JPH0391593A - 天燃ガスの液化法 - Google Patents

天燃ガスの液化法

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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］ 本発明は工程内負荷の液体タービン膨脹機を使用した効
率のよい天然ガスの液化方法に関する。
［従来の技術］ 天然ガスの液化はガスを容易且つ経済的に輸送および貯
蔵できるような形に変えるために重要で且つ広く行われ
ている技術である。
液化ガスの生産およびその生産地から最終ユーザーへの
輸送のために費用効率のよい手段を得るためにはガス液
化のためのエネルギーコストを最少にしなければならな
い、液化のコを低くする工程技術は最終ユーザーに対す
るガス製品の価格を低下させることにもなるからである
。
天然ガスの液化のための工程サイクルにおいてはガス液
化に必要な冷凍を得るために歴史的には等エントロピー
膨脹バルブ、またはジュール・トムソン（Ｊ−Ｔ）バル
ブが使用されてきた。
この目的のために膨脹バルブを使用した典型的な工程サ
イクルは、例えば米国特許第３．７６３．６５８号、第
４，０６５，２７６号、第４，４０４，００８号、第４
，４４５゜９１６号、第４，４４５，９１７号および第
４，５０４，２９６号等に記載されている。
しかし工程液をこのようなバルブを通過させた場合には
、得られる膨脹作用の損失が大きい。
これらの工程液の膨脹によって得られた仕事量の少なく
とも一部を回収するためには、一般にはレシプロケーテ
ィングＩＢｐ１４Ｉ！またはターボ膨脹機のような膨脹
機が用いられる。
このような膨脹機による輪作用は他の工程液の圧縮や揚
水あるいは種々の目的に用いるための発電に使用するこ
とができる。
また飽和または適冷した工程液流を膨脹するための膨脹
機の使用は選択された条件のもとでは、総体的な工程効
率に対し有効である。
「膨脹機」なる用語は一般的にターボ膨脹機またレシプ
ロ膨脹機を示すのに用いる。また天然ガス液化の分野で
は用語「膨脹機」は普段ターボ膨脹機を表示するのに用
いられるが、この明細書中においても同様の意味に用い
る。
米国特許第３，２０５，１９１号にはバルブ通過による
等エントロピー膨脹を行う前に適冷した液化天然ガス流
の膨脹を行わせるためにペルトン水車を使用した水力モ
ーターを使用することが開示されている。
水カモーター膨脹機中において蒸発が起らないように条
件＠御が行われ、また開示された液化工程においては液
化作用は、例えば−基以上の圧縮機を駆動するために用
いられる。
米国特許第３，４００，５４７号には配送地への冷凍タ
ンカーによる輸送のために、生産地において天然ガスの
液化を行うために液体窒素または液体空気中での冷凍を
利用することが開示されている。配送地においては液化
天然ガスは蒸発されてこれによる冷却により生産地に戻
され、そこで！！た蒸発されて他のタンカーに積まれた
天然ガスを冷却液化する。さらには生産地においては適
冷された天然ガスは膨脹寿れ、その膨脹作用はタンカー
から液体窒素または液体空気を揚水するために利用され
る。配送地においては加圧された液体窒素または液体空
気が膨脹され、その膨脹作用はタンカーからの液化天然
ガスの揚水に利用される。
液化天然ガスの蒸発による冷却を利用した液体空気の製
造法については、日本特許公報昭５４−８６゜４７９号
に開示されている。この方法においては、飽和液体空気
は膨脹タービン中において膨脹され、その膨脹作用は最
初の液化をするために供給された空気の圧縮に利用され
る。
米国特許第４，３３４，９０２号には冷凍熱交換機にお
いて多成分系冷媒の蒸発による間接熱交換によった圧縮
天然ガスの液化法が開示されている。
この方法においては予冷された２相冷媒が液体と蒸気流
に分けられ、液体は冷凍熱交換機においてさらに冷却さ
れ、ターボ膨脹機において膨脹され次いで熱交換機に導
かれ、そこで冷却するための蒸発が行われる。蒸気流は
熱交換機中でさらに冷却液化され、ターボ膨脹機中で膨
脹され、次いで熱交換機に導入されてそこで追加的な冷
却を行うためにさらに気化される。
４５バールの天然ガスが熱交換機を通過し、間接熱交換
によって液化され次いでターボ膨脹機中で約３バールに
膨脹されて液化天然ガス製品が得られる。この際の液体
ターボ膨脹機の膨脹作用は発電その他の目的に利用され
る。
上記のように追加的な冷凍サイクルは冷媒の予冷に使用
されるが、このサイクルはまた液体の膨脹に用いられ、
その膨脹作用は発電その他の目的に利用されるのである
。
米国特許第４，４５６，４５９号には最終フラッジユニ
程前での液化天然ガス流の膨脹でのターボ膨脹機の使用
について開示されている。フラッシュ前の膨脹は液化天
然ガス製品の生産量を増加し、且つフラッシュ用ガス量
を低下させる。
ターボ膨脹機によって生ずる膨脹作用は適切な軸連結圧
縮機、ポンプ、発電機等の各種駆動機構の運転装置に利
用される。
米国特許第４，７７８，４９７号にはガスを圧縮冷却し
て低温高圧液を得、さらに冷却することにより過冷却液
を得ることについて開示されている。
低温高圧液の一部はさらに冷却するために膨脹され、そ
の膨脹作用は冷却前のガスの圧縮における圧縮作用の一
部に利用される。過冷却液はさらに冷却されて膨脹機に
おいて膨脹され、気化なしで最終液体製品が得られる。
この液体製品の一部は過冷却液の再冷却のためにフラッ
シュされる。
冷却またはガス液化工程のでの膨脹作用の同工程におけ
るポンプや圧縮機の駆動への利用は工程の効率を高める
のに有効である。
［発明が解決しようとする課題］ このような天然ガスの液化工程において、さらに、工程
中における膨脹作用と圧縮作用との結合を最適化するこ
とによって、多くの要因により所定のガス液化工程にお
ける工程への投資および運転費用を総合的に最大級に節
減することが可能であると考えられる。これらの最適化
要因のうちには工程流における液組成や熱力学的特性の
ほかに圧縮機、ポンプ、膨脹機やパイプ類等の設計的要
因も含まれる。
本発明は天然ガスの液化工程中での膨脹作用の優れた利
用を図ることによって工程の経済的効率を向上させるこ
とを目的とするものである。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明においては、天然ガス
の冷却の一部は少なくとも一つの液体工程流の膨脹によ
って行われ、これによって得られた膨脹作用は冷却およ
び膨脹前の同じ工程液を圧縮または揚水するために利用
するようにしたものである。このような膨脹作用の利用
によって液化作用の極小化は防止され且つ液化効率が高
められる。
天然ガスの液化法においては、加圧したガス供給流は一
つ以上の気化した多成分系冷却流による間接的熱交換に
よって低温熱交換機中で液化される。また液化工程の実
施に際して、幾つかの液流を本発明による工程内負荷の
膨脹機中において選択的に膨脹させることによって生産
性の改善をはかることが出来る。
これらの供給流の最初のものは加圧天然ガス供給流であ
るが、これらは圧縮され低温熱交換機中で冷却液化され
、そして膨脹されて最終液化製品となる。ｌＢ脹機の運
転によって生ずる膨脹作用は圧縮機を駆動するために利
用する。即ち、膨脹機と圧縮機とは単一のコンバンダー
・ユニットで機械的に結合されている。
さらに、多成分液体冷媒流は低温熱交換機内での気化に
よる冷却の大部分が行われる前に選択的に膨脹されるが
、その膨脹作用は最初に気化された同じ冷媒流を液化、
膨脹させる前に圧縮するために利用される。
第２の多成分液体冷媒流はもう一つの低温熱交換機内で
の気化による冷却の大部分が行われる前に選択的に膨脹
されるが、その膨脹作用は同じ液体冷媒流を適冷、膨脹
する前に揚水するために利用される。膨脹機とポンプは
単一の膨脹機／ポンプ・ユニットで機械的に結合される
。
工程供給流および冷媒流の冷却、液化は、複数個のコイ
ル巻きチューブとこのチューブ表面に流下し気化する液
状冷媒の分配供給手段とを具えた低温熱交換機内におい
て、膨脹前に冷媒流の気化を伴う間接熱交換によって行
われる。
熱交換機からの気化冷媒流は外部熱交換システムにより
、圧縮冷却されて部分的に液化され、前述したように気
化冷媒は圧縮のために液状冷媒は揚水のために還流され
る。
本発明を採用することによりガス液化工程の生産性は高
められ、エネルギーコストを低減することができるが、
これは言換えれば一部エネルギー消費のもとでは液化能
力が向上することを意味する。
本発明の特徴とするところは各膨脹機による膨脹作用を
液化工程サイクルの一部である液体ポンプまたはガス圧
縮機と直接機械的結合を図ることによってその駆動に利
用するものである。即ち工程の効率と信頼性を高め且つ
投下資本を減少させるために、各膨脹機は同工程液流内
において組合せた機械として作動する。
天然ガスの液化工程において、本発明のようなポンプお
よび圧縮機と組合せた液体膨脹機を使用した場合には、
このような工程負荷を使用せずに従来の等エントロピー
膨脹バルブ使用の場合に較べ、同様工程において全工程
における使用圧縮エネルギーを６．３％も減少させるこ
とができるのである。これは逆の言いかたをすれば、工
程の圧縮エネルギーを一定にした場合には、本発明の方
法によるときは従来の等エントロピー膨脹バルブのみを
使用した場合に較べて液化能力を６，３％増加させるこ
とができることを意味するものである。
また本発明のように膨脹作用を直接ポンプおよび圧縮機
の駆動に利用する場合には膨脹作用を、他の目的例えば
発電のために使用する場合に較べて液化能力を１．５％
増加させることができる。
［作　用］ 本発明の天然ガス液化方法について、その詳細および作
用について図面に基づいてさらに具体的に説明する。
液化天然ガス（ＬＮＧ）は約６０〜９０モル％のメタン
および、エタン、プロパン、ブタン等の重炭化水素、高
分子炭化水素、窒素からなるメタン含有供給流を原料と
して生産される。
メタン含有供給流は、例えば米国特許第４　、０６５　
。
２７８号に開示されているような方法により、予冷、圧
縮および乾燥される。
即ち、約２０乃至−３０Ｆ間の温度に予冷部よび乾燥さ
れ、約４００乃至１，２００　ｐｓｉｇの圧力に圧縮さ
れた供給流１は洗浄塔１８０に導入され、ここでメタン
よりも重い炭化水素が排出流３中に取除かれる。
一方高メタン流２は熱交換要素１２１に導かれここで部
分的に圧縮され、次いで蒸気と液が混在する流れ４は分
離器１８１に送られ、そこで分離された液流５は洗浄塔
１８Ｇに還流する。なお、洗浄塔での重炭化水素の洗浄
については、米国特許第４゜０６５　、２７８号に記載
されているように公知である。
勿論供給流の組成や工程条件によっては他の洗浄方式を
使用することも可能である。
また供給流ｌ中に含まれる重炭化水素の量が極端に少な
ければ洗浄塔１８０を省略することができる０分離器１
８１からの一方の流れ６は圧力的６３０ｐａｉｇで且つ
温度−４５Ｆにおいてメタンを約９３モル％含むが、圧
縮器１３２においてさらに圧力６７５ｐｓｉｇまで圧縮
され、天然ガス供給流８を形成する。
この流れ８は中温熱交換要素群１１Ｇ中の熱交換要素１
１１および低温熱交換要素群１０１中の熱交換要素１０
２を流れ圧力的５８０ｐｓｉｇ　、温度的−２５５１”
において極低温液化天然ガス流１０を形成する。
液化天然ガス流１Ｇは膨脹機１３１において膨脹されて
、その圧力が５８０ｐｓｉｇからｏ　ｐｓ匈に減少し、
流れ１２として送られて最終ＬＮＧ　ｌ晶となる。ｌｊ
脹構機１３１圧縮器１３２を駆動するが、これらはコン
パンダ−として機械的に結合されている。
追加のメタン含有流が流れ１６として、約３００〜４０
０　ｐｓｉｇの範囲の圧力で供給されるがこれは熱交換
要素１２２，１１２および１０３を選択的に流れること
により液化され、約２００〜３００ｐｓｉｇで一２５５
Ｆの追加液化天然ガス流１８となる。液化天然ガス流１
Ｂはバルブ１７０を通過して膨脹し、流れ１２と合体し
て最終ＬＮＧ製晶製品となる。この追加供給源は工程サ
イクルの適宜の場所から、または外部から調達される。
天然ガス液化のための冷却は上記したように、低温熱交
換機１００の殻側での低レベル多成分系冷媒（ＬＬ　０
ＣＲ）の気化により行われる。
ＬＬ　ＨＣＲ流２１は、先に引用した米国特許第４，０
６５゜２７８号記載されているように外部の閉鎖環型冷
却システムにおいてＯＣＲを圧縮、冷却することにより
供給される。該特許中に記載されているように、外部１
４０Ｒ循環の冷却のための冷却装置は、第２のより高温
の閉鎖環型冷却装置システムによって行われる。
ＬＬ　ＮＣＲ流２１は一部液化されて、圧力的５６５ｐ
ｓｉｇ、温度的２０１”乃至−４０Ｆの温度範囲で分離
器１６Ｇに導入される。　ＯＣＲ蒸気流２２は圧縮機１
４２中で約５９Ｓｐｓｉｇの圧力に圧縮され、圧縮流２
４は３０’Ｆ乃至−３０ｉ”の温度範囲で低温熱交換機
１００に入る。この圧縮流２４は熱交換要素１２３，１
１３および１０４を通り、約４６５ｐｓｉｇの圧力で、
−２６５’Ｆの温度を有する液体流２６を形成する。液
体流２６は膨脹機１４１で約３０ｐｓｉｇの圧力、−２
６５Ｆの温度に膨脹され、約６％の蒸気を含む流れ２８
が得られる。ｍ構機１４１と圧１１器１４２はコンバン
ダーとして機械的に結合されており、膨脹機による膨脹
作用は直ちに圧縮機を駆動する。
冷却されたＮＣＲ流２８は分配器１２６を経て低温熱交
換機１００に導かれ、低温熱交換要素群１０１、中温熱
交換要素群１１０および高温熱交換要素群１２０におい
て熱交換要素の表面に流れて気化する。
分離器１６０からの液体ＨＣＲ流３０はポンプ１５２で
揚水され圧力９７５ｐｓｉｇに達し、これによって生じ
た流れ３６は低温熱交換機１００に導かれて熱交換要素
１２４および１１４を通過する。
次に圧力的８６５ｐｓｉｇ　、温度的−２００Ｆの液化
ＨＣＲ流３８は膨脹機５１で膨脹され圧力３０ｐｓｉｇ
となり、温度も−２０５Ｆに冷却される。ｍ構機１５１
とポンプ１５２とは膨脹機／ポンプ・ユニットで機械的
に結合されており、従って膨脹機１５１により生じた膨
脹作用はポンプ１５２を駆動するために直接利用される
。
１ＩＷＡされたＨＣｆｌＣｆｌ流儀０熱交換ｆｉ１００
に入り分配器１２８にこより各熱交換要素上に分配され
る。
従って膨脹されたＮＣＲは中温熱交換要素群１１０およ
び高温熱交換要素群１２０における熱交換要素上を流下
して気化し、冷却装置内に冷却液を生じさせる。
気化したＨＣＲｆｉ４２は、前述したように圧縮冷却す
るために閉鎖環型冷却システム１９０に還流される。低
温熱交換機１００における典型的な殻壁温度は、低温熱
交換要素群１０１の頂部において一２１５Ｆ乃至−２５
０Ｆ、また中温熱交換要素群１１０の頂部において−２
２０乃至−１９０Ｆ、またさらに高温熱交換要素群１２
０の頂部において一１００Ｆ乃至−４０’Ｆ″である。
低温熱交換機１００の殻壁冷却のための他成分系冷媒（
ＯＣＲ）は窒素、メタン、エタンおよびプロパンの混合
物からなっている。
本発明の典型的な実施態様においては５．８モル％の窒
素、３５．８モル％のメタン、４４．０％のエタンおよ
び１３４モル％のプロパンからなる組成の混合物が使用
された。勿論この成分および組成は天然ガス供給流の組
成や液化操作に影響を与えるような他の条件によって変
更し得るものである。
天然ガス液化工程における本発明の改良点は、等エント
ロピー膨脹バルブに代えて膨脹機を使用して低温熱交換
機１００に冷却を与え、ＬＮＧ最終製晶製品力抜きを行
い、また膨脹機１４１における液化流の影響によって生
ずる膨脹作用を利用して冷却液化前に圧縮機１４２にお
いて多成分系冷媒の追加的圧縮を行ったことである。
また本発明の他の改良点は膨脹機１５１において適冷液
を膨脹させることによって生じ、た膨脹作用を利用して
過冷却前にポンプ１５２において液体多成分系冷媒を揚
水するようにしたことである。
さらにまた本発明における重要な改良点は膨脹機１３１
におけるＬＮＧ製品の最終抜圧により生じた膨脹作用を
低温熱交換機１００に導入される前の圧縮機１３２にお
ける低温の供給蒸気の圧縮に利用したことである。また
等エントロピー膨脹バルブを膨脹機によって置き換えた
ことによって追加冷却が行い得るようになり、液化能力
を一段と向上させることができることである。
以上述べたように本発明によるときは膨脹作用をより高
温の工程液の圧縮および揚水に利用することによって液
化作用の低下を防止し、液化能力を増加させることがで
きる。
［実　施　例］ 次に本発明の実施例について説明する。
本発明の優れた効果を実証するために、全ＬＮＧ工程サ
イクルの比較コンピューター・シミュレーションを行っ
た８本サイクルは先に図面にて示したような低温熱交換
サーキットと同様な高レベルおよび低レベル多成分系冷
却環を含むものである。
比較例１においては先の図面において、１３１．１４１
および１５１で示された膨脹機の代わりに従来がちこの
種の装置において使用される等エントロピー膨脹バルブ
を採用し、また圧縮機１３２および１４２、ポンプ１５
２は使用しながった場合の例を示す、また比較例２にお
いては、膨脹機１３１１４１および１５１を使用するが
、圧縮機１３２および１４２、ポンプ１５２を使用しな
い場合のものについてシミュレートし、これらを先の図
面により示された本発明の工程サイクルによるもの、即
ち発明例と対比すべき比較例とした。
なお原料供給および工程条件は３２０　Ｘ１０’　ｆｔ
５７日を標準として容量設計された実際の商業的ＬＮＧ
プラントを比較シミュレーションにおて使用した。
この３例についての工程使用エネルギーの比較を第１表
に示す。
第 表 比較例１ 比較例２ 発明例 圧縮用動力＋ＩＰ Ｌ　ＬＭＣＩ？　　　冷却サーキット 高レベル　冷却サーキット 合計 ８０、４２８ １１９．８６Ｇ ７６、０１７ １１４、１０３ ７４、４５９ １１２．３５６ 対基準例動力節減％　　　　　０．０　　　４．８（定
動力製品増加％） ６．３ 膨脹機／圧縮機動力ＩＰ ＮＣＲ蒸気（圧縮機１４２）　　　　　−−＜ｍ展線１
４１　）　　　　　　　　　　２８１ＭＣｌ？液体（ポ
ンプ１５２　）　　　　　　　　　　−＜ｍ脹１１１５
１）　　　　　−８０２ＬＮＧ　　　（圧縮機１３２　
）　　　　　−−（膨脹機１３１　’）　　　　　　　
　　　６７９（注）比較例１：定エントロピー膨脹バル
ブ使用比較ｒＲ２：ｍ脹機使用、圧縮機、ポンプ不使用
５８ ７Ｇ １．４６２ １　、５０９ ２３ ３６ 第１表に示されたように、膨脹バルブの代りに膨脹機１
３１　、１４１および１５１を使用するときは工程にお
ける圧縮用動力を４．８％減少させることができる。こ
のことは逆に言えば、一定量の圧縮用動力を使用すると
きはＬＮＧ製晶製品産量を４８％増加させることができ
ることを示すものである。
またさらに本発明におけるように工程負荷の膨脹機を圧
縮機１３２，１４２および１５２の駆動に利用するとき
は動力使用量は６．３％減とさらに１．５％減少させる
ことができる。
即ち、同一動力量では、さらに１．５％ＬＮＧ製品量を
増量することができる。この１．５％の追加の増量は次
の二つの方法で達成できる。
第１には膨脹機側に較べて各膨脹機の吸い込み圧力がよ
り高くなり、従って膨脹率をより高くすることができる
。このことから明白なように、本発明の多成分系冷媒膨
脹機においてはポンプ１５２を欠如する膨脹機側に較べ
て冷却効率は８７％も高くなる。
これは液化ＨｅＲ流３８の圧力がポンプ１５２により５
６５１）Ｓｉｇから９７Ｓｐｓｉｇまで高められ、この
結果膨脹バルブ使用の場合の液流の鰐脹が４５５ｐｓｉ
ｇ〜３０ｐｓｉａ４．：まで膨脹するのに較べて８６５
９５１ｇから３０までと大幅に膨脹し得るからである。
第２には、圧縮されたＨＣＲ流２４および液化されたＨ
ＣＲ流３６が膨脹機側の場合よりも高圧で低温熱交換機
１００中で濃縮され適冷されるために液化作用の不足を
防止することができることである。多成分系冷媒の圧力
は増加し、これが冷媒圧縮機吸引圧力を増加させ、また
さらに固有の動力を低下させるのである。換言すれば、
第１表に総括された例において工程圧縮用動力を一定と
した場合に、ＬＮＧ液化の生産能力を増加させることが
できる。
本発明において各膨脹機は図示するようにコンパンダ−
１３０および１４０、ならびに膨脹機／ポンア結合によ
って圧縮機およびポンプを駆動する。
本発明の特徴とするところは先にも述べたように各膨脹
機が同一の液体に対して工程中に負荷されることであり
、即ち！ＩｊｗＡ機１３１および圧縮機１３２の両者は
天然ガスの供給／製品について駆動し、膨脹機１４１と
圧縮機１４２の両者は多成分系冷媒の蒸気／凝縮物につ
いて駆動し、膨脹ｔＲ１５１とポンプ１５２の両者は多
成分系冷媒液に対して駆動するように負荷される。
第１表によれば膨脹機１４１は２７６ＨＰの発生し、そ
のうち機械の効率損失を差引いた後の２５８ＨＰが圧縮
機１４２においてＮＣＲ蒸気流２２の圧縮に使用される
。若し膨脹機１４１を使用する代わりに膨脹バルブが使
用されたとすれば、この仕事量は完全に失われてしまう
のである。
同様に膨脹機１３１および１５１の代わりに膨脹バルブ
を使用するとポンプ１５２駆動のための１，４６２ＨＰ
の約半量および圧縮機１３２駆動のための７２３ＨＰが
失われる。
比較例２における膨脹機１３１，１４１および１５１に
より発生する作用は第１表の基準例のように全くの損失
にならないように発電に利用することによって回収する
ことも可能である。
しかしながら、本発明のように膨脹機１３１，１４１お
よび１５１の作用を直接工程機械と結合させて、与えら
れた圧縮機と動力消費に対するＬＮＧ生産量を増大し得
るようにすることが望ましい、何となれば典型的な遠隔
地のＬＮＧ生産現場においては、プラント内で使用する
にせよまたは発電するにせよ追加の電力を得るよりは追
加のＬＮＧ製品を得るほうが余程経済的に有利であるか
らである。
このような工程内負荷の膨脹機によって生ずる作用を何
に利用するかの選択は操業効率と投下資本の間の最良の
帳じりを考慮して決定すべきである。そして、このよう
な帳じりについては膨脹機１３１．１４１および１５１
により生ずる作用の種々の利用法について、コンニータ
ーシミュレーションを行うことによって評価することが
できるのである。
シミュレーションの結果、これらの膨脹機によって生ず
る膨脹作用を上流における供給原料ガスの乾燥および予
冷用天然ガス供給圧縮機を駆動するために使用すること
によって最大の動力節約を果たすことができることが判
った。
［発明の効果］ 以上述べたように本発明によるときは、天然ガスの冷却
による液化を行うに際し、従来使用されていた膨脹バル
ブに代わって膨脹機を使用し、且つ膨脹機と圧縮機およ
びポンプを機械的に結合させることによって膨脹機の運
転によって生ずる膨脹作用を直接これら圧縮機およびポ
ンプの駆動に活用することによって天然ガス液化に際し
ての動力を大幅に節約するとともにその生産性を高める
ことができるので工業的に優れた発明であると言うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は１個のポンプおよび２個の圧縮機を伴った３個
の工程膨脹機を有する本発明の方法における概略工程図
である。 １・・・天然ガス供給流　１◇０・・・低温熱交換機１
０１・・・低温熱交換要素群　１０２．１０３．１０４
・・・熱交換要素　１１０・・・中温熱交換要素群 １１１．１１２，１１３，１１４・・・熱交換要素１２
０・・・高温熱交換要素群 １２１、１２２．１２３．１２４・・・熱交換要素１３
０、１４０・・・コンパンダ−・ユニット３１ ４１ １５１・・・膨脹機 １３２．１４２・・・圧縮機 １５０・・・膨脹機／ポンプ・ユニット１５２・・・ポ
ンプ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）加圧ガス状供給流を液化するに際し、（ａ）該加
    圧ガス状供給流を第１の圧縮機で圧縮し圧縮供給流とす
    る工程、 （ｂ）低温熱交換機中で、第１および第２の気化多成分
    系冷媒流によって間接熱交換を行うことにより該圧縮供
    給流を冷却し、液化供給流とする工程、 （ｃ）該液化供給流を第１の膨脹機中で膨脹させ、第１
    の膨脹機により生ずる膨脹作用によって第１の圧縮機を
    駆動する工程、 （ｄ）該第１の膨脹機から液化ガスを取り出す工程、 とよりなり、該第１の膨脹機により生ずる膨脹作用を該
    第１の圧縮機の駆動に利用することによって、該液化工
    程における液化作用が極小化するのを防止し、液化効率
    を向上させることを特徴とする天然ガスの液化方法。 （２）第１の気化多成分系冷媒流の供給は、（１）気体
    状の多成分系冷媒混合物を圧縮し、冷却し、且つ部分的
    に液化する工程、 （２）上記の部分的に液化した冷媒を蒸気流と液体流と
    に分離する工程、 （３）該蒸気流を第２の圧縮機において圧縮し、圧縮蒸
    気流とする工程、 （４）該圧縮蒸気流を低温熱交換機において、第１およ
    び第２の気化多成分系冷媒流で間接的に熱交換すること
    によって冷却液化して液化流とする工程、 （５）前記（４）工程における液化流を第２の膨脹機に
    おいて膨脹し、得られた膨脹液流を低温熱交換機に導入
    して第１の気化多成分系冷媒流を形成し、第２の膨脹機
    により生ずる膨脹作用で第２の圧縮機を駆動する工程、 とよりなり、該第２の膨脹機によつて生ずる膨脹作用を
    該第２の圧縮機の駆動に利用することにより、該液化工
    程における液化作用の極小化を防止し、液化能力を向上
    させることを特徴とする請求項１記載の天然ガスの液化
    方法。 （３）該第２の気化多成分系冷媒流は、次の追加的な工
    程、即ち、 （６）請求項２記載の（２）工程において得られる液体
    流をポンプによって揚水し、該揚水液流を低温熱交換機
    において第１および第２の気化多成分系冷媒流によって
    間接的に熱交換することにより冷却する工程、 （７）上記（６）工程における揚水液流を第３の膨脹機
    において膨脹し、該膨脹液流を低温熱交換機に導入して
    第２の気化多成分系冷媒流を形成し、第３の膨脹機によ
    り生ずる膨脹作用で該ポンプを駆動する工程、 （８）低温熱交換機から気化多成分系冷媒を回収して、
    請求項２記載の（１）工程に繰返し使用する工程とより
    なり、 該第３の膨脹機によって生ずる膨脹作用を該ポンプの駆
    動に利用することにより、該液化工程における液化作用
    の極小化を防止し、液化能力を向上することを特徴とす
    る請求項２記載の天然ガスの液化方法。 （４）加圧ガス供給流は、予冷され、乾燥され、且つ圧
    縮された天然ガス流から、Ｃ＿２およびより重質の重炭
    化水素を除去し、得られた高メタン流を低温熱交換機に
    おいて気化した冷媒で間接的に熱交換することにより冷
    却して部分的に液化し、これにより得られた２相流を加
    圧ガス供給流と液体流に分離することによって、液体メ
    タンよりなる液化ガス製品を得る請求項１記載の天然ガ
    スの液化方法。 （５）メタン含有加圧ガスを低温低温熱交換機において
    第１および第２の気化多成分系冷媒流により間接的に熱
    交換することによって液化し、得られた液化流を膨脹す
    ることにより、第１の膨脹機によって得られた製品に合
    併すべき液体メタン製品を得る請求項４記載の天然ガス
    の製造方法。 （６）多成分系冷媒は窒素、メタン、エタンおよびプロ
    パンからなる請求項１記載の天然ガスの液化方法。 （７）ガス状供給流を液化するための冷却を行うように
    した閉鎖環型工程であって、 （ａ）ガス状の多成分系冷媒混合物を圧縮し、冷却し、
    部分的に液化する工程、 （ｂ）部分的に液化した冷媒を蒸気流を液体流に分離す
    る工程、 （ｃ）該蒸気流を圧縮し圧縮蒸気流とする工程、（ｄ）
    該圧縮蒸気流を低温熱交換機において第１および第２の
    気化冷媒流で間接的に熱交換することにより、冷却して
    液化する工程、 （ｅ）上記（ｄ）工程による液化流を膨脹し、得られた
    膨脹流を低温熱交換機に導入して第２の気化多成分系冷
    媒を形成し、膨脹作用は （ｃ）工程における蒸気流の圧縮に利用する工程、 （ｆ）上記（ｂ）工程による液体流を揚水し、該揚水流
    を低温熱交換機において第１および第２の気化冷媒で間
    接的に熱交換することにより冷却する工程、 （ｇ）上記（ｆ）工程において揚水され冷却された液体
    流を膨脹し、得られた膨脹流を低温熱交換機に導入して
    第１の気化多成分系冷媒を形成し、ここにおける膨脹作
    用は（ｆ）工程における液体流の揚水に利用する工程、 （ｈ）低温熱交換機から気化多成分系冷媒を回収して上
    記（ａ）工程に繰返し使用する工程とよりなり、 該低温熱交換機における気化多成分系冷媒流により得ら
    れる冷却の一部をそこでの間接的な熱交換によるガス供
    給流の液化に利用し、膨脹作用の該蒸気流の圧縮と液体
    流の揚水に利用することによって、該工程において与え
    られたエネルギー消費に対して得られる冷却量を増加さ
    せることを特徴とする天然ガスの液化方法。 （８）（ａ）頂部と底部を有する竪型容器内に、複数個
    のコイル巻きチューブよりなり、該容器の外殼を貫通す
    る該チューブの入口および出口手段を含む熱交換手段、 （ｂ）容器上端部に設けられ、第１の液体多成分系冷媒
    流がチューブの表面に沿つて流下して気化し、該チュー
    ブ内を流れる液を冷却するように形成した第１の液体多
    成分系冷媒の分配手段、 （ｃ）容器の上端部と底部との中間に設けられ、第２の
    液体多成分系冷媒流がチューブの表面に沿つて流下して
    気化し、該チューブの内側を流れる液を追加的に冷却す
    るように形成した第２の液体多成分系冷媒の分配手段お
    よび、（ｄ）加圧ガス供給流が更に圧縮され、且つコイ
    ル巻きチューブの第１群において冷却されることによつ
    て液化した後、膨脹されて液化ガス製品を形成し、且つ
    第１のターボ膨脹機による膨脹作用によって第１の圧縮
    器を駆動するように構成した第１のターボ膨脹機および
    これにより機械的に結合する第１の偏心圧縮器、 とよりなる気化多成分系冷媒を使用した間接的熱交換に
    よる加圧ガス状供給流の液化システム。 （９）更に、 （ｅ）該容器の底部から気化多成分系冷媒を移送する手
    段、 （ｆ）該気化多成分系冷媒を部分的に液化するため圧縮
    および冷却手段、 （ｇ）部分的に液化された冷媒を蒸気流と液体流とに分
    離するための分離手段、 （ｈ）該蒸気流が圧縮され、且つコイル■きチューブの
    第２群において冷却されることによって液化した後、第
    ２のターボ膨脹機内で膨脹されて第１の多成分系冷媒流
    を形成し、且つ第２のターボ膨脹機による膨脹作用で第
    ２の圧縮機を駆動するように構成した第２のターボ膨脹
    機およびこれに機械的に結合する第２の偏心圧縮機、 とよりなる請求項８記載の加圧ガス供給流の液化システ
    ム。 （１０）更に、 （ｉ）液体流が揚水され、且つコイル巻きチューブの第
    ３群において更に冷却された後、第３ターボ膨脹機内で
    膨脹されて第２の多成分系冷媒流を形成し、且つ第３タ
    ーボ膨脹機によって生ずる膨脹作用で該ポンプを駆動す
    るように構成した第３のターボ膨脹機およびこれに機械
    的に結合する偏心ポンプ、 とよりなる請求項９記載の加圧ガス供給流の液化システ
    ム。 （１１）熱交換手段は４群のコイル巻きチューブと膨脹
    バルブとよりなり、その中で他の加圧ガス供給流が液化
    され、膨脹されて追加の液化ガス製品を形成する請求項
    ８記載の加圧ガス供給流の液化システム。 （１２）予冷され、乾燥され、加圧された天然ガス流か
    らＣ＿２およびより重質の重炭化水素を除去するための
    蒸留システムからなり、その中で該蒸留システムからの
    蒸気製品は第１の圧縮機への加圧ガス供給流を形成し、
    また該熱交換手段における第５群のコイル巻きチューブ
    は該蒸留システムからの蒸気流を部分的に液化すること
    により、該システムへの還流を形成する請求項９記載の
    加圧ガス供給流の液化システム。
JP2218850A 1989-08-21 1990-08-20 天燃ガスの液化法 Granted JPH0391593A (ja)

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