JP7179155B2 - 高圧エキスパンダプロセスのための一次ループ始動方法 - Google Patents

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    • F25J2240/30—Dynamic liquid or hydraulic expansion with extraction of work, e.g. single phase or two-phase turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/90—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being boil-off gas from storage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/06—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年8月22日に出願された米国仮出願第62/721375号、"Primary LoopStart-Up Method for a High Pressure Expander Process";2017年9月29日に出願された米国仮出願第62/565,725号、"Natural Gas Liquefaction by a High Pressure Expansion Process"；2017年9月29日に出願された米国仮出願第62/565,733号、"Natural Gas Liquefaction by a High Pressure Expansion Process"；及び2017年10月25日に出願された米国仮出願第62/576,989号、"Natural Gas Liquefaction by a High Pressure Expansion Process Using Multiple Turboexpander Compressors"の優先権の利益を主張する。これらの開示内容は、参照することにより全ての目的でそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、共同所有権を有し、同日付けで出願された米国仮出願第62/721367号、"Managing Make-up Gas Composition Variation for a High Pressure Expander Process"；及び米国仮出願第62/721374号、"Heat Exchanger Configuration for a High Pressure Expander Process and a Method of Natural Gas Liquefaction Using the Same"に関連し、これらの開示内容は、参照することにより全ての目的でそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
背景
開示の分野
本開示は、一般的に液化天然ガス(LNG)生産に関する。より詳細には、本開示は、高圧でのLNG生産に関する。
関連技術の説明
このセクションは、本開示に関連し得る技術の種々の態様を紹介することを意図する。この考察は、本開示の特定態様のより良い理解を促進するための枠組を提供することを意図する。従って、このセクションは、この観点から読むべきであり、必ずしも先行技術の承認として読むべきでない。
天然ガスは、そのクリーンな燃焼の質及び便利さのため、ここ数年で広く使用されるようになってきた。多くの天然ガス源は、ガスのいずれの商業市場からも遠く離れた遠隔地にある。生産された天然ガスを商業市場へ輸送するためにピペリンが利用可能なこともある。ピペリン輸送が実現不可能なとき、生産された天然ガスは、市場への輸送のために処理して液化天然ガス(LNG)にされることが多い。
LNGプラントの設計において、最も重要な考慮すべき事柄の1つは、天然ガス供給流をLNGに変換するプロセスである。現在、最も一般的な液化プロセスは、何らかの形の冷却システムを使用する。天然ガスを液化するために多くの冷却サイクルが使用されてきたが、今日LNGプラントでは、下記3つのタイプが最も一般的に使用されている：(1)ガスの温度を液化温度まで漸進的に下げるように配置された熱交換器内で複数の単成分冷媒を使用する「カスケードサイクル」；(2)特別に設計された熱交換器内で多成分冷媒を使用する「多成分冷却サイクル」；及び(3)温度の低下に対応してガスを供給ガス圧から低圧まで膨張させる「エキスパンダサイクル」。ほとんどの天然ガス液化サイクルは、これらの3つの基本タイプのバリエーション又は組み合わせを使用する。
多成分冷却サイクルでは、液化プロセスに用いる冷媒は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及び窒素等の成分の混合物を含んでよい。「カスケードサイクル」では、冷媒は、プロパン、エチレン、又は窒素等の純物質であってもよい。組成が厳密に制御された相当な量のこれらの冷媒が必要とされる。さらに、このような冷媒を輸入及び貯蔵しなければならないことがあり、これは、特に遠隔地でのLNG生産に対してロジスティクス要件を強いる。これとは別に、一部の冷媒成分は、一般的に液化プロセスと統合された蒸留プロセスによって調製可能である。
供給ガス冷却を可能にし、それによって冷媒取扱いのロジスティック問題を排除又は軽減するガスエキスパンダの使用は、場合によっては冷媒ベースの冷却に勝る利点を有するように見える。エキスパンダシステムは、冷媒ガスを膨張タービンを介して膨張させ、それによって仕事をし、ガスの温度を下げることができるという原則に基づいて作動する。そして低温ガスは供給ガスと熱交換されて必要とされる冷却をもたらす。ガスエキスパンダで冷却膨張から得られる動力を用いて、冷却サイクルで用いられる主圧縮力の一部を供給することができる。LNG製造用の典型的なエキスパンダサイクルは、典型的に約6,895kPa(1,000psia)未満の供給ガス圧で作動する。供給ガスを完全に液化するためには一般的に補助冷却が必要であり、これは二次冷却及び／又は過冷却ループ等の追加冷媒システムによって提供し得る。例えば、米国特許第6,412,302号及び米国特許第5,916,260号は、過冷却ループで冷媒として窒素を用いるエキスパンダサイクルを提示している。
しかしながら、以前に提案されたエキスパンダサイクルは全て、冷媒システムに基づく現在の天然ガス液化サイクルほど熱力学的に効率的でない。従って、エキスパンダサイクルは、今日まで設置コストの如何なる利点をも提供しておらず、冷媒を必要とする液化サイクルが未だに天然ガス液化の好ましい選択肢である。
エキスパンダサイクルは、再循環ガス流の高流速をもたらし、一次冷却(加温)段階にとって非常に非効率なので、ガスエキスパンダは、典型的に、例えば、閉サイクル内で外部冷媒を用いて-20℃をはるかに下回る温度まで供給ガスを予冷した後でそれをさらに冷却するために使用されている。このように、ほとんどの提案されたエキスパンダサイクルの共通要因は、ガスがエキスパンダに入る前にガスを予冷するための第2の外部冷却サイクルが必要なことである。このような外部冷却サイクルとエキスパンダサイクルの併用は、「ハイブリッドサイクル」と呼ばれることがある。このような冷媒ベースの予冷は、エキスパンダ使用の非効率性の主原因を排除するが、外部冷媒を排除できるというエキスパンダサイクルの利益を著しく少なくする。
米国特許出願US2009/0217701は、外部冷媒の必要性を排除し、効率を改善し、少なくとも現在使用中の冷媒ベースサイクルの効率に匹敵するように一次冷却ループ内で高圧を利用するという概念を導入した。米国特許出願US2009/0217701で開示された高圧エキスパンダプロセス(HPXP)は、他のエキスパンダサイクルと異なる方法で高圧エキスパンダを用いるエキスパンダサイクルである。供給ガス流の一部を抽出し、開ループ又は閉ループ冷却サイクルのいずれかで冷媒として用いて、供給ガス流をその臨界温度未満に冷却することができる。代わりに、LNGボイルオフガスの一部を抽出し、閉ループ冷却サイクルで冷媒として用いて、供給ガス流をその臨界温度未満に冷却することができる。この冷却サイクルは、一次冷却ループと呼ばれる。一次冷却ループの後に過冷却ループが続き、これは供給ガスをさらに冷却する役割を果たす。一次冷却ループ内では、冷媒が1,500psia(1.0×107Pa)超の圧力まで、さらに好ましくは約3,000psia(2.1×107Pa)の圧力まで圧縮される。次に冷媒は、周囲冷却媒体(空気又は水)に接触して冷却された後にほぼ等エントロピー的に膨張して、供給ガスを液化するために必要とされる冷たい冷媒をもたらす。
図1は、既知のHPXP液化プロセス100の例を示し、米国特許出願US2009/0217701で開示された1以上のプロセスに類似する。図1では、エキスパンダループ102(すなわち、エキスパンダサイクル)及び過冷却ループ104が使用される。供給ガス流106は約1,200psia(8.3×106Pa)未満、又は約1,100psia(7.6×106Pa)未満、又は約1,000psia(6.9×106Pa)未満、又は約900psia(6.9×106Pa)未満、又は約800psia(5.5×106Pa)未満、約700psia(4.8×106Pa)未満、約600psia(6.2×106Pa)未満の圧力でHPXP液化プロセスに入る。典型的に、供給ガス流106の圧力は約800psia(5.5×106Pa)であろう。供給ガス流106は、一般的に、技術上周知のプロセス及び機器を用いて混入物を除去する処理がなされた天然ガスを含む。
エキスパンダループ102内で、圧縮ユニット108が冷媒流109(処理済みガス流であってよい)を約1,500psia(1.03×107Pa)以上の圧力まで圧縮し、結果として圧縮された冷媒流110をもたらす。代わりに、冷媒流109が約1,600psia(1.10×107Pa)以上、又は約1,700psia(1.17×107Pa)以上、又は約1,800psia(1.24×107Pa)以上、又は約1,900psia(1.31×107Pa)以上、又は約2,000psia(1.38×107Pa)以上、又は約2,500psia(1.72×107Pa)以上、又は約3,000psia(2.07×107Pa)以上の圧力まで圧縮され、結果として圧縮された冷媒流110をもたらすことがある。圧縮ユニット108を出た後、圧縮された冷媒流110は冷却器112に送られ、そこで適切な冷却流体との間接熱交換によって冷却されて、圧縮され、冷却された冷媒流114をもたらす。冷却器112は、いずれのタイプの冷却器も使用可能であるが、冷却流体として水又は空気を供給するタイプのものであってよい。圧縮され、冷却された冷媒流114の温度は、周囲条件及び使用する冷却媒体によって決まり、典型的に約35°F(1.7℃)～約105°F(40.6℃)である。圧縮され、冷却された冷媒流114は、次にエキスパンダ116に送られ、そこで膨張し、引き続き冷却されて、膨張した冷媒流118を形成する。エキスパンダ116は、圧縮のために抽出及び使用可能なワークを生成するワーク膨張装置、例えばガスエキスパンダであってよい。膨張した冷媒流118は、第1の熱交換器120に送られ、第1の熱交換器120に冷却能力の少なくとも一部を与える。第1の熱交換器120を出るとすぐに、膨張した冷媒流118は、加圧のため圧縮ユニット122に供給されて冷媒流109を形成する。
供給ガス流106は、第1の熱交換器120を通って流れ、そこで、少なくとも一部は、膨張した冷媒流118との間接熱交換によって冷却される。第1の熱交換器120を出た後、供給ガス流106は第2の熱交換器124に送られる。第2の熱交換器124の主要機能は、供給ガス流を過冷却することである。従って、第2の熱交換器124では供給ガス流106が過冷却ループ104(後記)で過冷却されて過冷却流126を生成する。過冷却流126は、次にエキスパンダ128内でより低い圧力まで膨張して、液体フラクションと残留蒸気フラクションを形成する。エキスパンダ128は、いずれの減圧装置であってもよく、限定するものではないが、弁、制御弁、ジュール・トムソン弁、ベンチュリ装置、液体エキスパンダ、水力タービン等が挙げられる。今やより低い圧力であり、部分的に液化された過冷却流126はサージタンク130に送られ、そこで液化フラクション132は、沸点圧力に対応する温度を有するLNG流134としてプロセスから引き抜かれる。残留蒸気フラクション(フラッシュ蒸気)流136は、圧縮ユニットに動力を供給する燃料として使用可能である。
過冷却ループ104では、膨張した過冷却冷媒流138(好ましくは窒素を含む)がエキスパンダ140から吐出され、第2及び第1の熱交換器124、120を通って引き出される。膨張した過冷却冷媒流138は、次に圧縮ユニット142に送られ、そこでより高い圧力まで再圧縮され、温められる。圧縮ユニット142を出た後、再圧縮された過冷却冷媒流144は冷却器146内で冷却される。この冷却器は、いずれのタイプの冷却器も使用可能であるが、冷却器112と同タイプのものであり得る。冷却後、再圧縮された過冷却冷媒流は第1の熱交換器120に送られ、そこで、膨張した冷媒流118及び膨張した過冷却冷媒流138との間接熱交換によってさらに冷却される。第1の熱交換器120を出た後、再圧縮及び冷却された過冷却冷媒流は、エキスパンダ140を通って膨張して冷却流をもたらし、これが次に第2の熱交換器124を通過して、供給ガス流の、最終的に膨張してLNGを生成することになる部分を過冷却する。
米国特許出願US2010/0107684は、外部冷却を加えて、圧縮された冷媒を周囲条件未満の温度までさらに冷却すると、特定状況では、外部冷却に付随して追加される機器を正当化する顕著な利点をもたらすという発見を通じたHPXPの性能改善を開示した。上記特許出願に記載のHPXPの実施形態は、単一混合冷媒プロセス等の代替混合外部冷媒LNG生産プロセスに匹敵する性能を果たす。しかしながら、HPXPの効率並びに全体的なトレイン(train)能力をさらに改善する必要性が残っている。特に供給ガス圧力が1,200psia(8.3×106Pa)未満の場合にHPXPの効率を改善する必要性が残っている。
米国特許出願2010/0186445は、4,500psia(3.1×107Pa)までの供給原料圧縮のHPXPへの組み入れを開示した。HPXPの一次冷却ループ内でガスを液化する前に供給ガスを圧縮することは、全体的なプロセス効率を高めるという利点を有する。所与の生産率のために、このことは、一次冷却ループ内で必要とされる冷媒の流速を顕著に下げるという利点をも有し、コンパクトな機器の使用を可能にし、特にフローティングLNG用途にとって魅力的である。さらに、供給原料圧縮は、一次冷却及び過冷却ループに費やされる固定量の動力に対して30%を超えてHPXPトレインのLMG生産量を増やす手段を与える。この生産率のフレキシビリティは、この場合もやはり、冷媒ループドライバーの選択を所望の生産率と調和させる際に陸上用途に比べて多くの制限があるフローティングLNG用途にとって魅力的である。
HPXPプロセスによるLNG生産のため、一次冷却ループ内で用いる冷媒は、始動手順中に構築する必要があり、通常運転中にも補給されなければならない。既知プロセスでは、一次冷却ループ冷媒補給源は、供給ガス、LNG貯蔵タンクからのボイルオフガス(BOG)、又は陸上若しくは海上貯蔵設備からの再ガス化LNGであり得る。再ガス化LNGの直接充填は、一次冷却ループ始動中に液体に凝結しない超希薄(ultra-lean)組成物を必要とすることになる。このような制限は、プロジェクトのスケジュール及びコストに悪影響を与える恐れがある。さらに、供給ガス及び／又はBOGガス組成物の組成は、貯蔵所条件及び／又はガスプラント稼働条件で変化する可能性がある。ガス状冷媒組成の変化は液化性能に影響を及ぼし、至適稼働条件からプロセスを逸脱させる恐れがある。始動又は補給プロセスのために供給ガスを使用する場合、一次冷却ループ冷媒は、コンプレッサ及びターボエキスパンダコンプレッサの吸込側に入る前に単相でとどまるために十分低いC2+含量を有するべきである。さらに、主低温熱交換器の一次ループ通路内にプールする液体もガスの不均等分布を引き起こす恐れがあり、主低温熱交換器の効率的運転にとって望ましくない。他方で、始動及び補給プロセスのためにBOGを使用すると、重質成分のブレイクスルーに関連する問題を回避する可能性がある。しかしながら、BOGは、通常は供給ガスよりずっと高いN2含量を有する。一般的に、高過ぎる窒素濃度は一次ループ冷媒の有効性に悪影響を与える。さらに、BOG組成は、供給ガス中の窒素、水素、ヘリウム等のライトエンドの組成の変化に非常に敏感である。表1に示すように、供給原料中の窒素濃度の0.2%増加がBOG窒素濃度の2%増加をもたらすことになる。これらの理由から、通常運転中の供給ガス組成－軽質含量(すなわち、窒素、水素、ヘリウム等)と重質含量(すなわち、C2+)の両方の変動を管理する必要性が残っている。高圧LNG液化プロセスの効率的な始動運転を提供する必要もある。
Figure 0007179155000001
最も便利かつ対費用効果の高い補給ガス源は、上流ガスプラントからの供給ガスであろう。しかしながら、貯蔵所条件によっては、重質成分に関する同考慮事柄を共有する。これらの理由から、LNG液化プラントのための対費用効果が高く、信頼できる始動プロセスを開発する必要性が残っている。
概要
開示態様に従って、天然ガスを含む供給ガス流を液化するためのシステムの始動方法を開示する。システムは、供給ガス圧縮及び膨張ループ、並びに一次冷却ループ及び過冷却ループを含む冷媒システムを有する。供給ガス圧縮及び膨張ループが始動される。冷媒システムが加圧される。一次冷却ループ内の循環が開始及び確立される。過冷却ループ内の循環が開始及び確立される。供給ガス流の流速並びに一次冷却ループ及び過冷却ループの循環速度が上昇させられる。
開示態様に従って、天然ガスを含む供給ガス流を液化するためのシステムの始動方法を開示する。システムは、一次冷却ループ及び過冷却ループを含む冷媒システムを有する。冷媒システムが加圧される。一次冷却ループ内の循環が開始及び確立される。過冷却ループ内の循環が開始及び確立される。供給ガス流の流速並びに一次冷却ループ及び過冷却ループの循環速度が上昇させられる。
前述の記載は、以下の詳細な説明をより良く理解できるように本開示の特徴の概要を広く述べた。本明細書ではさらなる特徴につても記載する。
本開示のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、下記説明、添付の特許請求の範囲及び以下に簡単に説明する添付図面から明らかになであろう。
既知の原理に従うLNG生産システムの概略図である。 開示態様に従うLNG生産システムの概略図である。 開示態様に従うLNG生産システムの概略図である。 開示態様に従うLNG生産システムの概略図である。 開示態様に従うLNG生産システムの概略図である。 開示態様に従うLNG生産システムの概略図である。 開示態様に従うLNG生産システムの概略図である。 開示態様に従うLNG生産システムの概略図である。 開示態様に従うLNG生産システムの概略図である。 本開示の態様に従う方法のフローチャートである。 本開示の態様に従う方法のフローチャートである。 本開示の態様に従う方法のフローチャートである。
図面は単なる例であり、図面によって本開示の範囲を制限する意図でないことに留意すべきである。さらに、図面は、一般的に正確な比率ではなく、本開示の種々の態様を説明する際の簡便さ及び明瞭さの目的に合わせて描いてある。
詳細な説明
次に、本開示の原理の理解を促進するため、図面に示す特徴に言及し、個別用語を用いて同一のものを記述する。それでもなお、それによって本開示の範囲を限定する意図でないことを理解すべきである。本明細書に記載される開示の原理のいずれの変形形態及びさらなる変更形態、並びにいずれのさらなる応用も、本開示が関連する技術の当業者に一般的に心に浮かぶように企図される。明瞭さのため、本開示に関係のない特徴は図面に示さないこともある。
最初に、参照し易さのため、本出願で用いる特定用語及び本テキストで使用するそれらの意味を説明する。本明細書で使用する用語について以下に定義しない限りは、関連技術者が少なくとも1つの刊行物又は発行特許で反映された当該用語に与えた最も広い定義を与えるべきである。さらに、同一又は類似目的に役立つ全ての等価物、同義物、新たな開発、及び用語又は技術は、本特許請求の範囲内に入るとみなされるので、本技術は、以下に示す用語の利用によって限定されない。
当業者には明白なように、様々な人が様々な名称で同一の特徴又は要素に言及することがある。本文書は、名称のみが異なる要素又は特徴を区別するつもりはない。図面は、必ずしも正確な比率ではない。本明細書では比率を誇張するか又は概略的形態で特定の特徴及び要素を示すことがあり、明瞭さ及び簡便さのために従来要素の一部の詳細を示さないことがある。本明細書に記載の図面に言及するとき、単純にするため複数の図面で同一の参照番号に言及することがある。下記説明及び特許請求の範囲では、用語「including」及び「comprising」は、無制限様式で使用し、従って、「含むが、これらに限定されない」という意味に解釈すべきである。
品詞「the」、「a」及び「an」は、必ずしも1のみを意味するよう限定されず、むしろ、場合よっては、複数の該要素を含めるように、包括的かつ無制限である。
本明細書で使用する場合、用語「約(approximately)」、「約(about)」、「実質的に」、及び類似用語は、本開示の主題が関連する技術の当業者に一般的かつ許容される用法と調和する広い意味を有するよう意図される。本開示を精査する当業者は、これらの用語が、記載及び請求される明白な特徴の記述をこれらの特徴の範囲を与えられた正確な数値範囲に限定することなく認めるよう意図されることを理解すべきである。従って、これらの用語は、記載される主題のごくわすか又は重要でない修正又は変更は本開示の範囲内に入るものとみなされることを示すものと解釈すべきである。「近い」という用語は、数又は量の2%以内、又は5%以内、又は10%以内を意味するよう意図される。
本明細書で使用する場合、用語「周囲」は、装置が配置される大気環境又は水域環境を指す。本明細書で使用する用語「周囲温度」又は「周囲温度に近い温度」は、特別の定めのない限り、任意の物理的又は化学的事象が起こる環境の温度プラス又はマイナス10度、或いは、5度、或いは、3度、或いは2度、或いは1度の温度を指す。周囲温度の典型的範囲は、約0℃(32°F)と約40℃(104°F)の間であるが、この範囲より高いか又は低い温度が周囲温度に含まれることがある。それは、温度及び／又は湿度が制御されているビル又は他の構造体内のような特定の特性を有する環境を準備する一部の特殊用途で考えられるが、このような環境は、それがヒートシンク材料の体積よりかなり大きく、装置の作動によって実質的に影響を受けない場合にのみ「周囲」であるとみなされる。「周囲」環境のこの定義は、静的環境を必要としないことに留意すべきである。実際に、環境条件は、熱力学的エンジンの作動以外の多くの要因の結果として変化することがあり、温度、湿度及び他の条件は、規則的概日周期の結果として、地域の気候パターンの変化の結果として等で変化し得る。
本明細書で使用する場合、「コンパンダ」は、1つ以上のコンプレッサと1つ以上のエキスパンダの組み合わせを意味する。
本明細書で使用する場合、用語「圧縮ユニット」は、いずれか1つのタイプの圧縮機器又は同一若しくは異なるタイプの圧縮機器の組み合わせを意味し、物質又は物質混合物の圧縮技術で知られる補助機器が含まれることがある。「圧縮ユニット」が1つ以上の圧縮段階を利用することもある。例示コンプレッサとしては、限定するものではないが、容積式タイプ、例えば往復コンプレッサ及び回転コンプレッサ等、並びに動的タイプ、例えば、遠心コンプレッサ及び軸流コンプレッサ等が挙げられる。
用語「ガス」は、「蒸気」と互換的に用いられ、液体状態又は固体状態と区別される気体状態の物質又は物質混合物と定義される。同様に、用語「液体」は、気体状態又は固体状態と区別される液体状態の物質又は物質混合物を意味する。
本明細書で使用する場合、「熱交換エリア」は、熱伝達促進技術で知られるいずれか1つのタイプの機器又は類似若しくは異なるタイプの機器の組み合わせを意味する。従って、「熱交換エリア」は1台の機器内に含まれることがあり、或いは複数台の機器に含まれるアリアを含むことがある。逆に、複数の熱交換エリアが1台の機器に含まれることもある。
「炭化水素」は、主に水素及び炭素元素を含むが、窒素、硫黄、酸素、金属元素、又は任意数の他の元素が少量存在することもある有機化合物である。本明細書で使用する場合、炭化水素は、一般的に天然ガス、油、又は化学処理施設内で見られる成分を指す。
本明細書で使用する場合、用語「ループ」と「サイクル」を互換的に用いる。
本明細書で使用する場合、「天然ガス」は、LNGの製造に適したガス状供給原料を意味し、この供給原料はメタンリッチガスである。「メタンリッチガス」は、主成分としてメタン(C1)を含有する、すなわち、質量で少なくとも50%のメタンの組成を有するガスである。天然ガスには、油田井から得られるガス(随伴ガス)又はガス井から得られるガス(非随伴ガス)が含まれることがある。
開示態様は、天然ガス及び他のメタンリッチガス流を液化して液化天然ガス(LNG)及び／又は他の液化メタンリッチガスを生成するプロセスの始動方法を提供し、この液化プロセスは一次冷却ループ及び過冷却ループを含む。1つ以上の態様において、一次冷却ループの上流に分離器が連結されて熱交換器ゾーンを与え、そこで供給ガスが冷却されて液化ガス流を形成する。天然ガス、メタンリッチガス流、又は液化石油ガス(LPG)、ボイルオフガス(BOG)、若しくは窒素の1種以上とのそれらの混合物を含む一次冷却ループ冷媒源流が分離器内に供給される。分離器は、始動工程中に一次ループ冷媒源ガス流の過剰な重質炭化水素成分を凝結させ、それによってガス状オーバヘッド冷媒流を生成する。ガス状オーバヘッド冷媒流は、熱交換器ゾーンの一次再冷却ループ経路に送り込まれる。
本開示の第1の態様では、一次冷却ループが最初に開始され、供給ガス流で直接充填される。該始動方法は、冷媒システムを加圧する工程、一次冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程、過冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程、並びに流速を上昇させる工程を含む。
本開示の第2の態様では、過冷却ループが最初に充填され、次に供給ガスが冷却されて分離器内でオーバヘッドガスを発生させて一次ループに送り込まれる。この始動方法は、冷媒システムを加圧する工程、過冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程、一次ループ内の循環を開始及び確立する工程、並びに流速を上昇させる工程を含む。
本開示の第3の態様では、過冷却ループが最初に充填され、次に一次冷却ループが開始され、供給ガス流で充填される。この始動方法は、冷媒システムを加圧する工程、過冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程、一次ループ内の循環を開始及び確立する工程、並びに流速を上昇させる工程を含む。
開ループ構造に適用できる本開示の第4の態様では、最初に一次ループが充填及び開始される。この始動方法は、冷媒システムを加圧する工程、一次冷却ループ内で循環を開始及び確立する工程、過冷却ループ内で循環を開始及び確立する工程、並びに流速を上昇させる工程を含む。
本開示の第1の態様は下記工程を含み得る：(1)供給ガス流を1,200psia(8.3×106Pa)未満の圧力で供給する工程；(2)熱交換器ゾーンの供給ガス経路を加圧する工程；(3)窒素を用いて、過冷却ループの最低設計圧力の最高で90%まで過冷却ループを加圧してから、循環通路を閉鎖する工程；(4)一次ループにガス流を供給する工程によって、一次冷媒ループの最低設計圧力の最高で90%の圧力まで一次冷媒ループを加圧してから、循環通路を閉鎖する工程；(5)最小速度及びASVによるフルリサイクルで一次ループコンプレッサを開始し、それによって一次ループの加圧された圧力より低い吸込圧力及び一次ループの加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(6)一次ループコンプレッサの下流で一次ループ循環通路を徐々に開いて、一次ループ内部のガスを減圧及び冷却する工程；(7)減圧及び冷却された一次ガスを少なくとも1つの分離器に送って、始動中の吸込圧力目標を維持するために添加される供給ガスと混合し、冷却された一次ガス流の過剰な重質炭化水素成分を凝結させ、ガス状オーバヘッド冷媒流を生成する工程；(8)ガス状オーバヘッド冷媒流を熱交換器ゾーンに通して間接熱交換によってガス流の少なくとも一部を冷却し、それによって温一次冷媒を生成する工程；(9)温一次冷媒を圧縮して、圧縮された一次ループ冷媒を生成する工程；(10)供給ガスを添加して一次コンプレッサの吸込圧力を維持しながら、徐々に一次冷却ループコンプレッサ吐出圧力を上昇させて、工程(5)～(9)を繰り返し、それによって一次冷却ループ循環速度を徐々に上昇させる工程；(11)循環速度がコンパンダの運転に必要とされる最小流速に達したときに一次ループ内のコンパンダを開始する工程；(12)一次ループ冷媒だけで定常状態運転を確立する工程；(13)過冷却ループコンプレッサを最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、それによって過冷却ループの加圧された圧力より低い吸込圧力及び過冷却ループの加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(14)窒素を含み得る過冷却冷媒を熱交換器ゾーンに送って、循環している一次冷媒の少なくとも一部を温め、それによって冷却された過冷却冷媒を形成する工程；(16)冷却された過冷却冷媒の下流で過冷却循環通路を徐々に開いて、冷却された窒素を減圧及び冷却し、それによって過冷却ループの冷却された冷媒を形成する工程；(17)この過冷却ループの冷却された冷媒を熱交換器ゾーンに送って、間接熱交換によってガス流の少なくとも一部を冷却し、それによって温過冷却冷媒を形成する工程；(18)温過冷却冷媒を圧縮して、圧縮された過冷却ループ冷媒を生成する工程；(19)徐々に過冷却コンプレッサ吐出圧力を上昇させる工程；(20)過冷却ループ冷媒を過冷却ループに添加して、始動中の吸込圧力目標を維持する工程；(21)供給ガスを添加して一次コンプレッサの吸込圧力を維持しながら、徐々にコンプレッサの吐出圧力を上昇させて工程(13)～(20)を繰り返し、それによって一次ループ循環速度を徐々に上昇させる工程；(22)コンパンダの運転に必要とされる最小流速に達したときに過冷却ループ内のコンパンダを開始する工程；(23)設計圧力及びターンダウン速度条件での一次ループ冷媒と過冷却ループ冷媒の両循環で定常状態運転を確立する工程；及び(24)供給ガス速度及びループ循環速度を設計流速まで徐々に上昇させる工程。
本開示の第2の態様は下記工程を含み得る：ガス流を1,200psia(8.3×106Pa)未満の圧力で供給する工程；(2)熱交換器ゾーンの供給ガス経路を加圧する工程；(3)窒素等の過冷却冷媒を用いて、過冷却ループの最低設計圧力の最高で90%まで過冷却ループを加圧してから、循環通路を閉鎖する工程；(4)ガス流を一次ループに供給することによって、一次冷媒ループの最低設計圧力の最高で90%の圧力まで一次冷媒ループを加圧してから、循環通路を閉鎖する工程；(5)過冷却ループコンプレッサを最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、それによって過冷却ループの加圧された圧力より低い吸込圧力及び過冷却ループの加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(6)過冷却冷媒を熱交換器ゾーンに送って、循環している一次冷媒の少なくとも一部を温め、それによって冷却された過冷却冷媒を形成する工程；(7)冷却された過冷却冷媒の下流で過冷却循環通路を徐々に開いて、冷却された過冷却冷媒を減圧及び冷却し、それによって冷却された過冷却冷媒を形成する工程；(8)冷却された過冷却冷媒を熱交換器ゾーンに送って、ガス流の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温過冷却冷媒を形成する工程；(9)温過冷却冷媒を圧縮して、圧縮された過冷却冷媒を生成する工程；(10)過冷却コンプレッサ吐出圧力を徐々に上昇させる工程；(11)窒素又は追加過冷却冷媒を過冷却ループに添加して、始動中の吸込圧力目標を維持する工程；(12)循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに過冷却ループ内のコンパンダを開始する工程；(13)過冷却ループ冷媒の循環だけで定常状態運転を確立する工程；(14)冷却された供給ガスの一部又は全てを減圧及びさらに冷却する工程；(15)減圧及び冷却された供給ガスを一次ループ内の少なくとも1つの分離器に送り、この分離器は、冷却された一次ガス流の過剰な重質炭化水素成分を分離器の底部に凝結させるか、又は他の方法で分離し、それによってガス状オーバヘッド冷媒流を生成する工程；(16)一次ループをガス状オーバヘッド冷媒流で徐々に満たし、冷却し、一次冷媒ループの最低設計圧力の最高で90%の圧力まで加圧する工程;(17)一次ループコンプレッサを最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、それによって、一次ループの加圧された圧力より低い吸込圧力、及び一次ループの加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(18)一次ループコンプレッサの下流で一次ループ循環通路を徐々に開いて、一次ループ内部のガスを減圧及び冷却する工程；(19)減圧及び冷却された一次ガスを分離器に送って、始動中の吸込圧力目標を維持するために加えられた減圧及び冷却された供給ガスと混合し、それによって冷却された一次ガス流の過剰な重質炭化水素成分を凝結させるか又は他の方法で分離し、ガス状オーバヘッド冷媒流を生成する工程；(20)ガス状オーバヘッド冷媒流を熱交換器ゾーンに通してガス流の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温一次冷媒を形成する工程；(21)温一次冷媒をを圧縮して、圧縮された一次ループ冷媒を生成する工程；(22)供給ガスを添加して一次ループコンプレッサの吸込圧力を維持しながら、一次コンプレッサ吐出圧力を徐々に上昇させて工程(14)～(21)を繰り返し、それによって一次ループ循環速度を徐々に上昇させる工程；(23)循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに一次ループ内のコンパンダを開始する工程；(24)設計圧力及びターンダウン速度条件での一次ループ冷媒と過冷却ループ冷媒の両循環で定常状態運転を確立する工程；及び(25)供給ガス速度及びループ循環速度を、設計流速であってよい所望流速まで徐々に上昇させる工程。
本開示の第3態様は下記工程を含み得る：(1)ガス流を1,200psia(8.3×106Pa)未満の圧力で供給する工程；(2)熱交換器ゾーンの供給ガス経路を加圧する工程；(3)窒素等の冷媒を用いて、過冷却ループの最低設計圧力の最高で90%まで過冷却ループを加圧してから、循環通路を閉鎖する工程；(4)ガス流を一次ループに供給することによって、一次冷媒ループの最低設計圧力の最高で90%の圧力まで一次冷媒ループを加圧してから、循環通路を閉鎖する工程；(5)過冷却ループコンプレッサを最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始して、過冷却ループの加圧された圧力より低い吸込圧力及び過冷却ループの加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(6)熱交換器ゾーンに窒素を送って、循環している一次冷媒の少なくとも一部を温め、それによって冷却された窒素を形成する工程；(7)冷却された窒素の下流で過冷却循環通路を徐々に開いて、冷却された窒素を減圧及び冷却し、それによって過冷却ループの冷却された冷媒を形成する工程；(8)過冷却ループの冷却された冷媒を熱交換器ゾーンに送って、ガス流の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温窒素冷媒を形成する工程；(9)温窒素冷媒を圧縮して、圧縮された過冷却ループ冷媒を生成する工程；(10)過冷却コンプレッサ吐出圧力を徐々に上昇させる工程；(11)窒素を過冷却ループに添加して、始動中の吸込圧力目標を維持する工程；(12)循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに過冷却ループ内のコンパンダを開始する工程；(13)過冷却ループ冷媒の循環だけで定常状態運転を維持する工程；(14)一次ループコンプレッサを最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、それによって、一次ループの加圧された圧力より低い吸込圧力、及び一次ループの加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(15)一次ループコンプレッサの下流で一次ループ循環通路を徐々に開いて、一次ループ内部のガス流を減圧及び冷却する工程；(16)減圧及び冷却された一次ガスを少なくとも1つの分離器に送り、その中で、始動中の吸込圧力目標を維持するために添加される供給ガスと混合し、冷却された一次ガス流の過剰な重質炭化水素成分を底部に凝結させ、ガス状オーバヘッド冷媒流を生成する工程；(17)ガス状オーバヘッド冷媒流を熱交換器ゾーンに通して、ガス流の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温一次冷媒を形成する工程；(18)温一次冷媒を圧縮して、圧縮された一次ループ冷媒を生成する工程；(19)供給ガスを添加して一次コンプレッサの吸込圧力を維持しながら、一次コンプレッサ吐出圧力を徐々に上昇させて工程(13)～(18)を繰り返し、それによって一次ループ循環速度を徐々に上昇させる工程；(19)循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに一次ループ内のコンパンダを開始する工程；(20)設計圧力及びターンダウン速度条件での一次ループ冷媒と過冷却ループ冷媒の両循環で定常状態運転を確立する工程；及び(21)供給ガス速度及びループ循環速度を徐々に設計流速まで上昇させる工程。
本開示の第4の態様は下記工程を含み得る：(1)ガス流を1,200psia未満(8.3×106Pa)の圧力で供給する工程；(2)熱交換器ゾーンの供給ガス経路を加圧する工程；(3)窒素等の過冷却冷媒を用いて過冷却ループの最低設計圧力の最高で90%まで過冷却ループを加圧してから、循環通路を閉鎖する工程；(4)ガス流を一次ループに供給することによって、一次冷媒ループの最低設計圧力の最高で90%の圧力まで一次冷媒ループを加圧してから、循環通路を閉鎖する工程；(5)一次ループコンプレッサを最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、一次ループの加圧された圧力より低い吸込圧力及び一次ループの加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(6)一次ループコンプレッサの下流で一次ループ循環通路を徐々に開いて、一次ループ内部のガスを減圧及び冷却する工程；(7a)減圧され、冷却された第2のガス流を第1の減圧されたガス流及び冷却されたガス流に分ける工程；(7b)第1の減圧されたガス流を減圧して、第2の減圧されたガス流を生成する工程；(7c)第2の減圧されたガス流を少なくとも1つの分離器に送り、それによって第2の膨張した冷媒の過剰な重質炭化水素成分を凝結させ、ガス状オーバヘッド冷媒流を生成する工程；(8)ガス状オーバヘッド冷媒流を熱交換器ゾーンに通して、冷却されたガス流の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温一次冷媒流を形成する工程；(9)温一次冷媒流を圧縮して、圧縮された一次ループ冷媒流を生成する工程；(10)供給ガスを添加して供給コンプレッサの吸込圧力を維持しながら、一次コンプレッサ吐出圧力を徐々に上昇させて工程(5)～(9)を繰り返し、それによって一次ループ循環速度を徐々に上昇させる工程；(11)循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに一次ループ内のコンパンダを開始する工程；(12)一次ループ冷媒だけで定常状態運転を確立する工程；(13)過冷却ループコンプレッサを最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、それによって、過冷却ループの加圧された圧力より低い吸込圧力、及び過冷却ループの加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(14)過冷却冷媒を熱交換器ゾーンに送って、循環している一次冷媒の少なくとも一部を温め、それによって冷却された過冷却冷媒を形成する工程；(16)冷却された過冷却冷媒の下流で過冷却循環通路を徐々に開いて、冷却された過冷却冷媒を減圧及び冷却し、それによって過冷却ループの冷却された冷媒を形成する工程；(17)過冷却ループの冷却された冷媒を熱交換器ゾーンに通して、ガス流の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温過冷却冷媒を形成する工程；(18)温過冷却冷媒を圧縮して、圧縮された過冷却ループ冷媒を生成する工程；(19)過冷却コンプレッサ吐出圧力を徐々に上昇させる工程；(20)過冷却冷媒を過冷却ループに添加して、始動中の吸込圧力目標を維持する工程；(21)循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに過冷却ループ内のコンパンダを開始する工程；(22)設計圧力及びターンダウン速度条件での一次ループ冷媒と過冷却ループ冷媒の両循環で定常状態運転を確立する工程；及び(23)設計流速であり得る所望流速まで供給ガス速度及びループ循環速度を徐々に上昇させる工程。
1つ以上の開示態様は、始動プロセスのために供給ガス流を供給する前に、供給ガス流を1,600psia(1.1×107Pa)以下の圧力まで圧縮してから圧縮ガス流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却する工程を含むことがある。1つ以上の開示態様は、始動プロセスのために供給ガス流を供給する前に、外部冷却ユニット内で供給ガス流を周囲温度未満の温度まで間接熱交換によって冷却する工程を含むことがある。1つ以上の開示態様は、始動プロセスのために供給ガス流を供給する前に、供給流をより低い圧力に減圧する工程を含むことがある。1つ以上の開示態様は、圧縮され、冷却された冷媒を第2の熱交換器ゾーンに送る前に、圧縮され、冷却された冷媒を外部冷却ユニットで間接熱交換によって周囲温度未満の温度まで冷却する工程を含むことがある。記載したこれらの追加工程は、単独で又は互いに組み合わせて利用してよい。
開示態様は、既知の液化始動プロセスに勝るいくつかの利点を有する。既知の液化システムでは、供給ガス流は常に、一次冷媒ループの始動に使用するのに十分なほど希薄でなければならない。或いは、大量のLNGを現地外で調達して、始動プロセスのために十分なBOG又はフラッシュガスを発生させなければならない。始動プロセスに必要な一次ループクーラント生成を加速するためのBOG又はフラッシュガス操作には加熱源及び熱伝達機器が必要とされることもある。さらに、BOG又はフラッシュガスは、一般的に供給ガスよりずっと高い窒素含量を有する。一次冷却ループ内の高窒素濃度は、より高い動力消費を要求することによって又はより大きい主低温熱交換器を必要とすることによって、一次冷却ループ冷媒の有効性に悪影響を及ぼす。対照的に、開示態様は、一次冷却ループを始動するために広範な供給ガス(希薄からリッチまで)の使用を可能にする。既知の始動プロセスで用いられる比較可能な構造を用いてこのような半希薄又はリッチな供給ガス流を始動及び液化するためのBOGの使用に比べて、主低温熱交換器のサイズが10～16%減少し、熱効率が約1%まで改善する。現地外調達のLNGから発生されるBOG又はフラッシュガスに比べて、開示態様は、ガス井からの供給ガスとより良く調和する可能性がある一次冷媒ループ用の軽質(例えば、窒素)及び重質(例えば、C2+)含量の目録を作成する際のフレキシビリティをも提供し、それによってエネルギー使用を最適化するか又は生産率を高める。
図2は、本開示のある態様に従う液化システム200を示す概略図である。液化システム200は、エキスパンダループと呼ばれることもある一次冷却ループ202を含む。液化システムは、過冷却冷媒として窒素を充填するのが好ましい閉冷媒ループである過冷却ループ204をも含む。一次冷却ループ202内では、冷媒流205が熱交換器ゾーン201に方向づけられ、そこで冷媒流205が供給ガス流206と熱交換して第1の温冷媒流208を形成する。第1の温冷媒流208は、1つ以上の圧縮ユニット218、220内で1,500psia(1.0×107Pa)超の圧力、さらに好ましくは、約3,000psia(2.1×107Pa)の圧力まで圧縮されて、圧縮された冷媒流222を形成する。圧縮された冷媒流222は、次に冷却器224内の周囲冷却媒体(空気又は水)と接触して冷却されて、圧縮され、冷却された冷媒流226を生成する。冷却器224は、前述の冷却器112と同様であってよい。圧縮され、冷却された冷媒流226は、エキスパンダ228内でほぼ等エントロピー的に膨張して、膨張し、冷却された冷媒流230を生成する。エキスパンダ228は、圧縮のために抽出及び使用可能なワークを生成するワーク膨張装置、例えばガスエキスパンダであってよい。
膨張し、冷却された冷媒流230の全て又は一部が分離容器232に方向づけられる。補給ガス流234も分離容器232に方向づけられ、その中で膨張し、冷却された冷媒流230と混ざる。補給ガス流234が分離容器232に添加される速度は、機器シールからの漏出等の要因による冷媒損失速度によって決まる。混合は、補給ガス流234に含まれる重質炭化水素成分(例えば、C2+化合物)を凝結させることによって補給ガス流234を調整する。凝結成分は分離器の底部に蓄積し、周期的に分離器底部流236として排出されて、分離容器232内の所望の液体レベルを維持する。凝結重質炭化水素成分を引いた、調整された補給ガス流が、ガス状オーバヘッド冷媒流238として分離容器を出る。ガス状オーバヘッド冷媒流238は場合により、膨張し、冷却された冷媒流230のバイパス流230aと混ざって冷媒流205を形成する。
熱交換器ゾーン201は、複数の熱交換装置を含むことがあり、図2に示す態様では、熱交換器ゾーンは、主熱交換器240及び過冷却熱交換器242を含む。主熱交換器240は、冷媒流205と熱交換する。これらの熱交換器は、アルミろう付熱交換器タイプ、プレートフィン熱交換器タイプ、渦巻形熱交換器タイプ、又はその組み合わせであってよい。過冷却ループ204内で、膨張した過冷却冷媒流244(好ましくは窒素を含む)がエキスパンダ246から吐出され、過冷却熱交換器242及び主熱交換器240を経て引き出される。膨張した過冷却冷媒流244は、次に圧縮ユニット248に送られ、そこでより高い圧力に再圧縮され、温められる。圧縮ユニット248を出た後、再圧縮された過冷却冷媒流250は冷却器252内で冷却される。これはいずれのタイプの冷却器を使用してもよいが、冷却器224と同タイプのものであり得る。冷却後、再圧縮された過冷却冷媒流は、主熱交換器240に通され、そこで冷媒流205及び膨張した過冷却冷媒流244との間接熱交換によってさらに冷却される。熱交換エリア201を出た後、再圧縮及び冷却された過冷却冷媒流はエキスパンダ246を通って膨張して、膨張した過冷却冷媒流244をもたらし、これは本明細書に記載どおりに熱交換器ゾーンを通って再循環される。このように、供給ガス流206は、熱交換器ゾーン201内で冷却、液化及び過冷却されて、過冷却ガス流254を生成する。過冷却ガス流254は、次にエキスパンダ256内でより低い圧力まで膨張して液体フラクション及び残留蒸気フラクションを形成する。エキスパンダ256は、いずれの減圧装置であってもよく、限定するものではないが、弁、制御弁、ジュール・トムソン弁、ベンチュリ装置、液体エキスパンダ、水力タービン等が挙げられる。今やより低い圧力であり、部分的に液化された過冷却流254はサージタンク258に送られ、そこで液化フラクション260がLNG流262としてプロセスから引き抜かれる。サージタンクからフラッシュ蒸気流264として引き抜かれる残留蒸気フラクションは、コンプレッサユニットに動力を与える燃料として使用し得る。
図3は、本開示の別の態様に従う液化システム300を示す概略図である。液化システム300は液化システム200と類似しており、簡単にするため、同様に描いたか又は番号付けした要素についてはさらに記載しないことがある。液化システム300は、一次冷却ループ302及び過冷却ループ304を含む。過冷却ループ304は、過冷却冷媒として窒素を充填するのが好ましい閉冷媒ループである。液化システム300は熱交換器ゾーン301をも含む。一次冷却ループ302内で、冷媒流305が熱交換器ゾーン301に方向づけられ、そこで冷媒流305は供給ガス流306と熱交換して第1の温冷媒流308を形成する。第1の温冷媒流308は、1つ以上の圧縮ユニット318、320内で1,500psia(1.0×107Pa)超の圧力、さらに好ましくは、約3,000psia(2.1×107Pa)の圧力まで圧縮されて、圧縮された冷媒流322を形成する。圧縮された冷媒流322は、次に冷却器324内の周囲冷却媒体(空気又は水)と接触して冷却されて、圧縮され、冷却された冷媒流326を生成する。冷却器324は、前述した冷却器112と同様であってよい。圧縮され、冷却された冷媒流326は、エキスパンダ328内でほぼ等エントロピー的に膨張して、膨張し、冷却された冷媒流330を生成する。エキスパンダ328は、圧縮のために抽出及び使用可能なワークを生成するワーク膨張装置、例えばガスエキスパンダであってよい。
液化システム200とは対照的に、膨張し、冷却された冷媒流330の全てが、分離容器332に方向づけられる。補給ガス流334も分離容器332に方向づけられ、その中で、膨張し、冷却された冷媒流330と混ざる。補給ガス流334が分離容器332に添加される速度は、機器シールからの漏出等の要因による冷媒損失の速度によって決まる。混合は、補給ガス流334に含まれる重質炭化水素成分(例えば、C2+化合物)を凝結させることによって補給ガス流334を調整する。凝結成分は分離器の底部に蓄積し、周期的に分離器底部流336として排出されて、分離容器332内の所望の液体レベルを維持する。凝結重質炭化水素成分を引いた、調整された補給ガス流はガス状オーバヘッド冷媒流338として分離容器を出る。ガス状オーバヘッド冷媒流338は冷媒流305を形成する。
熱交換器ゾーン301は、複数の熱交換装置を含むことがあり、図3に示す態様では、熱交換器ゾーンは、主熱交換器340及び過冷却熱交換器342を含む。主熱交換器340は冷媒流305と熱交換する。これらの熱交換器は、アルミろう付熱交換器タイプ、プレートフィン熱交換器タイプ、渦巻形熱交換器タイプ、又はその組み合わせであってよい。過冷却ループ304内で、膨張した過冷却冷媒流344(好ましくは窒素を含む)がエキスパンダ346から吐出され、過冷却熱交換器342及び主熱交換器340を経て引き出される。膨張した過冷却冷媒流344は、次に圧縮ユニット348に送られ、そこでより高い圧力に再圧縮され、温められる。圧縮ユニット348を出た後、再圧縮された過冷却冷媒流350は冷却器352内で冷却される。これは、いずれのタイプの冷却器を使用してもよいが、冷却器324と同タイプのものであり得る。冷却後、再圧縮された過冷却冷媒流は、主熱交換器340に通され、そこで冷媒流305及び膨張した過冷却冷媒流344との間接熱交換によってさらに冷却される。熱交換エリア301を出た後、再圧縮及び冷却された過冷却冷媒流は、エキスパンダ246を通って膨張して、膨張した過冷却冷媒流344をもたらし、これは本明細書に記載どおりに熱交換器ゾーンを通って再循環される。このように、供給ガス流306は、熱交換器ゾーン301内で冷却、液化及び過冷却されて、過冷却ガス流354を生成する。過冷却ガス流354は、次にエキスパンダ356内でより低い圧力まで膨張して液体フラクション及び残留蒸気フラクションを形成する。エキスパンダ356は、いずれの減圧装置であってもよく、限定するものではないが、弁、制御弁、ジュール・トムソン弁、ベンチュリ装置、液体エキスパンダ、水力タービン等が挙げられる。今やより低い圧力であり、部分的に液化された過冷却流354はサージタンク358に送られ、そこで液化フラクション360がLNG流362としてプロセスから引き抜かれる。サージタンクからフラッシュ蒸気流364として引き抜かれる残留蒸気フラクションは、コンプレッサユニットに動力を与える燃料として使用し得る。
図4は、本開示の別の態様に従う液化システム400を示す概略図である。液化システム400は液化システム200と類似しており、簡単にするため、同様に描いたか又は番号付けした要素についてはさらに記載しないことがある。液化システム400は一次冷却ループ402及び過冷却ループ404を含む。液化システム400は、第1及び第2の熱交換器ゾーン401、410を含む。第1の熱交換器ゾーン401内で、第1の温冷媒流405を用いて供給ガス流406を液化する。第2の熱交換器ゾーン410内の1つ以上の熱交換器410aは、第1の温冷媒流408の全て又は一部を用いて、圧縮され、冷却された冷媒流426を冷却し、それによって第2の温冷媒流409を形成する。第1の熱交換器ゾーン401は、第2の熱交換器ゾーン410から物理的に離れていてよい。さらに、第1の熱交換器ゾーンの熱交換器は、第2の熱交換器ゾーンの熱交換器と異なるタイプのものであってもよい。両熱交換器ゾーンは、複数の熱交換器を含んでよい。
第1の温冷媒流405は、第1の熱交換器ゾーン401内の最高流体温度より少なくとも5°F冷たい、さらに好ましくは少なくとも10°F冷たい、さらに好ましくは少なくとも15°F冷たい温度を有する。第2の温冷媒流409は、1つ以上のコンプレッサ418、420内で1,500psia(1.0×107Pa)超の圧力、さらに好ましくは約3,000psia(2.1×107Pa)の圧力まで圧縮され、それによって圧縮された冷媒流422を形成し得る。圧縮された冷媒流422は、次に冷却器424内の周囲冷却媒体(空気又は水)と接触して冷却されて、圧縮され、冷却された冷媒流426を生成し、これは第2の熱交換器ゾーン410に方向づけられて、圧縮され、さらに冷却された冷媒流429を形成する。圧縮され、さらに冷却された冷媒流429は、エキスパンダ428内でほぼ等エントロピー的に膨張して、膨張し、冷却された冷媒流430を生成する。膨張し、冷却された冷媒流430の全て又は一部が分離容器432に方向づけられ、そこで、図2に関して前述したように補給ガス流434と混合される。補給ガス流434が分離容器432に添加される速度は、機器シールからの漏出等の要因による冷媒損失の速度によって決まる。凝結重質炭化水素成分を引いた、調整された補給ガス流が分離容器をガス状オーバヘッド冷媒流438として出る。ガス状オーバヘッド冷媒流438は、場合により、膨張し、冷却された冷媒流430のバイパス流430aと混ざって、温冷媒流405を形成する。
図5は、本開示の別の態様に従う液化システム500を示す概略図である。液化システム500は、液化システム200及び300と類似しており、簡単にするため、同様に描いたか又は番号付けした要素についてはさらに記載しないことがある。液化システム500は、一次冷却ループ502及び過冷却ループ504を含む。液化システム500は、熱交換器ゾーン501をも含む。液化システム500の流れは、コンプレッサ566内で供給ガス流506を圧縮してから、この圧縮された供給ガス567を冷却器568を用いて、周囲空気又は水で冷却して、冷却され、圧縮された供給ガス流570を生成する追加工程を含む。供給ガスの圧縮を利用して、液化プロセスの全体的効率を改善し、LNG生産量を増やすことができる。
図6は、本開示のさらに別の態様に従う液化システム600を示す概略図である。液化システム600は液化システム200及び300と類似しており、簡単にするため、同様に描いたか又は番号付けした要素についてはさらに記載しないことがある。液化システム600は一次冷却ループ602及び過冷却ループ604を含む。液化システム600は熱交換器ゾーン601をも含む。液化システム600は、外部冷却ユニット665内で、供給ガス流606を周囲温度未満の温度まで冷却して、冷却されたガス流667を生成する追加工程を含む。冷却されたガス流667は、次に前述したように第1の熱交換器ゾーン601に方向づけられる。図6に示す供給ガスの冷却工程を利用して、液化プロセスの全体的効率を改善し、LNG生産量を増やすことができる。
図7は、本開示の別の態様に従う液化システム700を示す概略図である。液化システム700は、液化システム200と類似しており、簡単にするため、同様に描いたか又は番号付けした要素についてはさらに記載しないことがある。液化システム700は一次冷却ループ702及び過冷却ループ704を含む。液化システム700は第1及び第2の熱交換器ゾーン701、710をも含む。液化システム700は、圧縮され、冷却された冷媒726を一次冷却ループ702内で周囲温度未満の温度まで冷却し、それによって圧縮され、冷却された冷媒776を生成する外部冷却ユニット774を含む。圧縮され、冷却された冷媒776は、次に前述したように第2の熱交換器ゾーン710に方向づけられる。外部冷却ユニットを利用して、圧縮された冷たい冷媒をさらに冷却して、液化プロセスの全体的効率を改善し、LNG生産量を増やすことができる。
図8は、本開示の別の態様に従う液化システム800を示す概略図である。液化システム800は、液化システム400と類似しており、簡単にするため、同様に描いたか又は番号付けした要素についてはさらに記載しないことがある。液化システム800は、一次冷却ルー802及び過冷却ループ804を含む。液化システム800は、第1及び第2の熱交換器ゾーン801、810をも含む。液化システム800では、コンプレッサ880内で供給ガス流806が少なくとも1,500psia(1.0×107Pa)の圧力まで圧縮され、それによって圧縮されたガス流881を形成する。外部冷却ユニット882を用いて、圧縮されたガス流881は周囲温度空気又は水との間接熱交換によって冷却されて、圧縮され、冷却されたガス流883を形成する。圧縮され、冷却されたガス流883は、少なくとも1つのワーク生成エキスパンダ884内で、2,000psia(1.4×107Pa)未満であるが、ガス流が圧縮された圧力以下の圧力まで膨張し、それによって冷却ガス流886を形成する。冷却ガス流886は、次に第1の熱交換器ゾーン801に方向づけられ、そこで、前述したように一次冷却冷媒及び過冷却冷媒を用いて冷却ガス流が液化される。
液化システム800は、さらに本明細書で開示するように始動運転中に冷却ガス流886の一部888から供給される供給ガス圧縮及び膨張ループ887をさらに含む。一部888は、補給ガス流834を与えることもあり、これが分離容器832に投入される。弁889が、分離容器への一部888の流れを制御する。
開示態様に従って、図8に示すシステム800の始動方法を以下に記載する。ここで開示する始動方法は、他のシステム200～700及び900に適用可能であることを理解すべきである。
A. 供給ガス圧縮及び膨張ループの始動
供給ガス圧縮及び膨張ループ887の始動プロセスは、下記工程の1つ以上の実行を含む：(1)供給ガス流886を供給して、供給ガス圧縮及び膨張ループ887を加圧する工程；(2)コンプレッサ880を最小速度及びそのアンチサージ弁(ASV)によるフルリサイクルで開始し、それによって、供給ガス圧縮及び膨張ループ887内の供給ガス流の加圧された圧力より低い吸込圧力、及び供給ガス圧縮及び膨張ループ887内の供給ガス流の加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(3)コンプレッサ880の下流で供給ガスループの循環を徐々に可能にして、外部冷却ユニット882内の周囲温度空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却されたガス流883を形成する工程；(4)圧縮され、冷却されたガス流883は、次に少なくとも1つのワーク生成エキスパンダ884内で減圧及びさらに冷却されて、冷却ガス流886を生成する工程；(5)冷却ガス流886をコンプレッサ880の吸込側に戻し、それを供給ガス流806と混合して、コンプレッサ880の吸込側圧力目標を維持する工程；(6)コンプレッサ880の吐出圧力を徐々に上昇させる工程；(7)供給ガス循環速度が、エキスパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに供給ガス膨張及び圧縮ループ887のエキスパンダ884を開始する工程；及び(8)供給ガス膨張及び圧縮ループ887の定常状態循環を確立する工程。
B. 冷媒システムの加圧
冷媒システムの加圧は下記工程を含む：(9)過冷却ループ804を、窒素等の過冷却冷媒を用いて過冷却ループの最低設計圧力の最高で90%まで加圧してから、その後の関連循環通路を制限又は閉鎖する工程；(10)弁889を徐々に開いて、冷却ガス流886の一部888を分離容器832、ひいては一次冷却ループ802に供給することによって、一次冷媒ループ802の最低設計圧力の最高で90%の圧力まで一次冷媒ループ802を加圧してから、その後の循環を制限又は閉鎖する工程。
C. 一次ループ循環の開始及び確立
一次冷却ループ802内の循環の開始及び確立は下記工程を含む：(11)一次冷却ループ内の1つ以上のコンプレッサ818、820の少なくとも1つを最小速度及びそれぞれのASVによるフルリサイクルで開始し、一次冷却ループ802の圧力より低い吸込圧力、及び一次冷却ループ802の圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(12)1つ以上のコンプレッサ818、820の下流で一次ループ内の循環を徐々に可能にして、例えば、冷却器824及びエキスパンダ828を用いて、圧縮された冷媒流822を冷却し、膨張させ、それによって、圧縮され、さらに冷却された冷媒流830を形成する工程；(13)圧縮され、さらに冷却された冷媒流830を分離器832に送って、補給ガス流834(冷却ガス流886の一部888である)と混合して、始動中のコンプレッサ吸込圧力目標を維持し、分離器832が、圧縮され、さらに冷却された冷媒流830から過剰な重質炭化水素成分を凝結させ、ガス状オーバヘッド冷媒流838を生成する工程；(14)ガス状オーバヘッド冷媒流838を第1の熱交換器ゾーン801に通して、その中に含まれる少なくとも1つの熱交換器内でガス状オーバヘッド冷媒流838との間接熱交換によって冷却ガス流886を冷却し、それによって第1の温冷媒流808を形成する工程；(15)第1の温冷媒流を第2の熱交換器ゾーン810に方向づけ、そこで第1の温冷媒流は、圧縮され、冷却された冷媒流826と熱交換して、圧縮され、冷却された冷媒流826をさらに冷却し、それによって第2の温冷媒流809及び圧縮され、さらに冷却された冷媒流829を形成する工程；(16)少なくとも1つのコンプレッサ818、820内の第2の温冷媒流809を圧縮して、圧縮された冷媒流822を生成する工程；(17)補給流834を介して供給ガスを添加して一次コンプレッサの吸込圧力を維持しながら、コンプレッサ818、820の少なくとも1つの吐出圧力を徐々に上昇させて工程(11)～(17)を繰り返し、それによって一次冷却ループ循環速度を徐々に上昇させる工程；(18)一次冷却ループ802内の循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに一次冷却ループ802内のコンパンダを開始する工程；及び(19)一次冷却ループ冷媒だけでプロセスの定常状態運転を確立する工程。
工程(14)に関して、第1の熱交換器ゾーン内の供給ガス速度は、0～フルプロセス速度の範囲であり得る。換言すれば、冷却ガス速度は開始時に0であり、一次冷却ループ温度が徐々に低下するにつれて、その後ループ温度が所望レベルまで下がるまで徐々に活気づくことになる。第1の熱交換器ゾーン内で最小流速を有することも可能である。
D. 過冷却ループ循環の開始及び確立
過冷却ループ804内の循環の開始及び確立は下記工程を含む：(20)圧縮ユニット848を最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、過冷却ループ804の加圧された圧力により低い吸込圧力、及び過冷却ループ804の加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(21)好ましい態様では窒素を含む過冷却冷媒流を第1の熱交換器ゾーン801に送って、循環している一次冷媒の少なくとも一部を温め、それによって、冷却された過冷却冷媒流を形成する工程；(22)例えば、エキスパンダ846内で、冷却された過冷却冷媒流の下流で過冷却循環通路を徐々に開いて、冷却された過冷却冷媒流を減圧及び冷却し、それによって、膨張し、冷却された過冷却冷媒流844を形成する工程；(23)膨張し、冷却された過冷却冷媒流844を第1の熱交換器ゾーン801に送って、冷却供給ガス流886の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温過冷却冷媒流を形成する工程；(24)圧縮ユニット848内の温過冷却冷媒流を圧縮して、再圧縮された過冷却冷媒流を生成する工程；(25)圧縮ユニット848の吐出圧力を除去に上昇させる工程；(26)窒素等の過冷却クーラントを過冷却ループ804内の過冷却ループ冷媒流に添加して、始動中の吸込圧力目標を維持する工程；(27)循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに過冷却ループ804内のコンパンダを開始する工程；及び(28)設計圧力及びターンダウン速度条件での一次ループ冷媒と過冷却ループ冷媒の両循環速度の定常状態運転を確立する工程。
E. 流速の上昇
流速の上昇は、(29)供給ガス速度並びに一次冷却ループ及び過冷却ループの循環速度を、ある態様では、液化システム800の設計流速又は生産流速に相当する所望の流速まで徐々に上昇させる工程を含む。
図9は、本開示のさらに別の態様に従う液化システム900を示す概略図である。液化システム900は、先に開示した液化システムと類似の構造及び要素を含み、簡単にするため、同様に描いたか又は番号付けした要素についてはさらに記載しないことがある。液化システム900は一次冷却ループ902及び過冷却ループ904を含む。液化システム900は第1及び第2の熱交換器ゾーン901、910をも含む。液化システム900では、供給ガス流906が冷媒流907と混合されて第2の供給ガス流906aを生成する。コンプレッサ960を用いて、第2の供給ガス流906aは1,500psia(1.0×107Pa)超の圧力、さらに好ましくは約3,000psia(2.1×107Pa)の圧力まで圧縮されて、圧縮された第2のガス流961を形成する。外部冷却ユニット962を用いて、圧縮された第2のガス流961は次に周囲冷却媒体(空気又は水)と接触して冷却されて、圧縮され、冷却された第2のガス流963を生成する。圧縮され、冷却された第2のガス流963は、第2の熱交換器ゾーン910に方向づけられ、そこで、第2のガス流963は、第1の温冷媒流908と熱交換して、圧縮され、さらに冷却された第2のガス流913及び第2の温冷媒流909を生成する。
圧縮され、さらに冷却された第2のガス流913は、少なくとも1つのワーク生成エキスパンダ926内で、2,000psia(1.4×107Pa)未満であるが、第2のガス流906aが圧縮された圧力以下の圧力まで膨張し、それによって膨張し、冷却された第2のガス流980を形成する。膨張し、冷却された第2のガス流980は、第1の膨張した冷媒流905と冷却供給ガス流906bに分けられる。第1の膨張した冷媒流905は、エキスパンダ982を用いてほぼ等エントロピー的に膨張させられて、第2の膨張した冷媒流905aを形成することができ、これは分離容器932に方向づけられる。補給ガス流934も分離容器932に方向づけられて、その中で、膨張し、冷却された冷媒流930と混ざり得る。補給ガス流934が分離容器932に添加される速度は、機器シールからの漏出等の要因による冷媒損失の速度によって決まる。混合は、補給ガス流934に含まれる重質炭化水素成分(例えば、C2+化合物)を凝結させることによって補給ガス流934を調整する。凝結成分は分離器の底部に蓄積し、周期的に分離器底部流936として排出されて、分離容器932内の所望の液体レベルを維持する。凝結重質炭化水素成分を引いた、調整された補給ガス流が、ガス状オーバヘッド冷媒流938として分離容器を出る。ガス状オーバヘッド冷媒流938は、第1の熱交換器ゾーン901に方向づけられる。冷却供給ガス流906bは、第1の熱交換器ゾーン901に方向づけられ、そこで一次冷却冷媒(すなわち、ガス状オーバヘッド冷媒流938)及び過冷却冷媒(過冷却ループ904から)を用いて冷却供給ガス流906bを液化及び過冷却して過冷却ガス流948が生成され、これが先に記載したように処理されてLNGを形成する。過冷却ループ904は、過冷却冷媒として窒素を充填するのが好ましい閉冷媒ループであってよい。冷却供給ガス流906bと熱交換した後、ガス状オーバヘッド冷媒流938は第1の温冷媒流908を形成する。第1の温冷媒流908は、第1の熱交換器ゾーン901内の最高流体温度より少なくとも5°F冷たい、さらに好ましくは少なくとも10°F冷たい、さらに好ましくは少なくとも15°F冷たい温度を有し得る。第2の温冷媒流909は、1つ以上のコンプレッサ918内で圧縮されてから、外部冷却装置924内で周囲冷却媒体で冷却されて冷媒流907を生成する。
図9に示す開示の態様は、一次冷媒流が、好ましい態様では、主に又はほぼ全てメタンであり得る供給ガス流の部分を含んでよいことを実証する。実際に、全ての開示態様(すなわち、図2～9)の一次冷却ループ内の冷媒は、少なくとも85%のメタン、又は少なくとも90%のメタン、又は少なくとも95%のメタン、又は95%超のメタンを含むのが有利であり得る。これは、メタンは、開示プロセスの種々の部分で容易に利用可能であり、かつメタンの使用は、冷媒を遠隔のLNG処理場所まで輸送する必要性を排除できるためである。非限定例として、供給ガスが上記組成を満たすのにメタンが十分高い場合、図2の一次冷却ループ202内の冷媒を供給ガス流206のライン206a経由で受け取ってよい。通常運転中に補給ガスを過冷却ガス流254から受け取ってもよい。或いは、LNG貯蔵タンク257からのボイルオフガス流259の一部又は全てを用いて、一次冷却ループ202用冷媒を供給してよい。さらに、供給ガス流の窒素が十分少なければ、エンドフラッシュガス流264(結果として窒素が少ないことになる)の一部又は全てを用いて一次冷却ループ202用の冷媒を供給してよい。最後に、ライン206a、ボイルオフガス流259、及びエンドフラッシュガス流264の任意の組み合わせを用いて一次冷却ループ202に冷媒を供給するか又はたとえ時々でも補充してよい。
開示態様に従って、図9に示すシステム900の始動方法について以下に記載する。ここで開示する始動方法は、他のシステム200～800に適用可能であることを理解すべきである。
A. 冷媒システムの加圧
冷媒システムの加圧は下記工程を含む：(1)供給ガス流906を1,200psia(8.3×106Pa)未満の圧力で供給する工程；(2)コンプレッサ960を用いて、過冷却ループ904を過冷却ループの最低設計圧力の最高で90%まで窒素を用いて加圧してから、その後の循環を制限又は閉鎖する工程；及び(3)供給ガス流906を一次ループに供給することによって、一次冷却ループ902を一次冷却ループ902の最低設計圧力の最高で90%の圧力まで加圧してから、その後の循環を制限又は閉鎖する工程。
B. 一次冷却ループ循環の開始及び確立
一次冷却ループ902内の循環の開始及び確立は下記工程を含む：(4)コンプレッサ960を最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、それによって一次冷却ループ902の加圧された圧力より低い吸込圧力、一次冷却ループ902の加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(5)コンプレッサ960の下流で一次冷却ループ902内の循環を徐々に可能にして、外部冷却ユニット962内の周囲水又は周囲空気と熱交換することを含め、圧縮され、冷却された第2のガス流963を生成してから、第2の熱交換器ゾーン910に通してさらに冷却し、それによって圧縮され、さらに冷却された第2のガス流913を形成し、これは少なくとも1つのワーク生成エキスパンダ926内で膨張し、減圧されて、膨張し、冷却された第2のガス流980を生成する工程；(6)膨張し、冷却された第2のガス流980を第1の膨張した冷媒流905と冷却供給ガス流906bに分ける工程；(7)エキスパンダ982内の第1の膨張した冷媒流905を膨張させ、減圧して、第2の膨張した冷媒流905aを生成する工程；(8)第2の膨張した冷媒流905aを少なくとも1つの分離器932に送り、それによってそこから過剰な重質炭化水素成分を凝結させ、ガス状オーバヘッド冷媒流938を生成する工程；(9)重質炭化水素成分を蓄積させ、周期的に重質炭化水素成分を分離器底部流936として排出して、分離器932内の所望の液体レベルを維持する工程；(10)ガス状オーバヘッド冷媒流938を第1の熱交換器ゾーン901に通して、冷却供給ガス流906bの少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって第1の温冷媒流908を形成する工程；(11)第1の温冷媒流908を第2の熱交換器ゾーン910に通して、圧縮され、冷却された第2のガス流963の少なくとも一部を冷却し、それによって第2の温冷媒流909を形成する工程；(12)コンプレッサ918内の第2の温冷媒流を圧縮して冷媒流906を生成する工程；(13)供給ガス流906を増やして、コンプレッサ918又は960の吸込圧力を維持しながら、コンプレッサ918又は960の吐出圧力を徐々に上昇させ、工程(6)～(12)のいくつか又は全てを継続し、それによって一次冷却ループ902内の循環速度を徐々に上昇させる工程；(14)一次冷却ループ902内の循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに一次冷却ループ902内のコンパンダを開始する工程；及び(15)一次ループ冷媒だけで定常状態運転を確立する工程。
C. 過冷却ループ循環の開始及び確立
過冷却ループ904内の循環の開始及び確立は下記工程を含み得る：(16)圧縮ユニット948を最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、過冷却ループ904の加圧された圧力より低い吸込圧力、及び過冷却ループ904の加圧された圧力より高い吐出圧力を発生させる工程；(17)好ましい態様では窒素を含む過冷却冷媒流を第1の熱交換器ゾーン901に送って、循環している一次冷媒の少なくとも一部を温め、それによって、冷却された過冷却冷媒流を形成する工程；(18)冷却された過冷却冷媒流の下流で過冷却循環通路を徐々に開いて、例えば、エキスパンダ946内で、冷却された過冷却冷媒流を減圧及び冷却し、それによって、膨張した過冷却冷媒流944を形成する工程；(19)膨張した過冷却冷媒流944を第1の熱交換器ゾーン901に送って、冷却供給ガス流906bの少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温過冷却冷媒流を形成する工程；(20)圧縮ユニット948内の温過冷却冷媒流を圧縮して、圧縮された過冷却ループ冷媒を生成する工程；(21)圧縮ユニット948の吐出圧力を徐々に上昇させる工程；(22)窒素等の過冷却クーラントを過冷却ループ904に添加して、始動中の圧縮ユニット948の吸込圧力目標を維持する工程；(23)循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに過冷却ループ904内のコンパンダを開始する工程；及び(24)運転圧力、又は設計圧力及びターンダウン速度条件での一次ループ冷媒と過冷却ループ冷媒の両循環速度で定常状態運転を確立する工程。
D. 流速の上昇
流速の上昇は、(25)供給ガス速度、一次冷却ループ及び過冷却ループの循環速度を、ある態様では、液化システム900の設計流速に相当する所望の流速まで徐々に上昇させる工程を含む。
工程(10)に関して、第1の熱交換器ゾーン内の供給ガス速度は、0～フルプロセス速度の範囲であり得る。換言すれば、冷却ガス速度は開始時に0であり、一次冷却ループ温度が徐々に低下するにつれて、その後ループ温度が所望レベルに下がるまで徐々に活気づくことになる。第1の熱交換器ゾーン内で最小流速を有することも可能である。
本明細書で開示する方法及びプロセスは、開示LNG液化システムの始動運転に有利に使用可能である。開示LNG液化システムの通常運転は、"Managing Make-up Gas Composition Variation for a High Pressure Expander Process"という名称で、本出願と共同所有され、同日付けで出願された同時係属の米国仮特許出願に記載及び開示されている。その開示内容は、参照することによりその全体が組み込まれる。
図10は、天然ガスを含む供給ガス流を液化するためのシステムの、開示態様に従った始動方法1000のフローチャートである。システムは、供給ガス圧縮及び膨張ループ、並びに一次冷却ループ及び過冷却ループを含む冷媒システムを有する。ブロック1002で供給ガス圧縮及び膨張ループが始動される。ブロック1004で冷媒システムが加圧される。ブロック1006で一次冷却ループ内の循環が開始及び確立される。ブロック1008で過冷却ループ内の循環が開始及び確立される。ブロック1010では供給ガス流の流速並びに一次冷却ループ及び過冷却ループの循環速度が上昇させられる。ブロック1002～1010で表される方法の各部分は、本明細書で概要を述べた1つ以上の工程を含んでよい。
図11は、天然ガスを含む供給ガス流を液化するためのシステムの、開示態様に従った始動方法1100のフローチャートである。システムは、一次冷却ループ及び過冷却ループを含む冷媒システムを有する。ブロック1102で冷媒システムが加圧される。ブロック1104で一次冷却ループ内の循環が開始及び確立される。ブロック1106で過冷却ループ内の循環が開始及び確立される。ブロック1108で供給ガス流の流速並びに一次冷却ループ及び過冷却ループの循環速度が上昇させられる。ブロック1102～1108で表される方法の各部分は、本明細書で概要を述べた1つ以上の工程を含んでよい。
図10～11に示す工程は、単に例示目的で提供するものであり、特定工程は。開示方法論を実施するために必要とされないこともある。さらに、図10～11は、実施し得る全ての工程を示さないこともある。特許請求の範囲が、かつ特許請求の範囲だけが、開示システム及び方法論を規定する。
前述の開示に対して、開示範囲から逸脱することなく、多数の変更、修正、及び選択肢を加えられることを理解すべきである。従って、前述の説明は、開示範囲を限定することを意図していない。むしろ、開示範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価範囲によってのみ決定すべきである。本例の構造及び特徴は、互いに変更、再配置、置換、削除、重複、組み合わせ、又は追加可能であることをも企図する。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕天然ガスを含む供給ガス流を液化するためのシステムの始動方法であって、前記システムは、供給ガス圧縮及び膨張ループ、並びに一次冷却ループ及び過冷却ループを含む冷媒システムを有し、前記方法は下記：
(a) 前記供給ガス圧縮及び膨張ループを始動する工程；
(b) 前記冷媒システムを加圧する工程；
(c) 前記一次冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程；
(d) 前記過冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程；
(e) 前記供給ガス流の流速並びに前記一次冷却ループ及び前記過冷却ループの循環速度を上昇させる工程
を含む、前記方法。
〔２〕工程(a)が下記：
a1. 前記供給ガス圧縮及び膨張ループ内で加圧される前記供給ガス流を供給する工程；
a2. 供給ガスコンプレッサを最小速度及びそのアンチサージ弁によるフルリサイクルで開始し、それによって前記供給ガス圧縮及び膨張ループ内の前記供給ガス流の圧力より低い供給ガスコンプレッサ吸込圧力、及び前記供給ガス圧縮及び膨張ループ内の前記供給ガス流の圧力より高い供給ガスコンプレッサ吐出圧力を発生させる工程；
a3. 前記供給ガスコンプレッサの下流で前記供給ガス流の循環を徐々に可能にして、間接熱交換によって冷却する工程；
a4. 圧縮され、冷却されたガス流を減圧し、さらに冷却して、冷却ガス流を生成する工程；
a5. この冷却ガス流を前記供給ガスコンプレッサの吸込側に送り、前記冷却ガス流を前記供給ガス流と混合し、それによって前記供給ガスコンプレッサの吸込側圧力目標を維持する工程；
a6. 前記供給ガスコンプレッサ吐出圧力を徐々に上昇させる工程；
a7. 供給ガス循環速度が、エキスパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに前記供給ガス膨張及び圧縮ループ内のエキスパンダを開始する工程；及び
a8. 前記供給ガス膨張及び圧縮ループの定常状態循環を確立する工程
を含む、前記〔1〕に記載の方法。
〔３〕前記供給ガス流が、前記供給ガスコンプレッサの下流で外部冷却ユニット内の周囲温度空気又は水との間接熱交換によって冷却されて、前記圧縮され、冷却されたガス流を形成する、前記〔2〕に記載の方法。
〔４〕前記圧縮され、冷却されたガス流が、少なくとも1つのワーク生成エキスパンダ内で減圧され、さらに冷却されて、前記冷却ガス流を生成する、前記〔2〕に記載の方法。
〔５〕工程(b)が下記：
b1. 前記過冷却ループを該過冷却ループの最低設計圧力の最高で90%まで加圧してから、関連循環通路を閉鎖する工程；及び
b2. 前記一次冷媒ループを該一次冷媒ループの最低設計圧力の最高で90%の圧力まで徐々に加圧してから、関連循環通路を閉鎖する工程
を含む、前記〔2〕に記載の方法。
〔６〕前記一次冷媒ループが、該一次冷媒ループに連結された分離容器に前記冷却ガス流を供給することによって徐々に加圧される、前記〔5〕に記載の方法。
〔７〕工程(c)が下記：
c1. 一次冷却ループコンプレッサを最小速度及びそのそれぞれのASVによるフルリサイクルで開始し、それによって前記一次冷却ループの圧力より低い一次冷却ループコンプレッサ吸込圧力、及び前記一次冷却ループの圧力より高い一次冷却ループコンプレッサ吐出圧力を発生させる工程；
c2. 前記一次ループコンプレッサの下流で前記一次ループ内の循環を徐々に可能にし、圧縮された冷媒流を冷却し、膨張させ、それによって圧縮され、さらに冷却された冷媒流を形成する工程；
c3. この圧縮され、さらに冷却された冷媒流を前記分離容器に送って前記冷却ガス流の一部と混合して、始動中の前記一次冷却ループコンプレッサ吸込圧力目標を維持する工程（前記分離容器は、前記圧縮され、さらに冷却された冷媒流から重質炭化水素成分を凝結させ、ガス状オーバヘッド冷媒流を生成する）;
c4. 前記ガス状オーバヘッド冷媒流を第1の熱交換器ゾーンに通して、前記冷却ガス流を該ガス状オーバヘッド冷媒流との間接熱交換によって冷却し、それによって第1の温冷媒流を形成する工程；
c5. この第1の温冷媒流を第2の熱交換器ゾーンに方向づけ、そこで前記第1の温冷媒流が、圧縮され、冷却された冷媒流と熱交換して、前記圧縮され、冷却された冷媒流をさらに冷却し、それによって第2の温冷媒流及び圧縮され、さらに冷却された冷媒流を形成する工程；
c6. 前記一次冷却ループコンプレッサ内の前記第2の温冷媒流を圧縮して、圧縮された冷媒流を生成する工程；
c7. 冷却供給ガスを前記一次冷却ループに分離容器経由で添加して前記一次冷却ループコンプレッサの吸込圧力を維持しながら、前記一次冷却ループコンプレッサ吐出圧力を徐々に上昇させ、工程c1～c7を繰り返し、それによって前記一次冷却ループの循環速度を徐々に上昇させる工程；
c8. 前記一次冷却ループの循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに前記一次冷却ループ内のコンパンダを開始する工程；及び
c9. 前記一次冷却ループだけで定常状態運転を確立する工程
を含む、前記〔6〕に記載の方法。
〔８〕前記圧縮された冷媒流を冷却する工程が、周囲環境と熱交換する冷却器を用いて達成される、前記〔7〕に記載の方法。
〔９〕前記圧縮された冷媒流を膨張させる工程が、ワーク生成エキスパンダを用いて達成される、前記〔7〕に記載の方法。
〔１０〕工程(d)が下記：
d1. 過冷却ループ圧縮ユニットを最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、前記過冷却ループ内の圧力より低い過冷却ループ圧縮ユニット吸込圧力、及び前記過冷却ループ内の圧力より高い過冷却ループ圧縮ユニット吐出圧力を発生させる工程；
d2. 過冷却冷媒流中の過冷却冷媒を前記第1の熱交換器ゾーンに送って、前記一次冷却ループ内で循環している冷媒の少なくとも一部を温め、それによって冷却された過冷却冷媒流を形成する工程；
d3. この冷却された過冷却冷媒流の減圧及び冷却を徐々に可能にし、それによって膨張し、冷却された過冷却冷媒流を形成する工程；
d4. この膨張し、冷却された過冷却冷媒流を前記第1の熱交換器ゾーンに送って、前記冷却供給ガス流の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温過冷却冷媒流を形成する工程；
d5. 前記過冷却ループ圧縮ユニット内の前記温過冷却冷媒流を圧縮して、再圧縮された過冷却冷媒流を生成する工程；
d6. 前記過冷却ループ圧縮ユニットの吐出圧力を徐々に上昇させる工程；
d7. 過冷却冷媒を前記過冷却ループに添加して、始動中の前記過冷却ループ圧縮ユニット吸込圧力目標を維持する工程；
d8. 前記過冷却ループの循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに前記過冷却ループ内のコンパンダを開始する工程；及び
d9. 前記一次ループ冷媒と前記過冷却ループ冷媒の両循環速度の定常状態運転を設計圧力及びターンダウン速度条件で確立する工程
を含む、前記〔7〕に記載の方法。
〔１１〕前記過冷却冷媒が窒素を含む、前記〔10〕に記載の方法。
〔１２〕前記冷却された過冷却冷媒流の減圧及び冷却を徐々に可能にする工程が、エキスパンダを用いて行なわれる、前記〔10〕に記載の方法。
〔１３〕工程(e)が下記：
e1. 前記供給ガス流の速度並びに前記一次冷却ループ及び前記過冷却ループの循環速度を生産流速まで徐々に上昇させる工程
を含む、前記〔10〕に記載の方法。
〔１４〕天然ガスを含む供給ガス流を液化するためのシステムの始動方法であって、前記システムは、一次冷却ループ及び過冷却ループを含む冷媒システムを有し、前記方法は下記：
(a) 前記冷媒システムを加圧する工程；
(b) 前記一次冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程；
(c) 前記過冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程；
(d) 前記供給ガス流の流速並びに前記一次冷却ループ及び前記過冷却ループの循環速度を上昇させる工程
を含む、前記方法。
〔１５〕工程(a)が下記：
a1. 前記供給ガス流を1,200psia(8.3×10 6 Pa)未満の圧力で供給する工程；
a2. 前記過冷却ループ内の過冷却冷媒を該過冷却ループの最低設計圧力の最高で90%まで加圧してから、その後前記過冷却ループを通る循環を制限又は閉鎖する工程；及び
a3. 前記一次冷却ループが、該一次冷却ループの最低設計圧力の最高で90%の圧力まで加圧されるまで、前記供給ガス流を前記一次冷却ループに供給し、一次ループ冷媒を形成する工程
を含む、前記〔14〕に記載の方法。
〔１６〕前記過冷却冷媒が窒素を含む、前記〔15〕に記載の方法。
〔１７〕前記過冷却冷媒が、過冷却ループコンプレッサを用いて加圧される、前記〔15〕に記載の方法。
〔１８〕工程(b)が下記：
b1. 一次冷却ループコンプレッサを最小速度及びASVによるフルリサイクルで開始し、それによって前記一次冷却ループの圧力より低い一次冷却ループコンプレッサ吸込圧力、及び前記一次冷却ループの圧力より高い一次冷却ループコンプレッサ吐出圧力を発生させる工程；
b2. 前記一次冷却ループコンプレッサの下流で前記一次冷却ループ内の循環を徐々に可能にして、圧縮され、冷却された第2のガス流を生成し、これが減圧されて、膨張し、冷却された第2のガス流を生成する工程；
b3. この膨張し、冷却された第2のガス流を、第1の膨張した冷媒流と冷却供給ガス流に分ける工程；
b4. この第1の膨張した冷媒流を減圧して、第2の膨張した冷媒流を生成する工程；
b5. この第2の膨張した冷媒流を少なくとも1つの分離器に送り、それによって前記第2の膨張した冷媒流から重質炭化水素成分を凝結させ、ガス状オーバヘッド冷媒流を生成する工程；
b6. このガス状オーバヘッド冷媒流を第1の熱交換器ゾーンに通して、前記冷却供給ガス流の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって第1の温冷媒流を形成する工程；
b7. この第1の温冷媒流を第2の熱交換器ゾーンに通して、前記圧縮され、冷却された第2のガス流の少なくとも一部を冷却し、それによって第2の温冷媒流を形成する工程；
b8. 前記一次冷却ループコンプレッサ内の前記第2の温冷媒流を圧縮して冷媒流を生成する工程；
b9. 供給ガス流を増やして供給ガスコンプレッサの吸込圧力を維持しながら、前記一次冷却ループコンプレッサの吐出圧力を徐々に上昇させ、工程b2～b8のいくつか又は全てを継続し、それによって前記一次冷却ループ内の循環速度を徐々に上昇させる工程；
b10. 前記一次冷却ループ内の循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに前記一次冷却ループ内のコンパンダを開始する工程；及び
b11. 前記一次ループ冷媒だけで定常状態運転を確立する工程
を含む、前記〔15〕に記載の方法。
〔１９〕前記圧縮され、さらに冷却された第2のガス流を形成する工程がさらに下記：
外部冷却ユニット内の周囲水又は周囲空気と熱交換させる工程、及び
第2の熱交換器ゾーンに通してさらに冷却する工程
を含む、前記〔18〕に記載の方法。
〔２０〕さらに下記：
前記分離器内に前記重質炭化水素成分を蓄積させる工程；及び
前記重質炭化水素成分を周期的に前記分離器から分離器底部流として排出し、それによって前記分離器内の所望の液体レベルを維持する工程
を含む、前記〔18〕に記載の方法。
〔２１〕工程(c)が下記：
c1. 前記過冷却ループ圧縮ユニットを最小速度及び関連ASVによるフルリサイクルで開始し、それによって前記過冷却ループの圧力より低い過冷却ループ圧縮ユニット吸込圧力、及び前記過冷却ループの圧力より高い過冷却ループ圧縮ユニット吐出圧力を発生させる工程；
c2. 前記過冷却冷媒流を前記第1の熱交換器ゾーンに送って、前記一次冷却ループ内で循環している冷媒の少なくとも一部を温め、それによって冷却された過冷却冷媒流を形成する工程；
c3. 前記冷却された過冷却冷媒流の減圧及び冷却を徐々に可能にし、それによって膨張した過冷却冷媒流を形成する工程；
c4. 前記膨張した過冷却冷媒流を前記第1の熱交換器ゾーンに通して、前記冷却供給ガス流の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温過冷却冷媒流を形成する工程；
c5. 前記過冷却ループ圧縮ユニット内の前記温過冷却冷媒流を圧縮して、圧縮された過冷却ループ冷媒を生成する工程；
c6. 前記過冷却ループ圧縮ユニットの吐出圧力を徐々に上昇させる工程；
c7. 過冷却クーラントを前記過冷却ループに添加して、始動中の前記過冷却ループ圧縮ユニットの吸込圧力目標を維持する工程；
c8. 前記過冷却ループの循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに前記過冷却ループ内のコンパンダを開始する工程；及び
c9. 運転圧力及びターンダウン速度条件での前記一次ループ冷媒の循環速度及び前記過冷却ループ冷媒の循環速度で前記システムの定常状態運転を確立する工程
を含む、前記〔18〕に記載の方法。
〔２２〕工程(d)が下記：
d1. 供給ガス速度並びに前記一次冷却ループ及び前記過冷却ループの循環速度を所望の流速まで徐々に上昇させる工程
を含む、前記〔21〕に記載の方法。

Claims (10)

  1. 天然ガスを含む供給ガス流を液化するためのシステムの始動方法であって、前記システムは、供給ガス圧縮及び膨張ループ、並びに一次冷却ループ及び過冷却ループを含む冷媒システムを有し、前記方法は下記：
    (a) 前記供給ガス圧縮及び膨張ループを始動する工程；
    (b) 前記冷媒システムを加圧する工程；
    (c) 前記一次冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程；
    (d) 前記過冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程；
    (e) 前記供給ガス流の流速並びに前記一次冷却ループ及び前記過冷却ループの循環速度を上昇させる工程
    を含み、前記一次冷却ループは、圧縮され、さらに冷却された冷媒流から重質炭化水素成分を凝結させ、ガス状オーバヘッド冷媒流を生成する分離容器を連結する、前記方法。
  2. 工程(a)が下記：
    a1. 前記供給ガス圧縮及び膨張ループ内で加圧される前記供給ガス流を供給する工程；
    a2. 供給ガスコンプレッサを最小速度及びそのアンチサージ弁によるフルリサイクルで開始し、それによって前記供給ガス圧縮及び膨張ループ内の前記供給ガス流の圧力より低い供給ガスコンプレッサ吸込圧力、及び前記供給ガス圧縮及び膨張ループ内の前記供給ガス流の圧力より高い供給ガスコンプレッサ吐出圧力を発生させる工程；
    a3. 前記供給ガスコンプレッサの下流で前記供給ガス流の循環を開始して、間接熱交換によって冷却する工程；
    a4. 圧縮され、冷却されたガス流を減圧し、さらに冷却して、冷却ガス流を生成する工程；
    a5. この冷却ガス流を前記供給ガスコンプレッサの吸込側に送り、前記冷却ガス流を前記供給ガス流と混合し、それによって前記供給ガスコンプレッサの吸込側圧力目標を維持する工程；
    a6. 前記供給ガスコンプレッサ吐出圧力を徐々に上昇させる工程；
    a7. 供給ガス循環速度が、エキスパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに前記供給ガス圧縮及び膨張ループ内のエキスパンダを開始する工程；及び
    a8. 前記供給ガス圧縮及び膨張ループの定常状態循環を確立する工程
    を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記供給ガス流が、前記供給ガスコンプレッサの下流で外部冷却ユニット内の周囲温度空気又は水との間接熱交換によって冷却されて、前記圧縮され、冷却されたガス流を形成する、請求項２に記載の方法。
  4. 前記圧縮され、冷却されたガス流が、少なくとも1つのワーク生成エキスパンダ内で減圧され、さらに冷却されて、前記冷却ガス流を生成する、請求項2に記載の方法。
  5. 工程(b)が下記：
    b1. 前記過冷却ループを該過冷却ループの最低設計圧力の最高で90%まで加圧してから、関連循環通路を閉鎖する工程；及び
    b2. 前記一次冷却ループを該一次冷却ループの最低設計圧力の最高で90%の圧力まで徐々に加圧してから、関連循環通路を閉鎖する工程
    を含み、ここで前記一次冷却ループが、該一次冷却ループに連結された分離容器に前記冷却ガス流を供給することによって徐々に加圧されてもよい、請求項2に記載の方法。
  6. 工程(c)が下記：
    c1. 一次冷却ループコンプレッサを最小速度及びそのそれぞれのアンチサージ弁によるフルリサイクルで開始し、それによって前記一次冷却ループの圧力より低い一次冷却ループコンプレッサ吸込圧力、及び前記一次冷却ループの圧力より高い一次冷却ループコンプレッサ吐出圧力を発生させる工程；
    c2. 前記一次ループコンプレッサの下流で前記一次ループ内の循環を開始し、圧縮された冷媒流を冷却し、膨張させ、それによって圧縮され、さらに冷却された冷媒流を形成する工程；
    c3. この圧縮され、さらに冷却された冷媒流を前記分離容器に送って前記冷却ガス流の一部と混合して、始動中の前記一次冷却ループコンプレッサ吸込圧力目標を維持する工程（前記分離容器は、前記圧縮され、さらに冷却された冷媒流から重質炭化水素成分を凝結させ、ガス状オーバヘッド冷媒流を生成する）;
    c4. 前記ガス状オーバヘッド冷媒流を第1の熱交換器ゾーンに通して、前記冷却ガス流を該ガス状オーバヘッド冷媒流との間接熱交換によって冷却し、それによって第1の温冷媒流を形成する工程；
    c5. この第1の温冷媒流を第2の熱交換器ゾーンに方向づけ、そこで前記第1の温冷媒流が、圧縮され、冷却された冷媒流と熱交換して、前記圧縮され、冷却された冷媒流をさらに冷却し、それによって第2の温冷媒流及び圧縮され、さらに冷却された冷媒流を形成する工程；
    c6. 前記一次冷却ループコンプレッサ内の前記第2の温冷媒流を圧縮して、圧縮された冷媒流を生成する工程；
    c7. 冷却供給ガスを前記一次冷却ループに分離容器経由で添加して前記一次冷却ループコンプレッサの吸込圧力を維持しながら、前記一次冷却ループコンプレッサ吐出圧力を徐々に上昇させ、工程c1～c7を繰り返し、それによって前記一次冷却ループの循環速度を徐々に上昇させる工程；
    c8. 前記一次冷却ループの循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに前記一次冷却ループ内のコンパンダを開始する工程；及び
    c9. 前記一次冷却ループだけで定常状態運転を確立する工程
    を含む、請求項5に記載の方法。
  7. 前記圧縮された冷媒流を冷却する工程が、周囲環境と熱交換する冷却器を用いて達成される、請求項6に記載の方法。
  8. 前記圧縮された冷媒流を膨張させる工程が、ワーク生成エキスパンダを用いて達成される、請求項6に記載の方法。
  9. 工程(d)が下記：
    d1. 過冷却ループ圧縮ユニットを最小速度及びアンチサージ弁によるフルリサイクルで開始し、前記過冷却ループ内の圧力より低い過冷却ループ圧縮ユニット吸込圧力、及び前記過冷却ループ内の圧力より高い過冷却ループ圧縮ユニット吐出圧力を発生させる工程；
    d2. 過冷却冷媒流中の過冷却冷媒を前記第1の熱交換器ゾーンに送って、前記一次冷却ループ内で循環している冷媒の少なくとも一部を温め、それによって冷却された過冷却冷媒流を形成する工程（前記過冷却冷媒は窒素を含んでもよい）；
    d3. この冷却された過冷却冷媒流の減圧及び冷却を徐々に可能にし、それによって膨張し、冷却された過冷却冷媒流を形成する工程；
    d4. この膨張し、冷却された過冷却冷媒流を前記第1の熱交換器ゾーンに送って、前記冷却供給ガス流の少なくとも一部を間接熱交換によって冷却し、それによって温過冷却冷媒流を形成する工程；
    d5. 前記過冷却ループ圧縮ユニット内の前記温過冷却冷媒流を圧縮して、再圧縮された過冷却冷媒流を生成する工程；
    d6. 前記過冷却ループ圧縮ユニットの吐出圧力を徐々に上昇させる工程；
    d7. 過冷却冷媒を前記過冷却ループに添加して、始動中の前記過冷却ループ圧縮ユニット吸込圧力目標を維持する工程；
    d8. 前記過冷却ループの循環速度が、コンパンダ運転に必要とされる最小流速に達したときに前記過冷却ループ内のコンパンダを開始する工程；及び
    d9. 前記一次ループ冷媒と前記過冷却ループ冷媒の両循環速度の定常状態運転を設計圧力及びターンダウン速度条件で確立する工程
    を含む、請求項6に記載の方法。
  10. 天然ガスを含む供給ガス流を液化するためのシステムの始動方法であって、前記システムは、一次冷却ループ及び過冷却ループを含む冷媒システムを有し、前記方法は下記：
    (a) 前記冷媒システムを加圧する工程；
    (b) 前記一次冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程；
    (c) 前記過冷却ループ内の循環を開始及び確立する工程；
    (d) 前記供給ガス流の流速並びに前記一次冷却ループ及び前記過冷却ループの循環速度を上昇させる工程
    を含み、前記一次冷却ループは、圧縮され、さらに冷却された冷媒流から重質炭化水素成分を凝結させ、ガス状オーバヘッド冷媒流を生成する分離容器を連結する、前記方法。
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