JP5226457B2 - 空気流圧縮方法及び空気流圧縮装置 - Google Patents

空気流圧縮方法及び空気流圧縮装置 Download PDF

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Description

ガスを圧縮するのに必要とされる動力は、段間でのガスの冷却を可能にするため、段階的にガスを圧縮することによって削減できる、ということが知られている。最終的には、圧縮工程をますます多数の段に分割する資本コストによって動力の節減が相殺されるバランス点に達することになるが、当面の圧縮負荷及び動力対資本の相対的コストに応じて、最適な段数は数個になることが多い。このことは特に、空気流を分離して、少なくとも窒素生成物と酸素生成物、往々にしてアルゴン生成物、そしてさほど頻繁にではないがクリプトン及びキセノン生成物を標準的に含む１以上の生成物流にする、標準サイズの低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ）空気分離ユニット（「ＡＳＵ」）に供給される空気流を圧縮する場合において言えることである。
同様に当該技術分野では、動力節減が段間冷却温度に正比例するということも知られている。特に、液化天然ガス（ＬＮＧ）といったような冷媒を用いた段間における周囲温度以下の温度への冷却は、冷媒として通常の冷却水を使用することによる周囲温度への冷却に比べ大きい動力節減を生み出す。ここでもまた、最終的には、段階的に低い温度まで段間ガスを冷却するのに必要とされる付加的な寒冷の資本コストによって動力節減が相殺されるバランス点に達することになる。標準的には、このバランスによって、周囲温度の冷却水よりも低温である何かの使用が正当化されることはない。しかしながら、注目すべき例外が、ＬＮＧターミナルの近くにあるＡＳＵに関連して存在する。このような場合、ＬＮＧのコストは、ＬＮＧの使用を正当化するだけでなく、空気流が含有している汚染物質、特に水及び二酸化炭素の凝固点のすぐ上の温度まで段間空気流を冷却するのに必要なだけのＬＮＧを正当化するのに十分なほど低いものであることが多い。
ここで使用する（そして産業界で一般に称されている）、「低温圧縮」というのは、圧縮機段の入口で周囲温度以下の温度にあるガスの圧縮を意味するものとする。（これと、圧縮機段の入口でほぼ周囲温度又はそれを上回る温度にあるガスの圧縮のための業界用語である「高温圧縮」とを対比されたい）。同じくここで使用する「天然ガス寒冷」というのは、（ｉ）ＬＮＧの形での寒冷、あるいは（ｉｉ）低温（すなわち周囲温度より低い、特に周囲温度より十分低い温度）の天然ガス、特に、気化しているが、部分的に加温されただけのＬＮＧから得られる低温の天然ガスの形での寒冷、のいずれかを意味するものとする。例えば低温天然ガスは、−２０℃〜−１２０℃、好ましくは−４０℃〜−１００℃の温度にある。
本発明は、空気流、特にその後ＡＳＵに供給される空気流を低温圧縮するために天然ガス寒冷を使用するシステムに関する。当該技術分野では、このようなシステムが教示されている。例えば、Ｉｓｈｉｚｕ（石津）による特開昭５３−１２４１８８号公報（以下「Ｉｓｈｉｚｕ」）の図１、及びＰｅｒｒｏｔｉｎらの米国特許第３８８６７５８号明細書（以下「Ｐｅｒｒｏｔｉｎ」）を参照されたい。
Ｉｓｈｉｚｕは、蒸留塔システムを組み入れたＡＳＵのための湿潤原料空気の圧縮中に段間冷却を行うのにＬＮＧが用いられている先行技術の低温空気分離法（図１参照）に言及しており、その方法における段間冷却中の水分及び二酸化炭素の凝固の問題が、段間冷却用ではなく約−１５０℃まで冷却された乾燥原料空気の圧縮によって発生した熱を除去するためにＬＮＧを使用することにより、未然に防止されるということを教示している。ＬＮＧは、圧縮空気を約−１５０℃まで冷却しなおし、その結果として得られた冷却圧縮空気は、その後蒸留塔システムへの供給の前に約−１７０℃まで冷却される。
Ｐｅｒｒｏｔｉｎは、蒸留塔システムに還流を供給するため蒸留塔システムからの圧縮された窒素生成物流に凝縮負荷を提供するのにＬＮＧが使用される低温空気分離法を開示している。任意的に、原料空気の圧縮の際に乾燥した空気の段間冷却を行うためにもＬＮＧが使用される。
ＩｓｈｉｚｕとＰｅｒｒｏｔｉｎにおける共通の関心事は、ＬＮＧと段間空気流との熱交換を促進するために用いられる熱交換器における欠陥が、結果として空気流内への天然ガスの漏出をもたらすことに直面することである。特にこのような漏出は、天然ガスが空気流とともに蒸留塔に入るのを可能とし、その場合天然ガスは蒸留塔内で生産される酸素とともに集まって、かくして潜在的に爆発性をもつ酸素と天然ガスの混合物を作り出す傾向をもつ。この関心事に対処することが、本発明の目的である。
当該技術分野では、その最後の圧縮段の後の空気流（以下「最終的に圧縮された空気流」）を冷却するためにＬＮＧを使用することも教示されている。例えば、Ｏｇａｔａらによる米国特許第４１９２６６２号明細書（以下「Ｏｇａｔａ」）及びＷａｒｄによる米国特許出願第２００５／０１２６２２０号明細書（以下「Ｗａｒｄ」）を参照されたい。
Ｏｇａｔａは、循環する窒素生成物流を冷却するためにＬＮＧを使用し、それによりこの流れを低い温度で圧縮しそして膨張させて精留塔において酸素を気化させることができる低温空気分離法を開示している。例示された方法においては、ＬＮＧは、最終的に圧縮された空気流に寒冷負荷を提供する閉鎖型クロロフルオロカ―ボンサイクルに寒冷負荷を提供するためにも使用される。
Ｗａｒｄは、凝縮性ガスを加えることでＬＮＧの総発熱量を調整する方法を開示しており、それによればそのガスのうちの少なくとも一部分をＬＮＧにより凝縮させて混合凝縮物とし、これをその後伝熱媒体との熱交換により気化させている。この伝熱媒体は、例えば、原料空気、又は低温空気分離と関連するその他のプロセス流の状態を調節するのに、あるいは凝縮するガスを冷却するのに、冷媒として使用可能である。例示された方法においては、伝熱媒体として水及び／又はエチレングリコールが使用され、その一部分を用いて最終的に圧縮された空気流及び圧縮された窒素生成物流の両方が冷却される。
Ｏｇａｔａ及びＷａｒｄの両方における１つの注目すべき特徴は、ＬＮＧから最終的に圧縮された空気流へと寒冷を移動するための中間冷却媒体（ＩＣＭ）の使用である。詳しく言うと、ＩＣＭは第１の熱交換器でのＬＮＧとの間接熱交換によって冷却され、その結果得られた冷却されたＩＣＭが、第２の熱交換器での間接熱交換により最終的に圧縮された空気流を冷却するために使用される。このようにして、Ｏｇａｔａ及びＷａｒｄでは、最終的に圧縮された空気流を冷却するのに用いられる熱交換器での漏出の結果として天然ガスが蒸留塔に進入するということを防止している。しかしながら、Ｏｇａｔａ及びＷａｒｄは、その低温圧縮段の間で空気流を都合よく冷却するのに冷却されたＩＣＭを使用することは教示していないという点を明確に指摘しておく必要がある。
最後に、当該技術分野では、窒素ガスの低温圧縮中の段間冷却のため低温天然ガスを使用することも教示されている。例えばＡｇｒａｗａｌらによる米国特許第５１４１５４３号明細書（以下「Ａｇｒａｗａｌ」）は、段間冷却を行うために閉鎖型クロロフルオロカーボンサイクルを用いて窒素生成物流を低温圧縮し、ＬＮＧがそのクロロフルオロカーボンサイクルに対して寒冷負荷を提供する低温空気分離からの窒素生成物流を液化するための先行技術の方法に言及している。更に、このＬＮＧは、最終的に圧縮された窒素を冷却するための寒冷を提供する。ＡＳＵに供給される空気流の低温圧縮のための段間冷却を都合よく行うために先行技術の冷却されたクロロフルオロカーボンＩＣＭを使用することをＡｇｒａｗａｌは教示していない、ということを明確に指摘しておくことが必要である。
特開昭５３−１２４１８８号公報 米国特許第３８８６７５８号明細書 米国特許第４１９２６６２号明細書 米国特許出願第２００５／０１２６２２０号明細書 米国特許第５１４１５４３号明細書
本発明は、少なくとも２つの連続した段の間で空気流を周囲温度以下の温度まで冷却するために液化及び／又は低温天然ガスから得られる寒冷を使用する、多段で空気流を圧縮するための方法である。空気流に天然ガスが漏出する可能性を低減するために、中間冷却媒体（ＩＣＭ）を使用して天然ガスから段間空気流へと寒冷を移動させる。本発明の一実施形態においては、圧縮空気流を、ＩＣＭを冷却するために用いられる天然ガス流として液化装置ユニットから抜き出された低温天然ガス流を用いることによりプロセスに相乗作用的に組込まれるＬＮＧベースの液化装置ユニットを含む低温空気分離ユニット（ＡＳＵ）に供給する。
一つの側面によると、本発明は、
天然ガスを含む冷媒流との間接熱交換により中間冷却媒体（ＩＣＭ）流を冷却すること、
複数の圧縮段を用いて空気流を圧縮すること、及び
この空気流を、ＩＣＭ流との間接熱交換により複数の圧縮段のうちの少なくとも２つの間で周囲温度以下の温度まで冷却すること、
を含む、空気流を圧縮するための方法を提供する。
好ましい実施形態において、本発明の方法は、
天然ガスを含む冷媒流との間接熱交換により中間冷却媒体（ＩＣＭ）流を冷却すること、
複数の圧縮段でもって空気流を圧縮すること、
この空気流を、ＩＣＭ流との間接熱交換により複数の圧縮段のうちの少なくとも２つの間で周囲温度以下の温度まで冷却すること、
この冷却した圧縮空気流を空気分離ユニット（ＡＳＵ）を用いて少なくとも１つの窒素生成物流と、酸素生成物流とに分離すること、
上記冷媒流との熱交換により液化装置でもって上記少なくとも１つの窒素生成物流を冷却し、そして必要な場合は、液化装置からＡＳＵまで窒素生成物の少なくとも一部分を戻すこと、及び
上記少なくとも１つの窒素生成物流との熱交換後に上記冷媒流の少なくとも一部分を抜き出し、そして冷媒流の該少なくとも一部分をＩＣＭ流を冷却する工程のために使用すること、
を含む。
第２の側面において、本発明は、
第１段、少なくとも１つの中間段、及び最終段を含む複数段でもって空気流を圧縮する圧縮機、
空気流を中間冷却媒体（ＩＣＭ）流との熱交換で冷却する複数の熱交換器であって、該複数の熱交換器のうちの少なくとも１つは第１段と少なくとも１つの中間段の間で空気流を冷却し、該複数の熱交換器のうちの少なくとも１つは少なくとも１つの中間段と最終段の間で空気流を冷却する、複数の熱交換器、
空気流を少なくとも１つの窒素生成物流と少なくとも１つの酸素生成物流とに分離する空気分離ユニット（ＡＳＵ）、及び
該少なくとも１つの窒素生成物流を天然ガス流との熱交換により液化する液化装置、
を含み、上記ＩＣＭ流を上記天然ガス流の少なくとも一部分との熱交換により冷却する装置を提供する。
複数の圧縮段が第１段、１以上の中間段、及び最終段を含む場合には、空気流を、該１以上の中間段のおのおのの間でＩＣＭ流との間接熱交換により周囲温度以下の温度まで冷却することが好ましい。
空気流は、圧縮の第１段の前及び／又は圧縮の最終段の後に、ＩＣＭ流との間接熱交換により周囲温度以下の温度まで冷却することもできる。
空気流が冷却又は圧縮工程の前で水及び二酸化炭素を含んでいる場合、周囲温度以下の温度は、水のうち少なくとも一部分が凝縮できるようにするほど十分低くなくてはならない。
冷媒流は、液化天然ガス（ＬＮＧ）及び／又は非液化天然ガスを含むことができる。
通常、ＩＣＭ流は、酸素の存在下で不燃性である。好ましくは、それは水の凝固点より低い凝固点温度をもつ液体、特にエチレングリコールと水の混合物、である。あるいは、水と一緒にした場合に非爆発性である冷媒流、例えば選択されたフッ素化炭化水素又はその混合物など、を使用してもよい。
好ましくは、ＩＣＭは、ポンプで循環することができるように、冷媒流と熱交換して冷却するとき液体状態にある。ただし、ＩＣＭは、空気の圧縮に寒冷を提供するときには気化することができ、その場合ＩＣＭは通常、冷媒流との熱交換で凝縮させられる。冷媒流との熱交換で冷却後に気体である冷却媒体の使用は、この流体を循環させるために圧縮機の動力が必要となるため不利である。
空気分離ユニット（ＡＳＵ）、特に低温ＡＳＵを用いて圧縮空気原料を分離して、少なくとも１つの窒素生成物流と、酸素生成物流とを提供することができる。通常は、圧縮後且つ分離の前に空気流から二酸化炭素の少なくとも一部分及び残留水の少なくとも一部分除去し、及び／又は、圧縮後且つ分離の前に圧縮空気流を少なくとも１つの窒素生成物流との間接熱交換により低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）まで冷却する。窒素生成物流は冷媒流との熱交換により液化することができ、そしてＩＣＭ流は該熱交換後の冷媒流の少なくとも一部分で冷却するでことができる。窒素生成物流はまた、ＩＣＭ流を冷却するのに使用されない冷媒流の一部分との熱交換により冷却することもできる。
本発明は、ともに低温空気分離ユニット（ＡＳＵ）１に供給される空気流１００の圧縮に関連している図１及び図２に描かれた限定されない実施形態を参照することで、最も良く理解される。
ここで図１を参照すると、空気流１００を、第１段３ａ、中間段３ｂ及び最終段３ｃからなる複数の連続する段を含む空気圧縮機３の第１段３ａで圧縮する。段間空気流１０２及び１０４をおのおの、天然ガス流１６６から得られる寒冷で周囲温度以下の温度まで冷却する。本発明によれば、天然ガス流１６６と段間空気流１０２及び１０４との熱交換を容易にするために、中間冷却媒体（ＩＣＭ）が使用される。
ＩＣＭの目的は、天然ガス流１６６と段間空気流１０２及び１０４のうちの１以上との熱交換を容易にするために単一の熱交換器を使用するのを回避することである。詳しく言えば、これは、単一の熱交換器における欠陥の結果として天然ガスが段間空気流に漏れ込み、そして最終的には蒸留塔システム内に漏れ込んで、そこで生成された酸素とともに集まって潜在的に爆発性をもつ酸素と天然ガスの混合物を作り出す傾向をもつという事態に至るのを解消する。特に、高圧及び低圧塔を含む典型的な二塔式システムの場合、天然ガスは低圧塔へ移動して、低圧塔の底部に集まる液対酸素中に蓄積しやすい。従って、本発明で使用するＩＣＭは、酸素と一緒になったときに無害の混合物（すなわち非爆発性）を作り出す任意の冷媒であることができる。かかる冷媒の一例は、エチレングリコールと水の混合物である。
図１において、ＩＣＭは閉ループサイクル４内で循環する。詳しく言えば、ＩＣＭ流１８６は、熱交換器１８８でＬＮＧ流１６６と間接的に熱交換し、気化し加温された天然ガス流１６８と冷却されたＩＣＭ流１７０を生じさせる。閉ループサイクル４内での通常の圧力損失を補うため、冷却されたＩＣＭ流１７０をポンプ１７１で圧送してＩＣＭ流１７２を生じさせ、これはＩＣＭ流１７５及び１７６に分けられる。段間空気流１０２は、熱交換器４ｂでＩＣＭ流１７６との間接熱交換により周囲温度以下の温度まで冷却され、結果として得られた冷却された空気流１０３は空気圧縮機３の中間段３ｂで圧縮される。同様に、段間空気流１０４は熱交換器４ｃでＩＣＭ流１７５との間接熱交換により周囲温度以下の温度まで冷却され、結果として得られた冷却された空気流１０５が空気圧縮機３の最終段３ｃで圧縮される。その結果得られた加温されたＩＣＭ流１８１及び１８２は一緒にされてＩＣＭ流１８６となり、閉ループを完成する。当業者は、ポンプ１７１でのＩＣＭ流の圧送を、もう一つの方法としてＩＣＭ流を熱交換器４ｂで冷却する前に行うことができることを理解しよう。
最終的に圧縮された空気流１０６を、熱交換器４ｄで冷却水の流れ１９０との間接熱交換によりほぼ周囲温度まで冷却する。結果として得られた加温された冷却水は流れ１９２として取り出される一方、結果として得られた冷却された空気流は流れ１０７として取り出される。熱交換器４ｂ、４ｃ及び４ｄでの熱交換の結果として、空気流１００に含まれていた水の一部分が凝縮して、それぞれ流れ１９５、１９６及び１９７として排出される。流れ１０７は、その二酸化炭素及び残留水分を除去するため、吸着ユニット１０８に供給される。その結果得られた空気流１１０はその後、主熱交換器１１２と蒸留塔システム１２０を含むＡＳＵ１に供給される。
空気流１１０は、主熱交換器１１２で低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）まで冷却され、結果として得られた空気流１１４が、塔頂部と塔底部をもつ高圧塔１１６、塔頂部と塔底部をもつ低圧塔１１８、及び高圧塔と低圧塔を熱的に連結するリボイラー−凝縮器１１７を含む、蒸留塔システム１２０に供給され、空気流はそこで第１の窒素生成物流１３０（高圧塔１１６の塔頂部から取り出される）、第２の窒素生成物流１４０（低圧塔１１８の塔頂部から取り出される）、及び酸素生成物流１２５（低圧塔１１８の塔底部から取り出される）に分離される。窒素生成物流１３０及び１４０は、空気流１１０を主熱交換器１１２での間接熱交換により低温まで冷却するのに使用される。その結果得られた加温された窒素生成物流は、流れ１３２及び１４２としてＡＳＵ１から抜き出される。
図２は、窒素生成物流１３２と１４２及び／又は酸素生成物流１２５を液体生成物として生産するために、そのプロセスがＬＮＧ流２６０により提供される寒冷で窒素生成物流１３２と１４２を液化することを更に含むことを除いて、図１と類似している。詳しく言えば、窒素生成物流１３２及び１４２は、低温端部（図２の液化装置ユニット２の方位を基にして液化装置ユニット２の底部）、低温端部とは反対側の高温端部、低温端部に隣接する低温区画、高温端部に隣接する高温区画、及び低温区画と高温区画の間に位置する中間区画を含む液化装置ユニット２に供給される。ＬＮＧ流２６０を液化装置ユニット２の低温端部に供給する一方、窒素生成物流を液化装置ユニット２の高温端部に供給する。窒素生成物流１３２及び１４２は、液化装置ユニット２で低温圧縮され液化されてから、流れ２５０及び２５２として液化装置ユニット２の低温端部から抜き出される。ＬＮＧ流２６０は、窒素生成物流１３２及び１４２との間接熱交換により液化装置ユニット２の低温区画で気化され部分的に加温される。
液化窒素生成物流の第１の部分２５０が液化装置ユニット２の低温端部から取り出され、液体窒素生成物流として回収される一方で、酸素生成物流１２５の少なくとも一部分を液体酸素生成物流として回収するのを容易にするために、残りの部分２５２が低温端部から取り出され、蒸留塔システムに戻される。詳しく言えば、残りの部分の第１の部分は、弁２５４を通して減圧されて高圧塔１１６に戻される一方、残りの部分の残りの分は弁２５６を通して減圧されて低圧塔１１８に戻される。あるいはまた、唯一の所望の液体生成物が液体窒素である場合には、流れ２５２を流れ２５０に統合し、その一方で、唯一の所望の液体生成物が液体酸素である場合には、流れ２５０を流れ２５２に統合する。本発明は、流れ２５２をＡＳＵで利用するやり方により限定されるものでない、という点に留意すべきである。例えば、流れ２５２を気化させてＡＳＵ内のプロセス流に寒冷を提供してもよい。
ＬＮＧ流２６０の第１の部分は、液化装置ユニット２の低温端部において気化され部分的に加温され、窒素生成物流１３２及び１４２との更なる間接熱交換により液化装置ユニット２の高温区画において更に加温されてから、液化装置の高温端部から流れ２６４として抜き出される。液化装置ユニット２の低温端部で気化され部分的に加温されたＬＮＧ流２６０の残りの部分は、低温天然ガス流として液化装置ユニット２の中間区画から抜き出され、そして冷媒流１６６として熱交換器１８８内でＩＣＭを冷却するのに用いられる。流れ１６６の温度は、標準的には−２０℃〜−１２０℃、最も好ましくは−４０℃〜−１００℃である。熱交換器１８８からの加温された天然ガス流１６８は、液化装置ユニット２からの加温された天然ガス流２６４と一緒にされて、流れ２７０を形成する。
図２に示した、この実施形態の１つの独自の特徴は、液化装置ユニット２から冷媒流１６６として抜き出した低温天然ガス流を熱交換器１８８でＩＣＭを冷却するために使用するという上述の点にある。この特徴は、以下の相乗効果を提供する。
寒冷源としてＬＮＧの「低温度の」寒冷を使用する（すなわち図１のとおり）か又は寒冷源として低温天然ガスの相対的に「高温度の」の寒冷を使用する（すなわち当該図２のとおり）、本発明の低温圧縮スキームの能力、及び
液化装置ユニット２からの低温天然ガス流の抜き出しが液化装置ユニット２への追加量のＬＮＧの導入を妥当とする。詳しく言えば、抜き出された低温天然ガスの寒冷負荷と同等の寒冷負荷をもつ量のＬＮＧ。これは、液化装置ユニット２でのより高度の低温圧縮を可能とし（すなわち、ＬＮＧ寒冷の温度はそれが取って代わる低温天然ガス寒冷の温度より低いので）、そしてこれは液化装置ユニット２における動力の節減という結果をもたらす。
実際、液化装置ユニット２から抜き出された低温天然ガスのための生産的「ヒートシンク」として役立つ本発明の低温圧縮スキームの能力は、液化装置の動力の節減を可能にする。ここに含まれている例は、本発明の図２の実施形態により達成可能な動力の節減を例示している。
この実施形態のもう１つの重要な特徴は、やはりＩＣＭ閉ループサイクル４を使用して、圧縮の第１段３ａの前の空気流１００を、そしてまた最終的に圧縮した空気流１０６を、冷却することである。詳しく言えば、空気流１００を熱交換器４ａでＩＣＭ流３７７との間接熱交換により周囲温度以下の温度まで冷却し、結果として得られた冷却された空気流３０１を圧縮機３の最終段３ａで圧縮する。その結果得られた加温されたＩＣＭ流３８３はＩＣＭ流１８６と一緒にする。同様に、最終的に圧縮された空気流１０６を冷却するのに冷却水を使用する代りに、最終的に圧縮された空気流１０６を熱交換器４ｄでＩＣＭ流３７４との間接熱交換により周囲温度以下の温度まで冷却し、結果として得られた流れ１０７の冷却された空気を吸着ユニット１０８に供給する一方、結果として得られた凝縮水を流れ１９７として取り出す。その結果得られた加温された暖められたＩＣＭ流３８０はＩＣＭ流１８６と一緒にされる。
上述のように空気流１００及び１０６を冷却するのにもＩＣＭ閉ループサイクル４を使用することで、更なる利点が得られる。まず第１に、少なくともそれは第１の圧縮段３ａの前に空気流１００を周囲温度以下の温度までの冷却することに関するため、これは段間空気流１０３及び１０４を低温圧縮するのと同じ利点をもたらす。第２に、それは液化装置ユニット２から抜き出された低温天然ガス流１６６のための付加的なヒートシンクを提供し、そしてこれが液化装置ユニット２における動力の節減を更に増大させる。最後に、それはプロセス内における冷却水の必要性と付随する冷却水塔の資本コスト（すなわち加温された冷却水を周囲空気との熱交換により周囲温度まで冷却しなおすための）をなくす。
図２における残りの構成要素は図１と共通しており、同じ番号で識別されている。図２には示してはいないが、当業者は、熱交換器４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄのうちの１以上のものを、任意的には熱交換器１８８とともに、単一の熱交換器に統合することができることを理解しよう。同様に、当業者は、閉ＩＣＭループ４、及び／又は液化装置ユニット２から抜き出された低温天然ガス流１６６を、任意的には熱交換器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び１８８について検討した同じ単一の熱交換器で、プロセス内のその他の流れ（例えば液化装置ユニット２の高温端部に供給される窒素といったような）を冷却するために使用することもできることを理解しよう。最後に、当業者は、液化装置の運転開始又は運転停止の事態に対処するために、図２の熱交換器１８８を液化装置ユニット２に供給されるＬＮＧ流２６０の一部を気化させ部分的に加温するように設計できるであろうことを理解しよう。
以下の例は、本発明により達成可能である動力の節減を例示している。
この例で提示するプロセスの１つは、ＩＣＭを冷却するための寒冷源としてＬＮＧの「低温度の」寒冷を使用する。このプロセスにおいては、流れ１６６は新たなＬＮＧ供給物の一部分からなる。
もう１つのプロセス、すなわちＩＣＭを冷却するための寒冷源としての低温天然ガスの相対的に「高温度の」の寒冷を使用するものも提示される。この第２のプロセにおいては、流れ１６６は、新たなＬＮＧ供給物の一部分からなる流れ１６６に代わって、流れ１６６は液化装置ユニット２から抜き出された低温天然ガス流からなる。実際、このプロセスにおける液化装置ユニット２は空気流１００のための低温圧縮スキームと関連する。
これらのプロセス（「低温度のＩＣＭ冷却」及び「高温度のＩＣＭ冷却」）は両方とも、空気流１００の低温圧縮が全く関与しない「基本ケース」プロセスと比較することができる。
これらの異なるプロセスを、同じ割合で組み合せた液体酸素と液体窒素を１日当たり１０００メートルトン生産することを基準としてシミュレーションした。これらのシミュレーションのためには、「低温度のＩＣＭ冷却」のために用いられるＬＮＧ供給物の温度を−１５３℃であると仮定し、「高温度のＩＣＭ冷却」のために用いられる低温天然ガス流の温度を−７３℃であると仮定する。シミュレーションから、１日当たり１４８０メートルトンから１日当たり２２８０メートルトンまで合計ＬＮＧ所要量を増大させることと引換えに、ＩＣＭを冷却するための寒冷源としてＬＮＧの「低温度の」寒冷を使用することで空気圧縮の動力所要量は７．３２ＭＷから６．９６ＭＷまで削減されることが示された。シミュレーションからは更に、合計ＬＮＧ所要量を１日当たり１４８０メートルトンから１日当たり２１４０メートルトンまで増大させることと引換えに、ＩＣＭを冷却するための寒冷源として低温天然ガスの相対的に「高温度の」の寒冷を使用することで、空気圧縮の所要動力が７．３２ＭＷから６．９６ＭＷまで削減されるだけでなく、液化装置ユニット２の窒素圧縮の所要動力も４．８２ＭＷから３．５４ＭＷまで削減されることが示された。
「低温度のＩＣＭ冷却」プロセスにおける切り離された液化装置は、図２の「高温度のＩＣＭ冷却」プロセスにおけるように液化装置を統合することにより達成可能な動力の節約を犠牲にしてはいるが、切り離された液化装置は、液化装置ユニット２が作動していない場合にＡＳＵ１の連続的使用を可能にするという意味で利点を提供することができる、ということに注目すべきである。この状況は、ＡＳＵ１が液化装置ユニット２より先に運転開始される場合に、又はＡＳＵ１からの液体ガス酸素又はその他の何らかの生成物の生産を続けながら液化装置ユニット２からの液体窒素の正味の生産を中断することが望まれる場合に、必ず発生し得る。
本発明の側面及び実施形態には、以下のものが含まれる。
１．天然ガスを含む冷媒流との間接熱交換により中間冷却媒体（ＩＣＭ）流を冷却すること、
前記空気流を複数の圧縮段を用いて圧縮すること、及び
前記空気流を前記ＩＣＭ流との間接熱交換により前記複数の圧縮段のうちの少なくとも２つの間で周囲温度以下の温度まで冷却すること、
を含む空気流圧縮方法。
２．前記複数の圧縮段が第１段、１以上の中間段及び最終段を含み、前記空気流を冷却することが、前記空気流を前記１以上の中間段のおのおのの間で前記ＩＣＭ流との間接熱交換により周囲温度以下の温度まで冷却することを含む、上記１に記載の方法。
３．前記空気流を、前記ＩＣＭ流との間接熱交換により前記第１段に先立ち周囲温度以下の温度まで冷却する、上記２に記載の方法。
４．前記空気流を、前記ＩＣＭ流との間接熱交換により前記圧縮の最終段の後に周囲温度以下の温度まで冷却する、上記２又は３に記載の方法。
５．前記空気流が前記冷却又は圧縮の工程前に水を含有しており、前記周囲温度以下の温度が前記水のうちの少なくとも一部分を凝縮させることができるように十分低い、上記１〜４のいずれか一つに記載の方法。
６．前記冷媒流が液化天然ガス（ＬＮＧ）を含む、上記１〜５のいずれか一つに記載の方法。
７．前記冷媒流が非液化天然ガスを含む、上記１〜６のいずれか一つに記載の方法。
８．前記ＩＣＭ流が酸素の存在下で不燃性である冷媒を含む、上記１〜７のいずれか一つに記載の方法。
９．前記ＩＣＭ流がエチレングリコールと水の混合物を含む、上記８に記載の方法。
１０．空気分離ユニット（ＡＳＵ）を用いて前記空気流を少なくとも１つの窒素生成物流と、酸素生成物流とに分離することを更に含む、上記１〜９のいずれか一つに記載の方法。
１１．前記空気流を圧縮後且つ前記空気流を分離する前に、少なくとも１つの窒素生成物流との間接熱交換により前記空気流を低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）まで冷却することを更に含む、上記１０に記載の方法。
１２．前記冷媒流との熱交換により液化装置ユニットで前記少なくとも１つの窒素生成物流を冷却すること、及び
前記少なくとも１つの窒素生成物流との熱交換後に前記冷媒流の少なくとも一部分で前記ＩＣＭ流を冷却すること、
を更に含む、上記１０又は１１に記載の方法。
１３．前記ＩＣＭ流を冷却するのに使用されない前記冷媒流の一部分との熱交換により前記少なくとも１つの窒素生成物流を冷却することを更に含む、上記１２に記載の方法。
１４．空気分離ユニット（ＡＳＵ）への原料空気流を圧縮するための方法であって、
天然ガスを含む冷媒流との間接熱交換により中間冷却媒体（ＩＣＭ）流を冷却すること、
前記空気流を複数の圧縮段で圧縮すること、
前記空気流を前記ＩＣＭ流との間接熱交換により前記複数の圧縮段のうちの少なくとも２つの間で周囲温度以下の温度まで冷却すること、
前記冷却及び圧縮の工程後に、前記ＡＳＵで前記空気流を少なくとも１つの窒素生成物流と、酸素生成物流とに分離すること、
前記冷媒流との熱交換により液化装置において前記少なくとも１つの窒素生成物流を冷却すること、及び
前記少なくとも１つの窒素生成物流との熱交換後に前記冷媒流の少なくとも一部分を抜き出し、前記冷媒流の当該少なくとも一部分を前記ＩＣＭ流を冷却する工程のために使用すること、
を含む、上記１２又は１３に記載の方法。
１５．前記少なくとも１つの窒素生成物流を冷却する工程後に前記液化装置から前記ＡＳＵまで前記少なくとも１つの窒素生成物流のうちの１つを戻すことを更に含む、上記１２〜１４のいずれか一つに記載の方法。
１６．前記空気流を圧縮後且つ前記空気流を分離する前に、二酸化炭素の少なくとも一部分と残留している水の少なくとも一部分を前記空気流から除去することを更に含む、上記１０〜１５のいずれか一つに記載の方法。
１７．第１段、少なくとも１つの中間段及び最終段を含む複数段で空気流を圧縮する圧縮機、
前記第１段と前記少なくとも１つの中間段との間において前記空気流を中間冷却媒体（ＩＣＭ）流で冷却する第１の熱交換器、
前記少なくとも１つの中間段と前記最終段との間において前記空気流を前記中間冷却媒体（ＩＣＭ）流で冷却する第２の熱交換器、
前記空気流を少なくとも１つの窒素生成物流と少なくとも１つの酸素生成物流とに分離する空気分離ユニット（ＡＳＵ）、及び
天然ガス流との熱交換により前記少なくとも１つの窒素生成物流を液化する液化装置、
を含み、前記ＩＣＭ流を前記天然ガス流の少なくとも一部分との熱交換により冷却する装置。
１８．２つ以上の中間段が存在し、当該中間段のおのおのの間で前記空気流を冷却するそれぞれの熱交換器を含む、上記１７に記載の装置。
１９．前記少なくとも１つの窒素生成物流のうちの少なくとも１つを、当該少なくとも１つの窒素生成物流を前記天然ガス流との熱交換により液化後に、前記ＡＳＵに戻す、上記１７又は１８に記載の装置。
２０．前記第１段の前で前記空気流を前記中間冷却媒体（ＩＣＭ）流で冷却する熱交換器を含む、上記１７〜１９のいずれか一つに記載の装置。
２１．前記最終段の後で前記空気流を前記中間冷却媒体（ＩＣＭ）流で冷却する熱交換器を含む、上記１７〜２０のいずれか一つに記載の装置。
本発明の一実施形態を示す概略図である。 本発明の別の実施形態を示す概略図である。

Claims (10)

  1. 低温空気分離ユニットから取り出された少なくとも１つの気体の窒素生成物流を液化装置ユニットへ供給し、この液化装置ユニットにおいて前記窒素生成物流を液化天然ガスとの熱交換により冷やして液化することを含む、低温空気分離ユニットへの空気流を圧縮するための方法であり、
    前記空気流を複数の圧縮段を用いて圧縮すること、及び
    前記空気流を中間冷却媒体（ＩＣＭ）流との間接熱交換により前記複数の圧縮段のうちの少なくとも２つの間で周囲温度以下の温度まで冷却し、前記ＩＣＭ流を天然ガスを含む冷媒流との間接熱交換により冷却すること、
    を含む空気流圧縮方法であって、前記ＩＣＭを冷却するのに用いられる前記冷媒流として使用するために、液化天然ガス流が供給される低温端部に隣接する低温区画、低温端部と反対側の高温端部に隣接する高温区画、及び低温区画と高温区画の間に位置する中間区画を含む前記液化装置ユニットの当該中間区画から前記天然ガスの供給流のうちの一部分を−２０℃〜−１２０℃の温度で抜き出すことを特徴とする空気流圧縮方法。
  2. 前記複数の圧縮段が第１段、２以上の中間段及び最終段を含み、前記空気流を冷却することが、前記空気流を前記１以上の中間段のおのおのの間で前記ＩＣＭ流との間接熱交換により周囲温度以下の温度まで冷却することを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記空気流を、前記ＩＣＭ流との間接熱交換により前記第１段に先立ち周囲温度以下の温度まで冷却する、請求項２に記載の方法。
  4. 前記空気流を、前記ＩＣＭ流との間接熱交換により前記圧縮の最終段の後に周囲温度以下の温度まで冷却する、請求項２又は３に記載の方法。
  5. 前記ＩＣＭ流がエチレングリコールと水の混合物を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 天然ガスを含む冷媒流との間接熱交換により中間冷却媒体（ＩＣＭ）流を冷却すること、
    空気流を複数の圧縮段で圧縮すること、
    前記空気流を前記ＩＣＭ流との間接熱交換により前記複数の圧縮段のうちの少なくとも２つの間で周囲温度以下の温度まで冷却すること、
    前記冷却及び圧縮の工程後に、前記低温空気分離ユニットで、前記冷却した圧縮空気流を少なくとも１つの窒素生成物流と、酸素生成物流とに分離すること、
    前記冷媒流との熱交換により液化装置において前記少なくとも１つの窒素生成物流を冷却すること、及び
    前記少なくとも１つの窒素生成物流との熱交換後に、前記冷媒流の少なくとも一部分を前記液化装置の中間区画から−２０℃〜−１２０℃の温度で抜き出し、当該一部分を前記ＩＣＭ流を冷却する工程のために使用すること、
    を含む、請求項１〜５のいずれか一つに記載の原料空気流圧縮方法。
  7. 第１段、少なくとも１つの中間段及び最終段を含む複数段で空気流を圧縮する圧縮機、
    前記第１段と前記少なくとも１つの中間段との間において前記空気流を中間冷却媒体（ＩＣＭ）流で冷却する第１の熱交換器、
    前記少なくとも１つの中間段と前記最終段との間において前記空気流を前記中間冷却媒体（ＩＣＭ）流で冷却する第２の熱交換器、
    前記空気流を少なくとも１つの気体の窒素生成物流と少なくとも１つの酸素生成物流とに分離する低温空気分離ユニット（ＡＳＵ）、及び
    前記少なくとも１つの気体の窒素生成物流を液化天然ガスとの熱交換により液化する液化装置ユニット、
    を含む装置であって、
    当該装置における前記液化装置ユニットは、液化天然ガス流が供給される低温端部に隣接する低温区画、低温端部と反対側の高温端部に隣接する高温区画、及び低温区画と高温区画の間に位置する中間区画を含むこと、
    当該装置は前記中間冷却媒体（ＩＣＭ）流を前記液化装置ユニットの前記中間区画から抜き出した前記天然ガス流の一部分との熱交換により冷却する第３の熱交換器を含み、そして前記第３の熱交換器で冷却された前記ＩＣＭ流が前記第１及び第２の熱交換器のための冷却媒体流を提供することを特徴とする装置。
  8. ２つ以上の中間段が存在し、当該中間段のおのおのの間で前記中間冷却媒体（ＩＣＭ）流により前記空気流を冷却するそれぞれの熱交換器を含む、請求項７に記載の装置。
  9. 前記第１段の前で前記空気流を前記中間冷却媒体（ＩＣＭ）流で冷却する熱交換器を更に含む、請求項７又は８に記載の装置。
  10. 前記最終段の後で前記空気流を前記中間冷却媒体（ＩＣＭ）流で冷却する熱交換器を更に含む、請求項７〜９のいずれか一つに記載の装置。
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