JPH02106689A - 低レベル、高レベルおよび吸収冷凍サイクルを用いた天然ガスの液化法 - Google Patents

低レベル、高レベルおよび吸収冷凍サイクルを用いた天然ガスの液化法

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JPH02106689A
JPH02106689A JP1244893A JP24489389A JPH02106689A JP H02106689 A JPH02106689 A JP H02106689A JP 1244893 A JP1244893 A JP 1244893A JP 24489389 A JP24489389 A JP 24489389A JP H02106689 A JPH02106689 A JP H02106689A
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level
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heat pump
refrigeration
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チャールス．レオ．ニュートン
Robert Newton Davis
ロバート．ニュートン．デービス
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は天然ガスの液化法に関し、更に具体的には低レ
ベル、高レベルおよび吸収し−トボンアサイクルを利用
した天然ガスの冷却液化法に関するものである。
［従来の技術］ 従来天然ガス等、ガスの液化については多くの方法が知
られており、その中で特に米国特許によって開示された
技術のうちの主なものを示すと次の如くである。
即ち、米国特許箱４，５４５，７９５号には低レベルの
冷媒で天然ガスを冷却液化し、高レベルの冷媒で低レベ
ルの冷媒を冷却し、その一部を液化する二つの閉鎖サイ
クルによる多成分系冷媒を用いた天然ガスの液化法とそ
の装置について記載されている。高レベルの冷媒は、最
後の最低レベル冷凍用のより軽い冷媒として用いるため
に相分離され、一方分離した液相は分割されて混合フラ
ッシュ分離を避けるなめに冷凍力を拡大し、より重い成
分は低レベルの冷凍に用いられる。
米国特許箱４，５２５，１９５号には低レベル冷媒が天
然ガスを冷却し、高レベル冷媒が低レベル冷媒を冷却す
る多成分冷媒を用いた２１ｍの閉鎖サイクルの天然ガス
液化法及び装置の改良について開示されている。この改
良法においては高レベルの冷媒を圧縮後相分離し、且つ
外部冷却液を再圧縮して気相流を完全に液化するもので
ある。
米国特許箱３，８１２，０４６号においては吸収冷凍サ
イクルを伴う多成分冷却サイクルを用いた天然ガス液化
法が開示されている。この発明においては吸収冷凍サイ
クルを暖めるエネルギに多成分系サイクルのコンプレッ
サの運転によって生ずる排気ガスを利用している。
米国特許箱３，７６３，６５８号においては供給流の液
化法および冷凍システムとして、供給流を最初に第１の
閉鎖二元冷凍サイクル中で単一成分系冷媒を使用して熱
交換させ、次いで第２の閉鎖サイクルの多１９．熱交換
器中で多成分系冷媒による熱交換を行なう方法が記載さ
れている。
その他、米国特許箱２，８２６，０４９号、第２，９０
９，９０５号、第３，２１２，２７６号、第３，４１８
，８１９号及び第３６１１　、７３９号等にも冷凍サイ
クルや液化方法に関する種々の情報が開示されている。
以上のように、二つの閉鎖循環式の冷凍サイクルを使用
した天然ガスの液化法については既に公知であり、この
方法がエネルギ多消費型の技術であるところからそのエ
ネルギ効率を高める方法についての多数の改良技術が発
表されているが未だ十分でなく、尚−層の高エネルギ効
率が得られるような省エネルギ型技術の開発が求められ
ている。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は液化工程のための冷凍サイクルが二つの閉鎖式
の冷凍サイクルによって行われる天然ガスの液化法にお
いて、エネルギ効率を高めることによって液化生産性を
向上させることを目的とするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明者は上記目的達成のために鋭意研究を重ねた結果
本発明を完成したものである。
即ち、本発明の天然ガス液化法は、液化工程のための冷
凍が二つの開鎖循環式の冷凍サイクルによって行われ、
混合（多成分）系冷凍用ヒートポンプ液を第１又は低レ
ベル冷凍サイクルにおいて天然ガスの供給流を冷却液化
し、混合（多成分）系又は単一成分系冷凍用ヒートポン
プ液を有する第２又は高レベル冷凍サイクルにおいて低
レベルヒートポンプ液を冷却するようにし、又必要に応
じ液化天然ガスの一部をフラッシュすることによってフ
ラッシュ流を形成し、該フラッシュ流の一部を濃縮フラ
ッシュ流として工程に再循環するようにした天然ガス供
給流の冷却液化工程において、供給天然ガス、低レベル
ヒートポンプ液、高レベルヒートポンプ液および？Ｒ縮
フラッシュ流の予備冷却のための吸収冷凍サイクルを組
込むことによって、工程のエネルギ効率を高めることを
特徴とするものである。
［作　用］ 本発明において二つの閉鎖循環式冷凍サイクルとは多成
分系又は単一成分系冷凍用ヒートポンプ液を有する第１
又は低レベル冷凍サイクルと多成分系冷凍用ヒートポン
プ液を有する第２又は高レベル冷凍サイクルを有するも
のを指し、第１又は低レベル冷凍サイクルにおいては供
給された天然ガスを冷却液化し、第２又は高レベル冷凍
サイクルにおいては低レベルヒートポンプ液の冷却と必
要に応じて第１の冷凍サイクルに供給される天然ガスの
予備冷却が行われる。
又、第１の冷凍サイクルにおいて液化された天然ガスの
一部をフラッシュすることによって、フラッシュ流を発
生させ、必要に応じフラッシュ流の一部を再圧縮して濃
縮フラッシュとして工程中に再循環させる０本発明にお
いては、上記したような天然ガスの液化冷凍工程におい
て供給天然ガス、低レベルヒートポンプ液、高レベルヒ
ートポンプ液及び必要に応じて行われる濃縮フラッシュ
流等の予備冷却を工程中に吸収冷凍サイクルを組込むこ
とによって効率よく行い得るようにするとともに、この
ような吸収冷凍サイクル運転のための熟は工程中のコン
プレッサの運転によって生ずる排ガスを利用して得なう
ことによって総合的にエイ・ルギ効率の向上を計ったも
のである。
前記したように、本発明は液化工程のための冷凍か第１
又は低レベル冷凍サイクルと、第２又は高レベル冷凍サ
イクルの二つの開鎖循環式の冷凍サイクルによって行な
われるものであるが、第１又は低レベル冷凍サイクルに
おいては混合系、或いは多成分系、例えば窒素、メタン
、エタン、及びプロパンの混合物等の如き多成分混合系
冷凍用ビートポンプを有する。冷凍サイクルは二元冷凍
サイクル、多段冷凍サイクル、多成分相分離サイクル等
既存の冷凍サイクルの何れをも使用できる。
液化工程においては第２又は高レベル冷凍サイクルは低
レベルヒートポンプ液を冷却し、又必要に応じて供給天
然ガスを予備的に冷却する。
第１又は低レベル冷凍サイクルは冷却された供給天然ガ
スを冷却液化する。
本発明において供給天然ガス、低レベルヒートポンプ液
、高レベルヒートポンプ液の予備冷却を行なうには吸収
冷凍サイクルを使用する０本発明において使用される好
ましい吸収冷凍サイクルの一例としてはアンモニア−水
吸収冷凍サイクルがある。この場合において、吸収冷凍
サイクルを運転するための熱源として工程中における少
なくとも一つのコンプレッサの運転によて生ずる排気ガ
スを用いることにより使用エネルギの一層の効率化を計
ることができる。
［実　　　１色　　　例コ 次に本発明の天然ガス液化法の実施例についてその工程
を略示するフローダイアグラム略図に基き、従来法によ
るものとの対比により説明する。
第１図は第３図による天然ガス液化法に本発明による改
良を加えたものの工程におけるフローダイアグラム略図
で、第１図は従来の典型的な天然ガスの液化法の工程に
おけるフローダイアグラム略図である。
第３図において、供給天然ガスは配管１２を経て乾燥と
、冷凍温度で凍結するＨｇの如き不純物の除去と行なう
ためのドライヤ１８に導入される。ドライヤとしては既
に種々のタイプのドライヤが知られているがその何れを
使用してもよい。
乾燥天然ガスは配管２２を経て予備冷却のための高レベ
ル冷凍熱交換器２４に選択的に導入される。
予備冷却された天然ガスは配管２６を経て液化用の低レ
ベル熱交換器６８に導かれ、ここで冷却液化される。尚
、低レベル熱交換器６８においては配管２６による供給
天然ガス流は配管３６によって導入される濃縮フラッシ
ュ再循環流と併されて液化天然ガス流を形成する。
この液化天然ガス流は配管２８を経て濃縮フラッシュ装
置３０へ導かれ、２段階フラッシュによって二つのフラ
ッシュ流を形成する。頂部フラツノユ流は再加熱、再圧
縮され、再圧縮フラッシュ流の一部は圧縮工程の燃料と
して使用され、残りの大部分は濃縮フラッシュ流とは熱
交換器２４および熱交換器６８の逐次の冷却作用によっ
て液化される。
フラッシュ流の液化部分は配管４０を経て液化天然ガス
製品として系外に取り出される。
高レベル冷凍熱交換器２４の冷却は多成分系冷媒又は単
一成分系冷媒による開鎖＃１環式の冷凍サイクルによっ
て行われる。高レベル冷媒は配管７０７２および７４で
示されるように穐々の状態でコンプレッサ７６中で圧縮
される。
コンプレッサ７６は必要に応じて単一コンプレッサを使
用しても多段コンプレッサを使用してもよい、圧縮され
た高レベル冷媒は後冷却され、セパレータ８４中で頂部
流と液流に分離される。
頂部流は配管８６によりコンプレッサ８８に送られて圧
縮され、配管９０を経て高レベル二元冷凍回路９８へ導
かれる。液流は配管９６を経て同じく高レベル二元冷凍
回路９８に導入される。
高レベル二元冷凍回路９８においては乾燥天然ガス供給
流を予備冷却し、且つ低レベル冷媒を冷却するために、
多成分系冷媒が冷凍に使用される。
使用した多成分系冷媒はコンプレッサ７６へ再循環し、
閉鎖回路を形成する。
低レベル冷凍熱交換器６８における冷凍は閉鎖循環式の
多成分系冷凍サイクルによって行なわれる。
このサイクルにおいて、配管５０中の多成分系冷媒はコ
ンブレサ５２および５４で圧縮される。この圧縮された
低レベルの冷媒は、配管５６を経て熱交換器２４の中で
冷却され部分的に凝縮する。この凝縮多成分系冷媒はセ
バレタ６２の中で相分離される。セパレータ６２の頂部
および底部はそれぞれ配管６４および６４を経て低レベ
ル冷凍熱交換器６８へ導かれ、配管２６の天然ガス供給
流および配管３８の凝縮フラッシュ再循環流の冷凍液化
が行われる。これらの頂部および底部の流れは配管５０
で再結合し閉鎖回路を形成する。
第１図は第３図の従来法による天然ガス液化工程に吸収
冷凍サイクルを組込むことによ−って改良を加えた本発
明による工程を示すフローダイアグラムである。第１図
のおいては第３図と同様の工程の流れと装置については
同一の記号で示しである。
第１図に示されるように、本発明においては配管１２に
よって供給された天然ガスを乾燥装置１８への導入前に
予備冷却し、又配管５６によって高レベル熱交換器２４
に導入された低レベル冷媒を高レベル冷媒との熱交換前
に予備冷却する。
又配管３２によって高レベル熱交換器２４に導入される
濃縮フラッシュ再循環流についても熱交換器２４におけ
る高レベル冷媒との熱交換前に予備冷却し、さらに配管
７８による高レベル圧縮冷媒についても相分離前に、又
高レベル圧縮冷凍頂部流についても熱交換器２４への導
入前にそれぞれ予備冷却する。これらの予備冷却はそれ
ぞれ図中１４．５８３４．８０および９２で示される熱
交換器を使用して行なわれる。
又、第２図は、本発明における吸収冷凍サイクルと第１
図の工程との相関を明確にするために示した吸収冷凍サ
イクルフローダイアダラムである。
即ち第２図には標準的なアンモニア−水吸収冷凍サイク
ルが示されている。
第２図において冷凍サイクルのコンプレサ運転時の排気
ガスによる熱を配管１００を経て熱交換器１０２へ導く
。その排熱は熱交換器の中でアンモニア−水蒸留等１０
８から配管１０４への底部液の一部な加熱蒸発させるの
に用いられる。この暖められた蒸気は配管１０６を経て
塔１０８へ戻される。塔１０８からの底部流は配管１１
０を経て冷却され、凝縮して二つの部分に分けられる。
配管１１４への第１の部分は配管１２８のセパレータ１
１８底部からの液の一部と合体し、塔１０８の頂部へ逆
流する。配管１１６への第２の部分は冷却フラッシュさ
れて、セパレータ１１８で相分離される。
セパレータ１１８の底部液は配管１２０を経て主流部分
と分流部分とに分かれる。配管１２４中の分流部分はポ
ンプ１２６でポンプアップされて、配管１２８を経て配
管１１４の凝縮頂部液を合流する。配管１２２中の主流
部分はさらに五つに分流される。配管１３０による分流
は配管１２中の供給天然ガスを予備冷却するための熱交
換器１４へと導かれる。配管１３２による分流は配管３
２中の濃縮フラッシュ再循環流を予備冷却するために熱
交換器３４へ導かれる。
配管１３４による分流は配管５６中の圧縮された低レベ
ル冷媒を予備冷却するために熱交換器５８へ導かれる。
配管１３６による分流は配管７８中の圧縮された高レベ
ル冷媒を予備冷却するために熱交換器８０へ導かれる。
熱交換によって暖められた液は配管１４０４４２１４４
、１４６．１４８を経て合流して配管１５０によって、
再びセパレータ１１８へ導かれる。
セパレータ１１８からの頂部流は配管１６８を経て移動
し、塔１０８がら配管１６０経て熱交換器１６２に送ら
れ、ここで暖められてフラッシュされ、バルブ１６４を
経て配管１６６中へ導がれな暖かい塔１０８の底部液と
合流して配管１７０の流れを形成する。
配管１７０による流れは冷却されてポンプ１７２で圧縮
されて二つの中間再沸流に分流される。配管１７６中の
第１の中間再沸流は熱交換器１６２の中で冷却され、配
管１７８を経て塔１０８の底部へ導かれる。第２の中間
再沸流は配管１８０を経て塔１０８の中間部へ導かれる
。
第１表は本発明の効果を示すために第３図に示された如
き従来の天然ガス液化法による場合と、第１図に示され
た本発明の天然ガス液化法とについてコンピュータシミ
ュレーションによってその工程のパラメータ（抜粋）の
差異を比較して示したちのである。
第１表 パラメータ　　　　　　　　従来法 液化天然ガス生産量：ＨＨ３ＣＦＤ　　３４０．０コン
プレツサ出力＋１ｐ 低レベルサイクル　　　５６３９０ 高レベルサイクル　　　５７５２７ 濃縮フラツシユ　　　　　１１６４７ 合　　　計　　　　　　　　１２５５６４比出力　　　
　　　　　　　　３６９．３多成分系冷媒の組成９％ 高レベル Ｃ１１１ Ｃ２３８９ Ｃ、６０，０ 低レベル Ｎ２　　　　　　　　０２ Ｃ＋　　　　　　　　　４５．７ Ｃ２４８７ Ｃ３５，４ 発明法 ３８１．８４ ５０．０ ４３．５ ０．０ 熱交換器　ＵＡＸ１Ｅ６ 高レベル合計　　　　　　　５１．５７　　　５０．７
８低レベル合計　　　　　　　３８．８４　　　２９．
５０活用可能排熱Ｊｉ：ＨＨ８ＴＵ／ｈｒ　　７０９．
２　　　００９．４使用再沸騰熱−ｕ：ＨＨＢＴＵ／ｈ
ｒ　　　　Ｏ，０４Ｇ＋、９未利用排熱量：ＨＨＢＴＵ
／ｈｒ　　　　７０Ｑ、２　　　１４７．５第１表から
判るように、各工程における比出力を比較すると本発明
による場合は従来法による場合に較べてかなりの向上を
示しており、エネルギ効率は１６４％も高められている
。尚、本実施例においては未だ全ての排熱の利用が計ら
れているわけではなく、若し排熱の全てが利用されれば
エネルギ効率はさらに向上するものであることは銘記す
べきであろう。
さらに、第２表においては、本発明の天然ガス液化法と
、第３図に示す従来法および米国特許に公表された幾つ
かの従来技術による天然ガス液化法とについて、ガスタ
ービンにおけるエネルギ入力を同一量とした場合の可能
生産容量比を示したものである。
第２表 液化法　　　　　　　　　生産容量：％本発明（第１図
）　　　　　　　１２１従来法（第３図）　　　　　　
　１０４米国特許第３，８１７，０４６号法　　　１０
７米国特許第３，７６３，６５８号法　　　１００米国
特許第４，５２５，７９５号法　　　１０４米国特許第
４．５４５，７９５号法　　　１０４第２表の結果から
、第１図に示したような本発明による天然ガスの液化法
においては、第３図や種々の米国特許に示される従来法
によるものに較べて同一エネルギ投入星に対してはるか
に高い生産効率を有することが判る。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の天然ガス液化法は新たに特
別な熱源を使用することなく、液化天然ガスの生産に際
してのエネルギ効率を著しく向上し得るものであり、さ
らにこれに加うるに含水化物の工程中での生成を防止し
得るように工程中の特定領域における温度制御が可能と
なること、例えば種々の外気温度に対して一定の予備冷
却温度をとることにより高レベル予備冷却用コンプレッ
サの出力を安定化し得ること、機械力の適用と配置の融
通性を高めて、有効に生産量の向上に活用することがで
きることなど数多い利点を有するものであって、二つの
閉鎖循環式の冷凍サイクルを有するような天然ガス液化
工場における生産効率を一段と高め得るものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は吸収冷凍サイクルを含む本発明による天然ガス
液化法におけるフローダイアグラムの略図、第２図は吸
収冷凍サイクルと第１図に示す本発明の工程との相関を
示すフローダイアグラムの略図、第３図は二つの二元閉
鎖回路を有する冷凍サイクルを使用した従来の典型的な
天然ガス液化法におけるフローダイアグラムの略図であ
る。 １８・・ドライヤ、２４・・・高レベル冷凍熱交換器、
３０・・・濃縮フラッシュシステム、５２．５４・・低
レベル冷凍コンプレッサ、６８・・低レベル冷凍熱交換
器、７６．８８・・・高レベル冷凍コンプレッサ、８４
・セパレータ、１４．３４．５８．８ｏ、９２・アンモ
ニア−水吸収冷凍熱交換器、９８・・高しヘルニ元冷凍
回路、１０８・・・アンモニア−水魚留塔、１１８・・
セパレータ。 特許出願人　エアー、プロダクツ、アンド　ケミカルス
、インコーポレーテッド

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）液化工程のための冷凍が二つの閉鎖循環式の冷凍
    サイクルによって行われ、混合（多成分）系冷凍用ヒー
    トポンプ液を有する第１又は低レベル冷凍サイクルにお
    いて天然ガスの供給流を冷却液化し、混合（多成分）系
    又は単一成分系冷凍用ヒートポンプ液を有する第２又は
    高レベル冷凍サイクルにおいて低レベルヒートポンプ液
    を冷却するようにした天然ガス供給流の冷却液化工程に
    おいて、供給天然ガス、低レベルヒートポンプ液および
    高レベルヒートポンプ液の予備冷却のための吸収冷凍サ
    イクルを組込むことによって、工程のエネルギ効率を高
    めることを特徴とする天然ガスの液化法。 （２）液化のための冷凍工程が二つの閉鎖循環式の冷凍
    サイクルによって行われ、混合（多成分）系冷凍用ヒー
    トポンプ液を有する第１又は低レベル冷凍サイクルにお
    いて天然ガスの供給流を冷却液化し、混合（多成分）系
    又は単一成分系冷凍用ヒートポンプ液を有する第２又は
    高レベル冷凍サイクルにおいて低レベルヒートポンプ液
    を冷却するようにし、さらに液化天然ガスの一部をフラ
    ッシュすることによってフラッシュ流を生成し、該フラ
    ッシュ流の一部を再圧縮して濃厚フラッシュ流として工
    程に再循環させるようにした天然ガス供給流の冷却液化
    工程において、供給天然ガス、低レベルヒートポンプ液
    、高レベルヒートポンプ液および濃縮フラッシュ流の予
    備冷却のための吸収冷凍サイクルを組込むことによつて
    、工程のエネルギ効率を高めることを特徴とする天然ガ
    スの液化法。 （３）吸収冷凍サイクルはアンモニア−水吸収冷凍であ
    る請求項１記載の天然ガスの液化法。 （４）吸収冷凍サイクルはアンモニア−水吸収冷凍であ
    る請求項２記載の天然ガスの液化法。 （５）低レベル冷凍サイクルによる冷却前に、高レベル
    による天然ガス供給流の冷却を行なう請求項１記載の天
    然ガスの液化法。 （６）低レベル冷凍サイクルによる冷却前に、高レベル
    による天然ガス供給流の冷却を行なう請求項２記載の天
    然ガスの液化法。 （７）単一成分系のヒートポンプ液はプロパンである請
    求項１記載の天然ガスの液化法。（８）単一成分系のヒ
    ートポンプ液はプロパンである請求項２記載の天然ガス
    の液化法。（９）低レベルおよび高レベル冷凍サイクル
    における低レベルおよび高レベルヒートポンプ液の圧縮
    用エネルギはガスタービンからの排気によって供給され
    、圧縮によって生ずる余剰のエネルギは吸収冷凍サイク
    ルの運転に利用する請求項１記載の天然ガスの液化法。 （１０）低レベルおよび高レベル冷凍サイクルにおける
    低レベルおよび高レベルヒートポンプ液の圧縮用エネル
    ギはガスタービンからの排気によって供給され、圧縮に
    よって生ずる余剰のエネルギは吸収冷凍サイクルの運転
    に利用する請求項２記載の天然ガス液化法。
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