JP2023171261A - Ｃｏ２に富む流れの冷却のためのプロセス及び装置 - Google Patents

Ｃｏ２に富む流れの冷却のためのプロセス及び装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023171261A
JP2023171261A JP2023061808A JP2023061808A JP2023171261A JP 2023171261 A JP2023171261 A JP 2023171261A JP 2023061808 A JP2023061808 A JP 2023061808A JP 2023061808 A JP2023061808 A JP 2023061808A JP 2023171261 A JP2023171261 A JP 2023171261A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchanger
pressure
intermediate fluid
stream
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023061808A
Other languages
English (en)
Inventor
マルタン・ラベントス
Raventos Martin
リシャール・デュベティエ－グルニエ
Dubettier-Grenier Richard
マチュー・ルクレール
Leclerc Mathieu
トマ・モレル
Morel Thomas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of JP2023171261A publication Critical patent/JP2023171261A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0266—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/067—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0027—Oxides of carbon, e.g. CO2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0085—Ethane; Ethylene
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/009—Hydrocarbons with four or more carbon atoms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0204—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow SCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0212—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow MCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0221—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop
    • F25J1/0222—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop in combination with an intermediate heat exchange fluid between the cryogenic component and the fluid to be liquefied
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0242—Waste heat recovery, e.g. from heat of compression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0268—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0285—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0223—H2/CO mixtures, i.e. synthesis gas; Water gas or shifted synthesis gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0252—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0257—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/0605—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the feed stream
    • F25J3/061—Natural gas or substitute natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/0635—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/70—Refluxing the column with a condensed part of the feed stream, i.e. fractionator top is stripped or self-rectified
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/62—Liquefied natural gas [LNG]; Natural gas liquids [NGL]; Liquefied petroleum gas [LPG]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/02—Separating impurities in general from the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/40—Separating high boiling, i.e. less volatile components from air, e.g. CO2, hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/80—Separating impurities from carbon dioxide, e.g. H2O or water-soluble contaminants
    • F25J2220/82—Separating low boiling, i.e. more volatile components, e.g. He, H2, CO, Air gases, CH4
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/60—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being (a mixture of) hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/60—Closed external refrigeration cycle with single component refrigerant [SCR], e.g. C1-, C2- or C3-hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/902—Details about the refrigeration cycle used, e.g. composition of refrigerant, arrangement of compressors or cascade, make up sources, use of reflux exchangers etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/904—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/34—Details about subcooling of liquids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

【課題】二酸化炭素の冷却、液化を行うプロセスにおいて二酸化炭素を凝固させるリスクを低減することによって既知のプロセスを改善するプロセスを提供する。【解決手段】二酸化炭素に富む流れ５を冷却媒体である中間流体により冷却し、蒸留塔Ｋ１により液体二酸化炭素流７を得るためのプロセスにおいて、第１の熱交換器Ｅ１においてメタンに富む流体１を蒸発、気化することにより中間流体へ冷熱が提供されて、少なくとも１つの圧力レベルで少なくとも１つの凝縮された中間流体の流れが形成され、第２の熱交換器Ｅ２での二酸化炭素に富む流れとの熱交換により蒸発した中間流体の少なくとも一部は、第１の熱交換器で少なくとも１つの圧力で少なくとも１つの流れへと再度凝縮される。【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯ2に富む流れの冷却のためのプロセス及び装置に関する。冷却、実際には液化さえ行うために必要とされる冷熱の少なくとも一部は、メタンに富む流体の加熱、例えば少なくとも８０ｍｏｌ％のメタンを含有する、例えばメタンに富む液体の蒸発、又は濃厚相のメタンに富む流体の疑似蒸発によって提供される。そのような液体の例は、液化天然ガス（ＬＮＧ）である。冷熱の伝達は、液化ガスからの、例えば液化天然ガスからの冷熱を伝達してＣＯ2に富む流れを液化するために、エタン又はエチレンに富む中間流体を使用することによって実施される。
ＣＯ2に富む流れは、少なくとも７０ｍｏｌ％の二酸化炭素、好ましくは少なくとも９０ｍｏｌ％の二酸化炭素、実際には少なくとも９５ｍｏｌ％の二酸化炭素さえ備える。
二酸化炭素に富む流れの液化は、一般に、必要とされる冷却を提供するために電気を消費する。液化天然ガスは、海水又は別の熱提供物に対して蒸発される。２つのシステムは、液化天然ガスの蒸発が熱を必要とし、二酸化炭素の液化が冷熱源を有することを必要とするので、相補的要件を有する。このことから、２つのシステムを統合する可能性を調査することが有利である。
原則として、冷媒として利用可能なＬＮＧの量は「無制限」であるので、ＣＯ2が超臨界圧へと圧縮され、高密度化され、次いでストリッピング塔へと減圧される液化によって必要とされる液化エネルギーと比較して、液化エネルギーを最小限に抑えるために、かなり低い圧力でＣＯ2を凝縮することが可能なはずである。他方では、非常に低い液化圧力を選ぶことは、ストリッピング塔中の温度のプロファイルが制限されるので、液化プロセスのＣＯ2収率を制限する可能性がある。
冷媒としてのＬＮＧ（典型的には－１６０℃～－１４５℃で利用可能）とＣＯ2との間の熱の直接交換の使用は、ＣＯ2の凝固のリスクにより想定することができない。これは、中間流体がＬＮＧからの冷熱をＣＯ2に伝えるために使用されなければならないことを意味する。これは、２つの方法で実施することができる：
ａ）専ら中間流体の顕熱の形態でＬＮＧからの冷熱を伝えること（この場合、後者は気体窒素、液体ＨＦＯであり得る）、
ｂ）中間流体の顕熱及び潜熱を通してＬＮＧからの冷熱を伝えること。
選択肢ａ）の欠点は、熱交換器中の凝縮するＣＯ2及び中間流体のエンタルピー／温度プロファイル間の不適合性である（熱の大部分は、一定温度でＣＯ2によって生成され、それに対して、中間流体の温度は、その流量及びその比熱に従って一定の割合で増大する）。この障害は、例えば、中間流体の流量を増大させることによって、及び／又は臨界圧に近づき、実際にはそれを越えさえするために、ＣＯ2の圧力を増大させることによって回避することができる。どちらの解決策も、エネルギーを増大させることを必要とし、このことから、これらの解決策は、あまり魅力的ではない。
ＦＲ ２ ８６９ ４０４、ＪＰ２００４０６９２１５、及びＪＰＨ０４１４８１８２から、冷却剤サイクルを使用することによって、二酸化炭素を凝縮させるために、蒸発するＬＮＧの流れからの冷熱を使用することが知られており、ここで、冷却剤は、エタンである。
ＪＰＨ０４－１３１６８８は、ＬＮＧの流れからの冷熱を液化されるＣＯ2の流れに伝達する中間流体の閉鎖されたサイクルについて記載しており、ここで、サイクルは、中間流体を加圧するためにポンプを備える。使用される流体は、Ｆｒｅｏｎ（登録商標）である。
ＦＲ ２ ８６９ ４０４は、ＬＮＧの流れからの冷熱を液化されるＣＯ2の流れに伝達する中間流体の閉鎖されたサイクルについて記載しており、ここで、中間流体は、ＣＯ2に対して蒸発し、ＬＮＧに対して液化するエタンである。中間流体の圧力は一定である。
冷熱の大部分は、ＣＯ2の液化の冷熱よりも低い温度で利用可能であるので、少なくとも熱力学の観点から、プロセスをゼロエネルギーコストと、実際にはエネルギーの生成とさえ統合することが可能なはずである。実際の文脈では、（例えば、タービンによって駆動されない圧縮を伴わずに、ポンプのみを使用することによる）限られたエネルギー消費のみを有し、小型の多流体熱交換器（例えば、ろう付けアルミニウムで作られたプレートアンドフィン型熱交換器）の使用と適合する統合の形態が求められる。理想的には、プロセスは、別個の加熱手段でＬＮＧを加熱する必要なく、ＬＮＧを天然ガス供給網に注入するか、又は顧客に供給するために、ＬＮＧが周囲温度まで加熱されることを可能にするべきである。
本発明は、二酸化炭素の冷却、実際には液化さえ行うプロセスにおいて二酸化炭素を凝固させるリスクを低減することによって既知のプロセスを改善することを対象とする。
それは、メタンも備える可能性がある、エタン及び／又はエチレンから主に成るＬＮＧから冷熱を回収するために中間流体を使用する。この流体は、Ｃ2流体として指定されるであろう。この流体は、好ましくは、少なくとも９０ｍｏｌ％のエタン又はエチレンを含有する。
この中間流体は、好ましくは、－６０℃未満の温度まで下がった冷熱を回収することを可能にする。
専用熱交換器（「ＬＮＧ熱交換器」と呼ばれる）が、中間流体と、液体形態又は濃厚相のメタンに富む液体、例えば液化天然ガスＬＮＧとの間で熱を交換するために使用される。ＬＮＧは、凝縮するＣ2流体に対して（その圧力に従って）加熱又は蒸発され、熱交換器の流体間の温度差を制限するために、単一のパスにおいて、又は異なる圧力（Ｐｃ１、Ｐｃ２、ＰｃＮ、ここで、Ｎは、典型的には２～４である）での並行動作における複数のパスにおいて、－５０℃未満の温度まで冷却される。ＬＮＧ熱交換器は、典型的には、ろう付けアルミニウム又はステンレス鋼で作られたプレートアンドフィン型熱交換器、シェルアンドチューブ型熱交換器、又はプリント回路熱交換器であろう。
多流体熱交換器が使用される場合、Ｃ2流体の流れは、好ましくは、熱交換器中のＬＮＧの入口温度を上回る２～１０Ｋの温度までサブクールされる。同じ熱交換器の低温端において、全てのサブクールされたＣ2流体は、オプションで少なくとも１つのポンプを使用して、圧力Ｐ１で混合され、圧力Ｐ１で混合された流れのバブルポイントを下回る２～５Ｋの温度まで同じ熱交換器の別の通路中で加熱される。－６０℃に近いＣ2流体のサブクーリングは、単に熱交換器中の温度差を制限する手段である。
圧力Ｐ１のＣ2流体の結果として得られる流れは、その後加熱され、凝縮するＣＯ2に対して蒸発され、ＣＯ2は、理想的には、いくつかの流体について別の熱交換器中で１０～１６ｂａｒａの単一の圧力であり、Ｃ2流体は、単一圧力で、又は２つの圧力Ｐ１及びＰ２＜Ｐ１で並行に、のうちのいずれかでこの熱交換器を横断する。２つの蒸発圧力が使用される場合、Ｐ２は、典型的には、およそ－５５℃のＣ2流体のバブルポイントに対応するはずである。この場合、Ｐ１で蒸発されたＣ2流体の流量は、Ｐ２で蒸発されたＣ2流体の流量よりも遙かに少なく（例えば、２５～３５倍少ない）、後者は、ＣＯ2の凝縮に関連する冷却の大部分を提供し、前者は、ＣＯ2のサブクーリングとＣＯ2蒸留塔についての還流の生成とに関連する冷却の大部分を提供する。
ＣＯ2が凝縮する熱交換器の高温端で得られる、Ｐ１で蒸発されたＣ2流体（又はＰ１及びＰ２で蒸発された流体）は、ＬＮＧ熱交換器のために選ばれた凝縮圧力Ｐｃ１、Ｐｃ２、ＰｃＮで必要とされる流量を生成するように設計されなければならない。２つの異なる圧力で利用可能な２つの流れから始まって、圧力値Ｐｃ１、Ｐｃ２、ＰｃＮで、及び特定の流量でＮ個の流れを形成する必要がある。これは、少なくとも１つの流れを圧縮すること、及び／又は少なくとも１つの流れを減圧することを仮定する。元の流れの圧力を上げることが重要である（即ち、特にタービン中の別の流れの減圧によって駆動することができない場合に、圧縮を最小限に抑えることによって）。
理想的には、凝縮圧力Ｐｃ１、Ｐｃ２、ＰｃＮのうちの１つのみが、Ｐ１よりも大きい。このような目的のもと、Ｐ１のガス状Ｃ2流体の一部は、凝縮圧力のうちの最も高い圧力まで遠心圧縮器によって圧縮される。他の凝縮圧力のＣ2流体は、少なくとも１つの弁ＪＴ及び遠心タービン中のＣ2流体の残りの部分を減圧することによって得られる。適切な圧力及び流量を選ぶことによって、タービンが圧縮器を駆動することが可能であり、そのため、唯一のエネルギー消費は、ポンプのエネルギー消費である。
ＬＮＧ熱交換器を通過する異なる圧力のＣ2流体の流量の数は、Ｃ2流体の組成及び使用される熱交換器のタイプに応じて選ばれる。一般論として、流れの数が多いほど、流体間の温度差が小さくなり、そのため、加熱を、例えば、ろう付けアルミニウムで作られたプレートアンドフィン型熱交換器中で実施することができる。
ＣＮ１０５５４５３９０Ａ及びＪＰ Ｈ０４ １２１５７３Ａは、請求項１の前提部によるプロセスについて記載している。
本発明の目的は、プロセスの効率を増大させるために、熱交換器のうちの１つの低温端における温度差を制限することである。
本発明の主題によると、二酸化炭素に富む流れの冷却及びオプションで液化、実際には分離さえ行うためのメタンに富む流体、例えば液化天然ガスからの冷熱の回収のためのプロセスが提供され、
ｉ．二酸化炭素に富む流れは、５ｂａｒ ａｂｓよりも大きい、実際には１３ｂａｒ ａｂｓよりも大きくさえある圧力で第１の熱交換器中で、少なくとも部分的に、冷却及びオプションで凝縮され、
ｉｉ．冷熱は、少なくとも１つの圧力レベル、好ましくは単一の圧力レベルでの少なくとも８０ｍｏｌ％のエタン又はエチレンを含有する中間流体の蒸発によってステージｉ）に提供され、
ｉｉｉ．ステージｉｉ）で蒸発された中間流体の少なくとも一部は、メタンに富む流体との熱交換によって、第２の熱交換器中で、少なくとも１つの圧力で少なくとも１つの流れへと、好ましくは単一の圧力で単一の流れへと凝縮されて、少なくとも１つの凝縮された中間流体の流れを形成し、
ｉｖ．少なくとも１つの凝縮された中間流体の流れは、ポンプによって加圧される、プロセスにおいて、
ｖ．ポンプによって加圧された少なくとも１つの流れは、熱交換器の中間温度まで第２の熱交換器中で加熱され、ステージｉｉ）に従って蒸発されるように第１の熱交換器に送られ、中間温度は、第２の熱交換器の低温端の温度よりも高く、第２の熱交換器の高温端の温度よりも低い温度であることを特徴とする。
本発明の他の任意選択の態様によると、
・メタンに富む流体は、気体又は液体であり、
・中間流体の一部は、第２の熱交換器中で第１の圧力で凝縮され、中間流体の少なくとも別の一部は、第２の熱交換器中で少なくとも第１の圧力よりも低い圧力で凝縮され、
・少なくとも第１の圧力よりも低い圧力で凝縮された中間流体の少なくとも別の一部は、ポンプ中で第１の圧力まで加圧され、
・ステージｉｖ）に従って加熱された中間流体の少なくとも一部は、第１の圧力で凝縮された中間流体の一部と、ポンプによって加圧された中間流体の少なくとも一部とを備え、
・第２の熱交換器中の中間流体の少なくとも１つの凝縮圧力は、第１の熱交換器中の中間流体の蒸発圧力よりも、好ましくは少なくとも２ｂａｒだけ高いか、又は中間流体のいくつかの蒸発圧力があるときは、第１の熱交換器中の中間流体の蒸発圧力のうちの最も高い蒸発圧力よりも高く、
・第１の熱交換器中の中間流体の蒸発圧力よりも、又は、中間流体のいくつかの蒸発圧力があるときは、蒸発圧力のうちの最も高い蒸発圧力よりも高い圧力で凝縮される蒸発された中間流体の一部の圧縮は、蒸発された中間流体の別の一部を減圧するタービンによって駆動される圧縮器によって実施され、
・中間流体サイクルは、圧縮器を備えないか、又はモータによって駆動される圧縮器を備えず、
・第１の熱交換器中の中間流体の蒸発圧力は、３ｂａｒａ～２５ｂａｒａ、好ましくは４ｂａｒａ～２１ｂａｒａであり、及び／又は、第２の熱交換器中の中間流体の凝縮圧力は、１．０５ｂａｒａ～５０ｂａｒａ、好ましくは１．３ｂａｒａ～４５ｂａｒａであり、
・中間流体は、８５ｖｏｌ％よりも多いエタン、好ましくは９０ｖｏｌ％よりも多いエタンを含有し、
・中間流体は、８５ｖｏｌ％よりも多いエチレン、好ましくは９０ｖｏｌ％よりも多いエチレンを含有し、
・第１の熱交換器に送られる二酸化炭素に富む流れのモル流量に対する中間流体の少なくとも１つのモル流量の比は、１．０～１．５、好ましくは１～１．４であり、
・第２の熱交換器に送られるメタンに富むガス、例えばＬＮＧのモル流量に対する中間流体の少なくとも１つのモル流量の比は、０．７～１．０、好ましくは０．７５～０．９５であり、
・液化されたＣＯ2に富むガスは、－４０℃以下、好ましくは－５０℃以下の温度で生成され、
・第１の熱交換器の入口における二酸化炭素に富む流れは、３０ｖｏｌ％よりも多いＣＯ2、好ましくは３５ｖｏｌ％よりも多いＣＯ2を含有し、
・第１の熱交換器の入口における二酸化炭素に富む流れは、９０ｖｏｌ％よりも多いＣＯ2、好ましくは９５ｖｏｌ％よりも多いＣＯ2を含有し、
・第２の熱交換器中で加熱又は蒸発されたメタンに富むガスの少なくとも一部は、燃料又は反応物として、水蒸気メタン改質ユニット、自己熱改質ユニット、又は部分酸化ユニットに送られ、ＣＯ2に富む流れは、このユニットによって生成されるか、又はこのユニットからの生成物から導出され、
・二酸化炭素に富む流れの部分凝縮又は蒸留による液化又は分離によって生成されたＣＯ2に富む液体は、中間温度まで第２の熱交換器中で加熱された中間流体の少なくとも一部との熱交換によって第１の熱交換器中でサブクールされ、
・二酸化炭素に富む流れの蒸留又は凝縮による液化又は分離によって生成されたＣＯ2に富む液体は、中間温度まで第２の熱交換器中で加熱された中間流体の少なくとも一部との熱交換によって第１の熱交換器中でサブクールされ、
・ＣＯ2に富む流れは、少なくとも１つの蒸留塔中で分離され、
・蒸留塔の底部から取り出されたＣＯ2に富む液体の一部は、中間温度よりも高い温度で第１の熱交換器中で蒸発され、蒸留塔の底部に戻され、
・第１の熱交換器中で加熱された中間流体の一部は、電気を生成するためにタービン中で減圧される。
本発明の別の主題によると、二酸化炭素に富む流れの冷却及びオプションで液化、実際には分離さえ行うためのメタンに富む流体、例えば液化天然ガスからの冷熱の回収のための装置が提供され、装置は、第１の熱交換器、第２の熱交換器、第１の熱交換器中に二酸化炭素に富む流れを、少なくとも部分的に、冷却及びオプションで凝縮されるように送るための手段、閉鎖された中間流体サイクルを備え、閉鎖された中間流体サイクルは、少なくとも１つの圧力レベル、好ましくは単一の圧力レベルで第１の熱交換器中で蒸発されるように、少なくとも８０ｍｏｌ％のエタン又はエチレンを含有する中間流体を送るための手段、メタンに富む流体との熱交換によって、第２の熱交換器中で、少なくとも１つの圧力で少なくとも１つの流れへと、好ましくは単一の圧力で単一の流れへと凝縮されて、少なくとも１つの凝縮された中間流体の流れを形成するように、蒸発された流体を送るための手段、少なくとも１つの凝縮された中間流体の流れを加圧するためのポンプを備える、装置において、熱交換器の中間温度まで加熱されるように、ポンプから第２の熱交換器に流れを送るための手段と、第１の熱交換器中に蒸発されるように、少なくとも８０ｍｏｌ％のエタン又はエチレンを含有する中間流体を送るための手段に接続された、中間温度で第２の熱交換器から加熱された流れを抽出するための手段とを備え、中間温度は、第２の熱交換器の低温端の温度よりも高く、第２の熱交換器の高温端の温度よりも低い温度であることを特徴とする。
本発明を、図を参照してより詳細に説明する。
サイクルを使用する、メタンに富む液体、例えばＬＮＧとの熱交換によるＣＯ2の凝縮のためのプロセスを表し、その流体は、１００％エタンである。 サイクルを使用する、メタンに富む液体、例えばＬＮＧとの熱交換によるＣＯ2の凝縮のためのプロセスを表し、その流体は、１００％エチレンである。 サイクルを使用する、メタンに富む液体、例えばＬＮＧとの熱交換によるＣＯ2の凝縮のためのプロセスを表し、その流体は、９３．５ｍｏｌ％エタンであり、６．５ｍｏｌ％メタンである。 サイクルを使用する、メタンに富む液体、例えばＬＮＧとの熱交換によるＣＯ2の凝縮のためのプロセスを表し、その流体は、６～７％のメタンを有するエチレンである。
図１は、サイクルを使用する、メタンに富む液体、例えばＬＮＧとの熱交換によるＣＯ2の凝縮のためのプロセスを表し、その流体は、１００％エタンであり、流体の２つの流量が、２つの異なる凝縮圧力で熱交換器中で凝縮する。液化天然ガス（ＬＮＧ）１の流れは、熱交換器Ｅ２の低温端に送られ、熱交換器Ｅ２は、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り得る。液化天然ガスは、熱交換器Ｅ２中で蒸発及び加熱されて、高温端から出る天然ガス３を、好ましくは０℃を上回る温度、例えば周囲温度で生成する。流体１は、気体又は液体であり得る。
熱交換器Ｅ２では、２つのＣ2流、この事例ではエタン１９、２１が冷却され、流れ２１は、流れ１９よりも低い圧力である。流れ２１は、完全に凝縮されながら熱交換器Ｅ１を高温端から低温端へと通過する。凝縮された流れは、ドラムＳへと送られる。ドラムＳからの液体２３は、ポンプＰによって加圧され、凝縮し且つ弁中で減圧された流れ１９と混合される。形成された流れ１１は、熱交換器の中間温度、即ち、熱交換器の低温端の温度と高温端の温度との間の温度まで熱交換器Ｅ１中でサブクール解除され、従って加熱される。
流れ１１は、断熱パイプ中で、又は熱交換器Ｅ２及びＣＯ2液化器に共通の断熱コールドボックスを通過することによって、のうちのいずれかで、ＣＯ2液化器に送られる。流れ１１は２つに分割され、２つの部分１３、１５はそれぞれの弁中で減圧され、低温端から高温端へと通過する際に熱交換器Ｅ１中で加熱される。加熱後、流れ１５は、２つに分割されて、流れ１９、１７を形成する。流れ１９は、圧縮器Ｃ中で圧縮され、冷却器（例示せず）中で冷却され、冷却器の出口圧力で熱交換器Ｅ２に送られる。流れ１７は、圧縮器Ｃを駆動するタービンＴ中で圧力Ｐ１から減圧され、流れ１３と混合されて流れ２１を形成し、流れ２１は熱交換器Ｅ２に入る。
１０～１６ｂａｒａの二酸化炭素に富む流れ５は、２つの部分５１、５３に分割される。流れ５３は、熱交換器Ｅ１を完全に通過し、蒸留塔Ｋ１の塔頂還流として送られ、熱交換器Ｅ１中で凝縮される。他方の部分５１は、部分５３と同じ圧力で熱交換器Ｅ１中で冷却されるが、高温端の温度と低温端の温度との中間の温度で熱交換器Ｅ１から出る。部分５１は、その後、塔Ｋ１に送られる。
塔Ｋ１の再沸騰は、塔Ｋ１から二酸化炭素が富化された塔底液体５５の一部５７を取り出すことによって提供される。塔底液体５５は、流れ５１の出口点よりも高温である熱交換器Ｅ１の中間レベルに送られる。一部５７は蒸発され、加熱され、ガスとして塔Ｋ１の底部に戻される。液体５５の残りの部分７は、中間流体１１との熱交換によって熱交換器Ｅ１中でサブクールされ、プロセスの生成物である液体二酸化炭素を形成する。塔Ｋ１からの塔頂ガス９は、低温端から高温端まで熱交換器Ｅ１中で加熱され、システムから出る。このガス９は、窒素、水素、一酸化炭素などの軽い不純物が富化されている。
第２の熱交換器Ｅ２中の中間流体の流れ１９の凝縮圧力は、第１の熱交換器Ｅ１中の中間流体の蒸発圧力のうち最も高い圧力よりも、好ましくは少なくとも２ｂａｒだけ高い。
図２は、サイクルを使用する、メタンに富む液体、例えばＬＮＧとの熱交換によるＣＯ2の凝縮のためのプロセスを表し、そのＣ2流体は、１００％エチレンである。ＣＯ2液化器の詳細は与えられないが、液化のために、図１のプロセスと同一又は類似のプロセスを使用することができる。
この事例では、Ｃ2流体は、二酸化炭素に富むガスを凝縮するために、熱交換器Ｅ２中で２つの異なる圧力で蒸発させられる。熱交換器Ｅ１の高温端で取り出されたガス１５は、２つに分割される。部分４５は、圧縮器中で圧縮され、熱交換器Ｅ３中で冷却され、その後ＬＮＧに対して熱交換器Ｅ２中で凝縮される。ガス１５の残りの部分２５は、３つに分割され、１つの部分２９は、ガス１３と混合されてガス４３を形成し、ガス４３は、圧縮器を駆動するタービン中で減圧され、その後、完全に凝縮されるように熱交換器Ｅ２に送られて、ドラムＳに送られる液体流４７を形成する。
ガス２５の別の部分２７は減圧され、次いで熱交換器Ｅ２に送られ、そこで凝縮され、サブクールされ、次いでサブクールされた液体４７と混合される。
ガス２５の別の部分４１は減圧され、次いで熱交換器Ｅ２に送られ、そこで凝縮され、サブクールされ、次いで液体４７と混合される。
このことから、流体Ｃ2、この事例ではエチレンは、熱交換器Ｅ２中で４つの異なる圧力で凝縮されることが分かる。
熱交換器Ｅ２は、流れ４５の圧縮の下流に冷却器があるので、例えばろう付けアルミニウムで作られたプレートアンドフィン型熱交換器であり得る。タービンは、圧力Ｐ２のＣ2流体、この事例ではエチレンの流れを供給される。
熱交換器Ｅ３は、熱交換器Ｅ２の高温出口で取り出される蒸発されたＬＮＧの流れ１Ａによって冷却される。
第２の熱交換器中の中間流体の流れ４５の凝縮圧力は、第１の熱交換器中の中間流体の蒸発圧力のうち最も高い圧力よりも、好ましくは少なくとも２ｂａｒだけ高い。
図３は、サイクルを使用するＬＮＧとの熱交換によるＣＯ2の凝縮のためのプロセスを表し、そのＣ2流体は、９３．５ｍｏｌ％エタンであり、６．５ｍｏｌ％メタンである。ＣＯ2液化器の詳細は与えられないが、液化のために、図１のプロセスと同一又は類似のプロセスを使用することができる。
この事例、Ｃ2流体は、二酸化炭素に富むガスを凝縮するために、熱交換器Ｅ１中で２つの異なる圧力で蒸発させられる。熱交換器Ｅ１の高温端で取り出されたガス１５は、２つに分割される。部分３３は、圧縮器Ｃ中で圧縮され、熱交換器Ｅ３中で冷却され、その後ＬＮＧに対して熱交換器Ｅ２中で凝縮される。ガス１５の残りの部分２５は、２つに分割され、１つの部分２９は、ガス１３と混合されてガス４３を形成し、ガス４３は、圧縮器Ｃを駆動するタービンＴ中で減圧され、その後、完全に凝縮されるように熱交換器Ｅ２に送られて、ドラムＳに送られる液体流３５を形成する。
ガス２５の他方の部分２７は、弁中で減圧され、次いで熱交換器Ｅ２に送られ、そこで凝縮され、次いでドラムＳの上流で、サブクールされた流れ３５と混合される。
熱交換器Ｅ３は、熱交換器Ｅ２の高温出口で取り出される蒸発されたＬＮＧの流れ１Ａによって冷却される。
熱交換器Ｅ２は、流れ３３の圧縮の下流に冷却器Ｅ３があるので、例えばろう付けアルミニウムで作られたプレートアンドフィン型熱交換器であり得る。タービンは、圧力Ｐ２のＣ2流体の流れを供給される。
第２の熱交換器中の中間流体の流れ３３の凝縮圧力は、第１の熱交換器中の中間流体の蒸発圧力のうち最も高い圧力よりも、好ましくは少なくとも２ｂａｒだけ高い。
図４は、サイクルを使用する、メタンに富む液体、例えばＬＮＧとの熱交換によるＣＯ2の凝縮のためのプロセスを表し、その流体は、９３ｍｏｌ％エチレンであり、７ｍｏｌ％メタンであり、流体の単一の流れが、熱交換器Ｅ２中で凝縮する。液化天然ガス（ＬＮＧ）１の流れは、熱交換器Ｅ２の低温端に送られ、熱交換器Ｅ２は、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り得る。液化天然ガスは、熱交換器Ｅ２中で蒸発及び加熱されて、高温端から出る天然ガス３を、好ましくは０℃を上回る温度、例えば周囲温度で生成する。
Ｃ2流２１は、熱交換器Ｅ２中で冷却される。流れ２１は、完全に凝縮され、サブクールされながら、熱交換器Ｅ１を高温端から低温端へと通過する。サブクールされた流れは、ドラムＳ中で分離される。ドラムＳからのガス２５は、熱交換器Ｅ２の入口において流れ２１に再合流する。ドラムからの液体２３は、ポンプＰによって加圧される。ポンピングされた流れ１１は、熱交換器の中間温度まで熱交換器Ｅ２中でサブクール解除され、従って加熱される。
流れ１１は、断熱パイプ中で、又は熱交換器Ｅ２及びＣＯ2液化器に共通の断熱コールドボックスを通過することによって、のうちのいずれかで、ＣＯ2液化器に送られる。流れ１１は、流れ１３となり、低温端から高温端へと通過する間に熱交換器Ｅ１中で加熱される。加熱後、流れ１３は、例えば６０℃まで再び加熱され、熱交換器Ｅ２に加熱器Ｒの出口圧力で送られる。流れは、熱交換器Ｅ２に入る。
最初に、流れ１２は、中間流体が加熱器によって加熱されることを可能にするために、熱交換器Ｅ１を短絡する。
１０～１６ｂａｒａの二酸化炭素に富む流れ５は、２つの部分５１、５３に分割される。流れ５３は、熱交換器Ｅ１を完全に通過し、蒸留塔Ｋ１の塔頂還流として送られ、熱交換器Ｅ１中で凝縮される。他方の部分５１は、部分５３と同じ圧力で熱交換器Ｅ１中で冷却されるが、高温端の温度と低温端の温度との中間の温度で熱交換器Ｅ１から出る。部分５１は、その後、塔Ｋ１に送られる。
塔Ｋ１の再沸騰は、塔Ｋ１から二酸化炭素が富化された塔底液体５５の一部５７を取り出すことによって提供される。塔底液体５５は、流れ５１の出口点よりも高温である熱交換器Ｅ１の中間レベルに送られる。一部５７は蒸発され、加熱され、ガスとして塔Ｋ１の底部に戻される。液体５５の残りの部分７は、中間流体１１との熱交換によって熱交換器Ｅ１中でサブクールされ、プロセスの生成物である液体二酸化炭素を形成する。塔Ｋ１からの塔頂ガス９は、低温端から高温端まで熱交換器Ｅ１中で加熱され、システムから出る。このガス９は、窒素、水素、一酸化炭素などの軽い不純物が富化されている。
第２の熱交換器中の中間流体の流れ１９の凝縮圧力は、損失水頭だけ、第１の熱交換器中の中間流体の蒸発圧力のうちの最も高い蒸発圧力とは異なる。中間流体サイクルは、圧縮（ポンプの加圧は別として）もタービン中の減圧も備えない。ポンプＰは、圧力降下を補償するためだけに使用される。
図１、図２、図３、及び図４は、それぞれ、熱交換器Ｅ２の上流にドラムＳ中で生成されたガスを搬送するためのパイプを備えることができる。このガスは、ドラムに熱が入ることから生じ、ガスは、含有する液体のごく一部を蒸発させる。形成されたガス２５は、ドラムＳから送られ、ガス２１に再合流する。

Claims (21)

  1. 二酸化炭素に富む流れ（５）の冷却、及びオプションで液化、実際には分離さえも行うためのメタンに富む流体、例えば液化天然ガス、からの冷熱の回収のためのプロセスであって、
    ｉ．前記二酸化炭素に富む流れは、５ｂａｒ ａｂｓよりも大きい、実際には１３ｂａｒ ａｂｓよりも大きくさえある圧力で、第１の熱交換器（Ｅ１）中で、少なくとも部分的に、冷却、及びオプションで凝縮され、
    ｉｉ．冷熱は、少なくとも１つの圧力レベル、好ましくは単一の圧力レベルでの少なくとも８０ｍｏｌ％のエタン又はエチレンを含有する中間流体の蒸発によってステージｉ）に提供され、
    ｉｉｉ．ステージｉｉ）で蒸発された前記中間流体の少なくとも一部は、前記メタンに富む流体（１）との熱交換によって、第２の熱交換器（Ｅ２）中で、少なくとも１つの圧力で少なくとも１つの流れへと、好ましくは単一の圧力で単一の流れへと凝縮されて、少なくとも１つの凝縮された中間流体の流れを形成し、
    ｉｖ．前記少なくとも１つの凝縮された中間流体の流れは、ポンプ（Ｐ）によって加圧される、プロセスにおいて、
    ｖ．前記ポンプによって加圧された前記少なくとも１つの流れ（３７）は、前記第２の熱交換器の中間温度まで前記第２の熱交換器中で加熱され、ステージｉｉ）に従って蒸発されるように前記第１の熱交換器に送られ、前記中間温度は、前記第２の熱交換器の低温端の温度よりも高く、前記第２の熱交換器の高温端の温度よりも低い温度であることを特徴とする、プロセス。
  2. 前記中間流体の一部は、前記第２の熱交換器（Ｅ２）中で第１の圧力で凝縮され、前記中間流体の少なくとも別の一部は、前記第２の熱交換器中で少なくとも前記第１の圧力よりも低い圧力で凝縮される、請求項１に記載のプロセス。
  3. 少なくとも前記第１の圧力よりも低い前記圧力で凝縮された前記中間流体の前記少なくとも別の一部は、前記ポンプ（Ｐ）中で前記第１の圧力まで加圧される、請求項２に記載のプロセス。
  4. ステージｉｖ）に従って加熱された前記中間流体の前記少なくとも一部は、前記第１の圧力で凝縮された前記中間流体の前記一部と、前記ポンプによって加圧された前記中間流体の少なくとも一部とを備える、請求項３に記載のプロセス。
  5. 前記第２の熱交換器（Ｅ２）中の前記中間流体の少なくとも１つの凝縮圧力は、前記第１の熱交換器中の前記中間流体の蒸発圧力よりも、好ましくは少なくとも２ｂａｒだけ高いか、又は中間流体のいくつかの蒸発圧力があるときは、前記第１の熱交換器中の前記中間流体の前記蒸発圧力のうちの最も高い蒸発圧力よりも高い、請求項１～４のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  6. 前記第１の熱交換器中の前記中間流体の蒸発圧力よりも、又は、中間流体のいくつかの蒸発圧力があるときは、前記蒸発圧力のうちの最も高い蒸発圧力よりも高い圧力で凝縮される蒸発された前記中間流体の前記一部の圧縮は、蒸発された前記中間流体の別の一部を減圧するタービン（Ｔ）によって駆動される圧縮器（Ｃ）によって実施される、請求項５に記載のプロセス。
  7. 中間流体サイクルは、圧縮器を備えないか、又はモータによって駆動される圧縮器を備えない、請求項１～５のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  8. 前記第１の熱交換器（Ｅ１）中の前記中間流体の蒸発圧力は、３ｂａｒａ～２５ｂａｒａ、好ましくは４ｂａｒａ～２１ｂａｒａであり、及び／又は、前記第２の熱交換器（Ｅ２）中の前記中間流体の凝縮圧力は、１．０５ｂａｒａ～５０ｂａｒａ、好ましくは１．３ｂａｒａ～４５ｂａｒａである、請求項１～７のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  9. 前記中間流体（１１）は、８５ｖｏｌ％よりも多いエタン、好ましくは９０ｖｏｌ％よりも多いエタンを含有する、請求項１～８のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  10. 前記中間流体（１１）は、８５ｖｏｌ％よりも多いエチレン、好ましくは９０ｖｏｌ％よりも多いエチレンを含有する、請求項１～８のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  11. 前記第１の熱交換器（Ｅ１）に送られる前記二酸化炭素に富む流れのモル流量に対する中間流体の少なくとも１つのモル流量の比は、１．０～１．５、好ましくは１～１．４である、請求項１～１０のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  12. 前記第２の熱交換器に送られるメタンに富むガス（１）、例えばＬＮＧのモル流量に対する中間流体の少なくとも１つのモル流量の比は、０．７～１．０、好ましくは０．７５～０．９５である、請求項１～１１のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  13. 液化されたＣＯ2に富むガスは、－４０℃以下、好ましくは－５０℃以下の温度で生成される、請求項１～１２のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  14. 前記第１の熱交換器（Ｅ１）の入口における前記二酸化炭素に富む流れ（５）は、３０ｖｏｌ％よりも多いＣＯ2、好ましくは３５ｖｏｌ％よりも多いＣＯ2を含有する、請求項１～１３のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  15. 前記第１の熱交換器（Ｅ１）の前記入口における前記二酸化炭素に富む流れは、９０ｖｏｌ％よりも多いＣＯ2、好ましくは９５ｖｏｌ％よりも多いＣＯ2を含有する、請求項１４に記載のプロセス。
  16. 前記第２の熱交換器（Ｅ２）中で加熱又は蒸発されたメタンに富むガスの少なくとも一部は、燃料又は反応物として、水蒸気メタン改質ユニット、自己熱改質ユニット、又は部分酸化ユニットに送られ、ＣＯ2に富む流れ（５）は、このユニットによって生成されるか、又はこのユニットからの生成物から導出される、請求項１～１５のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  17. 前記二酸化炭素に富む流れの部分凝縮又は蒸留による液化又は分離によって生成されたＣＯ2に富む液体（５５）は、前記中間温度まで前記第２の熱交換器中で加熱された前記中間流体の前記少なくとも一部との熱交換によって前記第１の熱交換器（Ｅ１）中でサブクールされる、請求項１～１６のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  18. ＣＯ2に富む流れ（５５）は、少なくとも１つの蒸留塔（Ｋ１）中で分離される、請求項１～１７のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  19. 前記蒸留塔（Ｋ１）の底部から取り出されたＣＯ2に富む液体の一部（５７）は、前記中間温度よりも高い温度で前記第１の熱交換器中で蒸発され、前記蒸留塔の底部に戻される、請求項１８に記載のプロセス。
  20. 前記第１の熱交換器（Ｅ１）中で加熱された前記中間流体の一部（１７）は、電気を生成するためにタービン（Ｔ）中で減圧される、請求項１～１９のうちのいずれか一項に記載のプロセス。
  21. 二酸化炭素に富む流れ（５）の冷却、及びオプションで液化、実際には分離さえも行うためのメタンに富む流体（１）、例えば液化天然ガス、からの冷熱の回収のための装置であって、
    前記装置は、第１の熱交換器（Ｅ１）、第２の熱交換器（Ｅ２）、第１の熱交換器（Ｅ１）中に前記二酸化炭素に富む流れを、少なくとも部分的に、冷却及びオプションで凝縮されるように送るための手段、及び閉鎖された中間流体サイクルを備え、
    前記閉鎖された中間流体サイクルが、少なくとも１つの圧力レベル、好ましくは単一の圧力レベルで前記第１の熱交換器中で蒸発されるように、少なくとも８０ｍｏｌ％のエタン又はエチレンを含有する中間流体を送るための手段、前記メタンに富む流体（１）との熱交換によって、前記第２の熱交換器（Ｅ２）中で、少なくとも１つの圧力で少なくとも１つの流れへと、好ましくは単一の圧力で単一の流れへと凝縮されて、少なくとも１つの凝縮された中間流体の流れを形成するように、蒸発された前記中間流体を送るための手段、及び前記少なくとも１つの凝縮された中間流体の流れを加圧するためのポンプを備える、装置において、
    前記第２の熱交換器の中間温度まで加熱されるように、前記ポンプから前記第２の熱交換器に前記流れを送るための手段と、前記第１の熱交換器中に蒸発されるように、少なくとも８０ｍｏｌ％のエタン又はエチレンを含有する前記中間流体を送るための手段に接続された手段であって、前記中間温度で前記第２の熱交換器から加熱された前記流れを抽出するための手段とを備え、
    前記中間温度は、前記第２の熱交換器の低温端の温度よりも高く、前記第２の熱交換器の高温端の温度よりも低い温度であることを特徴とする、冷熱の回収のための装置。
JP2023061808A 2022-05-20 2023-04-06 Ｃｏ２に富む流れの冷却のためのプロセス及び装置 Pending JP2023171261A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2204833A FR3128011A1 (fr) 2022-05-20 2022-05-20 Procédé et appareil de refroidissement d’un débit riche en CO2
FR2204833 2022-05-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023171261A true JP2023171261A (ja) 2023-12-01

Family

ID=82483255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023061808A Pending JP2023171261A (ja) 2022-05-20 2023-04-06 Ｃｏ２に富む流れの冷却のためのプロセス及び装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230375266A1 (ja)
EP (1) EP4279848A1 (ja)
JP (1) JP2023171261A (ja)
KR (1) KR20230162547A (ja)
CN (1) CN117091352A (ja)
FR (1) FR3128011A1 (ja)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5520206A (en) * 1978-07-24 1980-02-13 Showa Tansan Kk Manufacture of saturated liquefied carbon dioxide
JP2566337B2 (ja) * 1990-09-11 1996-12-25 三菱重工業株式会社 Ｃｏ▲下２▼ガスの液化方法
JP3720415B2 (ja) * 1995-05-18 2005-11-30 大阪瓦斯株式会社 液化炭酸製造用冷媒および液化炭酸製造設備の運転方法ならびに熱交換器
JP2004069215A (ja) 2002-08-08 2004-03-04 Nippon Sanso Corp 熱交換装置及びその制御方法並びに液化天然ガスの冷熱を利用した炭酸ガスの液化方法
FR2869404A1 (fr) 2004-04-27 2005-10-28 Inst Francais Du Petrole Procede de liquefaction du dioxyde de carbone gazeux.
CN105545390A (zh) * 2016-01-25 2016-05-04 辽宁石油化工大学 一种lng冷能梯级利用方法
FR3099234B1 (fr) * 2019-07-26 2021-07-30 Air Liquide Procédé de récupération d’énergie frigorifique avec production d’électricité ou liquéfaction d’un courant gazeux

Also Published As

Publication number Publication date
EP4279848A1 (fr) 2023-11-22
CN117091352A (zh) 2023-11-21
US20230375266A1 (en) 2023-11-23
KR20230162547A (ko) 2023-11-28
FR3128011A1 (fr) 2023-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1088192B1 (en) Liquefying a stream enriched in methane
US7143606B2 (en) Combined air separation natural gas liquefaction plant
US6347531B1 (en) Single mixed refrigerant gas liquefaction process
JP3615141B2 (ja) 原料ガス液化のための寒冷提供方法
KR100192874B1 (ko) 공기 분리
US9435583B2 (en) Method and apparatus for liquefying a hydrocarbon stream
JP2015210077A (ja) 中間供給ガス分離を使用した液化された天然ガスの生産における統合された窒素除去
RU2764820C1 (ru) Производство спг с удалением азота
KR20200088399A (ko) 제동을 위한 질소 팽창기와 연결된 팽창기 부스터에 의해 가압된 공기를 생산하기 위한 극저온 증류 방법 및 장치
US20040069015A1 (en) Method for ethane recovery, using a refrigeration cycle with a mixture of at least two coolants, gases obtained by said method, and installation therefor
JP2022534588A (ja) 高圧圧縮及び膨張による天然ガスの前処理及び予冷
JPH08178520A (ja) 水素の液化方法及び装置
US20230119575A1 (en) Facility and method for hydrogen refrigeration
US2556850A (en) Oxygen separation
JP2023171261A (ja) Ｃｏ２に富む流れの冷却のためのプロセス及び装置
AU2018392159A1 (en) Method for producing pure nitrogen from a natural gas stream containing nitrogen
US10281208B2 (en) Method and apparatus for separating a carbon dioxide-rich gas
JP2022534587A (ja) 高圧圧縮及び膨張による天然ガスの前処理及び予冷
US20240053094A1 (en) Method and apparatus for liquefying hydrogen
JP2023007490A (ja) メタン含有合成ガスからのｌｎｇの製造
JP2024505166A (ja) 二酸化炭素に富む流れを蒸留によって分離して液体二酸化炭素を生成する方法及び装置