５５，２００号明細書に記載されており、その開示を参照により本明細書中に取り込み、ここで、天然ガスフィードは水除去の前に単一成分蒸気圧縮サイクルを用いて冷却される。得られる乾燥天然ガスはＭＣＨＥに供給される前にＭＣＨＥからの混合冷却剤蒸気との間接的な熱交換によりさらに冷却される。

しかしながら、米国特許第４，７５５，２００号明細書で議論されているＣ３ＭＲプロセス、及び、混合冷却剤を使用するＭＣＨＥ中での天然ガスの液化の前に蒸気圧縮サイクルで単一成分液体冷却剤を使用して天然ガスフィードを予冷する、他のこのような方法での１つの欠点は追加の冷却ループ（すなわち、プロパン又は他の単一成分ループ）の使用が要求されることである。これにより、液化プラントの設置面積及び資金投資コストの両方が上がる。

天然ガスフィードストリームを予冷するのにプロパンの使用を伴わない天然ガス液化サイクルも知られている。これらには、例えば、米国特許第６，３４７，５３１号明細書に記載されているようなシングル混合冷却剤（ＳＭＲ）サイクル、米国特許第６，１１９，４７９号明細書に記載されているようなデュアル混合冷却剤（ＤＭＲ）サイクル、及び、米国特許出願第２０１０／０１２２５５１号明細書に記載されているような窒素リサイクル（Ｎ₂リサイクル）サイクルが挙げられ、それらの各々の開示を参照により本明細書中に取り込む。

このような方法において、冷却剤の一部（ＭＲ又は気体窒素）を主要冷却ループの１つから抜き出し、そして水除去の前にフィードを冷却するのに使用しうる。ＭＲ又は窒素などの純粋気体冷却剤はある範囲の温度にわたって冷却を提供するので、水和物生成を防止する温度を制御することが困難である。さらに、ＭＲ組成物はより低い温度での冷却を提供するように最適化され、窒素リサイクルサイクル（逆Braytonサイクル）はより暖かい温度で生来的には非効率である。効率の観点からは、予冷負荷を最少化する必要がある。

米国特許第６，７９３，７１２号明細書（その開示を参照により本明細書中に取り込む）は、水含有天然ガスフィードを最初に乾燥し、その後に、等エントロピーエクスパンダー中で膨張させるカスケード法を開示している。得られる低温天然ガスを第一の熱交換器で加熱し、その後、第二の熱交換器で加熱し、その後に、酸性ガス除去を行う。さらなる水除去の前に、第二の熱交換器中で低温天然ガスとの間接熱交換により天然ガスを再び冷却し、その後、第一の熱交換器でさらに冷却し、再び低温天然ガスとの間接熱交換により冷却する。その後、天然ガスを冷却しそして液化する。このような方法の欠点は、少なくとも１つの回転機械（すなわち、等エントロピーエクスパンダー）及び２つの熱交換器（又はサイドヘッダーを有する１つの熱交換器）を必要とすることであり、また、等エントロピーエクスパンダーでの膨張により得られる低減されたフィード圧力が液化効率を低下させることである。

このように、天然ガスフィードが水除去のために予冷される必要がある場合に、代わりの及び／又は改良された天然ガス液化サイクル（例えば、限定するわけではないが、ＳＭＲ、ＤＭＲ及びＮ₂リサイクルサイクル）が当該技術分野で必要である。

本発明の実施形態の目的は、ＭＣＨＥのボトムでの温度不適合を最小限にする液化サイクルで、液化サイクルの全体効率が向上される液化サイクルを提供することである。

本発明の好ましい実施形態のさらなる目的は、天然ガスフィードの予冷の間の良好な温度制御を提供し、それにより、水和物生成を防止し又は最小限にすることである。

本発明の第一の態様によると、天然ガスストリームを乾燥しそして液化するための方法が提供され、ここで、その方法は、
（ａ）水を含有する天然ガスフィードストリームを冷却して、冷却された天然ガスストリームを生じさせること、
（ｂ）前記冷却された天然ガスフィードストリームから水を除去し、そしてさらに冷却して、乾燥した冷却された天然ガスストリームを生じさせること、
（ｃ）前記乾燥した冷却された天然ガスストリームを加熱して、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを生じさせること、
（ｄ）膨張された低温冷却剤との向流間接熱交換により、前記乾燥した再加熱された天然ガスストリームを冷却しそして液化して、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを冷却し、液化天然ガス製品ストリーム、少なくとも１つの圧縮された低温冷却剤ストリーム及び膨張された加熱された冷却剤ストリームを生じさせること、及び、
（ｅ）圧縮された低温冷却剤ストリーム（単数又は複数）を膨張させ、それにより、さらに冷却して、前記膨張された低温冷却剤を提供すること、
を含み、工程（ａ）での天然ガスフィードストリームの冷却及び工程（ｃ）での乾燥した冷却された天然ガスストリームの加熱は前記２つのストリーム間の間接熱交換により行われる。

本発明の第二の態様によると、天然ガスストリームを乾燥しそして液化するための装置が提供され、ここで、その装置は、
（ａ）水含有天然ガスフィードストリーム、及び、乾燥した冷却された天然ガスストリームを受け入れ、互いの間接熱交換により、水含有天然ガスストリームを冷却し、乾燥した冷却された天然ガスストリームを加熱し、それにより、冷却された水含有天然ガスフィードストリーム、及び、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを生じさせるためのエコノマイザー熱交換器、
前記エコノマイザー熱交換器と流体流連絡されている、天然ガスフィード水除去及び天然ガスフィード冷却システムであって、エコノマイザー熱交換器から冷却された水含有天然ガスフィードストリームを受け入れ、前記ストリームを乾燥しそしてさらに冷却し、得られた乾燥した冷却された天然ガスストリームをエコノマイザー熱交換器に戻す、天然ガスフィード水除去及び天然ガスフィード冷却システム、
膨張された低温冷却剤との向流間接熱交換により、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを冷却しそして液化して、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを冷却し、液化天然ガス製品ストリーム、少なくとも１つの圧縮された低温冷却剤ストリーム及び膨張された加熱された冷却剤ストリームを生じさせるための主要低温熱交換器、
エコノマイザー熱交換器から主要低温熱交換器の高温端に、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを輸送し、そして前記主要低温熱交換器の低温端から前記液化天然ガス製品ストリームを抜き出すための導管設備、及び、
主要低温熱交換器と流体流連絡されている冷却剤膨張システムであって、低温熱交換器の低温端から、少なくとも１つの圧縮された低温冷却剤ストリームを受け入れ、前記低温冷却剤を膨張させ、それによりさらに冷却し、そして膨張された低温冷却剤を、低温熱交換器の低温端に戻すための冷却剤膨張システム、
を含む。

本発明の１つの実施形態による天然ガスストリームの乾燥及び液化のための装置及び方法の模式的なフローダイアグラムである。 図１に示す天然ガスストリームの乾燥及び液化のための装置及び方法における使用のための例示の閉ループ混合冷却剤システム及び方法の模式的なフローダイアグラムである。 本発明の別の実施形態による天然ガスストリームの乾燥及び液化のための装置及び方法の模式的なフローダイアグラムである。

上記のとおり、本発明の第一の態様において、天然ガスストリームを乾燥しそして液化するための方法は提供され、その方法は、（ａ）天然ガスフィードストリームを冷却すること、（ｂ）前記冷却された天然ガスフィードストリームから水を除去し、そしてさらに冷却すること、（ｃ）前記乾燥した冷却された天然ガスストリームを加熱すること、（ｄ）膨張された低温冷却剤との向流間接熱交換により、前記乾燥した再加熱された天然ガスストリームを冷却しそして液化して、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを冷却すること、及び、（ｅ）圧縮された低温冷却剤ストリーム（単数又は複数）を膨張させ、それにより、さらに冷却して、前記膨張された低温冷却剤を提供することを含み、ここで、工程（ａ）での天然ガスフィードストリームの冷却及び工程（ｃ）での乾燥した冷却された天然ガスストリームの加熱は前記２つのストリーム間の間接熱交換により行われる。

本明細書中に使用されるときに、用語「膨張」は任意の適切な手段による問題の流体の圧力の低下を指し、液体の場合には、特段の指示がないかぎり、少なくとも部分的な蒸発又は単なる圧力減少を伴うことができる。

本明細書中に使用されるときに、用語「乾燥」はすべての又は実質的にすべての水を除去した流体を指す。より詳細には、すべての水が除去されていること、又は、流体の次の処理に対する効果を無視できるほど十分に低い水の残留量であることのいずれかを意味する。特に、「乾燥した天然ガスストリーム」の場合には、すべての水が除去されているか、又は、前記ストリーム中に残っている残留水が水の凍結による下流での冷却及び液化プロセスにおけるいかなる操作上の問題を起こすのには十分に低い量で存在している。

本明細書中に使用されるときに、用語「間接的熱交換」はある形態の物理的バリアにより２つの流体が互いに分離されている２つの流体間の熱交換を指す（例えば、シェルアンドチューブ型熱交換器において、チューブ側の流体はチューブの壁によりシェル側の流体から分離されているので、間接熱交換が起こる）。このことは流体が接触し、そして混合することができる「直接熱交換」（例えば、スクラビングカラムにおいて、熱移動に加えて、物質移動がカラムを通して流れている向流ストリーム間で起こることができる）と対照的である。

好ましい実施形態において、工程（ｃ）では、乾燥した冷却された天然ガスストリームは少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームの温度とほぼ同一の温度にまで加熱され、乾燥した再加熱された天然ガスストリーム及び少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームは、工程（ｄ）の開始時にほぼ同一である。好ましくは、工程（ａ）の開始時の天然ガスフィードストリームは、また、工程（ｄ）の開始時の乾燥した再加熱された天然ガスストリーム及び少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームの温度とほぼ同一である。

好ましくは、工程（ｃ）において、乾燥した冷却された天然ガスストリームを少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームの温度と同一であるか又は２０℃以内、より好ましくは１０℃以内の温度である温度に加熱され、それにより、工程（ｄ）の開始時に、乾燥した再加熱された天然ガスストリーム及び少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームとの間の温度差は２０℃以下であり、より好ましくは１０℃未満である。好ましくは、工程（ａ）の開始時の天然ガスフィードストリームの温度は、工程（ｄ）の開始時の乾燥した再加熱された天然ガスストリーム及び少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームの温度と同一であるか又は２０℃以内であり、より好ましくは１０℃以内である。

好ましい実施形態において、工程（ｄ）はシェルアンドチューブ型の低温熱交換器で行われ、最も好ましくは、巻きコイル式熱交換器において行われる。

好ましい実施形態において、方法の工程（ｂ）では、冷却された天然ガスフィードストリームを最初に乾燥し、そこから水を除去し、その後、さらに冷却して、乾燥した冷却された天然ガスストリームを生じさせる。又は、前記工程は逆の順序で行うことができ、ここで、フィードストリームを最初にさらに冷却し、その後、乾燥して、乾燥した冷却された天然ガスストリームを生じさせる。しかしながら、後者の選択肢は一般に、より好ましくない。

１つの実施形態において、工程（ｄ）及び（ｅ）での冷却剤は混合冷却剤（例えば、炭化水素及び／又はペルフルオロ炭化水素の混合物を含む）であり、この場合には、工程（ｄ）での圧縮された低温冷却剤フィードストリーム（単数又は複数）は液相又は混合相ストリームであり、工程（ｄ）での膨張された加熱された冷却剤ストリームは混合相又は蒸気相であるか、又は、気体冷却剤（例えば、純粋な、例えば、９９モル％以上の窒素又はアルゴン）であって、工程（ｄ）及び（ｅ）を通して実質的に気体のままである（すなわち、工程（ｄ）及び（ｅ）の全体をとおしてどの点でも最大で１２モル％の冷却剤が液体形態であり、より好ましくは最大で５モル％の冷却剤が液体形態であり、そして最も好ましくは冷却剤が全く液体形態でない）。

好ましい実施形態において、その方法は工程（ｆ）膨張された加熱された冷却剤ストリームを圧縮しそして好ましくは冷却し（例えば、1つ以上のインターステージ及び／又はアフタークーラーにより）、工程（ｄ）で冷却される前記少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを提供することをさらに含む。

１つの実施形態において、工程（ｆ）は膨張された加熱された冷却剤ストリームを圧縮しそして冷却して、工程（ｄ）で冷却される前記少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリーム及び追加の圧縮された冷却剤ストリームの両方を提供することを含み、その方法は前記追加の圧縮された冷却剤ストリームを膨張させ、該ストリームをさらに冷却し、工程（ｂ）で前記さらに冷却された追加の冷却剤ストリームを用いて、冷却された天然ガスフィードストリームを間接熱交換によりさらに冷却することを含む。好ましくは、工程（ｆ）は膨張された加熱された冷却剤ストリームを圧縮し、冷却しそして相分離させて、圧縮された冷却剤の蒸気ストリーム及び圧縮された冷却剤の液体ストリームを提供することを含み、前記蒸気ストリームは工程（ｄ）で冷却されそして少なくとも部分的に液化される少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを形成し、そして前記液体ストリームの少なくとも一部は膨張され、その後に工程（ｂ）で使用される追加の冷却剤ストリームを形成し、冷却された天然ガスストリームを間接熱交換によりさらに冷却する。

別の実施形態において、工程（ｄ）において、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを冷却しそして液化して液化天然ガス製品ストリーム及び追加の液化天然ガスストリームを生じ、前記追加の液化天然ガスストリームを工程（ｂ）において使用し、冷却された天然ガスフィードストリームをさらに冷却する。好ましくは、工程（ｂ）において、冷却された天然ガスフィードストリームを前記追加の液化天然ガスストリームとの向流直接熱交換によりさらに冷却する。

上記に記載されるとおり、本発明の第二の態様において、天然ガスストリームを乾燥しそして液化する装置を提供し、その装置は、上記のエコノマイザー熱交換器、天然ガスフィード水除去及び天然ガスフィード冷却システム、主要低温熱交換器、導管設備及び冷却剤膨張システムを含む。前記装置は第一の態様に係る方法を実施するのに適する。したがって、第一の態様のさらなる好ましい実施形態において、本発明の第一の態様に係る方法は第二の態様に係る装置において実施される。

第二の態様に係る装置の好ましい実施形態において、主要低温熱交換器はシェルアンドチューブ型であり、最も好ましくは巻きコイル式熱交換器である。

天然ガスフィード水除去システムは、好ましくは、天然ガスフィード冷却システムの上流にあり、それにより、エコノマイザー熱交換器からの冷却された水含有天然ガスストリームを最初に前記水除去システムで乾燥し、そして前記水除去システムからの乾燥した天然ガスストリームを、その後、前記冷却システムでさらに冷却し、乾燥した冷却された天然ガスストリームを生じ、それを、その後、エコノマイザー熱交換器に戻す。又は、前記システムの順序は逆でもよく、エコノマイザー熱交換器からの冷却された水含有天然ガスを最初に前記冷却システムで冷却し、その後、前記水除去システムで乾燥する。しかしながら、ここでも、前記後者の選択肢は一般により好ましくない。

場合により、天然ガスフィード水除去システムが天然ガスフィード冷却システムの上流にある場合には、水除去システムからの乾燥した天然ガスをエコノマイザー熱交換器に戻して、そこでさらに冷却することができ、その後、冷却システムに送りそしてさらに冷却し、乾燥した冷却された天然ガスを生じ、それを、その後、エコノマイザー熱交換器に戻す。

好ましい実施形態において、装置は、さらに冷却剤圧縮システムを含み（それは好ましくは冷却剤圧縮及び冷却システムであり、該冷却は、例えば、１つ以上のインターステージ及び／又はアフタークーラーにより提供される）、その冷却剤圧縮システムは低温熱交換器の高温端からの膨張された加熱された冷却剤ストリームを受け入れ、前記冷却剤を圧縮し（そして好ましくは冷却し）、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを低温熱交換器の高温端に戻すために主要低温熱交換器と流体流連絡されている。主要低温熱交換器、冷却剤膨張システム及び冷却剤圧縮システムは圧縮された冷却剤ストリーム及び膨張された冷却剤ストリームを含む閉ループシステム内に冷却剤が閉じ込められ、循環する閉ループ冷却システムを形成し、又は該システムの一部を形成することができる。第一の態様に係る方法と同様に、前記冷却剤は、例えば、混合冷却剤（例えば、炭化水素及び／又はペルフルオロ炭化水素の混合物を含む）、又は、純粋な気体冷却剤、例えば、純粋な（例えば、９９モル％以上の）窒素又はアルゴン）であることができる。

１つの実施形態において、天然ガスフィード冷却システムは間接熱交換器であり、装置は、冷却剤圧縮及び冷却システムと流体流連絡されている追加の膨張システム、及び、冷却剤圧縮及び冷却システムからの圧縮された冷却された冷却剤のストリームを受け入れそして前記ストリームを膨張させてさらに前記ストリームを冷却するための天然ガスフィード冷却システムをさらに含み、天然ガスフィード冷却システムは前記さらに冷却されたストリーム用いて、冷却された天然ガスフィードストリームを間接熱交換によりさらに冷却する。冷却剤圧縮及び冷却システムは圧縮されそして冷却された冷却剤を液相及び気相に分離するための少なくとも１つの相分離器をさらに含むことができ、前記相分離器（単数又は複数）は主要低温熱交換器及び追加の膨張システムと流体流連絡されており、それにより、圧縮された蒸気ストリームを低温熱交換器の高温端に供給し、そして圧縮された冷却剤の液体ストリームを追加の膨張システムに供給する。

別の実施形態において、装置は、主要低温熱交換器からの追加の液化天然ガスストリームを天然ガスフィード冷却システムへ輸送するための導管設備をさらに含み、前記フィード冷却システムは前記追加の液化天然ガスストリームを用いて、冷却された天然ガスフィードストリームをさらに冷却する。例えば、天然ガスフィード冷却システムは、この場合、冷却された天然ガスフィードストリームが前記追加の液化天然ガスストリームと向流直接熱交換によりさらに冷却されるシステム（例えば、スクラブカラム）であることができる。

したがって、本発明は下記の態様を含む：番号＃１〜＃２０。
＃１．
天然ガスストリームを乾燥しそして液化するための方法であって、
（ａ）水を含有する天然ガスフィードストリームを冷却して、冷却された天然ガスストリームを生じさせること、
（ｂ）前記冷却された天然ガスフィードストリームから水を除去し、そしてさらに冷却して、乾燥した冷却された天然ガスストリームを生じさせること、
（ｃ）前記乾燥した冷却された天然ガスストリームを加熱して、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを生じさせること、
（ｄ）膨張された低温冷却剤との向流間接熱交換により、前記乾燥した再加熱された天然ガスストリームを冷却しそして液化して、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを冷却し、液化天然ガス製品ストリーム、少なくとも１つの圧縮された低温冷却剤ストリーム及び膨張された加熱された冷却剤ストリームを生じさせること、及び、
（ｅ）前記圧縮された低温冷却剤ストリーム（単数又は複数）を膨張させ、それにより、さらに冷却して、前記膨張された低温冷却剤を提供すること、
を含み、工程（ａ）での天然ガスフィードストリームの冷却及び工程（ｃ）での乾燥した冷却された天然ガスストリームの加熱は前記２つのストリーム間の間接熱交換により行われる、方法。
＃２．
工程（ｃ）において、前記乾燥した冷却された天然ガスストリームを、前記少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームの温度と同一であるか又はその２０℃以内の温度に加熱し、それにより、工程（ｄ）の開始時の前記乾燥した再加熱された天然ガスストリーム及び前記少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームとの間の温度差が２０℃以下である、＃１記載の方法。
＃３．
工程（ａ）の開始時の天然ガスフィードストリームの温度も、工程（ｄ）の開始時の前記乾燥した再加熱された天然ガスストリーム及び少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームの温度と同一であるか又はその２０℃以内である、＃２記載の方法。
＃４．
工程（ｄ）を巻きコイル式低温熱交換器にて行う、＃１〜＃３のいずれか１項記載の方法。
＃５．
工程（ｂ）において、前記冷却された天然ガスフィードストリームを最初に乾燥して、そこから水を除去し、その後、さらに冷却して、乾燥した冷却された天然ガスストリームを生じさせる、＃１〜＃４のいずれか１項記載の方法。
＃６．
工程（ｄ）及び（ｅ）での冷却剤は、混合冷却剤であって、工程（ｄ）での圧縮された低温冷却剤ストリーム（単数又は複数）が液相又は混合相ストリームであり、そして工程（ｄ）での膨張された加熱された冷却剤ストリームが混合相又は蒸気ストリームであるか、又は、工程（ｄ）及び（ｅ）をとおして実質的に気体形態のままである気体冷却剤である、＃１〜＃５のいずれか１項記載の方法。
＃７．
（ｆ）前記膨張された加熱された冷却剤ストリームを圧縮し、工程（ｄ）で冷却される前記少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを提供することをさらに含む、＃１〜＃６のいずれか１項記載の方法。
＃８．
工程（ｆ）は前記膨張された加熱された冷却剤ストリームを圧縮しそして冷却し、工程（ｄ）で冷却される前記少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリーム及び追加の圧縮された冷却剤ストリームを提供することを含み、該方法は前記追加の圧縮された冷却剤ストリームを膨張させてさらに前記ストリームを冷却し、前記さらなる冷却された追加の冷却剤ストリームを工程（ｂ）で用い、前記冷却された天然ガスフィードストリームを間接熱交換によりさらに冷却することをさらに含む、＃７記載の方法。
＃９．
工程（ｆ）は前記膨張された加熱された冷却剤ストリームを圧縮し、冷却しそして相分離させ、圧縮された冷却剤の蒸気ストリーム及び圧縮された冷却剤の液体ストリームを提供することを含み、前記蒸気ストリームは工程（ｄ）で冷却されそして少なくとも部分的に液化される少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを形成し、前記液体ストリームの少なくとも一部は、工程（ｂ）で膨張され、その後に使用されて、前記冷却された天然ガスフィードストリームを間接熱交換によりさらに冷却する追加の冷却剤ストリームを形成する、＃８記載の方法。
＃１０
工程（ｄ）において、前記乾燥した再加熱された天然ガスストリームは冷却されそして液化され、液化天然ガス製品ストリーム及び追加の液化天然ガスストリームを生じさせ、前記追加の液化天然ガスストリームは工程（ｂ）にて使用されて、前記冷却された天然ガスフィードストリームをさらに冷却する、＃１〜＃７のいずれか１項記載の方法。
＃１１．
工程（ｂ）において、前記冷却された天然ガスフィードストリームは前記追加の液化天然ガスストリームとの向流直接熱交換によりさらに冷却される、＃１０記載の方法。
＃１２．
天然ガスストリームを乾燥しそして液化するための装置であって、
水含有天然ガスフィードストリーム、及び、乾燥した冷却された天然ガスストリームを受け入れ、互いの間接熱交換により、前記水含有天然ガスフィードストリームを冷却し、前記乾燥した冷却された天然ガスストリームを加熱し、それにより、冷却された水含有天然ガスフィードストリーム、及び、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを生じさせるためのエコノマイザー熱交換器、
前記エコノマイザー熱交換器と流体流連絡されている、天然ガスフィード水除去及び天然ガスフィード冷却システムであって、エコノマイザー熱交換器から冷却された水含有天然ガスフィードストリームを受け入れ、前記ストリームを乾燥しそしてさらに冷却し、得られた乾燥した冷却された天然ガスストリームをエコノマイザー熱交換器に戻す、天然ガスフィード水除去及び天然ガスフィード冷却システム、
膨張された低温冷却剤との向流間接熱交換により、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを冷却しそして液化して、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを冷却し、液化天然ガス製品ストリーム、少なくとも１つの圧縮された低温冷却剤ストリーム及び膨張された加熱された冷却剤ストリームを生じさせるための主要低温熱交換器、
エコノマイザー熱交換器から主要低温熱交換器の高温端に、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを輸送し、そして主要低温熱交換器の低温端から液化天然ガス製品ストリームを抜き出すための導管設備、及び、
前記主要低温熱交換器と流体流連絡されている冷却剤膨張システムであって、低温熱交換器の低温端からの少なくとも１つの圧縮された低温冷却剤フィードストリームを受け入れ、前記低温冷却剤を膨張させ、それによりさらに冷却し、そして膨張された低温冷却剤を、低温熱交換器の低温端に戻すための冷却剤膨張システム、
を含む、装置。
＃１３．
前記主要低温熱交換器は巻きコイル式熱交換器である、＃１２記載の装置。
＃１４．
前記天然ガスフィード水除去システムは天然ガスフィード冷却システムの上流にあり、それにより、エコノマイザー熱交換器からの冷却された水含有天然ガスは前記水除去システムにて最初に乾燥され、そして前記水除去システムからの乾燥した天然ガスは、その後、前記冷却システムにてさらに冷却されて、乾燥した冷却された天然ガスを生じ、それをその後、エコノマイザー熱交換器に戻す、＃１２又は＃１３記載の装置。
＃１５．
前記装置は、前記主要低温熱交換器と流体流連絡されている冷却剤圧縮システムであって、低温熱交換器の高温端からの前記膨張された加熱された冷却剤ストリームを受け入れ、前記冷却剤を圧縮し、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを、低温熱交換器の高温端に戻すための冷却剤圧縮システムをさらに含む、＃１２〜＃１４のいずれか１項記載の装置。
＃１６．
前記主要低温熱交換器、冷却剤膨張システム及び冷却剤圧縮システムは閉ループ冷却剤システムを形成し又はその一部を形成し、前記閉ループシステムに閉じ込められそして循環している冷却剤は、前記圧縮された冷却剤ストリーム及び膨張された冷却剤ストリームを含み、前記冷却剤は混合冷却剤であるか又は純粋窒素又はアルゴンである、＃１５記載の装置。
＃１７．
前記冷却剤圧縮システムは膨張された加熱された冷却剤を圧縮しそして冷却し、天然ガスフィード冷却システムは間接熱交換器であり、前記装置は前記冷却剤圧縮システム及び天然ガスフィード冷却システムと流体流連絡されている追加の膨張システムであって、冷却剤圧縮システムから、圧縮された冷却された冷却剤のストリームを受け入れ、前記ストリームを膨張させて、前記ストリームをさらに冷却するための追加の膨張システムをさらに含み、前記天然ガスフィード冷却システムは、前記さらに冷却されたストリームを用いて、間接熱交換により、前記冷却された天然ガスフィードストリームをさらに冷却する、＃１５又は＃１６記載の装置。
＃１８．
前記冷却剤圧縮システムは、圧縮された冷却された冷却剤を液相及び蒸気相に分離するための少なくとも１つの相分離器をさらに含み、前記相分離器（単数又は複数）は主要低温熱交換器及び追加の膨張システムと流体流連絡されており、それにより、圧縮された冷却剤の蒸気ストリームを低温熱交換器の高温端に供給し、そして圧縮された冷却剤の液体ストリームを追加の膨張システムに供給する、＃１７記載の装置。
＃１９．
前記装置は追加の液化天然ガスストリームを主要低温熱交換器から天然ガスフィード冷却システムに輸送するための導管設備をさらに含み、前記フィード冷却システムは前記追加の液化天然ガスストリームを用いて、前記冷却された天然ガスフィードストリームをさらに冷却する、＃１２〜＃１６のいずれか１項記載の装置。
＃２０
前記天然ガスフィード冷却システムはスクラブカラムであり、そこで、冷却された天然ガスフィードストリームは前記追加の液化天然ガスストリームとの向流直接熱交換によりさらに冷却される、＃１９記載の装置。

例示のみとして、本発明のある特定の実施形態を添付の図面を参照しながらここに説明することにする。

図１を参照すると、本発明の１つの実施形態に係る天然ガスを乾燥しそして液化するための例示の装置及び方法が描かれている。水含有天然ガスフィードストリーム１０は最初にエコノマイザー熱交換器１１にて冷却される。得られた冷却された水含有天然ガスフィードストリーム１２は天然ガスフィード水除去システム１３に供給され、ストリームを低温乾燥し、それにより、乾燥した天然ガスストリーム１４を生じる。水除去システム１３に導入する前に、ストリームからあらゆる凝縮水を除去するためにストリーム１２に対する相分離器（単純化のために図示せず）が存在してよい。乾燥した天然ガスストリーム１４を天然ガスフィード冷却システム（フィードクーラー）１５でさらに冷却し、乾燥した冷却された天然ガスストリーム１６を生じる。乾燥した冷却された天然ガスストリーム１６は、その後、水含有天然ガスフィードストリーム１０との向流間接熱交換によりエコノマイザー熱交換器１１にて再加熱され、乾燥した再加熱された天然ガスストリーム１７を生じる。このようにして、エコノマイザー熱交換器１１において、２つのストリームの間の間接熱交換により、水含有天然ガスフィードストリーム１０は冷却され、そして乾燥した冷却されたガスストリーム１６は加熱される。再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７は、その後、さらなる冷却及び液化のために主要低温熱交換器（ＭＣＨＥ）１に送られる。

エコノマイザー熱交換器１１は水含有天然ガスフィードストリーム１０及び乾燥した冷却された天然ガスストリーム１６の間の向流間接熱交換を行うのに適する任意のタイプの熱交換器であってよく、例えば、シェルアンドチューブ型熱交換器、プレートアンドフィン型熱交換器又はプリント回路熱交換器である。

水除去システム１３は水含有天然ガスストリームを乾燥／脱水するのに適する任意のタイプであってよい。種々のタイプの水除去システムは当該技術分野で知られており、グリコール脱水器などの吸収システム又はモレキュラーシーブ及び活性アルミナなどの吸着システムの両方が挙げられる。

フィードクーラー１５は周囲より低温のストリームを用いて、天然ガスストリームをさらに冷却する。フィードクーラー１５は、例えば、ＭＣＨＥ１の冷却負荷をも提供するために使用される冷却剤の同一の閉ループからの冷却剤のストリームを前記周囲より低温のストリームとして使用する間接熱交換器であることができる。このような設備の例を図２に描き、それを下記でさらに詳細に説明する。別形態として（たとえ、より好ましくないとしても）、前記周囲より低温のストリームは、例えば、別の冷却剤ループの一部を形成することができ、例えば、フィードクーラー１５は自己の別個の冷却剤ループを使用する充填チラーである。いずれの場合でも、フィードクーラー１５は天然ガスと周囲より低温のストリームとの間の間接熱交換を行うための、向流又はケトル型などの任意のフロー配置であってよく、また、シェルアンドチューブ型、プレートアンドフィン型又は拡散接着などのタイプであってよい。

図１において、水除去システム１３はフィードクーラー１５の上流にあり、それにより、エコノマイザー熱交換器１１からの冷却された水含有天然ガスフィードストリームは水除去システムにより乾燥され、その後に、フィードクーラーによりさらに冷却される。もしフィードクーラー１５が水除去システム１３の下流にあるならば（図１に示すとおり）、フィードクーラー１５により使用される周囲より低温のストリームは既に乾燥した天然ガスストリームを冷却し、得られた乾燥した冷却された天然ガスストリーム１６は、その後、エコノマイザー熱交換器１１で使用されて、水除去の前に要求されるとおり、水含有天然ガスフィードストリーム１０を冷却する。このことは、フィードクーラー１５により使用される周囲より低温のストリームが混合冷却剤又は純粋気体冷却剤（例えば、窒素）である場合に特に有利であり、例えば、周囲より低温のストリームがＭＣＨＥ１の冷却負荷を提供するためにも使用される同一の閉ループの冷却剤からの冷却剤のストリームであってよい場合に特に有利であり、このようにして、エコノマイザー熱交換器１１で水含有天然ガスフィードストリーム１０を冷却することは、もしも混合冷却剤又は純粋気体冷却剤（例えば、窒素）が前記水含有天然ガスフィードストリーム１０を直接的に冷却するために使用されるよりも、冷却の間の水含有天然ガスフィードストリーム１０の温度のより良好な制御性を提供するからである。このため、水含有天然ガスフィードストリーム１０をこのようにして冷却を行うことは水除去の前の冷却の間に水含有天然ガスフィードストリーム中の水和物生成の危険性を低減することができる。

別の配置では（図示せず）、フィードクーラー１５を、代わりに、水除去システム１３の上流に配置することができる。しかしながら、フィードクーラー１５が混合冷却剤又は純粋気体冷却剤を使用する場合には、水除去の前の冷却の間に（前記フィードクーラー１５で）水含有天然ガスフィードストリーム中での水和物生成の危険性がより大きくなる。フィードクーラー１５が、代わりに、蒸気圧縮サイクルで純粋な液体冷却剤（又は共沸混合物）などを含む別個の冷却ループを使用する充填チラーであるならば、水和物生成の危険性は増加しないであろうが、追加の冷却ループ（すなわち、充填チラーのもの）の必要性はプラントの資金投資コスト及び設備面積を増加させるであろう。

このように、水除去システム１３をフィードクーラー１５の上流に配置することが、一般に好ましい。

上記のように、エコノマイザー熱交換器１１から出てくる再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７は主要低温熱交換器（ＭＣＨＥ）１の高温端に導入され、そして冷却され、液化されて液化天然ガス製品ストリーム１８を生じ、それは熱交換器１の低温端から抜き出される。ＭＣＨＥ１は再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７を冷却しそして液化するための、閉ループ冷却剤システム（例えば、混合冷却剤又は純粋気体冷却剤）などの冷却剤システム２の一部を形成する。前記システムにおいて、圧縮された冷却剤３の１つ以上のフィードストリームもＭＣＨＥ１において冷却されて、１つ以上の圧縮された低温冷却剤ストリームを生じ、それらは、その後、ＭＣＨＥ１から抜き出され、そして膨張されて、冷却剤をさらに冷却し、その後、膨張された低温冷却剤はＭＣＨＥ１に戻され、再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７を冷却しそして液化し、そして圧縮された低温冷却剤ストリーム３を冷却するための冷却負荷を提供する。前記再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７及び圧縮された冷却剤ストリーム３との向流熱交換から生じる、膨張された加熱された冷却剤は、その後、ＭＣＨＥ１から抜き出され、圧縮され、そして圧縮された冷却剤の１つ以上のフィードストリーム３としてＭＣＨＥ１に戻される。

図１に示す例において、圧縮された冷却剤３の２つのフィードストリームはＭＣＨＥ１の高温端に導入されている。１つのストリームは冷却され、ＭＣＨＥ１の低温端からの圧縮された低温冷却剤ストリームとして抜き出され、もう一方はＭＣＨＥ１の中間位置から圧縮された低温冷却剤ストリームとして抜き出される。低温端から抜き出された、圧縮された低温冷却剤ストリームはスロットルバルブ３８を横切って膨張され、その断熱（等エンタルピー）膨張が冷却剤をさらに冷却し、それにより、膨張された低温冷却剤が提供され、それはＭＣＨＥ１の低温端に戻され、冷却負荷を提供する。同様に、中間位置から抜き出された、圧縮された低温冷却剤ストリームはスロットルバルブ３９を横切って膨張され、その断熱（等エンタルピー）膨張が冷却剤をさらに冷却し、それにより、膨張された低温冷却剤が提供され、それはＭＣＨＥ１の中間位置に戻され、冷却負荷を提供する。膨張された低温冷却剤は再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７及び圧縮された冷却剤フィードストリーム３と反対方向にＭＣＨＥを通して流れ、前記ストリームを向流間接熱交換により冷却する。ＭＣＨＥ１が一部を形成している例示の冷却システム２のさらなる態様を図２を参照して下記に詳細に説明することにする。

図１では、冷却された圧縮された冷却剤ストリームを膨張するためにスロットルバルブ３８及び３９を用いているが、本発明において、前記ストリームを膨張させ（すなわち、該ストリームの圧力を低減し）、それにより、前記ストリームの温度を低下させるために任意のタイプのデバイス又はシステムは使用されうる。このように、前記ストリームを断熱膨張させるために任意のデバイス又はシステムは使用されてよく、デバイス又はシステムとしては外部仕事を行いながら冷却剤ストリームを膨張させる（すなわち、冷却剤の等エンタルピーでなく、等エントロピー膨張が起こる）遠心又はレシプロ式エキスパンダーが挙げられる。例えば、冷却された圧縮された冷却剤ストリームが液体ストリームである場合には、等エントロピー的に膨張する液圧式タービン（濃厚流体エキスパンダー）を使用することができる。

図１に示すとおり、ＭＣＨＥ１は２つのバンドル（２つのバンドルの間に中間位置があり、そこから２つの圧縮された低温冷却剤ストリームのうちの１つが抜き出される）を含む巻きコイル式熱交換器（又はその他のシェルアンドチューブ型熱交換器）であり、再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７は、例えば、第一のバンドルで冷却され、そして場合により、部分的に又は完全に液化され、そして第二のバンドルで完全に液化され（もしすべてが既に液化されていない場合）、及び／又は過冷却される。しかしながら、同様に、他のタイプ及び配置の熱交換器は使用されてよい。例えば、ＭＣＨＥが巻きコイル式（又は他のタイプのシェルアンドチューブ型）熱交換器である場合には、それはより多数又はより少数のバンドルを含むことができ、そしてバンドルは同一又は異なるシェル（後者の場合には適切な導管で相互接続されている）内に配置されうる。ＭＣＨＥは、また、向流間接熱交換を行うのに適する任意の他のタイプの低温熱交換器であってよい。例えば、ＭＣＨＥはプレートアンドフィン型であってよい。それでも、巻きコイル式のＭＣＨＥの使用は一般に好ましい。

再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７及び圧縮された冷却剤フィードストリーム（単数又は複数）３は好ましくは同一又は同様の温度でＭＣＨＥ１に入り、ＭＣＨＥの高温端に入るストリーム間の温度不適合を最小限にする。好ましくは、再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７及びストリーム（単数又は複数）３は互いに１０℃の範囲内である。通常、水含有天然ガスフィードストリーム１０はストリーム１７及び３と同様の温度であり、このため、通常、同様に、ストリーム１７及び３の温度の１０℃以内である。

上記のとおりに配置されそして操作しているエコノマイザー熱交換器１１の使用により幾つかの利点が提供される。エコノマイザー熱交換器１１での水含有天然ガスフィードストリーム１０の冷却により、水含有天然ガスフィードストリーム１０が水除去システム１３に直接的に供給される場合よりも低温の天然ガスストリーム（ストリーム１２）が水除去システム１３に供給されることになり、そのことで、前記天然ガスストリームからのより最適な水除去が可能になる。より詳細には、水除去システム１３中に導入する前に水含有天然ガスフィードストリームを冷却することで、そのシステムへの負荷を低減することができ（冷却はストリーム中の一部の水を凝縮させ、水除去システム中にそのストリームを導入する前に除去される）、及び／又は、前記システムが水を除去する効率が上がる（例えば、水除去システムが吸着性システムである場合には、吸着剤はより低い温度でより多量の水を吸着することができるから）。水除去システム１３に導入する前に水含有天然ガスストリームを冷却することで、また、水除去システム１３に供給される天然ガスの温度を制御することが可能になり、それにより、水除去システム１３を操作するように設計した温度よりも高い温度に天然ガスの温度が迷走することにより生じうる操作困難性（そのことで、システム１３での天然ガスからの水の除去が不十分となり、したがって、前記システムの下流の天然ガス中の水が許容されないレベルになることがあること）を回避する。

さらに（そして下記の実施例で示されるとおり）、本発明の発明者は、乾燥した冷却された天然ガスストリーム１６に対してエコノマイザー熱交換器１１で水含有天然ガスストリーム１０を冷却することにより、乾燥及び液化プロセスの全体の効率が改良されうることを発見した。エコノマイザー熱交換器１１の使用は水除去システム１３での水除去の前に水含有天然ガスストリーム１０を冷却するための冷却負荷の有意な割合がこの場合には水除去後の乾燥した冷却された天然ガス（すなわち、ストリーム１６）からの冷熱により供給されるので、天然ガスフィード冷却システム１５に要求される冷却負荷を有意に低減する。このことは、もし乾燥した冷却された天然ガスストリーム１６が代わりにＭＣＨＥ１に直接的に供給される場合と異なり、ＭＣＨＥ１に供給される天然ガスストリームがより暖かいことを意味するが（すなわち、再加熱された天然ガスストリーム１７）、発明者は、プロセスの全体の電力消費量は（特に、フィード冷却システム１５により使用される冷却剤がＭＣＨＥ１での冷却負荷を提供するために使用される冷却剤と同一の閉ループからの冷却剤のストリームである場合に）なおも低減されることを発見した。フィード冷却システム１５が独自の別個の冷却ループを使用する充填チラーである場合には、フィード冷却システム１５に要求される冷却負荷の低減は、また、より小さい充填チラーを使用することを可能にし、資本コストの節約が可能になる。

さらに、乾燥した冷却された天然ガスストリーム１６をエコノマイザー熱交換器１１で加熱して、同様にＭＣＨＥ１の高温端に入る圧縮された冷却剤（すなわち、ストリーム３）と同様の温度の乾燥した再加熱された天然ガス（すなわち、ストリーム１７）を提供することはＭＣＨＥ１の高温端に入るストリーム間の温度不適合を最小限にすることができる。このことは、それにより、ＭＣＨＥ１の高温端での部品の異なる熱膨張率により（特に巻きコイル式熱交換器で）生じうる機械応力を最小にし、このため、その結果としてＭＣＨＥ１に対する損傷の可能性を最小限にする。鑞付けしたアルミニウムコイルタイプのＭＣＨＥなどの特定のタイプのＭＣＨＥでは、あらゆるこのような温度不適合を回避するための可能な代替の配置（本発明によらない）は、乾燥後に天然ガスストリームを再加熱するためにエコノマイザー熱交換器を使用する代わりに、いわゆるサイドヘッダーを通して、圧縮された冷却剤ストリームの温度よりも低い温度で、より低温端に向かったＭＣＨＥ熱交換器の異なる位置で、乾燥した天然ガスストリームをＭＣＨＥ中に導入することであろう。しかしながら、サイドヘッダーの使用はこのようなＭＣＨＥの製造をより複雑にし、このため、このことは、また、望ましくない。

今度は図２を参照すると、図１に示すシステムにおいて使用されうる例示の閉ループ冷却剤システム及びプロセスが描かれている（図１中にシステム２と示している）。この場合の閉ループシステム及びプロセスは混合冷却剤を含みそして使用し、ＭＣＨＥ１に加えて、スロットルバルブ３８及び３９ならびにフィードクーラー１５（すべて上述したとおり）、冷却剤圧縮及び冷却システム（冷却剤コンプレッサー２１、冷却剤クーラー２２及び相分離器２３を含む）ならびにさらなるスロットルバルブ２８及び２９を含む。

この場合には、ＭＣＨＥ１の高温端に導入される圧縮された冷却剤３の２つのフィードストリームは混合冷却剤の液体ストリーム２７及び混合冷却剤の蒸気ストリーム２４である。蒸気ストリーム２４は冷却され、そして部分的又は完全に液化されて、圧縮された低温（液相又は混合相）冷却剤ストリームとしてＭＣＨＥ１の低温端から抜き出され、また、液体ストリームは冷却されて、圧縮された低温（液相）冷却剤ストリームとして、ＭＣＨＥ１の中間位置から抜き出される。これらのストリームは、その後、それぞれスロットルバルブ３８及び３９を横切って断熱膨張され、膨張された低温冷却剤ストリーム（前記膨張の結果として少なくとも部分的に蒸発されうる）を提供し、それらは、それぞれＭＣＨＥ１の低温端及び中間位置に戻される。

膨張された低温混合冷却剤はＭＣＨＥを通して（すなわち、巻きコイル式又はその他のシェルアンドチューブ型熱交換器の場合にはシェル側を通して）流れ、そしてストリーム１７中の天然ガス及びストリーム３中の圧縮された混合冷却剤との間接熱交換により温められる（そしてもしなおも液相又は混合相であるならば、蒸発される）。膨張された加熱された冷却剤（すなわち、ストリーム１７中の天然ガス及びストリーム３中の圧縮された混合冷却剤との熱交換を経験した後に得られる混合冷却剤）は回収され、そして熱交換器の高温端からストリーム２０として抜き出される。

ストリーム２０は冷却剤コンプレッサー２１において圧縮され、冷却剤クーラー２２において冷却され、そして相分離器２３において液体ストリーム２５（ＭＲＬ）及び蒸気ストリーム（ＭＲＶ）に分離される。例示の実施形態において、冷却剤クーラー２２は冷却剤コンプレッサー２１から分離されたアフタークーラーとして描かれているが、冷却剤コンプレッサー２１は多段階コンプレッサーであることができ、この場合には、冷却剤クーラー２２はアフタークーラーに加えて又はその代わりに、１つ以上のインタークーラーを含むことができる。冷却剤クーラー２２は、例えば、冷却剤コンプレッサー２１における圧縮の前にストリーム２０を冷却するためのプレクーラーをも含んでよい。相分離器２３からの蒸気ストリーム２４は、その後、圧縮された混合冷却剤の上記の蒸気ストリーム（ＭＣＨＥ１中で冷却されそして部分的又は完全に液化され、その低温端から抜き出されるもの）としてＭＣＨＥ１の低温端に導入される。相分離器２３からの液体ストリーム２５は液体ストリーム２７（主要部分）及び液体ストリーム２６に分割される。液体ストリーム２７は圧縮された混合冷却剤の上記の液体ストリーム（ＭＣＨＥ１で冷却されそしてその中間位置から抜き出されるもの）として、ＭＣＨＥ１の低温端に導入される。

混合冷却剤の液体ストリーム２６はスロットルバルブ２８を横切って膨張され、ストリームがさらに冷却され（この場合には、少なくとも部分的に蒸発される）、そしてこのさらに冷却されたストリームはフィードクーラー１５で使用されて、乾燥した天然ガスストリーム１４をさらに冷却するための冷却作用を（間接熱交換により）提供し、乾燥した冷却された天然ガスストリーム１６が生じる。フィードクーラー１５を出てくる、得られた加熱された（そして今や完全に蒸発された）混合冷却剤ストリームは、場合により、バルブ２９により背圧が課され、その後、冷却剤コンプレッサー２１のサクションで、ＭＣＨＥ１の高温端から抜き出された、膨張された加熱された冷却剤ストリーム２０と再合流される。

今度は図３を参照すると、天然ガスストリームを乾燥しそして液化するための代わりの例示の装置及び方法が描かれており、それは２つの主な点で図１に描かれたものから変更されている（図１の方法に対する変更のいずれもが独立になされることができ、また、図３に示すように組み合わせでなされることできる）。

第一の変更は、図３に描かれた装置及び方法において、天然ガスフィード水除去システム１３から出てくる、乾燥した天然ガスストリームは、まず、エコノマイザー熱交換器１１に戻され、天然ガスフィード冷却システムに送られる前にそこでさらに冷却される。このように、図３に示すとおり、水含有天然ガスフィードストリーム１０は、最初に、エコノマイザー熱交換器１１で冷却されて、冷却された水含有天然ガスフィードストリーム１２を生じ、この場合には、それはエコノマイザー熱交換器１１の中間位置から抜き出される。冷却された水含有天然ガスフィードストリーム１２は水除去システム１３に供給され、前記ストリームを低温乾燥し、それにより、乾燥した天然ガスストリーム１４を生じ、その後、それはエコノマイザー熱交換器１１の中間位置に戻され、そしてそこでさらに冷却され、その後、エコノマイザー熱交換器１１の低温端からストリーム３０として抜き出され、そして天然ガスフィード冷却システムに送られる。

第二の変更は、図３に描かれた装置及び方法において、天然ガスフィード冷却システムが、乾燥した天然ガスストリーム１４／３０を冷却するための周囲よりも低温のストリームとしてＭＣＨＥ１から得られる液化天然ガスのストリーム３４を使用することである。天然ガスフィード冷却システムは、ここでも、間接熱交換システムであることができるが、この配置では、前記天然ガスフィード冷却システムはスクラブカラム３１（又は天然ガスストリームが液化天然ガスストリームと直接向流熱交換によりさらに冷却され、向流ストリーム間に起こる物質移動をも可能にするその他のシステム）を含むことが好ましい。これにより、液化の前に天然ガスフィードから重質成分を除去する必要性がある場合に応用可能となる。というのは、スクラブカラム３１は天然ガスを冷却することに加えて、これらの成分を除去することができるからである。

より詳細には、エコノマイザー熱交換器１１で既に冷却された、乾燥した天然ガスストリーム３０は、スクラブカラム３１（それは、本例では単純な精留器である）に入り、液化天然ガスの還流（リフラックス）ストリームと直接向流接触され、その液化天然ガスはさらに冷却し、そして重質成分をストリーム３０からストリッピングする。重質ボトム製品はストリーム３２として除去される。乾燥した冷却された天然ガスストリーム３３を構成している、より軽質のオーバーヘッド製品は、その後、（前と同様に）、エコノマイザー熱交換器１１で再加熱され、そしてＭＣＨＥ１の高温端に、再加熱された天然ガスストリーム１７として入る。再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７は部分的に液化され（例えば、ＭＣＨＥの第一の巻きコイルバンドルで）、混合相の天然ガスストリーム３４を生じ、それはＭＣＨＥの中間位置から抜き出される。この混合相のストリーム３４は、その後、リフラックスドラム３５又はその他の相分離器で天然ガスの液体ストリーム３６及び天然ガスの蒸気ストリーム３７に分離される。液体ストリーム３６は、その後、スクラブカラム３１に戻され、上記のとおりのリフラックスを提供する。蒸気ストリーム３７はＭＣＨＥの中間位置に戻され、そして冷却されそして液化されて（例えば、ＭＣＨＥの第二の巻きコイルバンドルで）、液化天然ガス（ＬＮＧ）製品ストリーム１８を生じる。

図３に描かれたシステム／装置及び方法の可能な変更において、ＭＣＨＥ１は、例えば、スクラブカラムのためのリフラックスを発生させるためのフィードを予冷するためのバンドル、液化するためのバンドル及び過冷却するためのバンドルの３つのバンドル（描かれた２つの代わりに）を有する巻きコイル式熱交換器であることができる。

図１〜３に示される方法及び装置は可能な配置の幾つかのみを表していることは当業者に明らかであろう。本発明による異なるＭＲ配置は複数の相分離器、多段階の圧縮、液体ポンプなどを含むことができる。ＭＲ液体ストリームはフィードクーラー１５により使用でき、閉ループのＭＲシステム内の異なる位置に戻され、完全に又は部分的に蒸発される。閉ループ窒素リサイクルサイクルで、気体冷却剤の一部は同一の目的のために同様に使用されうる。

図１を参照し、０．８％の窒素、８８．２％のメタン、６．９％のエタン、２．５％のプロパン及び残部のより重質の炭化水素を含み、水で飽和されておりそして１０２４ｐｓｉａ（７０６０ｋＰａ）の圧力及び１１８．６°Ｆ（４８．１℃）の温度の水含有天然ガスフィードストリーム１０を液化させる。天然ガスストリーム１２はエコノマイザー熱交換器１１を７１．６°Ｆ（２２℃）で出る。天然ガスストリーム１４は７８．８℃（２６℃）（熱の吸収により少し暖かい）で水除去システム１３を出る。その後、それはフィードクーラー１５で６６．１°Ｆ（１８．９℃）に冷却される。フィードクーラー１５中で使用される冷却ユーティリティ流体は主要ＭＲループから抜き出されたＭＲの一部である。ＭＲは二相ストリームとしてフィードクーラー１５に入り、それは−７６．２°Ｆ（−６０．１℃）で５２．５％の蒸気を含む。それは５７．０°Ｆ（１３．９℃）で完全に蒸発されたストリームとして出てくる。それは、１．７％の窒素、２４．５％のメタン、４３．７％のエタン、１３．７％のプロパン及び１７．１％のイソペンタンを含む。乾燥した冷却された天然ガスストリーム１６はエコノマイザー熱交換器１１で１１５°Ｆ（４６．１℃）に再加熱される。乾燥した再加熱された天然ガスストリーム１７はＭＣＨＥ１に入り、液化ストリーム１８として−２４７．９°Ｆ（−１５５．５℃）で出てくる。

窒素、メタン、エタン、プロパン及びイソペンタンを含むＭＲストリーム（この場合には、蒸気ＭＲストリーム及び液体ＭＲストリーム）３はＭＣＨＥ１の高温端に、再加熱された乾燥した天然ガスストリーム１７の温度に近い温度である１１６．６°Ｆ（４７℃）で入る。

表１は本発明を従来技術の設備と比較する。ケース１は約２００万トン／年のＬＮＧを生産する従来のＳＭＲサイクルであり、フィード熱交換器がなく、フィードクーラー交換器は水除去システムの（必ず）上流にある。ケース２は上記の例に記載される配置（本願の図１による）である。見られるとおり、本発明では、フィードクーラー負荷（フィードクーラー１５に要求される冷却負荷）は約７３％低減され、液化電力要求量（すなわち、ＭＣＨＥ１及びフィードクーラー１５の操作に要求される合計電力量）は２．４％低減する。

表１に示す定量的結果は、もし、本発明による方法において、水除去システム１３の下流の代わりに上流にフィードクーラー１５を配置しても殆ど同じである。この場合には、天然ガス１２はエコノマイザー熱交換器１１を８３．９°Ｆ（２８．８℃）で出ていき、そしてフィードクーラー１５で７１．６°Ｆ（２２℃）に冷却され、その後、水除去システム１３に供給され、そして、乾燥した冷却された天然ガスストリーム１６は７８．８°Ｆ（２６℃）でエコノマイザー熱交換器１１に再び入る。同一のフィードクーラー負荷及び液化電力節約（従来技術の設備と比較して）が達成される。しかしながら、図１に示す配置はフィード内での水和物生成を回避するのにより適している。というのは、図１の配置のフィードクーラー１５（及び、このため、ＭＣＨＥへの冷却負荷をも提供する冷却剤ループからの混合冷却剤）は乾燥工程を行う前に天然ガスストリームを冷却するために使用されないからである。

本発明は好ましい実施形態を参照しながら上記に記載された詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲に規定されるとおりの本発明の精神又が範囲から逸脱することなく、多くの変更及び変形がなされうることが理解されるであろう。

Claims (20)

1. 天然ガスストリームを乾燥しそして液化するための方法であって、
   （ａ）水を含有する天然ガスフィードストリームを冷却して、冷却された天然ガスストリームを生じさせること、
   （ｂ）前記冷却された天然ガスフィードストリームから水を除去し、そしてさらに冷却して、乾燥した冷却された天然ガスストリームを生じさせること、
   （ｃ）前記乾燥した冷却された天然ガスストリームを加熱して、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを生じさせること、
   （ｄ）膨張された低温冷却剤との向流間接熱交換により、前記乾燥した再加熱された天然ガスストリームを冷却しそして液化して、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを冷却し、液化天然ガス製品ストリーム、少なくとも１つの圧縮された低温冷却剤ストリーム及び膨張された加熱された冷却剤ストリームを生じさせること、及び、
   （ｅ）前記圧縮された低温冷却剤ストリーム（単数又は複数）を膨張させ、それにより、さらに冷却して、前記膨張された低温冷却剤を提供すること、
   を含み、工程（ａ）での天然ガスフィードストリームの冷却及び工程（ｃ）での乾燥した冷却された天然ガスストリームの加熱は前記２つのストリーム間の間接熱交換により行われる、方法。
2. 工程（ｃ）において、前記乾燥した冷却された天然ガスストリームを、前記少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームの温度と同一であるか又はその２０℃以内の温度に加熱し、それにより、工程（ｄ）の開始時の前記乾燥した再加熱された天然ガスストリーム及び前記少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームとの間の温度差が２０℃以下である、請求項１記載の方法。
3. 工程（ａ）の開始時の天然ガスフィードストリームの温度も、工程（ｄ）の開始時の前記乾燥した再加熱された天然ガスストリーム及び少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームの温度と同一であるか又はその２０℃以内である、請求項２記載の方法。
4. 工程（ｄ）を巻きコイル式低温熱交換器にて行う、請求項１記載の方法。
5. 工程（ｂ）において、前記冷却された天然ガスフィードストリームを最初に乾燥して、そこから水を除去し、その後、さらに冷却して、乾燥した冷却された天然ガスストリームを生じさせる、請求項１記載の方法。
6. 工程（ｄ）及び（ｅ）での冷却剤は、混合冷却剤であって、工程（ｄ）での圧縮された低温冷却剤ストリーム（単数又は複数）が液相又は混合相ストリームであり、そして工程（ｄ）での膨張された加熱された冷却剤ストリームが混合相又は蒸気ストリームであるか、又は、工程（ｄ）及び（ｅ）をとおして実質的に気体形態のままである気体冷却剤である、請求項１記載の方法。
7. （ｆ）前記膨張された加熱された冷却剤ストリームを圧縮し、工程（ｄ）で冷却される前記少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを提供することをさらに含む、請求項１記載の方法。
8. 工程（ｆ）は前記膨張された加熱された冷却剤ストリームを圧縮しそして冷却し、工程（ｄ）で冷却される前記少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリーム及び追加の圧縮された冷却剤ストリームを提供することを含み、該方法は前記追加の圧縮された冷却剤ストリームを膨張させてさらに前記ストリームを冷却し、前記さらなる冷却された追加の冷却剤ストリームを工程（ｂ）で用い、前記冷却された天然ガスフィードストリームを間接熱交換によりさらに冷却することをさらに含む、請求項７記載の方法。
9. 工程（ｆ）は前記膨張された加熱された冷却剤ストリームを圧縮し、冷却しそして相分離させ、圧縮された冷却剤の蒸気ストリーム及び圧縮された冷却剤の液体ストリームを提供することを含み、前記蒸気ストリームは工程（ｄ）で冷却されそして少なくとも部分的に液化される少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを形成し、前記液体ストリームの少なくとも一部は、工程（ｂ）で膨張され、その後に使用されて、前記冷却された天然ガスフィードストリームを間接熱交換によりさらに冷却する追加の冷却剤ストリームを形成する、請求項８記載の方法。
10. 工程（ｄ）において、前記乾燥した再加熱された天然ガスストリームは冷却されそして液化され、液化天然ガス製品ストリーム及び追加の液化天然ガスストリームを生じさせ、前記追加の液化天然ガスストリームは工程（ｂ）にて使用されて、前記冷却された天然ガスフィードストリームをさらに冷却する、請求項１記載の方法。
11. 工程（ｂ）において、前記冷却された天然ガスフィードストリームは前記追加の液化天然ガスストリームとの向流直接熱交換によりさらに冷却される、請求項１０記載の方法。
12. 天然ガスストリームを乾燥しそして液化するための装置であって、
    水含有天然ガスフィードストリーム、及び、乾燥した冷却された天然ガスストリームを受け入れ、互いの間接熱交換により、前記水含有天然ガスフィードストリームを冷却し、前記乾燥した冷却された天然ガスストリームを加熱し、それにより、冷却された水含有天然ガスフィードストリーム、及び、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを生じさせるためのエコノマイザー熱交換器、
    前記エコノマイザー熱交換器と流体流連絡されている、天然ガスフィード水除去及び天然ガスフィード冷却システムであって、エコノマイザー熱交換器から冷却された水含有天然ガスフィードストリームを受け入れ、前記ストリームを乾燥しそしてさらに冷却し、得られた乾燥した冷却された天然ガスストリームをエコノマイザー熱交換器に戻す、天然ガスフィード水除去及び天然ガスフィード冷却システム、
    膨張された低温冷却剤との向流間接熱交換により、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを冷却しそして液化して、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを冷却し、液化天然ガス製品ストリーム、少なくとも１つの圧縮された低温冷却剤ストリーム及び膨張された加熱された冷却剤ストリームを生じさせるための主要低温熱交換器、
    前記エコノマイザー熱交換器から主要低温熱交換器の高温端に、乾燥した再加熱された天然ガスストリームを輸送し、そして主要低温熱交換器の低温端から液化天然ガス製品ストリームを抜き出すための導管設備、及び、
    主要低温熱交換器と流体流連絡されている冷却剤膨張システムであって、低温熱交換器の低温端からの少なくとも１つの圧縮された低温冷却剤フィードストリームを受け入れ、前記低温冷却剤を膨張させ、それによりさらに冷却し、そして膨張された低温冷却剤を、低温熱交換器の低温端に戻すための冷却剤膨張システム、
    を含む、装置。
13. 前記主要低温熱交換器は巻きコイル式熱交換器である、請求項１２記載の装置。
14. 前記天然ガスフィード水除去システムは天然ガスフィード冷却システムの上流にあり、それにより、エコノマイザー熱交換器からの冷却された水含有天然ガスは前記水除去システムにて最初に乾燥され、そして前記水除去システムからの乾燥した天然ガスは、その後、前記冷却システムにてさらに冷却されて、乾燥した冷却された天然ガスを生じ、それをその後、エコノマイザー熱交換器に戻す、請求項１２記載の装置。
15. 前記装置は、前記主要低温熱交換器と流体流連絡されている冷却剤圧縮システムであって、低温熱交換器の高温端からの前記膨張された加熱された冷却剤ストリームを受け入れ、前記冷却剤を圧縮し、そして少なくとも１つの圧縮された冷却剤フィードストリームを、低温熱交換器の高温端に戻すための冷却剤圧縮システムをさらに含む、請求項１２記載の装置。
16. 前記主要低温熱交換器、冷却剤膨張システム及び冷却剤圧縮システムは閉ループ冷却剤システムを形成し又はその一部を形成し、前記閉ループシステムに閉じ込められそして循環している冷却剤は、前記圧縮された冷却剤ストリーム及び膨張された冷却剤ストリームを含み、前記冷却剤は混合冷却剤であるか又は純粋窒素又はアルゴンである、請求項１５記載の装置。
17. 前記冷却剤圧縮システムは膨張された加熱された冷却剤を圧縮しそして冷却し、天然ガスフィード冷却システムは間接熱交換器であり、前記装置は前記冷却剤圧縮システム及び天然ガスフィード冷却システムと流体流連絡されている追加の膨張システムであって、冷却剤圧縮システムから、圧縮された冷却された冷却剤のストリームを受け入れ、前記ストリームを膨張させて、前記ストリームをさらに冷却するための追加の膨張システムをさらに含み、前記天然ガスフィード冷却システムは、前記さらに冷却されたストリームを用いて、間接熱交換により、前記冷却された天然ガスフィードストリームをさらに冷却する、請求項１５記載の装置。
18. 前記冷却剤圧縮システムは、圧縮された冷却された冷却剤を液相及び蒸気相に分離するための少なくとも１つの相分離器をさらに含み、前記相分離器（単数又は複数）は主要低温熱交換器及び追加の膨張システムと流体流連絡されており、それにより、圧縮された冷却剤の蒸気ストリームを低温熱交換器の高温端に供給し、そして圧縮された冷却剤の液体ストリームを追加の膨張システムに供給する、請求項１７記載の装置。
19. 前記装置は追加の液化天然ガスストリームを主要低温熱交換器から天然ガスフィード冷却システムに輸送するための導管設備をさらに含み、前記フィード冷却システムは前記追加の液化天然ガスストリームを用いて、前記冷却された天然ガスフィードストリームをさらに冷却する、請求項１２記載の装置。
20. 前記天然ガスフィード冷却システムはスクラブカラムであり、そこで、冷却された天然ガスフィードストリームは前記追加の液化天然ガスストリームとの向流直接熱交換によりさらに冷却される、請求項１９記載の装置。

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