JP2013515228A - 流体を冷却し液化するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
流体ストリーム(stream)は、たとえば販売されるかまたは別の場所に輸送される液化生成物ストリームの形態で提供されることも、装置が使用される方法において、たとえば1つまたは複数の熱交換器に冷却デューティ(duty)を提供する冷媒として内部で使用されることもある。流体ストリームは、炭化水素ストリームの形態で提供することができる。こうした炭化水素ストリームは、本開示の文脈では、天然ガスまたは合成供給源から得ることができる。液化された炭化水素ストリームは、たとえば液化天然ガス(LNG)の形態で生成物ストリームとして使用されることも、装置が使用される方法において、たとえば冷却デューティを提供する冷媒ストリームとして内部で使用されることもある。
−熱交換器であって、熱交換器の壁内のシェル側および熱交換器のシェル側を通して延在する複数の流路を有し、前記複数の流路は、1つまたは複数の1次流路の2つ以上の1次群を備え、前記1次群の各々は、熱交換器を通して流体ストリームの一部を運び、前記一部を熱交換器のシェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、
−1次流路の2つ以上の1次群を流体の供給源に接続し、1次流路の2つ以上の1次群の間で流体ストリームを分割するように配置された1次入口ヘッダと、
−流体ストリームの流量に応答して、1次流路の2つ以上の1次群のうちの少なくとも1つの1次群を選択的に遮断すると共に、1次流路の残りの未遮断の1次群を通して流体ストリームが流れることを許容する手段と、を備える。
−液化流体ストリームを提供するために、第1の態様で規定される装置に流体ストリームおよび冷媒を流す工程を少なくとも含む。
−所定流量の流体ストリームおよび冷媒を装置に流す工程であって、装置が、少なくとも、熱交換器であって、熱交換器の壁内のシェル側および熱交換器のシェル側を通して延在する複数の流路を有し、複数の流路は、1つまたは複数の1次流路の2つ以上の1次群を備え、前記1次群の各々は、熱交換器を通して前記流体ストリームの一部を運び、前記一部を熱交換器のシェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、1次流路の前記2つ以上の1次群を流体の供給源に接続し、1次流路の2つ以上の1次群の間で流体ストリームを分割するように配置された1次入口ヘッダとを備える、工程と、
−1次入口ヘッダ内へ流体ストリームを流す工程と、
−流体ストリームの流量に応答して、1次流路の2つ以上の1次群の少なくとも1つの1次群を選択的に遮断すると共に、1次流路の残りの未遮断の1次群を通して流体ストリームが流れることを許容して液化流体ストリームを提供する工程とを含む。
本開示は、流体ストリームがその液化中にそこを通って流れる1次流路の複数の1次群を有する熱交換器を設け、それにより、1次流路の残りに流体が流れるように誘導しながら、1次流路の1次群の少なくとも1つの1次群が選択的に遮断されうることによって、流体ストリームのマスフローの減少中の不安定な挙動を軽減することができる装置および方法を提案する。こうして、低いマスフローの結果としての全ての1次流路の前後の摩擦圧力降下のいずれの減少も、減少した数の1次流路を通して流体ストリームを誘導することによって軽減されうる。こうした装置を通して流体ストリームおよび冷媒を流す工程を少なくとも含む、流体ストリームを冷却し液化する方法が提案される。
たとえば、単相流を有する主熱交換器の場合、炭化水素フローチューブ内でのマスフローと圧力降下との関係は、ほぼ2次式(quadratic)である。そのため、たとえば、炭化水素ストリームのマスフローの50%減少において安定した挙動を示すように設計された冷却プロセスは、炭化水素ストリームの100%マスフローの場合に必要であるより、4倍高い圧力降下を持って主熱交換器が設計されることを要求することになる。しかし、炭化水素フローチューブ内でのこうした圧力降下の増加に対処する主熱交換器を製造することは、CAPEXの著しい増加、および、LNGなどの液化生成物の生産能力の著しい減少をもたらす。現時点で開示される熱交換器は、より費用効果的でかつより実用的であると予想される。
残りの図には、フローセンサが示されない。それでも、フローセンサは、先に説明した選択的な遮断を制御するのを補助するためにどのようにでも存在することができる。
メタン(C1) 0〜20モル%
エタン(C2) 5〜80モル%
プロパン(C3) 5〜80モル%
ブタン(C4) 0〜15モル%
とすることができる。組成物全体は100モル%を含む。
窒素 0〜25モル%
メタン(C1) 20〜70モル%
エタン(C2) 30〜70モル%
プロパン(C3) 0〜30モル%
ブタン(C4) 0〜15モル%
とすることができる。組成物全体は100モル%を含む。
主冷媒ストリーム200は、ガス/液体分離器などの主冷媒分離装置205に流される。主冷媒分離装置は、主熱交換器5に流される第1および第2の画分の主冷媒ストリーム210a、210bを提供する。第1の画分の主冷媒ストリーム210aは、好ましくは、主冷媒分離装置205から頂部で引出される蒸気ストリームである。第2の画分の主冷媒ストリーム210bは、好ましくは、主冷媒分離装置205の底部から引出される液体ストリームである。
主冷媒圧縮器供給ストリーム310aは、主冷媒圧縮器315aに流され、そこで、圧縮されて、圧縮済み主冷媒ストリーム320aを提供する。主冷媒圧縮器315aは、ガスまたはストリームタービンあるいは電動機などの主冷媒圧縮器ドライバ345aによって機械的に駆動されうる。
Claims (15)
- 液化流体ストリームを提供するために流体ストリームを冷却し液化する装置であって、
前記装置は、少なくとも、
熱交換器であって、前記熱交換器の壁内のシェル側および前記熱交換器の前記シェル側を通して延在する複数の流路を備え、前記複数の流路は、1つまたは複数の1次流路を含む2つ以上の1次群を備え、前記1次群の各々は、前記熱交換器を通して前記流体ストリームの一部を運び、前記一部を前記熱交換器の前記シェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、
1次流路の前記2つ以上の1次群を前記流体の供給源に接続し、1次流路の前記2つ以上の1次群の間で前記流体ストリームを分割するように配置された1次入口ヘッダと、
前記流体ストリームの流量に応答して、1次流路の前記2つ以上の1次群のうちの少なくとも1つの1次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の1次流路の1次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する手段と、を備える装置。 - 前記1次入口ヘッダは、
2つ以上の1次部分ストリーム入口ヘッダであって、前記1次部分ストリーム入口ヘッダの各々が、1次流路の前記1次群のうちの1つの1次群に一意に接続される、1次部分ストリーム入口ヘッダと、
前記流体ストリームを、2つ以上の流体部分ストリームに分離する1次ヘッダストリーム分割装置であって、前記2つ以上の流体部分ストリームの各々が流体部分ストリーム導管内にある、1次ヘッダストリーム分割装置と、を備えており、
1次流路の前記2つ以上の1次群のうちの少なくとも1つの1次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の1次流路の1次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する前記手段は、前記流体部分ストリーム導管のうちの少なくとも1つの導管内の1次部分ストリーム入口制御弁を備える、請求項1に記載の装置。 - 前記熱交換器は、スプール巻回式熱交換器、および、シェルおよびチューブ式熱交換器からなる群から選択され、1つまたは複数の1次流路を含む前記2つ以上の1次群は、互いに巻き付けられて配置される、請求項1または請求項2に記載の装置。
- 1次流路の前記2つ以上の1次群から流出する前記液化流体ストリームを合流させるように、1次流路の前記2つ以上の1次群に接続された1次出口ヘッダをさらに備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記1次出口ヘッダは、2つ以上の1次部分ストリーム出口ヘッダを備えており、前記1次部分ストリーム出口ヘッダの各々が、液化流体部分ストリームを提供し、前記1次部分ストリーム出口ヘッダの各々は、1次流路の1つの1次群に一意に接続され、
前記装置は、さらに、
前記1次部分ストリーム出口ヘッダの各々からの前記液化流体部分ストリームを合流させて、合流液化流体ストリームを提供するように、前記1次部分ストリーム出口ヘッダの下流に配置される液化流体ストリーム合流装置を備える、請求項4に記載の装置。 - 1次流路の前記2つ以上の1次群のうちの少なくとも1つの1次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の1次流路の1次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する前記手段は、前記1次部分ストリーム出口ヘッダのうちの少なくとも1つと前記液化流体ストリーム合流装置との間に配置される流体部分ストリーム出口制御弁を備える、請求項5に記載の装置。
- 前記1次流路は、前記熱交換器の底部のまたは前記底部の近傍の入口から前記熱交換器内の重力方向に関して高い位置の出口まで前記流体ストリームを移送するように配置される、請求項1から6のいずれか1項に記載の装置。
- 1次流路の前記1次群は、熱交換面を備えており、前記熱交換面は、前記流体ストリームの前記一部を前記熱交換器の前記シェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却するように、前記冷媒と熱交換相互作用状態にあるように配置されており、前記流体ストリームの前記一部は、前記熱交換面に沿って上方に移動するように配置される、請求項1から7のいずれか1項に記載の装置。
- 1次流路の前記2つ以上の1次群のうちの少なくとも1つの1次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の1次流路の1次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する前記手段は、前記シェル側に対して前記熱交換器の壁の外側に配置される、請求項1から8のいずれか1項に記載の装置。
- 前記複数の流路は、さらに、1つまたは複数の自動冷却流路を含む2つ以上の2次群を備えており、
前記装置は、さらに、
自動冷却流路の前記2つ以上の2次群を前記冷媒の供給源に接続し、自動冷却流路の前記2つ以上の2次群の間で冷媒ストリームを分割するように配置された2次入口ヘッダと、
自動冷却流路の前記2つ以上の2次群のうちの少なくとも1つの2次群を選択的に遮断すると共に自動冷却流路の残りの未遮断の2次群を通して前記冷媒ストリームが流れることを許容する第2の手段と、
自動冷却流路の前記2次群の下流で、かつ、前記熱交換器のシェル内への冷媒入口装置の上流に配置され、前記冷媒入口装置に接続される、少なくとも1つの膨張装置とを備える、請求項1から9のいずれか1項に記載の装置。 - 液化流体ストリームを提供するために、流体ストリームを冷却し液化する方法であって、前記方法は、少なくとも、
所定流量の流体ストリームおよび冷媒を装置に流す工程であって、前記装置が、少なくとも、熱交換器であって、前記熱交換器の壁内のシェル側および前記熱交換器の前記シェル側を通して延在する複数の流路を備え、前記複数の流路は、1つまたは複数の1次流路を含む2つ以上の1次群を備え、前記1次群の各々は、前記熱交換器を通して前記流体ストリームの一部を運び、前記一部を前記熱交換器の前記シェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、1次流路の前記2つ以上の1次群を前記流体の供給源に接続し、1次流路の前記2つ以上の1次群の間で前記流体ストリームを分割するように配置された1次入口ヘッダと、を備える、工程と、
前記1次入口ヘッダ内へ前記流体ストリームを流す工程と、
前記流体ストリームの流量に応答して、1次流路の前記2つ以上の1次群のうちの少なくとも1つの1次群を選択的に遮断すると共に、1次流路の残りの未遮断の1次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容して液化流体ストリームを提供する工程と、を含む方法。 - 前記流体ストリームの前記一部は、間接冷却によって少なくとも部分的に凝縮される間に、前記熱交換器を通して上方に移動する、請求項11に記載の方法。
- 自動冷却流路の前記2つ以上の2次群を前記冷媒の供給源に接続し、自動冷却流路の前記2つ以上の2次群の間で冷媒ストリームを分割するように配置された2次入口ヘッダ内へ冷媒流体を流す工程と、
前記2次入口ヘッダ内へ前記冷媒流体を流す工程と、
自動冷却流路の前記2つ以上の2次群のうちの少なくとも1つの2次群を選択的に遮断すると共に、自動冷却流路の残りの未遮断の2次群を通して前記冷媒ストリームが流れることを許容する工程と、をさらに含む、請求項11または12に記載の方法。 - 前記方法および装置から前記液化流体ストリームの少なくとも一部を運び去る工程をさらに含む、請求項11から13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記流体ストリームは、好ましくは天然ガスから得られる炭化水素ストリームである、請求項11から14のいずれか1項に記載の方法。
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