JP2016001102A - 予備冷却される混合冷媒統合システムおよび方法 - Google Patents

予備冷却される混合冷媒統合システムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】液化のための冷却効率が改善され、運転コストが低減された気体冷却、および液化システムを提供する。
【解決手段】高圧液体流および気体流を生成し、高圧液体流および気体流を熱交換器16内で冷却し、それらを次に膨張させて1次冷却流を熱交換器6内に供給するように、第1および最終の圧縮冷却サイクルを使用して混合冷媒を圧縮および冷却する。混合冷媒は第1および最終の圧縮冷却サイクル間で冷却および平衡化され、その結果、予備冷却液体流が生成され、熱交換器内で過冷却される。次に、流れは、膨張し、予備冷却の冷却流として熱交換器を通過する。気体流は、1次冷却流および予備冷却の冷却流と向流熱交換しながら、熱交換器を通過し、その結果、気体が冷却される。
【選択図】図3

Description

[0001]本発明は、概略的には、気体を冷却または液化するプロセスおよびシステムに関
し、より具体的には、気体を冷却または液化する改良型混合冷媒システムおよび方法に関
する。
[0002]主としてメタンである天然ガスおよび他の気体は、貯蔵および輸送用の圧力のも
とで液化される。液化に起因する体積の減少により、より実用的で経済的な構造の容器を
使用することができる。液化は通常、1つまたは複数の冷凍サイクルによる間接的な熱交
換を通して気体を冷却することにより達成される。そうした冷凍サイクルは、必要な装置
の複雑性、および冷媒の必要な性能効率により、装置コストおよび運転のどちらにおいて
も高額になる。したがって、冷却効率が改善され、運転コストが低減され、複雑性が低減
された、気体冷却および液化システムが必要である。
[0003]天然ガスの液化は、天然ガス流を約−160℃〜−170℃まで冷却し、次に圧
力をほぼ周囲圧力まで低減する必要がある。図1は、圧力6メガパスカル(60bar)
のメタン、圧力3.5メガパスカル(35bar)のメタン、および圧力3.5メガパス
カル(35bar)のメタンとエタンとの混合物に関する、典型的な温度−エンタルピ曲
線を示す。S字曲線に3つの領域がある。約−75℃より上で気体は過熱度が低減し、約
−90℃未満で液体は過冷却される。その間の比較的平坦な領域は、気体が凝縮して液体
になる場所である。6メガパスカル(60bar)曲線は、臨界圧力を超えるので、1相
のみが存在するが、その比熱は臨界温度近くで大きくなり、冷却曲線は、より低圧の曲線
と同様になる。5%エタンを含む曲線は、露点および泡立点の値を丸める、不純物の影響
を示す。
[0004]冷却プロセスは、天然ガスを液化するために冷却する必要があり、最も効率的な
プロセスは、その範囲全体を通して、数度内で図1の冷却曲線に近づく加熱曲線を有する
。しかし、冷却曲線のS字形状および広い温度範囲のために、そうした冷却プロセスは、
設計するのが難しい。純粋成分冷媒プロセスは、その平坦な気化曲線のために、2相領域
で最も良く機能するが、多成分冷媒プロセスは、その傾斜した気化曲線のために、過熱度
低減および過冷却領域により適している。両タイプのプロセスおよび両者の組合せは、天
然ガスを液化するために開発された。
[0005]カスケード型の多レベル純粋成分サイクルは、当初は、プロピレン、エチレン、
メタン、および窒素などの冷媒と共に使用された。そうしたサイクルは、十分なレベルが
あれば、図1に示す冷却曲線と近似する正味加熱曲線を生成することができる。しかし、
レベル数が増加するとき、追加の圧縮機系統が必要になるので、機械的な複雑性は極めて
大きくなる。そうしたプロセスは、純粋成分冷媒が天然ガス冷却曲線に従わず一定の温度
で気化し、冷却弁が不可逆的に液体をフラッシュさせて気体にするので、熱力学的に非効
率でもある。これらの理由から、改良プロセスは、資本コストを低減し、エネルギー消費
を低減し、運転性を改善するように求められた。
[0006]Manleyへの米国特許第5,746,066号は、カスケード型多レベル純
粋成分プロセスの熱力学的な非効率性を解消する、エチレン回収のために同様の冷却要求
に対して適用される、カスケード型の多レベル混合冷媒プロセスを説明する。これは、冷
媒が気体冷却曲線に従って温度上昇中に気化し、液化冷媒がフラッシュする前に過冷却さ
れ、したがって熱力学的な不可逆性を低減するためである。それに加えて、純粋冷媒プロ
セスに必要な3つまたは4つの異なる冷媒サイクルの代わりに、2つの異なる冷媒サイク
ルのみが必要なので、機械的な複雑性が多少小さい。Newtonへの米国特許第4,5
25,185号、Liuらへの米国特許第4,545,795号、Paradowski
らへの米国特許第4,689,063号、およびFischerらへの米国特許第6,0
41,619号はすべて、Stoneらへの米国特許出願公開第2007/022718
5号およびHulseyらへの米国特許出願公開第2007/0283718号と同様に
、天然ガス液化に適用される本テーマの変形形態を示す。
[0007]カスケード型の多レベル混合冷媒プロセスは、知られているように最も効率的で
あるが、より容易に運転することができる、より簡単な効率的プロセスが、大部分のプラ
ントには望ましい。
[0008]Swensonへの米国特許第4,033,735号は、冷却プロセス用に1つ
の圧縮機のみを必要とし、さらに機械的な複雑性を低減する、単一の混合冷媒プロセスを
説明する。しかし、主として2つの理由から、このプロセスは、上述したカスケード型の
多レベル混合冷媒プロセスよりも多少多くの電力を消費する。
[0009]第1に、図1に示す典型的な天然ガス冷却曲線にほぼ従う正味加熱曲線を生成す
る単一の混合冷媒組成を見つけることが、不可能ではないにしても、難しい。そうした冷
媒は、比較的高い沸点成分および比較的低い沸点成分の範囲から構成しなければならず、
それらの沸点は、相平衡により熱力学的に拘束される。それに加えて、より高い沸点成分
は、最も低い温度で凍結してはならないので、制限される。これらの理由から、比較的大
きい温度差が、冷却プロセスのいくつかの点で必然的に起こる。図2は、Swenson
への‘735特許のプロセスに関する、典型的な混合物加熱曲線および冷却曲線を示す。
[0010]第2に、単一の混合冷媒プロセスでは、より高い沸点成分のみがプロセスの冷却
部分のより高温側で冷却を実現するとしても、冷媒のすべての成分は、最も低い温度レベ
ルまで導かれる。これは、より低い温度で「不活性」であるこれらの成分を冷却し、再加
熱するためのエネルギーを必要とする。これは、カスケード型の多レベル純粋成分冷却プ
ロセスまたはカスケード型の多レベル混合冷媒プロセスには当てはまらない。
[0011]この第2の非効率性を軽減し、第1の問題にも対処するために、単一の混合冷媒
からより重い画分を分離し、より高い冷却温度レベルでより重い画分を使用し、次に後続
の圧縮中にそれをより軽い画分と再結合させる、多くの解決策が開発された。Podbi
elniakへの米国特許第2,041,725号は、これを行う1つの方法を説明し、
周囲温度未満のいくつかの相分離段を組み込む。Perretへの米国特許第3,364
,685号、Sarstenへの米国特許第4,057,972号、Garrierらへ
の米国特許第4,274,849号、Fanらへの米国特許第4,901,533号、U
enoらへの米国特許第5,644,931号、Uenoらへの米国特許第5,813,
250号、Armanらへの米国特許第6,065,305号、Robertsらへの米
国特許第6,347,531号、およびSchmidtへの米国特許出願公開第2009
/0205366号も、このテーマの変形形態を示す。それらは、丁寧に設計されれば、
非平衡状態での流れの再結合が熱力学的に非効率であっても、エネルギー効率を改善する
ことができる。これは、軽い画分および重い画分が高圧で分離され、次に低圧で再結合し
、その結果、それらを単一の圧縮機内で共に圧縮することができるためである。流れが平
衡状態で分離され、別々に処理され、次に非平衡状態で再結合するときは常に、最終的に
電力消費を増加させる熱力学的損失が生じる。したがって、そうした分離数を最小化すべ
きである。これらのプロセスのすべては、より重い画分をより軽い画分から分離するため
に、冷却プロセスの様々な場所で、簡単な気体/液体平衡状態を使用する。
[0012]しかし、簡単な1段気体/液体平衡分離法は、還流を含む複数の平衡段を使用し
て達成することができるものほどは画分を濃縮しない。より大きい濃度は、特定の温度範
囲にわたって冷却を実現する組成物を単離する際の精度をより高くする。このことは、図
1のS字冷却曲線に従う処理能力を向上させる。Gauthierへの米国特許第4,5
86,942号およびStockmannらへの米国特許第6,334,334号は、上
述の周囲の圧縮機系統内で分画を使用し、さらに異なる温度範囲で冷却に使用する単離さ
れた画分を濃縮し、したがって、プロセスの熱力学的効率全体を改善する方法を説明する
。画分を濃縮し、それらの気化温度範囲を低減する第2の理由は、画分がプロセスの冷却
部分を出るとき、画分が完全に気化されるのを確実にするためである。これは、冷媒の潜
熱を十分に利用し、液体の下流圧縮機への飛散を妨げる。これと同じ理由から、重い画分
の液体は、通常、プロセスの一部として冷媒のより軽い画分中に再注入される。重い画分
の分画は、再注入時のフラッシュを低減し、2相流体の機械的分配を改善する。
[0013]Stoneらへの米国特許出願公開第2007/0227185号に示されるよ
うに、プロセスの冷却部分から部分的に気化した冷却流を除去することが知られている。
Stoneらは、機械的理由(熱力学的なものではない)より、また2つの別個の混合冷
媒を必要とするカスケード型の多レベル混合冷媒プロセスに関しては、これを行う。それ
に加えて、部分的に気化した冷却流は、圧縮直前に先に分離したその気体画分との再結合
時に完全に気化される。
[0014]圧力3.5メガパスカル(35bar)および6メガパスカル(60bar)のメタン、ならびに圧力3.5メガパスカル(35bar)のメタンとエタンとの混合物に関する、温度−エンタルピ曲線のグラフである。 [0015]先行技術のプロセスおよびシステムに関する混合物加熱曲線および冷却曲線のグラフである。 [0016]本発明のプロセスおよびシステムの一実施形態を示す、プロセスフロー概略図である。 [0017]図3のプロセスおよびシステムに関する混合物加熱曲線および冷却曲線のグラフである。 [0018]本発明のプロセスおよびシステムの第2の実施形態を示す、プロセスフロー概略図である。 [0019]本発明のプロセスおよびシステムの第3の実施形態を示す、プロセスフロー概略図である。 [0020]本発明のプロセスおよびシステムの第4の実施形態を示す、プロセスフロー概略図である。 [0021]図2および4の混合物加熱曲線および冷却曲線の高温側部分の拡大図を提供するグラフである。
[0022]本発明によれば、以下により詳細に説明するように、重い画分の簡単な平衡分離
は、重い画分がプロセスの1次熱交換器を出るときに完全には気化されない場合、混合冷
媒プロセス効率を大幅に改善するには十分である。これは、圧縮機吸引時に多少の液化冷
媒が存在し、それを事前に分離し、より高い圧力まで吸引しなければならないことを意味
する。液化冷媒が冷媒の気化した、より軽い画分と混合されるとき、圧縮機吸引気体は、
大幅に冷却され、必要な圧縮機電力が、さらに低減される。中間段の重い画分の平衡分離
も、第2またはより高い段の(1つまたは複数の)圧縮機の負荷を低減し、その結果、プ
ロセス効率が改善する。冷媒の重い成分は、さらにプロセスの低温側から追い出され、冷
媒凍結の可能性を低減する。
[0023]さらに、独立した予備冷却の冷却ループで重い画分を使用すると、その結果、熱
交換器の高温側で加熱/冷却曲線がほぼ閉じて、より効率的な冷却の使用をもたらす。こ
れは、図2からの曲線(開いた曲線)および図4からの曲線(閉じた曲線)が+40℃〜
−40℃に限定された温度範囲で同じ軸にプロットされる、図8に最も良く示されている
[0024]本発明のシステムおよび方法の一実施形態を示す、プロセスフロー概略図を図3
に提供する。ここで図3を参照して、一実施形態の運転を説明する。
[0025]図3に示すように、本システムは、高温側7および低温側8を含む、6で全体を
示す複数流熱交換器を含む。熱交換器は、熱交換器内の冷却流との熱交換による熱の除去
を介して冷却流路5内で液化される高圧天然ガス供給流9を受け取る。その結果、液化天
然ガス生成物の流れ10が形成される。熱交換器の複数流構造により、単一の交換器への
いくつかの流れの便利でエネルギー効率の良い統合が可能になる。適当な熱交換器は、C
hart Energy & Chemicals,Inc.of The Woodl
ands、Texasから購入することができる。Chart Energy & Ch
emicals,Inc.から入手可能であるプレート・フィン複数流熱交換器は、物理
的に小型である利点をさらに提供する。
[0026]熱交換器6を含む、図3のシステムは、先行技術において知られている、13に
破線で示すように、他の気体プロセス追加機能を行うように構成することができる。これ
らのプロセス追加機能は、気体流に1つまたは複数の回数、熱交換器を出て、再び熱交換
器に入るように要求し、例えば、天然ガス液体回収または窒素除去を含むことができる。
さらに、本発明のシステムおよび方法を天然ガスの液化に関して以下に説明するが、それ
らは、限定されないが、空気または窒素を含む、天然ガス以外の気体の冷却、液化、およ
び/またはプロセスに使用することができる。
[0027]単一の混合冷媒、および図3に示すシステムの残りの部分を使用して、熱交換器
内で熱除去が達成される。以下に説明するように、システムの冷却部分の流れの冷媒組成
、状態、および流量を表1に示す。
[0028]図3の右上部を参照すれば、第1段圧縮機11は、低圧気化冷媒流12を受け取
り、それを中間圧力まで圧縮する。次に、流れ14は、第1段後部冷却器16に進み、冷
却される。後部冷却器16は、例えば熱交換器とすることができる。得られた中間圧力混
合相冷媒流18は、中間段ドラム22に進む。中間段ドラム22を図示する一方で、限定
されないが、別のタイプの容器、サイクロン分離機、蒸留ユニット、コアレス分離機、ま
たはメッシュもしくはベーンタイプのミスト除去器を含む、別の分離装置を使用すること
ができる。中間段ドラム22も、以下により詳細に説明するように、ポンプ26により供
給される中間圧力液化冷媒流24を受け取る。別の実施形態では、代わりに、流れ24は
、後部冷却器16の上流で流れ14と結合し、後部冷却器16の下流で流れ18と結合す
ることができる。
[0029]流れ18および24は、ドラム22の気体出口を出る、分離された中間圧力気体
流28およびドラムの液体出口を出る中間圧力液体流32をもたらす、中間段ドラム22
内で結合および平衡化される。高温で重い画分である中間圧力液体流32は、ドラム22
の液体側を出て、熱交換器6の予備冷却液体流路33に入り、さらに熱交換器を通過しな
がら、以下に説明する様々な冷却流との熱交換により過冷却される。得られた流れ34は
、熱交換器を出て、膨張弁36によりフラッシュされる。膨張弁36の代わりに、限定さ
れないが、タービンまたはオリフィスを含む、別のタイプの膨張装置を使用することがで
きる。得られた流れ38は、熱交換器6に再び入り、予備冷却の冷却流路39を介して、
さらに冷却する。流れ42は、著しい液体画分との2相混合物として熱交換器の高温側7
を出る。
[0030]中間圧力気体流28は、ドラム22の気体出口から第2または最終段の圧縮機4
4に進み、高圧まで圧縮される。流れ46は、圧縮機44を出て、第2または最終段の後
部冷却器48を通過し、冷却される。得られた流れ52は、気相および液相のどちらも含
み、これらの相は、アキュムレータドラム54内で分離される。アキュムレータドラム5
4を図示する一方で、限定されないが、別のタイプの容器、サイクロン分離機、蒸留ユニ
ット、コアレス分離機、またはメッシュもしくはベーンタイプのミスト除去器を含む、別
の分離装置を使用することができる。高圧気化冷媒流56は、ドラム54の気体出口を出
て、熱交換器6の高温側に進む。高圧液化冷媒流58は、ドラム54の液体出口を出て、
さらに熱交換器6の高温側に進む。第1段圧縮機11および第1段後部冷却器16は、第
1の圧縮冷却サイクルを構成するが、最終段圧縮機44および最終段後部冷却器48は、
最終の圧縮冷却サイクルを構成することに留意されたい。しかし、代わりに、各冷却サイ
クル段は、複数の圧縮機および/または後部冷却器を含むことができることにも留意され
たい。
[0031]高温高圧気化冷媒流56は、熱交換器6の高圧気体流路59を通過するとき、冷
却され、凝縮され、過冷却される。その結果、流れ62は、熱交換器6の低温側を出る。
流れ62は、膨張弁64によりフラッシュされ、流れ66として熱交換器に再び入り、1
次冷却流路65を通過しながら、流れ67として冷却する。膨張弁64の代わりに、限定
されないが、タービンまたはオリフィスを含む、別のタイプの膨張装置を使用することが
できる。
[0032]高温高圧液化冷媒流58は、熱交換器6に入り、高圧液体流路69内で過冷却さ
れる。得られた流れ68は、熱交換器を出て、膨張弁72によりフラッシュされる。膨張
弁72の代わりに、限定されないが、タービンまたはオリフィスを含む、別のタイプの膨
張装置を使用することができる。得られた流れ74は、熱交換器6に再び入り、1次冷却
流路65内で流れ67と合流および結合し、流れ76としてさらに冷却し、過熱気体流7
8として熱交換器6の高温側を出る。
[0033]過熱気体流78、および上述のように著しい液体画分との2相混合物である流れ
42は、それぞれ、気体入口および混合相入口を通して低圧吸引ドラム82に入り、低圧
吸引ドラム内で結合および平衡化される。吸引ドラム82を図示する一方で、限定されな
いが、別のタイプの容器、サイクロン分離機、蒸留ユニット、コアレス分離機、またはメ
ッシュもしくはベーンタイプのミスト除去器を含む、別の分離装置を使用することができ
る。その結果、低圧気化冷媒流12は、ドラム82の気体出口を出る。上述のように、流
れ12は、第1段圧縮機11の入口に進む。吸引ドラム82内で混合相流42を、大幅に
異なる組成の気体を含む流れ78と混合することにより、圧縮機11の吸引入口で、部分
的なフラッシュ冷却効果をもたらすが、フラッシュ冷却効果は、圧縮機に進む気体流の温
度、したがって圧縮機自体の温度を低下させ、その結果、圧縮機を運転するのに必要な電
力を低減する。
[0034]混合フラッシュ冷却効果により温度がさらに低下した低圧液化冷媒流84は、ド
ラム82の液体出口を出て、ポンプ26により中間圧力まで吸引される。上述のように、
ポンプからの出口流24は、中間段ドラム22に進む。
[0035]その結果、本発明によれば、流れ32、34、38、および42を含む予備冷却
の冷媒ループは、熱交換器6の高温側に入り、著しい液体画分と共に出る。部分的に液体
の流れ42は、吸引ドラム82内での平衡化および分離、得られた気体の圧縮機11内で
の圧縮、ならびに得られた液体のポンプ26による吸引のために、流れ78からの使用済
冷媒気体と結合される。吸引ドラム82内の平衡状態は、熱および質量の両方の輸送によ
り、圧縮機11に入る流れの温度を低減し、したがって、圧縮機による電力使用量を低減
する。
[0036]図3のプロセスに関する混合物加熱曲線および冷却曲線を図4に示す。最適化さ
れた単一の混合冷媒プロセスに関する、図2の曲線との比較により、Swensonへの
米国特許第4,033,735号に説明されたものと同様に、混合物加熱曲線および冷却
曲線は互いに近づき、したがって、圧縮機電力を約5%だけ低減することが示される。こ
れは、プラントの資本コストを低減するのを助け、エネルギー消費を関連の環境排出量と
共に低減する。これらの利点は、小型から中型サイズの液化天然ガスプラントに1年につ
き数百万ドルの節約をもたらすことができる。
[0037]図4は、図3のシステムおよび方法により、冷却曲線の熱交換器高温側でほぼ閉
じることも示す(図8も参照)。これは、中間圧力の重い画分液体が冷媒の残りよりも高
い温度で沸騰し、したがって、高温側熱交換器冷却に極めて適しているためである。熱交
換器内のより軽い画分冷媒とは別に中間圧力の重い画分液体を沸騰させることにより、さ
らに高い沸点を実現し、その結果、さらに「閉じた」(したがって、より効率的な)高温
側の曲線になる。さらに、熱交換器の低温側から重い画分を追い出すことは、凍結の発生
を防ぐのを助ける。
[0038]上述の実施形態は、超臨界圧力における、代表となる天然ガス供給に関するもの
であることに留意されたい。最適な冷媒組成および運転条件は、様々な圧力で、より純粋
でない他の天然ガスを液化するとき、変化する。しかし、プロセスの利点は、その熱力学
的効率のために残る。
[0039]本発明のシステムおよび方法の第2の実施形態を示す、プロセスフロー概略図を
図5に提供する。図5の実施形態では、過熱気体流78および2相混合流42は、図3の
吸引ドラム82の代わりに、102で示す混合装置内で結合される。混合装置102は、
例えば、静止混合器、流れ78および42が流れる単一のパイプ部分、熱交換器6の充填
物または管寄せとすることができる。結合および混合した流れ78および42は、混合装
置102を出た後、流れ106として低圧吸引ドラム104の単一の入口に進む。吸引ド
ラム104を図示する一方で、限定されないが、別のタイプの容器、サイクロン分離機、
蒸留ユニット、コアレス分離機、またはメッシュもしくはベーンタイプのミスト除去器を
含む、別の分離装置を使用することができる。流れ106が吸引ドラム104に入るとき
、気相および液相は分離され、その結果、図3の実施形態で上述したように、低圧液化冷
媒流84は、ドラム104の液体出口を出るが、低圧気体流12は、ドラム104の気体
出口を出る。図5の実施形態の残りの部分は、図3の実施形態で上述した同じ要素および
運転を含むが、表1のデータは異なる可能性がある。
[0040]本発明のシステムおよび方法の第3の実施形態を示す、プロセスフロー概略図を
図6に提供する。図6の実施形態では、熱交換器6からの2相混合流42が、ドラム12
0に帰還するように進む。得られた気相は、帰還気体流122として低圧吸引ドラム12
4の第1の気体入口に進む。熱交換器6からの過熱気体流78は、低圧吸引ドラム124
の第2の気体入口に進む。結合した流れ126は、吸引ドラム124の気体出口を出る。
ドラム120および124は、代わりに、組み合わせて、帰還分離機ドラムおよび吸引ド
ラムの機能を行う単一のドラムまたは容器にすることができる。さらに、ドラム120お
よび124は、限定されないが、別のタイプの容器、サイクロン分離機、蒸留ユニット、
コアレス分離機、またはメッシュもしくはベーンタイプのミスト除去器を含む、別のタイ
プの分離装置に置き換えることができる。
[0041]第1段圧縮機131は、低圧気化冷媒流126を受け取り、それを中間圧力まで
圧縮する。次に、圧縮流132は、第1段後部冷却器134に進み、冷却される。その間
、帰還分離機ドラム120の液体出口からの液体が、帰還液体流136としてポンプ13
8に進み、得られた流れ142は、次に、第1段後部冷却器134の上流で流れ132と
合流する。
[0042]第1段後部冷却器134を出る中間圧力混合相冷媒流144は、中間段ドラム1
46に進む。中間段ドラム146を図示する一方で、限定されないが、別のタイプの容器
、サイクロン分離機、蒸留ユニット、コアレス分離機、またはメッシュもしくはベーンタ
イプのミスト除去器を含む、別の分離装置を使用することができる。分離された中間圧力
気体流28は、中間段ドラム146の気体出口を出るが、中間圧力液体流32は、ドラム
の液体出口を出る。図3の実施形態で上述したように、中間圧力気体流28は、第2段圧
縮機44に進むが、高温で重い画分である中間圧力液体流32は、熱交換器6に進む。図
6の実施形態の残りの部分は、図3の実施形態で上述した同じ要素および運転を含むが、
表1のデータは異なる可能性がある。図6の実施形態は、ドラム124で全く冷却せず、
したがって、第1段圧縮機吸引流126を冷却しない。しかし、効率を改善することに関
して、冷却された圧縮機吸引流は、圧縮機吸引部への低減した気体モル流量に置き換えら
れる。圧縮機吸引部への低減した気体流は、図3の実施形態の冷却された圧縮機吸引流に
よりもたらされる低減量とほぼ等価の圧縮機電力需要量の低減をもたらす。図3の実施形
態のポンプ26と比べて、ポンプ138の電力需要量に関連する増加が生じるが、ポンプ
電力増加量は、圧縮機電力の節約量と比べて極めて小さい(ほぼ1/100)。
[0043]図7に示す、本発明のシステムおよび方法の第4の実施形態では、図3のシステ
ムは、適宜、202、204、および/または206で示す、1つまたは複数の予備冷却
システムを設けられる。当然、図5もしくは6の実施形態、または本発明のシステムの他
の任意の実施形態は、図7の予備冷却システムを設けることができる。予備冷却システム
202は、熱交換器6の前に天然ガス流9を予備冷却するためにある。予備冷却システム
204は、混合相流18が第1段後部冷却器16から中間段ドラム22に進むとき、混合
相流18を中間段で予備冷却するためにある。予備冷却システム206は、混合相流52
が第2段後部冷却器48からアキュムレータドラム54に進むとき、混合相流52を予備
冷却放出するためにある。図7の実施形態の残りの部分は、図3の実施形態で上述した同
じ要素および運転を含むが、表1のデータは異なる可能性がある。
[0044]予備冷却システム202、204、または206のそれぞれは、運転のために熱
交換器6に組み込み、もしくは熱交換器6に依存することができ、または、例えば第2の
複数流熱交換器とすることができる冷却装置を含むことができる。それに加えて、予備冷
却システム202、204、および/または206の2つまたは3つすべては、単一の複
数流熱交換器に組み込むことができる。当技術分野で知られている、どんな予備冷却シス
テムも使用することができるが、図7の予備冷却システムはそれぞれ、プロパンなどの単
一成分冷媒、または予備冷却システム冷媒としての第2の混合冷媒を使用する冷却装置を
含むのが好ましい。より具体的には、単一の圧力または複数の圧力で気化する予備冷却の
冷媒を有する、よく知られているプロパンC3−MR予備冷却プロセスまたは2相混合冷
媒プロセスを使用することができる。他の適当な単一成分冷媒の例は、限定されないが、
N−ブタン、イソブタン、プロピレン、エタン、エチレン、アンモニア、フロン、または
水を含む。
[0045]図7のシステム(または他の任意のシステムの実施形態)は、予備冷却システム
202を設けられるのに加えて、液化システムまたは第2の混合冷媒システムなどの下流
プロセス用予備冷却システムとして機能することができる。熱交換器の冷却流路内で冷却
される気体は、第2の混合冷媒または単一成分混合冷媒とすることもできる。
[0046]本発明の好ましい実施形態を示し、それを説明してきたが、本発明の技術的思想
から逸脱することなく、その中で変更および修正を行うことができ、その範囲は、添付の
特許請求の範囲により規定されることが当業者には明らかであろう。
Figure 2016001102
本願発明の実施形態は、例えば以下の通りである。
[実施形態1]
a)高温側および低温側を含む熱交換器であって、前記高温側は、前記気体の供給を受け取るように構成される供給気体入口を有し、前記低温側は、生成物が前記熱交換器を出る生成物出口を有しており、前記供給気体入口および前記生成物出口と連通する冷却流路、予備冷却液体流路、予備冷却の冷却流路、高圧流路、および1次冷却流路をさらに含む、前記熱交換器と、
b)気体出口を有する吸引分離装置と、
c)前記吸引分離装置の前記気体出口および出口と流体連通する吸引入口を有する第1段圧縮機と、
d)前記第1段圧縮機の前記出口および出口と流体連通する入口を有する第1段後部冷却器と、
e)前記第1段後部冷却器の前記出口と流体連通する入口を有し、前記熱交換器の前記高圧流路と流体連通する気体出口、および前記熱交換器の前記予備冷却液体流路と流体連通する液体出口を有する中間段分離装置と、
f)前記熱交換器の前記予備冷却液体流路と流体連通する入口、および前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と連通する出口を有する第1の膨張装置と、
g)前記熱交換器の前記高圧流路と流体連通する入口、および前記熱交換器の前記1次冷却流路と連通する出口を有する第2の膨張装置と、
h)混合相流を生成するように構成される前記予備冷却の冷却流路、および気体流を生成するように構成される前記1次冷却流路と、
i)前記気体流を受け取るために前記熱交換器の前記1次冷却流路の出口とさらに流体連通する前記吸引分離装置とを含む、混合冷媒により気体を冷却するシステム。
[実施形態2]
前記予備冷却の冷却流路は、前記低温側ではなく、前記熱交換器の前記高温側を通過し、前記1次冷却流路は、前記熱交換器の前記高温側および低温側を通過し、前記中間段分離装置は、前記冷媒の重い画分を含む液体流を生成するように構成され、その結果、前記気体の冷却曲線の高温側、および前記冷媒の冷却曲線の高温側は、混合相流を生成する前記予備冷却の冷却流路、および気体流を生成する前記1次冷却流路により互いに近づく、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態3]
前記吸引分離装置は、前記熱交換器の前記1次冷却流路と連通する気体入口、および前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と連通する混合相入口を含み、その結果、前記1次冷却流路からの前記気体流、および前記予備冷却の冷却流路からの前記混合相流は、前記吸引分離装置内で結合および平衡化され、前記第1段圧縮機の電力消費を低減するために、前記第1段圧縮機の前記吸引入口に冷却気体流を供給する、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態4] 前記冷却気体流は、熱伝達および質量伝達によりもたらされる、実施形態3に記載のシステム。
[実施形態5]
前記吸引分離装置は、液体出口を含んでおり、前記吸引分離装置の前記液体出口と連通する入口、および前記中間段分離装置と流体連通する出口を有するポンプをさらに含む、実施形態3に記載のシステム。
[実施形態6]
前記冷却流路、前記高圧流路、および前記1次冷却流路は、前記熱交換器の前記高温側および低温側を通過する、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態7]
前記予備冷却液体流路および前記予備冷却の冷却流路は、前記熱交換器の前記低温側ではなく、前記熱交換器の前記高温側を通過する、実施形態6に記載のシステム。
[実施形態8]
前記予備冷却液体流路および前記予備冷却の冷却流路は、前記熱交換器の前記低温側ではなく、前記熱交換器の前記高温側を通過する、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態9]
前記気体は、天然ガスである、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態10]
前記生成物は、液化天然ガスである、実施形態9に記載のシステム。
[実施形態11]
前記生成物は、液化ガスである、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態12]
前記気体の前記供給を受け取り、それを冷却し、前記冷却気体を前記熱交換器の前記気体供給入口に導くように構成される第1の予備冷却システムをさらに含む、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態13]
前記第1の予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として単一成分冷媒を使用する、実施形態12に記載のシステム。
[実施形態14]
前記単一成分冷媒は、プロパンである、実施形態13に記載のシステム。
[実施形態15]
前記第1の予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として第2の混合冷媒を使用する、実施形態12に記載のシステム。
[実施形態16]
前記第1段圧縮機の前記出口と前記中間段分離装置の前記入口との間の回路内の第2の予備冷却システムをさらに含む、実施形態12に記載のシステム。
[実施形態17]
前記第1および第2の予備冷却システムは、単一の予備冷却システム内に含まれる、実施形態16に記載のシステム。
[実施形態18]
前記第1段圧縮機の前記出口と前記中間段分離装置の前記入口との間の回路内の予備冷却システムをさらに含む、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態19]
前記予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として単一成分冷媒を使用する、実施形態18に記載のシステム。
[実施形態20]
前記単一成分冷媒は、プロパンである、実施形態19に記載のシステム。
[実施形態21]
前記予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として第2の混合冷媒を使用する、実施形態18に記載のシステム。
[実施形態22]
前記吸引分離装置は、入口を含んでおり、前記熱交換器の前記1次冷却流路と流体連通する気体入口、および前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と連通する混合相入口を有する混合装置であって、その結果、前記1次冷却流路からの前記気体流、および前記予備冷却の冷却流路からの前記混合相流は、前記混合装置内で結合および混合されるが、前記吸引分離装置の前記入口と連通する出口をさらに有し、その結果、前記結合および混合した流れは、前記吸引分離装置に供給される、混合装置をさらに含む、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態23]
前記混合装置は、静止混合器を含む、実施形態22に記載のシステム。
[実施形態24]
前記混合装置は、パイプ部分を含む、実施形態22に記載のシステム。
[実施形態25]
前記混合装置は、前記熱交換器の管寄せを含む、実施形態22に記載のシステム。
[実施形態26]
前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と流体連通する入口、前記吸引分離装置と連通する気体出口、および前記中間段分離装置と連通する液体出口を有し、その結果、前記第1段圧縮機の前記吸引入口は、前記第1段圧縮機の電力需要量を低減するために、低減した気体モル流量を受け取る、帰還分離装置をさらに含む、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態27]
前記帰還分離装置の前記液体出口と前記中間段分離装置との間の回路内のポンプをさらに含む、実施形態26に記載のシステム。
[実施形態28]
前記帰還分離装置および中間段分離装置は、ドラムである、実施形態26に記載のシステ
ム。
[実施形態29]
前記帰還ドラムおよび中間段ドラムは、結合されて単一のドラムになる、実施形態28に記載のシステム。
[実施形態30]
前記吸引分離装置および中間段分離装置は、ドラムである、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態31]
前記第1および第2の膨張装置は、膨張弁である、実施形態1に記載のシステム。
[実施形態32]
a)高温側および低温側を含む熱交換器であって、前記高温側は、前記気体の供給を受け取るように構成される供給気体入口を有し、前記低温側は、生成物が前記熱交換器を出る生成物出口を有しており、前記供給気体入口と前記生成物出口との間に延びる冷却流路、予備冷却液体流路、予備冷却の冷却流路、高圧気体流路、高圧液体流路、および1次冷却流路をさらに含む、前記熱交換器と、
b)気体出口を有する吸引分離装置と、
c)前記吸引分離装置の前記気体出口および出口と流体連通する吸引入口を有する第1段圧縮機と、
d)前記第1段圧縮機の前記出口および出口と流体連通する入口を有する第1段後部冷却器と、
e)前記第1段後部冷却器の前記出口と流体連通する入口を有し、気体出口、および前記熱交換器の前記予備冷却液体流路と流体連通する液体出口をさらに有する中間段分離装置と、
f)前記熱交換器の前記予備冷却液体流路と流体連通する入口、および前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と連通する出口を有する第1の膨張装置と、
g)前記中間段分離装置の前記気体出口と流体連通する吸引入口、および出口を有する最終段圧縮機と、
h)前記最終段圧縮機の前記出口と流体連通する入口、および出口を有する最終段後部冷却器と、
i)前記最終段後部冷却器の前記出口と流体連通する入口、前記熱交換器の前記高圧気体流路と流体連通する気体出口、および前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通する液体出口を有するアキュムレータ分離装置と、
j)前記熱交換器の前記高圧気体流路と流体連通する入口、および前記熱交換器の前記1次冷却流路と流体連通する出口を有する第2の膨張装置と、
k)前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通する入口、および前記熱交換器の前記1次冷却流路と流体連通する出口を有する第3の膨張装置と、
l)混合相流を生成するように構成される前記予備冷却の冷却流路、および気体流を生成するように構成される前記1次冷却流路と、
m)前記気体流を受け取るために前記熱交換器の前記1次冷却流路とさらに流体連通する前記吸引分離装置とを含む、混合冷媒により気体を冷却するシステム。
[実施形態33]
前記予備冷却の冷却流路は、前記低温側ではなく、前記熱交換器の前記高温側を通過し、前記1次冷却流路は、前記熱交換器の前記高温側および低温側を通過し、前記中間段分離装置は、前記冷媒の重い画分を含む液体流を生成するように構成され、その結果、前記気体の冷却曲線の高温側、および前記冷媒の冷却曲線の高温側は、混合相流を生成する前記予備冷却の冷却流路、および気体流を生成する前記1次冷却流路により互いに近づく、実施形態32に記載のシステム
[実施形態34]
前記吸引分離装置は、前記熱交換器の前記1次冷却流路と連通する気体入口、および前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と連通する混合相入口を含み、その結果、前記1次冷却流路からの前記気体流、および前記予備冷却の冷却流路からの前記混合相流は、前記吸引分離装置内で結合および平衡化され、前記第1段圧縮機の電力消費を低減するために、前記第1段圧縮機の前記吸引入口に冷却気体流を供給する、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態35]
前記冷却気体流は、熱伝達および質量伝達によりもたらされる、実施形態34に記載のシステム。
[実施形態36]
前記吸引分離装置は、液体出口を含んでおり、前記吸引分離装置の前記液体出口と連通する入口、および前記中間段分離装置と流体連通する出口を有するポンプをさらに含む、実施形態34に記載のシステム。
[実施形態37]
前記冷却流路および1次冷却流路は、前記熱交換器の前記高温側および低温側を通過する、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態38]
前記予備冷却液体流路および前記予備冷却の冷却流路は、前記熱交換器の前記低温側ではなく、前記熱交換器の前記高温側を通過する、実施形態37に記載のシステム。
[実施形態39]
前記予備冷却液体流路および前記予備冷却の冷却流路は、前記熱交換器の前記低温側ではなく、前記熱交換器の前記高温側を通過する、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態40]
前記気体は、天然ガスである、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態41]
前記生成物は、液化天然ガスである、実施形態40に記載のシステム。
[実施形態42]
前記生成物は、液化ガスである、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態43]
前記気体の前記供給を受け取り、それを冷却し、前記冷却気体を前記熱交換器の前記気体供給入口に導くように構成される第1の予備冷却システムをさらに含む、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態44]
前記第1の予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として単一成分冷媒を使用する、実施形態43に記載のシステム。
[実施形態45]
前記単一成分冷媒は、プロパンである、実施形態44に記載のシステム。
[実施形態46]
前記第1の予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として第2の混合冷媒を使用する、実施形態43に記載のシステム。
[実施形態47]
前記第1段圧縮機の前記出口と前記中間段分離装置の前記入口との間の回路内の第2の予備冷却システム、および前記最終段後部冷却器の前記出口と前記アキュムレータ分離装置の前記入口との間の回路内の第3の予備冷却システムをさらに含む、実施形態43に記載のシステム。
[実施形態48]
前記第1、第2および第3の予備冷却システムは、単一の予備冷却システム内に含まれる、実施形態47に記載のシステム。
[実施形態49]
前記第1段圧縮機の前記出口と前記中間段分離装置の前記入口との間の回路内の予備冷却システムをさらに含む、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態50]
前記最終段後部冷却器の前記出口と前記アキュムレータ分離装置の前記入口との間の回路内の予備冷却システムをさらに含む、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態51]
前記吸引分離装置は、入口を含んでおり、前記熱交換器の前記1次冷却流路と流体連通する気体入口、および前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と連通する混合相入口を有する混合装置であって、その結果、前記1次冷却流路からの前記気体流、および前記予備冷却の冷却流路からの前記混合相流は、前記混合装置内で結合および混合されるが、前記吸引分離装置の前記入口と連通する出口をさらに有し、その結果、前記結合および混合した流れは、前記吸引分離装置に供給される、混合装置をさらに含む、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態52]
前記混合装置は、静止混合器を含む、実施形態51に記載のシステム。
[実施形態53]
前記混合装置は、パイプ部分を含む、実施形態51に記載のシステム。
[実施形態54]
前記混合装置は、前記熱交換器の管寄せを含む、実施形態51に記載のシステム。
[実施形態55]
前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と流体連通する入口、前記吸引分離装置と連通する気体出口、および前記中間段分離装置と連通する液体出口を有し、その結果、前記第1段圧縮機の前記吸引入口は、前記第1段圧縮機の電力需要量を低減するために、低減した気体モル流量を受け取る、帰還分離装置をさらに含む、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態56]
前記帰還分離装置の前記液体出口と前記中間段分離装置との間の回路内のポンプをさらに含む、実施形態55に記載のシステム。
[実施形態57]
前記帰還分離装置および中間段分離装置は、ドラムである、実施形態55に記載のシステム。
[実施形態58]
前記帰還ドラムおよび中間段ドラムは、結合されて単一のドラムになる、実施形態57に記載のシステム。
[実施形態59]
前記吸引分離装置、中間段分離装置、およびアキュムレータ分離装置は、ドラムである、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態60]
前記第1、第2、および第3の膨張装置は、膨張弁である、実施形態32に記載のシステム。
[実施形態61]
a)第1および最終の圧縮冷却サイクルを使用して、混合冷媒を圧縮および冷却するステップと、
b)高圧液体流および気体流が生成されるように、前記第1および最終の圧縮冷却サイクルの後、前記混合冷媒を平衡化および分離するステップと、
c)1次冷却流が前記熱交換器内に供給されるように、前記高圧液体流および気体流を冷却および膨張させるステップと、
d)予備冷却液体流が生成されるように、前記第1および最終の圧縮冷却サイクル間に前記混合冷媒を平衡化および分離するステップと、
e)前記予備冷却液体流が冷却されるように、前記1次冷却流と向流熱交換させながら、前記予備冷却液体流を前記熱交換器に通すステップと、
f)予備冷却の冷却流が生成されるように、前記冷却された予備冷却液体流を膨張させるステップと、
g)前記予備冷却の冷却流を前記熱交換器に通すステップと、
h)前記気体が冷却され、混合相流が前記予備冷却の冷却流から生成され、気体流が前記1次冷却流から生成されるように、前記1次冷却流および前記予備冷却の冷却流と向流熱交換させながら、前記気体流を前記熱交換器に通すステップとを含む、高温側および低温側を有する熱交換器内の気体を冷却する方法。
[実施形態62]
ステップh)は、2相流をもたらす、気体流および前記予備冷却の冷却流を供給する、前記1次冷却流をもたらし、
i)前記圧縮機の温度を低下させるために、第1の圧縮冷却サイクル圧縮機に低減した温度の気体流を供給するように、前記第1の圧縮冷却サイクルの前に前記気体流および前記2相流を混合するステップをさらに含む、実施形態61に記載の方法。
[実施形態63]
j)前記低減した温度の気体流および冷却された液体流が生成されるように、前記気体流および前記2相流を平衡化および分離するステップと、
k)前記最終の圧縮冷却サイクルの前に、前記冷却された液体流が前記混合冷媒と再結合するように、前記冷却された液体流を吸引するステップとをさらに含む、実施形態62に記載の方法。
[実施形態64]
i)帰還気体流および帰還液体流が生成されるように、前記混合相流を平衡化および分離するステップと、
j)結合流を生成し、前記第1の圧縮冷却サイクルに導くように、前記帰還気体流、および前記1次冷却流からの前記気体流を平衡化および分離するステップとをさらに含む、実施形態61に記載の方法。
[実施形態65]
前記最終の圧縮冷却サイクルの前に、前記帰還液体流が前記混合冷媒と再結合するように、前記帰還液体流を吸引するステップをさらに含む、実施形態64に記載の方法。
[実施形態66]
ステップc)は、前記高圧気体流および高圧液体流が冷却されるように、前記1次冷却流および前記予備冷却の冷却流と向流熱交換させながら、前記高圧気体流および高圧液体流を前記熱交換器に通すステップを含む、実施形態61に記載の方法。
[実施形態67]
前記気体は、天然ガスである、実施形態61に記載の方法。
[実施形態68]
前記圧縮冷却、ならびに前記第1および最終の圧縮冷却サイクルの一部は、圧縮機および熱交換器により達成される、実施形態61に記載の方法。
[実施形態69]
前記気体流および前記1次冷却流は、前記熱交換器の前記高温側および低温側のどちらも通過する、実施形態61に記載の方法。
[実施形態70]
前記予備冷却の冷却流は、前記熱交換器の前記高温側を通過するが、前記熱交換器の前記低温側を通過しない、実施形態69に記載の方法。
[実施形態71]
ステップc)およびf)の前記膨張は、膨張装置により達成される、実施形態61に記載の方法。
[実施形態72]
前記膨張装置は、膨張弁である、実施形態71に記載の方法。
[実施形態73]
前記気体は、ステップh)でさらに液化される、実施形態61に記載の方法。
[実施形態74]
前記予備冷却気体流を前記熱交換器に通す前に、前記気体を予備冷却するステップをさらに含む、実施形態61に記載の方法。
[実施形態75]
前記第1の圧縮冷却サイクルの後、前記混合冷媒を予備冷却するステップをさらに含む、実施形態61に記載の方法。
[実施形態76]
前記最終の圧縮冷却サイクルの後、前記混合冷媒を予備冷却するステップをさらに含む、実施形態61に記載の方法。
[実施形態77]
下流混合冷媒システム内でステップh)からの前記冷却気体をさらに冷却するステップをさらに含む、実施形態61に記載の方法。
[実施形態78]
下流混合冷媒システム内でステップh)からの前記冷却気体を液化するステップをさらに含む、実施形態61に記載の方法。
[実施形態79]
前記気体は、混合冷媒である、実施形態61に記載の方法。
[実施形態80]
前記気体は、単一成分冷媒である、実施形態61に記載の方法。
[0046]本発明の好ましい実施形態を示し、それを説明してきたが、本発明の技術的思想から逸脱することなく、その中で変更および修正を行うことができ、その範囲は、添付の特許請求の範囲により規定されることが当業者には明らかであろう。

Claims (80)

  1. a)高温側および低温側を含む熱交換器であって、前記高温側は、前記気体の供給を受
    け取るように構成される供給気体入口を有し、前記低温側は、生成物が前記熱交換器を出
    る生成物出口を有しており、前記供給気体入口および前記生成物出口と連通する冷却流路
    、予備冷却液体流路、予備冷却の冷却流路、高圧流路、および1次冷却流路をさらに含む
    、前記熱交換器と、
    b)気体出口を有する吸引分離装置と、
    c)前記吸引分離装置の前記気体出口および出口と流体連通する吸引入口を有する第1
    段圧縮機と、
    d)前記第1段圧縮機の前記出口および出口と流体連通する入口を有する第1段後部冷
    却器と、
    e)前記第1段後部冷却器の前記出口と流体連通する入口を有し、前記熱交換器の前記
    高圧流路と流体連通する気体出口、および前記熱交換器の前記予備冷却液体流路と流体連
    通する液体出口を有する中間段分離装置と、
    f)前記熱交換器の前記予備冷却液体流路と流体連通する入口、および前記熱交換器の
    前記予備冷却の冷却流路と連通する出口を有する第1の膨張装置と、
    g)前記熱交換器の前記高圧流路と流体連通する入口、および前記熱交換器の前記1次
    冷却流路と連通する出口を有する第2の膨張装置と、
    h)混合相流を生成するように構成される前記予備冷却の冷却流路、および気体流を生
    成するように構成される前記1次冷却流路と、
    i)前記気体流を受け取るために前記熱交換器の前記1次冷却流路の出口とさらに流体
    連通する前記吸引分離装置とを含む、混合冷媒により気体を冷却するシステム。
  2. 前記予備冷却の冷却流路は、前記低温側ではなく、前記熱交換器の前記高温側を通過し
    、前記1次冷却流路は、前記熱交換器の前記高温側および低温側を通過し、前記中間段分
    離装置は、前記冷媒の重い画分を含む液体流を生成するように構成され、その結果、前記
    気体の冷却曲線の高温側、および前記冷媒の冷却曲線の高温側は、混合相流を生成する前
    記予備冷却の冷却流路、および気体流を生成する前記1次冷却流路により互いに近づく、
    請求項1に記載のシステム。
  3. 前記吸引分離装置は、前記熱交換器の前記1次冷却流路と連通する気体入口、および前
    記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と連通する混合相入口を含み、その結果、前記1次
    冷却流路からの前記気体流、および前記予備冷却の冷却流路からの前記混合相流は、前記
    吸引分離装置内で結合および平衡化され、前記第1段圧縮機の電力消費を低減するために
    、前記第1段圧縮機の前記吸引入口に冷却気体流を供給する、請求項1に記載のシステム
  4. 前記冷却気体流は、熱伝達および質量伝達によりもたらされる、請求項3に記載のシス
    テム。
  5. 前記吸引分離装置は、液体出口を含んでおり、前記吸引分離装置の前記液体出口と連通
    する入口、および前記中間段分離装置と流体連通する出口を有するポンプをさらに含む、
    請求項3に記載のシステム。
  6. 前記冷却流路、前記高圧流路、および前記1次冷却流路は、前記熱交換器の前記高温側
    および低温側を通過する、請求項1に記載のシステム。
  7. 前記予備冷却液体流路および前記予備冷却の冷却流路は、前記熱交換器の前記低温側で
    はなく、前記熱交換器の前記高温側を通過する、請求項6に記載のシステム。
  8. 前記予備冷却液体流路および前記予備冷却の冷却流路は、前記熱交換器の前記低温側で
    はなく、前記熱交換器の前記高温側を通過する、請求項1に記載のシステム。
  9. 前記気体は、天然ガスである、請求項1に記載のシステム。
  10. 前記生成物は、液化天然ガスである、請求項9に記載のシステム。
  11. 前記生成物は、液化ガスである、請求項1に記載のシステム。
  12. 前記気体の前記供給を受け取り、それを冷却し、前記冷却気体を前記熱交換器の前記気
    体供給入口に導くように構成される第1の予備冷却システムをさらに含む、請求項1に記
    載のシステム。
  13. 前記第1の予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として単一成分冷媒を使用する
    、請求項12に記載のシステム。
  14. 前記単一成分冷媒は、プロパンである、請求項13に記載のシステム。
  15. 前記第1の予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として第2の混合冷媒を使用す
    る、請求項12に記載のシステム。
  16. 前記第1段圧縮機の前記出口と前記中間段分離装置の前記入口との間の回路内の第2の
    予備冷却システムをさらに含む、請求項12に記載のシステム。
  17. 前記第1および第2の予備冷却システムは、単一の予備冷却システム内に含まれる、請
    求項16に記載のシステム。
  18. 前記第1段圧縮機の前記出口と前記中間段分離装置の前記入口との間の回路内の予備冷
    却システムをさらに含む、請求項1に記載のシステム。
  19. 前記予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として単一成分冷媒を使用する、請求
    項18に記載のシステム。
  20. 前記単一成分冷媒は、プロパンである、請求項19に記載のシステム。
  21. 前記予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として第2の混合冷媒を使用する、請
    求項18に記載のシステム。
  22. 前記吸引分離装置は、入口を含んでおり、前記熱交換器の前記1次冷却流路と流体連通
    する気体入口、および前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と連通する混合相入口を有
    する混合装置であって、その結果、前記1次冷却流路からの前記気体流、および前記予備
    冷却の冷却流路からの前記混合相流は、前記混合装置内で結合および混合されるが、前記
    吸引分離装置の前記入口と連通する出口をさらに有し、その結果、前記結合および混合し
    た流れは、前記吸引分離装置に供給される、混合装置をさらに含む、請求項1に記載のシ
    ステム。
  23. 前記混合装置は、静止混合器を含む、請求項22に記載のシステム。
  24. 前記混合装置は、パイプ部分を含む、請求項22に記載のシステム。
  25. 前記混合装置は、前記熱交換器の管寄せを含む、請求項22に記載のシステム。
  26. 前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と流体連通する入口、前記吸引分離装置と連通
    する気体出口、および前記中間段分離装置と連通する液体出口を有し、その結果、前記第
    1段圧縮機の前記吸引入口は、前記第1段圧縮機の電力需要量を低減するために、低減し
    た気体モル流量を受け取る、帰還分離装置をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
  27. 前記帰還分離装置の前記液体出口と前記中間段分離装置との間の回路内のポンプをさら
    に含む、請求項26に記載のシステム。
  28. 前記帰還分離装置および中間段分離装置は、ドラムである、請求項26に記載のシステ
    ム。
  29. 前記帰還ドラムおよび中間段ドラムは、結合されて単一のドラムになる、請求項28に
    記載のシステム。
  30. 前記吸引分離装置および中間段分離装置は、ドラムである、請求項1に記載のシステム
  31. 前記第1および第2の膨張装置は、膨張弁である、請求項1に記載のシステム。
  32. a)高温側および低温側を含む熱交換器であって、前記高温側は、前記気体の供給を受
    け取るように構成される供給気体入口を有し、前記低温側は、生成物が前記熱交換器を出
    る生成物出口を有しており、前記供給気体入口と前記生成物出口との間に延びる冷却流路
    、予備冷却液体流路、予備冷却の冷却流路、高圧気体流路、高圧液体流路、および1次冷
    却流路をさらに含む、前記熱交換器と、
    b)気体出口を有する吸引分離装置と、
    c)前記吸引分離装置の前記気体出口および出口と流体連通する吸引入口を有する第1
    段圧縮機と、
    d)前記第1段圧縮機の前記出口および出口と流体連通する入口を有する第1段後部冷
    却器と、
    e)前記第1段後部冷却器の前記出口と流体連通する入口を有し、気体出口、および前
    記熱交換器の前記予備冷却液体流路と流体連通する液体出口をさらに有する中間段分離装
    置と、
    f)前記熱交換器の前記予備冷却液体流路と流体連通する入口、および前記熱交換器の
    前記予備冷却の冷却流路と連通する出口を有する第1の膨張装置と、
    g)前記中間段分離装置の前記気体出口と流体連通する吸引入口、および出口を有する
    最終段圧縮機と、
    h)前記最終段圧縮機の前記出口と流体連通する入口、および出口を有する最終段後部
    冷却器と、
    i)前記最終段後部冷却器の前記出口と流体連通する入口、前記熱交換器の前記高圧気
    体流路と流体連通する気体出口、および前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通する
    液体出口を有するアキュムレータ分離装置と、
    j)前記熱交換器の前記高圧気体流路と流体連通する入口、および前記熱交換器の前記
    1次冷却流路と流体連通する出口を有する第2の膨張装置と、
    k)前記熱交換器の前記高圧液体流路と流体連通する入口、および前記熱交換器の前記
    1次冷却流路と流体連通する出口を有する第3の膨張装置と、
    l)混合相流を生成するように構成される前記予備冷却の冷却流路、および気体流を生
    成するように構成される前記1次冷却流路と、
    m)前記気体流を受け取るために前記熱交換器の前記1次冷却流路とさらに流体連通す
    る前記吸引分離装置とを含む、混合冷媒により気体を冷却するシステム。
  33. 前記予備冷却の冷却流路は、前記低温側ではなく、前記熱交換器の前記高温側を通過し
    、前記1次冷却流路は、前記熱交換器の前記高温側および低温側を通過し、前記中間段分
    離装置は、前記冷媒の重い画分を含む液体流を生成するように構成され、その結果、前記
    気体の冷却曲線の高温側、および前記冷媒の冷却曲線の高温側は、混合相流を生成する前
    記予備冷却の冷却流路、および気体流を生成する前記1次冷却流路により互いに近づく、
    請求項32に記載のシステム
  34. 前記吸引分離装置は、前記熱交換器の前記1次冷却流路と連通する気体入口、および前
    記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と連通する混合相入口を含み、その結果、前記1次
    冷却流路からの前記気体流、および前記予備冷却の冷却流路からの前記混合相流は、前記
    吸引分離装置内で結合および平衡化され、前記第1段圧縮機の電力消費を低減するために
    、前記第1段圧縮機の前記吸引入口に冷却気体流を供給する、請求項32に記載のシステ
    ム。
  35. 前記冷却気体流は、熱伝達および質量伝達によりもたらされる、請求項34に記載のシ
    ステム。
  36. 前記吸引分離装置は、液体出口を含んでおり、前記吸引分離装置の前記液体出口と連通
    する入口、および前記中間段分離装置と流体連通する出口を有するポンプをさらに含む、
    請求項34に記載のシステム。
  37. 前記冷却流路および1次冷却流路は、前記熱交換器の前記高温側および低温側を通過す
    る、請求項32に記載のシステム。
  38. 前記予備冷却液体流路および前記予備冷却の冷却流路は、前記熱交換器の前記低温側で
    はなく、前記熱交換器の前記高温側を通過する、請求項37に記載のシステム。
  39. 前記予備冷却液体流路および前記予備冷却の冷却流路は、前記熱交換器の前記低温側で
    はなく、前記熱交換器の前記高温側を通過する、請求項32に記載のシステム。
  40. 前記気体は、天然ガスである、請求項32に記載のシステム。
  41. 前記生成物は、液化天然ガスである、請求項40に記載のシステム。
  42. 前記生成物は、液化ガスである、請求項32に記載のシステム。
  43. 前記気体の前記供給を受け取り、それを冷却し、前記冷却気体を前記熱交換器の前記気
    体供給入口に導くように構成される第1の予備冷却システムをさらに含む、請求項32に
    記載のシステム。
  44. 前記第1の予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として単一成分冷媒を使用する
    、請求項43に記載のシステム。
  45. 前記単一成分冷媒は、プロパンである、請求項44に記載のシステム。
  46. 前記第1の予備冷却システムは、予備冷却システム冷媒として第2の混合冷媒を使用す
    る、請求項43に記載のシステム。
  47. 前記第1段圧縮機の前記出口と前記中間段分離装置の前記入口との間の回路内の第2の
    予備冷却システム、および前記最終段後部冷却器の前記出口と前記アキュムレータ分離装
    置の前記入口との間の回路内の第3の予備冷却システムをさらに含む、請求項43に記載
    のシステム。
  48. 前記第1、第2および第3の予備冷却システムは、単一の予備冷却システム内に含まれ
    る、請求項47に記載のシステム。
  49. 前記第1段圧縮機の前記出口と前記中間段分離装置の前記入口との間の回路内の予備冷
    却システムをさらに含む、請求項32に記載のシステム。
  50. 前記最終段後部冷却器の前記出口と前記アキュムレータ分離装置の前記入口との間の回
    路内の予備冷却システムをさらに含む、請求項32に記載のシステム。
  51. 前記吸引分離装置は、入口を含んでおり、前記熱交換器の前記1次冷却流路と流体連通
    する気体入口、および前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と連通する混合相入口を有
    する混合装置であって、その結果、前記1次冷却流路からの前記気体流、および前記予備
    冷却の冷却流路からの前記混合相流は、前記混合装置内で結合および混合されるが、前記
    吸引分離装置の前記入口と連通する出口をさらに有し、その結果、前記結合および混合し
    た流れは、前記吸引分離装置に供給される、混合装置をさらに含む、請求項32に記載の
    システム。
  52. 前記混合装置は、静止混合器を含む、請求項51に記載のシステム。
  53. 前記混合装置は、パイプ部分を含む、請求項51に記載のシステム。
  54. 前記混合装置は、前記熱交換器の管寄せを含む、請求項51に記載のシステム。
  55. 前記熱交換器の前記予備冷却の冷却流路と流体連通する入口、前記吸引分離装置と連通
    する気体出口、および前記中間段分離装置と連通する液体出口を有し、その結果、前記第
    1段圧縮機の前記吸引入口は、前記第1段圧縮機の電力需要量を低減するために、低減し
    た気体モル流量を受け取る、帰還分離装置をさらに含む、請求項32に記載のシステム。
  56. 前記帰還分離装置の前記液体出口と前記中間段分離装置との間の回路内のポンプをさら
    に含む、請求項55に記載のシステム。
  57. 前記帰還分離装置および中間段分離装置は、ドラムである、請求項55に記載のシステ
    ム。
  58. 前記帰還ドラムおよび中間段ドラムは、結合されて単一のドラムになる、請求項57に
    記載のシステム。
  59. 前記吸引分離装置、中間段分離装置、およびアキュムレータ分離装置は、ドラムである
    、請求項32に記載のシステム。
  60. 前記第1、第2、および第3の膨張装置は、膨張弁である、請求項32に記載のシステ
    ム。
  61. a)第1および最終の圧縮冷却サイクルを使用して、混合冷媒を圧縮および冷却するス
    テップと、
    b)高圧液体流および気体流が生成されるように、前記第1および最終の圧縮冷却サイ
    クルの後、前記混合冷媒を平衡化および分離するステップと、
    c)1次冷却流が前記熱交換器内に供給されるように、前記高圧液体流および気体流を
    冷却および膨張させるステップと、
    d)予備冷却液体流が生成されるように、前記第1および最終の圧縮冷却サイクル間に
    前記混合冷媒を平衡化および分離するステップと、
    e)前記予備冷却液体流が冷却されるように、前記1次冷却流と向流熱交換させながら
    、前記予備冷却液体流を前記熱交換器に通すステップと、
    f)予備冷却の冷却流が生成されるように、前記冷却された予備冷却液体流を膨張させ
    るステップと、
    g)前記予備冷却の冷却流を前記熱交換器に通すステップと、
    h)前記気体が冷却され、混合相流が前記予備冷却の冷却流から生成され、気体流が前
    記1次冷却流から生成されるように、前記1次冷却流および前記予備冷却の冷却流と向流
    熱交換させながら、前記気体流を前記熱交換器に通すステップとを含む、高温側および低
    温側を有する熱交換器内の気体を冷却する方法。
  62. ステップh)は、2相流をもたらす、気体流および前記予備冷却の冷却流を供給する、
    前記1次冷却流をもたらし、
    i)前記圧縮機の温度を低下させるために、第1の圧縮冷却サイクル圧縮機に低減した
    温度の気体流を供給するように、前記第1の圧縮冷却サイクルの前に前記気体流および前
    記2相流を混合するステップをさらに含む、請求項61に記載の方法。
  63. j)前記低減した温度の気体流および冷却された液体流が生成されるように、前記気体
    流および前記2相流を平衡化および分離するステップと、
    k)前記最終の圧縮冷却サイクルの前に、前記冷却された液体流が前記混合冷媒と再結
    合するように、前記冷却された液体流を吸引するステップとをさらに含む、請求項62に
    記載の方法。
  64. i)帰還気体流および帰還液体流が生成されるように、前記混合相流を平衡化および分
    離するステップと、
    j)結合流を生成し、前記第1の圧縮冷却サイクルに導くように、前記帰還気体流、お
    よび前記1次冷却流からの前記気体流を平衡化および分離するステップとをさらに含む、
    請求項61に記載の方法。
  65. 前記最終の圧縮冷却サイクルの前に、前記帰還液体流が前記混合冷媒と再結合するよう
    に、前記帰還液体流を吸引するステップをさらに含む、請求項64に記載の方法。
  66. ステップc)は、前記高圧気体流および高圧液体流が冷却されるように、前記1次冷却
    流および前記予備冷却の冷却流と向流熱交換させながら、前記高圧気体流および高圧液体
    流を前記熱交換器に通すステップを含む、請求項61に記載の方法。
  67. 前記気体は、天然ガスである、請求項61に記載の方法。
  68. 前記圧縮冷却、ならびに前記第1および最終の圧縮冷却サイクルの一部は、圧縮機およ
    び熱交換器により達成される、請求項61に記載の方法。
  69. 前記気体流および前記1次冷却流は、前記熱交換器の前記高温側および低温側のどちら
    も通過する、請求項61に記載の方法。
  70. 前記予備冷却の冷却流は、前記熱交換器の前記高温側を通過するが、前記熱交換器の前
    記低温側を通過しない、請求項69に記載の方法。
  71. ステップc)およびf)の前記膨張は、膨張装置により達成される、請求項61に記載
    の方法。
  72. 前記膨張装置は、膨張弁である、請求項71に記載の方法。
  73. 前記気体は、ステップh)でさらに液化される、請求項61に記載の方法。
  74. 前記予備冷却気体流を前記熱交換器に通す前に、前記気体を予備冷却するステップをさ
    らに含む、請求項61に記載の方法。
  75. 前記第1の圧縮冷却サイクルの後、前記混合冷媒を予備冷却するステップをさらに含む
    、請求項61に記載の方法。
  76. 前記最終の圧縮冷却サイクルの後、前記混合冷媒を予備冷却するステップをさらに含む
    、請求項61に記載の方法。
  77. 下流混合冷媒システム内でステップh)からの前記冷却気体をさらに冷却するステップ
    をさらに含む、請求項61に記載の方法。
  78. 下流混合冷媒システム内でステップh)からの前記冷却気体を液化するステップをさら
    に含む、請求項61に記載の方法。
  79. 前記気体は、混合冷媒である、請求項61に記載の方法。
  80. 前記気体は、単一成分冷媒である、請求項61に記載の方法。
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