JP3466977B2 - ガス液化のための２つの混合冷媒を使用するサイクル - Google Patents

ガス液化のための２つの混合冷媒を使用するサイクル

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】遠隔地での天然ガスの液化、
人口集中地域への液化天然ガス（ＬＮＧ）の輸送、並び
に局地的な消費のためのＬＮＧの貯蔵及び気化は、世界
中で長年にわたってうまく行われてきた。ＬＮＧ製造箇
所は通常、ＬＮＧを最終使用者に輸送する大型のＬＮＧ
タンカーのための入港施設を持つ遠隔地方の地上に設置
されている。
【０００２】
【従来の技術】ＬＮＧ製造のための多くの処理サイクル
が開発されており、これらは液化のために必要とされる
大量の寒冷（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）を発生させ
る。典型的にそのようなサイクルは、１種のクロロフル
オロカーボン冷媒又はプロパンを使用する１成分冷媒装
置の組み合わせを利用しており、これは１若しくは複数
の混合冷媒（ＭＲ）系と組み合わせて操作する。既知の
混合冷媒は典型的に、軽い炭化水素と随意の窒素を含有
しており、特定の処理工程の圧力レベル及び温度のため
に調節した組成を使用する。
【０００３】現在のＬＮＧ処理サイクル及び装置の設計
及び操作の目的は、製品の需要量及び周囲温度条件の変
化に応じて操作を行いつつ、エネルギー消費量を最小化
し且つＬＮＧ生産量を最大化することである。ＬＮＧ製
造設備は典型的に遠隔地の地上に設置するので、プラン
トのバッテリーリミットのために必要とされる面積はプ
ラントの設計及び配置の重要な要素ではなかった。
【０００４】多くの混合冷媒（ＭＲ）ＬＮＧサイクル
が、当該技術分野で開示されている。これらのサイクル
は一般的に、第１熱交換器（すなわち、比較的高温用の
（ｗａｒｍ ｏｒ ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ）熱交換器）
において比較的高温で気化する第１冷媒（すなわち、比
較的高温用のＭＲ）、第２熱交換器（すなわち、比較的
低温用の（ｃｏｌｄ ｏｒ ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ）熱交
換器）において比較的低温で気化する第２冷媒（すなわ
ち、比較的低温用のＭＲ）とを使用する。米国特許第４
２７４８４９号明細書は２つの混合冷媒を用いるプロセ
スを開示しており、ここでは供給ガスを初めに、比較的
低温用のＭＲの熱交換器を出る冷媒流体を使用して別の
熱交換器中で冷却する。その後、予備冷却された供給ガ
スを、比較的低温用のＭＲ熱交換器において更に冷却し
て液化する。気化した比較的低温用の冷媒は圧縮した後
で、比較的高温用のＭＲの交換器において比較的高温用
の冷媒との熱交換によって冷却する。この方法の欠点
は、供給物の予備冷却のために更なる熱交換器を必要と
することである。
【０００５】米国特許第４１１２７００号明細書は、２
つのＭＲを用いる方法を開示しており、ここでは、比較
的高温用のＭＲを途中の圧縮によって３つの異なる圧力
で沸騰させる。これは、複数の熱交換器又は複数の熱交
換領域の使用を必要とし、また圧縮機への複数の戻り流
れを必要とする。異なる組成の非平衡流れが比較的高温
用の混合冷媒の圧縮系列の中間段階において混合される
ので、そのような複数の熱交換／圧縮段階は熱力学的な
視点から見ると不利である。流れの混合は熱力学的に不
可逆的であり、従ってこれはサイクル効率を低下させ
る。
【０００６】２つの混合冷媒を用いる方法は米国特許第
４５２５１８５号明細書に記載されており、ここでは比
較的高温用のＭＲを３つの異なる圧力レベルで沸騰させ
る。これは複数の熱交換器又は熱交換領域を使用するこ
とを必要とし、また比較的高温用のＭＲの圧縮機への中
間段階供給源に結合した複数の容器、弁、及び配管をも
たらし、そしてプラントが必要とする面積を大きくす
る。この方法においては、供給物を初めに、比較的低温
用のＭＲの熱交換器を出る比較的低温用のＭＲを使用し
て冷却する。この手法の欠点は、上述の米国特許第４２
７４８４９号明細書と同様に追加の熱交換器を必要とす
ることである。この処理サイクルにおいては、比較的高
温用の混合冷媒の圧縮系列において、非平衡流れを中間
段階で混合し、これは熱力学的に不可逆であり、サイク
ルの効率を低下させる。
【０００７】米国特許第４５４５７９５号明細書は、２
つのＭＲを用いる方法を開示しており、ここでは、比較
的高温用のＭＲを３つの異なる圧力レベルで沸騰させ
る。これは、比較的高温用のＭＲの熱交換器において複
数の熱交換器又は熱交換領域を使用することを必要とす
る。この方法においては、供給物を初めに、比較的低温
用のＭＲの熱交換器を出る流体を使用して冷却する。ま
たこの方法は、上述の４２７４８４９号明細書と同様
に、追加の熱交換器を必要とする。このフローシートで
は、非平衡流れを比較的高温用のＭＲの圧縮系列におい
て中間混合し、これは上述のように熱力学的に不可逆性
であるので、このフローシートも熱力学的な視点から見
ると不利である。
【０００８】米国特許第４５３９０２８号明細書には、
２つの混合冷媒を用いる方法が記載されており、ここで
は比較的高温用のＭＲを３つの異なる圧力レベルで沸騰
させる。これは複数の熱交換器又は熱交換領域を使用す
ることを必要とする。比較的低温用のＭＲは、２つの異
なる圧力レベルで沸騰させる。これも複数の熱交換器又
は熱交換領域を使用することを必要とする。この方法に
おいては、供給物は、比較的低温用のＭＲを使用して初
めに冷却する。これは追加の熱交換器を必要とし、上述
のいくつかの方法と同様な欠点を持つ。混合冷媒圧縮系
列において非平衡流れを中間混合するので、このサイク
ルも熱力学的に不利である。この混合は、熱力学的に不
可逆であり、従ってサイクル効率を低下させる。
【０００９】Ｈ．Ｐａｒａｄｏｗｓｋｉらの論文「Ｌｉ
ｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ
Ｇａｓｅｓ」（１９８３年５月１５〜１９日の第７回Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏ
ｎ ＬＮＧ）は、２つのＭＲを用いる方法を開示してお
り、ここでは、比較的高温用の混合冷媒を３つの異なる
圧力レベルで沸騰させる。これは、複数の熱交換器又は
熱交換領域を使用することを必要とする。加えて、比較
的低温用のＭＲの熱交換器を出る比較的低温用のＭＲを
使用して供給物を初めに冷却し、従って追加の熱交換器
を必要とする。比較的高温用のＭＲ流れと中間ＭＲ流れ
を冷媒圧縮系列において混合する前は、比較的高温用の
ＭＲの流れは一般に中間流れと熱的に平衡ではないの
で、この方法も熱力学的に不利である。この圧縮機の主
流れへの流れの混合は、熱的に不可逆であり、従ってサ
イクル効率を低下させる。
【００１０】米国特許第４９１１７４１号明細書は２つ
のＭＲを用いる方法を開示しており、ここでは比較的高
温用のＭＲを３つの異なる圧力レベルで沸騰させる。こ
れは複数の熱交換器又は複数の熱交換領域の使用を必要
とし、また潜在的に温度が異なる流れを高温混合冷媒圧
縮系列において中間混合するので、上述のように熱力学
的に不利である。この流れの混合は熱力学的に不可逆で
あり、従ってサイクル効率を低下させる。
【００１１】米国特許第４３３９２５３号明細書は２つ
のＭＲを用いる方法を記載している。ここでは比較的高
温用のＭＲを２つの異なる圧力レベルで沸騰させる。加
えて、比較的高温用のＭＲからの中間液体流れを３つの
圧力で沸騰させる。これは、複数の熱交換器又は熱交換
領域の使用を必要とする。この方法では、初めに供給物
を冷却し、その後で比較的重い炭化水素を、比較的低温
用のＭＲの熱交換器の高温端から出る比較的低温用のＭ
Ｒ蒸気との熱交換によって除去する。この手法の欠点
は、追加の熱交換器を必要とすることである。またこの
熱交換器は、圧縮前に比較的低温用のＭＲの流れの圧力
降下を大きくする。上述のいくつかの方法と同様に、比
較的高温用のＭＲの圧縮系列において非平衡流れを中間
混合するので、この方法は熱力学的に不利である。この
主流れへの流れの混合は熱力学的に不可逆であり、従っ
てサイクルの効率を低下させる。
【００１２】米国特許第４０９４６５５号明細書は、２
つのＭＲを使用する方法を記載している。ここでは、比
較的低温用のＭＲを２つの異なる圧力レベルで沸騰させ
る。これは複数の熱交換器又は熱交換領域の使用を必要
とする。この方法では、比較的高温用のＭＲを、比較的
高温用の混合冷媒のループ自身によって冷却するのでは
なく、比較的低温用のＭＲの熱交換器からの流体を使用
して初めに冷却する。この方法の欠点は、追加の熱交換
器を必要とすることである。上述のいくつかの方法と同
様に、比較的高温用のＭＲの圧縮系列において非平衡流
れを中間混合するので、この方法は熱力学的に不利であ
る。主流れへの流れの混合は熱力学的に不可逆であり、
従ってサイクル効率を低下させる。
【００１３】比較的高温用のＭＲを複数の異なる圧力レ
ベルで沸騰させる他の２つのＭＲを用いる方法は、米国
特許第４５０４２９６号、同第４５２５１８５号、同第
４７５５２００号、及び同第４８０９１５４号明細書に
記載されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述のＬＮＧプロセス
は典型的に地上基地で使用し、プラントのバッテリーリ
ミットのために必要とされる面積は一般に、プラントの
設計及び配置の重要な要素ではない。最近では、商業的
な興味は、上述のような地上基地での液化方法に依存し
ないガス埋蔵資源の潜在的な実収率に注がれてきてい
る。そのような埋蔵資源は沖合で見出され、これらの埋
蔵資源の実収率は、船、はしけ、及び沖合のプラットフ
ォームでの設置にふさわしいガス液化装置の必要を増加
させている。
【００１５】最も大規模なＬＮＧ製造プラントは、プロ
パン冷媒サイクルを使用して供給ガスを予備冷却し、そ
してその後、多成分又は混合冷媒（ＭＲ）サイクルによ
って更に冷却して液化させる。プロパン予備冷却サイク
ルは、地上のプラントでは非常に効率的で費用対効果が
良いが、船のデッキ又ははしけでの用途のためにはある
種の欠点がある。非常に大量のプロパンの保持には潜在
的な危険性があり、多量のプロパンの蒸発器は乏しい設
計上の面積を消費する。上述のような２つの混合冷媒を
用いるサイクルのいくらかの例は、プロパン予備冷却装
置におけるプロパンの貯蔵量を減少させるが、大きな熱
交換器と容器を必要とし、これは設計上の面積を増加さ
せる。従って、これらは沖合での用途にふさわしくな
い。
【００１６】本発明は、設計上の面積が最小になる天然
ガス液化方法を提供することを目的とする。ここで、こ
の方法は沿岸での用途にふさわしく、サイクル中におい
てプロパンの予備冷却を伴わずに高い効率で操作するこ
とができ、また小さくて費用対効果が良好である。これ
らの目的に合う天然ガス液化方法及び装置を、以下で説
明し、特許請求の範囲で定義している。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、加圧供給ガス
の液化方法であって、（ａ）第１熱交換領域において、
気化する第１混合冷媒との間接熱交換によって加圧供給
ガスを冷却し、ここで、この第１混合冷媒は本質的に一
定の第１圧力で気化して、冷却された供給ガスと第１混
合冷媒蒸気とをもたらし、（ｂ）第２熱交換領域におい
て、気化する第２混合冷媒との間接熱交換によって冷却
された供給ガスを更に冷却して凝縮させ、ここで、この
第２混合冷媒は本質的に一定の第２圧力で気化して、液
体生産物と第２混合冷媒蒸気とをもたらし、（ｃ）第１
混合冷媒蒸気を圧縮し、そして冷却し、凝縮させ、得ら
れる圧縮された第１混合冷媒蒸気をフラッシュ（ｆｌａ
ｓｈ）させて気化する第１混合冷媒を提供し、そして
（ｄ）第２混合冷媒蒸気を圧縮し、そして冷却し、凝縮
させ、得られる圧縮された第２混合冷媒蒸気をフラッシ
ュさせて気化する第２混合冷媒を提供し、ここで、第２
混合冷媒蒸気の冷却及び凝縮のための寒冷の少なくとも
一部を、第１熱交換領域において、気化する第１混合冷
媒と間接熱交換させることによって提供する、ことを含
む加圧供給ガスの液化方法である。
【００１８】（ｃ）における第１混合冷媒蒸気の圧縮
は、少なくとも１つの中間２相冷媒流れを発生させる少
なくとも２つの圧縮段階で必要とされるように行うこと
ができる。ここでは、中間２相冷媒流れは、中間冷媒蒸
気と中間冷媒流体とに分け、この中間冷媒蒸気を圧縮し
て更に圧縮された冷媒をもたらし、また、この中間冷媒
液をポンプ送出して更に加圧された冷媒液をもたらし、
この更に圧縮された冷媒と更に加圧された液体冷媒とを
組み合わせ、そして得られる組み合わされた第１混合冷
媒を冷却し、凝縮させ、随意に過冷却し、そしてフラッ
シュさせて（ａ）において気化している第１混合冷媒を
提供する。
【００１９】圧縮の後で冷却して凝縮させる第１混合冷
媒蒸気のための寒冷の少なくとも一部は、第１熱交換領
域において気化する液体第１混合冷媒との間接熱交換に
よって提供することができる。典型的に、気化する第１
混合冷媒は、絶対圧力で約１ｂａｒ〜３０ｂａｒ（約１
００ｋＰａ〜３ＭＰａ）の圧力で気化させ、気化する第
２混合冷媒は絶対圧力で約１ｂａｒ〜１５ｂａｒ（約１
００ｋＰａ〜１．５ＭＰａ）の圧力で気化させる。
【００２０】第１混合冷媒の蒸気は通常、窒素、メタ
ン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ｉ−ブ
タン、ブタン、ｉ−ペンタン、塩素化炭化水素、及びフ
ッ素化炭化水素からなる群より選択される２又はそれ以
上の成分を含んでいる。第２混合冷媒の蒸気は通常、窒
素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレ
ン、ｉ−ブタン、ブタン、ｉ−ペンタン、塩素化炭化水
素、及びフッ素化炭化水素からなる群より選択される２
又はそれ以上の成分を含んでいる。
【００２１】好ましくは、加圧供給ガスは天然ガスの加
圧流れを処理して、汚染物質を除去することによって供
給する。ここでこの汚染物質は、水、二酸化炭素、硫黄
含有化合物、水銀、及び水銀含有化合物からなる群より
選択される。必要ならば、（１）冷却された供給ガスを
第１の箇所で蒸留塔に導入し、そしてこの蒸留塔からメ
タンに富む塔頂流れとメタンよりも重い成分の塔底流れ
とを引き出し、そして（２）塔底流れを分離して、炭素
原子数が４までの成分を含む第１炭化水素流れと、炭素
原子数が４よりも多い成分を含む第２炭化水素流れとを
得る、ことによって、メタンよりも重い炭化水素を、加
圧供給ガスから除去することができる。
【００２２】随意にこの方法は、（３）第１熱交換領域
における間接熱交換によって第１炭化水素流れの少なく
とも一部を冷却し、そして（４）得られる冷却された炭
化水素流れをメタンに富む塔頂流れと組み合わせ、その
後（ｂ）において第２熱交換領域での間接熱交換によっ
て更に冷却して凝縮させる、ことを更に含むことができ
る。
【００２３】（ｂ）の液体生産物はメタンに富む液体で
よく、このメタンに富む液体生産物をフラッシュさせて
分離し、更にメタンに富む液体製品と、メタンよりも軽
い成分を含むオフガス流れとに分離することができる。
【００２４】圧縮の後で第２混合冷媒蒸気を冷却して凝
縮させるための寒冷の一部は、第３の熱交換領域でのメ
タンよりも軽い成分を含むオフガス流れとの間接熱交換
によって、少なくとも一部を提供することができる。加
えて、圧縮の後で第２混合冷媒蒸気を冷却して凝縮させ
るための寒冷の一部は、少なくとも部分的に、第２熱交
換領域で気化する第２混合冷媒との間接熱交換によって
提供することができる。
【００２５】圧縮の後の第２混合冷媒蒸気は、第１熱交
換領域での間接熱交換によって冷却して、そこから第１
温度で引き出すことができる。得られる冷却された第２
混合冷媒流れは、第２熱交換領域に導入して、そこで間
接熱交換によって更に冷却することができる。第２混合
冷媒蒸気は、第２温度で第２熱交換領域から引き出し、
また得られる更に冷却された第２混合冷媒の蒸気は好ま
しくは予備加熱することなく直接圧縮する。ここで好ま
しくは、第２温度は第１温度よりも低い温度である。
【００２６】本発明の方法は、（ｂ）において第２熱交
換領域での間接熱交換によって更に冷却及び凝縮を行う
前に、（１）加圧供給ガスを冷却し、得られる冷却され
た供給ガスを蒸留塔に導入し、そしてこの蒸留塔からメ
タンに富む塔頂流れとメタンよりも重い成分を含む塔底
流れとを引き出し、（２）塔底流れを分離して、炭素原
子数が４までの成分を含む第１炭化水素流れと、炭素原
子数が４よりも多い成分を含む第２炭化水素流れとを得
て、（３）第１熱交換領域における間接熱交換によって
第１炭化水素流れを冷却し、そして（４）（３）で得ら
れる冷却された炭化水素流れの少なくとも一部を、
（１）の蒸留塔のための還流として使用する、ことによ
って、メタンよりも重い炭化水素を加圧供給ガスから除
去することを更に含むことができる。
【００２７】随意に、加圧供給ガスの一部を、第１の箇
所の下方の第２の箇所で蒸留塔に導入することができ
る。
【００２８】必要ならば、上述の（ｃ）における第１混
合冷媒蒸気の圧縮を、中間圧力の冷媒を発生させる少な
くとも２つの圧縮段階で行うことができる。ここでは、
中間の圧縮された冷媒を冷却し、部分的に凝縮させ、そ
して中間の冷媒蒸気と中間の液体冷媒とに分離し、この
中間の冷媒蒸気を圧縮して、更に圧縮された冷媒をもた
らし、この更に圧縮された冷媒を冷却し、凝縮させ、随
意に過冷却し、そしてフラッシュさせて、上述の（ａ）
の気化する第１混合冷媒を提供し、またこの中間の液体
冷媒を過冷却して本質的に一定の圧力でフラッシュさせ
て、第１熱交換領域において追加の寒冷をもたらす。
【００２９】圧縮の後の第２混合冷媒蒸気の冷却及び凝
縮は、第１熱交換領域における間接熱交換によって行っ
て、中間の第２混合冷媒蒸気と中間の第２混合冷媒液を
含んでいる部分的に凝縮した第２混合冷媒流れをもたら
す。
【００３０】付随的で随意の工程の多くでは、 （１）部分的に凝縮した第２混合冷媒流れを分離して、
中間の第２混合冷媒蒸気と中間の第２混合冷媒液とをも
たらし、 （２）中間の第２混合冷媒蒸気を冷却し、凝縮させ、随
意に過冷却し、そしてフラッシュさせて、（ｂ）の気化
する第２混合冷媒を提供し、そして （３）中間の第２混合冷媒液を過冷却して本質的に一定
の第２圧力でフラッシュさせ、第２熱交換領域において
追加の寒冷を発生させる。
【００３１】本発明は、加圧供給ガスの液化装置であっ
て、（ａ）加圧供給ガスを冷却し、圧縮された第１混合
冷媒を冷却し、且つ圧縮された第２混合冷媒を冷却する
第１熱交換手段であって、本質的に一定の第１圧力で気
化する第１混合冷媒との間接熱交換によって、この冷却
の少なくとも一部を行い、この冷却が冷却された加圧供
給ガス、液化した第１混合冷媒、及び冷却された圧縮第
２混合冷媒をもたらし、また、気化する第１混合冷媒が
第１混合冷媒蒸気をもたらす第１熱交換手段、（ｂ）第
１混合冷媒蒸気を圧縮して、圧縮された第１混合冷媒を
提供する第１圧縮手段、（ｃ）液化した第１混合冷媒を
フラッシュさせて、気化する第１混合冷媒を提供する減
圧手段、（ｄ）冷却された供給ガスを更に冷却して凝縮
させ、且つ冷却された圧縮第２混合冷媒を更に冷却して
液化する第２熱交換手段であって、本質的に一定の第２
圧力で気化する第２混合冷媒との間接熱交換によって、
この冷却を少なくとも部分的に行い、この冷却が液体生
産物と液化した第２混合冷媒とをもたらし、また、気化
する第２混合冷媒が第２混合冷媒蒸気をもたらし、
（ｅ）第２混合冷媒蒸気を圧縮して、圧縮された第２混
合冷媒を提供する第２圧縮手段、（ｆ）液化した第２混
合冷媒をフラッシュさせて、気化する第２混合冷媒を提
供する減圧手段、及び（ｇ）配管手段であって、第１熱
交換手段に加圧供給ガスを導入し、第１熱交換手段から
第２熱交換手段に冷却された供給ガスを移動させ、第２
熱交換手段から液体生産物を引き出し、第１混合冷媒蒸
気を第１熱交換手段から第１圧縮手段に移動させ、ま
た、得られる圧縮された第１混合冷媒蒸気を第１圧縮手
段から第１熱交換手段に移動させ、冷却された圧縮第２
混合冷媒を第１熱交換手段から第２熱交換手段に移動さ
せ、第２混合冷媒蒸気を第２熱交換手段から第２圧縮手
段に移動させ、また、得られる圧縮された第２混合冷媒
蒸気を第２圧縮手段から第１熱交換手段に移動させる、
配管手段、を具備している加圧供給ガスの液化装置。
【００３２】第１圧縮手段は必要ならば、少なくとも２
つの圧縮機段階（ｓｔａｇｅ）及びそれに関連する配管
手段であって、そのうちの１つの段階が中間の圧縮され
た冷媒をもたらす少なくとも２つの圧縮機段階及びそれ
に関連する配管手段、中間冷却器であって、中間の圧縮
された冷媒を冷却して部分的に凝縮させ、それによって
２相の中間冷媒をもたらす中間冷却器、分離装置及びそ
れに関連する配管手段であって、２相の中間冷媒を、中
間冷媒蒸気と中間冷媒液とに分離する分離装置及びそれ
に関連する配管手段、追加の圧縮機段階であって、中間
冷媒蒸気を圧縮して更に圧縮された冷媒をもたらす追加
の圧縮機段階、中間冷媒液を加圧するポンプ送出手段と
それに関連する配管手段、及び得られる加圧された中間
冷媒液と更に圧縮された冷媒とを組み合わせて、（ａ）
の圧縮された第１混合冷媒をもたらす配管手段、を具備
することができる。
【００３３】この装置は、（１）蒸留手段及び関連の配
管手段であって、冷却された加圧供給ガスを蒸留塔に導
入し、更にメタンに富む塔頂流れとメタンよりも重い成
分を含む塔底流れとに分け、ここで、この冷却された加
圧供給ガスが天然ガスから得られるメタンに富む供給ガ
スである蒸留手段及び関連の配管手段、（２）分離手段
及びそれに関連する配管手段であって、塔底流れを炭素
原子数が４までの成分を含む軽い炭化水素の流れと、炭
素原子数が４よりも多い成分を含む重い炭化水素の流れ
とに分離する分離手段及びそれに関連する配管手段、
（３）第１熱交換手段内の冷却手段であって、軽い炭化
水素の流れを冷却する冷却手段、並びに（４）配管手段
であって、第２熱交換手段での間接熱交換によって更に
冷却して凝縮させる前に、（３）で得られる冷却された
軽い炭化水素の流れと（１）の塔頂流れとを組み合わせ
る配管手段、を更に具備することができる。
【００３４】随意に、この装置は、冷却された加圧供給
ガスを蒸留塔に導入する箇所よりも下方の箇所で、この
蒸留塔に加圧供給ガスの一部を導入する配管手段を更に
具備することができる。
【００３５】この装置はまた、冷却された加圧供給ガス
を（ｄ）の第２熱交換領域での間接熱交換によって更に
冷却して凝縮させる前に、この冷却された加圧供給ガス
からメタンよりも重い炭化水素を除去し、ここで、この
冷却された加圧供給ガスが天然ガスから得られるメタン
に富む供給ガスである手段であって、 （１）冷却された加圧供給ガスを、更にメタンに富む塔
頂流れと、メタンよりも重い成分の塔底流れとに分離す
る蒸留塔、 （２）塔底流れを、炭素原子数が３又はそれ以下の成分
を含む軽い炭化水素流れと、炭素原子数が３よりも多い
成分を含む重い炭化水素流れとに分離する手段、 （３）第１熱交換手段内の冷却手段であって、軽い炭化
水素流れを冷却する冷却手段、 （４）（１）の蒸留塔の還流として、（３）で得られる
冷却された炭化水素流れの一部をこの蒸留塔に導入する
配管手段、を有する手段を具備することができる。
【００３６】第１圧縮手段は、必要ならば、少なくとも
２つの圧縮機段階とそれに関連する配管手段であって、
このうちの１つの段階が中間の圧縮された冷媒をもたら
す少なくとも２つの圧縮機段階とそれに関連する配管手
段、中間冷却器であって、中間の圧縮された冷媒を冷却
して部分的に凝縮させ、それによって２相中間冷媒をも
たらす中間冷却器、分離装置及びそれに関連する配管手
段であって、２相中間冷媒を、中間冷媒蒸気と中間冷媒
液とに分離する分離装置及びそれに関連する配管手段、
並びに追加の圧縮機段階であって、中間の冷媒蒸気を圧
縮して更に圧縮された冷媒をもたらす追加の圧縮機段
階、を具備することができる。
【００３７】この装置は、配管手段であって、冷却し、
凝縮させ、そしてフラッシュさせて上述の（ａ）の気化
する第１混合冷媒を提供する加圧第１混合冷媒として、
更に圧縮された冷媒を提供する配管手段、第１熱交換手
段に中間冷媒液を移動させる配管手段、第１熱交換手段
内の熱輸送手段であって、中間冷媒液を冷却する熱輸送
手段、減圧手段であって、得られる冷却された中間冷媒
液をフラッシュさせて、本質的に一定の第１圧力で、追
加の気化する混合冷媒を提供する減圧手段、並びに追加
の気化する混合冷媒を第１熱交換手段に導入して、この
第１熱交換手段での寒冷を提供する配管手段、を更に具
備してもよい。
【００３８】また、本発明の装置は、（１）冷却された
圧縮第２混合冷媒が部分的に凝縮したときに、この冷却
された圧縮第２混合冷媒を分離して、中間第２混合冷媒
蒸気と中間第２混合冷媒液とをもたらす分離装置、
（２）第２熱交換手段内の熱輸送手段であって、中間第
２混合冷媒液を冷却する熱輸送手段、（３）得られる過
冷却された中間第２混合冷媒液をフラッシュさせて、本
質的に一定の第２圧力で、追加の気化する混合冷媒を提
供する減圧手段、並びに（４）追加の気化する混合冷媒
を第２熱交換手段に導入して、この第２熱交換手段内に
おいて寒冷を提供する配管手段、も具備してもよい。
【００３９】
【発明の実施の形態】本発明は、ガス液化のための効果
的な方法及び装置であり、これは特に、船、はしけ、又
は沖合のプラットフォームといった空間が貴重な場所で
の天然ガスの液化に有益である。本発明は、必要とされ
る装置の数を少なくし且つ大きさを小さくする。
【００４０】本発明では、２つの混合成分冷媒を使用し
て装置に寒冷を提供し、プロパン又は他の一種の炭化水
素の予備冷却装置を必要としない。比較的高温の寒冷
は、蒸留によって供給物から比較的重い炭化水素を除去
するのに最適な温度範囲で提供し、この寒冷は、１つの
気化圧力で提供して、天然ガス供給物の予備冷却と比較
的低温用の混合冷媒の冷却とを同時に行う。
【００４１】比較的低温用の混合冷媒は、１つの気化圧
力で寒冷を提供して、供給物の最終的な冷却と液化を達
成する。比較的低温用の混合冷媒蒸気は、比較的高温用
の混合冷媒によって提供される最低温度に近い温度で冷
間圧縮する。それぞれの混合冷媒の蒸気は、窒素、メタ
ン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ｉ−ブ
タン、ブタン、ｉ−ペンタン、及び他の炭化水素からな
る群より選択される１又は複数の成分を含んでいる。他
の化合物、例えば塩素化及び／又はフッ素化炭化水素を
混合冷媒に含ませることができる。
【００４２】混合成分循環を使用する比較的高温の寒冷
の提供方法は、比較的高温用の混合成分流れを圧縮し、
そして外部冷却流体、例えば空気又は冷却水を使用して
この圧縮された流れを冷却することからなる。混合冷媒
の一部は、複数の圧縮段階の間の外部冷却によって液化
してもよい。本発明の効果的な態様では、この液体をポ
ンプ送出し、圧縮の最終段階を出るガスと混合し、そし
て外部冷却を使用して冷却する。圧縮された比較的高温
用の混合冷媒流れの一部は、外部冷却の後で液化する。
【００４３】圧縮され冷却された混合冷媒流れの少なく
とも一部を、熱交換器において更に冷却し、そして減圧
して熱交換によって気化させ、その一方で供給ガスと比
較的低温用の混合冷媒を冷却する。蒸発して暖められた
混合冷媒流れは、圧縮して再循環させる。本発明によれ
ば、比較的高温用の混合冷媒循環は、天然ガス液化に必
要とされる全寒冷の一部として、−２０℃〜−７０℃の
温度の寒冷を提供する。
【００４４】混合成分循環を使用する比較的低温の寒冷
の提供方法は、混合成分流れを圧縮し、そして外部冷却
流体、例えば空気又は冷却水を使用してこの圧縮された
流れを冷却することからなる。圧縮されて冷却された混
合冷媒流れの少なくとも一部は、比較的高温用の混合冷
媒を使用する熱交換器において更に冷却し、そしてこの
更なる冷却の後で、減圧して（フラッシュさせて）、冷
却され液化される供給ガス流れとの熱交換によって気化
させる。気化して暖められたこの混合冷媒スチームは、
更なる熱交換を行わないで圧縮して再循環させる。
【００４５】本発明の主な態様は図１で説明する。典型
的にメタンを含有するガスであり好ましくは天然ガスで
あり、圧力が絶対圧で約３００ｂａｒ（約３０ＭＰａ）
（ここで報告する圧力は全て絶対圧である）までである
供給ガス９０を、前処理区画１００において既知の方法
で乾燥及び清浄化して、酸性ガス、例えばＣＯ2 及びＨ
2 Ｓ、並びに汚染物質、例えば水銀又は水銀含有化合物
を除去する。
【００４６】前処理したガス１０２は第１の熱交換器又
は熱交換領域１０４に入れて、そこで冷却して、約−２
０℃〜−７０℃の中間温度にする。この冷却工程の実際
の温度は、供給物組成及び所望のＬＮＧ製品の仕様（例
えば、熱量）に依存しており、また場合によっては、圧
縮施設間のある種の動力分割を達成する希望に支配され
る。熱交換器１０４での冷却は、比較的高温用の混合冷
媒流れ１１０を暖めて気化させることによって行う。こ
の比較的高温用の混合冷媒流れ１１０は、典型的にメタ
ン、エタン、プロパン、ｉ−ブタン、ブタン、及び場合
によってはｉ−ペンタンからなる群より選択される１又
は複数の炭化水素を含んでおり、また窒素のような他の
成分を含むこともできる。
【００４７】冷却された供給流れ１０８は、再沸騰を伴
うストリッパー塔又はスクラバー塔１０６に導入して、
メタンよりも重い炭化水素を除去する。塔底生産物流れ
１１２は分留区画１１４に入れて、そこでペンタンとそ
れよりも重い成分を分離して、流れ１１６で回収する。
スクラバー塔１０６からの塔底流れの一部はヒーター１
７２で加熱して、炊き上げ又はストリッピングガスをこ
の塔に提供する。ブタン及びそれよりも軽い成分は流れ
１１８として回収して、熱交換器１０４で冷却し、スク
ラバー塔１０６の塔頂生産物と組み合わせて予備冷却さ
れた供給物流れ１２０をもたらす。あるいは、ＬＮＧ製
品の仕様に依存して、流れ１１８に分留を行って、この
流れ１１８がプロパンとそれよりも軽い成分を含むよう
にすることができる。
【００４８】予備冷却された供給物流れ１２０は、比較
的低温用の混合冷媒流れ１２４を暖めて気化させること
による間接熱交換によって、熱交換器１２２において更
に冷却して液化させる。典型的に液化天然ガス（ＬＮ
Ｇ）である得られる液化生産物流れ１２１は、絞り弁１
２６を通して低い圧力に断熱的に減圧することによって
フラッシュさせる。あるいは、液化した生産物流れ１２
１は、膨張タービンを通して仕事膨張させることによっ
て減圧させることができる。
【００４９】減圧したＬＮＧ生産物流れを貯蔵タンク１
２８に導入して、そこから最終的な液化した生産物流れ
１３０を引き出す。場合によっては、天然ガス供給組成
及び熱交換器１２２からの流れ１２１の温度に依存し
て、有意の量の軽いガス１３２が弁１２６を通すフラッ
シュの後で放出される。フラッシュガス流れ１３２は典
型的に、例えば熱交換器１６２で、暖めてオフガス圧縮
機１３４で圧縮して燃料ガスとして使用する。
【００５０】天然ガス供給物を周囲温度から約−２０℃
〜−７０℃の温度に冷却する寒冷は、上述のような比較
的高温用の多成分冷媒循環によって提供する。流れ１３
６は圧縮して冷却した後の比較的高温用の混合冷媒であ
り、典型的にいくらかの凝縮した液体を含む。この流れ
は、周囲温度、典型的に絶対圧で約３ｂａｒ（約３００
ｋＰａ）よりも高い圧力で熱交換器１０４に入って、凝
縮し、冷却され、随意に過冷却されて、約−２０℃〜−
７０℃の温度になって、流れ１３８として出る。流れ１
３８は、絞り弁１５０を通して絶対圧力で約１ｂａｒ〜
約３０ｂａｒ（約１００ｋＰａ〜約３ＭＰａ）の低い圧
力に断熱的にフラッシュさせ、減圧された流れ１１０を
熱交換器１０４の低温端に導入する。あるいは、冷却さ
れた冷媒流れ１３８を、膨張タービンによる仕事膨張に
よって減圧することができる。等エンタルピー的又は本
質的に等エントロピー的な減圧として定義されるフラッ
シュ工程は、冷却及び気化を含むことができ、また、減
圧弁を通す絞りによって又は膨張タービン若しくは膨張
エンジンでの仕事膨張によって達成することができる。
【００５１】フラッシュさせた比較的高温用の冷媒の流
れ１１０は、熱交換器１０４において暖めて気化させ、
好ましくはこの熱交換器１０４に戻る圧縮された冷媒流
れ１３６の温度よりも低い温度で、蒸気冷媒流れ１４０
としてこの熱交換器を去るようにする。蒸気冷媒流れ１
４０を中間冷却機を備えた多段圧縮機１４２において圧
縮して、絶対圧で約３ｂａｒ（約３００ｋＰａ）よりも
高圧にする。段階的な圧縮機１４２の中間冷却器におい
て液体１４４が形成されることがあり、この場合、この
液体１４４をポンプ送出して、圧縮機１４２の最終段階
からの圧縮された冷媒蒸気１４６と組み合わせることが
好ましい。組み合わされた冷媒流れ１４８を環境温度に
近い温度まで冷却して、上述のような比較的高温用の混
合冷媒流れ１３６を提供する。必要に応じて、２段階以
上の圧縮を使用することができる。
【００５２】組み合わせる工程では、複数の圧縮段階の
間でガスを凝縮させて液体をもたらし、この凝縮した液
体をポンプ送出してその後の圧縮段階から放出される蒸
気の圧力に加圧し、この蒸気流れと液体流れを組み合わ
せ、そして組み合わせた流れを冷却する。この組み合わ
せる工程は、ガス液化サイクル全体の効率を改良する。
この改良は、その後の圧縮段階で圧縮されるガスの質量
流量を減少させ、且つ熱交換器１０４での冷却負荷を減
少させることによって達成される。
【００５３】ガス供給物流れ１２０を約−２０℃〜−７
０℃の温度から最終的な液化温度にする最終的な冷却
は、上述のような冷媒成分を含む比較的低温用の混合冷
媒循環を使用して達成する。ほぼ周囲温度で絶対圧が約
３ｂａｒ（約３００ｋＰａ）よりも高圧の圧縮された比
較的低温用の混合冷媒流れ１５２を、熱交換器１０４に
入れて、この熱交換器１０４内での間接熱交換によって
約−２０℃〜−７０℃の温度に冷却し、冷却された比較
的低温用の混合冷媒流れ１５４として出す。
【００５４】冷媒流れ１５４を熱交換器１２２において
更に冷却し随意に過冷却して、約−１２５℃未満の最終
的な温度にし、そして冷却された流れ１５８を絞り弁１
５６を通して等エンタルピー的にフラッシュさせて、絶
対圧で約３．３ｂａｒ（約３３０ｋＰａ）の圧力にす
る。あるいは、冷却された流れ１５８は、膨張タービン
又は往復式膨張エンジンによって仕事膨張させて減圧す
ることができる。冷媒流れ１５４の少量の部分は、流れ
１６０として、熱交換器１６２においてフラッシュガス
流れ１３２によって冷却することができる。
【００５５】フラッシュさせた比較的低温用の冷媒流れ
１２４は、熱交換器１２２の低温端に導入して、そこで
気化させてこの熱交換器１２４に寒冷を提供する。気化
させた比較的低温用の混合冷媒流れ１６４は、冷却され
て熱交換器１２２に戻ってくる冷媒流れ１５４の温度よ
りも低い温度で熱交換器１２２を去る。気化した冷媒流
れ１６４はその後、中間冷却器を備えた多段階圧縮機１
６６で直接に圧縮して、絶対圧で約５ｂａｒ（約５００
ｋＰａ）よりも高圧にして、比較的低温用の混合冷媒の
流れ１５２を提供する。気化した比較的低温用の冷媒流
れ１６４は、供給ガス又は他のプロセスガスを予備冷却
するためには使用せず、従って予備加熱することなく直
接に圧縮する。
【００５６】熱交換器１０４及び１２２は、任意の適当
な熱交換装置、例えば当該技術分野で既知の巻きコイ
ル、シェル及び管、又はプレート−フィン熱交換器を使
用することができる。巻きコイルの熱交換器は、大きさ
が小さく且つ熱移動効率が良好なので好ましい。
【００５７】本発明の１つの他の態様を図２に示す。こ
の態様では、ブタン及びそれよりも軽い成分を含む流れ
１１８を熱交換器１０４に再循環させて、この熱交換器
１０４において冷却し、そして２つの部分２６８及び２
７０に分ける。部分２６８はスクラバー塔１０６のため
の還流として使用して、ベンゼンのような重い成分を除
去してそれらの成分を非常に少量にする。残りの部分２
７０は、スクラバー塔１０６の塔頂生産物と組み合わせ
て、予備冷却された供給物流れ１２０をもたらす。流れ
２６８及び２７０の相対的な流量は、供給物の組成及び
供給物流れから汚染物質を除去することが必要な程度に
依存している。あるいは、流れ１１８が主にプロパンと
それよりも軽い成分を有するように装置を操作すること
ができる。
【００５８】本発明の第２の他の態様を図３に示す。こ
の態様では暖かい天然ガス供給物１０２の少量の部分３
７４を、熱交換器１０４で冷却するのではなく、供給流
れ１０８をスクラバー塔１０６に導入する箇所よりも下
方でスクラバー塔１０６に直接に供給する。この態様
は、ストリッピング蒸気を発生させるためにスクラバー
塔１０６のリボイラー１７２で必要とされる外部熱の量
を減少させる。この態様は、熱交換器１０４の冷却負荷
も減少させ、供給物１０２が比較的重い炭化水素を多く
含有しているとき及び流れ１０８の液体画分の割合が多
いときに有益である。
【００５９】本発明の第３の態様を図４に示す。この態
様では、圧縮機１４２の中間段階で凝縮する比較的高温
用の液体冷媒１４４を、図１のようにポンプ送出して圧
縮機からの流出物と組み合わせるのではなく、熱交換器
４０４に直接供給する。圧縮された蒸気冷媒１４６は、
冷却して、流れ４３６として熱交換器４０４に供給す
る。この熱交換器４０４において、この流れ４３６を冷
却し且つ随意に過冷却して、約−３０℃〜−７０℃の温
度にし、絞り弁４５０を通してフラッシュさせ、そして
流れ４１０として熱交換器４０４に供給する。中間冷媒
液流れ１４４は熱交換器４０４に供給して、この熱交換
器４０４において冷却し且つ随意に過冷却して流れ４３
８よりも比較的暖かい温度にし、絞り弁４６８を通して
フラッシュさせ、そして熱交換器４０４の中間の箇所に
おいて熱交換器４０４に導入する。それぞれの絞り弁４
５０及び４６８での圧力降下は、フラッシュされるこれ
らの液体が本質的に同じ圧力で気化するように選択す
る。
【００６０】「本質的に同じ圧力」という用語はここで
使用する場合、流れる液体又は蒸気によってもたらされ
るわずかな流体力学的又は気圧力学的な圧力降下又は差
の分のみ、熱交換器内において気化する冷媒の圧力が変
化することを意味している。先に記載した多くの従来技
術の方法と違って、冷媒を、異なる圧力で別々の熱交換
管又は領域において気化させることはない。
【００６１】図４の態様は、比較的多くの資本コストが
かかるが、図１の態様に比べて効率が約３％〜４％高い
ようにして運転することができる。また、熱交換器４０
４は所定表面積では比較的高さがあり、甲板又ははしけ
に取り付ける適用では潜在的な利点が減少する。
【００６２】本発明の第４の態様は図５に示されてお
り、ここでは、冷却された比較的低温用の混合冷媒流れ
１５４が２相流れであり、これをドラム５７６において
蒸気流れ５６８と液体流れ５７０とに分離する。これら
の冷媒流れは別々に熱交換器５２２に導入する。蒸気冷
媒流れ５６８は、液化して随意に過冷却して低温にし、
そして絞り弁５５６を通して等エンタルピー的にフラッ
シュさせ、冷媒流れ５２４をもたらす。この冷媒流れ５
２４は、熱交換器５２２の低温端に導入して気化させ、
生産物液化のための寒冷の一部を提供する。液体冷媒流
れ５７０は熱交換器５２２において過冷却して、流れ５
５８よりは暖かい温度にし、そして絞り弁５７２を通し
て断熱的にフラッシュさせて、低圧冷媒流れ５７４をも
たらす。この冷媒流れ５７４は、熱交換器５２２に中間
の位置で導入して気化させ、生産物液化のための寒冷の
残りの部分を提供する。この熱交換器におけるこれら２
つの冷媒流れの気化圧力は、典型的に絶対圧で約１ｂａ
ｒ〜３０ｂａｒ（約１００ｋＰａ〜３ＭＰａ）である。
【００６３】図５の態様の効率は、図１の態様の効率と
比べると約４％改良されているが、資本コストが比較的
多くかかる。また、熱交換器５２２は所定の設置面積で
は比較的高さが高く、甲板又ははしけに搭載する用途で
は利点が潜在的に減少している。
【００６４】例 図１の天然ガス液化方法を、熱及び物質バランスの計算
でシュミュレーションして、本発明を説明する。天然ガ
ス流れ９０は初めに前処理区画１００において清浄化し
て乾燥し、酸性ガス、例えばＣＯ2 及びＨ2 Ｓ、並びに
汚染物質、例えば水銀を除去する。前処理した供給ガス
１０２は、流量が１７４７０ｋｇ−ｍｏｌ／時、圧力が
絶対圧で５２ｂａｒ（５．２ＭＰａ）、そして温度が３
８℃ある。この供給流れ１０２のモル組成を以下の表１
に与える。
【００６５】
【表１】
【００６６】前処理した供給ガス１０２は熱交換器１０
４で予備冷却して−３６℃にし、この予備冷却した供給
物流れ１０８をスクラバー塔１０６に入れる。熱交換器
１０４での冷却は、比較的高温用の混合冷媒流れ１１０
を暖めて気化させることによって行う。この比較的高温
用の混合冷媒流れ１１０の流量は２５４３３ｋｇ−ｍｏ
ｌ／時であり、組成はメタン０．０１、エタン０．４
７、プロパン０．０６、ｉ−ブタン０．１６、及びブタ
ン０．３０である（モル分率）。
【００６７】供給物中のペンタン及びそれよりも重い成
分は、スクラバー塔１０６で取り除く。スクラバー塔１
０６の塔底生産物１１２は分別区画１１４に入れ、そこ
でプロパンよりも重い成分を流れ１１６として回収す
る。プロパン及びそれよりも軽い成分は流れ１１８とし
て回収して、これを熱交換器１０４において−３６℃ま
で冷却し、スクラバー塔の塔頂生産物と再び組み合わせ
て、予備冷却された供給物流れ１２０を作る。この流れ
１２０の流量は１７３１５ｋｇ−ｍｏｌ／時である。
【００６８】予備冷却された流れ１２０は、暖められて
気化する比較的低温用の混合冷媒流れ１２４との間接熱
交換によって、−１６２℃まで熱交換器１２２において
更に冷却して液化する。この熱交換器１２２に入る流れ
１２４は、モル流量が２８５５３ｋｇ−ｍｏｌ／時、温
度が−１６４℃、そして圧力が絶対圧で３．３５ｂａｒ
（３３５ｋＰａ）である。この冷媒流れの組成は、窒素
０．１４、メタン０．３５、エタン０．４１、及びプロ
パン０．１０である（モル分率）。
【００６９】得られる液化天然ガス（ＬＮＧ）流れ１２
１をその後、絞り弁１２６を経由させて断熱的にフラッ
シュさせて、その沸騰圧力である絶対圧で１．０５ｂａ
ｒ（１０５ｋＰａ）の圧力にする。フラッシュさせたＬ
ＮＧ流れをタンク１２８に入れ、そこから最終的なＬＮ
Ｇ生産物流れ１３０を引き出す。この例においては、弁
１２６によるフラッシュの後で軽いガス１３２は放出さ
れず、従って熱交換器１６２及び圧縮機１３４は必要で
はない。
【００７０】天然ガス供給物１０２を周囲温度から−３
６℃の温度に冷却するための寒冷は、上述のような比較
的高温用の多成分冷媒循環によって提供する。比較的高
温用の混合冷媒流れ１３６は、温度が３８℃、圧力が絶
対圧で２４ｂａｒ（２．４ＭＰａ）で熱交換器１０４に
入れる。これは熱交換器１０４において−３６℃まで冷
却し、その後、絞り弁１５０を通してフラッシュさせ
て、−３８℃の温度で減圧された冷媒流れ１１０をもた
らす。流れ１１０は熱交換器１０４において暖めて気化
させ、そして冷媒蒸気流れ１４０として、温度を３４
℃、圧力を絶対圧で３．８ｂａｒ（３８０ｋＰａ）にし
て、この熱交換器１０４から出す。この低圧の冷媒蒸気
は中間冷却器を伴う２段階の圧縮機１４２で圧縮して、
絶対圧で２４ｂａｒ（２．４ＭＰａ）の最終圧力にす
る。この圧縮機の中間冷却器で作られた液体１４４は、
ポンプ送出して、最終的な圧縮段階からの圧縮された冷
媒１４６と再び組み合わせる。組み合わされた冷媒流れ
１４８の液体流量は、１２８７０ｋｇ−ｍｏｌ／時であ
る。
【００７１】熱交換器１２２における−３６℃から約−
１６２℃への天然ガス供給物の最終的な冷却は、上述の
ような比較的低温用の多成分冷媒循環によって行う。圧
縮された比較的低温用の混合冷媒流れ１５２は、絶対圧
で５５ｂａｒ（５．５ＭＰａ）の圧力、３８℃の温度で
熱交換器１０４に入れ、ここで−３６℃まで冷却して流
れ１５４とする。この予備冷却した比較的低温用の冷媒
を、熱交換器１２２で更に冷却して温度を−１６２℃に
し、流れ１５８をもたらす。この流れ１５８は絞り弁１
５６を通してフラッシュさせる。減圧した冷媒流れ１２
４は、その後、熱交換器１２２において暖めて気化さ
せ、最終的に−３９℃、３．２５ｂａｒ（３２５ｋＰ
ａ）（絶対圧）で流れ１６４として熱交換器１２２から
出す。この低圧蒸気冷媒流れを、その後、中間冷却器を
伴う３段階の圧縮機１６６で冷却して５５ｂａｒ（５．
５ＭＰａ）（絶対圧）の最終圧力にする。
【００７２】
【発明の効果】従って、本発明は最少数の熱交換器を使
用して供給ガス液化を行い、また、混合冷媒を使用す
る。ここでそれぞれの冷媒は、それぞれの熱交換器にお
いて本質的に一定の圧力で気化させる。これらの特徴
は、従来の液化方法と比較すると、プロセスを単純化し
且つプラントに必要とされる面積を小さくする。上述の
従来技術の方法のそれぞれは、比較的高温及び比較的低
温の冷却設備の熱交換器の少なくとも一方において、少
なくとも２つの冷媒気化圧力レベルを利用する。本発明
の方法及び装置は、プロセスが単純であり且つ必要とさ
れる設置面積が小さいので、船、はしけ、又は沖合のプ
ラットフォームの施設に特にふさわしい。
【００７３】本発明の特徴は、供給物の予備冷却、比較
的低温用の冷媒の予備冷却、及び比較的高温用の冷媒の
冷却を、１つの本質的に一定の圧力で気化する比較的高
温用の冷媒との熱交換によって１つの熱交換器で行うこ
とを含む。加えて、供給物の予備冷却を、比較的低温用
の冷媒の予備冷却及び比較的高温用の液体冷媒の冷却と
組み合わせるので、本発明の方法は供給物予備冷却のた
めの別の熱交換器を必要としない。比較的低温用の混合
冷媒は、供給ガスの予備冷却に使用せず、従って予備加
熱せずに直接に圧縮する。これによって第１段階の圧縮
比率を非常に高くすることが可能であるので、所定の全
圧縮比のために圧縮機に必要な中間冷却器が少なくてす
む。
【００７４】本発明の本質的な特徴は、上述の開示で全
て説明してきた。当業者は本発明を理解することがで
き、本発明の本質から外れずに、また特許請求の範囲に
記載の本発明の範囲及びそれと等価な範囲から外れずに
様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の主な態様の概略のフローシートであ
る。
【図２】本発明の第１の他の態様の概略のフローシート
である。
【図３】本発明の第２の他の態様の概略のフローシート
である。
【図４】本発明の第３の他の態様の概略のフローシート
である。
【図５】本発明の第４の他の態様の概略のフローシート
である。
【符号の説明】
１００…前処理装置 １０４、１２２、１６２、４０４、５２２…熱交換器 １０６…ストリッパー １１４…分別装置 １２８…タンク １３０…ＬＮＧ生産物流れ １３２…オフガス流れ １４２、１６６…多段圧縮機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラケッシュ アグラウォール アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18049，エマウス，コモンウェルス ド ライブ 4312 (56)参考文献 特開 平６−299174（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−219488（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25J 1/00 - 5/00

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加圧供給ガスの液化方法であって、 （ａ）第１熱交換領域において、気化する第１混合冷媒
    との間接熱交換によって前記加圧供給ガスを冷却し、こ
    こで、この第１混合冷媒は本質的に一定の第１圧力で気
    化させて、冷却された前記供給ガス及び第１混合冷媒蒸
    気をもたらし、 （ｂ）第２熱交換領域において、気化する第２混合冷媒
    との間接熱交換によって前記冷却された供給ガスを更に
    冷却して凝縮させ、ここで、この第２混合冷媒は本質的
    に一定の第２圧力で気化させて、液体生産物及び第２混
    合冷媒蒸気をもたらし、 （ｃ）前記第１混合冷媒蒸気を圧縮し、そして冷却し、
    凝縮させ、得られる前記圧縮された第１混合冷媒蒸気を
    フラッシュさせて気化する第１混合冷媒を提供し、そし
    て （ｄ）前記第２混合冷媒蒸気を圧縮し、そして冷却し、
    凝縮させ、得られる前記圧縮された第２混合冷媒蒸気を
    フラッシュさせて気化する第２混合冷媒を提供し、ここ
    で、前記第２混合冷媒蒸気の冷却及び凝縮のための寒冷
    の少なくとも一部を、前記第１熱交換領域において気化
    する前記第１混合冷媒液との間接熱交換によって提供す
    る、ことを含む加圧供給ガスの液化方法。
  2. 【請求項２】 （ｃ）における前記第１混合冷媒蒸気の
    圧縮を、少なくとも１つの中間２相冷媒流れを発生させ
    る少なくとも２つの圧縮段階で行い、この中間２相冷媒
    流れを、中間冷媒蒸気と中間冷媒液とに分け、この中間
    冷媒蒸気を圧縮して更に圧縮された冷媒をもたらし、ま
    た、この中間冷媒液をポンプ送出して更に加圧された冷
    媒液をもたらし、これらの更に圧縮された冷媒と更に加
    圧された冷媒液とを組み合わせ、そして得られる組み合
    わされた第１混合冷媒を冷却し、凝縮させ、随意に過冷
    却し、そしてフラッシュさせて（ａ）の気化する第１混
    合冷媒を提供する請求項１に記載の加圧供給ガスの液化
    方法。
  3. 【請求項３】 圧縮の後で冷却して凝縮させる前記第１
    混合冷媒蒸気のための寒冷の少なくとも一部を、第１熱
    交換領域において気化する前記第１混合冷媒液との間接
    熱交換によって提供する請求項１に記載の加圧供給ガス
    の液化方法。
  4. 【請求項４】 前記加圧供給ガスからメタンよりも重い
    炭化水素を除去することを更に含む方法であって、 （１）冷却された前記供給ガスを第１の箇所で蒸留塔に
    導入し、そしてこの蒸留塔からメタンに富む塔頂流れと
    メタンよりも重い成分の塔底流れとを引き出し、そして （２）前記塔底流れを分離して、炭素原子数が４までの
    成分を含む第１炭化水素流れと、炭素原子数が４よりも
    多い成分を含む第２炭化水素流れとを得る、ことを含む
    請求項１に記載の加圧供給ガスの液化方法。
  5. 【請求項５】 圧縮の後の前記第２混合冷媒蒸気の冷却
    と凝縮のための寒冷の一部を、前記第２熱交換領域で気
    化する第２混合冷媒との間接熱交換によって少なくとも
    部分的に提供する請求項１に記載の加圧供給ガスの液化
    方法。
  6. 【請求項６】 加圧供給ガスの液化方法であって、 圧縮の後の前記第２混合冷媒蒸気を、前記第１熱交換領
    域での間接熱交換によって冷却して、この第１熱交換領
    域から第１温度で引き出し、 得られる冷却された前記第２混合冷媒流れを、前記第２
    熱交換領域に導入して、ここでの間接熱交換によって更
    に冷却し、 前記第２熱交換領域から前記第２混合冷媒蒸気を、第１
    温度よりも低い第２温度で引き出し、そして得られる更
    に冷却された前記第２混合冷媒蒸気を予備加熱すること
    なく直接に圧縮する、請求項１に記載の加圧供給ガスの
    液化方法。
  7. 【請求項７】 加圧供給ガスを（ｂ）において第２熱交
    換領域での間接熱交換によって更に冷却し凝縮させる前
    に、 （１）前記加圧供給ガスを冷却し、得られる冷却された
    前記供給ガスを蒸留塔に導入し、そしてこの蒸留塔から
    メタンに富む塔頂流れとメタンよりも重い成分を含む塔
    底流れとを引き出し、 （２）前記塔底流れを分離して、炭素原子数が４までの
    成分を含む第１炭化水素流れと、炭素原子数が４よりも
    多い成分を含む第２炭化水素流れとを得て、 （３）前記第１熱交換領域における間接熱交換によって
    前記第１炭化水素流れを冷却し、そして （４）（３）で得られる冷却された前記第１炭化水素流
    れの少なくとも一部を、（１）の蒸留塔のための還流と
    して使用する、ことによって、メタンよりも重い炭化水
    素を前記加圧供給ガスから除去することを更に含む請求
    項１に記載の加圧供給ガスの液化方法。
  8. 【請求項８】 前記加圧供給ガスの一部を、第１の箇所
    の下方の第２の箇所で前記蒸留塔に導入する請求項４に
    記載の加圧供給ガスの液化方法。
  9. 【請求項９】 （ｃ）における前記第１混合冷媒蒸気の
    圧縮を、中間の圧縮された冷媒を発生させる少なくとも
    ２つの圧縮段階で行い、この中間の圧縮された冷媒を冷
    却して部分的に凝縮させ、そして中間の冷媒蒸気と中間
    の冷媒液とに分離し、この中間の冷媒蒸気を圧縮して更
    に圧縮された冷媒をもたらし、この更に圧縮された冷媒
    を冷却し、凝縮させ、随意に過冷却し、そしてフラッシ
    ュさせて、（ａ）の気化する前記第１混合冷媒を提供
    し、また、この中間の冷媒液を過冷却して本質的に一定
    の圧力でフラッシュさせて第１熱交換領域で追加の寒冷
    をもたらす請求項１に記載の加圧供給ガスの液化方法。
  10. 【請求項１０】 圧縮の後の前記第２混合冷媒蒸気の冷
    却及び凝縮を、前記第１熱交換領域における間接熱交換
    によって行って、中間の第２混合冷媒蒸気と中間の第２
    混合冷媒液とを含む部分的に凝縮した第２混合冷媒流れ
    をもたらし、更に、 （１）前記部分的に凝縮した第２混合冷媒流れを分離し
    て、中間の第２混合冷媒蒸気と中間の第２混合冷媒液と
    をもたらし、 （２）前記中間の第２混合冷媒蒸気を冷却し、凝縮さ
    せ、随意に過冷却し、そしてフラッシュさせて、（ｂ）
    の前記気化する第２混合冷媒を提供し、そして （３）前記中間の第２混合冷媒液を過冷却して本質的に
    一定の前記第２圧力でフラッシュさせて、前記第２熱交
    換領域において追加の寒冷を発生させる、 請求項１に記載の加圧供給ガスの液化方法。
  11. 【請求項１１】 加圧供給ガスの液化装置であって、 （ａ）前記加圧供給ガスを冷却し、圧縮された第１混合
    冷媒を冷却し、且つ圧縮された第２混合冷媒を冷却する
    第１熱交換手段であって、本質的に一定の第１圧力で気
    化する前記第１混合冷媒との間接熱交換によって、この
    冷却を少なくとも部分的に行い、この冷却が、冷却され
    た前記加圧供給ガス、液化した前記第１混合冷媒、及び
    冷却された前記圧縮第２混合冷媒をもたらし、また、前
    記気化する第１混合冷媒が第１混合冷媒蒸気をもたらす
    第１熱交換手段、 （ｂ）前記第１混合冷媒蒸気を圧縮して、圧縮された第
    １混合冷媒を提供する第１圧縮手段、 （ｃ）前記液化した第１混合冷媒をフラッシュさせて、
    前記気化する第１混合冷媒を提供する減圧手段、 （ｄ）前記冷却された供給ガスを更に冷却して凝縮さ
    せ、且つ前記冷却された圧縮第２混合冷媒を更に冷却し
    て液化する第２熱交換手段であって、本質的に一定の第
    ２圧力で気化する第２混合冷媒との間接熱交換によっ
    て、この冷却を少なくとも部分的に行い、この冷却が液
    体生産物と液化した第２混合冷媒とをもたらし、また、
    前記気化する第２混合冷媒が第２混合冷媒蒸気をもたら
    し、 （ｅ）前記第２混合冷媒蒸気を圧縮して、圧縮された第
    ２混合冷媒を提供する第２圧縮手段、 （ｆ）液化した前記第２混合冷媒をフラッシュさせて、
    前記気化する第２混合冷媒を提供する減圧手段、及び （ｇ）配管手段であって、 前記加圧供給ガスを前記第１熱交換手段に導入し、 冷却された前記供給ガスを前記第１熱交換手段から前記
    第２熱交換手段に移動させ、 前記液体生産物を前記第２熱交換手段から引き出し、 前記第１混合冷媒蒸気を前記第１熱交換手段から前記第
    １圧縮手段に移動させ、また、得られる圧縮された前記
    第１混合冷媒蒸気を前記第１圧縮手段から前記第１熱交
    換手段に移動させ、 冷却された前記圧縮第２混合冷媒を前記第１熱交換手段
    から前記第２熱交換手段に移動させ、そして前記第２混
    合冷媒蒸気を前記第２熱交換手段から前記第２圧縮手段
    に移動させ、そして得られる圧縮された前記第２混合冷
    媒蒸気を前記第２圧縮手段から前記第１熱交換手段に移
    動させる、配管手段、を具備している加圧供給ガスの液
    化装置。
  12. 【請求項１２】 加圧供給ガスの液化装置であって、前
    記第１圧縮手段が、少なくとも２つの圧縮機段階及びそ
    れに関連する配管手段であって、そのうちの１つの段階
    が中間の圧縮された冷媒をもたらす少なくとも２つの圧
    縮機段階及びそれに関連する配管手段、 中間冷却器であって、前記中間の圧縮された冷媒を冷却
    して部分的に凝縮させ、それによって２相の中間冷媒を
    もたらす中間冷却器、 分離装置及びそれに関連する配管手段であって、前記２
    相の中間冷媒を、中間冷媒蒸気と中間冷媒液とに分離す
    る分離装置及びそれに関連する配管手段、 追加の圧縮機段階であって、前記中間冷媒蒸気を圧縮し
    て更に圧縮された冷媒をもたらす追加の圧縮機段階、 前記中間冷媒液を加圧するポンプ送出手段及びそれに関
    連する配管手段、並びに得られる加圧された前記中間冷
    媒液と前記更に圧縮された冷媒とを組み合わせて、
    （ａ）の前記圧縮された第１混合冷媒をもたらす配管手
    段、を具備している請求項１１に記載の加圧供給ガスの
    液化装置。
  13. 【請求項１３】 加圧供給ガスの液化装置であって、 （１）蒸留手段及び関連の配管手段であって、前記冷却
    された加圧供給ガスを蒸留塔に導入して、更にメタンを
    富化した塔頂流れとメタンよりも重い成分を含む塔底流
    れとに蒸留し、ここで、前記冷却された加圧供給ガスが
    天然ガスから得られるメタンに富む供給ガスである蒸留
    手段及び関連の配管手段、 （２）分離手段及びそれに関連する配管手段であって、
    前記塔底流れを炭素原子数が４以下の成分を含む軽い炭
    化水素の流れと、炭素原子数が４よりも多い成分を含む
    重い炭化水素の流れとに分離する分離手段及びそれに関
    連する配管手段、 （３）前記第１熱交換手段内の冷却手段であって、前記
    軽い炭化水素の流れを冷却する冷却手段、並びに （４）配管手段であって、記第２熱交換手段での間接熱
    交換によって更に冷却して凝縮させる前に、（３）で得
    られる冷却された前記軽い炭化水素の流れと（１）の前
    記塔頂流れとを組み合わせる配管手段、を更に具備して
    いる請求項１１に記載の加圧供給ガスの液化装置。
  14. 【請求項１４】 前記冷却された加圧供給ガスを前記蒸
    留塔に導入する箇所よりも下方の箇所で、前記蒸留塔に
    加圧供給ガスの一部を導入する配管手段を更に具備して
    いる請求項１３に記載の加圧供給ガスの液化装置。
  15. 【請求項１５】 （ｄ）の前記第２熱交換領域での間接
    熱交換によって更に冷却して凝縮させる前に、前記冷却
    された加圧供給ガスからメタンよりも重い炭化水素を除
    去する手段を更に含み、ここで、この冷却された加圧供
    給ガスが天然ガスから得られるメタンに富む供給ガスで
    ある加圧供給ガスの液化装置であって、前記手段が、 （１）前記冷却された加圧供給ガスを、更にメタンに富
    む塔頂流れとメタンよりも重い成分の塔底流れとに分離
    する蒸留塔、 （２）前記塔底流れを、炭素原子数が３又はそれ以下の
    成分を含む軽い炭化水素流れと、炭素原子数が３よりも
    多い成分を含む重い炭化水素流れとに分離する手段、 （３）前記第１熱交換手段内の冷却手段であって、前記
    軽い炭化水素流れを冷却する冷却手段、 （４）（１）の前記蒸留塔の還流として、（３）で得ら
    れる冷却された前記軽い炭化水素流れの一部を前記蒸留
    塔に導入する配管手段、 を具備している請求項１１に記載の加圧供給ガスの液化
    装置。
  16. 【請求項１６】 加圧供給ガスの液化装置であって、前
    記第１圧縮手段が、 少なくとも２つの圧縮機段階とそれに関連する配管手段
    であって、このうちの１つの段階が中間の圧縮された冷
    媒をもたらす少なくとも２つの圧縮機段階とそれに関連
    する配管手段、 中間冷却器であって、前記中間の圧縮された冷媒を冷却
    して部分的に凝縮させ、それによって２相中間冷媒をも
    たらす中間冷却器、 分離装置及びそれに関連する配管手段であって、前記２
    相中間冷媒を、中間冷媒蒸気と中間冷媒液とに分離する
    分離装置及びそれに関連する配管手段、並びに追加の圧
    縮機段階であって、前記中間冷媒蒸気を圧縮して更に圧
    縮された冷媒をもたらす追加の圧縮機段階、 を具備しており、この加圧ガスの液化装置が、 配管手段であって、冷却し、凝縮させ、そしてフラッシ
    ュさせて、（ａ）において気化する前記第１混合冷媒を
    提供する前記圧縮された第１混合冷媒として、前記更に
    圧縮された冷媒を提供する配管手段、 前記中間冷媒液を前記第１熱交換手段に移動させる配管
    手段、 前記第１熱交換手段内の熱輸送手段であって、前記中間
    冷媒液を冷却する熱輸送手段、 減圧手段であって、得られる冷却された前記中間冷媒液
    をフラッシュさせて、本質的に一定の第１圧力で気化す
    る追加の混合冷媒を提供する減圧手段、並びに前記気化
    する追加の混合冷媒を前記第１熱交換手段に導入して、
    この第１熱交換手段での寒冷を提供する配管手段、 を更に具備している請求項１１に記載の加圧供給ガスの
    液化装置。
  17. 【請求項１７】 加圧供給ガスの液化装置であって、 （１）前記冷却された圧縮第２混合冷媒が部分的に凝縮
    したときに、この冷却された圧縮第２混合冷媒を分離し
    て、中間第２混合冷媒蒸気と中間第２混合冷媒液とをも
    たらす分離装置、 （２）前記第２熱交換手段内の熱輸送手段であって、前
    記中間第２混合冷媒液を冷却する熱輸送手段、 （３）得られる過冷却された前記中間第２混合冷媒液を
    フラッシュして、本質的に一定の前記第２圧力で気化す
    る追加の混合冷媒を提供する減圧手段、並びに （４）前記気化する追加の混合冷媒を前記第２熱交換手
    段に導入して、この第２熱交換手段内において寒冷を提
    供する配管手段、 を更に具備している請求項１１に記載の加圧供給ガスの
    液化装置。
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