JP2014211301A - 液体還流ストリームを提供する積層垂直型熱交換器を用いたｌｎｇシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＮＧ設備において重質成分除去カラムへメタンリッチな液体還流ストリームを供給する方法及び装置を提供し、既存のＬＮＧ設備に最小の費用で冷却能力を付加する方法及び装置を提供し、ＬＮＧ設備における最小のプロットスペースを占める装置であって、既存のＬＮＧ設備に冷却能力を付加する装置を提供する【解決手段】ＬＮＧ設備の還流型重質成分除去カラムを提供する改善された装置及び方法。装置は、積層された垂直型コアインケトル熱交換器及び熱交換器間に配置されたエコノマイザを含む。還流ストリームは、メタン冷媒サイクルのメタンリッチ冷媒から発生する。メタンリッチストリームを垂直型熱交換器で上流冷媒との間接型熱交換により冷却することによって液体還流ストリームが生成される。【選択図】図１

Description

本発明は、天然ガスストリーム液化方法に関する。その他の局面では、本発明は、液体天然ガス（ＬＮＧ）施設の還流式重質成分除去カラムに液体還流を提供する方法及び装置に関する。

天然ガスの極低温液化は、天然ガスを輸送や蓄積に対して利便性のより高い形態に変換する手段として通常的に実行されている。かかる液化は、約６００倍で天然ガスの容積を低減し、大気圧付近で貯蔵及び輸送できる製品を生む。

天然ガスは、しばしば、供給源から遠方の市場にパイプラインにより輸送される。パイプラインを略一定で高い負荷因子下で稼動させることが望ましいが、しばしば、パイプラインの搬送能力若しくは容量が要求を超える一方、あるときは、要求がパイプラインの搬送能力を超える。要求が需要を超えるときのピーク若しくは供給が需要を超えるときの谷を平滑化するためには、要求が供給を超えるときに搬送できる態様で余分のガスを蓄えることが望ましい。かかる措置は、将来の要求のピークが貯蔵からの材料により満たされることを可能とする。これを実行するための現実的な手段の１つは、貯蔵用に液化状態にガスを変換し、要求が出たときに液体を蒸発させることである。

天然ガスの液化は、パイプラインが利用可能でなく若しくは実際上実現不可能であり候補の市場から非常に遠い距離離れた供給源からガスを輸送するときにも非常に重要である。これは、特に、輸送が外航大型船によりなされなければならない場合に当てはまる。ガス状態での船による輸送は、適切な加圧がガスの特定の容積を大幅に減らすために必要とされるので、一般的に現実的でない。かかる加圧は、より高価な貯蔵コンテナを必要とする。

液体状態で天然ガスを貯蔵及び輸送するために、天然ガスは、好ましくは、液化天然ガス（ＬＮＧ）が略大気蒸気圧を呈する−２４０°Ｆ〜―２６０°Ｆまで冷却される。天然ガス液化用のシステムは従来から数多くあり、そこでは、ガスは、高圧でガスを複数の冷却段階を連続して通して、ガスを液化温度に到達するまで連続的に低い温度まで冷却することによって、液化される。冷却は、一般的には、プロパン、プロピレン、エタン、エチレン、メタン、窒素、二酸化炭素のような一以上の冷媒若しくはそれらの冷媒の組み合わせ（例えば混合された冷媒システム）による熱交換により実行される。特に本発明に適用可能な液化方法論は、最終冷却サイクルに対してオープンメタンサイクルを採用し、この場合、加圧されたＬＮＧ担持ストリームが急激に気化され、フラッシュ蒸気（即ちフラッシュガスストリーム（複数も可））が続いて冷媒として採用され、再加圧され、冷却され、及び、処理された天然ガス供給ストリームと結合され、液化され、これにより、加圧されたＬＮＧ担持ストリームを生成する。

たいていのＬＮＧ設備では、下流の熱交換器内での重質成分の凍結を防止するために、処理された天然ガスストリームから重質成分（例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン及び／又はシクロヘキサン）を除去することが必要である。還流式重質成分カラムは、非還流式カラムよりも顕著に効率的で効果的な重質成分除去を提供できることが知られている。しかし、多くの既存のＬＮＧ設備は、もともと非還流式重質成分除去カラムにより構築されていた。従って、非還流式重質成分除去カラムを採用する既存のＬＮＧ設備に還流式重質成分除去カラムを後付けすることは望ましいだろう。

既存のＬＮＧ設備に還流式重質成分除去カラムを後付けすることの問題の１つは、適切な還流ストリームの利用可能性の不足である。重質成分除去カラムへの還流ストリームは低温で、液体で、メタンリッチな（メタンが豊富に含まれる）ストリームでなければならない。従来のＬＮＧ設備の既存の液化メタンリッチストリームを、重質成分除去カラムへの還流として用いるのは経済的に実現不能である。というのは、かかる液体ストリームは典型的には、低圧であるからである。低温ポンプが、これらの既存の低圧なメタンリッチストリームを重質成分除去カラムに搬送するのに必要とされるだろう。よく知られていることとして、低温ポンプは非常に高価であり、ＬＮＧ設備に追加の低温ポンプを採用するコストは、非還流型から還流型の除去カラムに転換する利点より重要となるだろう。

既存の高圧のメタンリッチストリームが重質成分除去カラムへの還流ストリームとして採用されうる場合、低温ポンプの必要性は、ストリームの高圧がストリームを重質成分除去カラムへ搬送するのに用いることができるので、不要となる。しかしながら、既存のＬＮＧ設備では、かかる高圧のメタンリッチストリームは液体ストリームでなく、現在のＬＮＧ設備は、かかる高圧のメタンリッチストリームを液化させる過剰な冷却能力を有していない。

それ故に、ＬＮＧ設備において重質成分除去カラムへメタンリッチな液体還流ストリームを供給する方法及び装置を提供することが望ましい。

また、既存のＬＮＧ設備に最小の費用で冷却能力を付加する方法及び装置を提供することが望ましい。

更に、ＬＮＧ設備における最小のプロットスペースを占める装置であって、既存のＬＮＧ設備に冷却能力を付加する装置を提供することが望ましい。

上記の望みは模範的なものであり、請求される本発明により全てが成し遂げられる必要はないことを理解されたい。本発明の他の目的及び効果は、以下の説明及び図面から明らかになるだろう。

重質成分除去カラムへの還流ストリームを提供する還流タワー及び還流型重質成分除去カラムを採用するカスケードタイプのＬＮＧ設備の簡易化したフロー図である。 還流型重質成分除去カラムを側面視で示す断面図である。 積層された垂直型コアインケトル熱交換器を採用する還流タワーの概略的な側面視を示す図である。 還流タワーで用いることができる垂直型コアインケトル熱交換器を切り出した側面視を示す図である。 コア内に形成される交互のシェル側及びコア側通路をより明確に図示するために、コアの上部が、部分的に切り出されている、図４の垂直型コアインケトル熱交換器の上方断面視を示す図である。 コア内のシェル側流体の沸騰により生ずる熱サイフォン作用を示すと共に、コアを通るシェル側及びコア側流体の流れの方向を特に示す、図５のライン６−６に沿って切られた断面図である。

カスケード型冷却プロセスは、天然ガスストリームからの熱エネルギを冷媒に伝達し、最終的に当該熱エネルギを環境に伝達するための一以上の冷媒を用いる。本質的には、全体としての冷却システムは、天然ガスストリームが連続的により低い温度へと冷却される際に天然ガスストリームから熱を除去することによってヒートポンプとして機能する。カスケード型冷却プロセスの設計は、熱力学的効率と資本コストとの平衡化を伴う。熱伝達プロセスでは、熱力学的不可逆性は、加熱流体と冷却流体の間の温度勾配が小さくなるにつれて減少するが、かかる小さな温度勾配を得ることは、一般的に、熱伝達面積の増大、種々のプロセス装置に対する大掛かりな修正を必要とし、及び、流量及び入口及び出口温度の双方が、必要とされる加熱／冷却デューティで両立性があることを保証するためにかかる装置を通る流量の適切な選択を必要とする。

ここで使用されるように、用語オープンサイクルカスケード型冷却プロセスは、少なくとも１つのクローズド冷却サイクル及び１つのオープン冷却サイクルを含むカスケード型冷却プロセスを指し、この場合、オープンサイクルで採用される冷凍剤／冷却剤の沸点は、クローズド冷却サイクル（複数も可）で採用される冷凍剤／冷却剤の沸点よりも小さく、圧縮されたオープンサイクル冷凍剤／冷却剤を凝縮させるための冷却デューティの一部は、一以上のクローズドサイクルにより提供される。本発明では、メタン主体のストリームが、オープンサイクルにおける冷凍剤／冷却剤として採用される。このメタン主体のストリームは、処理された天然ガス供給ストリームから由来し、圧縮されたオープンメタンサイクルガスストリームを含むことができる。ここで使用されるように、用語“主体”、“主に”及び“主に”並びに“大部分”は、流体の特定成分の存在を説明するのに用いられるときは、流体ストリームが少なくとも５０モル％の当該成分を含むことを意味する。例えば、メタン“主体”のストリーム、メタンから“主に”なるストリーム若しくは“大部分”でメタンからなるストリームは、それぞれ、少なくとも５０モル％のメタンを含むストリームを指す。

天然ガスを液化させる最も効率的で効果的な手段の１つは、膨脹型冷却と組み合わせられた最適化されたカスケード型動作を介する。かかる液化プロセスは、天然ガスストリームを多段プロパンサイクル、多段エタン若しくはエチレンサイクル、及び、メタン源を供給ガスの一部として利用し多段膨脹サイクルを含んで同ガスを更に冷却したい気圧近傍まで圧力を低減するオープンエンドメタンサイクルを通して、通路を介して連続的に冷却することによって、高圧（例えば約６５０psia）での天然ガスストリームのカスケード型冷却を伴う。冷却サイクルのシーケンスでは、最も高い沸点を有する冷凍剤が先ず利用され、中間の沸点を有する冷凍剤が続き、最後に、最も低い沸点を有する冷凍剤が後続する。ここで用いられるように、用語“上流”及び“下流”は、天然ガス液化プラントの種々の構成要素の、当該プラントを通る天然ガスの流路に沿った相対位置を表す。

種々の前処理ステップは、ＬＮＧ設備に搬送される天然ガス供給ストリームから、酸性気体、メルカプタン、水銀及び水分のような、望ましくない物質を取り除く手段を提供する。このガスストリームの成分は、大きく変動しうる。ここで用いられるように、天然ガスストリームは、大部分が天然ガス供給ストリームから由来するメタンから主になる任意のストリームであり、かかる供給ストリームは、例えば少なくとも８５モル％のメタンを含み、残余は、エタン、高級炭化水素、窒素、二酸化炭素であり、他の少量の成分は、水銀、硫化水素及びメルカプタンのようなものである。前処理ステップは、冷却サイクルの上流側に配置される別のステップ、若しくは、冷却の初期サイクルの早い１つの段階の後流側に配置される別のステップであってよい。次は、当業者に容易に知られている利用可能な手段の幾つかの非限定的な列挙である。酸性気体及びより少量のメルカプタンは、通常的に、水性のアミン担持溶媒を採用した収着プロセスを介して除去される。この処理ステップは、一般的に、初期サイクルの冷却段階の上流側で実行される。水の大部分は、通常的に、初期サイクルの第１冷却段階の下流側でガス圧縮が後続する二相ガス−液体分離を介して液体として除去される。水銀は、通常的に、水銀吸着ベッドを介して除去される。水及び酸性気体の残余は、通常的に、再生可能な分子の篩のような適切に選択された収着剤ベッドの使用を介して除去される。

前処理された天然ガス供給ストリームは、一般的に、高圧での液化処理へと搬送され若しくは、５００psiaより大きい高圧へと圧縮され、好ましくは、約５００psiaから約３０００psia、更に好ましくは約５００psiaから約１０００psia、更に好ましくは約６００psiaから８００psiaの範囲に圧縮される。代表的な温度範囲は、６０°Fから１５０°Fである。

上述の如く、天然ガス供給ストリームは、複数の多段サイクル若しくは段階（好ましくは３つ）で、複数の異なる冷媒（好ましくは３つ）との間接型熱交換により冷却される。所与のサイクルに対する全体としての冷却効率は、段階の数が増加するにつれて改善するが、この効率の増加は、純な投資コスト及びプロセス複雑性の対応する増加をもたらす。供給ガスは、比較的高沸点の冷媒を利用する第１のクローズド冷却サイクルにおいて、通常的には２段、好ましくは２段から４段、より好ましくは３段のような、好ましくは、効率的な段数の冷却段階に通される。かかる相対的に高い沸点の冷媒は、好ましくは、大部分が、プロパン、プロピレン若しくはその混合物からなり、より好ましくは、冷媒は、少なくとも約７５モル％のプロパン、より好ましくは少なくとも９０モル％のプロパンを含み、最も好ましくは、冷媒は、実質的にプロパンからなる。その後、処理された供給ガスは、より低い沸点の冷媒による熱交換における第２のクローズド冷却サイクルにおいて、通常的には２段、好ましくは２段から４段、より好ましくは２若しくは３段のような、効率的な数の段階を通して流れる。かかるより低い沸点の冷媒は、好ましくは、大部分が、エタン、エチレン若しくはその混合物からなり、より好ましくは、冷媒は、少なくとも約７５モル％のエチレン、より好ましくは少なくとも９０モル％のエチレンを含み、最も好ましくは、冷媒は、実質的にエチレンからなる。各冷却段階は、別々の冷却ゾーンを含む。上述の如く、処理された天然ガス供給ストリームは、好ましくは、第２のサイクルにおける種々の位置で一以上のリサイクルストリーム（即ち、圧縮されたオープンメタンサイクルガスストリーム）と組み合わせられ、これにより、液化ストリームを製造する。第２の冷却サイクルの最終段階では、液化ストリームは、大部分、好ましくは全部が、凝縮され（即ち液化され）、これにより、加圧LNG担持ストリームを製造する。一般的に、この位置でのプロセス圧は、第１サイクルの第１段階への前処理供給ガスの圧力よりも僅かに低いだけである。

一般的に、天然ガス供給ストリームは、一以上の冷却段階でC₂+リッチ液体の形成を生むような量のC₂+成分を含むことになる。この液体は、好ましくは一以上の従来のガス−液体分離器であるガス−液体分離手段により除去される。一般的に、天然ガスの各段における連続的な冷却は、メタンを主に含むガスストリーム及び相当な量のエタン及び重質成分を含む液体ストリームを生成するために、できるだけ多くのC₂及びできるだけ高いモル重量の炭化水素をガスから除去するように制御される。効率的な数のガス／液体分離手段が、C₂+成分がリッチな液体ストリームの除去のために冷却ゾーンの下流側の戦略的な位置に配置される。好ましくは従来のガス−液体分離器であるガス／液体分離手段の正確な位置及び数は、天然ガス供給ストリームのC₂+成分、LNG製品の所望のBTU含有量、他のアプリケーション用のC₂+成分の値、及び、LNGプラント及びガスプラント操業の分野の当業者により日常的に考えられる他の因子のような、多数の稼動パラメータに依存する。C₂+炭化水素ストリーム若しくは複数のC₂+炭化水素ストリームは、単一の段階のフラッシュ若しくは精留カラムを介して脱メタン化されてよい。後者の場合、結果として得られるメタンリッチストリームは、圧力で液化プロセスに直接戻すことができる。前者の場合、このメタンリッチストリームは、再加圧及びリサイクルされることができ、若しくは、燃料ガスとして用いることができる。C₂+炭化水素ストリーム若しくは複数のC₂+炭化水素ストリームは、燃料として用いられてよく、若しくは、特定の化学物質（例えばC₂、C_３、C_４及びC_５+）がリッチな個々のストリームを製造するために一以上の精留ゾーンにおける精留による処理のような、更なる処理を受けてもよい。

圧縮されたLNG担持ストリームは、次いで、更に、後述の態様で当該第３のサイクルで生成されるフラッシュガス（即ちフラッシュガスストリーム）によるメタン主体のエコノマイザでの接触、及び、圧縮されたLNG担持ストリームの大気圧付近までの連続的な膨脹を介して、オープンメタンサイクルと称される第３のサイクル若しくはステップで冷却される。第３の冷却サイクルにおいて冷媒として用いられるフラッシュガスは、好ましくは、大部分がメタンからなり、より好ましくは、フラッシュガス冷媒は、少なくとも７５モル％のメタンを含み、更により好ましくは、少なくとも９０モル％のメタンを含み、最も好ましくは、冷媒は主にメタンからなる。圧縮されたLNG担持ストリームの大気圧付近までの膨脹中、圧縮されたLNG担持ストリームは、少なくとも１回、好ましくは２回から４回、より好ましくは３回の膨脹を介して冷却され、この場合、各膨脹は、圧力低減手段としてエクスパンダを採用する。適切なエクスパンダは、例えば、Joule-Thomson膨脹バルブ若しくは液圧エクスパンダを含む。膨脹には、ガス−液体生成物の分離器による分離が後続する。液圧エクスパンダが採用され、適切に動作されたとき、電力の回収に関してより高い効率、ストリーム温度におけるより大きい低減、及び、フラッシュ膨脹ステップ中のより少ない蒸気の生成は、しばしば、エクスパンダに関連する作動コスト及びより高い資本を相殺するよりも大きい。一実施例では、フラッシング前に圧縮LNG担持ストリームの追加の冷却は、先ず一以上の液圧エクスパンダを介してこのストリームの一部をフラッシングし、次いでフラッシング前に圧縮LNG担持ストリームの残りの部分を冷却するために間接型熱交換を介して当該フラッシュガスストリームを採用することにより、可能とされる。温められたフラッシュガスストリームは、次いで、温度及び圧力の考慮に基づいて、オープンメタンサイクルにおける適切な位置への戻りを介してリサイクルされ、再度圧縮されることになる。

ここで記載される液化プロセスは、幾つかのタイプの冷却の１つを用い、当該幾つかのタイプの冷却は、これに限られないが、（ａ）間接型熱交換、（ｂ）気化、及び（ｃ）膨脹ないし圧力の低減を含む。ここで使用される間接型熱交換は、冷媒が冷却されるべき物質を、冷媒と冷却されるべき物質との間の実際の物理的な接触無しで冷却するプロセスを指す。間接型熱交換の特別な例は、シェル＆チューブ熱交換器、コアインケトル熱交換器及びアルミニウム蝋付けプレートフィン熱交換器において実行される熱交換を含む。冷媒と冷却されるべき物質の物理的状態は、システムの要求及び選択される熱交換器の種類に応じて変化できる。従って、シェル＆チューブ熱交換器は、典型的には、冷媒が液体状態にあり、冷却されるべき物質が液体若しくは気体状態である場合、若しくは、物質の１つが相変化を受け、プロセス条件がコアインケトル熱交換器の使用に適さないときに、利用されることになる。一例として、アルミニウム及びアルミニウム合金は、好ましいコアの構成材料であるが、かかる材料は、目的とするプロセス条件での使用に適さない場合もありうる。プレートフィン熱交換器は、典型的には、冷媒が気体状態であり、冷却されるべき物質が液体若しくは気体状態である場合に、利用されることになる。最後に、コアインケトル熱交換器は、典型的には、冷却されるべき物質が液体若しくは気体状態であり、冷媒が熱交換中に液体状態から気体状態への相変化を受ける場合に、利用されることになる。

気化冷却は、一定の圧力で維持される系での物質の一部の蒸発若しくは気化による物質の冷却を指す。従って、気化中、物質の蒸発する部分は、液体状態に留まる物質の部分から熱を吸収し、従って,液体部分を冷却する。最後に、膨脹ないし圧力低減冷却は、ガス、液体若しくは二相系の圧力が圧力低減手段を通ることで低減されるときに生ずる冷却を指す。一実施例では、この膨脹手段は、Joule-Thomson膨脹バルブである。その他の実施例では、膨脹手段は、水圧若しくはガスエクスパンダである。エクスパンダは、膨脹プロセスから作動エネルギを回収するので、より低いプロセスストリーム温度が膨脹時に可能である。

図１に示したフロー図及び装置は、本発明が採用されることができるLNG設備の好ましい実施例を表す。図２は、本発明の方法論用の重質成分除去カラムの好ましい実施例を図示する。当業者であれば、図１及び図２は概略だけであり、それ故に、首尾よく作動させるために商業的なプラントにおいて必要とされるだろう装置の多くのアイテムが明瞭化のために省略されることを理解するだろう。かかるアイテムは、例えば、コンプレッサ制御部、流量及びレベル測定、対応するコントローラ、温度及び圧力制御部、ポンプ、モータ、フィルタ、追加の熱交換器及びバルブ等を含む。これらのアイテムは、標準的な設計技量により付与されるだろう。

図１及び図２の理解を容易化するために、次の番号付け法が採用される。１乃至９９で番号付けされたアイテムは、液化処理に直接関連する処理容器及び装置である。１００乃至１９９で番号付けされたアイテムは、主にメタンストリームを含むフローライン及び導管である。２００乃至２９９で番号付けされたアイテムは、主にエチレンストリームを含むフローライン及び導管である。３００乃至３９９で番号付けされたアイテムは、主にプロパンストリームを含むフローライン及び導管である。

図１を参照するに、LNG設備の通常動作中、気体プロパンは、ガスタービンドライバ（図示せず）により駆動される多段（好ましくは３段）コンプレッサ１８で圧縮される。圧縮の３段階は、好ましくは、単一のユニット内に存在するが、圧縮の各段は、別の１ユニットであり、単一のドライバにより駆動されるように機械的に結合された複数のユニットであってよい。圧縮時、圧縮されたプロパンは、導管３００を通ってクーラ２０に通され、そこで、冷却され液化される。フラッシング前の液化プロパン冷媒の代表的な圧力及び温度は、約１００°F及び約１９０psiaである。クーラ２０からのストリームは、導管３０２を通って、膨脹バルブ１２として図示するような、圧力低減手段に通され、そこで、液化プロパンの圧力が低減され、これにより、その一部が蒸発若しくはフラッシングする。結果として得られる二相生成物は、次いで、導管３０４を通って高段プロパン冷却機２内に流れ、そこで、導管１５２を介して導入された気体メタン冷媒、導管１００を介して導入された天然ガス供給、及び、導管２０２を介して導入された気体エチレン冷媒が、それぞれ、間接型熱交換手段４、６及び８を介して冷却され、それにより、導管１５４，１０２及び１０４を介してそれぞれ製造される冷却ガスストリームを製造する。導管１５４内のガスは、以下で詳説されるメタン主体のエコノマイザ７４に供給され、そこで、ストリームは、間接型熱交換手段９７を介して冷却される。熱交換手段９７で冷却されたストリームの部分は、メタンエコノマイザ７４から導管１５５を介して除去され、続いて、更なる冷却後、図２を参照して後に詳説する如く、重質成分除去カラム６０内の還流ストリームとして用いられる。還流ストリーム用に除去されない熱交換手段９７からの冷却ストリームの部分は、更に間接型熱交換手段９８において冷却される。導管１５８を介して製造される、結果として得られる冷却メタンリサイクルストリームは、次いで、導管１２０内で、重質成分除去カラム６０からの重質成分が低減された（即ち、軽炭化水素リッチな）蒸気ストリームと結合され、エチレン凝縮器６８に供給される。

冷却機２からのプロパンガスは、導管３０６を通ってコンプレッサ１８に戻される。このガスは、コンプレッサ１８の高段入口ポートに供給される。残りの液体プロパンは、導管３０８内を通され、圧力は、膨脹バルブ１４で図示するような、圧力低減手段を通る通路により更に低減され、このとき、液体プロパンの追加の部分がフラッシュされる。結果として得られる二相ストリームは、次いで、導管３１０を通って中段のプロピレン冷却機２２に供給され、これにより、冷却機２２に対する冷媒を提供する。冷却機２２からの冷却された供給ガスストリームは、導管１０を通ってノックアウト容器１０に流れ、そこで、ガス相及び液相が分離される。C_３+成分がリッチな液相は、導管１０３を介して除去される。ガス相は、導管１０４を介して除去され、次いで、導管１０６及び１０８を介して搬送される２つの別のストリームに分割される。導管１０６内のストリームは、プロパン冷却機２２に供給される。導管１０８内のストリームは、還流型重質成分除去カラム６０内のストリッピングガスとして採用され、図２を参照して後に詳説するように、処理された天然ガスストリームから重炭化水素成分を除去する補助をする。冷却機２からのエチレン冷媒は、導管２０４を介して冷却機２２に導入される。冷却機２２では、メタンリッチストリームとも称される供給ガスストリーム、及びエチレン冷媒ストリームは、それぞれ、間接型熱交換手段２４，２６を介して冷却され、それにより、導管１１０及び２０６を介して冷却メタンリッチストリーム及びエチレン冷媒ストリームを製造する。プロパン冷媒の蒸発部分は、分離され、導管３１１を通ってコンプレッサ１８の中段の入口に通される。冷却機２２からの液体プロパン冷媒は、導管３１４を介して除去され、膨脹バルブ１６として図示されるような圧力低減手段でフラッシュされ、次いで、導管３１６を介して低段プロパン冷却機／凝縮器２８に供給される。

図１に示すように、メタンリッチストリームは、導管１１０を介して中段のプロパン冷却機２２から低段のプロパン冷却機／凝縮器２８に流れる。冷却機２８では、ストリームは、間接型熱交換手段３０を介して冷却される。同様に、エチレン冷媒ストリームは、導管２０６を介して中段のプロパン冷却機２２から低段のプロパン冷却機／凝縮器２８に流れる。後者では、エチレン冷媒は、間接型熱交換手段３２を介して完全に凝縮されるか若しくは略全体が凝縮される。蒸発されたプロパンは、低段のプロパン冷却機／凝縮器２８から除去され、導管３２０を介してコンプレッサ１８の低段入口に戻される。

図１に示すように、低段プロパン冷却機２８を出るメタンリッチストリームは、導管１１２を介して高段エチレン冷却機４２に導入される。エチレン冷媒は、導管２０８を介して低段プロパン冷却機２８を出て、好ましくは、分離容器３７に供給され、そこで、軽質成分が導管２０９を介して除去され、凝縮されたエチレンが導管２１０を介して除去される。プロセス中のこの位置のエチレン冷媒は、一般的に、約―２４°Fの温度であり、約２８５psiaの圧力である。エチレン冷媒は、次いで、エチレンエコノマイザ３４に流れ、そこで、間接型熱交換手段３８を介して冷却され、導管２１１を介して除去され、膨脹バルブ４０として図示されているような圧力低減手段に通され、このとき、冷媒は、所定の温度及び圧力までフラッシュされ、高段エチレン冷却機４２に導管２１２を介して供給される。蒸気は、冷却機４２から導管２１４を介して除去され、エチレンエコノマイザ３４に回され、そこで、蒸気は、間接型熱交換手段４６を介して冷媒として機能する。エチレン蒸気は、次いで、導管２１６を介してエコノマイザ３４から除去され、エチレンコンプレッサ４８の高段入口に供給される。高段エチレン冷却機４２で蒸発しないエチレン冷媒は、導管２１８を介して除去され、間接型熱交換手段５０を介した更なる冷却のためにエチレンエコノマイザ３４に戻され、導管２２０を介してエチレンエコノマイザから除去され、膨脹バルブ５２として図示されるような圧力低減手段でフラッシュされ、このとき、結果として得られる二相生成物は、導管２２２を介して低段エチレン冷却機５４内に導入される。

間接型熱交換手段４４内での冷却後、メタンリッチストリームは、導管１１６を介して高段エチレン冷却機４２から除去される。導管１１６内のストリームは、次いで、重質成分除去カラム６０の供給入口に運ばれ、そこで、図２を参照して後に詳説するように、重炭化水素成分がメタンリッチストリームから除去される。ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、他の芳香族炭化水素、及び／又はより重い炭化水素成分のようなC_４+炭化水素を相当な濃度で含む重質リッチ液体ストリームは、導管１１４を介して重質成分除去カラム６０の底部から除去される。導管１１４内の重質リッチストリームは、続いて、液体及び蒸気部分に分離され、若しくは、好ましくは、容器６７内でフラッシュ若しくは精留される。いずれの場合も、第２の重質リッチストリームは、導管１２３を介して製造され、第２のメタンリッチストリームは、導管１２１を介して製造される。図１に示すような好ましい実施例では、導管１２１内のストリームは、続いて、導管１２８を介して搬送される第２のストリームと結合され、結合されたストリームは、メタンコンプレッサ８３の高段入口ポートに供給される。高段エチレン冷却機４２は、また、上述の如く、導管１５５を介してメタンエコノマイザ７４から引かれるストリームを受け入れて冷却する間接型熱交換手段４３を含む。間接型熱交換手段４３からの結果として得られる冷却ストリームは、低段エチレン冷却機５４に導管１５７を介して導かれる。低段エチレン冷却機５４内では、導管１５７からのストリームは、間接型熱交換手段５６を介して冷却される。間接型熱交換手段５６での冷却後、ストリームは、低段エチレン冷却機５４を出て、重質成分除去カラム６０の還流入口に導管１５９を介して運ばれ、そこで、還流ストリームとして採用される。

上述の如く、導管１５４内のガスは、メタン主体のエコノマイザ７４に供給され、そこで、ストリームは、間接型熱交換手段９７を介して冷却される。熱交換手段９７からの冷却されたストリームの一部は、次いで、間接型熱交換手段９８で更に冷却される。結果として得られる冷却ストリームは、導管１５８を介してメタンエコノマイザ７４から除去され、その後、重質成分除去カラム６０の上部から出る重質成分低減蒸気ストリームと結合され、導管５，１１９及び１２０を介して搬送され、低段エチレン凝縮器６８に供給される。低段エチレン凝縮器６８では、このストリームは、導管２２６を介して低段エチレン凝縮器６８に回される低段エチレン冷却機５４からの液体廃水を用いて間接型熱交換手段７０を介して冷却及び凝縮される。低段凝縮器６８からの凝縮されたメタンリッチ生成物は、導管１２２を介して製造される。導管２２４を介して引かれる低段エチレン冷却機５４からの蒸気、及び、導管２２８を介して低段エチレン凝縮器６８から引かれる蒸気は、結合され、導管２３０を介してエチレンエコノマイザ３４に回され、そこで、蒸気は、間接型熱交換手段５８を介して冷媒として機能する。ストリームは、次いで、導管２３２を介してエチレンエコノマイザ３４からエチレンコンプレッサ４８の低段入口に回される。

図１に示すように、エチレンコンプレッサ４８の低段側を介して導入される蒸気からのコンプレッサ廃水は、導管２３４を介して除去され、段間クーラ７１を介して冷却され、導管２１６内に存在する高段ストリームとの吐出のために導管２３６を介してコンプレッサ４８に戻される。好ましくは、２段は単一のモジュールであるが、それらは、それぞれ、別のモジュールであり、共通のドライバに機械的に接続された複数のモジュールであってよい。コンプレッサ４８からの圧縮されたエチレン生成物は、導管２００を介して下流クーラ７２に回される。クーラ７２からの生成物は、導管２０２を介して流れ、上述の如く、高段プロパン冷却機２に導入される。

好ましくは全体が液体ストリームである導管１２２内の圧縮されたLNG担持ストリームは、好ましくは、約−２００°F〜約−５０°Fの範囲内の温度であり、より好ましくは、約−１７５°F〜約−１００°Fの範囲内であり、最も好ましくは約−１５０°F〜約−１２５°Fの範囲内である。導管１２２内のストリームの圧力波、好ましくは約５００psia〜約７００psiaの範囲内であり、最も好ましくは約５５０psia〜約７２５psiaの範囲内である。導管１２２内のストリームは、メタン主体のエコノマイザ７４に送られ、そこで、ストリームは、以下で説明するように、間接型熱交換手段／熱交換器通路７６により更に冷却される。メタン主体のエコノマイザ７４は、好ましくは、エコノマイザ７４内の種々のメタン主体ストリーム間の間接型熱交換を提供する複数の熱交換器通路を含む。好ましくは、メタンエコノマイザ７４は、一以上のプレートフィン熱交換器を含む。熱交換器通路７６からの冷却ストリームは、導管１２４を介してメタンエコノマイザ７４を出る。導管１２４内のストリームの温度は、好ましくは、導管１２２内のストリームの温度よりも少なくとも約１０°F低く、より好ましくは、導管１２２内のストリームの温度よりも約２５°F低い。最も好ましくは、導管１２４内のストリームノン°は、約−２００°F〜約−１６０°Fの範囲内である。導管１２４内のストリームの圧力は、次いで、膨脹バルブ７８で図示するような圧力低減手段により低減され、当該圧力低減手段は、ガスストリームを蒸発若しくはフラッシュさせ、これにより、二相ストリームを生成する。膨脹バルブ７８からの二相ストリームは、次いで、高段メタンフラッシュドラム８０に通され、そこで、導管１２６を介して排出されるフラッシュガスストリーム及び導管１３０を介して排出される液相ストリーム（即ち、圧縮されたLNG担持ストリーム）へと分離される。フラッシュガスストリームは、次いで、導管１２６を介してメタン主体エコノマイザ７４に搬送され、そこで、当該ストリームは、熱交換器通路８２内の冷媒として機能する。メタン主体ストリームは、少なくとも一部が、熱交換器通路７６内のメタン主体ストリームとの間接型熱交換により熱交換器通路８２内で温められる。温められたストリームは、熱交換器通路８２及びメタンエコノマイザ７４から導管１２８を介して出る。

導管１３０を介して高段フラッシュドラム８０を出る液相ストリームは、第２のメタンエコノマイザ８７に通され、そこで、液体は、間接型熱交換８８を介して下流フラッシュ蒸気により更に冷却される。冷却された液体は、導管１３２を介して第２のエコノマイザ８７を出て、膨脹バルブ９１として図示されているような圧力低減手段を介して膨脹若しくはフラッシュされ、圧力が更に低減されると同時に、その第２の部分が気化される。この二相ストリームは、次いで、中段メタンフラッシュドラム９２に通され、そこで、ストリームは、導管１３６を通るガス相と導管１３４を通る液相とに分離される。ガス相は、導管１３６を介して第２のメタンエコノマイザ８７に流れ、そこで、蒸気は、間接型熱交換手段８９を介して、導管１３０を介してエコノマイザ８７に導入された液体を冷却する。導管１３８は、第２のメタンエコノマイザ８７内の間接型熱交換手段８９とメタン主体エコノマイザ７４内の熱交換器通路９５との間の流管として機能する。熱交換器通路９５からの温められた蒸気ストリームは、導管１４０を介してメタン主体エコノマイザ７４を出て、導管４０６内の第１の窒素低減ストリームと結合され、結合されたストリームは、メタンコンプレッサ８３の中段入口に導入される。

導管１３４を介して中段フラッシュドラム９２から出る液相は、膨脹バルブ９３として図示されているような圧力低減手段を介した経路によって、圧力が更に低減される。同様に、液化されたガスの第３の部分は気化若しくはフラッシュされる。膨脹バルブ９３からの二相ストリームは、最終若しくは下段フラッシュドラム９４に通される。フラッシュドラム９４では、蒸気相が分離され、導管１４４を介して第２のメタンエコノマイザ８７に通され、そこで、蒸気は、間接型熱交換手段９０を介して冷媒として機能し、第１のメタンエコノマイザ７４に接続される導管１４６を介して第２のメタンエコノマイザ８７を出て、第１のメタンエコノマイザ７４では、蒸気は、熱交換器通路９６を介して冷媒として機能する。熱交換器通路９６からの温められた蒸気ストリームは、メタン主体エコノマイザ７４から導管１４８を介して出て、導管４０８内の第２の窒素低減ストリームと結合され、結合されたストリームは、メタンコンプレッサ８３の低段入口に導入される。

低段フラッシュドラム９４からの液化天然ガス生成物は、略大気圧であり、ＬＮＧ貯蔵タンク９９に導管１４２を介して通される。従来的なやり方では、貯蔵タンク９９内の液化天然ガスは、所望の位置（典型的には、外航ＬＮＧタンカー）に搬送されることができる。LNGは、次いで、従来的な天然ガスパイプラインを介したガス状態での輸送のために陸側のLNGターミナルで気化されることができる。

図１に示すように、コンプレッサ８３の高段、中段、低段は、好ましくは、単一ユニットとして結合される。しかし、各段は、別のユニットとして存在してよく、この場合、それぞれのユニットは、単一のドライバにより駆動されるように互いに機械的に結合される。低段セクションからの圧縮ガスは、段間クーラ８５を通され、第２段の圧縮前に導管１４０内の中間圧ガスと結合される。コンプレッサ８３の中段からの圧縮ガスは、段間クーラ８４を通され、第３段の圧縮前に導管１２１及び１２８を介して供給される高圧ガスと結合される。圧縮ガス（即ち、圧縮オープンメタンサイクルガスストリーム）は、導管１５０を通って高段メタンコンプレッサから排出され、クーラ８６内で冷却され、上述の如く導管１５２を介して高圧プロパン冷却機２に回される。ストリームは、間接型熱交換手段４を介して冷却機２で冷却され、導管１５４を介してメタン主体エコノマイザ７４に流れる。メタン主体エコノマイザ７４に入る冷却機２からの圧縮オープンメタンサイクルガスストリームは、その全体が、間接型熱交換手段９８を通る流れを介して冷却を受ける。この冷却されたストリームは、次いで、導管１５８を介して除去され、エチレン冷却の第１段の上流側の処理された天然ガス供給ストリームと結合される。

次に図２を参照するに、還流型重質カラム６０がより詳細に示されている。ここで用いられるように、用語“重質成分除去カラム”は、炭化水素含有ストリームの重質成分（複数も可）を、炭化水素含有ストリームの軽質成分（複数も可）から分離するよう動作可能な容器を指す。ここで使用されるように、用語“還流型重質カラム”は、重及び軽炭化水素成分を分離するのを補助するために還流ストリームを採用する重質成分除去カラムを指す。還流型重質成分除去カラム６０は、一般的に、上部６１、中間部６２及び下部６５を含む。上部６１は、還流入口６６を介して導管１５９内の還流ストリームを受け入れる。中間部６２は、供給入口６９を介して導管１１８内の処理天然ガスストリームを受け入れる。下部６５は、ストリッピングガス入口７３を介して導管１０８内のストリッピングガスを受け入れる。上部６１及び中間部６２は上側の内部パッキン７５により分離される一方で、中間部６２及び下部６５は下側の内部パッキン７７により分離される。内部パッキン７５，７７は、容器内の２つの対流ストリーム間の接触を増進させるための本分野で知られた任意の従来的な構造であってよい。還流型重質成分除去カラム６０は、また、上側出口７９及び下側出口８１を含む。

再び図２を参照するに、重質成分除去カラム６０の通常動作中、供給ストリームは、重質成分除去カラム６０の中間部６２に供給入口６９を介して入り、還流ストリームは、還流入口６６を介して重質成分除去カラム６０の上部６１に入り、ストリッピングガスストリームは、ストリッピングガス入口７３を介して重質成分除去カラム６０の下部６５に入る。下向きに流れる液体還流ストリームは、上向きに流される供給ストリームの蒸気部分と接触する一方、下向きに流れる供給ストリームの液体部分は、下側内部パッキン７７内で上向きに流れるストリッピングガスと接触する。このようにして、重質成分除去カラム６０は、通常動作中、重質が低減された（即ち軽質リッチな）ストリームを上側出口７９を介して生成し、重質リッチなストリームを下側出口８１を介して生成するように動作可能である。通常動作中、供給入口６９を介して重質成分除去カラム６０内に導入される供給は、典型的には、少なくとも１モル％のC_５+濃度、少なくとも２モル％のC_４濃度、少なくとも４ppmw（重量百万分率濃度）のベンゼン濃度、少なくとも４ppmwのシクロヘキサン濃度、及び／又は、少なくとも１０ppmwのキシレン及びトルエンの結合された濃度を有する。上側出口７９を介して重質成分除去カラム６０を出る重質低減ストリームは、好ましくは、供給入口６９よりも低い濃度のC_４+炭化水素成分を有し、より好ましくは、上側出口７９から出る重質低減ストリームは、０．１モル％より小さいC_５+濃度、２モル％より小さいC_４濃度、４ppmwよりも小さいベンゼン濃度、４ppmwよりも小さいシクロヘキサン濃度、及び／又は、１０ppmwよりも小さいキシレン及びトルエンの結合された濃度を有する。通常動作中、下側出口８１を介して重質成分除去カラム６０から出る重質リッチストリームは、好ましくは、供給入口６９に入る供給も高い濃度のC_４＋炭化水素を有する。ストリッピングガス入口６６を介して重質成分除去カラム６０に入る還流ガスは、好ましくは、重質成分除去カラム６０の供給入口６９への供給よりも高い割合で軽炭化水素を含む。より好ましくは、通常動作中に重質成分除去カラム６０の還流入口６６に入る還流ストリームは、少なくとも約９０モル％のメタン、より好ましくは少なくとも約９５モル％のメタン、最も好ましくは少なくとも９７モル％のメタンを含む。ストリッピングガス入口７３を介して重質成分除去カラム６０に入るストリッピングガスは、好ましくは、供給入口６９を介して重質成分除去カラム６０に入る供給ストリームと略同一の組成を有する。

ここで用いられるように、用語“蒸気／液体炭化水素分離ポイント”若しくは単に“炭化水素分離ポイント”は、各相の炭化水素分子における炭素原子の数に基づく炭化水素含有ストリームの蒸気相及び液相間の分離ポイントを指す。炭化水素分離ポイントが公式C_{Ｘ／（Ｘ＋１）}により表されるとき、C_Ｘ−炭化水素分子の主要モル部分は、蒸気相で存在する一方、C_{（Ｘ＋１）}＋炭化水素分子の主要モル部分は、液相で存在する。例えば、ある二相炭化水素含有ストリームの炭化水素分離ポイントがC_４／５である場合、C_５＋炭化水素の主要部分（即ち、５０モル％よりも多い部分）は、液相で存在する一方、C_４−炭化水素の主要モル部分は、蒸気相で存在する。即ち、炭化水素分離ポイントがC_４／５である場合、蒸気相は、二相ストリームにおいて存在する５０モル％よりも多いC_４炭化水素、二相ストリームにおいて存在する５０モル％よりも多いC_３炭化水素、二相ストリームにおいて存在する５０モル％よりも多いC_２炭化水素、及び、二相ストリームにおいて存在する５０モル％よりも多いC_１炭化水素を含むだろう一方、液相は、二相ストリームにおいて存在する５０モル％よりも多いC_５、C_６、C_７、C_８等炭化水素を含むだろう。

通常動作中、重質成分除去カラム６０の供給入口６９に入るストリームは、好ましくは、C_{Ｙ／（Ｙ＋１）}で表すことができる炭化水素分離ポイントを有し、この場合、Ｙは２から１０までの整数である。より好ましくは、Ｙは４から８の範囲内であり、更により好ましくは、５から７の範囲内であり、最も好ましくは、Ｙは６である。好ましくは、ＹはＸよりも少なくとも１大きい。最も好ましくは、ＹはＸより２大きい。重質成分除去カラム６０の入口６９への供給が上述の炭化水素分離ポイントを有するとき、最適な重質除去が通常動作中に達成できる。

通常動作モード中、還流入口６６を介して重質成分除去カラム６０に入る還流ストリームの温度は、供給入口６９を介して重質成分除去カラム６０に入る供給ストリームの温度よりも冷たく、より好ましくは少なくとも約５°Ｆ冷たく、更に好ましくは、少なくとも約１５°Ｆ冷たく、最も好ましくは少なくとも３５°Ｆ冷たい。好ましくは、重質成分除去カラム６０の還流入口６６に入る還流ストリームの温度は、約−１６０〜約−１００°Ｆの範囲内であり、より好ましくは−１４５〜約−１２０°Ｆの範囲内であり、最も好ましくは−１３８〜約−１２５°Ｆの範囲内である。ストリッピングガス入口７３を介して重質成分除去カラム６０に入るストリッピングガスストリームの温度は、好ましくは、供給入口６９を介して重質成分除去カラム６０に入る供給ストリームの温度よりも温かく、より好ましくは約５°Ｆ温かく、更に好ましくは少なくとも約２０°Ｆ温かく、最も好ましくは少なくとも４０°Ｆ温かい。ストリッピングガス入口７３に入るストリッピングガスストリームの温度は、好ましくは、約−７５〜約−０°Ｆの範囲内であり、より好ましくは−６０〜約−１５°Ｆの範囲内であり、最も好ましくは−４０〜約−３０°Ｆの範囲内である。

次に図３を参照するに、還流タワー５１が図示されており、この還流タワー５１は、主に、上側の垂直型コアインケトル熱交換器４００、下側の垂直型コアインケトル熱交換器４０２、及び、冷媒エコノマイザ４０４を含む。上側の熱交換器４００は、下側の熱交換器４０２の上に垂直に配置される一方、エコノマイザは、実質的に上側及び下側の熱交換器４００，４０２の間に配置される。従って、還流タワー５１の主要構成要素は、還流タワーが最小のプロットスペースを占めることを可能とする積層構成を有する。支持構造４０６は、熱交換器４００，４０２及びエコノマイザ４０４を積層構成で支持する。

上側及び下側の熱交換器４００，４０２は、それぞれのシェル４０８，４１０及びコア４１２，４１４を含む。熱交換器４００，４０２は、シェル４０８，４１０内に受け入れたシェル側流体とコア４１２，４１４内に受け入れたコア側流体との間の間接型熱伝達を促進するように動作可能である。上側及び下側の熱交換器４００，４０２は、好ましくは、略同様の構成を有する。上側及び下側のコアインケトル熱交換器の特別な構成は、以下で図４乃至図６を参照して詳説する。

図３に示すように、導管１５１内の圧縮されたメタンリッチストリームは、上側コア入口４１６を介して上側コア４１２内に受け入れられ、そこで、メタンリッチストリームは、上側シェル入口４１８を介して上側シェル４０８の内部空間に入るエチレン主体の冷媒ストリームとの間接型熱交換により冷却される。上側の熱交換器４００で採用されるエチレン主体冷媒ストリームは、導管２１５から由来し、先ず、導管４２０を介して上側の熱交換器４００に導かれる前にエコノマイザ４０４により冷却される。上側の熱交換器４００では、熱は、上側コア４１２内のメタンリッチストリームから上側シェル４０８内のエチレン冷媒に伝達される。結果として冷却されたメタンリッチストリームは、上側コア出口４２２を介して上側コア４１２から出て、下側コア入口４２６を介した下側コア４１４への導入のために下側熱交換器４０２に導管４２４を介して導かれる。下側熱交換器４０２では、熱は、下側コア４１４内のメタンリッチストリームから下側シェル４１０内のエチレン主体冷媒に伝達される。結果として得られる冷却された液化され加圧されたメタンリッチストリームは、下側コア出口４２８を介して下側コア４１４を出て、液体還流ストリームとして使用されるために重質成分除去カラム６０（図１参照）に導管１５９を介して搬送される。

図３を再度参照するに、上側コア４１２内のメタンリッチストリームへの上側シェル４０８内のエチレン主体冷媒からの熱の間接的な伝達は、エチレン冷媒の一部の蒸発を引き起こし、上側シェル４０８内に気体と液体のエチレン冷媒が混在するようになる。上側コア４１２は、好ましくは、上側シェル４０８内の液相冷媒内に部分的に浸漬する。上側シェル４０８内の液相冷媒は、導管４２０を通る上側シェル４０８内へエチレン冷媒の流量を制御する流量制御バルブ４３２に動作可能に接続されたレベルコントローラ４３０を採用することによって、上側コア４１２に対して所望のレベルに維持されてよい。同様に、下側シェル４１０内のエチレン主体冷媒から下側コア４１４内のメタンリッチストリームへの熱の間接的な伝達は、エチレン冷媒の一部の蒸発を引き起こし、下側シェル４１０内に気体と液体のエチレン冷媒が混在するようになる。下側コア４１４は、好ましくは、下側シェル４１０内の液相冷媒内に部分的に浸漬する。下側シェル４１０内の液相冷媒は、下側シェル４１０内へエチレン冷媒の流量を制御する流量制御バルブ４３６に動作可能に接続されたレベルコントローラ４３４を採用することによって、下側コア４１４に対して所望のレベルに維持されてよい。

下側シェル４１０内の気体の／気化されたエチレン冷媒は、下側シェル出口４３８を介して下側熱交換器４０２を出て、導管４４０を介してエコノマイザ４０４に導かれる。この気体のエチレン冷媒ストリームは、次いで、エコノマイザ４０４の第１の熱交換器通路４４２内の冷却流体として採用される。第１の熱交換器通路４４２では、冷媒ストリームは、第２及び第３の熱交換器通路４４４，４４６内の冷媒ストリームとの間接型熱交換を介して温められる。第１の熱交換器通路４４２からの結果として得られる温められた冷媒ストリームは、エチレンコンプレッサ４８の低段入口に導管１５５を介して導かれる（図１参照）。

上側シェル４０８内の気体の／気化されたエチレン冷媒は、上側蒸気シェル出口４４８を介して上側熱交換器４００を出て、導管４５０を介してエコノマイザ４０４に導かれる。この気体のエチレン冷媒ストリームは、次いで、エコノマイザ４０４の第４の熱交換器通路４５２内の冷却流体として採用される。第４の熱交換器通路４５２では、冷媒ストリームは、第２及び第３の熱交換器通路４４４，４４６内の冷媒ストリームとの間接型熱交換を介して温められる。第４の熱交換器通路４５２からの結果として得られる温められた冷媒ストリームは、エチレンコンプレッサ４８の高段入口に導管１５７を介して導かれる（図１参照）。上側シェル４０８内の液相エチレン冷媒は、上側液体シェル出口４５４を介して上側熱交換器４００から出て、導管４５６を介してエコノマイザ４０４に導かれる。この液体エチレン冷媒は、次いで、上述の如く、第２の熱交換器通路４４４内で冷却され、下側コア４１４内のメタンリッチストリームを更に冷却するために下側シェル４１０の下側シェル入口４５８に導かれる。上述の如く、エコノマイザ４０４の第４の熱交換器通路４４４は、上側熱交換器４００の上側シェル４０８内への導入前に導管２１５内のエチレン冷媒を事前冷却するために用いられる。

次に図４乃至図６を参照するに、垂直型コアインケトル熱交換器４００，４０２（図３参照）の好ましい構成が詳説される。双方の熱交換器４００，４０２（図３参照）は、好ましくは、図４乃至図６に示すような垂直型コアインケトル熱交換器５００と類似する構成を有する。図４に示すように、垂直型コアインケトル熱交換器５００が図示されており、この熱交換器５００は、主に、シェル５０２及びコア５０４を含む。シェル５０２は、略円筒形の側壁５０６、上側端部キャップ５０８、及び下側端部キャップ５１０を含む。上側及び下側端部キャップ５０８，５１０は、側壁５０６の略両端に結合される。側壁５０６は、中心側壁軸５１２に沿って延在し、中心側壁軸５１２は、熱交換器５００が整備されるときに略直立位置に維持される。任意の従来的な支持システム３１３ａ，ｂがシェル５０２の直立向きを維持するために用いられてもよい。シェル５０２は、コア５０４及びシェル側流体（Ａ）を受け入れる内部空間５１４を画成する。側壁５０６は、シェル側流体供給ストリームを内部空間５１４に導入（Ａ_ｉｎ）するためのシェル側流体入口５１６を画成する。上側端部キャップ５０８は、内部空間５１４から気体／気化シェル側流体を排出（Ａ_{Ｖ−ｏｕｔ}）するための蒸気出口５１８を画成する一方、下側端部キャップ５１０は、内部空間５１４から液体シェル側流体を排出（Ａ_{Ｌ−ｏｕｔ}）するための液体出口５２０を画成する。

熱交換器５００のコア５０４は、シェル５０２の内部空間５１４内に配置され、液体シェル側流体（Ａ）内に部分的に浸漬する。コア５０４は、コア側流体（Ｂ）を受け入れると共に、コア側流体（Ｂ）とシェル側流体（Ａ）との間の間接的な熱伝達を促進する。コア側流体入口５２２は、シェル５０２の側壁５０６を通って延在し、コア５０４の入口ヘッダ５２４に連通し、これにより、コア５０４内へのコア側流体供給ストリームの導入（Ｂ_ｉｎ）を提供する。コア側流体出口５２６は、コア５０４の出口ヘッダ５２８に連通し、シェル５０２の側壁５０６を通って延在し、これにより、コア５０４からのコア側流体の排出（Ｂ_ｏｕｔ）を提供する。

おそらく図２及び図３に最も良く示されているように、コア５０４は、好ましくは、それらの間に流体通路を形成する複数の互いに離間したプレート／フィンディバイダー（仕切板）５３０を含む。好ましくは、ディバイダー５３０は、複数の交互する、流体絶縁されたコア側通路５３２ａ，ｂ及びシェル側通路５３４ａ，ｂを画成する。コア側及びシェル側通路５３２，５３４は、好ましくは、中心側壁軸５１２の延在方向に略平行な方向に延在する。コア側通路５３２は、入口ヘッダ５２４からコア側流体（Ｂ）を受け入れ、コア側流体（Ｂ）を出口ヘッダ５２８内に排出する。シェル側通路５３４は、シェル５０２の内部空間５１４との連通を提供するための両側の開口端を含む。

図３に示すように、シェル側流体（Ａ）及びコア側流体（Ｂ）は、コア５０４のシェル側及びコア側通路５３４，５３２を通って対流する態様で流れる。好ましくは、コア側流体（Ｂ）は、コア側通路５３２を通って略下向きに流れる一方、シェル側流体（Ａ）は、シェル側通路５３４を通って略上向きに流れる。コアを通るコア側流体（Ｂ）の下向きの流れは、例えば、流体（Ｂ）をコア側流体入口５２２に高圧で機械的に吸引することによる手段のような、任意の従来的な手段により提供される。コア５０４を通るシェル側流体（Ａ）の上向きの流れは、本分野で“サーモサイフォン効果（themosiphon effect）”として知られる独特な機構により提供される。サーモサイフォン効果は、直立の流路内の液体の沸騰により引き起こされる。液体が、端部が開口した直立の流路内で、液体が沸騰し始めるまで加熱されるとき、結果として得られる蒸気は、自然浮力により直立の流路を通って上昇する。直立流路を通るこの蒸気の上昇は、流路の下部内の液体にサイフォン効果を与える。流路の下側の開口端に連続的に液体が供給される場合、液体の流路を通る連続的な上向きの流れがこのサーモサイフォン効果により提供される。

図１乃至図３を参照するに、熱交換器５００で提供されるサーモサイフォン効果は、シェル側流体（Ａ）をコア５０４を通ってコア５０４まわりに循環させてコア５０４内の間接型熱交換を増強する自然対流ポンプとして機能する。サーモサイフォン効果は、コア５０４のシェル側通路５３４内でシェル側流体（Ａ）を蒸発させる。最適なサーモサイフォン効果を生成するために、コア５０４の大部分は、液面レベル５３６より下方の液体シェル側流体（Ａ）内に浸漬されるべきである。シェル側通路５３４の下側開口への液体シェル側流体（Ａ）の適切な利用可能性を確保するために、好ましくは、実質的なスペースが、コア５０４の底部と内部空間５１４の底部との間に付与される。蒸気出口５１８から出る気体シェル側流体内の同伴液相シェル側流体の適切な離脱を確保するために、好ましくは、実質的なスペースが、コア５０４の上部と内部空間５１４の上部との間に付与される。液体シェル側流体（Ａ）のコア５０４まわりの適切な循環を確保するために、好ましくは、実質的なスペースが、シェル５０２の側壁５０６及びコア５０４の側部との間に付与される。上述の効果は、熱交換器５００を表１で定量化され図１に示すような寸法／比で構成することによって実現されてよい。

表１において、Ｘ_１は、中心側壁軸５１２の延在方向に垂直に測定された反応領域５１４の最大幅である。Ｘ_２は、中心側壁軸５１２の延在方向に垂直に測定されたコア５０４の最小幅である。Ｙ_１は、中心側壁軸５１２の延在方向に平行に測定された反応領域５１４の最大高さである。Ｙ_２は、中心側壁軸５１２の延在方向に平行に測定されたコア５０４の最大高さである。Ｙ_３は、中心側壁軸５１２の延在方向に平行に測定されたコア５０４の底部と反応領域５１４の底部の間の最大間隔である。Ｙ_４は、中心側壁軸５１２の延在方向に平行に測定されたコア５０４の上部と反応領域５１４の上部の間の最大間隔である。

本発明の好ましい実施例では、熱交換器５００は、垂直型コアインケトル熱交換器であり、コア５０４は、アルミニウムで蝋付けされたプレートフィンコアである。ここで用いられるように、用語“コアインケトル熱交換器”は、シェル側流体とコア側流体との間の間接型熱伝達を促進させるように動作可能な熱交換器を指し、この場合、熱交換器は、シェル側流体を受け入れるシェルと、コア側流体を受け入れるシェル内に配置されたコアを含み、コアは、複数の互いに離間したコア側流体通路を画成し、シェル側流体は、コア側通路間に画成される離散的なシェル側通路を自由に循環する。コアケトル熱交換器とシェル＆チューブ熱交換器との間を識別する特徴の１つは、シェル＆チューブ熱交換器は管（チューブ）間に離散的なシェル側通路を有しないことである。コアインケトル熱交換器の離散的なシェル側通路は、サーモサイフォン効果の利点を最大限に利用することを可能とする。ここで用いられるように、“垂直型コアインケトル熱交換器”は、略直立位置に維持される中心側壁軸に沿って延在する略円筒形の側壁を含むシェルを有するコアインケトル熱交換器を指す。

本発明の一実施例では、図１及び図２に図示されたＬＮＧ製造システムは、従来的なプロセスシミュレーションソフトウェアを用いてコンピューター上でシミュレートされる。適切なシミュレーションソフトウェアの例は、Aspen Technology社からのHyprotech, Aspen Plus（登録商標）からのHYSYS^TM及びSimulation Science社からのPRO/II（登録商標）を含む。

上述の本発明の好ましい形態は、あくまで例として用いられるべきであり、本発明の範囲を解釈する限定的な意味で用いられるべきでない。上述に付与された模範的な実施例に対する明らかな変更は、本発明の精神から逸脱することなく当業者により容易になされるだろう。

本願発明者は、ここに、添付の請求の範囲に付与される本発明の文言範囲の外側にある著しく逸脱しない任意の装置が属するような本発明の理にかなった公正な範囲を決定及び評価するためにDoctrine of Equivalents（均等論）に頼る意思を表明する。

２ 高段プロパン冷却機
４ 間接型熱交換手段
５ 導管
６ 間接型熱交換手段
８ 間接型熱交換手段
１０ 導管
１２ 膨張バルブ
１８ コンプレッサ
２０ クーラ
２２ プロピレン冷却機
２４ 間接型熱交換手段
２６ 間接型熱交換手段
２８ 低段プロパン冷却機／凝縮器
３０ 間接型熱交換手段
３４ エチレンエコノマイザ
３７ 分離容器
３８ 間接型熱交換手段
４０ 膨張バルブ
４２ 高段エチレン冷却機
４３ 間接型熱交換手段
４８ エチレンコンプレッサ
５１ 還流タワー
５４ 低段エチレン冷却機
５６ 間接型熱交換手段
６０ 質量成分除去カラム
６１ 上部
６２ 中間部
６５ 下部
６６ 還流入口
６７ 容器
６８ 低段エチレン凝縮器
６９ 供給入口
７１ 段間クーラ
７２ クーラ
７３ ストリッピングガス入口
７４ 第１のメタンエコノマイザ（メタン主体のエコノマイザ）
７５ 内部パッキン
７６ 熱交換器通路
７７ 内部パッキン
７８ 膨張バルブ
７９ 上側出口
８０ 高段メタンフラッシュドラム
８１ 下側出口
８２ 熱交換器通路
８３ メタンコンプレッサ
８５ 段間クーラ
８７ 第２のメタンエコノマイザ
８９ 間接型熱交換手段
９０ 間接型熱交換手段
９１ 膨張バルブ
９２ 中段メタンフラッシュドラム
９３ 膨張バルブ
９４ 下段フラッシュドラム
９５ 熱交換器通路
９６ 熱交換器通路
９７ 間接型熱交換手段
９８ 間接型熱交換手段
９９ 貯蔵タンク
１００ 導管
１０２ 導管
１０３ 導管
１０４ 導管
１０６ 導管
１０８ 導管
１１０ 導管
１１２ 導管
１１４ 導管
１１６ 導管
１１８ 導管
１１９ 導管
１２０ 導管
１２１ 導管
１２２ 導管
１２３ 導管
１２４ 導管
１２６ 導管
１２８ 導管
１３０ 導管
１３２ 導管
１３４ 導管
１３６ 導管
１４０ 導管
１４２ 導管
１４４ 導管
１４６ 導管
１４８ 導管
１５０ 導管
１５１ 導管
１５２ 導管
１５４ 導管
１５５ 導管
１５７ 導管
１５８ 導管
１５９ 導管
２００ 導管
２０２ 導管
２０４ 導管
２０６ 導管
２０８ 導管
２０９ 導管
２１０ 導管
２１１ 導管
２１２ 導管
２１５ 導管
２１６ 導管
２２４ 導管
２２６ 導管
２２８ 導管
２３０ 導管
２３２ 導管
２３４ 導管
２３６ 導管
３００ 導管
３０２ 導管
３０４ 導管
３０６ 導管
３１０ 導管
３１１ 導管
３１３ａ 支持システム
３１３ｂ 支持システム
３１４ 導管
３１６ 導管
３２０ 導管
４００ 上側の垂直型コアインケトル熱交換器
４０２ 下側の垂直型コアインケトル熱交換器
４０４ 冷媒エコノマイザ
４０６ 導管
４０８ 上側シェル
４１０ 下側シェル
４１２ 上側コア
４１４ 下側コア
４２０ 導管
４２４ 導管
４２６ 下側コア入口
４２８ 下側コア出口
４３０ レベルコントローラ
４３２ 流量制御バルブ
４３４ レベルコントローラ
４３６ 流量制御バルブ
４３８ 下側シェル出口
４４０ 導管
４４２ 第１の熱交換機通路
４４４ 第２の熱交換器通路
４４６ 第３の熱交換器通路
４５０ 導管
４５２ 第４の熱交換器通路
４５４ 上側液体シェル出口
４５６ 導管
４５８ 下側シェル入口
５００ 垂直型コアインケトル熱交換器
５０２ シェル
５０４ コア
５０６ 側壁
５０８ 上側端部キャップ
５１０ 下側端部キャップ
５１２ 中心側壁軸
５１４ 内部空間（反応領域）
５１８ 蒸気出口
５２０ 流体出口
５２２ コア側流体入口
５２４ 入口ヘッダ
５２８ 出口ヘッダ
５３０ ディバイダー
５３２ コア側通路
５３４ シェル側通路
５３４ａ シェル側通路
５３４ｂ シェル側通路
５３６ 液面レベル

Claims (30)

1. 天然ガスストリーム液化方法であって、
   （ａ）天然ガスを上流冷却サイクルで上流冷媒との間接型熱交換を介して冷却するステップと、
   （ｂ）還流式重質成分除去カラムを用いて、冷却された天然ガスストリームから重炭化水素成分を取り除くステップと、
   （ｃ）重質成分が除去された天然ガスストリームを、メタン冷却サイクルでメタン主体の冷媒との間接型熱交換を介して冷却するステップと、
   （ｄ）メタン主体の冷媒の一部を、第１の垂直型コアインケトル式熱交換器において前記上流冷媒との間接型熱交換を介して冷却し、これにより、冷却されたメタン主体の冷媒ストリームを提供するステップと、
   前記冷却されたメタン主体の冷媒ストリームの少なくとも一部を、前記還流式重質成分除去カラムにおける還流ストリームとして採用するステップとを含む、天然ガスストリーム液化方法。
2. 前記上流冷媒は、主に、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン若しくは二酸化炭素を含む、請求項１に記載の天然ガスストリーム液化方法。
3. 前記上流冷媒は、主にエチレンを含む、請求項１に記載の天然ガスストリーム液化方法。
4. （ｆ）前記上流冷却サイクルの上流側で、プロパン主体の冷媒との間接型熱交換を介して前記天然ガスストリームを冷却するステップを含む、請求項１に記載の天然ガスストリーム液化方法。
5. 前記天然ガスストリームは、前記メタン主体の冷媒の主要源である、請求項１に記載の天然ガスストリーム液化方法。
6. カスケード型天然ガスストリーム液化方法である、請求項１に記載の天然ガスストリーム液化方法。
7. （ｇ）メタン主体の冷媒の少なくとも一部を、第２の垂直型コアインケトル式熱交換器において前記上流冷媒との間接型熱交換を介して冷却するステップを含む、請求項１に記載の天然ガスストリーム液化方法。
8. 前記第１及び第２の垂直型コアインケトル式熱交換器は、一方が他方の上に配置される積層型で配置される、請求項７に記載の天然ガスストリーム液化方法。
9. （ｈ）前記上流冷媒の第１のガス相部分を前記第１の熱交換器から排出するステップと、
   （ｉ）前記上流冷媒の第２の液相部分を前記第２の熱交換器から排出するステップと、
   （ｊ）前記第１のガス相部分と前記第２の液相部分の間の間接型熱交換を促進させるステップとを含む、請求項８に記載の天然ガスストリーム液化方法。
10. 上記ステップ（ｊ）は、前記第１及び第２の垂直型コアインケトル式熱交換器の間に垂直に配置されたエコノマイザにおいて実行される、請求項１に記載の天然ガスストリーム液化方法。
11. 前記エコノマイザは、プレートフィン熱交換器を含む、請求項１０に記載の天然ガスストリーム液化方法。
12. 前記エコノマイザは、アルミニウムで蝋付けされたプレートフィン熱交換器を含む、請求項１０に記載の天然ガスストリーム液化方法。
13. （ｋ）前記第２の熱交換器における前記上流冷媒を採用する前に、前記第１のガス相部分との間接型熱交換を介して前記エコノマイザ内の前記上流冷媒を冷却する、請求項１０に記載の天然ガスストリーム液化方法。
14. （ｌ）前記第２の熱交換器から前記上流冷媒の第２のガス相部分を排出するステップと、
    （ｍ）前記エコノマイザにおいて前記第２のガス相部分を前記第１のガス相部分との間接型熱交換を介して冷却する、請求項８に記載の天然ガスストリーム液化方法。
15. 前記ステップ（ａ）乃至（ｅ）を経て製造された液化天然ガスを蒸発させるステップを含む、請求項１に記載の天然ガスストリーム液化方法。
16. コンピューターを用いて請求項１の方法をシミュレートするステップを含むコンピューターシミュレーション方法。
17. 請求項１の方法により製造された液化天然ガス。
18. 第１の流体及び第２の流体間の間接型熱交換を促進させる装置であって、
    第１の垂直型コアインケトル式熱交換器と、
    第２の垂直型コアインケトル式熱交換器と、
    前記第１及び第２の熱交換器に連通し、前記第１及び第２の熱交換器に出入りする種々のストリーム間の熱交換を促進するように動作可能なエコノマイザとを含み、
    前記第１及び第２の熱交換器は、一方が他方の上に配置される積層型で配置される、装置。
19. 前記エコノマイザは、前記第１及び第２の熱交換器の間に垂直に配置される、請求項１８に記載の装置。
20. 前記エコノマイザは、プレートフィン熱交換器を含む、請求項１８に記載の装置。
21. 前記エコノマイザは、アルミニウムで蝋付けされたプレートフィン熱交換器を含む、請求項１８に記載の装置。
22. 前記第１及び第２の熱交換器は、それぞれ第１及び第２のコア及びシェルを含み、
    前記第１及び第２のコアは、前記第１の流体を受け入れ及び排出するように構成され、
    前記第１及び第２のシェルは、前記第２の流体を受け入れ及び排出するように構成され、
    前記第１及び第２のシェルは、それぞれシェル側流体入口、上側蒸気出口及び下側液体出口を画成する、請求項１８に記載の装置。
23. 前記第１及び第２のコアは、プレートフィンコアである、請求項２２に記載の装置。
24. 前記第１及び第２のコアは、アルミニウムで蝋付けされたプレートフィンコアである、請求項２２に記載の装置。
25. 前記第１及び第２のコアは、それぞれ第１及び第２の入口及び出口を画成し、
    前記第２の入口は、前記第１の出口から排出される第１の流体を受け入れるように構成される、請求項２２に記載の装置。
26. 前記第１の熱交換器は、前記第２の熱交換器の上に配置される、請求項２５に記載の装置。
27. 前記エコノマイザは、前記第１の下側液体出口から排出される第２の流体を受け入れるための第１の熱交換通路を画成し、
    前記エコノマイザは、前記第２の上側蒸気出口から排出される第２の流体を受け入れるための第２の熱交換通路を画成し、
    前記エコノマイザは、前記第１及び第２の熱交換通路内の第２の流体間の間接型熱伝達を促進するように動作可能である、請求項２５に記載の装置。
28. 前記エコノマイザは、前記第１の上側蒸気出口から排出される第２の流体を受け入れるための第３の熱交換通路を画成し、
    前記エコノマイザは、前記第１及び第３の熱交換通路内の第２の流体間の間接型熱伝達を促進するように動作可能である、請求項２７に記載の装置。
29. 前記エコノマイザは、前記第１の流体を受け入れるための第４の熱交換通路を画成し、
    前記エコノマイザは、前記第４の熱交換通路内の第１の流体と第１の熱交換通路内の第２の流体との間の間接型熱伝達を促進するように動作可能である、請求項２８に記載の装置。
30. 前記第１のコアの入口は、前記第４の熱交換通路から排出される第１の流体を受け入れる、請求項２９に記載の装置。

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