JP6270715B2 - ボイルオフガス冷却方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液化カーゴからのボイルオフガス（ＢＯＧ：boil off gas）、例えば液化石油ガス（ＬＰＧ：liquefied petroleum gas）を、海上の輸送船上で冷却、特に再液化する方法、及びそのための装置に関するものである。
海上の輸送船、例えば液化ガス運搬船及び艀は、種々のカーゴ（積荷）を液化した状態で輸送することができる。本発明との関連では、これらの液化カーゴは、１気圧での測定時に-110℃より高い沸点を有し、液化石油ガス、プロピレン及びエチレンのような液化石油化学ガス、及び液化アンモニアを含む。例えば、液化石油ガスは、例えば暖房器具及び自動車用の有用な燃料源であると共に、炭化水素化合物の源となる。ＬＰＧは、プロパン、Ｎ−（ノルマル）ブタン、及びＩ−（イソ）ブタンのうち１つ以上を含み、随意的に、プロピレン、ブチレン、及びエタンのような他の炭化水素を１つ以上含む。
石油ガスは、天然ガスから抽出するか、原油の精製中に産出することができる。その結果、石油ガスは通常、複数の成分を含む。石油ガス源またはその付近にある液化設備内で、石油ガスを液化することが望ましいことが多い。例として、石油ガスは、ガス状よりも液状の方が、より小さい容積を占め、かつ高圧で貯蔵する必要をなくすことができるので、より容易に貯蔵して長距離輸送することができる。こうしたＬＰＧは、その沸騰温度以下、例えばプロパン成分の沸点である-42℃以下に維持すれば、大気圧で貯蔵することができる。その代わりに、ＬＰＧは、大気圧以上に加圧すれば、より高温で貯蔵することができる。
ＬＰＧ、または１気圧での測定時に-110℃より高い沸点を有する他の液化カーゴの長距離輸送は、適切なＬＰＧキャリヤ、特に、液化カーゴを保持するための１つ以上の貯蔵タンクを有する外航タンカーのような輸送船内で行うことができる。これらの貯蔵タンクは、断熱タンク及び／または加圧タンクとすることができる。タンクの積み込み中、及びＬＰＧのような液化カーゴのタンク内での貯蔵中には、カーゴの蒸発により石油ガスが発生することがある。このように蒸発した石油ガスのようなカーゴガスは、ボイルオフガス（ＢＯＧ）として知られている。タンク内のＢＯＧガスの蓄積を防止するために、ＢＯＧを再液化して、凝縮状態で貯蔵タンクに戻すことのできるシステムを、キャリヤ上に設けることができる。このことは、ＢＯＧの圧縮及び冷却によって実現することができる。多くのシステムでは、圧縮したＢＯＧを海水で冷却して凝縮している。
プロパン、特に市販のプロパンを含むもののような液化ガスは、比較的高濃度の、エタンのような軽量成分をさらに含み得る。こうした液化ガス、特にエタンを3.5mol%以上含むものは、ボイルオフガスの軽量成分の凝縮を促進するのに十分な圧縮を行うために、３段階の圧縮の存在を必要とし得る。ある環境では、第１圧縮段階の排出と第２圧縮段階の吸入との間に、圧縮されたＢＯＧ流を冷却することがある。この冷却作用は、圧縮されて凝縮したＢＯＧによってもたらされ得る。
こうした液化カーゴからのボイルオフガスを、海上の輸送キャリヤ内で冷却するシステムを提供することに関連する、多数の考察が存在する。キャリヤの規模が、液化システムにとって利用可能な空間に制限を与える。このことは、圧縮機列の数及び規模を制限し得る。さらに、規模の制限は、圧縮されたＢＯＧ流用の凝縮器を冷却するための閉じた冷却システムの使用も妨げ得る。海水を使用する際は、この冷却システムは一般に、32℃までの海水温度で動作するように設計されている。
液化カーゴからの、１気圧での測定時に-110℃より高い沸点を有するボイルオフガスを、海上の輸送キャリヤ内で冷却、特に再液化する、改良された方法を提供することが有利である。特に、低減された所要電力、増加した能力、及び増加した性能係数のうち１つ以上の点で、より効率的な方法が望まれる。
本発明は、複数の圧縮段階のうち第２段階とその後の段階との間の、１つ以上の中間的ＢＯＧ流を、最終の圧縮機段からの冷却された圧縮排出物の一部と熱交換する方法を利用する。このことは、ボイルオフガスの再液化の性能係数の向上をもたらすことができる。
第１の態様では、液化カーゴからのボイルオフガス流を海上の輸送船内で冷却する方法が提供され、この液化カーゴは、１気圧で-110℃より高い沸点を有し、この方法は、少なくとも次のステップを含む：
液化カーゴからのボイルオフガス流を、少なくとも第１段階、第２段階、及び最終段階を含む３つ以上の圧縮段階で圧縮して、圧縮排出流を提供するステップであって、連続する圧縮段階間で中間的圧縮ＢＯＧ流が提供されるステップ；
圧縮排出流を冷却して、冷却された圧縮排出流を提供するステップ；
冷却された圧縮排出流の一部を、随意的にさらに冷却し、膨張させて、(i)第２圧縮段階と最終圧縮段階との間から選択した連続する段階からの、１つ以上の中間的圧縮ＢＯＧ流と熱交換して、１つ以上の冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流を提供し、随意的に、(ii)上記冷却された圧縮排出流の、随意的にさらに冷却した後の１つ以上の部分と熱交換するステップ；及び、
上記１つ以上の冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流を、次の圧縮段階に渡すステップ。
１つの好適例では、上記方法が次のステップを含む：
ボイルオフガス流を第１圧縮段階で圧縮して、第１の中間的圧縮ＢＯＧ流を中間的圧縮ＢＯＧ流として提供するステップ；
上記第１の中間的圧縮ＢＯＧ流を、随意的に熱交換して冷却された第１の中間的圧縮ＢＯＧ流を提供した後に、第２圧縮段階で圧縮して、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流を、中間的圧縮ＢＯＧ流として提供するステップ。
他の好適例では、上記方法がさらに、次のステップを含む：
上記冷却された圧縮排出流を、冷却された圧縮排出流の継続と、冷却された圧縮排出分流とに分割するステップ；
冷却された圧縮排出分流を膨張させて、膨張した冷却排出流を提供するステップ。
他の好適例では、上記方法がさらに、次のステップを含む：
上記膨張した冷却排出流を、第２圧縮段階と最終圧縮段階との間から選択した連続する段階からの中間的圧縮ＢＯＧ流と熱交換して、冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流を提供するステップ。
さらに他の好適例では、上記方法がさらに、次のステップを含む：
上記膨張した冷却排出流をフラッシングして（気泡を流して）、頂部で膨張した冷却排出流を提供するステップ；
上記頂部で膨張した冷却排出流を、第２圧縮段階と最終圧縮段階との間から選択した連続する段階からの中間的圧縮ＢＯＧ流と熱交換して、冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流を提供するステップ。
上記方法の他の好適例では、上記中間的圧縮ＢＯＧ流を、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流とすることができ、上記冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流を、冷却された第２の中間的圧縮ＢＯＧ流とすることができる。
他の好適例では、上記方法がさらに、次のステップを含む：
上記膨張した冷却排出流を、上記冷却された圧縮排出流の継続と熱交換して、追加的な冷却された圧縮排出流を提供するステップ。
他の好適例では、上記方法がさらに、次のステップを含む：
上記追加的な冷却された圧縮排出流を、追加的な冷却された圧縮排出流の継続と、追加的な冷却された圧縮排出分流とに分割するステップ；
上記追加的な冷却された圧縮排出分流を膨張させて、膨張した追加的な冷却排出流を提供するステップ。
さらに他の好適例では、上記方法が：
上記膨張した追加的な冷却排出流を、第１圧縮段階と最終圧縮段階との間から選択した連続する段階からの中間的圧縮ＢＯＧ流と熱交換して、冷却された中間的圧縮流を提供するステップ。
他の好適例では、上記方法がさらに、次のステップを含む：
上記膨張した追加的な冷却排出流をフラッシングして、頂部で膨張した追加的な冷却排出ガスを提供するステップ；
上記頂部で膨張した追加的な冷却排出流を、第１圧縮段階と最終圧縮段階との間から選択した連続する段階からの中間的圧縮ＢＯＧ流と熱交換して、冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流を提供するステップ。
上記方法の他の好適例では、上記中間的圧縮ＢＯＧ流が第１の中間的圧縮ＢＯＧ流であり、上記冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流が、冷却された第１の中間的圧縮ＢＯＧ流である。
他の好適例では、上記方法がさらに、次のステップを含む：
上記膨張した追加的な冷却排出流を、上記追加的な冷却された圧縮排出流の継続と熱交換して、冷却戻り流を提供するステップ。
他の好適例では、上記方法がさらに、次のステップを含む：
上記冷却戻り流を膨張させて、膨張した冷却戻り流を提供するステップ。
上記方法のさらに他の好適例では、上記液化カーゴがＬＰＧ、例えば少なくとも3.5mol%のエタンを含むＬＰＧである。
上記方法の他の好適例では、上記圧縮排出流を海水流のような水流で冷却して、上記冷却された圧縮排出流を提供することができる。一般に、この水流は+36℃以下、より典型的には+32℃以下の温度を有する。
上記方法の他の好適例では、上記第１圧縮段階、第２圧縮段階、及び最終圧縮段階が、多段階圧縮機の各段階である。
第２の態様では、液化カーゴからのボイルオフガス流を海上の輸送船内で冷却する装置が提供され、この液化カーゴは、１気圧で-110℃より高い沸点を有し、上記装置は少なくとも次の構成要素を具えている：
液化カーゴからのボイルオフガス流を圧縮するための多段階圧縮システムであって、少なくとも第１段階、第２段階、及び最終段階を含む３つ以上の圧縮段階を具えて、圧縮排出流を提供し、連続する圧縮段階間で中間的圧縮ＢＯＧ流を提供する多段階圧縮システム；
上記圧縮排出流を冷却して、冷却された圧縮排出流を提供する第１熱交換器；及び、
冷却された圧縮排出流の一部を、随意的にさらに冷却し、膨張させて、(i)第２圧縮段階と最終圧縮段階との間から選択した連続する段階からの、１つ以上の中間的圧縮ＢＯＧ流と熱交換して、１つ以上の冷却した中間的圧縮ＢＯＧ流を次の圧縮段階に提供し、随意的に、(ii)上記冷却された圧縮排出流の、随意的にさらに冷却した後の１つ以上の部分と熱交換するための、１つ以上の追加的熱交換器。
他の好適例では、上記装置が、海上の輸送船上に存在する。
他の好適例では、上記第２の態様の装置を、上記第１の態様の方法を用いて動作させることができる。
本明細書に開示する装置及び方法は、ＬＰＧキャリヤのような、１気圧で-110℃より高い沸点を有する液化カーゴ用のあらゆる海上の輸送船に適用可能である。本明細書に開示する装置及び方法は、液化カーゴ貯蔵タンクが、温度を低下させることによって、適切な気圧でカーゴを液相に維持するのに十分なほど冷却された海上の輸送船内、並びに、貯蔵タンク内のカーゴが、低下した温度と増加した圧力の組み合わせによって液相に維持される船内で、利用することができる。
液化カーゴは、液化石油ガス、液化石油化学ガス、及び液化アンモニアから成るグループから選択することができる。本明細書に開示する装置及び方法は、軽量成分、特に3.5mol%以上のエタンを含むＬＰＧのような液化カーゴにとって特に有効である。軽量成分をより高濃度で有する組成については、ＢＯＧの圧縮排出流を海水で冷却して特に凝縮させるための追加的な圧縮段階が必要になり得る。
本明細書に開示する方法及び装置は、３つ以上の圧縮段階を利用する。エコノマイザー（廃熱交換器）のような熱交換器を、第２段階と最終段階との間から選択した連続する段階間に配置することができる。例えば、エコノマイザーを第２段階と第３段階との間に配置し、随意的に、第１段階と第２段階との間のエコノマイザーと組み合わせることができる。こうしたエコノマイザーでは、冷却された排出流の一部を、随意的にさらに冷却し、膨張させて、(i)中間的圧縮ＢＯＧ流、及び／または、(ii)冷却された圧縮排出流の、随意的にさらに冷却した継続的部分と熱交換することができる。このことは、性能係数、及び冷却能力、特に再液化能力のさらなる向上をもたらす。
本明細書で用いる「多段階圧縮」とは、圧縮システムにおける連続した２つ以上の圧縮段階を規定する。各圧縮段階は、１つ以上の圧縮機によって実現される。各圧縮段階の１つ以上の圧縮機は、他の圧縮段階の圧縮機と独立して、これらは別個に駆動される。その代わりに、２つ以上の圧縮段階が、リンクされた圧縮機を利用することができ、これらの圧縮機は一般に、単一の駆動装置及び駆動軸によって、随意的な歯車装置を伴って動力供給される。
本明細書に開示する方法及び装置は、少なくとも３つの圧縮段階を必要とする。第１圧縮段階後に続く各段階は、前段階の排出の圧力に比べて増加した圧力を与える。「連続する段階」とは、隣接する段階、即ち段階[n]と次の段階[n+1]との対を称し、ここに「n」は０より大きい整数である。従って、連続する段階は、例えば第１及び第２段階、または第２及び第３段階、あるいは第３及び第４段階である。中間的圧縮流（及び冷却された中間的圧縮流）とは、連続する圧縮段階を接続する流れを称する。冷却された中間的圧縮流に関して用いる「次の圧縮段階」とは、中間的な流れを規定する２つの連続する段階のうち、より大きい数（かつ、より高圧）の段階を称する。
熱交換のステップは間接的にすることができ、ここでは、熱交換に関与する２つ以上の流れが直接接触しない。その代わりに、熱交換を直接的にすることができ、この場合、熱交換に関与する２つ以上の流れを混合し、これにより混合流を生成することができる。
他の態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明を図面と共に解釈すると明らかになり、これらの図面は本発明の一部であり、開示するあらゆる発明の原理を例として図示する。
次の図面は、種々の実施例の理解を容易にする。
ＬＰＧキャリヤ内で、カーゴタンクからのボイルオフガスを再液化する１つの可能な既知のシステムの概略図である。 本発明による、海上の輸送船内で、液化カーゴからのボイルオフガスを冷却、特に再液化するシステムの概略図である。 本発明による、海上の輸送船内で、液化カーゴからのボイルオフガスを冷却、特に再液化するシステムの概略図である。
開放サイクル冷却原理に基づく船上のＬＰＧ再液化システムは、ボイルオフガスとしても知られているＬＰＧ蒸気を、１つ以上の貯蔵タンクから取り出し、このボイルオフガスを圧縮機に渡し、この圧縮機内でボイルオフガスが圧縮されて、海水をヒートシンク／冷却剤として用いて、圧縮蒸気を冷却して凝縮させることができる。一般に、ＬＰＧは、（周囲に対して）低下した温度、及び（大気圧に対して）増加した圧力の一方または両方の下で、貯蔵タンク内に保持される。
図１に、ＬＰＧ輸送船内でボイルオフガスを再液化する既知のシステムの概略図を示す。液化石油ガス（ＬＰＧ）はタンク５０内に貯蔵され、タンク５０は断熱及び／または加圧して、石油ガスを液相に維持することができる。例えば不完全な断熱によるタンク内でのＬＰＧの蒸発は、タンク５０の頂部空間内に石油ガスの形成をもたらす。このガスの蓄積を防止するために、このガスをボイルオフガス流０１として除去する。除去したボイルオフガスは通常、圧縮し冷却して、タンク５０に戻る前に凝縮させる。
ボイルオフガス流０１は、図１に示す３段階圧縮機のような圧縮システム６０に渡すことができ、圧縮システム６０は、第１圧縮段階６５、第２圧縮段階７０、及び第３圧縮段階７５を具えている。３段階圧縮機６０は圧縮排出流０６を生成し、圧縮排出流０６を凝縮器１００に渡して、凝縮器１００内で、圧縮排出流０６を海水で冷却する。凝縮器１００は、冷却された圧縮排出流０７、例えば、少なくとも部分的に、典型的には完全に凝縮した圧縮排出流、及び温められた海水流（図示せず）を生成する。
冷却された圧縮排出流０７は、随意的に、ノックアウトドラムまたはアキュムレータのような排出流気液分離装置に渡して、冷却された圧縮排出流０７からの未凝縮成分の分離を可能にすることができる。未凝縮成分は通常、排気されるのに対し、凝縮した圧縮排出流は、気液分離装置から、さらなる冷却用に渡される。
冷却された圧縮排出流０７を、エキスパンダまたはジュール・トムソンバルブのような排出流減圧装置１２０に渡して膨張させて、膨張した冷却排出流１７を提供することができる。次に、膨張した冷却排出流１７を第１段の熱交換器８０に渡して、冷却戻り流０８を提供することができ、冷却戻り流０８は、一般的には部分的に凝縮した流れ、より典型的には完全に凝縮した流れである。
次に、冷却戻り流０８を、エキスパンダまたはジュール・トムソンバルブのような戻り膨張装置１３０に渡して、膨張した冷却戻り流１０を提供することができる。膨張した冷却戻り流１０は、半冷却されて凝縮した戻り流とすることができる。一般に、戻り膨張装置１３０は、冷却戻り流０８の圧力を、膨張した冷却戻り流１０がタンク５０に至る適切な流れを保証するのに十分な、タンク内のＬＰＧ及びＢＯＧの圧力近くまで、例えば、タンク内のＢＯＧの圧力より少し上の圧力まで低下させる。
３段階圧縮機６０の第１段階６５は、第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０２を提供し、第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０２は第１段の熱交換機８０に渡される。第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０２は、第１段の熱交換器８０内で、膨張した冷却排出流１７と熱交換して、冷却された第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０３を提供することができる。排出流減圧装置１２０が、冷却された圧縮排出流１７の圧力を、第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０２の圧力またはその近くまで低下させるべきであることは明らかである。冷却された圧縮排出流１７と第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０２とは、第１段の熱交換器８０のシェル側で混合される。蒸気流を、第１段の熱交換器８０から、冷却された第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０３として取り出すことができる。
そして、冷却された第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０３を、３段階圧縮機６０の第２段階７０の吸入側に渡すことができる。第２段階７０は、冷却された第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０３を圧縮して、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０４を提供する。
そして、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０４を、３段階圧縮機６０の第３段階７５の吸入側に渡すことができ、第３段階７５で、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０４を圧縮して、圧縮排出流０６を提供する。
本明細書に開示する方法及び装置は、図１によるＢＯＧを再液化するシステムを改良することを追求する。本発明による方法及び装置の実施形態を、図２に示す。適切であれば、図１と同一の流れ及び構成要素名、及び参照番号を、図２中の対応する流れ及び構成要素に用いる。
図２に、ＬＰＧキャリヤのような海上の輸送船内の液化カーゴ貯蔵タンクを示す。この液化カーゴはＬＰＧとすることができ、上記ボイルオフガスは石油ガスとすることができる。貯蔵タンク５０から蒸発したカーゴを冷却、特に再液化するために、蒸発したカーゴを含むボイルオフガス流０１を、３つ以上の圧縮段階を有する圧縮システム６０に渡す。ボイルオフガス流０１は、約0から500kPaゲージまでの範囲内の圧力（「ＢＯＧ圧」）を有し得る。圧縮システム６０は、３つ以上の段階を具えた多段階圧縮機とすることができる。「多段階圧縮機」とは、圧縮機内の各圧縮段階が同じ駆動軸によって駆動されることを意味する。その代わりに、圧縮システム６０は、圧縮段階毎に独立して駆動される圧縮機を具えることができる。圧縮システム６０が多段階圧縮機である場合、一般に往復（レシプロ）圧縮機である。
図２の実施形態は、第１段階６５、第２段階７０、及び第３段階７５を有する圧縮システム６０を示すが、本明細書に記載する方法及び装置は、４つ以上の段階を有する圧縮機にも適用可能である。第１段階、第２及び第３段階６５、７０、７５は、それぞれの排出において、低圧流、中圧流、及び高圧流を提供する。
圧縮システム６０は、ボイルオフガス流０１を圧縮して、圧縮排出流０６を提供する。圧縮排出流０６は、2.0から3.5MPaゲージの範囲内の圧力を有することができる。圧縮排出流０６は、凝縮器のような排出流熱交換器２００に渡すことができる。圧縮排出流０６を、海水のような熱交換流体で冷却して、冷却された圧縮排出流０７、及び温められた熱交換流体（図示せず）を提供する。一般に、熱交換流体として使用する海水は、+36℃以下、より典型的には+32℃以下の温度を有する。
冷却された排出流０７は、一般には部分的に、より典型的には完全に凝縮した圧縮排出流である。冷却された圧縮排出流０７をさらに冷却することが好ましい。このことは、冷却された圧縮排出流０７を１つ以上の追加的熱交換器１９０、１８０、例えば中間的ＢＯＧ流を冷却するための中間段階のエコノマイザーに渡すことによって実現することができる。これらについては、以下でより詳細に説明する。
例えば、冷却された圧縮排出流０７を、第１の追加的熱交換器１９０内の、冷却された圧縮排出流の膨張させた部分で冷却することができる。図２に示す実施形態では、排出流分割装置１１０が、冷却された圧縮排出流０７を、冷却された圧縮排出流の継続０７ａと、冷却された圧縮排出分流０９とに分割する。冷却された圧縮排出分流０９を、エキスパンダまたはジュール・トムソンバルブのような第１排出流減圧装置１２０に渡し、第１排出流減圧装置１２０で膨張させて、膨張した冷却排出分流１９を提供することができ、次に、膨張した冷却排出分流１９を、冷却された圧縮排出流の継続０７ａと熱交換して、追加的な冷却された圧縮排出流１０８を提供することができる。
第１の追加的熱交換器１９０は、第２の中間段階エコノマイザーとすることができ、シェルアンドチューブ熱交換器またはシェルアンドコイル熱交換器とすることができ、この熱交換器内で、冷却された圧縮排出流０７が１つ以上のチューブまたはコイル１９５（図２にはコイルを示す）を通過し、チューブまたはコイル１９５内で、第１の熱交換器のシェル側に注入された膨張した冷却排出分流１９で冷却される。冷却された圧縮排出分流０９は、以下でより詳細に説明するように、多段階圧縮機の第２段階の排出圧力に近い圧力まで膨張させることができる。
図２は示さない他の実施形態では、排出流分割装置１１０を、第１の追加的熱交換器１９０の下流に設けて、冷却作用をもたらす流体を、冷却された圧縮排出流０７の一部の膨張ではなく、追加的な冷却された圧縮排出流１０８の一部の膨張によって得ることができる。
次に、追加的な冷却された圧縮排出流１０８を、第１の中間段階エコノマイザーのような第２の追加的熱交換器１８０に渡すことができ、第２の追加的熱交換器１８０は一般に、シェルアンドチューブ型またはシェルアンドコイル型である。例えば、追加的な冷却された圧縮排出流１０８を、追加的な冷却された圧縮排出流の膨張させた部分で冷却することができる。図２に示す実施形態では、追加的な冷却排出流分割装置２１０が、追加的な冷却された圧縮排出流１０８を、追加的な冷却された圧縮排出流の継続１０８ａと、追加的な圧縮排出分流１１とに分割する。追加的な圧縮排出分流１１を、エキスパンダまたはジュール・トムソンバルブのような第２の排出流減圧装置２２０に渡して膨張させて、膨張した追加的冷却排出分流２１を提供することができ、次に、膨張した追加的冷却排出分流２１を、追加的な冷却された圧縮排出流の継続１０８ａと熱交換して、冷却戻り流０８を、一般に半冷却された流れとして提供することができる。一般に、この熱交換は、膨張した追加的冷却排出分流２１を、第２の追加的熱交換器１８０のシェル側に注入し、追加的な冷却された圧縮排出流の継続１０８ａが、この熱交換器のシェル内の第２の追加的熱交換チューブまたは熱交換コイル１８５（図２にはコイルを示す）内に存在することによって、実行することができる。
図２には示さない実施形態では、第２の追加的熱交換器に冷却作用をもたらす流れを、冷却戻り流０８からの分流として取り出して膨張させて、第２の追加的熱交換器１８０内に注入することができる。この場合、分割装置は、追加的な冷却された圧縮排出流１０８内ではなく、冷却戻り流０８内に設ける。
次に、図１の方式と同様の様式で、冷却戻り流０８を、エキスパンダまたはジュール・トムソンバルブのような戻り膨張装置１３０に渡して、膨張した冷却戻り流１０を提供することができ、膨張した冷却戻り流１０は、半冷却されて凝縮した戻り流とすることができる。次に、膨張した冷却戻り流１０を貯蔵タンク５０に戻すことができる。
第１及び第２の追加的熱交換器１９０及び１８０に戻すこと、並びに、圧縮排出流の継続０７ａ及び追加的な冷却された圧縮排出流の継続１０８ａを冷却することによって、第１及び第２圧縮段階６５、７０からの中間的圧縮流も冷却することができる。こうした実施形態では、第１及び第２熱交換器１９０、１８０をエコノマイザーとすることができる。この熱交換器は、性能係数の増加をもたらすことができる。
特に、ボイルオフガス流０１を、第１段階６５によって圧縮して、第１段階圧力の、第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０２にすることができる。次に、第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０２を、膨張した追加的冷却排出分流２１と熱交換して、冷却された第１段階圧縮ＢＯＧ流０３を提供することができる。この熱交換は、第２の追加的熱交換器１８０内で実行することができ、熱交換器１８０は一般に、第１の中間段階エコノマイザーである。この第１の中間段階エコノマイザーがシェルアンドチューブ型である場合、第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０２及び膨張した追加的冷却排出分流２１は共に、熱交換器のシェル側に注入することができる。このことは液体半冷却として知られている。この熱交換プロセス中に、これらの流れが混合して、冷却された圧縮ＢＯＧ流０３は、これらの流れの組合せとなる。従って、追加的な圧縮排出分流１１は、第１段階６５の排出によって与えられる圧力、即ち第１段階圧力または少し上の圧力まで膨張させるべきであることは明らかである。このことは、第２の追加的熱交換器１８０内に許容可能な圧力平衡をもたらす。
そして、冷却された第１段階圧縮ＢＯＧ流０３を、圧縮システム６０の第２段階７０の吸入に渡すことができ、第２段階７０で、ＢＯＧ流０３を圧縮して、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流を第２段階圧力で提供することができる。本明細書に開示する方法及び装置の利点を提供するためには、第２段階の圧縮ＢＯＧ流０４を、多段階圧縮機６０の第３段階の吸入に渡す前に冷却すべきである。従って、ＢＯＧ流０４の冷却は、第３段階７５の排出で供給される流れの温度の低下をもたらす。このことは、排出流熱交換器２００の大きさの低減を可能にすることができ、排出流熱交換器２００は凝縮器とすることができる。
第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０４を、膨張した追加的冷却排出分流１９と熱交換して、冷却された第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０５を提供することができる。この熱交換は、第１の追加的熱交換器１９０内で実行することができ、熱交換器１９０は一般に、第２の中間段階エコノマイザーである。第２の中間段階エコノマイザーがシェルアンドチューブ型である場合、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０４及び膨張した冷却排出分流１９は共に、熱交換器のシェル側に注入することができる。この熱交換プロセス中に、これらの流れが混合して、冷却された圧縮ＢＯＧ流０５は、これらの流れの組合せとなって、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０４の液体半冷却をもたらす。従って、冷却された圧縮排出分流１１０は、第２段階７０の排出によって与えられる圧力、即ち第２段階圧力または少し上の圧力まで膨張させるべきであることは明らかである。このことは、第１の追加的熱交換器１９０内に許容可能な圧力平衡をもたらす。
本明細書に開示する方法及び装置の代案実施形態では、図２に示すように、前段階の圧縮機からの排出蒸気を追加的熱交換器内に渡し、そこで、次段階の圧縮機に渡す前の蒸気と混合する液体半冷却の使用ではなく、フラッシュ（気泡流）液体半冷却プロセスを用いることができる。フラッシュ液体半冷却プロセスでは、前段階の圧縮機からの排出蒸気を追加的熱交換器に通過させずに、圧縮サイクルの次段階に至る吸入またはその前にある熱交換器内で生成される蒸気と混合させる。
この実施形態を、第１の追加的熱交換器１９０’、例えば第２の中間段階エコノマイザーに関連して図３に示し、第１の追加的熱交換器１９０’は、シェルアンドチューブ型とすることができる。第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０４は、図２の実施形態のように第１の追加的熱交換器１９０’に通過させずに、圧縮サイクルの次段階に至る吸入またはその前にある第２の中間段階エコノマイザー内で生成される蒸気と混合させる。
図３に関しては特に、膨張した冷却排出分流１９を、第２の中間段階エコノマイザーのような第１の追加的熱交換器１９０’内に注入して、熱交換器から取り出される、頂部で膨張した冷却排出流３１を提供することができる。頂部で膨張した冷却排出流３１は、膨張した冷却排出流１９を、第１の追加的熱交換器１９０’のシェル内にフラッシングする（気泡を流す）ことによって生成することができる。
次に、頂部で膨張した冷却排出流３１を、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０４と、一般に組み合わせることによって混合して、冷却された第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０５を提供し、そして、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流０５を、多段階圧縮システム６０の第３段階７５の吸入に渡す。
冷却された圧縮排出流の継続０７ａは、第１の追加的熱交換器１９０’内で、膨張した冷却排出分流１９との熱交換によって、図２の実施形態と同様の方法で冷却することができる。
図３には示していないが、同様のフラッシュ液体半冷却プロセスを、第２の追加的熱交換器内で実行することができ、第２の追加的熱交換器は、第１の中間段階エコノマイザーとすることができ、一般にシェルアンドチューブ型またはシェルアンドコイル型である。従って、第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０２を第２の追加的熱交換器１８０に渡すのではなく、膨張した追加的冷却排出分流２１を第２の追加的熱交換器１８０のシェル側内にフラッシングすることによって生成されて、第２の追加的熱交換器から取り出される頂部の流れ（頂部で膨張した追加的冷却排出流）を、第１の中間的圧縮ＢＯＧ流０２と混合して、冷却された第１の中間的圧縮ＢＯＧ流とすることができる。
図面には示していない他の代案実施形態では、冷却された圧縮排出流０７を、最高圧で動作するもの（第１の追加的熱交換器１９０）から最低圧で動作するもの（第２の追加的熱交換器１８０）の順に直列に、追加的熱交換器１９０、１８０に通過させる代わりに、すべての熱交換器に並列に供給することができる。こうした状況では、冷却作用は、冷却された圧縮排出分流０９によって与えられるか、熱交換器毎の適切な圧力までの膨張後の冷却戻り流からの分流として取り出される。
例
この例は、２つのＬＰＧ再液化システム、即ち、フラッシュ液体半冷却を第１及び第２の中間的圧縮ＢＯＧ流に対して実行する本発明によるシステム（即ち、第１の中間段階エコノマイザー内でフラッシュ液体半冷却も実行する図３の実施形態）、及びフラッシュ液体半冷却を第１の中間的圧縮流にしか実行しない（即ち、第１の追加的熱交換器／第２の中間段階エコノマイザーなしの）比較例のシステムの、所要電力、冷却能力、及び性能係数の仮説的計算値を提供する。
圧縮システムデータは、３段階圧縮機（スイス国ウィンタートゥールにあるBurckhardt Compression AG社製）に基づくものとした。液化石油ガスカーゴは、液相の5.0mol%のエタン及び95.0mol%のプロパンで構成された。0.4barゲージのタンク貯蔵圧の、ボイルオフガスの気相組成は、Peng Robinson Stryjek-Vera状態方程式を基に、24.23mol%のエタン及び75.77mol%のプロパンであると計算された。
表１に、比較例の３つの圧縮段階における、吸入圧力及び排出圧力、及び温度の計算値を示す。
Figure 0006270715
表２に、本発明による例の３つの圧縮段階における、吸入圧力及び排出圧力、及び温度の計算値を示す。
Figure 0006270715
比較例、及び本発明による例の両方において、第３段階の排出圧力24bar（絶対値）が、+40℃の凝縮温度を与える。
表３に、比較例によるシステム、及び本発明による例の、電力、再液化能力、及び性能係数の計算値を示す。
表３より、３段階圧縮機の第２段階と第３段階との間にフラッシュ液体熱交換ステップを導入することによって、第２段階の圧縮機からの排出の冷却が第２段階のエコノマイザー内に存在しないシステムに比べて、圧縮機全体の駆動電力の低減が、冷却能力及び性能係数の増加と共に生じることが理解される。
Figure 0006270715
本明細書に開示するあらゆる発明を、特許請求の範囲から逸脱することなしに、種々の方法で実施することができることは、当業者の理解する所である。例えば、ある１つの発明が、本明細書に開示する１つ以上の随意的または好適な特徴の組合せを包含することができる。例えば、エコノマイザーのような熱交換器の存在が、多段階圧縮機の第１段階と第２段階との間に存在することは、必ずしも要求されない。その代わりに、あるいはそれに加えて、本発明は、４つ以上の段階を具えた多段階圧縮機に適用可能である。エコノマイザーのような熱交換器は、多段階圧縮機の第２段階及びその後の段階のうち、少なくとも１つより多数の段階間に配置することができる。例えば、４段階圧縮機では、こうした熱交換器を、第２段階と第３段階との間、及び第３段階と第４段階との間のうち一方または両方、並びに随意的に、第１段階と第２段階との間に配置することができる。
また、上述した種々の実施形態は、他の実施形態と併せて実現することができ、例えば、１つの実施形態の態様を他の実施形態の態様と組み合わせて、さらに他の実施形態を実現することができる。さらに、任意のアセンブリの独立した特徴または構成要素の各々が、追加的な実施形態を構成する。
以上の特定実施形態の説明では、明瞭にするために、特定の用語を用いている。しかし、本発明は選択した特定用語に限定されず、各特定用語が、同様の様式で動作して同様の技術目的を達成する他の技術的等価物を含むことは明らかである。「左」、「右」、「前」及び「後」等のような語は、基準点を与えるための便宜上の語として用いられ、限定的な用語として解釈すべきでない。
本明細書では、「具えている」とは、その「広い」意味、即ち「含む」意味で理解すべきものであり、従って、その「狭い」意味に限定されない。対応する「具える」及び「具えた」が出現すれば、対応する意味付けが生じる。

Claims (22)

  1. 液化カーゴからのボイルオフガス（ＢＯＧ）流(01)を海上の輸送船内で冷却する方法であって、前記液化カーゴが、１気圧で-110℃より高い沸点を有し、かつ、液化石油ガス、プロピレンから選択した液化石油化学ガス、及び液化アンモニアから成るグループから選択したものである方法において：
    前記液化カーゴからのボイルオフガス流(01)を、少なくとも第１圧縮段階(65)、第２圧縮段階(70)、及び最終圧縮段階(75)を含む３つ以上の圧縮段階で圧縮して、圧縮排出流(06)を提供するステップであって、連続する前記圧縮段階間に中間的圧縮ＢＯＧ流(02,04)が提供されるステップと；
    前記圧縮排出流(06)を水流で冷却して、冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流(07)を提供するステップと；
    前記冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流(07)の一部を膨張させて、(i)前記第２圧縮段階と前記最終圧縮段階(75)との間の各隣接する２つの圧縮段階間に提供される前記中間的圧縮ＢＯＧ流のうち選択した１つ以上の前記中間的圧縮ＢＯＧ流(04)と熱交換して、１つ以上の冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流(05)を提供するステップと；
    前記１つ以上の冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流(05)を、次の前記圧縮段階(75)に渡すステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記１つ以上の冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流(05)を提供するステップにおいて、前記冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流(07)の一部を、膨張させる前にさらに冷却し、前記冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流(07)の一部を、１つ以上の前記中間的圧縮ＢＯＧ流(04)と熱交換した後に、(ii)前記冷却された圧縮排出流(07)の、さらに冷却した後の１つ以上の部分(07a,108a)と熱交換することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 少なくとも：
    前記ボイルオフガス流(01)を、前記第１圧縮段階(65)で圧縮して、第１の中間的圧縮ＢＯＧ流(02)を、前記中間的圧縮ＢＯＧ流として提供するステップと；
    前記第１の中間的圧縮ＢＯＧ流(02)を前記第２圧縮段階(70)で圧縮して、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流(04)を、前記中間的圧縮ＢＯＧ流として提供するステップと
    を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記第１の中間的圧縮ＢＯＧ流(02)を、前記第２圧縮段階(70)で圧縮する前に熱交換して、冷却された第１の中間的圧縮ＢＯＧ流(03)を提供
    することを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流(07)を、冷却された圧縮排出流の継続(07a)と、冷却された圧縮排出分流(09)とに分割するステップと；
    前記冷却された圧縮排出分流(09)を膨張させて、膨張した冷却排出流(19)を提供するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. 前記膨張した冷却排出流(19)を、前記第２圧縮段階(70)からの中間的圧縮ＢＯＧ流(04)と熱交換して、前記冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流(05)を提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 前記膨張した冷却排出流(19)をフラッシングして、頂部で膨張した冷却排出流を提供するステップと；
    前記頂部で膨張した冷却排出流(31)を、前記第２圧縮段階(70)からの前記中間的圧縮ＢＯＧ流(04)と熱交換して、前記冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流(05)を提供するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  8. 前記中間的圧縮ＢＯＧ流(04)が、第２の中間的圧縮ＢＯＧ流であり、前記冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流(05)が、冷却された第２の中間的圧縮ＢＯＧ流であることを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
  9. 前記膨張した冷却排出流(19)を、前記冷却された圧縮排出流の継続(07a)と熱交換して、追加的な冷却された圧縮排出流(108)を提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の方法。
  10. 前記追加的な冷却された圧縮排出流(108)を、追加的な冷却された圧縮排出流の継続(108a)と、追加的な冷却された圧縮排出分流(11)とに分割するステップと；
    前記追加的な冷却された圧縮排出分流(11)を膨張させて、膨張した追加的な冷却排出流(21)を提供するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 前記膨張した追加的な冷却排出流(21)を、前記第１圧縮段階(65)からの前記中間的圧縮ＢＯＧ流(02)と熱交換して、前記冷却された中間的圧縮流(03)を提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 前記膨張した追加的な冷却排出流(21)をフラッシングして、頂部で膨張した追加的な冷却排出ガスを提供するステップと；
    前記頂部で膨張した追加的な冷却排出流を、前記第１圧縮段階(65からの前記中間的圧縮ＢＯＧ流(02)と熱交換して、前記冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流(03)を提供するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  13. 前記中間的圧縮ＢＯＧ流(02)が第１の中間的圧縮ＢＯＧ流であり、前記冷却された中間的圧縮ＢＯＧ流(03)が、冷却された第１の中間的圧縮ＢＯＧ流であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。
  14. 前記膨張した追加的な冷却排出流(21)を、前記追加的な冷却された圧縮排出流の継続(108a)と熱交換して、冷却戻り流(08)を提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の方法。
  15. 前記冷却戻り流(08)を膨張させて、膨張した冷却戻り流(10)を提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 前記液化カーゴがＬＰＧであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
  17. 前記液化カーゴが、少なくとも3.5mol%のエタンを含むＬＰＧであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  18. 前記圧縮排出流(06)を海水流で冷却して、前記冷却された圧縮排出流(07)を提供することを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
  19. 前記第１圧縮段階(65)、前記第２圧縮段階(70)、及び前記最終圧縮段階(75)が、多段階圧縮機(60)の各段階であることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
  20. 液化カーゴからのボイルオフガス流(01)を海上の輸送船内で冷却する装置であって、前記液化カーゴが、１気圧で-110℃より高い沸点を有し、かつ、液化石油ガス、プロピレンから選択した液化石油化学ガス、及び液化アンモニアから成るグループから選択したものである装置において、少なくとも：
    前記液化カーゴからの前記ボイルオフガス流(01)を圧縮するための多段階圧縮システム(60)であって、少なくとも第１圧縮段階(65)、第２圧縮段階(70)、及び最終圧縮段階(75)を含む３つ以上の圧縮段階を具えて、圧縮排出流(06)を提供し、連続する前記圧縮段階間で中間的圧縮ＢＯＧ流(02,04)を提供する多段階圧縮システム(60)と；
    前記圧縮排出流(06)を水流で冷却して、冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流(07)を提供する第１熱交換器(200)と；
    前記冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流(07)の一部を膨張させて、前記冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流の膨張した部分を提供する第１排出流減圧装置(120)と；
    前記冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流(07)の一部を膨張させて、(i)前記第２圧縮段階と前記最終圧縮段階(75)との間の各隣接する２つの圧縮段階間に提供される前記中間的圧縮ＢＯＧ流のうち選択した１つ以上の前記中間的圧縮ＢＯＧ流(04)と熱交換して、１つ以上の冷却した中間的圧縮ＢＯＧ流(05)を次の前記圧縮段階(75)に提供するための、１つ以上の追加的熱交換器(190)と
    を具えていることを特徴とする装置。
  21. 前記第１排出流減圧装置(120)が、前記冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流(07)の一部を、膨張させる前にさらに冷却して、前記冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流の、膨張し、さらに冷却された部分を提供し、
    前記１つ以上の追加的熱交換器(190)が、前記冷却されて完全に凝縮した圧縮排出流の、膨張し、さらに冷却された部分を、膨張させる前にさらに冷却し、前記１つ以上の前記中間的圧縮ＢＯＧ流(04)と熱交換した後に、(ii)前記冷却された圧縮排出流(07)の、さらに冷却した後の１つ以上の部分(07a,108a)と熱交換する
    ことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
  22. 請求項１〜１９のいずれかに記載の方法を用いて動作することを特徴とする請求項２０または２１に記載の装置。
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