JP6830091B2 - 工業用ガスおよび炭化水素ガスの液化 - Google Patents

Description

本発明は、工業用ガスもしくは炭化ガスまたはこれらのガス混合物の液化システムおよび方法に関する。

工業用ガス、例えばＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、Ｎ₂、Ｏ₂、Ｈ₂、Ｈｅ、Ａｒ、空気および他のガスならびに炭化水素ガス、例えばメタン、エタン、プロパン、エチレンおよび他の炭化水素ガス、またはこれらガスの混合物は、伝統的に、周知のカルノー冷凍サイクルまたはターボ−エキスパンダ（Turbo-Expander）サイクルに基づく冷凍サイクルを利用して液化される。液化を可能にするこれら工業プロセス中に達成される極低温は、大きな資本を必要とし、大量のエネルギーを必要とし、しかも操業費が多大である複雑なカスケード式冷凍サイクルを必要とする場合がある。

したがって、当該技術分野において、実施するのに比較的エネルギー効率が良く、経済的であり、しかも実用的であると言える工業用ガスおよび炭化水素ガスまたはこれらのガス混合物を液化する代替方法が要望されている。

一観点では、本発明は、以下の非順序的ステップを含むガスの液化方法であって、
ａ．入口圧力を有するガスを受け入れてガスを所望の圧力まで圧縮しまたは減圧するステップと、
ｂ．ガスを少なくとも１つの吸収式冷却機に通して冷却するステップと、
ｃ．ガスの圧力を断熱減少させてガスの少なくとも一部分を液化するステップと、
ｄ．リッチ水酸化アンモニウム流体を精留器内で加熱してトリム熱またはガスがステップ（ａ）で圧縮された場合にステップ（ａ）から回収した圧縮熱のうちの一方またはこれらの組み合わせを用いてアンモニアガスを遊離させ、リーン水酸化アンモニウム流体を生じさせるステップと、
ｅ．リーン水酸化アンモニウムを過冷却して蒸気吸収塔の頂部に循環させるステップと、
ｆ．精留器からのアンモニアガスを凝縮して液体アンモニアをほとばしらせて少なくとも１つの吸収式冷却機内での使用のための冷却アンモニアガスを生じさせるステップと、
ｇ．少なくとも１つの吸収式冷却機からのアンモニアガスを蒸気吸収塔内でリーン水酸化アンモニウム中に吸収させてステップ（ｄ）のためのリッチ水酸化アンモニウムを生じさせるステップとを含むことを特徴とする方法を含む。

ガスは、工業用ガスもしくは炭化水素ガスまたは工業用ガスもしくは炭化水素ガスの任意の混合物を含むのが良い。この方法の結果として、ガスの少なくとも１つの成分、ガスの一部分、またはガスの実質的に全ての液化が得られる。

別の観点では、本発明は、ガス液化システムであって、入口ガスを所望の圧力で受け入れる受け入れ段と、ガスを冷却するための吸収冷凍ループを含む冷却段と、ガスを少なくとも部分的に液化させるためのＪＴ弁を含む液化段とを含むことを特徴とするガス液化システムを含むのが良い。一実施形態では、このシステムは、ガスを所望の圧力まで圧縮する圧縮段と、熱を圧縮段から吸収冷凍ループに伝達する圧縮エネルギー熱回収段とを更に含むのが良い。別の実施形態では、このシステムは、ガスの非液化成分を低圧蒸気再利用ループ内で再利用するガス再利用段を更に含むのが良く、低圧蒸気再利用ループは、圧縮および冷却ガスを更に冷却し、このガスは、次に圧縮段に方向付けられる。

一実施形態では、吸収冷凍ループは、精留器および蒸気吸収塔を含む。

次に、添付の単純化された略図を参照して例示の実施形態により本発明について説明する。

本発明の一実施形態の略図である。 ガスがこのガスの臨界圧力未満まで圧縮される一実施形態のプロセス流れ図（ＰＦＤ）の一部を示す図である。 図２Ａのプロセス流れ図（ＰＦＤ）の別の部分を示す図であり、図２Ａの一部と一緒になってプロセス流れ図（ＰＦＤ）全体を構成する図である。 本発明の一実施形態を利用した二酸化炭素（ＣＯ₂）に関するモリエ線図（この図および他のモリエ線図は、米国所在のケミカロジック・コーポレーション（Chemicalogic Corporation）により提供されている特定のエントロピー−圧力線図を示している）である。 １７０ｋＰａ入口圧力状態にあって２％ＣＯ₂および９８％ＣＨ₄で水飽和されたスイート天然ガスのガス液化方法２を利用したプロセス流れ図（ＰＦＤ）であり、液化サイクルが１７０ｋＰａの圧力に対する貯蔵に単一のフラッシュ液化利用を用いている状態を示す図である。 主要な機器およびプロセスデータ点に注目した改造型吸収冷凍サイクルを利用したプロセス流れ図（ＰＦＤ）の一部を示す図（このプロセスは、４段（ステージ）ＮＨ₃冷却機（チラー）システムの主要なコンポーネント、すなわち、蒸気吸収塔（ＶＡＴ）、リーン溶液冷却機、廃熱交換器、発電機、精留塔、還流凝縮器（デフレグメータ）、アンモニア凝縮器、および他の補助機器を示している）である。 図５Ａのプロセス流れ図（ＰＦＤ）の別の部分を示す図であり、図５Ａの一部と一緒になってプロセス流れ図（ＰＦＥ）全体を構成する図である。 本発明の一実施形態を示す液化サイクルを利用したメタン（ＣＨ₄）に関するモリエ線図である。 オプションとしての高圧供給方式の変形実施形態を利用したメタンに関するモリエ線図である。 ４段液化冷却機システムに関する熱力学的点を示すとともに無水アンモニア（ＮＨ₃）に関するモリエ線図（このモリエ線図は、無水アンモニア蒸気がＶＡＴに戻っているときの無水アンモニア蒸気の圧力および温度を示しており、この実施例に関する周囲冷却システム温度は、２２℃の凝縮温度を前提条件としている）である。 動作点、特に主要なプロセス動作圧力、温度およびＶＡＴを通る溶液濃度ならびに本発明で利用される改良型吸収サイクルの残部を表わす無水アンモニア溶液のＰＴＸ図である（無水アンモニアに関するＰＴＸグラフ図は、ＰＲＯＭＡＸ（商標）プロセスシミュレータからのプロセスデータを利用してプロットされたものである）。 最終のガス液化冷却が液化ガス蒸発熱交換器で起こる一実施形態のプロセス流れ図（ＰＦＤ）である。 図９に示されているような液化サイクルの一実施形態を利用した空気の液化に関するモリエ線図である。

物理学において、「ガス」という用語は、物質が理想分子移動度および無限膨張特性を有する物質の状態を含む用語である。本明細書で用いられる「ガス」は、標準温度および標準圧力で気体である物質、例えばＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、Ｎ₂、Ｏ₂、Ｈ₂、Ｈｅ、Ａｒ、空気、もしくは炭化水素ガス、例えばメタン、エタン、プロパン、エチレンおよび他の炭化水素ガス、または任意のガス混合物である。本明細書で用いられる「液化ガス」という用語は、販売、処分または商業、研究もしくは工業目的のための使用が可能であるよう液化された任意のガスまたはガス混合物を意味する。

本明細書で用いられる「ＪＴ弁」または「ＪＴ絞り弁」という用語は、ジュール−トムソン効果に従ってガスの断熱膨張を可能にするようになったガス弁を意味する。ＪＴ弁は、当該技術分野においては周知であり、市販されている。

本明細書で用いられる「低圧分離器（low pressure separator）」、すなわち略して“ＬＰＳ”は、“ＪＴ”絞り弁の下流側で指定された低い圧力および低い温度で動作する分離容器を意味し、その結果、液化ガスを流路から取り出すことができまたは流路内で更に処理することができるようになっている。

本明細書で用いられる「高圧分離器（high pressure separator）」、すなわち略して“ＨＰＳ”は、ガス冷却のために所望の圧力で動作するとともにＪＴ絞り弁の上流側に配置された分離容器を意味する。

本明細書で用いられる「濃密相」という用語は、これが任意のガスまたはガス混合物に関する場合、ガスのクリコンデンバールよりも高いその圧縮に起因して生じるガスの状態を意味し、クリコンデンバールは、ガスをほぼその臨界温度によって定められた範囲内の温度において温度とは無関係に気相の状態にすることができない下限としての最大温度であり、臨界温度は、物質の気相および液相の示強的性質が互いに等しい圧力と温度の組み合わせである臨界点およびほぼそのクリコンデンサームに対応した温度であり、クリコンデンサームは、天然ガスを圧力とは無関係に液相にすることができない下限としての最大温度である。濃密相では、ガスは、気相の粘性とほぼ同じ粘性を有するが、液相の密度に近い密度を有する場合がある。

本明細書で用いられる「非凝縮性」という用語は、流路内における任意のＬＰＳに関して１つまたは複数の特定の段の動作圧力および温度では液化しないガスを意味している。

本明細書で用いられる「吸収冷凍プロセス（absorption refrigeration process）」、すなわち略して“ＡＲＰ”は、冷凍プロセスを駆動するための熱入力を利用した当該技術分野において購入されている熱力学的冷凍プロセスを利用する冷凍システムを意味している。

本明細書で用いられる「トリム熱」という用語は、任意の廃熱回収手段、熱伝達媒体、電気抵抗加熱器、または本発明の改造ＡＲＰリッチ溶液加熱ループへの熱入力を提供する他の従来手段に由来するシステム中への熱入力を意味している。トリム熱は、好ましくは、低品位熱源から供給される。低品位熱は、エネルギー密度が低く、しかも従来方法によって効率的に変換することができない低温および中程度の温度（中温）熱を意味する。低品位熱の温度範囲について統一された規格は存在しないが、温度が３７０℃未満の熱源が低品位熱源と見なされ、その理由は、熱が水蒸気ランキンサイクルを用いた温度よりも効果的に低く変換することができないものとみなされているからである。主要な低品位熱源は、太陽熱、地熱および産業廃棄物の熱に由来する。

本明細書で用いられる「機械的冷凍プロセス」という用語は、冷凍プロセスを駆動するための圧縮入力を利用した当該技術分野において公認されている熱力学的冷凍プロセスを利用した冷凍システムを意味する。

本明細書で用いられる「ターボ−エキスパンダ冷凍プロセス」という用語は、断熱膨張および冷凍プロセスとしての圧縮のための仕事の回収を利用する当該技術分野において公認されている熱力学的冷凍プロセスを利用した冷凍システムを意味している。

一観点では、本発明の実施形態は、ガス受け入れ段、冷却段、１つまたは複数の液化段、および冷却段を駆動する改造型ＡＲＰを含むシステムである。好ましい実施形態では、本発明はまた、圧縮段、１つまたは２つ以上の圧縮エネルギー回収段の熱およびガス再利用段を更に含む場合がある。本発明の一実施形態は、入口ガス流の潜在的エネルギー（エンタルピー）を利用するとともにガス液化プロセスの全体的熱力学的効率を向上させるよう液化プロセスの圧縮段中の圧縮エネルギー熱を回収しようとするものである。

一実施形態では、図１に概略的に示されているように、本発明は、改造型水酸化アンモニウム吸収冷凍システムと組み合わされたガス液化システムである。液化されるべきガスまたはガス混合物に対する圧縮仕事の結果として生じた圧縮エネルギー熱は、水酸化アンモニウムを利用して熱交換によって作業流体ガス流から熱を吸収することによって回収できる。従来型ガス処理技術は、この大量の低品位熱エネルギーを空気フィン型ファンか水冷システム化のいずれかにより周囲環境に放出する。本発明の実施形態は、冷凍冷却作用をもたらしてガスの液化を可能にする吸収冷凍サイクルで回収された圧縮エネルギー熱を利用する。

液化されるべきガスで利用できる潜在的エネルギー（エンタルピー）は、ガスがシステムに入っているときにガスの圧力および温度に直接関連づけられ、そして圧力減少冷凍プロセス、例えばジュール−トムソン（ＪＴ）圧力減少プロセス中に利用されて断熱圧力減少からの自動冷凍によってガスまたはガス混合物を冷却する。ＪＴプロセスは、堅固であって単純でありしかも気−液相エンベロープ内での動作に対して実用上の制限を加えない状態での冷凍に適しており、かかるＪＴプロセスは、複雑であって費用が高くつき、しかも気−液相エンベロープの外側での動作を必要とする実用上の制限を有する特殊型極低温回転機器の使用を必要としない。

熱源により、吸収冷凍システムは、代表的には、吸収冷凍システムによって生じる冷却エネルギーと比較して、５％未満の正味電気エネルギーを利用する。液化中のガス流に与えられる圧縮仕事から回収される低品位圧縮エネルギー熱は、特定のガス液化用途および液化のために採用される方法に応じて、幾分かの、全ての、または過剰の冷凍デューティを提供することができる。不十分な熱エネルギーが液化サイクルから回収されるのに役立つ用途では、他の利用可能な低品位廃熱流および／または他の従来型熱入力手段の形態をした追加のトリム熱エネルギーが必要とされる冷凍デューティを吸収冷凍システムによって生じさせることができるようにするのに必要な熱エネルギーを提供するために必要とされる場合がある。

吸収冷凍システムは、リッチ水酸化アンモニウム溶液からアンモニアを遊離させるために熱エネルギーを用いる精留器または精留塔および一実施形態では冷凍機またはチラーが１０ｋＰａ動作圧力において−７１℃という低い温度で動作することができるようにする蒸気吸収塔（ＶＡＴ）を含む。ＶＡＴ設計は、従来型機械式真空ポンプが所望の真空動作圧力を達成するための必要性をなくすよう熱力学的原理を採用している。ＶＡＴ設計はまた、無水蒸気アンモニアがＶＡＴの頂部でおよびオプションとしてＶＡＴの追加の入口箇所でリーン水酸化アンモニウム溶液中に吸収するときの溶解熱および凝縮エネルギー熱のうちの少なくとも何割かまたは場合によっては全ての回収を可能にする。水頭が水酸化アンモニウム溶液を過冷却状態に維持している状態で溶液強度および温度は、ＶＡＴ内で頂部から底部に向かって増大し、ついには、最終のリッチ溶液強度に達するようになる。溶解熱および凝縮熱は、リッチ溶液内で有用なエネルギーとして維持され、このことは、このエネルギーをヒートシンクに捨てる従来型吸収器とは異なる。

受け入れ段では、入口ガス流は、所望の圧力まで圧縮されまたは減圧され、この所望の圧力は、冷却／液化プロセスの開始に先立ってガスの臨界圧力を上回る場合がありまたは下回る場合がある。入口ガス流が所望の圧力を上回る場合、この入口ガス流は、ＪＴ弁で絞られてプロセスを低温で開始させることができる。かかる場合、改造型ＡＲＰに伝わるよう回収される圧縮熱はゼロである。

一実施形態では、ガスに関する臨界点を下回る入口圧力を有するガスを液化する方法が提供される。この方法は、圧縮機（１つまたは２つ以上の段）、圧縮エネルギー熱の熱的回収システム、改造型ＡＲＰ、１つまたは２つ以上のＪＴ弁、１つまたは２つ以上のＬＰＳ容器、および１つまたは２つ以上の段を備えた再利用ガス冷凍圧縮機を利用する。このガス液化方法は、従来型機械式冷凍システム、例えばカルノーサイクルを利用する第２の組をなす冷凍圧縮機の必要性を減少させまたはなくす。液化中のガスは、ＪＴフラッシュの結果としての蒸気相成分が再利用されて液相成分が貯蔵部に送られているときに熱伝達流体としての役目を果たす。この方法のかかる実施例は、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｓ、プロパンの液化、または軽度の留分Ｃ₃＋天然ガス液（ＮＧＬ）回収に適している場合があり、この場合、液化に必要な温度は、−７０℃よりも温かい。

例えば、この方法は、図２にＰＦＤとして概略的に示され、図３ではモリエ線図として概略的に示されたＣＯ₂ガスを液化するために使用されるのが良い。代表的な液体ＣＯ₂貯蔵範囲は、−１５℃〜−２９℃である。このプロセスは、約１６００ｋＰａの圧力において約−２３℃の温度で液体ＣＯ₂を生じさせることができる。入口では、ＣＯ₂は、大気圧でしかもガスの臨界点よりも十分に低い約３０℃で送り出される。次に、このガスは、熱交換器を通過しながら段階的に圧縮され、これら熱交換器は、リッチ水酸化アンモニウム溶液との直接的な連絡関係をなす熱交換器によって圧縮エネルギー熱を回収し、それにより改造型吸収冷凍冷却システムに動力供給するのに必要な熱エネルギーの全てまたは一部分を提供する。次に、圧縮ＣＯ₂は、少なくとも１つの吸収式チラーによって冷却される。吸収式チラーシステムに動力供給するための熱エネルギーは、回収された圧縮エネルギー熱および／またはトリム熱の任意の組み合わせによって提供され、このトリム熱は、直接もしくは間接的燃焼熱交換器または必要な温度または質量流量条件を備えた他の利用可能な廃熱回収流によって作られるのが良い。

次に、圧縮されかつ冷却されたＣＯ₂は、放出圧力および放出温度でＪＴ弁を通って低圧分離器（ＬＰＳ）中に放出され、したがって、ＣＯ₂は、幾つかの条件下においては過冷却状態である場合のある２段階気−液状態にある。液体ＣＯ₂は、任意のフラッシュガスおよび／または非凝縮性蒸気を含むガス部分が再利用圧縮機、ガス抜きのためのブリード流、燃料ガスおよび／または場合によっては追加の処理に差し向けられている間、貯蔵容器に放出されるのが良い。再利用圧縮機は、ガス部分が図２においてＣＯ₂−１１およびＣＯ₂−１１ａで示されている圧縮段でガス流路中に導入される再利用ループの一部である。

別の実施形態では、本発明は、臨界点を上回った状態で受け入れられまたは圧縮機（１つまたは２つ以上の段）、圧縮エネルギー熱の熱的回収システム、改造型ＡＲＰ、１つまたは２つ以上のＪＴ弁、１つまたは２つ以上のＬＰＳ容器、および１つまたは２つ以上の段を備えた再利用ガス冷凍圧縮機を利用して臨界点を上回った状態まで圧縮されたガスを液化する方法を提供する。この方法は、圧縮エネルギー熱の熱的回収システムと吸収式冷凍システムと１つまたは２つ以上のＬＰＳ、１つまたは２つ以上のＪＴ弁、および１つまたは２つ以上の圧縮段を備えた再利用ガス冷凍圧縮機からの低圧再利用ガス蒸気流を有する熱交換器の任意の組み合わせにより濃密相ガスを冷却することによって液化を可能にするのに十分に濃密相にする圧力までのガスの圧縮を利用する冷凍サイクル（これには限定されない）を含む流路を利用する。液化プロセスに入るガスの供給圧力および温度に応じて、液化されるべき特定のガスまたはガス混合物の冷却プロセス中に奪われる熱（エンタルピー変化）を最適化するのに十分臨界圧力および臨界温度を上回る濃密相に更に圧縮することが有利な場合がある。

特定のガスまたはガス混合物の冷却プロセスのために選択された圧力は、圧力と比エンタルピーの関係を表わすモリエ線図上に提供されているように臨界点よりも上方のガスおよびガス混合物のための等温線の勾配変化に直接関連づけられる。等温線の勾配が垂直である（無限勾配）点は、相当な熱伝達が所与の温度でガスまたはガス混合物が所与の場合に起こるための最大の潜在的可能性を提供する。選択された実際の圧力は、必ずしも、この点である必要はなく、というのは、要因の組み合わせ、例えば圧縮および熱交換機器に関する実用的な圧力および温度限度ならびに吸収式冷却システムによって利用できまたは提供される最小温度が考慮されるために必要だからである。特定のガスに関する等温線の勾配は、液化ステップに先立って所与のガスまたはガス混合物の冷却のための最適圧力の選択を助けるようモリエ線図（Ｘ軸が比エンタルピー、Ｙ軸が絶対圧力）上で観察できる。以下において、この選択プロセスについて更に説明する。

この実施形態の実施例では、ガスは、所望の濃密相圧力において入口圧力で受け入れられ、または入口圧力が所望の濃密相圧力の状態にはない場合、液化に必要な所望の濃密相圧力までガスを圧縮しまたは減圧する。圧縮された場合、圧縮エネルギー熱を熱交換器によって回収してリッチ水酸化アンモニウム溶液に伝達して改造型吸収冷凍チラーシステムに動力供給するのに必要な熱エネルギーの全てまたは一部分を提供するのが良い。圧縮熱から回収された熱エネルギーが不十分である場合、トリム熱を直接または間接燃焼熱交換または必要な温度および質量流量条件を備えた他の利用可能な廃熱回収流によって提供するのが良い。

入口ガスは、ＪＴ弁の入口圧力に等しい所望の最終圧力に達するのに必要な単一または多段圧縮機で圧縮されるのが良い。一般的に言って、一実施形態では、任意特定の圧縮段のための放出温度は、特定の圧縮機器の仕様に応じて約１５０〜１６０℃に制限される。

圧縮ガスは、少なくとも１段、好ましくは２、３、または４段の吸収式チラーによって−７０℃の最低温度まで冷却される。一実施形態では、圧縮ガスは、当初、以下に説明するようにＬＰＳからの低圧蒸気再利用流で冷却されるのが良い。

冷却された工業用ガスまたはガス混合物は、ＪＴ弁を通って放出圧力および放出温度で低圧分離器（ＬＰＳ）中に放出され、その結果、ガスは、このガスのための２段領域内で蒸気品位“Ｘ”にあるようになる。図６Ａおよび図６Ｂでは、それぞれ、Ｍ１７およびＭ１２ではＸ＝０．５３である。液体は、ＬＰＳから貯蔵容器に放出され、そして蒸気は、低圧蒸気再利用流に差し向けられる。この再利用流には、吸収式チラー内での濃密相ガスの冷却に先立って、当初濃密工業用ガスまたはガス混合物を所望の温度まで冷却する熱交換器が組み込まれている。低圧蒸気再利用流は、それにより、圧縮機器の入口に適した温度まで温められ、次に、１つまたは２つ以上の段で圧縮され、ついには、所望の濃密相液化圧力に達し、次に、この蒸気再利用流を入口ガス流と合流される。

ＬＰＳからの非凝縮性蒸気は、特定の工業用ガスまたはガス混合物の特性およびプロセス用途に応じて、ガス抜き、追加の処理のためのブリード流または燃料ガスとして差し向けられるのが良い。

ＬＰＳから取り出された液体をほとばしらせる（フラッシングする）追加の段を実施して所望ならば追加のＪＴ弁、ＬＰＳ容器、および所望ならば圧縮段の使用によって液化工業ガスまたはガス混合物の温度および圧力を更に減少させるのが良い。

何種類かのガスに関し、吸収式冷凍チラーは、所望の最終液化温度での過冷却状態への冷却濃密相流体の単純なＪＴフラッシングを可能にするのに十分に低い温度では動作しないが、このガスに関する気−液相エンベロープ内のある特定の蒸気品位“Ｘ”に合った所望の最終温度および圧力へのフラッシングを可能にする。液体部分は、ＬＰＳから取り出されて液体貯蔵容器に送られ、他方、気相は、分離器から除去され、そして、低温低圧気相を用いて再集団吸収式チラー型熱交換器内で冷却された温かい濃密相ガス流を更に冷却するのが良い。

一実施形態では、濃密相ガス流を冷却することによって、ＬＰＳからの低圧蒸気再利用流は、最終の吸収式チラー動作温度とほぼ同じ温度まで温められる。次に、この低圧蒸気再利用流は、別の熱交換器に差し向けられるのが良く、この別の熱交換器は、圧縮機ループ内の再利用ガスを選択された再利用圧縮機設備に許容可能な温度まで更に温める（標準ノジュラー鉄または炭素鋼材料を利用するとともに極低温動作にとって必要なステンレス鋼の必要性を回避するよう−２９℃以上の温度）。低圧蒸気再利用ガスが十分なエネルギーをいったん交換して適切に温められると、この最良ガスを入口ガス流と合流させて本明細書に説明するように圧縮するのが良い。

特定用途に応じて他のプロセスに利用できる過剰冷却方式が存在する場合がありまたは十分な冷却デューティを吸収式冷凍冷却機器によって生じさせることができるのに必要な追加のトリム熱エネルギーが存在する場合がある。圧縮エネルギー熱が入口流および再利用流から回収された後（合流した流れは、入口流＋再利用流（“Ｙ”）に等しい）、この流れを吸収式冷却システムの１つまたは２つ以上の段によって更に冷却し、ついには、吸収式冷却システムからの所望の最終温度に達するようにする。ＬＰＳからの低圧蒸気再利用流は、液化されるべき入口流量の“Ｙ”または“Ｘ／（１−Ｘ）”倍に等しい質量流量を有する。ＬＰＳを出た液体質量流量は、システムに入ったガスまたはガス混合物の入口質量流量から所望のシステム液化条件での非凝縮性ガスの蓄積を阻止するために任意の燃料ガスまたはブリード流を引いた量に等しい。

本明細書において説明するガス液化方法は、現在大規模ＬＮＧ液化施設で利用されていて建造するのに相当大きな正味のエネルギー入力および資本を必要するとともに操業したり維持したりするのに相当大きな運転資本を必要とするカスケード式多段外部冷凍プロセスまたは混合冷媒システムによる従来型の冷凍プロセスによって必要とされる追加の機器の必要性を最小限に抑えることができる。加うるに、ロウ付けアルミニウム熱交換器（ＢＡＨＸ）および極低温回転機器は不要である。

結果的に再利用またはガスブリード流が追加される低温かつ低圧液化ガスまたは混合ガス生成物が望まれる場合に追加のＪＴフラッシュ段を追加するのが良い。液化中のガスまたはガス混合物の特性に応じて、燃料ガスのための蒸気流のうちの１つまたは組み合わせを持ちまたはこれを非凝縮性ガスまたはガス混合物の液化を可能にする別の動作圧力および温度での別の液化プロセスにおける非凝縮性ガスの回収のための供給流として用いることが望ましい場合がある。この方法の一例は、−１７０℃という低い液化温度での用途に適しており、そしてＬＮＧ生産または重度のＣ₂＋回収に特に適している。

濃密相ガスを用いる上述の方法は、断熱膨張に先立って、メタンを液化するのに十分な−７１℃の温度までガスを冷却することができる。別の実施形態では、必要な液化温度が低い場合、本発明は、追加の冷却ステップを含むのが良く、この追加の冷却ステップでは、別個の液化工業用ガスの蒸発により液化されることが望ましいガスを一段と冷却する。ガスを液化するこの方法は、圧縮機（１つまたは２つ以上の段）、圧縮エネルギー熱の熱的回収システム、改造型ＡＲＰ、１つまたは２つ以上のＪＴ弁、１つまたは２つ以上のＬＰＳ容器、１つまたは２つ以上の段を備えた冷凍再利用圧縮機、および１つまたは２つ以上の液化ガス蒸発器型熱交換器を利用する。

この実施形態では、液化ガスは、上述のステップを用いて生産され、更に、別の濃密相ガスを最終段改造型吸収式チラー温度から、ＪＴ断熱膨張による工業用ガスまたはガス混合物の液化を可能にするＬＰＳから所望の温度および圧力での蒸気品位“Ｘ”への再利用蒸気流で更に、液化ガス蒸発器型熱交換器を利用して冷却することができる十分に低い温度まで冷却するステップが追加される。ＬＮＧが液化ガス蒸発器内で用いられる場合、図９および図１０に示された方法の実施形態を用いて蒸発させたＬＮＧの０．３５ｋｇごとにほぼ１ｋｇの空気を液化させるのが良い。

したがって、変形実施形態に関する段は、ガス液化用途に関する所用の動作温度、動作圧力、ならびに熱および材料収支がほぼ同様であるが、互いに異なっていても良い。リーンおよびリッチ水酸化アンモニウム溶液の濃度および流量の溶液濃度は、主として、周囲（ヒートシンク温度）および所望の最終チラー段動作温度に依存する。所与の溶液混合物の循環率は、所用の全冷却負荷およびシステムへの利用可能な熱入力に依存する。これらパラメータの計算および決定は、本発明の利益を享受する当業者の能力の範囲内に十分に収まっている。

本発明の一特徴は、相当な量の回収および場合によってはＶＡＴ内における溶解熱および凝縮エネルギー熱の全ての回収にあり、この熱は、従来型ＡＲＰ構成における周囲環境またはヒートシンクに捨てられる。本発明のＶＡＴセグメントの一実施形態の別の特徴は、これが、回転式真空ポンプ機器が不要な状態で最終チラー段における極めて低い−７１℃の冷却を達成することができるということにあり、かくして、回転機器を最小限にし、特に極低温回転機器をなくした状態でＬＮＧの液化を達成する上で単純で堅固な低資本解決策が提供される。

実施例−以下の実施例は、クレーム請求された発明の特定の実施形態を説明するために記載されているが、これらの実施例は、クレーム請求された発明を限定するものではない。

図２および図３では、ＣＯ₂ガスは、大気圧でかつ約３０℃で受け入れられ、そして次に、３つの圧縮段（ＳＴＧ−１，ＳＴＧ−２，ＳＴＧ−３）を介して約４４００ｋＰａの圧力まで圧縮され、その間、熱交換器（ＷＨＸ−１，ＷＨＸ−２，ＷＨＸ−３）で冷却される。次に、このガスを当初、最終分離器（ＭＰ Ｓｅｐ）からの蒸気再利用流によりそして次に吸収式チラー（ＮＨ３−ＣＨ１（１０））によって冷却する。ＷＨＸ−１、ＷＨＸ−２およびＷＨＸ−３は、熱を水酸化アンモニウム系に伝達して吸収式チラーシステムに動力供給する。

冷却されたＣＯ₂は、次に、ＪＴ弁を通って放出圧力および放出温度で分離器（ＭＰ Ｓｅｐ）に流入し、その結果、ＣＯ₂は、２相気−液状態になり、これは、幾つかの環境下においては過冷却状態である場合がある。液体部分を貯蔵容器に放出し、他方、任意のフラッシュガスおよび／または非凝縮性蒸気を含むガス部分を再利用圧縮機、ガス抜きのためのブリード流、場合によっては燃料ガスおよび／または追加の処理に差し向けられる。

図４および図５は、スイート天然ガスを液化する液化方法およびシステムを示すＰＦＤであり、他方、図６は、天然ガス流路に関するモリエ線図である。添付された表１は、これら実施例に関する熱および材料収支をまとめて記載している。

図８は、最低１０ｋＰａまでの圧力におけるＰＴＸグラフ図上の改造型ＡＲＰおよびＶＡＴの流路を示しており、これは、この実施例の流路を示すために展開されている。水酸化アンモニウムに関する従来のＰＴＸグラフ図は、一般に、１００ｋＰａ以下まで延びておらず、しかも大気圧よりも低い状態で動作するＡＲＰシステムの動作を考慮に入れていない。図８は、ＶＡＴの頂部での１０ｋＰａという低い圧力および−７１℃での動作を可能にする無水アンモニア４段ガス冷却システムの流路を示している。表１は、メタンおよび無水アンモニアに関する利用可能なモリエ線図、水酸化アンモニウム溶液、蒸気および水蒸気の表の熱力学的特性に関する公に利用できる表、グラフ図およびチャートから得られる流路を通って進んでいるときのガス、メタノール、水酸化アンモニウム溶液、および無水アンモニアの特性をまとめて記載している。改造型ＡＲＰおよびＶＡＴについて予想される性能および動作パラメータに関する計算は、本発明の一部として本発明者によって開発された。手による計算には、主要なパラメータおよび主要なシステム動作パラメータを開発するための必要に応じて四捨五入、単純化、見積もりおよび近似が行われる。例えば、非凝縮性ガスを排除し、純粋な無水アンモニアが必要な手計算を単純化するために想定された（標的の９９．５％純度に対して）。プロセスシミュレーションソフトウェアを用いた数学的シミュレーションの結果として、ガス液化ループならびに改造型ＡＲＰおよびＶＡＴシステムに関する所用のブリード流の詳細なプロセス設計を可能にするための計算の改善を行うことができる。

水飽和スイート天然ガス（９８％ＣＨ₄および２％ＣＯ₂）の液化方法が図４、図５および図６Ａに示されている。天然ガスを１７０ｋＰａの圧力でかつ１７℃でＭ１のところで入口セパレータの流路中に供給する。ガスを第１段入口（ＣＯＭＰ−ＩＮ）内で圧縮するとともに第１段再利用ガス（ＳＴＧ−１，Ｍ３）と同一の圧力である６５０ｋＰａ（Ｍ２）まで圧縮する。第１段入口からの圧縮熱をＷＨＸ−ＩＮ（Ｍ２〜Ｍ２ａ）で回収し、第１段入口（Ｍ３〜Ｍ３ａ）からの圧縮熱を用いて再利用ガス（Ｍ２０〜Ｍ２１）を少なくとも−２９℃まで温め、この温度は、標準構成材料の圧縮機内での動作のための最低許容可能温度（非極低温）である。第２段再利用ガスの吸引入口への総合温度は、４７℃（Ｍ４）である。Ｍ４のところでの温度および圧力は、水和物または凍結が問題とはならないように、例えば、問題ではないが入口ガスと含水量の再利用比が用途に応じて変化することができるように再検討されなければならない。

組み合わせ状態の入口と再利用ガスを第２の再利用段で２，２００ｋＰａ（Ｍ５）まで圧縮し、ガスを冷却し、そして圧縮熱をＷＨＸ−１（Ｍ５〜Ｍ６）で回収する。ガスを更に、第３段再利用（ＳＴＧ−３）で圧縮し、回収した圧縮熱はＷＨＸ−２（Ｍ７〜Ｍ８）での１６０℃から４７℃で始まる。

ガスは、今や、液化プロセスの準備の際の予備処理のための流路内の一点に入る。ＨＳＸ−５を利用してアミン接触器（Ｍ９）に入る流路内でガスに先立って温度制御を行い、アミン接触器において、ＣＯ₂含有量を２０，０００ｐｐｍから５０ｐｐｍ未満まで減少させて液化プロセスにおけるＣＯ₂の凝固を阻止する。箇所Ｍ１０でアミン接触器を出たガスをこれがＴＥＧグリコール脱水器に入っているときに水飽和させ、このＴＥＧグリコール脱水器において、箇所Ｍ１１で出てから、水蒸気含有量を０．０６５ｋｇ／１０³ｍ³まで減少させた。箇所Ｍ１２において、１１．７ｋｇのメタノールを射出して凝縮がＨＰＳに至る流路に沿って８，２００ｋＰａおよび−８８℃（Ｍ１４）で起こっているときにほぼ７５／２５メタノール／水混合物を生じさせるようにする。凝縮済みのメタノールと水混合物をＨＰＳ（Ｍ１６）から取り出し、後には微量のＭｅＯＨ／Ｈ₂Ｏを含む脱水蒸気流が残り、これは、ガスがＪＴ−１弁を横切って１７０ｋＰａおよび−１５２℃にフラッシングされているときに凝固し、そしてこれを、液体生成物を濾過することによって除去することができる。この脱水技術は、極低温ガス、例えばＬＮＧの生産中にガス流の脱水方法として先行技術において利用されてはおらずまたは公認されておらず、かかる脱水技術は、従来型分子シーブ脱水ユニットの必要性をなくすよう本発明によって利用できる方法である。

メタノール注入のための流路中の箇所であるＭ１２に戻ると、ガスは、順次、アンモニアチラーＮＨ₃−ＣＨ１、ＮＨ₃−ＣＨ２、ＮＨ₃−ＣＨ３、ＮＨ₃−ＣＨ４、およびＧＧＸ−２経由で２２℃（Ｍ１２）から−８８℃（Ｍ１４）まで冷却する。この実施例では、温かい周囲温度に起因して、ＨＳＸ−３は、有益な熱伝達デューティを提供することはない。低い天候では、ＨＳＸ−３は、相当大きな冷却作用を提供することができ、それにより、ＮＨ３−ＣＨ１の冷却デューティが減少することになる。その結果、ガス冷却プロセスの熱効率は、周囲温度が冬の月々の間に下降しているときに改善することになる。

冷凍濃密相ガスがいったんＨＰＳに達すると、凝縮ＭｅＯＨ／Ｈ₂Ｏ液体を上述したように箇所Ｍ１６で除去し、脱水冷却高圧ガスは、箇所Ｍ１５でＨＰＳから出（−８８℃、８，２００ｋＰａ）、そしてかかるガスをジュール−トムソン弁ＪＴ−１を横切ってＬＰＳの状態に箇所Ｍ１７（１７０ｋＰａ、−１５２℃、蒸気フラクションＸ＝０．５３）にフラッシングさせる。液体ＬＮＧを重力によってＭ−１８経由でＬＰＳからＬＮＧ貯蔵システムに取り出し（ＬＮＧから濾過されて除去された微量のＭｅＯＨ／Ｈ₂Ｏ固形分を含んだ状態で）、そして低温再利用ガス蒸気を再利用して戻してこれが熱伝達流体として働くようにし、ＧＧＸ−２（Ｍ１３〜Ｍ−１５）内でガス流を冷却するとともにＭ−１９〜Ｍ２０（−１５２〜−７１）まで温め、高圧極低温熱交換器を利用してほぼ接近温度を得る。再利用ガスをＧＧＸ−１、低圧極低温熱交換器内で更に最低−２９℃まで温め、それにより非極低温圧縮機器の使用を可能にし、この非極低温圧縮機器は、ガス液化プラントのサイズが減少するにつれて往復動式であるか遠心式であるかのいずれかであって良い。

リッチ溶液をＶＡＴの底部からこの用途のための５０℃以下の過冷却状態でかつ１０．４重量％で箇所Ａｑ１のところでリッチ水酸化アンモニウムポンプの入口のところで受け入れる。温かい周囲条件と冷たい冬の周囲条件との関係により、結果的に、低い全体的にリッチおよびリーンの溶液が改造型吸収ＡＲＰについて利用される。この実施例では、リーン濃度は、５重量％であり、リッチは、１０．４重量％である。

無水アンモニア蒸気をこの実施例では４つのガスチラー（ＮＨ₃−ＣＨ１、ＮＨ₃−ＣＨ２、ＮＨ₃−ＣＨ３、ＮＨ₃−ＣＨ４）から受け入れたＶＡＴは、頂部のところでは１０ｋＰａでかつ２２℃のリーン溶液過冷温度で動作する。

一般的に言って、低温の周囲温度またはヒートシンクが利用可能であるので、ＮＨ３−ＣＨ１デューティに関するチラーデューティを減少させ、この実施例では、ＨＳＸ−３が２２℃を下回るＭ１２ａのところでの流路温度を減少させることができないので、そのデューティは最小限度である。また、周囲温度が低いのでその結果として、ＨＳＸ−２（無水アンモニア凝縮器）の凝縮動作圧力が減少する。改造型ＡＲＰおよびＶＡＴでの周囲温度の減少の感度が図８にグラフ表示で理解できる（最低１０ｋＰａまでの吸収動作圧力に関するＰＴＸ図）。低いアンモニア凝縮圧力（ＨＳＸ−２）およびリーン水酸化アンモニウム溶液（ＮＨ₃−ＣＨ１）に対するデューティ負荷の減少により、リッチおよびリーン溶液強度および循環量を更に最適化するための機会が得られる。

リッチ水酸化アンモニウム溶液ポンプに戻ると、このポンプの吐出圧力は、アンモニア凝縮液（ＨＳＸ−２）の凝縮温度（および圧力）の直接的な関数である。この実施例では、Ａｑ−２については９５０ｋＰａ圧力が必要とされ、流路中のこの箇所での１０．４重量％リッチ溶液が過冷却される。リッチ溶液は、最初に、圧縮熱の回収ステップに流れ、この圧縮熱回収ステップは、リッチ溶液が依然として過冷却される１０．４重量％および９４０ｋＰａで温度が５０度（Ａｑ２）から７２．５℃（Ａｑ１０）まで上昇している各熱交換器（ＷＨＸ−Ｉ，ＷＨＸ−１，ＷＨＸ−２）の廃熱回収デューティに比例して分割された流量と並列に分割する。

流路中の次の箇所は、リッチ／リーン溶液交換器であり、この交換器において、リッチ溶液は、さらに１４３℃まで加熱され、この箇所Ａｑ１２では、リッチ溶液は、改造型ＡＲＰ精留器に入る。

２２℃凝縮温度（ＨＳＸ−２）における動作圧力の結果として、この実施例のための改造型ＡＲＰシステムは、９２４ｋＷのトリム熱要件を有するよう計算され、このトリム熱要件は、利用可能な低品位廃熱回収流から捕捉されるのが良いが、５重量％のリーン溶液濃度を達成するためには１５９℃の極限最終温度を必要とする。追加の廃熱を発電機／サージ容器に直接またはリッチ溶液熱交換器加熱ループに沿って供給するのが良い。

十分な追加のトリム熱がいったん提供されると、所用の還流および蒸気トラフィックが精留塔内で達成されることになる。脱水器ＤＰＸは、５０℃の出口温度を達成するためには４３６ｋＷの冷却デューティを必要とし、その結果、アンモニア流が２という仮の還流比および５重量％（Ａｑ１４）のリーン飽和溶液強度に基づいて９９．５重量％アンモニアであることが予想される。

リーン溶液Ａｑ１４をリーンリッチ溶液交換器内で過冷却し、温度を１５９℃から８５℃に減少させる（Ａｑ１５）。リーン溶液をこの実施形態では流路中の箇所Ａｑ１６のところでＨＳＸ−１内で２２℃まで更に冷却する。過冷却５重量％リーン溶液をリッチＡｑポンプ吸引力よりもほぼ１０．６ｍ高いＶＡＴ塔の頂部上に注入する。５重量％のリーン水酸化アンモニウム溶液を２２℃に過冷却して流路中のＮＨ３−１９からのアンモニア（−７１℃および１０ｋＰａで）が過冷却リーン溶液中に完全に溶解して溶解熱および凝縮エネルギー熱およびアンモニア蒸気およびリーン溶液のエンタルピー混合からの温度の上昇を考慮に入れた後に過冷却状態のままであるようにすることができる。

１０ｋＰａ動作圧力は、リーン水酸化アンモニウムフラッシュ弁を締め付け、それによってリッチ水酸化アンモニウムポンプのポンプ吸引圧力を減少させるが吸引圧力をＮＰＳＨＲおよび過冷却リーン溶液よりも高く維持して無水アンモニア蒸気の吸収を保証することによって得られる。

アンモニア蒸気（ＮＨ３−１）がＤＰＸの頂部から出る流路中の箇所に戻ってこれを参照すると、蒸気は、アンモニア凝縮液（ＨＳＸ−２）まで続いて流れる。改造型ＡＲＰのリッチ溶液側にくっついて動作圧力を設定するものは、この熱交換器の凝縮温度である。ＨＳＸ−２は、２３０ｋＷを奪ってこの実施例に関しては所用のアンモニア蒸気流を凝縮させる。

ＮＨ３−２後、アンモニアは、完全に凝縮され、図７は、本発明のこの部分の熱力学的観点を詳細に説明した無水アンモニアモリエ線図である。アンモニアは、２２℃凝縮圧力について９００ｋＰａの状態にあり、かかるアンモニアは、本発明の改造型ＡＲＰおよびＶＡＴ観点についてはＰＦＤに示されているように４つのチラーについて対応の圧力までフラッシングされる。図５には、ＮＨ₃ブリード弁１，２３，４がアンモニアチラーと関連して示されている。この実施例では単純化された手計算の目的のため、ブリード流が利用されない。しかしながら、実際には、約５％のブリード流がアンモニアチラー内でのＨ₂Ｏの堆積を阻止するために各アンモニアチラーについて必要とされる場合があり、それにより、システムが非機能的になる場合がある。実際のブリード流は、精留塔から生じたアンモニアの純度で決まり、このアンモニアの純度は、この実施形態に関し、９９．５％純度を標的とした。

ＶＡＴの頂部のところでＶＡＴに流入したアンモニアは、結果として溶液がＶＡＴに沿って流下しているときに水酸化アンモニウム溶液の強度および温度が増大することになるようにする高さ、温度、質量流量の状態にある。図８のＰＴＸチャートに示されているように、溶液は、この実施例では、４つのガス流路チラーに関し、流れＮＨ３−１９（Ａｑ１７、２４℃、１０ｋＰａ、５．５重量％）、ＮＨ３−１５（Ａｑ１８、２８．１℃、１３ｋＰａ、６．２重量％）、ＮＨ３−１１（Ａｑ１９、３４．１℃、３０ｋＰａ、７．３重量％）、およびＮＨ３−６（Ａｑ２０、４９．８℃、７２ｋＰａ、１０．４重量％）について過冷却状態のままである。過熱溶液が最も低い混合点（Ａｑ２０）のところで起ころうとすれば、熱交換器ＨＳＸ−４は、所望の動作圧力をＶＡＴの頂部のところに維持するようポンプ吸引力（Ａｑ１）に先だってリッチ水酸化アンモニウム溶液を過冷却するよう過剰熱を除去するために使用されるのが良い。

空気の液化を示す図８および図９に示された別の実施例では、入口圧力を臨界点未満の圧力で送り出す。液化空気を得るには、液化ガス蒸発器を利用して最終段吸収型チラー（−７０℃で動作する）の下流側の流路内に追加の冷却作用をもたらして、結果的に、所望の温度および圧力状態のフラッシングされたガスまたはガス混合物がある特定の品位“Ｘ”で気−液相エンベロープ内に収まるようにする温度および圧力条件に達することができるようにする。

例えば、天然ガスは、上述した方法を用いて液化でき、次に、ＬＮＧを蒸発させて改造型吸収式冷却システムの最終チラー段によって提供される冷却を超えて追加の冷却作用を空気流に与える。蒸発済みの天然ガスは、次に、上述した変形実施形態を利用するＬＮＧ液化ループのための供給物になりまたは空気液化プラントが燃料源としてＬＮＧを利用した現場に同時に設置されている場合に気体燃料源としての供給源となる。この方法は、液化が起こることができるようにするとともにカスケード式多段外部冷却プロセスを含む従来型冷凍プロセスにより必要とされる追加の機器を最小限に抑えるよう極めて低い温度（−１７０℃未満）を必要とするガスの液化に適していると言える。

定義および解釈

本明細書における説明中の温度および圧力に対する言及は全て、「約」という用語で修飾されると見なされるべきであり、このことは、指定された値の±５％、±１０％、±２０％、または±２５％のばらつきがあることを意味している。例えば、「約」５０パーセントは、ある実施形態では、４５パーセントから５５パーセントまでのばらつきを呈する場合がある。整数範囲に関し、「約」という用語は、当該範囲の各端のところの列挙された整数よりも大きくかつ／あるいはこれよりも小さい１つまたは２つの整数を含む場合がある。本明細書において別段の指定がなければ、「約」という用語は、説明した組成または実施形態の機能の面で均等である列挙された範囲に近い値および範囲を含むものである。「約」という用語はまた、指定された値を測定するために用いられる器具、装置または方法の不正確さを反映している場合がある。

当業者には明らかなように、本願においてクレーム請求されている発明の範囲から逸脱することなく上述の特定の開示内容の種々の改造、適合および変形を行うことができる。本明細書において説明した本発明の種々の特徴および要素を本発明の範囲から逸脱することなく本明細書において説明したまたはクレーム請求した特定の実施形態とは異なる仕方で組み合わせることができる。換言すると、任意の要素または特徴を互いに異なる実施形態において任意他の要素または特徴と組み合わせることができ、ただし、２つの間に明白なまたは固有の不適合性がないことまたは特別に排除されていないことを条件とする。

英文明細書において単数を表わす関し“ａ”、“ａｎ”、および“ｔｈｅ”は、別段の明示の指定がなければ、複数を含む。かくして、例えば、「プラント」（“a plant ”）と言った場合、これは、複数のかかるプラント（“plants”）を含む。さらに、特許請求の範囲は、任意のオプションの要素を排除するよう作成されている場合があることが注目される。したがって、この記述は、特許請求の範囲に記載された要素の列記または「否定的」限定の使用と関連して排除的な用語、例えば「のみ」、「だけ」などの使用の先行詞としての役目を果たすものである。「好ましくは」、「好ましい」、「〜よりも好む」、「オプションとして」、「〜するのが良い」という用語および類似の用語は、アイテム、条件またはステップが本発明のオプションとして（必要とされている訳ではない）特徴と称されていることを示すために用いられている。

「および／または」という用語は、この用語が関連しているアイテムのうちの任意の１つ、任意の組み合わせまたは全てを意味している。「１つまたは２つ以上」という表現は、特にその使用の文脈で読まれる場合、当業者によって容易に理解される。

当業者であれば理解されるように、試薬または成分の量、特性、例えば分子量、反応条件、などを表わす数を含む全ての数は近似値であり、あらゆる場合において「約」という用語によってオプションとして修飾されているものと理解される。これらの値は、本明細書の説明の教示を利用する当業者が得ようとする所望の特性に応じてばらつきのある場合がある。また、かかる値は、必然的にこれらのそれぞれの試験測定で見受けられる標準偏差に起因したばらつきを本来的に含むことは言うまでもない。

当業者であれば理解されるように、任意のかつ全ての目的に関し、特に、書面による説明を提供する観点において、本明細書において列記した全ての範囲はまた、考えられる任意のおよび全ての小範囲および小範囲の組み合わせならびにその範囲、特に整数範囲を構成する個々の値を含む。列記された範囲（例えば、重量パーセントまたは炭素群）は、その範囲内の特定の各値、整数、小数、または単位元を含む。任意の列挙された範囲を同一範囲が少なくとも等しい１／２、１／３、１／４、１／５、または１／１０に分解されることを十分に説明しまたは可能にするものとして容易に認識できる。非限定的な実施例として、本明細書において説明した各範囲を下側の三分の一、真ん中の三分の一、上側の三分の一などに容易に分割できる。

また、当業者であれば理解されるように、全ての用語、例えば「最高〜まで」、「少なくとも」、「〜を超え」、「〜未満」、「〜超」、「またはそれ以上」などの用語は、列記された数を含み、かかる用語は、上述したように次に小範囲に分割できる範囲を意味している。同様に、本明細書において列記した全ての比もまた、広い比に含まれる全ての部分としての比を含む。したがって、ラジカル、置換基、および範囲について列記された特定の値は、例示であるに過ぎず、これらは、ラジカルおよび置換基に関する規定された範囲内の他の規定された値または他の範囲を排除するものではない。

また、当業者であれば容易に理解されるように、部材が共通の仕方で、例えばマーカッシュ表現のグループで互いにグループ化されている場合、本発明は、全体として列記されたグループ全体だけでなく、個々のグループの各々の数および主要なグループの考えられる全てのサブグループを含む。加うるに、全ての目的について、本発明は、主要なグループだけでなくグループ部材のうちの１つまたは２つ以上が存在していない場合の主要なグループを含む。したがって、本発明は、列記したグループの部材のうちの任意の１つまたは２つ以上の明示の排除を想定している。したがって、列記した要素、種、または実施形態のうちの任意の１つまたは２つ以上が例えば明示の否定的限定で用いられるかかるカテゴリまたは実施形態から排除できるという留保条件が開示したカテゴリまたは実施形態のうちの任意のものに適用される場合がある。

Claims (15)

1. 以下の非順序的ステップを含むガスの液化方法であって、
   （ａ）入口圧力を有する入口ガス流を受け入れて前記入口ガス流を所望の圧力まで圧縮し、または減圧して、圧縮された、または減圧されたガス流を生成するステップと、
   （ｂ）（ｉ）前記圧縮された、または減圧されたガス流を少なくとも１つの吸収式冷却機に通して冷却して、冷却されたガス流を生成し、前記冷却されたガス流の圧力を断熱減少させて前記冷却されたガス流の少なくとも一部分を液化して、液化ガス生成物を生成するステップ、又は
   （ｉｉ）圧縮された、または減圧されたガス流を少なくとも１つの吸収式冷却器に通して冷却し、液化ガス生成物を生成するステップ、
   の何れかによって、圧縮された、または減圧されたガス流を液化して、液化ガス生成物を生成するステップと、
   （ｃ）リッチ水酸化アンモニウム溶液を精留器内で加熱して、アンモニアガスを遊離させ、リーン水酸化アンモニウム溶液を生じさせるステップと、
   （ｄ）前記リーン水酸化アンモニウム溶液を過冷却して、前記過冷却したリーン水酸化アンモニウム溶液を蒸気吸収塔（ＶＡＴ）の頂部に循環させるステップと、
   （ｅ）前記精留器からの前記アンモニアガスを凝縮して液体アンモニアを生成し、前記液体アンモニアをフラッシングして前記少なくとも１つの吸収式冷却機内での使用のための冷却液体アンモニアを生じさせるステップと、
   （ｆ）前記ＶＡＴの前記頂部での準大気圧動作圧力を維持しながら、前記少なくとも１つの吸収式冷却機からのアンモニアガスを前記ＶＡＴ内で前記過冷却したリーン水酸化アンモニウム溶液中に吸収させて前記ステップ（ｃ）のための前記リッチ水酸化アンモニウム溶液を生じさせるステップと、を含む、方法。
2. 前記ステップ（ａ）で回収された圧縮熱を使用して、前記リッチ水酸化アンモニウム溶液を前記精留器内で加熱して、アンモニアガスを遊離させる、請求項１記載の方法。
3. 前記冷却されたガス流は、前記ステップ（ｂ）（ｉ）で部分的に液化され、前記方法は、前記液化ガス生成物から液化されていないガスを分離するステップと、前記液化されていないガスを蒸気再利用ループ内で再利用するステップとを更に含み、前記蒸気再利用ループは、前記圧縮された、または減圧されたガスの流れを、少なくとも１つの吸収式冷却機内で冷却するステップ前に更に冷却し、次に前記液化されていないガスを圧縮して前記入口ガス流と合流させる、請求項１記載の方法。
4. 前記入口ガス流は、工業用ガスもしくは炭化水素ガスまたは工業用ガスと炭化水素ガスの任意の混合物から成る、請求項１記載の方法。
5. 前記入口ガス流は、前記入口ガス流の臨界点未満に圧縮され、前記方法は、断熱膨張に先立って−７１℃よりも温かいガス液化温度を達成させる、請求項１記載の方法。
6. 前記ステップ（ｆ）は、前記ＶＡＴの前記頂部を約−７１℃の温度に維持しながら行われる、請求項１記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの吸収式冷却機は、前記少なくとも１つの吸収式冷却機内で使用される前記冷却した液体アンモニア中の水濃度の増大を阻止するための液体ブリード流れを含む、請求項１記載の方法。
8. 前記ＶＡＴの頂部のところの前記準大気圧力動作圧力が前記過冷却リーン水酸化アンモニウム溶液の十分な質量流量を利用することによって維持されて、前記アンモニアガスが前記ＶＡＴ内で前記過冷却水酸化アンモニウム溶液に全て溶解され、前記ＶＡＴの頂部への前記リーン水酸化アンモニウム溶液の循環を制御する弁を締め付けて、前記ＶＡＴから前記リッチ水酸化アンモニウム溶液を除去するポンプの吸引圧力を維持する、請求項１記載の方法。
9. 前記溶解熱、および、前記アンモニアガスが、前記少なくとも１つの吸収式冷却機から前記過冷却リーン水酸化アンモニウム溶液中に吸収するときの凝縮エネルギー熱のうちの何割かまたは全てが前記ＶＡＴで回収される、請求項１記載の方法。
10. 前記ＶＡＴ内の前記過冷却リーン水酸化アンモニウム溶液の水頭圧が前記ＶＡＴ内で過冷却された状態にある前記過冷却リーン水酸化アンモニウム溶液を維持するのを助長するように、前記少なくとも１つの吸収式冷却機からのアンモニアガスは、前記ＶＡＴ内の前記過冷却リーン水酸化アンモニウム溶液の高さよりも低い導入点で、前記ＶＡＴに導入される、請求項１記載の方法。
11. 前記ステップ（ｂ）（ｉ）は、ガス／ガス熱交換器を利用して前記冷却ガス流の圧力の断熱減少の実施に先立って前記冷却ガス流の温度を更に減少させて、前記冷却ガス流を冷却するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
12. 前記少なくとも１つの吸収式冷却機を通る前記圧縮された、または減圧されたガスを冷却する前に前記圧縮された、または減圧されたガス流を脱水するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
13. 前記冷却ガス流は、十分な量のアルコールを前記冷却ガス流中に加えることによって脱水され、前記方法は、前記アルコールおよび水を前記ステップ（ｂ）（ｉ）における前記断熱圧力減少ステップの実施前に凝縮させるステップを含む、請求項１２記載の方法。
14. 前記液化ガス生成物は、固形物を前記液化ガス生成物から除去するために濾過される、請求項１記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの吸収式冷却機は複数の吸収式冷却機からなり、前記吸収式冷却機の１つから前記ＶＡＴ内へのアンモニアガスの導入点は、前記吸収式冷却機のうちの他の１つから前記ＶＡＴ内へのアンモニアガスの導入点とは異なる高さにある請求項１０記載の方法。

Images