JP6940606B2 - 一体型ギヤ付ターボ圧縮機を含む天然ガス液化システム - Google Patents

Description

本開示は、天然ガスを液化するためのシステム及び方法に関する。より具体的には、本開示は、一体型ギヤ付ターボ圧縮機で天然ガスを液化するためのシステムに関し、また、一体型ギヤ付ターボ圧縮機を含む圧縮機装置に関する。さらに、本開示は、一体型ギヤ付ターボ圧縮機で天然ガスを液化する方法に関する。

天然ガスは、ますます、重要なエネルギー源になっている。供給源から使用場所までの天然ガスのコスト効率が高い移送を可能にするためには、ガスの体積を小さくすることで有益になる。低温液化は、天然ガスを液体に変えるための慣例的に実施されるプロセスになっており、当該プロセスは、保管及び移送することがより便利、安価、及びより安全になる。液化天然ガス（ＬＮＧ）のパイプラインまたは輸送管による移送は、冷却ガス及び液化ガスを、周囲圧力において液化温度よりも低い温度に維持することによって、周囲圧力において可能になる。

天然ガスを液体状態で保管及び移送するために、天然ガスは、好ましくは、約−１５０〜−１７０℃に冷却され、ガスは、ほぼ大気蒸気圧に近い圧力を有する。

いくつかのプロセス及びシステムは、天然ガスの液化に関して知られており、これらは、上昇した圧力において、複数の冷却段を通して、天然ガスを連続的に通過させるために提供され、ガスは、液化温度に達するまで、連続的な冷凍サイクルによって、温度を連続的に下げるように冷却される。

天然ガスを、冷却段を通過させる前に、天然ガスは、一般的に、処理を妨害し、機械を損傷する可能性があり、または最終生産物では望ましくない不純物を除去するために事前処理される。不純物は、酸性ガス、硫黄化合物、二酸化炭素、メルカプタン、水、及び水銀を含む。次に、不純物を除去する事前処理されたガスは、一般的に、より重い炭水化物を別にするために、冷媒流によって冷却される。残りのガスは、主に、メタンから成り、通常、プロパンまたはより重い炭化水素等のより大きい分子量の０．１％未満の炭化水素を含有する。清浄及び洗浄された天然ガスは、低温区分において最終温度まで冷却される。結果として生じるＬＮＧは、ほぼ大気圧で保管及び移送されることができる。

低温液化は、通常、複数のサイクルプロセス（すなわち、２つ以上の冷蔵サイクルを使用するプロセス）の手段によって行われる。プロセスの種類に応じて、各サイクルは、異なる冷却材を使用することができる、または代替として、同じ冷却材は、２つ以上のサイクルで使用されることができる。標準的な低温液化システムでは（例えば、いわゆる、ＡＰＣＩプロセスでは）、天然ガスは、最初に、予冷ループ内で循環する第１の冷却材によって冷却され、続いて、冷却ループ内で循環する第２の冷却材によって冷却される。

予冷ループでは、第１の冷却材を循環することは、続けて熱を天然ガスから除去するために、圧縮、凝縮、及び膨張され得る。冷却ループでは、第２の冷却材を循環することは、続けて熱を天然ガスから除去するために、圧縮及び冷却され得る。しかしながら、２つの冷却ループ（予冷ループ及び冷却ループ）を駆動することで、エネルギーを大量消費し、コストを大量に消費し、及び場所をかなりとる。

したがって、より良好なエネルギー効率を提供する及びより少ない空間を消費する天然ガスを液化するための方法およびシステムを設計及び提供することが有益になるであろう。

上記を考慮して、天然ガス液化システム、圧縮機装置、及び天然ガスを液化する方法が提供される。

本開示の一態様に従って、天然ガス液化システムが提供される。本システムは、複数の圧縮機段を伴う一体型ギヤ付ターボ圧縮機と、圧縮機を駆動するための原動機と、第１の冷却材が循環するように適合する予冷ループであって、複数の圧縮機段の１つ以上の第１の圧縮機段が第１の冷却材を加圧するように適合する、当該予冷ループと、第２の冷却材が循環するように適合する冷却ループであって、複数の圧縮機段の１つ以上の第２の圧縮機段が第２の冷却材を加圧するように適合する、当該冷却ループと、熱を天然ガスから及び／または第２の冷却材から第１の冷却材に移送するための第１の熱交換器デバイスと、熱を天然ガスから第２の冷却材に移送するための第２の熱交換器デバイスとを含む。

本明細書に説明される実施形態に従った一体型ギヤ付ターボ圧縮機は、少なくとも１つの力伝達機構、具体的には、複数の圧縮機段の２つ以上の圧縮機段の間に接続されるギヤを含む。

別の態様に従って、複数の冷却材を圧縮するための圧縮機装置が提供される。圧縮機装置は、複数の圧縮機段を伴う一体型ギヤ付ターボ圧縮機と、第１の冷却材が循環するように適合する第１の冷却ループであって、複数の圧縮機段の１つ以上の第１の圧縮機段が第１の冷却材を加圧するように適合する、当該第１の冷却ループと、第２の冷却材が循環するように適合する第２の冷却ループであって、複数の圧縮機段の１つ以上の第２の圧縮機段が第２の冷却材を加圧するように適合する、当該第２の冷却ループとを含む。

別の態様に従って、天然ガスを液化する方法が提供される。本方法は、複数の圧縮機段を有する一体型ギヤ付ターボ圧縮機を提供することと、圧縮機を原動機で駆動することと、複数の圧縮機段の１つ以上の第１の圧縮機段を通るように第１の冷却材を循環させることと、複数の圧縮機段の１つ以上の第２の圧縮機段を通るように第２の冷却材を循環させることと、第１の冷却材に接する熱交換によって天然ガス及び第２の冷却材の少なくとも１つを冷却することと、第２の冷却材に接する熱交換によって天然ガスを冷却することとを含む。

本開示のさらなる態様、利点、及び特徴は、従属請求項、説明、及び付随の図面から明らかである。

本開示の上記に列挙された特徴の方式を詳細に理解することができるように、上記に簡潔に要約された本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによってされ得る。付随の図面は、本開示の実施形態に関し、以下に説明される。いくつかの実施形態は、図面に示され、以下に続く説明に詳述される。

天然ガスを液化するための標準的ＡＰＣＩプロセスの概略図である。 本明細書に説明される実施形態による、天然ガス液化システムの概略図である。 本明細書に説明されるさらなる実施形態による、天然ガス液化システムの概略図である。 本明細書に説明される実施形態による、天然ガス液化システムに関する圧縮機装置の拡大概略図である。 本明細書に説明されるさらなる実施形態による、天然ガス液化システムの概略図である。 本明細書に説明される実施形態による、天然ガスを液化する方法を示すフロー図である。

ここで、本開示の様々な実施形態の参照は詳細にされるであろう、それらの１つ以上の例が図に示される。それぞれの例は、説明として提供され、限定するものとして意味しない。例えば、一実施形態の一部として示される、または説明される特徴を、任意の他の実施形態で、またはそれと併せて使用して、またさらなる実施形態を生じさせることができる。本開示が係る修正及び変形例を含むことが意図される。

以下の図面の説明の中で、同じ参照数字は、対応する構成要素、または同様の構成要素を指す。概して、個々の実施形態に関する差のみを説明する。他に指定がない限り、一実施形態の一部または態様の説明は、同様に、別の実施形態の対応する部分または態様に適用する。

図１は、いわゆるＡＰＣＩプロセスを使用して、標準的な天然ガス液化システムの概略図を示す。示されるプロセスは、２つの冷却サイクルを使用する。予冷サイクル１２は第１の冷却材を使用し、冷却サイクル２は第２の冷却材を使用する。

システム（全体として、１と符号付けされたもの）は、圧縮機トレインを駆動するガスタービン３によって形成されるラインを含む、冷却サイクル２を含む。圧縮機トレインは、第２の冷却材を圧縮するための、直列に並んでいる第１の圧縮機５及び第２の圧縮機７を含む。段間冷却器９は、第１の圧縮機５によって送達される第２の冷却材を第２の圧縮機７に入る前に冷却して、第２の冷却材の温度を下げ及び体積を小さくするために提供され得る。第２の圧縮機７によって送達される圧縮された第２の冷却材は、第２の凝縮器１１内の空気または水分に接して凝縮し得る。第２の冷却材は、冷却され、予冷サイクル１２内で循環する第１の冷却材に接する熱交換によって部分的に液化される。

予冷サイクル１２は、圧縮機１５を駆動するガスタービン１３を含むラインを含む。圧縮機１５によって送達される圧縮された第１の冷却材は、水分または空気に接して、第１の凝縮器１７内で凝縮する。凝縮された第１の冷却材は、天然ガスを−４０℃まで下がるように予冷するために、及び、第２の冷却材を冷却及び部分的に液化するために使用される。天然ガスの予冷及び第２の冷却材の部分的液化は、図１に示される例の複数の加圧プロセス、例えば、４つの加圧プロセスで行われる。

第１の凝縮器１７からの凝縮された第１の冷却材の流れは、第２の冷却材を冷却し及び部分的に液化するために連続的に配列される４つの補助熱交換器の第１のセットに送達され、天然ガスを予冷するために直列に配列される４つの予冷熱交換器の第２のセットに送達される。第１の凝縮器１７から流れ込む圧縮された第１の冷却材の第１の部分は、パイプ１９を通って、熱交換器の第１のセットに送達され、徐々に減少する異なる４つの圧力レベルまで、直列に配列される膨張器２１，２３，２５，及び２７内で連続的に膨張する。各膨張器から下流に、膨張した第１の冷却材の一部は、各々の熱交換器２９，３１，３３，及び３５に分岐する。

第２の凝縮器１１から送達される圧縮された第２の冷却材は、主要低温熱交換器３８に向かうように、パイプ３７の中を流れ得る。パイプ３７は、熱交換器２９，３１，３３，及び３５を連続的に通り、それにより、第２の冷却材は、膨張した第１の冷却材に接して徐々に冷却され、部分的に液化する。

第１の凝縮器１７からの凝縮された第１の冷却材の第２のわずかな部分は、第２のパイプ３９に送達され、直列に配列される４つの膨張器４１，４３，４５，及び４７の中で連続的に膨張する。各膨張器内で膨張した第１の冷却材の一部は、各々、対応する予冷熱交換器４９，５１，５３，及び５５に向かうように分岐する。主要天然ガスライン６１は、当該予冷熱交換器４９，５１，５３，及び５５を通って連続的に流れ、それにより、天然ガスは、主要低温熱交換器３８に入る前に予冷される。予冷熱交換器４９，５１，５３，及び５５から出る加熱された第１の冷却材は、熱交換器２９，３１，３３，及び３５から出る第１の冷却材と一緒に収取され、再度、圧縮機１５に供給され、圧縮機１５は、第１の冷却材の４つの蒸発流を回収し及び蒸気を再圧縮する。

図１に示されるシステムは、第１の冷却材を圧縮するためのガスタービン１３によって駆動される少なくとも１つの圧縮機と、第２の冷却材を圧縮するためのガスタービン３によって駆動される、少なくとも１つのさらなる圧縮機とを含む。したがって、図１に示されるシステムのエネルギー効率は限界があり、２つのガスタービン３，１３は、かなりの量の空間を消費する。

本明細書に説明される実施形態に従った天然ガス液化システム１００は、図２に概略的に示される。

天然ガス液化システム１００は、原動機１６０によって、具体的には、内燃エンジンまたは電気モータ等の単一の原動機によって駆動されるように構成されている複数の圧縮機段を伴う、一体型ギヤ付ターボ圧縮機１５０（また、単に、圧縮機１５０と称される）を含む。言い換えれば、圧縮機１５０の複数の圧縮機段の各圧縮機段は、原動機１６０によって直接的または間接的に駆動され得る。伝達機構３０１、具体的には、１つ以上のギヤホイール及び／またはピニオン、滑車、歯車等の他の伝達ユニットを含む圧縮機のギヤは、複数の圧縮機段を回転駆動するために、圧縮機１５０の複数の圧縮機段の間に接続され得る。駆動力は、原動機１６０によって、例えば、一体型ギヤ付ターボ圧縮機に接続される主要駆動シャフトを介して提供され得る。

一体型ギヤを伴う圧縮機を提供することによって、必要に応じて、原動機によって提供される速度、トルク、及び／または回転力の方向を変化させることができる。例えば、必要に応じて、複数の圧縮機段のインペラの回転速度及び／またはトルクを個別に調節することができる。いくつかの実施形態では、伝達機構は、ギヤトレインまたはトランスミッションを含み得る。圧縮機段のインペラは、ギヤの伝達要素の１つによって回転駆動され得る各々のシャフト上に搭載され得る。例えば、ギヤは、１つ以上のシャフトを回転駆動し得る少なくとも１つのギヤホイールを含み得る。ピニオンは、少なくとも１つのギヤホイールと噛合し得るシャフトのそれぞれの上に搭載され得る。さらに、複数の圧縮機段の１つまたは２つのインペラは、シャフトのそれぞれの上に搭載され得る。

一体型ギヤ付圧縮機では、１つ以上のギヤホイール等の、少なくとも１つ以上の伝達ユニットは、複数の圧縮機段の少なくとも一部の間に接続され、これにより、圧縮機段の各々のインペラは、異なる回転速度で、回転することができる。ギヤまたは別の力伝達機構が少なくともいくつかの圧縮機段の間に接続されるとき、圧縮機段は、異なる回転速度で回転するように適合し得る、異なるシャフト上に提供されることができる。例えば、１つ以上の第１の圧縮機段のインペラは、１つ以上の第２の圧縮機段のインペラと異なる回転速度で回転し得る。

例えば、いくつかの実施形態では、１つ以上の中央ギヤホイール等の、１つ以上の力伝達要素は、異なる回転速度で、１つ以上の第１の圧縮機段及び１つ以上の第２の圧縮機段を駆動するために提供され得る。１つ以上の第１の圧縮機段は、１つ以上の第２の圧縮機段と異なるシャフト上に提供され得る。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、１つ以上の中央ギヤホイール等の力伝達要素は、異なる回転速度で、２つ以上の第１の圧縮機段を駆動するように構成され得る。本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、１つ以上の中央ギヤホイール等の力伝達要素は、異なる回転速度で、２つ以上の第２の圧縮機段を駆動するように構成され得る。いくつかの実施形態では、一体型ギヤ付圧縮機は、所望の回転速度で複数の圧縮機段の各段を駆動するために、複数の中央ギヤホイール等の複数の力伝達要素を含み得る。

さらに、図２に示されるように、天然ガス液化システム１００は、第１の冷却材が循環するように適合する予冷ループ１１０であって、複数の圧縮機段の１つ以上の第１の圧縮機段１５１が第１の冷却材を加圧するように適合する、当該予冷ループ１１０と、第２の冷却材が循環するように適合する冷却ループ１３０であって、複数の圧縮機段の１つ以上の第２の圧縮機段１５５が第２の冷却材を加圧するように適合する、当該冷却ループ１３０とを含む。

複数の第１及び第２の圧縮機段の各圧縮機段は、ガス注入口、ガス出口、及び各々のシャフト上で回転する少なくとも１つのインペラを含み得る。圧縮機段は、軸方向または半径方向にある圧縮機段であり得る。

第１の冷却材を加圧するための１つ以上の第１の圧縮機段１５１は、原動機１６０によって、例えば、圧縮機の伝達機構またはギヤを介して、直接的または間接的に駆動され得る。第２の冷却材を加圧するための１つ以上の第２の圧縮機段１５５は、また、原動機１６０によって、例えば、圧縮機１５０の伝達機構またはギヤを介して、直接的または間接的に駆動され得る。

本明細書に説明される実施形態に従って、原動機１６０によって駆動される単一の一体型ギヤ付多段式圧縮機は、２つ以上の冷却ループ内で、例えば、予冷ループ１１０内及び冷却ループ１３０内で循環する２つ以上の冷却材を加圧するために提供され得る。いくつかの実施形態では、ＬＮＧ液化システム全体は、天然ガスを液化するために使用される２つ以上の冷却材を加圧するように構成されている単一の一体型ギヤ付圧縮機を含み得る。

圧縮機の第１の圧縮機段及び第２の圧縮機段は、例えば、コンパクトで空間を節約する方法で、単一の圧縮機ケーシング内に収容され得る。例えば、圧縮機筐体の壁は、第１の複数の圧縮機段、第２の複数の圧縮機段、及び圧縮機段の駆動シャフトを相互に接続する圧縮機のギヤの伝達要素を包囲し得る。

ＬＮＧ液化システムの２つ、３つ以上の冷却材を加圧するための一体型ギヤ付多段式圧縮機を使用することによって、エネルギー及び空間は、１つ以上の別個の圧縮機を含んだ以前に使用されていたシステムと比較して、節約されることができる。圧縮機段の回転速度の調節は、複数の圧縮機段が圧縮機の一体型ギヤによって駆動接続されるため、さらに可能であり得る。

さらに、図２に示されるように、天然ガス液化システム１００は、さらに、熱を、天然ガスから第１の冷却材に及び／または第２の冷却材から第１の冷却材に、移送するように構成される第１の熱交換器デバイス１７０と、熱を、天然ガスから第２の冷却材に移送するための第２の熱交換器デバイス１８０とを含み得る。

いくつかの実施形態では、天然ガスは、第１の冷却材によって、及び第２の冷却材によって、連続的に冷却されるように適合する。天然ガスは、第１の熱交換器デバイス１７０の１つ以上の第１の熱交換器を通って誘導され得、天然ガスは、例えば、温度０℃を下回る温度まで、具体的には、−４０℃以下まで、第１の冷却材によって予冷され得る。続いて、天然ガスは、第２の熱交換器デバイス１８０を通って誘導され得、天然ガスは、第２の冷却材によって冷却される。第２の熱交換器デバイス１８０は、液化温度まで下がるように天然ガスを冷却するように構成されているシステムの主要低温熱交換器であり得る。

図２の概略図では、第２の熱交換器デバイス１８０は、主要天然ガスライン６１を通って流れる天然ガスから熱を除去し、熱を、冷却ループ１３０を通って流れる第２の冷却材に移送するデバイスとして、簡略化された方法で示される。

予冷ループ１１０内で循環する第１の冷却材は、第２の熱交換器デバイス１８０から上流にある主要天然ガスライン６１の位置で、天然ガスを予冷するために使用され得る。代替として、または加えて、第１の冷却材は、第２の熱交換器デバイス１８０から上流にある冷却ループ１３０の位置で、第２の冷却材を冷却するために使用され得る。

図２に示される実施形態では、第１の熱交換器デバイス１７０は、天然ガスを予冷するように構成されている熱交換器と、さらに、第２の冷却材を冷却するように構成されている熱交換器とを含む。第１の熱交換器デバイス１７０から出ていく第１の冷却材は、圧縮機１５０に戻るように誘導され、圧縮機の１つ以上の第１の圧縮機段１５１内で再圧縮され得る。

いくつかの実施形態では、第１の熱交換器デバイス１８０から出ていく第２の冷却材は、圧縮機１５０に戻るように誘導され、圧縮機の１つ以上の第２の圧縮機段１５５内で再圧縮され得る。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、予冷ループ１１０は、圧縮後に熱を第１の冷却材から除去するための第１の凝縮器１７を含む。予冷ループは、さらに、第１の熱交換器デバイス１７０から上流に、第１の冷却材を膨張させるための少なくとも１つの膨張要素（図２に示されない）を含み得る。

冷却ループ１３０は、圧縮後に熱を第２の冷却材から除去するための第２の凝縮器１１を含み得る。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、第１の冷却材は、３５以上、具体的には、４０以上の分子量を有するガス、より具体的には、プロパンを含む。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、第２の冷却材は、窒素、メタン、エタン、及びプロパンの少なくとも１つ以上を含む混合物を含み得る混合された冷却材である。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、複数の圧縮機段のうちの少なくとも１つの圧縮機段は、少なくとも１つの圧縮機段に入る流れを自立的に調整する移動可能な注入口案内羽根が提供される。例えば、１つ以上の第１の圧縮機段１５１のそれぞれは、各々の移動可能な注入口案内羽根を備え得る。

図２に概略的に示されるように、単一の原動機は、１つ以上の第１の圧縮機段及び第２の圧縮機段のそれぞれを駆動するために提供され得る。いくつかの実施形態では、原動機１６０は、ガスタービン及び／またはモータ（例えば、電気モータまたは内燃エンジン）であり得る、またはそれを含み得る。一体型ギヤ付ターボ圧縮機の１つ以上のギヤボックス要素は、原動機、１つ以上の第１の圧縮機段、及び／または１つ以上の第２の圧縮機段の間に接続され得る。例えば、１つ以上の第１の圧縮機段のインペラの少なくとも一部は、異なる回転速度で回転し、１つ以上の第２の圧縮機段のインペラの少なくとも一部と異なる回転シャフト上に設けられ得る。

本明細書に説明される実施形態に従った天然ガス液化システム２００は、図３に概略的に示される。天然ガス液化システム２００の基本設定は、図２に示されるシステムと同様であり、これにより、上記の説明を参照することができ、ここでは、その説明を繰り返さない。

天然ガス液化システム２００は、原動機１６０によって、具体的には、ガスタービンまたは別の内燃エンジン等の単一の原動機によって駆動されるように構成されている複数の圧縮機段を伴う、一体型ギヤ付ターボ圧縮機１５０を含む。言い換えれば、圧縮機１５０の複数の圧縮機段の各圧縮機段は、原動機１６０によって直接的または間接的に駆動され得る。例えば、伝達機構、具体的には、複数のギヤホイール、及び／またはピニオン及び／または滑車などの他の伝達ユニットを伴う圧縮機のギヤは、適切な回転速度で複数の圧縮機段を回転駆動するために、原動機１６０と圧縮機１５０の複数の圧縮機段との間に接続され得る。

いくつかの実施形態では、圧縮機１５０は、予冷ループ１１０内で循環する第１の冷却材を加圧するように構成されている複数の第１の圧縮機段１５１を含む。例えば、４つの第１の圧縮機段が設けられ得る。他の実施形態では、異なる数の第１の圧縮機段（例えば、２つ、３つ、または４つよりも多い第１の圧縮機段）が設けられ得る。

複数の第１の圧縮機段１５１は、予冷ループ内で連続的に配列され得る。例えば、最初の第１の圧縮機段において圧縮機１５０に入る第１の冷却材は、続いて、当該最初の第１の圧縮機段によって及び最初の第１の圧縮機段から下流に配列される他の第１の圧縮機段（複数可）によって加圧され得る。第１の冷却材の圧力は、連続的に配列される第１の圧縮機段１５１のそれぞれにおいて増加し得る。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、圧縮機１５０は、冷却ループ１３０内で循環する第２の冷却材を加圧するように構成されている複数の第２の圧縮機段１５５を含み得る。例えば、２つ、３つ、４つ以上の第２の圧縮機段１５５が設けられ得る。第２の圧縮機段１５５は、冷却ループ内で連続的に配列され得る。言い換えれば、最初の第２の圧縮機段において圧縮機１５０に入る第２の冷却材は、続いて、当該最初の第２の圧縮機段によって及び最初の第２の圧縮機段から下流に配列されるさらなる第２の圧縮機段（複数可）によって加圧され得る。第２の冷却材の圧力は、連続的に配列される第２の圧縮機段１５５のそれぞれによって増加し得る。２つ以上の第２の圧縮機段のインペラは、いくつかの実施形態では、異なるシャフト上に搭載され得、異なる回転速度で回転し得る。

例えば、圧縮機１５０は、第１の冷却材を加圧するための４つの第１の圧縮機段と、第２の冷却材を加圧するための３つ（または、代わりに、４つ）の第２の圧縮機段とを含み得る。

いくつかの実施形態では、予冷ループ１１０は、第１の冷却材を、当該複数の第１の圧縮機段１５１の各々１つに誘導される複数の予冷流に分配するように構成され得る。予冷流の数は、第１の圧縮機段の数に対応し得る。予冷流のそれぞれは、関連の第１の圧縮機段によって及び該当する場合、潜在的に、その下流に配列されるさらなる第１の圧縮機段（複数可）によって再圧縮される、関連の第１の圧縮機段において圧縮機に入り得る。

いくつかの実施形態では、複数の第１の膨張要素２４１，２４３，２４５，２４７は、予冷ループ１１０内に連続的に配列され、複数の減圧レベルにおいて第１の冷却材を膨張させるように構成され得る。第１の熱交換器デバイス２７０の複数の第１の熱交換器２４９，２５１，２５３，２５５は、当該複数の第１の膨張要素２４１，２４３，２４５，２４７の少なくとも１つによって膨張する当該第１の冷却材の各々の予冷流を受けるために及び熱を天然ガスから第１の冷却材に移送するために設けられ得る。

第１の冷却材の当該予冷流を、複数の第１の熱交換器２４９，２５１，２５３，２５５から、当該複数の第１の圧縮機段１５１の各々１つに戻すように構成されている複数の戻り経路２６１，２６３，２６５，２６７が提供され得る。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態に従って、少なくとも１つの第１の補助膨張要素は、予冷ループ内で配列され得る。さらに、少なくとも１つの第１の補助熱交換器は、少なくとも１つの第１の補助膨張要素によって膨張する当該第１の冷却材の少なくとも一部を受けるために及び熱を第２の冷却材から第１の冷却材に移送するために設けられ得る。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態に従って、本システムは、予冷ループ１１０内に連続的に配列されているとともに複数の減圧レベルにおいて第１の冷却材を膨張するように構成されている、複数の第１の補助膨張要素２２１，２２３，２２５，２２７を含み得る。第１の熱交換器デバイス２７０の複数の第１の補助熱交換器２２９，２３１，２３３，２３５は、当該複数の第１の補助膨張要素２２１，２２３，２２５，２２７の少なくとも１つによって膨張する当該第１の冷却材の各々の部分を受けるように及び熱を第２の冷却材から第１の冷却材に移送するように構成されている。

複数の戻り経路２６１，２６３，２６５，２６７は、第１の冷却材の一部を、複数の第１の補助熱交換器２２９，２３１，２３３，２３５から及び／または第１の熱交換器２４９，２５１，２５３，２５５から、当該複数の第１の圧縮機段１５１の各々１つに戻すように構成され得る。

天然ガス液化システム２００の動作中、圧縮された第１の冷却材の流れは、複数の第１の圧縮機段１５１の第１の圧縮機段の最も下流から、第１の凝縮器１７に送達され得る。第１の凝縮器１７を通って送達される第１の冷却材の流れは、例えば、水分または空気に接して、冷却及び凝縮され得る。

いくつかの実施形態では、凝縮された第１の冷却材は、予冷ループ１１０内で循環し、複数の第１の熱交換器２４９，２５１，２５３，２５５内で天然ガスを予冷し、及び／または複数の第１の補助熱交換器２２９，２３１，２３３，２３５の冷却ループ１３０内で循環する第２の冷却材を冷却し、随意に、部分的に液化する。

いくつかの実施形態では、予冷ループ１１０は、複数のｎ個の圧力レベル（例えば、４つの圧力レベル）に分配され得る。ｎ個の圧力レベルの数は、第１の冷却材を圧縮するように構成されている圧縮機１５０の第１の圧縮機段のｎ個の数に対応し得る。第１の凝縮器１７を通って送達される第１の冷却材の流れは、例えば、徐々に減少するｎ個の圧力レベルに連続的に膨張し、ｎ個の部分的流れに分配され得る。第１の冷却材の部分的流れのそれぞれは、複数の第１の圧縮機段１５１の対応するものの注入口において、側方流動するように、圧縮機１５０に戻り得る。

第１の送達ライン２１７は、凝縮された第１の冷却材流れの第１の部分を、複数の第１の膨張要素２４１，２４３，２４５，２４７に送達し得る。第１の送達ライン２１７から分岐する第２の送達ライン２１８は、凝縮された第１の冷却材流れの第２の部分を、複数の第１の補助膨張要素２２１，２２３，２２５，２２７に送達し得る。

第１の凝縮器１７からの凝縮された第１の冷却材の第１の部分は、徐々に減少するｎ個の異なる圧力レベルにおいて、複数の第１の膨張要素２４１，２４３，２４５，２４７内で連続的に膨張し得る。第１の膨張要素のそれぞれから下流に、部分的に膨張した第１の冷却材の流れの一部は、複数の第１の熱交換器２４９，２５１，２５３，２５５の各々１つに分岐し得る。部分的に膨張した第１の冷却材の残りの部分は、次の第１の膨張要素などを通して流され得る。複数の第１の膨張要素２４１，２４３，２４５，２４７の最も下流の要素（２４７）を通って流れる残りの第１の冷却材は、複数の第１の熱交換器２４９，２５１，２５３，２５５の最も下流の要素（２５５）に送達され得る。

複数の第１の熱交換器２４９，２５１，２５３，２５５の各１つでは、第１の冷却材は、主要天然ガスライン６１内に流れる天然ガスに接する熱交換を行い得、したがって、天然ガスを予冷し、随意に部分的に液化する。

複数の第１の補助膨張要素２２１，２２３，２２５，２２７の少なくとも１つの中で膨張した凝縮された第１の冷却材の第２の部分は、複数の第１の補助熱交換器２２９，２３１，２３３，２３５の対応するものに向かって分岐し得る。複数の第１の補助膨張要素２２１，２２３，２２５，２２７の各１つによって送達される、及び各々の第１の補助熱交換器を通して流されない、第１の冷却材の一部は、複数の第１の補助膨張要素２２１，２２３，２２５，２２７のうちの後続のものを通して送達される。当該複数の第１の補助熱交換器２２９，２３１，２３３，２３５の最も下流の要素２３５は、複数の第１の補助膨張要素２２１，２２３，２２５，２２７の最も下流の要素２２７の中で膨張する第１の冷却材の残りのわずかな部分を受ける。第１の補助熱交換器のそれぞれにおいて、第１の冷却材は、冷却ループ１３０内に循環する第２の冷却材に接する熱交換を行い、これにより、複数の第１の補助熱交換器２２９，２３１，２３３，２３５の最も下流の要素２３５の送達側において、第２の冷却材は、冷却され、随意に、少なくとも部分的に、液化される。

複数の第１の熱交換器２４９，２５１，２５３，２５５から出る加熱された第１の冷却材は、第１の補助熱交換器２２９，２３１，２３３，２３５から出る加熱された第１の冷却材と一緒に収集され得、再度、各々の第１の圧縮機段の注入口において、一体型ギヤ付ターボ圧縮機１５０に供給され得る。

いくつかの実施形態では、複数の第１の補助熱交換器２２９，２３１，２３３，２３５の１つから出る加熱された第１の冷却材は、複数の第１の熱交換器２４９，２５１，２５３，２５５に対応するものから出る加熱された第１の冷却材とほぼ同じ圧力である。対応する圧力レベルにおいて収集される第１の冷却材は、圧縮機１５０の複数の第１の圧縮機段の対応する段の注入口に送達され得る。したがって、第１の冷却材の複数の支流は、連続的に配列される第１の圧縮機段１５１の注入口において、徐々に減少する圧力レベルにおいて戻る。

いくつかの実施形態では、複数の戻り経路２６１，２６３，２６５，２６７は、膨張及び消耗された第１の冷却材の支流を、複数の第１の熱交換器２４９，２５１，２５３，２５５から及び／または複数の第１の補助熱交換器２２９，２３１，２３３，２３５から、複数の第１の圧縮機段１５１の対応する段に送達するように構成され得る。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、冷却ループ１３０内で循環する第２の冷却材は、冷却ループ１３０内で連続的に配列され得る複数の第２の圧縮機段１５５によって圧縮され得る。複数の第２の圧縮機段１５５は、複数の第１の圧縮機段１５１と同じ一体型ギヤ付圧縮機の一部である。

いくつかの実施形態では、一体型ギヤ付圧縮機は、単一のシャフト上に連続的に配列される２つ以上の圧縮機段を伴う少なくとも１つの多段圧縮機ユニット（例えば、多段遠心圧縮機ユニット）を含み得る。

圧縮機を駆動する原動機１６０は、内燃エンジンまたは電気モータを含み得る。原動機１６０は、ガスタービン（例えば、航空転用ガスタービン）であり得る。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１の中間冷却器は、複数の第１の圧縮機段１５１のうちの少なくとも２つの連続的に配列される第１の圧縮機段の間に配列され得る。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第２の中間冷却器は、複数の第２の圧縮機段１５５のうちの少なくとも２つの連続的に配列される第２の圧縮機段の間に配列され得る。中間冷却器は、冷却材が後続の圧縮機段に入る前に、または圧縮機から出ていく前に、各々の圧縮機段によって送達される各々の冷却材の温度を下げ及び体積を小さくするように構成され得る。

複数の第２の圧縮機段１５５の最も下流のものによって送達される第２の冷却材は、第２の凝縮器１１によって凝縮し得る。第２の凝縮器１１は、水凝縮器の空気凝縮器であり得、第２の冷却材は、空気または水分に接する熱交換を行うことによって凝縮され得る。続いて、凝縮された第２の冷却材は、複数の第１の補助熱交換器２２９，２３１，２３３，２３５を通る送達ラインによって送達され得、上記に説明されたように、第２の冷却材は、予冷ループ１１０内で循環する第１の冷却材に接する熱交換を行うことによって、冷却され、随意に液化し得る。

複数の第１の補助熱交換器から送達された冷却された第２の冷却材は、主要低温熱交換器であり得る第２の熱交換器デバイス１８０に向かって誘導され得、第２の冷却材は、予冷された天然ガスから、さらなる熱を除去し得、液化プロセスを完了する。加熱された第２の冷却材は、戻りライン２６９を通って、圧縮機１５０の複数の第２の圧縮機段１５５の最初の１つに戻り得る。

図３では、一体型ギヤ付ターボ圧縮機１５０の複数の圧縮機段は、概略的方法だけで示される。例示的実施形態の圧縮機１５０は、図４に、より詳細に示される。

図４は、本明細書に説明される実施形態による、一体型ギヤ付ターボ圧縮機１５０を伴う圧縮機装置の拡大概略図である。圧縮機１５０は、原動機１６０によって駆動され得、原動機１６０によって直接的または間接的に駆動される複数の圧縮機段を含み得る。複数の圧縮機段は、第１の予冷ループ１１０内で循環する第１の冷却材を加圧するための１つ以上の第１の圧縮機段１５１と、冷却ループ１３０内で循環する第２の冷却材を加圧するための１つ以上の第２の圧縮機段１５５とを含む。予冷ループ１１０及び冷却ループ１３０のより詳細のものは、図２及び図３を参照して上記に説明されており、ここでは、その説明を繰り返さない。

圧縮機１５０は、圧縮機筐体３３０内に配列され及び当該原動機１６０によって駆動されるように構成され得る伝達機構３０１（例えば、一体型ギヤ）を含み得る。圧縮機１５０は、さらに、当該伝達機構３０１によって回転駆動されるように構成されているとともに複数の第１の圧縮機段１５１の少なくとも１つを駆動するように構成されている、少なくとも１つの第１のシャフト３０３を含み得る。言い換えれば、少なくとも１つの第１の圧縮機段のインペラは、例えば、第１のシャフトと一緒に回転するように少なくとも１つの第１のシャフト３０３上に搭載され得る。さらに、圧縮機１５０は、当該伝達機構３０１によって回転駆動されるように構成されているとともに複数の第２の圧縮機段１５５の少なくとも１つを駆動するように構成されている、少なくとも１つの第２のシャフト３０５を含み得る。その中では、少なくとも１つの第２の圧縮機段のインペラは、例えば、第２のシャフトと一緒に回転するように少なくとも１つの第２のシャフト３０５上に搭載され得る。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１のシャフト３０３は、複数の第１の圧縮機段のうちの２つの第１の圧縮機段（例えば、２つの後続の第１の圧縮機段）を駆動し得る。代替として、または加えて、少なくとも１つの第２のシャフト３０５は、複数の第２の圧縮機段のうちの２つの第２の圧縮機段（例えば、２つの後続の第２の圧縮機段）を駆動し得る。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１のシャフト３０３は、伝達機構３０１のギヤホイールと噛合するピニオンを備え得る、及び／または、少なくとも１つの第２のシャフト３０５は、さらに、伝達機構３０１のギヤホイールと噛合するピニオンを備え得る。例えば、いくつかの実施形態では、伝達機構３０１は、少なくとも１つの第１のシャフト３０３を駆動するように構成されている第１のギヤホイール３０７と、少なくとも１つの第２のシャフト３０５を駆動するように構成されている第２のギヤホイール３０８とを含み得る。

代替として、例えば、図５に概略的に示される実施形態では、伝達機構３０１は、少なくとも１つの第１のシャフト３０３を駆動するように及び少なくとも１つの第２のシャフト３０５を駆動するように構成されている１つの中央ギヤホイール３０７を含み得る。例えば、第１及び第２の圧縮機段のそれぞれを（例えば、直接）駆動するように構成されている単一のブルギヤを備え得る。

言い換えれば、第１の直径を有する第１のピニオンは、少なくとも１つの第１のシャフト３０３に接続され得る、及び／または第２の直径を有する第２のピニオンは、少なくとも１つの第２のシャフト３０５に接続され得る。ギヤの中央ギヤホイール３０７は、少なくとも１つの第１のシャフト及び少なくとも１つの第２のシャフトを回転駆動するために、第１のピニオン及び第２のピニオンと直接噛合し得る。図５に示される実施形態では、中央ギヤ車輪３０７は、２つ以上の第１のシャフト３０３及び２つ以上の第２のシャフト３０５に接続される各々のピニオンと直接噛合する。例えば、（単一の）中央ギヤ車輪は、３つ、４つ以上の第１の圧縮機段及び３つ、４つ以上の第２の圧縮機段のシャフトを直接駆動し得る。

第１のピニオンの第１の直径は、第２のピニオンの第２の直径に対応し得る。したがって、第１のシャフト及び第２のシャフトは、対応する回転速度で回転し得る。代替として、第１の直径及び第２の直径は異なり得る。したがって、第１のシャフト及び第２のシャフトの回転速度は、必要に応じて、異なるように調整され得る。例えば、第１及び第２の圧縮機段の回転速度は、それを通して誘導される各々の冷却材の特性に適合し得る。

代替実施形態では、２つ以上のブルギヤは、複数の圧縮機段を駆動するために備えられ得る。例えば、第１のブルギヤは１つ以上の第１の圧縮機段を駆動し得、第２のブルギヤは１つ以上の第２の圧縮機段を駆動し得る。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１のシャフト及び／または少なくとも１つの第２のシャフトは、各々のシャフトの反対端に配列され得る２つの圧縮機段を駆動し得ることを留意されたい。図３及び図５では、単一のシャフト上に設けられる２つの圧縮機段は、共通シャフトを示す接続ラインによって接続される反対方向に向いている２つの矢印によって概略的に示される。例えば、１つの圧縮機段の第１のインペラは共通シャフトの第１の部分に搭載され得、さらなる圧縮機段の第２のインペラは共通シャフトの第２の部分に搭載され得る。

図３及び図４に戻りそれらを参照すると、本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、第１のギヤホイール３０７は複数の第１の圧縮機段１５１を駆動し得、第２のギヤホイール３０８は複数の第２の圧縮機段１５５を駆動し得る。ギヤホイールは、各々、原動機１６０によって、直接的または間接的に回転駆動される歯車であり得る。第１及び第２のシャフトは、それぞれ、その上に搭載され及び各々の歯車と噛合する、ピニオンを備え得る。したがって、第１及び第２のシャフト、及びシャフト上に搭載されるインペラ（複数可）は、異なる回転速度で、回転することができる。

第２のギヤホイール３０８の直径は、第１のギヤホイール３０７の直径よりも小さい場合がある。第１のギヤホイール３０７が第２のギヤホイール３０８と直接噛合するとき、第２のギヤホイール３０８は、第１のギヤホイール３０７よりも速い回転速度で回転し得る。したがって、第２のギヤホイール３０８によって駆動される少なくとも１つの第２のシャフト３０５は、第１のギヤホイール３０７によって駆動される少なくとも１つの第１のシャフト３０３よりも速い回転速度で回転し得る。したがって、少なくとも１つの第１のシャフト３０３上に搭載される第１の圧縮機段（複数可）のインペラ（複数可）は、少なくとも１つの第２のシャフト３０５上に搭載される第２の圧縮機段（複数可）のインペラ（複数可）よりも速い回転速度で回転し得る。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、圧縮機は、複数の第１の圧縮機段１５１を駆動する２つ以上の第１のシャフトを含み得、２つ以上の第１のシャフトは第１のギヤホイール３０７によって駆動され得る。少なくとも１つの第１のシャフトは、２つの連続的に配列される第１の圧縮機段を駆動するように構成され得る。代替として、または加えて、少なくとも１つの第１のシャフトは、単一の第１の圧縮機段を駆動するように構成され得る。後者の場合、単一の第１の圧縮機段のインペラは、第１のシャフト上に搭載され得る。

本明細書に説明される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態では、圧縮機は、複数の第２の圧縮機段１５５を駆動するための２つ以上の第２のシャフトを含み得、２つ以上の第２のシャフトは第２のギヤホイール３０８によって駆動され得る。少なくとも１つの第２のシャフトは、２つの連続的に配列される第２の圧縮機段を駆動するように構成され得る。代替として、または加えて、少なくとも１つの第２のシャフトは、複数の第２の圧縮機段の単一のものを駆動するように構成され得る。

複数の圧縮機段の各圧縮機段は、ガス注入口、ガス出口、及び各々のシャフト上に搭載される少なくとも１つのインペラを含み得る。各インペラは、軸方向の注入口及び半径方向の出口を有する半径方向のインペラであり得る。インペラを通って処理される流体は、圧縮機段の各々のらせん構造に収集され得る。インペラは１組であり得、１対のインペラ（例えば、２つの後続の圧縮機段に所属する）は、共通回転シャフト上に搭載され得る。

いくつかの実施形態では、複数の第１の圧縮機段１５１は、第１の冷却材を圧縮するように構成され得、これにより、加圧された第１の冷却材は、１０バール〜４０バール（絶対圧）、具体的には、２０バール〜３０バール（絶対圧）、より具体的には、２２バール〜２４バール（絶対圧）の範囲にわたる圧力において、複数の第１の圧縮機段１５１の最も下流の第１の圧縮機段３１２から送達される。最も上流の第１の圧縮機段３１５の注入口における第１の冷却材の圧力は、いくつかの実施形態では、１バール（絶対圧）〜２バール（絶対圧）であり得る。

代替として、または加えて、複数の第１の圧縮機段１５１は、第１の冷却材を圧縮するように構成され得、これにより、加圧された第１の冷却材は、６０℃〜１００℃、具体的には、７５℃〜８５℃の範囲にわたる温度において、複数の第１の圧縮機段１５１の最も下流の第１の圧縮機段３１２から送達される。例えば、中間冷却段は、２つの第１の圧縮機段の間に提供されない場合がある。

いくつかの実施形態では、１つ以上の第１の圧縮機段１５１の１つ以上のインペラが搭載される少なくとも１つの第１のシャフト３０３は、３，０００ｒｐｍ（回転／分）〜７，０００ｒｐｍ、具体的には、約４，０００ｒｐｍ〜約５，５００ｒｐｍの回転速度で回転するように構成され得る。いくつかの実施形態では、２つ以上の第１のシャフトが提供され得、第１のシャフト上に、第１の圧縮機段の全てが有するインペラが搭載される。第１のシャフトのそれぞれは、３０００ｒｐｍ〜約７０００ｒｐｍの回転速度で回転するように構成され得る。最も上流の第１の圧縮機段のシャフトは、最も下流の第１の圧縮機段のシャフトよりも遅い速度で回転し得る。

複数の第１の圧縮機段１５１は、約１０，０００ａｃｔｕａｌ ｍ^３／ｈ〜７０，０００ａｃｔｕａｌ ｍ^３／ｈの範囲にわたる流率で、圧縮された第１の冷却材を送達し得る。

複数の第１の圧縮機段１５１は、約１０ＭＷ〜約４０ＭＷの範囲にわたる、具体的には、約２５ＭＷ〜約３５ＭＷの範囲にわたる動力を吸収し得る。代替として、または加えて、複数の第２の圧縮機段１５５は、約１０ＭＷ〜約４０ＭＷの範囲にわたる、具体的には、約２５ＭＷ〜約３５ＭＷの範囲にわたる動力を吸収し得る。したがって、いくつかの実施形態では、原動機１６０は、２０ＭＷ〜８０ＭＷ、具体的には、５０ＭＷ〜７０ＭＷの範囲にわたる動力を供給し得る。

いくつかの実施形態では、複数の第２の圧縮機段１５５は、第２の冷却材を圧縮するように構成され得、これにより、加圧された第２の冷却材は、５０バール〜１００バール（絶対圧）、具体的には、５５バール〜６５バール（絶対圧）の範囲にわたる圧力において、複数の第２の圧縮機段１５５の最も下流の第２の圧縮機段３１６から送達される。最も上流の第２の圧縮機段３１９の注入口における第２の冷却材の圧力は、いくつかの実施形態では、１０バール（絶対圧）を下回るものであり得る。

いくつかの実施形態では、複数の第２の圧縮機段１５５は、第２の冷却材を圧縮するように構成され得、これにより、加圧された第２の冷却材は、６０℃〜１２０℃、具体的には、８０℃〜１００℃の範囲にわたる温度において、複数の第２の圧縮機段１５５の最も下流の第２の圧縮機段３１６から送達される。例えば、１つ、２つ以上の中間冷却段３２０は、少なくとも２つの後続の圧縮機段の間に設けられ得る。したがって、第２の冷却材の出口温度は下がり得る。

１つ以上の第２の圧縮機段のインペラ（複数可）が搭載される少なくとも１つの第２のシャフト３０５は、７，０００ｒｐｍ〜２０，０００ｒｐｍ、具体的には、約８，０００ｒｐｍ〜約１５，０００ｒｐｍの回転速度で回転するように構成され得る。いくつかの実施形態では、２つ以上の第２のシャフトは、全ての第２の圧縮機段１５５のインペラを駆動するために設けられ得る。最も上流の第２の圧縮機段３１９のシャフトは、最も下流の第２の圧縮機段３１６のシャフト（例えば、１４，０００ｒｐｍ〜１６，０００ｒｐｍの速度）よりも遅い速度（例えば、９，０００ｒｐｍ〜１１，０００ｒｐｍの速度）で回転し得る。

図４は、複数の第１の圧縮機段１５１が合計で４つの連続して配列される第１の圧縮機段を含む例示的実施形態を示す。第１の圧縮機段の上流の一対は回転シャフトによって駆動され、第１の圧縮機段の下流の一対はさらなる回転シャフトによって駆動され、両方の回転シャフトは第１のギヤホイール３０７によって駆動される。言い換えれば、第１の圧縮機段の上流の一対のインペラは共通回転シャフト上に搭載され、第１の圧縮機段の下流の一対のインペラはさらなる共通回転シャフト上に搭載される。代替として、第１の圧縮機段の上流の一対だけが、共通の回転シャフトによって駆動され得る一方、２つの下流の第１の圧縮機段は、各々、別個の回転シャフトによって駆動され得る、またはその逆も同様である。

図４の例示的実施形態では、複数の第２の圧縮機段１５５は、合計で４つの連続して配列される第２の圧縮機段を含む。第２の圧縮機段の上流の一対は回転シャフトによって駆動され、第２の圧縮機段の下流の一対はさらなる回転シャフトによって駆動され、両方の回転シャフトは第２のギヤホイール３０８によって駆動される。言い換えれば、第２の圧縮機段の上流の一対のインペラは共通回転シャフト上に搭載され、第２の圧縮機段の下流の一対のインペラはさらなる共通回転シャフト上に搭載される。代替として、３つの連続して配列される第２の圧縮機段だけが設けられ得、第２の圧縮機段の上流の一対は共通の回転シャフトによって駆動され、下流の第２の圧縮機段は、別個の回転シャフトによって駆動され得る、またはその逆も同様である。

圧縮機の伝達機構またはギヤによって回転駆動される各々の回転シャフト上の第１及び第２の圧縮機段の他の可能である配列及び数は、当業者に明らかであろう。

さらなる態様に従って、複数の冷却材を圧縮するための圧縮機装置が設けられる。圧縮機装置は、上記に説明された圧縮機の特徴の一部または全てを有し得る、複数の圧縮機段を伴う一体型ギヤ付ターボ圧縮機１５０を含む。

圧縮機装置は、第１の冷却ライン（例えば、第１の冷却材が流れるように適合する予冷ループの一部であり得る）を含み得、複数の圧縮機段の、１つ以上の第１の圧縮機段は、第１の冷却ラインを通って流れ込む第１の冷却材を加圧するように適合する。圧縮機装置は、さらに、第２の冷却ライン（例えば、第２の冷却材が流れるように適合する予冷ループの一部であり得る）を含み得、複数の圧縮機段の、１つ以上の第２の圧縮機段は、第２の冷却ラインを通って流れ込む第２の冷却材を加圧するように適合する。

圧縮機装置は、上記に説明された実施形態のいずれかに従って、天然ガス液化システムで使用され得る。

圧縮機装置は、上記に説明された実施形態の特徴の一部または全てを伴う伝達機構またはギヤを含み得る。さらに、全ての圧縮機段は、いくつかの実施形態では、単一の筐体内に含まれ得る。

本明細書に説明される別のさらなる態様に従って、天然ガスを液化する方法が提供される。本明細書に説明される実施形態に従った方法のフロー図は、図６に概略的に示される。

ボックス７１０では、複数の圧縮機段を有する一体型ギヤ付ターボ圧縮機が設けられる。ボックス７２０では、圧縮機は、原動機で駆動される。ボックス７３０では、第１の冷却材は、複数の圧縮機段の、１つ以上の第１の圧縮機段を通って循環し、第２の冷却材は、複数の圧縮機段の、１つ以上の第２の圧縮機段を通って循環する。ボックス７４０では、天然ガス及び第２の冷却材の少なくとも１つは、第１の冷却材に接する熱交換によって冷却される。ボックス７５０では、天然ガスは、第２の冷却材に接する熱交換によって冷却される。

いくつかの実施形態では、圧縮された第１の冷却材及び／または圧縮された第２の冷却材が凝縮し得る。例えば、複数の連続的に配列される第１の膨張要素内で、凝縮された第１の冷却材が膨張し得る。

いくつかの実施形態では、第１の冷却材は、複数の部分的流れに分配され得る。

いくつかの実施形態では、第１の冷却材の少なくとも一部は、複数の第１の圧縮機段（例えば、３つ、４つ以上の第１の圧縮機段）によって、連続的に圧縮され得る、及び／または第２の冷却材は、複数の第２の圧縮機段（例えば、３つ、４つ以上の第２の圧縮機段）によって連続的に圧縮され得る。

移動可能な注入口案内羽根は、複数の第１の圧縮機段の少なくとも１つが有する注入口に設けられ得る。移動可能な注入口案内羽根は、具体的には、部分的流れの流動状態に応じて、複数の第１の圧縮機段の吸引側における部分的流れを調整するように独立して制御され得る。

いくつかの実施形態では、本方法は、さらに、複数の減圧レベルにおいて、複数の連続的に配列される第１の膨張要素によって第１の冷却材を膨張させることと、膨張した第１の冷却材の一部を第１の膨張要素から複数の第１の熱交換器を通るように循環させ、熱を天然ガスから除去することと、膨張した第１の冷却材の一部を複数の第１の熱交換器から、１つ以上の第１の圧縮機段の各々１つに戻すこととを含み得る。

いくつかの実施形態では、本方法は、さらに、複数の減圧レベルにおいて、複数の連続的に配列される第１の補助膨張要素によって第１の冷却材を膨張させることと、膨張した第１の冷却材の一部を複数の第１の補助熱交換器を通るように循環させ、熱を第２の冷却材から除去することと、第１の冷却材の一部を複数の第１の補助熱交換器から、１つ以上の第１の圧縮機段の各々１つに戻すこととを含み得る。

原動機は、圧縮機の伝達機構（例えば、内部ギヤ）を駆動し得、伝達機構は、少なくとも１つの第１のシャフト及び少なくとも１つの第２のシャフトを回転駆動し得る。

少なくとも１つの第１のシャフトは、３，０００ｒｐｍ以上７，０００ｒｐｍ以下の回転速度で、当該伝達機構によって回転駆動され得る。１つまたは２つの第１の圧縮機段のインペラは、少なくとも１つの第１のシャフト上に搭載され得、少なくとも１つのシャフトの回転速度で回転し得る。

少なくとも１つの第２のシャフトは、８，０００ｒｐｍ以上１５，０００ｒｐｍ以下の回転速度で、当該伝達機構によって回転駆動され得、少なくとも１つの第２の圧縮機段を駆動させ得る。言い換えれば、少なくとも１つの第２の圧縮機段のインペラは、少なくとも１つの第２のシャフト上に搭載され得る。

いくつかの実施形態では、第１の冷却材は、圧縮機の３つ、４つ以上の第１の圧縮機段を通るように連続的に循環し、１０バール〜４０バール（絶対圧）、具体的には、２０バール〜３０バール（絶対圧）の範囲にわたる出口圧力まで圧縮され得る。

いくつかの実施形態では、第２の冷却材は、圧縮機の３つ、４つ以上の第２の圧縮機段を通るように連続的に循環し、４０バール〜１００バール（絶対圧）、具体的には、５０バール〜８０バール（絶対圧）の範囲にわたる出口圧力まで圧縮され得る。

２つ以上の冷却ループ内で循環する２つ以上の異なる冷却材を加圧するための一体型ギヤ付ターボ圧縮機の使用は、天然ガス液化システムの効率の向上、ひいては、動力消費の減少をもたらし得、さらに、２つ以上の別個の圧縮機及び圧縮機駆動ユニットを伴うシステムと比較するとき、かなりのコスト節約をもたらし得る。さらに、圧縮機のギヤは、各圧縮機段が適切な回転速度で回転し得るように調節され得る。天然ガス液化システムにおいて単一の圧縮機ユニットを使用することは、コスト、設置面積、及び適応性に関して利点がある。

第１及び第２の圧縮機段の数、ならびに圧縮機の内部ギヤの詳細（例えば、伝達機構の詳細）は、圧縮される冷却材の特性に依存し得る。さらに、３つ、４つ以上の冷却材が一体型ギヤ付圧縮機によって圧縮される場合、大型の伝達機構または改良された伝達機構が設けられ得る。

前述は本開示の実施形態を対象とする一方、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案され得、その範囲は、以下に続く「特許請求の範囲」によって決定される。

Claims (18)

1. 天然ガス液化システムであって、
   複数の圧縮機段を伴う一体型ギヤ付ターボ圧縮機（１５０）と、
   前記一体型ギヤ付ターボ圧縮機（１５０）を駆動するための単一の原動機（１６０）と、
   第１の冷却材が循環するように適合する予冷ループ（１１０）であって、前記複数の圧縮機段の１つ以上の第１の圧縮機段（１５１）が前記第１の冷却材を加圧するように適合する、前記予冷ループ（１１０）と、
   第２の冷却材が循環するように適合する冷却ループ（１３０）であって、前記複数の圧縮機段の１つ以上の第２の圧縮機段（１５５）が前記第２の冷却材を加圧するように適合する、前記冷却ループ（１３０）と、
   熱を、天然ガスから及び／または前記第２の冷却材から、前記第１の冷却材に移送するための第１の熱交換器デバイス（１７０）と、
   熱を、前記天然ガスから前記第２の冷却材に移送するための第２の熱交換器デバイス（１８０）と、を備え、
   前記一体型ギヤ付ターボ圧縮機（１５０）は、
   前記単一の原動機（１６０）によって回転駆動されるように構成されているギヤを含む、伝達機構（３０１）と、
   前記伝達機構（３０１）によって回転駆動されるように構成されているとともに前記第１の圧縮機段の少なくとも１つを駆動するように構成されている、少なくとも１つの第１のシャフト（３０３）と、
   前記伝達機構（３０１）によって回転駆動されるように構成されているとともに前記第２の圧縮機段の少なくとも１つを駆動するように構成されている、少なくとも１つの第２のシャフト（３０５）と、を備え、
   前記単一の原動機（１６０）は、前記第１の圧縮機段（１５１）及び前記第２の圧縮機段（１５５）のそれぞれを駆動させ、
   前記一体型ギヤ付ターボ圧縮機（１５０）は複数の前記第１の圧縮機段（１５１）を備え、前記予冷ループ（１１０）は、前記第１の冷却材を、前記第１の圧縮機段（１５１）の各々１つに誘導される複数の予冷流に分配するように構成されている、天然ガス液化システム。
2. 前記一体型ギヤ付ターボ圧縮機（１５０）は、複数の前記第１の圧縮機段であって、各々が連続的に下流の前記第１の圧縮機段と流体結合された前記第１の圧縮機段、及び／または、複数の前記第２の圧縮機段であって、各々が連続的に下流の前記第２の圧縮機段と流体結合された前記第２の圧縮機段を備える、請求項１に記載の天然ガス液化システム。
3. 前記第１の圧縮機段の数が４つであり、及び／または、前記第２の圧縮機段の数が３つまたは４つである、請求項２に記載の天然ガス液化システム。
4. 前記伝達機構（３０１）は、前記第１の圧縮機段の少なくとも１つを駆動するための前記少なくとも１つの第１のシャフト（３０３）に接続される少なくとも１つの第１のピニオンに噛合する第１のギヤホイール（３０７）を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の天然ガス液化システム。
5. 前記第１のギヤホイール（３０７）は、さらに、前記第２の圧縮機段の少なくとも１つを駆動するための前記少なくとも１つの第２のシャフト（３０５）に接続された少なくとも１つの第２のピニオンに噛合する、請求項４に記載の天然ガス液化システム。
6. 前記伝達機構（３０１）は、前記少なくとも１つの第１のシャフト（３０３）を駆動するように構成されている第１のギヤホイール（３０７）と、前記少なくとも１つの第２のシャフト（３０５）を駆動するように構成されている第２のギヤホイール（３０８）とを備え、
   前記第２のギヤホイール（３０８）の直径は前記第１のギヤホイール（３０７）の直径よりも小さく、及び／または、前記第１のギヤホイール及び前記第２のギヤホイールは直接噛合している、請求項１から３のいずれか１項に記載の天然ガス液化システム。
7. 前記少なくとも１つの第１のシャフト（３０３）及び前記少なくとも１つの第２のシャフト（３０５）のうちの少なくとも１つは、前記各々のシャフトの反対端に配列された２つの圧縮機段を駆動する、請求項１から６のいずれか１項に記載の天然ガス液化システム。
8. 前記予冷ループ（１１０）内に連続的に配列されており、複数の減圧レベルにおいて前記第１の冷却材を膨張するように構成されている、複数の第１の膨張要素（２４１，２４３，２４５，２４７）と、
   前記複数の第１の膨張要素（２４１，２４３，２４５，２４７）の少なくとも１つによって膨張する前記第１の冷却材の各々の予冷流を受けるための、及び熱を前記天然ガスから前記第１の冷却材に移送するための、前記第１の熱交換器デバイス（１７０，２７０）の複数の第１の熱交換器（２４９，２５１，２５３，２５５）と、
   前記第１の冷却材の前記予冷流を、前記複数の第１の熱交換器（２４９，２５１，２５３，２５５）から、前記第１の圧縮機段（１５１）の各々１つに戻すように構成されている複数の戻り経路（２６１，２６３，２６５，２６７）と、
   を備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の天然ガス液化システム。
9. 前記予冷ループ（１１０）内に配列された少なくとも１つの第１の補助膨張要素と、
   前記少なくとも１つの第１の補助膨張要素によって膨張する前記第１の冷却材の一部を受けるように、及び熱を前記第２の冷却材から前記第１の冷却材に移送するように構成されている、前記第１の熱交換器デバイス（１７０，２７０）の少なくとも１つの第１の補助熱交換器と、を備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の天然ガス液化システム。
10. 前記予冷ループ（１１０）内に連続的に配列されており、複数の減圧レベルにおいて前記第１の冷却材を膨張するように構成されている、複数の前記第１の補助膨張要素（２２１，２２３，２２５，２２７）と、
    前記第１の補助膨張要素（２２１，２２３，２２５，２２７）の少なくとも１つによって膨張する前記第１の冷却材の各々の部分を受けるように、及び熱を前記第２の冷却材から前記第１の冷却材に移送するように構成されている、前記第１の熱交換器デバイス（１７０，２７０）の複数の前記第１の補助熱交換器（２２９，２３１，２３３，２３５）と、
    前記第１の冷却材の前記部分を、前記複数の第１の補助熱交換器（２２９，２３１，２３３，２３５）から、複数の前記第１の圧縮機段（１５１）の各々１つに戻すように構成されている複数の戻り経路（２６１，２６３，２６５，２６７）と、
    を備える、請求項９に記載の天然ガス液化システム。
11. 前記第１の冷却材は、４０以上の分子量を有するプロパンを含み、及び／または前記第２の冷却材は、メタン、エタン、プロパン、及び／または窒素を含む混合冷却材である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の天然ガス液化システム。
12. 前記単一の原動機（１６０）は、電気モータまたは内燃エンジンを備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載の天然ガス液化システム。
13. 前記単一の原動機（１６０）は、ガスタービンである、請求項１２に記載の天然ガス液化システム。
14. 複数の圧縮機段を有する一体型ギヤ付ターボ圧縮機（１５０）を用いて天然ガスを液化する方法であって、
    単一の原動機（１６０）で、前記一体型ギヤ付ターボ圧縮機（１５０）を駆動することと、
    前記複数の圧縮機段の複数の第１の圧縮機段（１５１）のうちの各々１つを通るように誘導される予冷流に分けられた第１の冷却材を循環することであって、当該第１の圧縮機段（１５１）のそれぞれは、前記単一の原動機（１６０）によって駆動される、前記循環することと、
    前記複数の圧縮機段の１つ以上の第２の圧縮機段（１５５）を通るように、第２の冷却材を循環することであって、当該１つ以上の第２の圧縮機段（１５５）のそれぞれは、前記単一の原動機（１６０）によって駆動される、前記循環することと、
    前記第１の冷却材に接する熱交換によって、天然ガス及び前記第２の冷却材の少なくとも１つを冷却することと、
    前記第２の冷却材に接する熱交換によって、前記天然ガスを冷却することと、
    を含み、
    前記一体型ギヤ付ターボ圧縮機（１５０）の伝達機構（３０１）は、前記単一の原動機（１６０）によって駆動され、
    少なくとも１つの第１のシャフトは、３，０００ｒｐｍ以上７，０００ｒｐｍ以下の回転速度で、前記伝達機構（３０１）によって回転駆動され、前記第１の圧縮機段の少なくとも１つを駆動し、
    少なくとも１つの第２のシャフト（３０５）は、８，０００ｒｐｍ以上２０，０００ｒｐｍ以下の回転速度で、前記伝達機構（３０１）によって回転駆動され、前記第２の圧縮機段の少なくとも１つを駆動する、
    方法。
15. 複数の圧縮機段を有する一体型ギヤ付ターボ圧縮機（１５０）を用いて天然ガスを液化する方法であって、
    単一の原動機（１６０）で、前記一体型ギヤ付ターボ圧縮機（１５０）を駆動することと、
    前記複数の圧縮機段の複数の第１の圧縮機段（１５１）のうちの各々１つを通るように誘導される予冷流に分けられた第１の冷却材を循環することであって、当該第１の圧縮機段（１５１）のそれぞれは、前記単一の原動機（１６０）によって駆動される、前記循環することと、
    前記複数の圧縮機段の１つ以上の第２の圧縮機段（１５５）を通るように、第２の冷却材を循環することであって、当該１つ以上の第２の圧縮機段（１５５）のそれぞれは、前記単一の原動機（１６０）によって駆動される、前記循環することと、
    前記第１の冷却材に接する熱交換によって、天然ガス及び前記第２の冷却材の少なくとも１つを冷却することと、
    前記第２の冷却材に接する熱交換によって、前記天然ガスを冷却することと、
    を含み、
    前記第１の冷却材は、３つ以上の前記第１の圧縮機段を通るように連続的に循環し、１０バール〜４０バール（絶対圧）の範囲にわたる出口圧力まで圧縮され、及び／または、前記第２の冷却材は、３つ以上の前記第２の圧縮機段を通るように連続的に循環し、５０バール〜１００バール（絶対圧）の範囲にわたる出口圧力まで圧縮される、
    方法。
16. 前記第１の圧縮機段及び／又は前記第２の圧縮機段の数が４つ以上である、請求項１４又は１５記載の方法。
17. 複数の減圧レベルにおいて、複数の連続的に配列された第１の膨張要素（２４１，２４３，２４５，２４７）によって、前記第１の冷却材を膨張することと、
    前記第１の冷却材の部分を、前記複数の連続的に配列された第１の膨張要素（２４１，２４３，２４５，２４７）から、複数の第１の熱交換器（２４９，２５１，２５３，２５５）を通るように循環させて熱を前記天然ガスから除去することと、
    前記第１の冷却材の前記部分を、前記複数の第１の熱交換器（２４９，２５１，２５３，２５５）から、前記第１の圧縮機段の各々１つに戻すことと、
    をさらに含む、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 移動可能な注入口案内羽根を独立して制御し、各々の部分的流れの流動状態に応じて、前記第１の圧縮機段の吸引側における部分的流れを調整することをさらに含む、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の方法。
    

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