JP5647299B2 - 液化方法及び液化装置 - Google Patents

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Description

逆ブレイトンサイクルでガス状冷媒を膨張させることにより冷却を行う、液化方法及び液化装置が知られている。これらの方法及び装置では、機器を通じた圧力降下の許容範囲内で、ガス状冷媒を実質的に等圧膨張させる膨張機を、典型的には２つ用いる。いくつかの装置では、他の膨張機の排出圧力よりも高い排出圧力の低温膨張機（ｃｏｌｄ ｅｘｐａｎｄｅｒ）を含む、２つ以上の膨張機を具備する。これらの方法及び装置は、圧縮の段階の間に導入される流れがないので、単純な圧縮装置を有する場合があり、且つ流路及びヘッダーがほとんどないので、単純な熱交換器を有する場合がある。さらにいくつかの方法及び装置では、液化燃料を冷媒として用いる開ループ装置を用いる。
しかし、従来の液化方法及び液化装置は、いくつかの理由で問題がある。例えば、単純な圧縮装置、及び単純な熱交換機を用いることは、向上した効率を与えることができない。さらに、開ループ装置を用いることによるコスト削減は、閉ループ装置を用いることの柔軟性より重要ではない。
予冷（ｐｒｅｃｏｏｌｉｎｇ）、液化、及び過冷却化（ｓｕｂｃｏｏｌｉｎｇ、サブクール化）のステップが比較的安全であり、効率的であり、且つ信頼性のある、液化方法及び液化装置の必要性が存在する。
本発明の実施態様は、安全で、効率的で、且つ信頼性のある液化装置及び液化方法、特に天然ガスの液化装置及び液化方法を与えることによって、本分野におけるこの必要性を満たす。
一つの典型的な実施態様では、閉ループ冷却装置を用いた液化方法を開示し、この方法は、次のステップを含む：（ａ）少なくとも一つの圧縮機で、ガス状冷媒流れを圧縮するステップ；（ｂ）第一の熱交換器で、圧縮したガス状冷媒流れを冷却するステップ；（ｃ）第一の膨張機で、第一の熱交換器からの、圧縮し、冷却したガス状冷媒流れの少なくとも第一の部分を膨張させて、第一の膨張したガス状冷媒流れを与えるステップ；及び（ｄ）第二の熱交換器で、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れの少なくとも第一の部分と間接的に熱交換することによって、供給ガス流れを冷却し、そして実質的に液化して、実質的に液化した供給ガス流れを形成するステップ。この方法では、第一の膨張機から出る第一の膨張したガス状冷媒流れは、実質的に気相である。
他の一つの典型的な実施態様では、閉ループ冷却装置を用いた液化方法を開示し、この方法は、次のステップを含む：（ａ）低圧圧縮機で、ガス状冷媒流れを圧縮するステップ；（ｂ）高圧圧縮機で、圧縮したガス状冷媒流れをさらに圧縮するステップ；（ｃ）第一の熱交換器で、圧縮したガス状冷媒流れを冷却するステップ；（ｄ）第一の膨張機で、第一の熱交換器からの圧縮し、冷却したガス状冷媒流れの少なくとも第一の部分を膨張させて、第一の膨張したガス状冷媒流れを与えるステップであって、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れが、第二の熱交換器及び第一の熱交換器を冷却するステップ；（ｅ）第二の熱交換器及び第一の熱交換器で、供給ガス流れを、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れとの間接的な熱交換を通じて冷却し、そして実質的に液化するステップ；（ｆ）過冷却化交換器で、第二の膨張機を出た第二の膨張したガス冷媒流れとの間接的な熱交換を通じて、冷却し、そして実質的に液化した供給ガス流れを、過冷却化するステップ。この方法では、第一の膨張機を出た第一の膨張したガス状冷媒流れ、及び第二の膨張機を出た第二の膨張したガス状冷媒流れは、実質的に気相であり、且つ第二の膨張したガス状冷媒流れの圧力は、第一の膨張したガス状冷媒流れの圧力よりも低い。
さらに他の一つの典型的な実施態様では、液化用の閉ループ装置を開示し、これは冷却回路を備え、この冷却回路は、次のものを具備する：第一の熱交換器；第一の熱交換器と流通している第二の熱交換器；第一の熱交換器と流通し、第一の熱交換器からの冷媒流れを受けるように構成されている第一の膨張機；第二の熱交換器と流通し、第二の熱交換器からの冷媒流れを受けるように構成されている第二の膨張機；及び第一の膨張機と流通し、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れと供給ガス流れとを、受けるように構成されている第三の熱交換器。この装置では、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れ、及び第二の膨張機からの第二の膨張したガス状冷媒流れは、実質的に気相である。
本明細書中の液相又は気相の文脈で用いられる用語「実質的に」は、該当する流れが、液体の含量又は気体の含量を、それぞれ、少なくとも８０ｍｏｌ％、好ましくは少なくとも９０ｍｏｌ％、特に少なくとも９５ｍｏｌ％有すること、を意味し、完全に液体又は気体となることもできる。例えば、「第一の膨張機を出た第一の膨張したガス状冷媒流れは、実質的に気相である」という記述は、その流れが、少なくとも８０ｍｏｌ％気相であり、そして１００ｍｏｌ％気相となることもできることを意味する。
他の一つの典型的な実施態様では、少なくとも２つの膨張機を具備する閉ループ気相膨張サイクルを用いたガス状供給物の液化方法を開示する。この方法では、第二の膨張機の排出圧力が、第一の膨張機の排出圧力より低く、且つ第一の膨張機が、ガス状供給物を液化するのに必要な冷却の少なくとも一部を与える。
上記の発明の概要、及び次の発明を実施するための形態の典型的な実施態様は、添付の図面と共に読むことで、より深く理解できる。本発明の実施態様を例証する目的で、本発明の典型的な構成を図面で示す。しかし、本発明は、この図面で開示されている特定の方法及び手段に限定されない。
図１は、本発明の態様に関する、典型的なガスの液化装置及び液化方法を例示するフローチャートである。 図２は、本発明の態様に関する、典型的なガスの液化装置及び液化方法を例示するフローチャートである。 図３は、本発明の態様に関する、典型的なガスの液化装置及び液化方法を例示するフローチャートである。 図４は、本発明の態様に関する、典型的なガスの液化装置及び液化方法を例示するフローチャートである。 図５は、本発明の態様に関する、典型的なガスの液化装置及び液化方法を例示するフローチャートである。 図６は、本発明の態様に関する、典型的な予冷冷却装置及び予冷冷却方法を例示するフローチャートである。 図７ａは、本発明の実施態様に従う、冷却曲線のグラフの図解である。 図７ｂは、本発明の実施態様に従う、冷却曲線のグラフの図解である。 図７ｃは、本発明の実施態様に従う、冷却曲線のグラフの図解である。 図８は、本発明の態様に関する、典型的なガスの液化装置及び液化方法を例示するフローチャートである。 図９は、本発明の態様に関する、典型的なガスの液化装置及び液化方法を例示するフローチャートである。 図１０は、本発明の態様に関する、典型的なガスの液化装置及び液化方法を例示するフローチャートである。 図１１は、本発明の態様に関する、典型的なガスの液化装置及び液化方法を例示するフローチャートである。
一つの典型的な実施態様では、液化プロセスは、２つの膨張機を用いることができ、２つの膨張機を出たガス状の冷媒流れは、各膨張機の排出口で、実質的に気相となることができる。用語「膨張機」は、これにより、外部仕事を生みながらガスを膨張させる機器、例えば遠心タービン又はレシプロ式膨張機（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ ｅｘｐａｎｄｅｒ）を記載するために用いられる。このプロセスは、実質的に等エントロピーとすることができ、且つ仕事膨張（ｗｏｒｋ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）又は可逆断熱膨張（ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ａｄｉａｂａｔｉｃ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）と呼ばれ、且つバルブによる等エンタルピー（ジュール−トムソン）絞り膨張（ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ）とは異なる。
低温膨張機の排出圧力を、高温（又は最も高温の）膨張機の排出圧力よりも低くして、より低い温度を達成することが出来る。低温膨張機の排出口からのガス状冷媒を用いて、液化生成物を過冷却することができる。高温（又は最も高温の）膨張機の排出口からの冷媒を、液化のために用いることができる。２つの異なる圧力の使用は、例えば、天然ガスの液化（すなわち、予冷、液化及び過冷却化）の冷却曲線と、よく合致する場合がある。高温（又は最も高温の）膨張機の排出口からのガス状冷媒流れを、ガス状冷媒圧縮機の段の間に導入することができる。閉ループ圧縮サイクルで、供給ガス流れ、及び／又はガス状冷媒を、他の一つの冷媒、例えばプロパンによって予冷することができる。供給ガス流れ、及び／又はガス状冷媒を、例えば、第三の膨張機からのガス状冷媒によって予冷することもできる。
他の一つの典型的な実施態様では、低温膨張機の排出口から来るガスを圧縮するのに用いた圧縮機の吸引圧力より高い吸引圧力を有する別個の圧縮機で、高温（又は最も高温の）膨張機の排出口からのガス状冷媒流れを、最終の排出圧力に圧縮することができる。
供給ガス流れ、及び／又は冷媒を、例えば気化する液体冷媒によって、例えばＣＯ２、メタン、プロパン、ブタン、イソブタン、プロピレン、エタン、エチレン、Ｒ２２、ＨＦＣ冷媒（限定されないが、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ１３４Ａ、Ｒ５０７、Ｒ２３）又はこれらの混合物によって、予冷することができる。環境配慮型のフッ化炭化水素及びそれらの混合物が、沖合用途又は浮体式用途に関して好ましい場合がある。例えば、ＣＯ２を冷媒として用いることができる。ＣＯ２の予冷は、特に浮体式生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ：Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ）用途に関して、物理的な設置面積を最小化する。
一連の熱交換器で、液体冷媒を異なる圧力で気化し、多段の圧縮機で圧縮し、凝縮し、そして適切な圧力に調整して再度気化することができる。適切な密封系を用いて、圧縮機の吸引圧力を、減圧で保ち、低温に冷却させることができる。あるいは、第三の膨張機で同じガス状冷媒を膨張させることにより、供給ガス流れ、及び／又はガス状冷媒を、予冷することができる。
他の一つの典型的な実施態様において、ガスを冷却しない少なくとも一つの交換器を具備する第一の一式の熱交換器で、供給ガス流れを、ガス状冷媒との間接熱交換により冷却することができる。ガス状冷媒を、少なくとも一つの交換器を具備する第二の一式の熱交換器で冷却することもできる。第一の一式の熱交換器は、例えば、巻きコイル式熱交換器（ｗｏｕｎｄ−ｃｏｉｌ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）を具備することができる。第二の一式の熱交換器は、例えば、プレートフィンアルミニウム黄銅（コア）式熱交換器を具備することができる。
さらに他の一つの典型的な実施態様では、ガス状冷媒の一部を中間で、好ましくは予冷工程と液化工程との間で抜き出すことができる熱交換器で、供給ガス流れを冷却することができる。第二の一式の熱交換器に属する熱交換器で、液体冷媒を気化することにより、ガス状冷媒を、予冷することができる。このような冷媒は、例えば、フッ素化炭化水素又はＣＯ２とすることができる。
他の一つの典型的な実施態様では、気化する液体冷媒との一連のケトル式熱交換又はシェルチューブ式熱交換で、供給ガス流れを、予冷することができる。第二の一式の熱交換器に属する多重流式熱交換器（ｍｕｌｔｉ−ｓｔｒｅａｍ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）で、ガス状冷媒の一部を、冷却することもできる。気化している液体冷媒との一連のケトル式熱交換又はシェルチューブ式熱交換で、ガス状冷媒の他の一部を、おおよそ同じ温度に冷却することができる。これらの熱交換器は、供給ガス流れを予冷するのに用いる熱交換器と分離することができ、又は連結することができる。
これから特定の図を参照して、様々な実施態様を用いることができる。一つの典型的な実施態様では、図１に示されたように、例えば、熱交換器１１０で、昇温する窒素であるガス状冷媒流れ１５４を用いて、供給ガス流れ１００を、冷却、及び液化することができる。
供給ガス流れ１００は、例えば、天然ガスとすることができる。本明細書に開示した液化装置及び液化方法は、天然ガス以外のガスの液化に用いることができるため、供給ガス流れ１００は、天然ガス以外のガスとすることができるが、残りの典型的な実施態様は、説明のために、供給ガス流れ１００を天然ガス流れとして述べる。
部分的に温めた流れ１５４の一部（流れ１５６）を、熱交換器１１０から抜き出して、強い冷却を必要としない熱交換器１１０の予冷（高温側）部分を、調節することができる。ガス状冷媒流れ１５８を、例えば、熱交換器１１０の高温側から出して、再利用させることができる。
熱交換器１１０の低温側を出た実質的に液化された天然ガス（ＬＮＧ）の流れ１０２を、例えば、過冷却化交換器１１２で、温まるガス状冷媒流れ１７２を用いて過冷却することができ、例えば、過冷却化交換器１１２の低温側を出た後で、液化天然ガス生成物１０４として回収することができる。ガス状冷媒流れ１７４は、過冷却化交換器１１２の高温側から出ることができる。
低圧冷媒圧縮機１３０で、ガス状の低圧冷媒流れ１４０を、圧縮することができる。結果として得られる流れ１４２を、流れ１５８及び１６６と混合することができ、高圧冷媒圧縮機１３２に流れ１４４として入れることができる。低圧冷媒圧縮機１３０及び高圧冷媒圧縮機１３２は、後方冷却器及び中間冷却器を含むことができ、これは大気放熱体を用いて冷却する。放熱体は、例えば、給水塔、海水、真水からの冷却水、又は空気とすることができる。中間冷却器及び後方冷却器は、簡単化のために示していない。
熱交換器１１４で、高圧冷媒圧縮機１３２の排出口からの高圧冷媒流れ１４６を、冷却することができる。結果として得られる流れ１４８を、流れ１５０と１６８とに分けることができる。
膨張機１３６で、流れ１５０を膨張させて、流れ１５２を与えることができる。膨張機１３６は、例えば、気相膨張機とすることができる。気相膨張機は、排出物が実質的に気相である（すなわち、排出物流れが少なくとも８０％気相である）、任意の膨張機である。流れ１５２を、熱交換器１１０（上述の流れ１５４）と、流れ１６０として熱交換器１１６とに分配することができる。熱交換器１１６で、流れ１６０を温めることができる。結果として得られる流れ１６２を、熱交換器１１０からの流れ１５６と混合することができる。熱交換器１１４で、結果として得られる流れ１６４を、さらに温めて、流れ１６６を与えることができる。
熱交換器１１６で、流れ１６８を冷却することができる。結果として得られる流れ１７０を、膨張機１３８で膨張させて、上述の流れ１７２を得ることができ、過冷却化交換器１１２で、これをその後温めることができる。結果として得られる流れ１７４を、さらに熱交換器１１６で温めて、流れ１７６を与えることができる。熱交換器１１４で、流れ１７６をさらに温めて、流れ１４０を与えることができる。
熱交換器１１４を、冷媒、例えばＣＯ２、メタン、プロパン、ブタン、イソブタン、プロピレン、エタン、エチレン、Ｒ２２、ＨＦＣ冷媒（限定されないが、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ１３４Ａ、Ｒ５０７、Ｒ２３）又はこれらの混合物を気化する少なくとも一つの段階を含む冷却装置１２０を用いて、冷却することができる。予冷用の液体冷媒としてＣＯ２を使用することは、物理的な設置面積を、特に浮体式生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ）用途に関して、最小化すると考えられる。ガス状冷媒を用いる他の冷却サイクルを用いることもできる。
例えば、熱交換器１１４、１１６を、１つの交換器に併合させることができ、例えば、熱交換器１１４、１１６を、プレートフィンアルミニウム黄銅（コア）式熱交換器とすることもできる。
例えば、熱交換器１１０、１１２を、連結することができ、又は積み重ねることができる。例えば、熱交換器１１０、１１２を、プレートフィンアルミニウム黄銅（コア）式熱交換器とすることができる。例えば、熱交換器１１０、１１２を、比較的良好な安全性、耐久性及び信頼性を保証する巻きコイル式熱交換器とすることができる。天然ガスの冷却は相変化を伴い、これは熱交換器に大きな熱応力を引き起こす場合があるので、例えば、強固な形式の熱交換を用いて、天然ガスを冷却することができる。巻きコイル式熱交換器を使用することが可能であり、これは、一般的に相変化の間の熱応力に敏感ではなく、コア式熱交換器より良好に漏れを防止し、且つ一般的に水銀腐食に影響を受けないからである。例えば、巻きコイル式熱交換器では、シェル側に冷媒の比較的低い圧力降下を与えることもできる。
例えば、冷媒圧縮機１３２、１３４を、電気モーターで駆動させることができ、又は一以上のガスタービン機構により直接的に駆動させることができる。電気を、例えば、ガスタービン及び／又は蒸気タービン並びに発電機から、発生させることができる。
冷媒圧縮機１３２、１３４の圧縮負荷の一部を、膨張機１３６、１３８から導くことができる。これは、順次的な圧縮の少なくとも１つの段が、又は単一の段の圧縮の場合には、圧縮機全体又は並列の関係にある複数の圧縮機が、膨張機によって直接的に又は間接的に駆動されることを、通常意味する。例えば、間接的な駆動がギアボックスの使用を伴うのに対し、直接的な駆動は、共通のシャフトを用いることを、通常意味する。
図２〜５、及び８〜１１では、図１で示された実施態様又は他の個別の実施態様における要素及び流体の流れに対応する要素及び流体の流れを、簡単のために、同じ番号で識別している。
図２に示されたような、他の一つの典型的な実施態様では、高圧冷媒圧縮機１３２の排出口からの流れ１４６を、２つの流れ２４６、２４７に分ける。熱交換器２１４で、流れ２４６を冷却して、流れ２４８を与えて、これを流れ１６８及び２５０に分ける。流れ２４７は、熱交換器２１４を迂回して、液体冷媒を気化する少なくとも１つの段階を有する冷却装置２２０で冷却される。気化は、ケトルで、例えば図６で示されるような、シェル側で冷媒を沸騰させるシェルチューブ式熱交換器で、行うことができる。結果として得られる流れ２４９を、流れ２５０と混合して、膨張機１３６に入る流れ１５０を形成する。
図３に示されたような、さらなる他の一つの典型的な実施態様では、天然ガスの供給流れ１００を、例えば、液体冷媒を気化する少なくとも１つの段階を含む冷却装置３２０で、予冷させることができる。結果として得られる流れ３０１を、熱交換器３１０で液化して、実質的に液体の流れ１０２を与えることができる。図１及び図２の流れ１５６のように、３１０からのガス状冷媒、流れ３５６を、流れ１６２と混合することができる。
例えば、冷却装置３２０及び２２０を、一連の熱交換器のシェル側で冷媒が沸騰し、チューブ回路で天然ガス流れと気相の冷媒流れとを冷却させる１つの冷却装置に、併合することができる。冷媒の圧縮機及び濃縮器は、好ましくは、図６で示されるように両方の装置に共通している。
図４に示されたような、さらなる他の一つの典型的な実施態様では、流れ１４６を、２つの流れ４４６、４４７に分けることができる。流れ４４６を、熱交換器２１４で冷却して、流れ４４８を与えることができる。流れ４４７は、熱交換器２１４を迂回して、膨張機４３４で膨張させることができる。結果として得られる流れ４４９を、流れ１５６及び１６２と混合して、流れ４６４を形成することができ、これは、図１及び図２の流れ１６４と同様の様式で、熱交換器２１４に入ることができる。
図５に示されたような、さらなる他の一つの典型的な実施態様では、膨張を、順次的な様式で実行することができる。流れ５４８を、流れ２４９と混合して、流れ１５０を与え、これを膨張機１３６で膨張させることができる。流れ１６０の一部を、部分的に熱交換器１１６で温めて（流れ５７０）、膨張機１３８で膨張させることができる。それゆえ、膨張機１３８への入口圧力を、膨張機１３６の出口圧力に近づけることができる。
流れ１６６を、ガス状冷媒圧縮機の段階の間に導入することができ、又は流れ１５８と混合させて、流れ５４４を与えることができ、これを別個の圧縮機５３２で圧縮して、流れ５４６を与える。その場合では、圧縮機５３０で、流れ１４０を圧縮して、流れ５４６と同じ圧力で流れ５４２を得ることができる。構成の選択は、圧縮機の適合性及び関連するコストに依存することがある。混合した流れ５４２と５４６とは、流れ５４７と２４７とに分かれることができる。流れ５４７を、熱交換器２１４で冷却して、流れ５４８を与えることができる。また、図２に示したように、流れ２４７は、熱交換器２１４を迂回し、冷却装置２２０で冷却させることができる。
過冷却化された生成物１０４を、バルブ５９０で比較的低い圧力に調整することができる。結果として得られる流れ５０６は、部分的に気相である。例えば、バルブ５９０を、水力タービンと置き換えることができる。相分離器５９２で、流れ５０６を、液体生成物５０８と、フラッシュ蒸気５８０とに分離することができる。圧縮機５９４で、流れ５８０を低温圧縮して、流れ５８２を与えることができ、これは流れ１６０及び１７４の温度と近い温度にすることができる。あるいは、過冷却化交換器１１２で、又は別個の熱交換器で、流れ５８０を、流れ１０２の一部を用いて温めることができる。
熱交換器１１６で、流れ５８２を温めて、流れ５８４を与えることができ、これを熱交換器２１４で、さらに温めて、流れ５８６を与えることができる。流れ５８６を、典型的には、高い圧力に圧縮することができ、そして例えば、１つ以上の発電機、蒸気タービン、ガスタービン、又は発電用の電気モーターのためのエネルギーとして用いることができる。
図５に示された３つの変更点（順次的膨張、並列のガス状燃料圧縮機、及びフラッシュガスからの冷却の回収）を、他の典型的な実施態様で示された構成にも適用することができる。
図６は、図１〜３及び５に記載されている予冷冷却装置の典型的な実施態様を示す。熱交換装置６２０（前述の図の装置１２０、２２０及び３２０に相当）で、ガス状冷媒及び／又は天然ガス供給物である流れ６３０を冷却させて、流れ６３２を得ることができる。
冷却圧縮機６００で、ガス状冷媒を圧縮させることができる。結果として得られる流れ６０２を、濃縮器６０４で全て濃縮させることができる。液体の流れ６０６を、バルブ６０７で弁膨張させることができ、熱交換装置６２０の高圧気化器で部分的に気化させて、２相の流れ６０８を与えることができ、これをその後、相分離器６０９で分離させることができる。気相部分６１０を、高圧流れとして、６００の複数の段の間に導入することができる。液相部分６１１を、バルブ６１２で弁膨張させることができ、そして熱交換装置６２０の中圧気化器で部分的に気化させて、２相の流れ６１３を与えることができる。これを次に、相分離器６１４で分離させることができる。気相部分６１５を、中圧流れとして６００の複数の段の間に導入することができる。バルブ６１７で、液相部分６１６を弁膨張させ、熱交換器６２０の低圧気化器で完全に気化し、そして低圧流れ６１７として６００の複数の段の間に導入することができる。したがって、冷却を、３つの気化器の圧力に対応する、３つの温度レベルで与えることができる。３つより多くの又は３つ未満の気化器及び温度／圧力レベルを有することも可能である。
例えば、流れ６０２を、臨界圧力より高い圧力で超臨界状態とすることができる。その後、冷却器６０４で、これを相変化のない状態で冷却させて、高密度流体６０６を与えることができる。超臨界流れ６０６は、調整された後、部分的に液体となることができる。
図７ａ〜７ｃは、図１で示された典型的な実施態様に関する、冷却曲線のグラフのプロットを示す。図７ａは、併合した熱交換器１１４、１１６を示す。図７ｂは、熱交換器１１０を示す。見て分かるように、引き出される流れ１５６は、交換器の効率を顕著に向上させる。図７ｃは、過冷却化交換器１１２を示す。
図８に示されたような、さらなる他の一つの典型的な実施態様では、図１と同様の装置を用いることができるが、ガス状の冷媒は、１つの圧力レベルのみで、冷却を与えることができる。例えば、膨張機１３８の排出圧力は、膨張機１３６と実質的に同じとすることができる。流れ１５２を、流れ８６０及び８５４に分けることができる。流れ８５４を、併合された液化／過冷却化交換器８１０のシェル側に、液化部分と過冷却化部分との移行部分に対応する間の位置で、導入することができる。そこで、これを、温められた流れ１７２と混合することができる。例えば、流れ８５６を、熱交換器８１０内の、予冷部分と液化部分の移行部分に対応する間の位置で、抜き出すことができる。したがって、熱交換器８１０を、中間の液化部分で用いられる大部分の冷媒と、良好に釣り合わせることができる。
流れ８６０を、熱交換器１１６で温めて、流れ８６２を与えることができる。流れ８６２を、流れ８５６と混合して、流れ８６４を与えることができる。流れ８６４を、熱交換器１１４で温めて、流れ８４０を形成し、熱交換器８１０の高温側からの流れ８５８と混合し、そして冷却圧縮機８３０の吸引部に導入することができる。例えば、圧縮機８３０は、複数の段を有することができる。また、中間冷却器及び後方冷却器は、簡単化のため、示していない。
図９に示されたような、さらなる他の一つの典型的な実施態様では、図１と同様の装置を用いることができるが、液化熱交換器１１０、並びに熱交換器１１６及び１１４を、熱交換器９１６及び９１４に併合することができる。熱交換器９１４及び９１６を、併合することもできる。過冷却化交換器１１２を、熱交換器９１６と併合する場合がある。例えば、全ての３つの交換器９１４、９１６及び１１２を、単一の熱交換器に併合することもできる。熱交換器９１４で、供給ガス流れ１００を冷却して、流れ９０１を形成する。熱交換器９１６で、流れ９０１をさらに冷却して、実質的に液化したガス流れ１０２を形成することができる。
図１０に示されたような、さらなる他の一つの典型的な実施態様では、図８と同様の装置を用いることができるが、第三の膨張機４３４を、図４のように含むことができる。追加の膨張機４３４は、冷却装置１２０を置き換えることができ、ガス状冷媒、この場合は流れ４４７を予冷するための冷却を与える。
図１１に示されたような、さらなる他の一つの典型的な実施態様では、図８と同様の装置を用いることができるが、低温膨張機１３８を、液化熱交換器８１０の上部と共に省いている。予冷したガス状冷媒流れ１１４８を、単一の膨張機１１３６で膨張させる。例えば、結果として得られる膨張した流れ１１５４を用いて、液化熱交換器８１０で、供給天然ガス１００を液化させる。
この典型的な実施態様は、温暖な温度範囲での液化天然ガスの生産に特に有用である。これらの温度としては、例えば、−２１５〜−８０°Ｆ（−１３７〜−６２℃）が挙げられる。
図１の予冷装置１２０を、図１０のように追加の膨張機と置き換え可能であること、又は図２のように交換器１１４の外部に設置可能であることは、当業者にとって明らかであろう。図１のように、２つの膨張機を、１つを予冷に、１つを液化に用いる場合、それらは、２つの異なる圧力で排出させることができる。ここでは、高温（予冷）膨張機からの高圧流れが、低圧冷媒圧縮機と高圧冷媒圧縮機との間に導入される。
本発明のいくつかの態様及び実施態様は、次のとおりである：
＃１．次のステップを含む、閉ループ冷却装置を用いた液化方法：
（ａ）少なくとも１つの圧縮機で、ガス状冷媒流れを圧縮するステップ；
（ｂ）第一の熱交換器で、圧縮したガス状冷媒流れを冷却するステップ；
（ｃ）第一の膨張機で、第一の熱交換器からの、圧縮し、冷却したガス状冷媒流れの少なくとも第一の部分を膨張させて、第一の膨張したガス状冷媒流れを得るステップ；
（ｄ）第二の熱交換器で、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れの少なくとも第一の部分と、間接的に熱交換することによって、供給ガス流れを冷却し、そして実質的に液化して、実質的に液化した供給ガス流れを形成するステップ、
ここで、第一の膨張機を出た第一の膨張したガス状冷媒流れは、実質的に気相である。
＃２．第二の膨張機を出た第二の膨張したガス状冷媒流れと、過冷却化交換器で間接的に熱交換させることによって、冷却し、そして実質的に液化した供給ガス流れを、過冷却化するステップであって、第二の膨張機を出た第二の膨張したガス状冷媒流れが、実質的に気相であるステップをさらに含む、＃１に記載の方法。
＃３．＃１のステップ（ａ）のガス状冷媒流れの圧縮を、次のステップにより実行する、＃２に記載の方法：
（ａ）（１）低圧圧縮機で、ガス状冷媒流れを圧縮するステップ；
（ａ）（２）高圧圧縮機で、ガス状冷媒流れをさらに圧縮するステップ。
＃４．第二の圧縮機を出た第二の膨張したガス状冷媒流れの圧力が、第一の圧縮機を出た第一の膨張したガス状冷媒流れの圧力より低い、＃３に記載の方法。
＃５．＃１のステップ（ｄ）において、第二の熱交換器で、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れの第一の部分が間接的な熱交換によって、供給ガス流れを冷却し、且つ第三の熱交換器で、第一の圧縮機からの第一の膨張したガス状冷媒流れの第二の部分が、第一の熱交換器からの圧縮し、冷却したガス状冷媒流れの第二の部分を冷却する、＃１に記載の方法。
＃６．少なくとも１つの気化している液体冷媒の段を有する、追加の冷却装置を用いた間接的な熱交換によって、第一の熱交換器に追加の冷却を与えるステップをさらに含む、＃１に記載の方法。
＃７．気化している液体冷媒が、ＣＯ２、メタン、プロパン、ブタン、イソブタン、プロピレン、エタン、エチレン、Ｒ２２、ＨＦＣ冷媒（例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ１３４Ａ、Ｒ５０７、Ｒ２３）又はこれらの混合物を含有する、＃６に記載の方法。
＃８．液化させる供給ガス流れが、天然ガス流れである、＃１に記載の方法。
＃９．天然ガスの液化を、浮体式生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ）船で行う、＃８に記載の方法。
＃１０．ガス状冷媒流れが、窒素流れである、＃１に記載の方法。
＃１１．第三の熱交換器及び第一の熱交換器で、第一の膨張機を出た第一の膨張したガス状冷媒流れの第二の部分を温めて、温めたガス状冷媒流れを形成するステップ、及び＃３のステップ（ａ）（１）と（ａ）（２）の間で、温めたガス状冷媒流れと、低圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れとを混合するステップを含む、＃３に記載の方法。
＃１２．第一の膨張機を出た第一の膨張したガス状冷媒流れの第三の部分を、第三の熱交換器で加熱した後、第二の膨張機で膨張させる、＃５に記載の方法。
＃１３．第二の熱交換器を流下しているガス状冷媒流れの部分を、第二の熱交換器の中間位置から抜き出すステップ、第一の熱交換器で、ガス状冷媒流れの抜き出した部分を加熱するステップ、及び＃３のステップ（ａ）（１）と（ａ）（２）の間で、温めたガス状冷媒流れと、低圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れとを混合するステップをさらに含む、＃２に記載の方法。
＃１４．第一の熱交換器と第三の熱交換器とが、単一の熱交換器である、＃１に記載の方法。
＃１５．第二の熱交換器と過冷却化交換器とが、単一の熱交換器である、＃１に記載の方法。
＃１６．第一の熱交換器と第三の熱交換器とが、プレートフィンアルミニウム黄銅（コア）式熱交換器である、＃１に記載の方法。
＃１７．第二の熱交換器と過冷却化交換器とが、巻きコイル式熱交換器である、＃１に記載の方法。
＃１８．高圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れを分けるステップ、気化している液体冷媒の少なくとも１つの段を含む追加の冷却装置で、高圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れを冷却するステップ、及び＃１のステップ（ｃ）において、第一の膨張機での膨張のために、圧縮したガス状冷媒流れの第一の部分と、第一の熱交換器からの圧縮し、冷却したガス状冷媒流れの第一の部分とを混合するステップをさらに含む、＃３に記載の方法であって、＃１のステップ（ｂ）において、第一の熱交換器で、高圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れの第二の部分を冷却する、＃３に記載の方法。
＃１９．＃１のステップ（ｄ）の前に、気化している液体冷媒の少なくとも１つの段を含む追加の冷却装置で、供給ガス流れを予冷するステップを含む、＃１８に記載の方法。
＃２０．供給ガス流れを予冷するための追加の冷却装置と、高圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れの第一の部分を冷却するための追加の冷却装置とが、単一の冷却装置である、＃１９に記載の方法。
＃２１．高圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れを分けるステップ、第三の膨張機で、圧縮機の少なくとも１つを出た圧縮したガス状冷媒流れの第一の部分を膨張させるステップ、第一の熱交換器で、圧縮したガス状冷媒流れの膨張した第一の部分を温めて、そして＃３のステップ（ａ）（１）と（ａ）（２）の間で、圧縮したガス状冷媒流れの膨張し、温めた第一の部分と、低圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れとを混合するステップ、及び＃１のステップ（ｂ）において、第一の熱交換器で、高圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れの第二の部分を冷却するステップをさらに含む、＃３に記載の方法。
＃２２．高圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れを分けるステップ、第三の膨張機で、高圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れの第一の部分を膨張させるステップ、第一の熱交換器で、圧縮したガス状冷媒流れの膨張した第一の部分を温めて、そして＃３のステップ（ａ）（１）と（ａ）（２）の間で、圧縮したガス状冷媒流れの膨張し、温めた第一の部分と、低圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れとを混合するステップ、及び＃１のステップ（ｂ）において、第一の熱交換器で、高圧圧縮機を出た圧縮したガス状冷媒流れの第二の部分を冷却するステップをさらに含む、＃４に記載の方法。
＃２３．液化し、過冷却した供給ガス流れを調整するステップ、相分離器で、液化し、過冷却し、調整した供給ガス流れを、液体生成物と、フラッシュ蒸気とに分離するステップであって、このフラッシュ蒸気を、さらに圧縮し、温め、そしてエネルギー生成のための燃料として用いることができるステップをさらに含む、＃２に記載の方法。
＃２４．高圧貯蔵タンクで、冷却し、実質的に液化した供給ガス流れを貯蔵するステップをさらに含む、＃１に記載の方法。
＃２５．次のステップを含む、閉ループ冷却装置を用いた冷却方法：
（ａ）低圧圧縮機で、ガス状冷媒流れを圧縮するステップ；
（ｂ）高圧圧縮機で、ガス状冷媒流れをさらに圧縮するステップ；
（ｃ）第一の熱交換器で、圧縮したガス状冷媒流れを冷却するステップ；
（ｄ）第一の熱交換器からの圧縮し、冷却したガス状冷媒流れの少なくとも第一の部分を、第一の膨張機で膨張させて、第一の膨張したガス状冷媒流れを与えるステップであって、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れが、第二の熱交換器及び第一の熱交換器に冷却を与えるステップ；
（ｅ）第二の熱交換器及び第一の熱交換器で、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れとの間接的な熱交換によって、供給ガス流れを冷却し、そして実質的に液化するステップ；
（ｆ）過冷却化交換器で、第二の膨張機を出た第二の膨張したガス状冷媒流れと間接的に熱交換することによって、冷却し、実質的に液化した供給ガス流れを、過冷却するステップであって、第一の膨張機を出た第一の膨張したガス状冷媒流れ、及び第二の膨張機を出た第二の膨張したガス状冷媒流れが、実質的に気相であり、且つ第二の膨張したガス状冷媒流れの圧力が、第一の膨張したガス状冷媒流れの圧力より低いステップ。
＃２６．冷却回路を含む閉ループ装置であって、冷却回路が、次を具備する液化用閉ループ装置：
第一の熱交換器；
第一の熱交換器と流通している、第二の熱交換器；
第一の熱交換器と流通し、且つ第一の熱交換器からの冷媒の流れを受けるように構成されている、第一の膨張機；
第二の熱交換器と流通し、且つ第二の熱交換器からの冷媒の流れを受けるように構成されている、第二の膨張機；
第一の膨張機と流通し、且つ第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れと供給ガス流れとを受けるように構成されている、第三の熱交換器、
ここで、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れ、及び第二の膨張機からの第二の膨張したガス状冷媒流れが、実質的に気相の流れである。
＃２７．第三の熱交換器及び第二の膨張機と流通し、且つ第三の熱交換器からの供給ガス流れを受けるように構成されている、過冷却化交換器をさらに具備する、＃２６に記載の装置。
＃２８．（ａ）第一の熱交換器と流通している低圧冷媒圧縮機；及び
（ｂ）第一の熱交換器及び低圧冷媒圧縮機と流通し、且つ第一の熱交換器及び低圧冷媒圧縮機からの冷媒流れを受けるように構成されている高圧冷媒圧縮機
をさらに具備する、＃２６に記載の装置。
＃２９．第二の膨張機からの第二の膨張したガス状冷媒流れが、第一の膨張機からの第一の膨張したガス状冷媒流れよりも圧力が低い、＃２８に記載の装置。
＃３０．第一の熱交換器に冷却を与えるように構成されている追加の冷却装置であって、気化している液体冷媒の少なくとも一つ段を含む追加の冷却装置をさらに含む、＃２８に記載の装置。
＃３１．気化している液体冷媒が、ＣＯ２、メタン、プロパン、ブタン、イソブタン、プロピレン、エタン、エチレン、Ｒ２２、ＨＦＣ冷媒（限定されないが、例えばＲ４１０Ａ、Ｒ１３４Ａ、Ｒ５０７、Ｒ２３）又はこれらの混合物を含有する、＃３０に記載の装置。
＃３２．供給ガス流れが、天然ガス流れである、＃２６に記載の装置。
＃３３．浮体式生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ）船で用いられる、＃３２に記載の装置。
＃３４．冷媒の流れが、窒素流れである、＃２６に記載の装置。
＃３５．第一の熱交換器と第二の熱交換器とが、単一の熱交換器である、＃２６に記載の装置。
＃３６．第三の熱交換器と過冷却化交換器とが、単一の熱交換器である、＃２７に記載の装置。
＃３７．第一の熱交換器と第二の熱交換器とが、プレートフィンアルミニウム黄銅（コア）式熱交換器である、＃２６に記載の装置。
＃３８．第三の熱交換器と過冷却化交換器とが、巻きコイル式熱交換器である、＃２７に記載の装置。
＃３９．高圧冷媒圧縮機と流通し、且つ高圧冷媒圧縮機からの圧縮したガス状冷媒流れを受けるように構成されている、追加の冷却装置をさらに具備する、＃２８に記載の装置。
＃４０．第三の熱交換器と流通し、且つ供給ガス流れを受けるように構成されている、追加の冷却装置をさらに具備する、＃２６に記載の装置。
＃４１．高圧冷媒圧縮機と流通し、且つ高圧冷媒圧縮機からの圧縮したガス状冷媒流れを受けるように構成されている、第三の膨張機をさらに具備する、＃２８に記載の装置。
＃４２．過冷却化交換器と流通し、且つ過冷却化交換器からの供給ガス流れを受けるために構成されているバルブ；バルブと流通し、且つ供給ガス流れを液体生成物とフラッシュ蒸気とに分離するために構成されている相分離器をさらに具備する、＃２７に記載の装置。
＃４３．第一の熱交換器と流通している第一の低圧冷媒圧縮機；及び第三の熱交換器と流通している第二の低圧冷媒圧縮機をさらに具備する、＃２６に記載の装置。
＃４４．少なくとも２つの膨張機を有する閉ループ気相膨張サイクルを用いた、ガス状供給物の液化方法であって、第二の膨張機の排出圧力が、第一の膨張機の排出圧力より低く、且つ第一の膨張機が、ガス状供給物を液化するのに必要な冷却の少なくとも一部を与える、液化方法。
＃４５．ガス状供給物が、天然ガスを含有する、＃４４に記載の方法。
＃４６．第二の膨張機から結果として得られる膨張した流れを、大気温度付近まで温め、圧縮し、第一の膨張機から結果として得られる、温めた膨張した流れと混合させる、＃４４に記載の方法。
＃４７．第一の膨張機と第二の膨張機からの混合した流れを、さらに圧縮し、そしてさらなる膨張のために冷却させる、＃４６に記載の方法。
＃４８．第一の膨張機から結果として得られる膨張した流れを分けて、それによって結果として得られる膨張した流れの第一の部分を用いて、間接的な熱交換によりガス状供給物を冷却し、且つ結果として得られる膨張した流れの第二の部分を用いて、熱交換器で冷却を与える、＃４４に記載の方法。
＃４９． 次のステップを含む、閉ループ冷却装置を用いた液化方法：
（ａ）少なくとも１つの圧縮機（１３２）で、ガス状冷媒流れ（１４４）を圧縮するステップ；
（ｂ）第一の熱交換器（１１４）で、圧縮した前記ガス状冷媒流れ（１４４）の少なくとも一部を冷却するステップ；
（ｃ）第一の膨張機（１３６）で、前記第一の熱交換器（１１４）からの、前記圧縮し、冷却したガス状冷媒流れの少なくとも第一の部分（１５０）を膨張させて、第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）を与えるステップ；
（ｄ）第二の熱交換器（１１０）で、前記第一の膨張機（１３６）からの前記第一の膨張したガス状冷媒流れの少なくとも第一の部分（１５４）と間接的に熱交換することによって、供給ガス流れ（１００）を冷却し、そして実質的に液化して、実質的に液化した供給ガス流れ（１０２）を形成するステップ、
ここで、前記第一の膨張機（１３６）を出た前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）は、実質的に気相である。
＃５０． 過冷却化交換器（１１２）で、第二の膨張機（１３８）を出た第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７２）と間接的に熱交換することによって、前記冷却し、そして実質的に液化した供給ガス流れ（１０２）を、過冷却するステップをさらに含む、＃４９に記載の方法。
＃５１． 前記第二の膨張機（１３８）を出た前記第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７２）が、実質的に気相である、＃５０に記載の方法。
＃５２． 前記過冷却化交換器（１１２）を出た前記第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７４）を、低圧圧縮機（１３０）で圧縮し；前記第二の熱交換器を出た少なくとも前記第一の膨張したガス状冷媒流れと混合し；そして高圧圧縮機（１３２）で、前記混合した流れ（１４４）を、さらに圧縮する、＃５１に記載の方法。
＃５３． 前記第二の膨張したガス状冷媒流れを、前記第一の熱交換器（１１４）からの前記圧縮し、冷却したガス状冷媒流れの第二の部分（１６８）から得る、＃５０〜＃５２のいずれか一項に記載の方法。
＃５４． 前記冷却したガス状冷媒流れ（１４８）の前記第二の部分（１６８）を、第三の熱交換器（１１６）で、前記第一の膨張機（１３６）からの前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）の少なくとも第二の部分（１６０）と間接的に熱交換することによって、さらに冷却し、そして、前記第二の膨張機（１３８）に供給して、前記第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７２）を与える、＃５３に記載の方法。
＃５５． 前記第二の膨張したガス状冷媒流れを、前記第一の膨張したガス状冷媒流れの部分（５７０）から得る、＃５０〜＃５２のいずれか一項に記載の方法。
＃５６． 前記部分（５７０）を、過冷却化交換器（１１２）を出た実質的に液化した供給ガス流れから分離された、圧縮した気相との熱交換（１１６）によって、前記膨張（１３８）の前に、温める、＃５５に記載の方法。
＃５７． さらに、前記第二の熱交換器（１１０）の中間の位置から、それを流下している前記ガス状冷媒流れの部分（１５４）を抜き出すステップ、及び前記第一の熱交換器（１１６）で、前記抜き出した部分（１５４）を加熱するステップを含む、＃４９〜＃５６のいずれか一項に記載の方法。
＃５８． 液化用の前記供給ガス流れが、天然ガスの流れである、＃４９〜＃５７のいずれか一項に記載の方法。
＃５９． 前記ガス状冷媒流れが、窒素流れである、＃４９〜＃５８のいずれか一項に記載の方法。
＃６０． 前記第一の膨張機（１３６）を出た前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）の第二の部分を、第三の熱交換器（１３６）及び前記第一の熱交換器（１１４）で温めて、温めたガス状冷媒流れを形成するステップ、及び前記温めたガス状冷媒流れ（１６８）と、前記第二の熱交換器（１１０）を出た前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５８）とを混合するステップを含む、＃４９〜＃５９のいずれか一項に記載の方法。
＃６１． 前記少なくとも１つの圧縮機（１３２）を出た前記圧縮したガス状冷媒流れ（１４６）を、第一の部分（２４７）と、第二部分（２４６）とに分けるステップ；気化している液体冷媒の少なくとも１つの段を含む追加の冷却装置（２２０）で、前記第一の部分（２４７）を冷却するステップ；＃４９のステップ（ｂ）において、前記第一の熱交換器（１１４）で、前記第二の部分を冷却するステップ；及び請求項１のステップ（ｃ）において、前記第一の膨張機（１３６）で膨張させるために、前記冷却した第一の部分（２４９）と、前記冷却した第二の部分（２４８）の少なくとも一部（２５０）とを混合するステップをさらに含む、＃４９〜＃６０のいずれか一項に記載の方法。
＃６２． 前記少なくとも１つの圧縮機（１３２）を出た前記圧縮したガス状冷媒流れ（１４６）を、第一の部分（４４７）及び第二の部分（４４６）に分けるステップ；第三の膨張機（４３４）で、前記第一の部分（４４７）を膨張させるステップ；前記第一の熱交換器（２１４）で、結果として得られる膨張させた第一の部分（４４９）を温めて、そして結果として得られる膨張させ、温めた第一の部分（１６６）と、前記第二の熱交換器（１１０）を出た前記ガス状冷媒流れ（１５８）とを混合するステップ；及び請求項１のステップ（ｂ）において、第一の熱交換器（１１４）で、前記第二の部分（４４６）を冷却するステップをさらに含む、＃４９〜＃６０のいずれか一項に記載の方法。
＃６３． 次のステップを含む、＃５１に記載の方法：
（ａ）低圧圧縮機（１３０）で、ガス状冷媒流れ（１４０）を圧縮するステップ；
（ｂ）高圧圧縮機（１３２）で、前記圧縮したガス状冷媒流れ（１４２）をさらに圧縮するステップ；
（ｃ）第一の熱交換器（９１４）で、前記圧縮したガス状冷媒流れ（１４６）を冷却するステップ；
（ｄ）第一の膨張機（１３６）で、前記第一の熱交換器（９１４）からの前記圧縮し、冷却したガス状冷媒流れ（１４８）の少なくとも第一の部分（１５０）を膨張させて、第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）を与えるステップであって、前記第一の膨張機（１３６）からの前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）が、第二の熱交換器（９１６）及び前記第一の熱交換器（９１４）に冷却を与えるステップ；
（ｅ）前記第二の熱交換器（９１６）及び前記第一の熱交換器（９１４）で、供給ガス流れ（１００）を、前記第一の膨張機（１３６）からの前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）と間接的に熱交換することによって、冷却し、そして実質的に液化するステップ；及び
（ｆ）過冷却化交換器（１１２）で、冷却し、そして実質的に液化した供給ガス流れ（１０２）を、第二の膨張機（１３８）を出た第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７２）と間接的に熱交換することによって、過冷却化するステップ、
ここで、前記第一の膨張機（１３６）を出た前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）、及び前記第二の膨張機（１３８）を出た前記第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７２）は、実質的に気相であり、且つ前記第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７２）の圧力は、前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）の圧力より低い。
＃６４． 冷却回路を含む、＃５０に記載の方法によって冷却するための閉ループ装置であって、前記冷却回路が、次を具備する閉ループ装置：
第一の熱交換器（１１４）；
前記第一の熱交換器（１１４）と流通している、第二の熱交換器（１１６）；
前記第一の熱交換器（１１４）と流通し、且つ前記第一の熱交換器（１１４）からの冷媒の流れ（１５０）を受けるように構成されている、第一の膨張機（１３６）；
前記第二の熱交換器（１１６）と流通し、且つ前記第二の熱交換器（１１６）からの冷媒の流れ（１７０）を受けるように構成されている、第二の膨張機（１３８）；
前記第一の膨張機（１３６）と流通し、且つ前記第一の膨張機（１３６）からの第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５４）と供給ガス流れ（１１０）とを受けるように構成されている、第三の熱交換器（１１０）；及び
前記第三の熱交換器（１１０）及び前記第二の膨張機（１３８）と流通し、且つ前記第三の熱交換器（１１０）からの前記供給ガス流れ（１０２）を受けるように構成されている、過冷却化交換器（１１２）。
＃６５． ＃５１〜＃６２のいずれか一項に記載の方法によって液化するための閉ループ装置に適合されている、＃６４に記載の装置。
＃６６． 少なくとも２つの膨張機を有する、閉ループ気相膨張サイクルを用いたガス状供給物の液化方法であって、前記第二の膨張機の排出圧力が、前記第一の膨張機の排出圧力よりも低く、且つ前記第一の膨張機が、前記ガス状供給物を液化するのに必要な冷却の少なくとも一部を与える、冷却方法。
図３を参照する。１１３°Ｆ（４５℃）且つ１８０ｐｓｉａ（１．２４ＭＰａ）で、約９２％のメタン、１．６％の窒素、３．４％のエタン、２％のプロパン及び１％の重質成分を含有する、３，１６０Ｉｂｍｏｌ／時（１，４３３ｋｇｍｏｌ／時）の天然ガス（流れ１００）を、３つのケトルと気相のＲ１３４Ａ冷媒（Ｃ２Ｈ２Ｆ２）を含む冷却装置３２０によって、約−３１．６°Ｆ（−３５．３℃）に予冷した。冷媒を、図６に示したような３段の圧縮機で圧縮した。冷媒圧縮機の吸入圧力は、絶対圧で約０．５ｂａｒ（５０ｋＰａ）であった。減圧で吸引圧力を保つことは、低温に過冷却することを可能とする。不燃性冷媒を用いることで、安全操業を確保した。
結果として得られる流れ３０１を、液化熱交換器３１０で、−１３６°Ｆ（−９３℃）に冷却した。この温度で、流れ１０２は完全に液体である。これをその後、過冷却化交換器１１２で、−２６１°Ｆ（−１６３℃）まで過冷却し、結果として流れ１０４を得た。
高圧冷媒圧縮機１３２の排出口からのガス状の窒素１４６は、１０４°Ｆ（４０℃）且つ１２００ｐｓｉａ（８．２７ＭＰａ）であった。その後、流れ１４６を、冷却装置２２０に向かう２１，４９５Ｉｂｍｏｌ／時（９，７５０ｋｇｍｏｌ／時）の流れと、連結した熱交換器２１４、１１６に向かう１９６，２３０Ｉｂｍｏｌ／時（８９，００８ｋｇｍｏｌ／時）の流れとに、分けた。
流れ２４９と２５０との混合から得られる流れ１５０を、−４９°Ｆ（−４５℃）で、且つ１６４，６３４Ｉｂｍｏｌ／時（７４，６７７ｋｇｍｏｌ／時）の流量で、膨張機１３６に入れた。これを、約４７５ｐｓｉａ（３．２８ＭＰａ）、−１４１°Ｆ（−９６℃）に膨張させ、そして、１４１，３２６Ｉｂｍｏｌ／時（６４，１０４ｋｇｍｏｌ／時）で液化熱交換器３１０に入る流れ１５４と、連結した熱交換器２１４、１１６に入る流れ１６０とに、分けた。
流れ３５６を、液化熱交換器３１０から、−５４．４°Ｆ（−４８℃）で出した。これをその後、流れ１６２と混合し、連結された熱交換器２１４、１１６で、９７．５°Ｆ（３６．４℃）に温めて、そして低圧冷媒圧縮機１３０と高圧冷媒圧縮機１３２との間に、１６４，６３４Ｉｂｍｏｌ／時（７４，６７７ｋｇｍｏｌ／時）の流量で導入した（流れ１６６）。
流れ１７０を、−１３６°Ｆ（−９３℃）で、且つ５３，０９１Ｉｂｍｏｌ／時（２４，０８２ｋｇｍｏｌ／時）の流量で、膨張機１３８に入れた。流れ１７０を、約１９２ｐｓｉａ（１．３２ＭＰａ）、−１６５°Ｆ（−１０９℃）に膨張させ（流れ１７２）、その後、過冷却化膨張機１１２に入れた。
流れ１７４を、約−１４０°Ｆ（−９６℃）で、過冷却化交換器１１２から出した。流れ１７４を、その後、連結した熱交換器２１４、１１６で温めて、９７．５°Ｆ（３６．４℃）にし、そして低圧冷媒圧縮機１３０（流れ１４０）の吸引口に入れた。
本発明の態様を、様々な図の好ましい実施態様に関連して述べてきたが、本発明から離れることなく本発明と同じ機能を果たすために、他の同様の実施態様を用いることができ、又は記載された実施態様への変更及び付加をなすことができると、理解されるべきである。したがって、出願に係る発明は、あらゆる単一の実施態様に限定されるべきではなく、請求の範囲に従って幅及び範囲をもって解釈されるべきである。図面からの参照番号を、請求項で与えるが、単に理解を促進させるためであり、請求の範囲は限定されない。

Claims (12)

  1. 次のステップを含む、閉ループ冷却装置を用いた液化方法：
    （ａ）少なくとも１つの圧縮機（１３２）で、ガス状冷媒流れ（１４４）を圧縮するステップ；
    （ｂ）第一の熱交換器（１１４、２１４）で、圧縮した前記ガス状冷媒流れ（１４６）の少なくとも一部を冷却するステップ；
    （ｃ）第一の膨張機（１３６）で、前記第一の熱交換器（１１４、２１４）からの、前記圧縮し、冷却したガス状冷媒流れ（１４８、２４８）からの少なくとも第一の部分（１５０、２５０）を膨張させて、第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）を与えるステップ；
    （ｄ）第二の熱交換器（１１０、３１０）で、前記第一の膨張機（１３６）からの前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）からの少なくとも第一の部分（１５４）と熱交換することによって、供給ガス流れ（１００、３０１）を冷却し、そして実質的に液化して、実質的に液化した流れ（１０２）を形成し、且つ最終的に前記ガス状冷媒流れ（１４４）の少なくとも一部となる、第二の熱交換器（１１０、３１０）を出た前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）からの前記第一の部分（１５４）の少なくとも一部（１５６、３５６）を形成するステップ；及び
    （ｅ）前記第一の熱交換器（１１４、２１４）からの前記圧縮し、冷却したガス状冷媒流れ（１４８、２４８）からの第二の部分（１６８）を、前記第一の膨張機（１３６）からの前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）からの第二の部分（１６０）と、第三の熱交換器（１１６）で熱交換することによって、さらに冷却するステップ、
    ここで、前記第一の膨張機（１３６）を出た前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）は、実質的に気相であり、かつ
    前記第一の熱交換器（１１４、２１４）及び前記第三の熱交換器（１１６）は連結されていてもよい。
  2. 前記第二の熱交換器（１１０、３１０）と連結されて１つの熱交換器（８１０）となっていてもよい過冷却化交換器（１１２）、及び第二の膨張機（１３８）をさらに用いる請求項１に記載の方法であって、
    前記過冷却化交換器（１１２）で、前記第二の膨張機（１３８）を出た第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７２）と熱交換することによって、前記冷却し、そして実質的に液化した流れ（１０２）を、過冷却し、且つ最終的に前記ガス状冷媒流れ（１４４）の少なくとも一部となる、前記過冷却化交換器（１１２）を出た第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７４）を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記圧縮し、冷却したガス状冷媒流れ（１４８、２４８）からの前記第二の部分（１６８）を、第三の熱交換器（１１６）でさらに冷却した後に、前記第二の膨張機（１３８）に供給して、前記第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７２）を与える、請求項２に記載の方法。
  4. 前記第二の膨張機（１３８）を出た前記第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７２）が、実質的に気相である、請求項２又３に記載の方法。
  5. 前記過冷却化交換器（１１２）を出た第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７４）を、第二の圧縮機（１３０）で圧縮し；前記第二の熱交換器（１１０、３１０）を出た前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）からの前記第一の部分（１５４）、及び前記第三の熱交換器（１１６）を出た前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）からの第二の部分（１６０）と混合し；そして前記少なくとも１つの圧縮機（１３２）で、前記ガス状冷媒流れ（１４４）を、さらに圧縮する、請求項４に記載の方法。
  6. さらに、前記第二の熱交換器（１１０、３１０）を出た前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）からの第一の部分（１５４）の少なくとも一部（１５６、３５６）を、前記第一の熱交換器（１１４、２１４）で温めるステップを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第三の熱交換器（１１６）を出た前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）からの第二の部分（１６２）を、前記第一の熱交換器（１１４、２１４）で温めるステップをさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記少なくとも１つの圧縮機（１３２）を出た前記圧縮したガス状冷媒流れ（１４６）を、第一の部分（２４７）と、第二部分（２４６）とに分けるステップ；追加の冷却装置（２２０）で、前記第一の部分（２４７）を冷却するステップ；ステップ（ｂ）において、前記第一の熱交換器（１１４）で、前記第二の部分を冷却するステップ；及びステップ（ｃ）において、前記第一の膨張機（１３６）で膨張させるために、前記冷却した第一の部分（２４９）と、前記冷却した第二の部分（２４８）の少なくとも一部（２５０）とを混合するステップをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記少なくとも１つの圧縮機（１３２）を出た前記圧縮したガス状冷媒流れ（１４６）を、第一の部分（４４７）及び第二の部分（４４６）に分けるステップ；第三の膨張機（４３４）で、前記第一の部分（４４７）を膨張させるステップ；前記第一の熱交換器（２１４）で、膨張させた第一の部分（４４９）を温めるステップ；及びステップ（ｂ）において、第一の熱交換器（１１４）で、前記第二の部分（４４６）を冷却するステップをさらに含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
  10. 液化用の前記供給ガス流れが、天然ガスの流れである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記ガス状冷媒流れが、窒素流れである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 冷却回路を含む、請求項３〜７のいずれか一項に記載の方法によって冷却するための閉ループ装置であって、前記冷却回路が、次を具備する閉ループ装置：
    第二の熱交換器（１１０、３１０）及び過冷却化交換器（１１２）と流通し、少なくとも前記第二の熱交換器（１１０、３１０）を出た第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）からの第一の部分（１５４）の少なくとも一部（１５６、３５６）及び前記過冷却化交換器（１１２）を出た第二の膨張したガス状冷媒流れ（１７４）から最終的に形成されるガス状冷媒流れ（１４４）を受けるように構成されている、少なくとも１つの圧縮機（１３２）；
    前記少なくとも１つの圧縮機（１３２）と流通し、且つ前記少なくとも１つの圧縮機（１３２）を出た圧縮されたガス状冷媒流れ（１４６）を受けるように構成されている、第一の熱交換器（１１４、２１４）；
    前記第一の熱交換器（１１４、２１４）と流通し、且つ前記第一の熱交換器（１１４、２１４）からの冷媒の第一の流れ（１５０）を受けるように構成されている、第一の膨張機（１３６）；
    前記第一の膨張機（１３６）と流通し、且つ前記第一の膨張機（１３６）からの前記第一の膨張したガス状冷媒流れ（１５２）からの前記第一の部分（１５４）と供給ガス流れ（１００、３０１）とを受けるように構成されている、前記第二の熱交換器（１１０、３１０）；
    前記第一の熱交換器（１１４、２１４）及び第一の膨張機（１３６）と流通し、かつ前記第一の熱交換器（１１４、２１４）からの冷媒の第二の流れ（１６８）、及び第一の膨張機（１３６）からの第二の膨張したガス状冷媒流れ（１６０）を受けるように構成されている、第三の熱交換器（１１６）；
    前記第三の熱交換器（１１６）と流通し、且つ前記第三の熱交換器（１１６）からの冷媒の流れ（１７０）を受けるように構成されている、第二の膨張機（１３８）；及び
    前記第二の熱交換器（１１０、３１０）及び前記第二の膨張機（１３８）と流通し、且つ前記第二の熱交換器（１１０、３１０）からの前記供給ガス流れ（１０２）、及び前記第二の膨張機（１３８）からの膨張したガス状冷媒流れ（１７２）を受けるように構成されている、前記過冷却化交換器（１１２）
    ここで、前記第一の熱交換器（１１４、２１４）及び前記第三の熱交換器（１１６）は、１つの熱交換器に連結されていてもよく、また前記第二の熱交換器（１１０、３１０）及び前記過冷却化交換器（１１２）は、１つの熱交換器（８１０）に連結されていてもよい。
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