JPH0150830B2 - - Google Patents

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JPH0150830B2
JPH0150830B2 JP60023693A JP2369385A JPH0150830B2 JP H0150830 B2 JPH0150830 B2 JP H0150830B2 JP 60023693 A JP60023693 A JP 60023693A JP 2369385 A JP2369385 A JP 2369385A JP H0150830 B2 JPH0150830 B2 JP H0150830B2
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stream
refrigerant
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phase
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Reo Nyuuton Chaaruzu
Andoruu Pataason Maikuru
Goodon Sutabaa Uein
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Air Products and Chemicals Inc
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、ベース負荷LNG系に関する。更に
詳しくは、本発明は、ベース負荷LNGプラント
における圧縮器ドライバー・バランスの改善に関
し、それによつてプラントの所要動力を低下させ
ることができ、液化処理を一層効率的にすること
ができる。 天然ガスは、世界経済において主要燃料源にな
つている。燃料が乏しい地域における天然ガスの
燃料としての欠点は、通常世界のへんぴな地域に
あるガスの生産地から、通常世界の高度に工業化
されたまたは人口の多い地域である利用場所への
輸送の問題である。天然ガスを一層有用な燃料と
するために、ガスの生産者は、末端使用者にとつ
てより有用な長距離出荷用の、生産された天然ガ
スを冷却凝縮させる大型プラントを用いている。
液化、例えば、一般に極低温条件下に天然ガスの
温度を約−161.7℃(約−259゜F)に下げるために
は大きなエネルギーを要する。液化方式を経済的
なものにするためには、最も効率のよい条件下に
大容量の天然ガスを処理することが必要である。
液化処理の効率は、種々の要因に依存し、そのう
ちいくつかは、このような設備のため備蓄用とし
て使用できる低温機械の選定およびベース負荷液
化プラントの設置場所における周囲の条件であ
る。 天然ガスの液化に必要な冷温を得るため種々の
方式が先行技術に述べられている。米国特許第
4225329号においては、初め1つの冷却系におい
て天然ガスを冷却し、次いでカスケード冷凍系に
おいて冷却し、それによつて天然ガスは、天然ガ
スの圧力の急速な低下により冷却が得られ、液相
がガス相から分離される一連のフラツシユ工程に
よつて自ら冷却する方法が述べられている。ガス
相は、再圧縮のために再循環させ、原料ガス流に
導入される。フラツシユされたガスの一部分は、
プラント燃料として使用するために再加温され
る。この方法の冷凍系は約−96.1℃(−141゜F)
の天然ガスの部分液化温度を達成する。それは、
約−161.7℃(−259゜F)の典型的な貯蔵温度まで
液化天然ガスを冷却するために天然ガス自身が自
己冷却を行なう一連のフラツシユ工程を必要とす
る。 先行技術はまた、液化プラント中2閉鎖冷凍サ
イクルの間に圧縮負荷のシフト法を追求してい
る。米国特許第4404008号においては、混合成分
過冷却サイクルのプロパン予冷却サイクルを用い
る工程間冷却が、予冷却および過冷却サイクルの
双方の圧縮器駆動機の要求をバランスさせるため
に実施されている。このことにより、ある液化プ
ラントの駆動モーターが、大部分のプラントの所
有者および運転者によつて望まれるような同じ大
きさおよび形状をもつものとなる。 2閉鎖冷却サイクルLNGプラントが米国特許
第3763658号に述べられ、そこではプロパン予冷
却サイクルと混合成分過冷却サイクルとの間に冷
却負荷が交換される。 単一、混合成分冷却サイクルだけを使用する
LNGプラントのための典型的な商業用装置が、
1970年代に操業に入つたマサチユーセツツ州ボス
トン近くのNEES装置によつて例示されている。 本発明は、圧縮器駆動機器のミスマツチ、非能
率的な液化操作および高い設備費という問題を後
述するような独得な処理方式によつて克服するこ
とにある。 本発明は原料天然ガスを閉サイクル冷媒との熱
交換によつて液化し過冷却する液化天然ガスの製
造方法に関する。本発明の改良は、現在の技術が
教示しているより液化天然ガスを比較的温かい温
度に過冷却し、過冷却された液化天然ガスの圧力
を低下させ、そして少なくとも2段の相分離にお
いて天然ガスをフラツシユさせ、その際プラント
燃料に必要であるより過剰の気相天然ガス流を回
収し、そしてこの過剰の気相天然ガスを再圧縮し
リサイクルして液化および過冷却を行うことによ
り圧縮所要動力を閉サイクル冷媒の圧縮から気相
天然ガスリサイクル流の圧縮へシフトさせること
にある。 好適には閉サイクル冷媒は、窒素、メタン、エ
タン、プロパンおよびブタンのような、冷媒成分
の混合物よりなる。 別法として、閉サイクル冷媒は、予冷却サイク
ルがプロパンのような、単一成分冷媒、或いは多
成分冷媒によつて与えられ、そして過冷却サイク
ルが多成分冷媒によつて与えられる2個の別々の
閉サイクル冷媒系を含んでいてよい。 好適には、上記方法からの液化天然ガスは、貯
蔵所に送られ、そこで天然ガス貯蔵から蒸発する
蒸気も再圧縮され、そして気相天然ガスリサイク
ル流と共に再循環される。 図は、本発明の系のフロー図式を例示し、そこ
ではフロー図式の別の実施態様は点線の形で表わ
されている。 本発明の種々の態様では圧縮機の動力負荷を均
等にバランスさせて利用し得る駆動機の大きさを
密度にマツチさせそれによつて駆動機の利用し得
る動力をより完全に利用してLNG生産のための
プラント効率を改善する。 新規なベース負荷LNG液化法と装置を提供す
ることである。これは、典型的な先行技術の液化
法の場合より終局的に温かい温度に原料天然ガス
流を液化過冷却することによつて行なわれる。 典型的な先行技術の液化法は、約−151.1℃〜
約−159.4℃(約−240〜−255゜F)の範囲の液化
天然ガスに対する最終冷温度を達成した。 本発明では、約−142.8゜〜約−148.3℃(約−
225〜−235゜F)の範囲のわずかに温かい温度に原
料天然ガス流が液化過冷却される。このより温か
い温度において、天然ガスの比較的大きな割合
が、液化天然ガス流の圧力を急速に低下させそし
て相分離器に導入される時に気化して気相天然ガ
スを形成する。これは、本方法の液化天然ガス生
成物から分離される天然ガスが比較的大きなモル
フラクシヨンで気化されるという効果を生じる。
この拡大されたモルフラクシヨンの気相天然ガス
はプロセスに戻して、更に処理される。 典型的には、先行技術の方法の液化生成物の少
なくともいくらかの部分がプラント燃料として使
用するために気化されている。本発明の気化天然
ガスのモルフラクシヨンは、プラント燃料に必要
である液化生成物のモルフラクシヨンをかなり超
える。方法全体のための圧縮装置が市場で入手で
きる装置に適合するかよりよく適合することがで
きるように、充分過剰の液化天然ガスを気化させ
戻すように設計されている。このことは、より温
かい温度に原料天然ガスを液化過冷却することに
よつて達成される。このことによつて、冷却装置
における圧縮負荷が低下する。 単一冷却サイクルの場合には、圧縮装置は容量
の小さい駆動機とマツチさせることができ、そし
てその駆動機の全能力が液化処理に利用される。
このことにより、最大出力のうち一部の出力で操
作される大きな駆動機を使用するよりコストを低
下させることができる。液化プラントにおける冷
最終冷凍温度の低下は、プロセスの前端に再循環
される過剰の気相天然ガスの所要再圧縮によつて
補償される。 2個の閉冷凍サイクルを利用する液化法の場合
には、液化天然ガスに対する比較的温かい冷末端
温度を与える装置の設計により、過冷却サイクル
が、予冷却サイクルの圧縮装置と駆動機対駆動機
でマツチしている。このことにより、操作効率が
よくなるばかりか、プラントの所有者または運転
者が利用しなければならない異つた装置の数を減
少させることができる。 本発明のこれらの特徴は、図面中例示されてい
る好適な実施の態様を参照することによつて更に
明らかに理解される。 本発明の第1の実施態様は、単一閉鎖冷凍サイ
クルに関連して実施され、その冷媒は、混合また
は多成分冷媒組成物を利用する。この組成物は、
ある装置において必要とされる特定の温度および
効率について選択されるが、例示として組成物
は、窒素3.4%、メタン27%、エチレン37%、プ
ロパン15%およびブタン17.6%を含む。図を参照
すると、約57.29Kg/cm2.a(815psia)および約
15.6℃(60゜F)の原料天然ガス流がライン10に
おいて系に導入される。この流は、97.8%のメタ
ン、1%の窒素、1%のエタンの組成を有し、残
余の%はプロパンである。この原料天然ガス流を
リサイクル流13と合し、ライン16における合
わされた流をライン20の温端において主熱交換
器22に導入する。本発明の主熱交換器22は、
2個のバンドル、温バンドル24および冷バンド
ル26よりなる。これらのバンドルは、多段の熱
交換器よりなる。先行技術の単一閉鎖型冷媒サイ
クルにおいては、熱交換器は典型的には、先行技
術の一層冷たい出力温度を得るために、3個のバ
ンドルを必要とした。 本発明の比較的温かい温度出力の場合には、2
個のみのバンドルが必要と考えられ、熱交換器バ
ンドルの資本コストおよび製作の要求を減少させ
るコスト上の利点が付随する。 ライン20の原料天然ガス流は、約−67.8℃
(約−90゜F)、約54.27Kg/cm2・a(772psia)にお
いて第1のバンドル24を出る。天然ガスは次
に、冷バンドル26に入り、そこで約−148.3℃
(−235゜F)の比較的温かい温度に温度を低下させ
液化させる。ライン28の流れを弁を通して圧力
低下させ、ライン30中第1の相分離器32に導
き、そこで気相は、ライン48においてオーバー
ヘツド流として取出され、液化天然ガス生成物
は、ライン34において底流として取出される。 ライン28の天然ガス流が主熱交換器22を出
る時比較的温かい温度であるため、増加量の天然
ガスがこの方法において気化される。このフラツ
シユ工程において比較的大きいモル分率の天然ガ
スを回収する外、窒素の汚染が一般に、より揮発
性のその特性の故に、専らライン48のオーバー
ヘツド流における、ライン30の気流から区別さ
れて取出される。 ライン34の液化天然ガス生成物は、弁を通し
て再び圧力が低下し、本方法の第2の相分離工程
である第2の相分離器36で相分離される。ライ
ン54のオーバーヘツド流としてこの第2の相分
離器36において追加量の気相天然ガスが取出さ
れる。液化生成物は、ライン38の底流として取
出される。この液化天然ガス生成物は、ポンプで
プレツシヤ・イン液体ポンプ40に送られ、
LNG封入容器44で貯蔵のためにライン40に
選ばれる。次に、所望の場合には、LNG生成物
をライン40で取出すことができる。LNGはあ
る期間貯蔵され、絶縁封入器44で熱の漏れがお
こるので、ある量の天然ガスが気化し、ライン5
6で回収される。この気体の天然ガスはライン6
0で集められ、ライン54のガス状天然ガスの圧
力に送風圧縮器62で再圧縮される。ライン64
でこの合わせた流れを、ライン48で第1の相分
離工程からのガス相天然ガスと共に、再圧縮のた
めに再循環される。ライン48および64におけ
るこれらの流れの冷却価値分は、原料天然ガスの
スリツプ流に対する補助熱交換器50で回収され
る。このスリツプ流は、ライン12Aでライン中
の原料天然ガスから取出される。ライン12Aの
スリツプ流は、熱交換器50のライン12と連結
される(これは図面中完全には例示されていな
い)。 次にこのスリツプ流を、ライン14で熱交換器
50から取り出し、ライン14Aによつて、ライ
ン28の液化天然ガス流に再導入される。ここで
も、本発明の実施態様の種々の選択を更に明瞭に
するため、ライン14および14Aの連結は図面
に完全に例示されていない。夫々熱交換器50か
ら出てくるライン52および66の再循環された
気相天然ガス流は、プラント燃料およびリサイク
ルのために再圧縮される。第2工程のフラツシユ
相分離からのライン60中の比較的低圧の再循環
流は、圧縮器68および後冷却器熱交換器70
(これは、水のような外部冷却流体を用いて操作
される)により、ライン52で他のリサイクル流
の圧力まで初め再圧縮される。リサイクル流を合
して流72に入れ、これを圧縮器74,78およ
び82で3段階で更に再圧縮し、熱交換器76,
80および84で段階間の後冷却を行なう。この
点において、プラント燃料流はライン88のリサ
イクル流から分かれ、ここではプラント燃料は、
温度約15.6℃(60゜F)、圧力約31.64Kg/cm2.a
(450psia)にある。このプラント燃料流88の窒
素含量は、モル画分を基にして12%の窒素まで強
化される。ライン86の残余のリサイクル流は、
圧縮器90で更に圧縮され、ライン13によつて
ライン10の原料天然ガス流に再導入される前に
熱交換器92で後冷却される。ライン12Aの至
適のスリツプ流は、全原料天然ガスの7%を構成
する。 ライン28で主熱交換器22から出てくる液化
天然ガスの出口温度を上げることにより、閉鎖混
合成分冷媒サイクル上圧縮動力負荷は、特に種々
の圧縮器112,116および126が経験する
駆動機負荷上では低下する。比較的少ない冷却が
必要であるので、これらの圧縮器は混合成分冷媒
に対して比較的小さい仕事を行なう。 混合成分冷媒サイクルは、次のように作業され
る。約15.6℃(60゜F)および約32.34Kg/cm2・a
(460psia)の2相気体および液体流中完全圧縮冷
媒を分離容器94で相分離する。ライン100で
気相冷媒をオーバーヘツドとして取り出し、同時
に温バンドル24および冷バンドル26で主熱交
換器22を通して冷却される天然ガス原料に送
る。ライン100の気相冷媒も、約−148.3℃
(約−235゜F)の温度に冷却する。この流は、ライ
ン102で再循環するに従つて完全に液化し、ラ
イン104の冷バンドルに入り、そこで弁を通し
て圧力が低下し、熱交換器22の最低温度におい
てその冷却効率が行なわれる。部分再加温された
冷媒を、分離器94からの液体冷媒と合し、ライ
ン106の合した流は、主熱交換器22の温バン
ドル24で比較的温和な温度において冷却効率が
行なわれる。 容器94からのこの液相冷媒を該容器94から
底流96として取り出し、主熱交換器22の温バ
ンドル24の気相冷媒および原料天然ガスと同時
に冷却する。約−22.8℃(約−9゜F)の冷却した
冷媒を、ライン104の再加温用冷媒と合する前
に弁を通して圧力および温度を低下させる。ライ
ン106の合した冷媒流を、供給だめ110に入
る前にライン108で約12.8℃(約55゜F)の温度
に更に再加温する。 この冷媒を、次に後冷却用熱交換器114およ
び118で後冷却しながら、圧縮器112および
116で再圧縮する。この冷媒を、分離器120
で相分離し、気相を圧縮器126で比較的高圧に
圧縮する一方、液相をポンプ122を通してポン
プで比較的高圧にする。ライン124および12
8からの合した流を、後冷却用熱交換器132に
よつてライン130で更に後冷却する。 本発明においては所要のプラント燃料より過剰
の気相天然ガスをフラツシングおよびリサイクル
して温かい出口温度が与えられる効果、圧縮器6
8,74,78,82および90を含むリサイク
ル流の圧縮段に応じて冷凍サイクルの圧縮器11
2,116および126の圧縮負荷をシフトでき
るという効果が得られる。従つて、この場合に
は、圧縮負荷の低減により、冷凍サイクルで利用
される駆動機を比較的小さな容量のものから選択
することができ、そしてリサイクル・ネツトワー
クによつて与えられる自由度によつて、ライン2
8における天然ガスの適当な出口温度の選択とラ
イン48および54における過剰の天然ガスの対
応するリサイクルにより、冷凍サイクルの所要圧
縮負荷に対して駆動機を完全にマツチさせること
ができるように全処理系の微調整が可能である。 リサイクル流が作り出す追加の圧縮要求にもか
かわらず、本発明のサイクルで可能なように駆動
機を圧縮負荷と正確にマツチさせることができる
時、ベース負荷LNGプラントの全所要動力が低
減されることは予期に反していた。圧縮負荷(こ
れは、本発明のリサイクルの特徴によつて作り出
される)を選択操作する際の自由度により、流れ
と周囲の天候の種々の条件下に駆動機をその容量
にマツチさせることができる。 かかる周囲の天候条件は典型的には利用し得る
周囲の水、海岸の輸送地近くのプラントの場合通
常海水を用いて運転される後冷却用熱交換器によ
つて効果を示す。 本発明の独得なデイープ・フラツシユリサイク
ルの形状はまた、単一閉サイクル冷媒系以外の他
の液化プロセス装置に使用することができる。こ
のデイープ・フラツシユ形状は、特にプロパン混
合冷媒液化法のような、2閉鎖冷凍サイクル系に
使用することができる。このような基本的な方法
は、ここに参考のために引用される米国特許第
3763658号に述べられている。 ここで第2の実施態様として記載される方法で
は、原料流10およびリサイクル流13よりなる
ライン16の合された天然ガス流は、予冷却閉冷
凍サイクル、最も特定すればプロパンのような単
一成分冷媒を用いる一連の多段熱交換器中で多成
分冷媒と共に予冷却される。これは、図面中点線
の枠で示されるステーシヨン18でおこる。ま
た、点線で示される流134および136は、18
のサイクルと第2の多成分過冷却サイクルとの間
に冷却負荷を与えるためにステーシヨン18の第
1の閉冷凍サイクルへの多成分冷媒の流れを表わ
す。この液化方式においては、予冷冷凍サイクル
および過冷却冷凍サイクルが利用され、ライン1
00からの気相過冷却冷媒の一部分がライン12
Bの側流またはスリツプ流として取り出される。
冷媒のこのスリツプ流は、ライン12の補助熱交
換器50を通つてライン14の熱交換器から出
る。この冷却された冷媒流は、ライン14Bの熱
交換器の頂部に再導入される(図面中完全な例示
の形で示されていない)。従つて、この冷媒系と
先行の2つの実施態様との間の相違は、原料天然
ガスのスリツプ流12Aではなく、過冷却冷凍サ
イクルからの冷媒のスリツプ流が熱交換器50で
冷却されることである。2閉冷凍サイクル液化法
に対するデイープ・フラツシユリサイクル機構の
効果は、冷凍負荷を一方の閉冷凍サイクルから他
方の閉冷凍サイクルへ調節する際自由度が与えら
れるということである。この場合には、冷凍負荷
従つて圧縮負荷は、過冷却サイクルから取り出さ
れそして18における予冷却サイクルに転換させ
ることができる。これにより、同様な駆動機を1
8として示されている予冷却サイクルの圧縮器で
使用されるのと同じである過冷却サイクルの圧縮
器112,116および127に使用することが
できる(米国特許第3763658号参照)。 別法として、予冷却サイクルと過冷却サイクル
を有する2重閉冷凍サイクルでは、第2の実施態
様と同様の流れ機構の2種の別々の混合または多
成分冷媒(MR)を使用することができる。 本発明の種々の実施例でのデイープ・フラツシ
ユ発明の利点は、以下の表1および2に示されて
いる。
【表】
【表】 ル
表1から明らかなように、デイープ・フラツシ
ユの発明は、マサチユーセツツ州ボストンにおけ
るNEES全MCR 装置の多成分冷媒先行技術に
比して、実施例1では2.2%動力を節約できる。
表からわかるとおり、熱交換器の全表面積が低減
され、製作の複雑さはかなり軽減され、2個のバ
ンドルを利用する本発明の形状によつて3個のバ
ンドルを使用する典型的な従来技術の形状が必要
でなくなる。従つて、本発明によれば設備費がか
なり節約される。設備費は、主熱交換器、水冷却
器および圧縮器を基にして比較されている。実施
例2においては、米国特許第3763658号に述べら
れている従来技術に比し、本発明のデイープ・フ
ラツシユ流れ機構によつて1.1%動力が節約され
る。従つて、デイープ・フラツシユ形状により、
ベース負荷LNGプラントの設計上自由度が与え
られる。本発明の好適な実施例1および2におい
ては、デイープ・フラツシユサイクルの実施によ
つて動力が節約さる。すべての実施例では設備費
の低減と主熱交換器の複雑さが軽減されている。 本発明を、種々の特定の実施態様について述べ
てきたが、本発明の範囲は、このような開示に限
定されるものではなく、特許請求の範囲によつて
確められるべきである。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の系の流れ図である。別の実施態様
を示す流れ図は点線の形で表わされている。 22……主熱交換器、24……温バンドル、2
6……冷バンドル、36,94……相分離器、4
0……プレツシヤー・イン液体ポンプ、44……
絶縁封入器、62……送風圧縮器、50……補助
熱交換器、70,114,118,132……後
冷却用熱交換器、76,78,80,82,8
4,92……熱交換器、68,74,78,8
2,112,116,126,127……圧縮
器、110……供給だめ、18……ステーシヨ
ン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 原料天然ガスを少なくとも1種の閉サイクル
    冷媒との熱交換によつて液化および過冷却させる
    液化天然ガスの製法において、液化天然ガスを過
    冷却し、過冷却された液化天然ガスの圧力を低下
    させそして少なくとも1段の相分離においてこれ
    をフラツシユさせることよりなり、その際プラン
    ト燃料のため必要とするより過剰の気相天然ガス
    流を回収し、そしてこの過剰の気相天然ガスを再
    圧縮しリサイクルして液化および過冷却を行うこ
    とからなる改良された液化天然ガスの製法。 2 閉サイクル冷媒が数種の冷媒成分の混合物よ
    りなる特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 閉サイクル冷媒が、原料天然ガスを予冷却す
    る単一の冷媒成分を有する第1の閉サイクル冷媒
    および予冷却されたガスを液化および過冷却する
    多種の冷媒成分を有する第2の閉サイクル冷媒よ
    りなる特許請求の範囲第1項記載の方法。 4 閉サイクル冷媒が、予冷却する冷媒成分の混
    合物を有する第1の閉サイクル冷媒と、天然ガス
    を液化および過冷却する冷媒成分の混合物よりな
    る第2の閉サイクル冷媒よりなる特許請求の範囲
    第1項記載の方法。 5 最終段階のフラツシングの下流で貯蔵中の液
    化天然ガスからの蒸気が再圧縮されそして気相天
    然ガス流に再循環される特許請求の範囲第1項記
    載の方法。 6 原料天然ガス流中に再導入される前に外部冷
    却液を用いて後冷却して段階的に気相天然ガス流
    が再圧縮される特許請求の範囲第1項記載の方
    法。 7 原料天然ガス流が多束熱交換器中少なくとも
    1種の閉サイクル冷媒を用いて液化および過冷却
    される液化天然ガスの製造装置において、 a 気相天然ガスリサイクル流を除去するための
    少なくとも1個の相分離器を含む、液化および
    過冷却された天然ガスの圧力を低下させる装
    置; b 該分離器からの前記気相天然ガスリサイクル
    流を再圧縮する圧縮装置; c 再圧縮された天然ガスリサイクル流の一部分
    をプラント燃料として取り出す装置; および d 原料天然ガス流中に残りの再圧縮された天然
    ガスリサイクル流を導入する装置 よりなる改良された液化天然ガスの製造装置。 8 多束熱交換器が2個の管束を有する特許請求
    の範囲第7項記載の装置。 9 天然ガス流と熱交換器による過冷却用閉サイ
    クル冷媒に連結されている予冷却閉サイクル冷媒
    段を含む特許請求の範囲第7項記載の装置。 10 気相天然ガス流の再圧縮およびリサイクル
    装置に液化天然ガス貯蔵からの蒸気を再循環する
    装置を含む特許請求の範囲第7項記載の装置。 11 a)の装置が2個の別々の圧力低下装置お
    よび相分離器を含む特許請求の範囲第7項記載の
    装置。 12 処理流に対して再循環された気相の天然ガ
    スを再加温する熱交換器を含む特許請求の範囲第
    7項記載の装置。 13 該相分離器から原料天然ガス流に気相の天
    然ガスリサイクル流を再循環させる導管装置を含
    む特許請求の範囲第7項記載の装置。
JP60023693A 1984-02-13 1985-02-12 デイープフラツシユlngサイクル Granted JPS60191175A (ja)

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