JPH0449028B2 - - Google Patents

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JPH0449028B2
JPH0449028B2 JP59222335A JP22233584A JPH0449028B2 JP H0449028 B2 JPH0449028 B2 JP H0449028B2 JP 59222335 A JP59222335 A JP 59222335A JP 22233584 A JP22233584 A JP 22233584A JP H0449028 B2 JPH0449028 B2 JP H0449028B2
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Air Products and Chemicals Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は天然ガスまたはその他のメタン富有ガ
スの流れを液化する方法に関する。さらに特定的
には、本発明は天然ガスまたはメタン富有ガスの
流れを液化するために使用される冷媒のためにさ
らに効率のよい流路を使用する二段階混合成分冷
媒液化方法に関する。
天然ガスおよびその他のメタン富有ガスの流れ
を経済的な燃料源として回収しかつ使用するに
は、ガスの産出現場から使用する現場までの経済
的輸送をはかるためにかかるガスを液化すること
が必要であつた。多量のガスを液化するために
は、明らかに多量のエネルギが必要である。天然
ガスを競争力のある価格で利用するためには、液
化方法はエネルギを極力効率良く使用するもので
なければならない。
液化プロセスの非能率性は、通常、液化を行な
うために使用される冷凍装置の圧縮負荷が該冷凍
装置を単一成分冷媒サイクルで運転するために使
用される駆動機すなわち電動機と釣り合つていな
い場合に生じ、特にこのような冷凍装置が液化装
置全体を通じて適合していない場合に起こる。圧
縮負荷は液化プロセスの主要な動力を消費する機
能である。それに加えて、液化プロセスは特定の
気候条件下にある種々の地域に容易に適応可能で
なければならない。このような気候条件はまた特
に世界のより極地に近い地域においては季節によ
り変動するものである。このような気候条件は液
化プロセスに対して特に天然ガスを液化するため
に使用される冷媒を製造する際に利用される冷却
水の温度に重大な影響をおよぼす。季節の移り変
わりおよび気候領域のちがいに起因する利用しう
る冷却水の温度のかなり大きい変動により種々の
冷凍サイクルにおける不平衡が惹き起こされる。
また、その他にも冷凍サイクルにおける圧縮負
荷と圧縮用駆動機との整合から生ずる非能率性が
ある。このような非能率性は通常液化を行うため
の冷媒に対する液化しようとするガスの整合に関
して起こるものである。多成分段フラツシユサイ
クルにおいては、当業者は組成の変動および種々
の拘束条件のために悩んできた。
変動する周囲条件および多成分多重サイクル冷
凍プロセスに容易に適応しうる効率の良い液化プ
ロセスを提供するために種々の試みがなされてき
た。米国特許第4112700号明細書には、天然ガス
を液化するために二つの閉サイクル冷媒の流れが
利用される天然ガスを液化するための液化機構が
記載されている。天然ガスを液化するための多数
の段において第一高レベル（温度がより高い）予
冷冷媒サイクルが利用されている。この冷媒は当
初は冷却水により完全に凝縮されない。この第一
高レベル予冷冷媒は多段階的に相分離される。こ
れらの多数の段の作用は再循環のために冷媒の軽
い成分の部分を戻し、一方天然ガスをより低い温
度に冷却するためには冷媒の重い成分の部分を保
留することである。第一高レベル予冷冷媒はまた
第二低レベル（温度がより低い）冷媒を冷却する
ために利用される。第二低レベル冷媒は天然ガス
を一段階で液化する作用をする。このプロセスの
欠点は高レベル予冷冷媒が初期の相分離後により
低い温度に冷却する作用を行なうためにさらによ
り重い分子量の成分を利用することである。これ
は本発明の効率の良い冷却のための望ましい方法
に反している。さらに、第二冷媒すなわち低レベ
ル冷媒は天然ガスの液化を多段階的に行なうより
もむしろ天然ガスを一段階で液化するために使用
されている。最終的に、高レベル冷媒はその冷凍
作用前に外部の冷却流体により完全に凝縮されな
い。
米国特許第4274849号明細書には、二つの別の
冷凍サイクルを使用するメタン富有ガスを液化す
る方法が開示されている。二つの別のサイクルの
各々は多成分冷媒を使用している。低レベル（温
度がより低い）冷媒は天然ガスを間接熱交換によ
り二段階で冷却して液化する。高レベル（温度が
より高い）冷媒は液化される天然ガスと熱交換を
行なわないが、補助熱交換器中の間接熱交換によ
り低レベル冷媒を冷却する。この熱交換は一段階
で行われる。
米国特許第4339253号明細書には、低レベル冷
媒が天然ガスを二段階で冷却しかつ液化する天然
ガスのための二段階冷媒液化方法が開示されてい
る。次いで、この低レベル冷媒は高レベル冷媒に
より一段階で冷却される。高レベル冷媒は、乾燥
した天然ガスをプロセスの主液化領域に送入する
前に天然ガスを単に水分を除去するための温度ま
で初期冷却するために使用される。二段階サイク
ル冷媒液化プロセスのサイクルの間でこのような
個々の段階の熱交換を行なうと、冷媒が混合成分
冷媒を構成している場合に冷媒組成の規則正しい
変動によりサイクルの間に緊密に適合した熱交換
を行なう機会が得られなくなる。
1983年５月15日から同19日までの間に開催され
た第７回LNG国際会議におけるエイチ・パラド
ウスキーおよびオー・スケラー両氏による論文の
第３図に、ガスを液化するために二つの閉冷凍サ
イクルを使用する液化装置が示されている。この
流路構成図の右側に示された高レベルサイクルは
低レベルサイクルを冷却すると共に初期のガスの
流れを冷却してその水分を凝縮させるために使用
される。高レベル冷媒は多段階的に再圧縮され、
そして低レベル冷媒を三つの異なる温度および圧
力で冷却する。この液化方式では、高レベル冷媒
の組成を熱交換器における種々の冷凍段と整合す
るように変更することは考慮されていない。
本発明では、冷媒が相互に多段階的に熱交換を
行なう一方冷媒のより小さい分子量を有する成分
を利用してこのような分子量の小さい成分に最も
良く適合した低レベル（低温）冷凍作用を行なう
ように高レベル冷媒の冷媒組成が変更される閉サ
イクルに多成分冷媒を使用する液化方法に独特の
流路構成を利用することにより従来技術の欠点を
なくしている。
本発明は、高レベル冷媒が低レベル冷媒を冷却
し且つ低レベル冷媒が天然ガスを冷却し且つ液化
する二つの閉サイクル多成分冷媒を使用して天然
ガスを液化する方法であつて、 (a) 第一冷凍閉サイクル中の低レベル多成分冷媒
との熱交換により天然ガスの流れを冷却し且つ
液化し、この際前記冷媒は熱交換の間再び暖め
られ、 (b) 再び暖められた低レベル冷媒を高圧に圧縮し
且つ前記冷媒を外部冷却流体により最終冷却
し、 (c) 第二冷凍閉サイクル中の高レベル多成分冷媒
を用いる多段熱交換により前記低レベル冷媒を
されに冷却し、この際前記高レベル冷媒は熱交
換の間再び暖められ、 (d) 前記の再び暖められた高レベル冷媒を高圧に
圧縮し且つ外部冷却流体により最終冷却して前
記高レベル冷媒の一部を液化し、 (e) 前記高レベル冷媒を気相霊媒の流れと液相冷
媒の流れとに相分離し、 (f) 液相冷媒の流れの部分を過冷し且つより低い
温度および圧力まで多段階で膨張させて低レベ
ル冷媒を冷却し且つ気相冷媒の流れを冷却し且
つ液化する 諸工程を含む前記天然ガスを液化する方法であ
つて、(e)で相分離した気相冷媒の流れを圧縮し且
つ外部冷却流体により凝縮させた後、凝縮された
気相冷媒の流れを液相冷媒の流れにより過冷却
し、次いて低い温度および圧力に膨張させて低レ
ベル冷媒に最も低い温度の冷却段を与えることか
らなる、二つの閉サイクル多成分冷媒を使用して
天然ガスを液化する方法に関する。
この方法は得られた第二気相流の中のより軽い
成分をさらに分離するために第二相分離が行なわ
れかつ第二液相流の中のより重い成分を初期の液
相高レベル冷媒の流れに戻すことができるように
高レベル冷媒の圧縮された気相の部分的な凝縮の
みを含んでいることが好ましい。第二気相流はさ
らに圧縮されかつ外部の冷却流体により最終冷却
されてその流れを完全に液化しそれにより多段熱
交換器に流入するすべての流れが外部の冷却流体
により完全に冷却される。
本発明はまた高レベル冷媒が低レベル冷媒を冷
却しかつ低レベル冷媒が天然ガスを冷却しかつ液
化する二つの閉サイクル多成分冷媒を使用して天
然ガスまたはメタン富有ガスの流れを液化する装
置であつて、天然ガスを低レベル冷媒により冷却
しかつ液化するための主熱交換器と、低レベル冷
媒を高圧に圧縮するための少くとも１基の圧縮機
と、低レベル冷媒を高レベル冷媒により多段階的
に冷却するための補助熱交換器と、低レベル冷媒
を気相の流れと液相の流れとに分離する相分離器
と、気相の流れおよび液相の流れを前記第一熱交
換器に別個に送りかつ前記気相および液相の流れ
を前記圧縮機に再循環させるための装置と、高レ
ベル冷媒を高圧に圧縮するための少くとも１基の
圧縮機と、圧縮された高レベル冷媒を外部の冷却
流体により冷却するための最終冷却熱交換器と、
高レベル冷媒を気相の流れと液相の流れとに分離
するための相分離器と、前記高レベル気相の流れ
を前記補助熱交換器を通して送りかつ低レベル冷
媒の流れを冷却するために前記高レベル気相の流
れを膨脹させるための装置と、前記高レベル液相
の流れの部分を分離し次いでそれらをより低い温
度および圧力に個々に膨脹させて前記低レベル冷
媒を冷却するための装置および高レベル冷媒を再
圧縮するために再循環させる装置を含む前記高レ
ベル液相の流れを前記補助熱交換器を通して送る
ための装置とを有し、さらに、前記高レベル冷媒
の前記気相流を液化するための熱交換器および最
終冷却熱交換器を備えていることを特徴とする改
良された液化装置に関する。
この液化装置は、第二液相高レベル冷媒の流れ
を分離するための第二相分離器と、第二液相の流
れを第一液相高レベル冷媒の流れと合流させるた
めの装置と、第二相分離器からの気相を液化する
ための圧縮機および最終冷却熱交換器とを備えて
いることが好ましい。
本発明をそのいくつかの好ましい操作態様を示
した添付図面についてさらに詳細に説明する。第
１図について述べると、供給される天然ガスの流
れが本発明のプロセス中にライン１０を経て導入
される。天然ガスは代表的には次のような組成に
なつている。
C1 91.69％ C2 4.56％ C3 2.05％ C4 0.98％ C5+ 0.43％ N2 0.31％ この供給される天然ガスは約34℃（93〓）の温
度および45.9Kg／cm2（655PSIA）の絶対圧力で導
入される。液化前に、供給される天然ガスの流れ
からメタンよりも重い炭化水素のかなりの部分を
除去しなければならない。それに加えて、供給さ
れる天然ガスの流れから残留水分のいかなる量を
も除去しなければならない。これらの前処理工程
は本発明の一部分を構成するものではなく、従来
技術においてよく知られている標準の前処理プロ
セスとみなされる。従つて、本明細書ではこれら
の前処理工程については記載しない。ライン１０
により供給される天然ガスの流れが予備冷却熱交
換器１２の中でライン４４を流れる低レベル（低
温）冷媒との熱交換により最初に冷却されるとい
うことだけを述べる。予冷された天然ガスは乾燥
および蒸留装置を通して循環せしめられそれによ
り水分および高級炭化水素を除去する。この標準
的な浄化工程は図示されていないが一般的にステ
ーシヨン１１および１３において液化前に行われ
る。
水分が除去されかつ高級炭化水素の量がかなり
減少した天然ガスが主熱交換器１４に送られる。
主熱交換器１４は二つの管束からなるコイル状に
巻かれた熱交換器からなることが好ましい。天然
ガスは主熱交換器１４の第一段すなわち第一管束
の中で冷却され、全体的に凝縮される。次いで、
液化した天然ガスは主熱交換器１４の第二段すな
わち第二管束の中で約−151℃（−240〓）の温度
に過冷される。その後、天然ガスは主熱交換器１
４から流出し、弁を通して気化せしめられ、そし
て相分離されてフラツシユガスと、貯蔵容器１６
にポンプで圧送される液化天然ガス製品とが得ら
れる。そのときに、液化天然ガス（LNG）製品
は所望通りに取り出すことができる。貯蔵された
LNGの上に発生した気体は圧縮されて燃料、好
ましくは本発明のプラントを操作するために必要
な燃料として使用される前にフラツシユガス回収
熱交換器１８の中で再び暖められるフラツシユガ
スと合流する。
先述したように、本発明の方法は二つの閉サイ
クル冷媒を使用する天然ガスの液化を包含してい
る。低レベル冷媒サイクルは天然ガスの液化のた
めに最も低い温度レベルの冷媒を提供する。次い
で、低レベル（最も低い温度）の冷媒は低ベレル
冷媒と高レベル冷媒との間の別の熱交換において
高レベル（比較的に暖かい）冷媒により冷却され
る。
天然ガスの冷却、液化および過冷を実際に行な
う本発明に使用されている低レベル多成分冷媒は
代表的にはメタン、エタン、プロパンおよびブタ
ンからなつている。低レベル冷媒のこれらの種々
の成分の正確な濃度は周囲条件、そして特に液化
プラントに使用される外部冷却流体の温度の如何
により左右される。低レベル冷媒の成分の正確な
組成および濃度の範囲もまた低レベル冷媒サイク
ルと高レベル冷媒サイクルとの間に所望される正
確な動力のシフトまたは平衡の如何により左右さ
れる。
低レベル冷媒は多段階的に圧縮され、そして圧
縮機集成体２０の中で外部冷却流体により最終冷
却される。圧縮により発生した熱を除去するため
に、周囲の冷却流体例えば海水が通常使用され
る。
約39℃（103〓）の温度および44.4Kg／cm2
（634PSIA）の絶対圧力に保たれた低レベル冷媒
が多断熱交換器２４の中で高レベル冷媒によりさ
らに冷却される。好ましい実施態様においては、
補助熱交換器２４は４つの段、すなわち、高温段
２６、中間段２８、中間段３０および低温段３２
を有している。低レベル冷媒は補助熱交換器２４
から流出し、ライン３４中でその一部分が液化す
る。次いで、低レベル冷媒は約−46℃（−50〓）
のカツト温度で分離器３６の中で相分離される。
低レベル冷媒液相はライン３８の中に取り込ま
れ、そして主熱交換器１４から取り出される前に
さらに冷却されるために主熱交換器１４の第一管
束の中に導入され、弁を通るときにその温度およ
び圧力が低下し、そして主熱交換器１４の殻体側
の中にスプレーとして約−129℃（−200〓）の温
度で再び導入される。このスプレーは主熱交換器
１４の第一管束の種々のチユーブの上に落下す
る。分離器３６からの気相流はスリツプストリー
ム４２と、気体の主流４０とに分流せしめられ
る。気体の主流４０もまた主熱交換器１４の第一
管束の中に導入され、そしてその第二管束流れ続
ける。第二管束において、蒸気の主流は弁を通過
させることによりその温度および圧力を降下させ
るために取り出される前に液化されかつ過冷され
る。ライン４２中の気相のスリツプストリームは
フラツシユ回収熱交換器１８を通過してフラツシ
ユ天然ガスから冷凍作用を回復する。このスリツ
プストリームもまた圧力および温度が降下し、そ
してライン４０中の流れと合流せしめられ、そし
て主熱交換器１４の頂部に約−151℃（−240〓）
の温度でスプレーとして導入される。このスプレ
ーは主熱交換器１４の第一段および第二段の両方
の管束上に落下する。この再び暖められた冷媒は
主熱交換器１４の底部においてライン４４の中に
取り出され低レベル冷媒の閉サイクルの内部で再
循環せしめられる。天然ガスを液化するための熱
交換作用全体が低レベル冷媒により行われ、そし
て天然ガスの流れに対して冷凍作用を行なうため
に高レベル冷媒が使用されないことに気付かれよ
う。
低レベル冷媒よりも可成り高い冷凍作用温度に
おいて使用される高レベル冷媒は本発明の二つの
閉サイクル冷凍装置の第二装置を構成している。
高レベル冷媒は低レベル冷媒を間接熱交換により
冷却するためにのみ使用される。高レベル冷媒は
液化されつつある天然ガスに対して冷却作用を行
なわない。高レベル冷媒は代表的には多成分冷媒
としてエタンおよびプロパンを含んでいるが、特
定の装置のために特定の要求された冷凍作用を有
する混合成分冷媒を提供するための種々のブタン
およびペンタンを含むこともできる。この高レベ
ル冷媒は多段圧縮機４６の中に種々の圧力レベル
で導入される。気相の高レベル冷媒はライン４８
の中に約77℃（170〓）の温度および約24.5Kg／
cm2（350PSIA）の絶対圧力で取り込まれる。この
高レベル冷媒は熱交換器５０の中で外部冷却流体
例えば周囲温度の水により最終冷却される。この
高レベル冷媒は外部冷却流体により部分的に凝縮
され、そして熱交換器５０から気相と液相の混合
物としてライン５２の中に流入する。この冷媒は
分離器５４の中で相分離される。
ライン７６中の気相流は分離器５４の頂部から
取り出され、そして圧縮機７８の中で約31.2Kg／
cm2（446PSIA）の絶対圧力までさらに圧縮され
る。気相冷媒は最終冷却熱交換器８０の中で周囲
温度に保たれた外部冷却流体により、完全に凝縮
させることができるような圧力に保たれている。
この場合にも、外部からの冷却流体は周囲環境で
得られる水であることが好ましい。次いで、ライ
ン８２中の完全に凝縮した冷媒の流れは補助熱交
換器２４の種々の段２６，２８，３０および３２
を通過することにより過冷される。分離器５４の
中で相分離を行なうことにより、混合成分高レベ
ル冷媒のより軽い成分が気相流７６の中で相分離
される。気相流７６は補助熱交換器２４の段３２
において必要な最も低い温度レベルの冷却を最終
的に行なう。これにより多成分冷媒を効率良く冷
却しかつより良好に利用することができる。それ
に加えて、この能力により非多成分冷媒プロセス
よりも優れた独特の利点が得られる。
分離器５４からの液相冷媒の流れはこの分離器
の底部からライン５６の中に取り込まれる。この
液相冷媒は残りの流れ５８と側流６０とに分流せ
しめられる前に補助熱交換器２４の高レベル（高
温）段２６を通過する。側流６０は弁を通過する
ときにその温度および圧力が降下して気化せしめ
られる。ライン６０中の側流は高レベル段２６を
対向流をなして流れ戻り同じ段２６を反対方向に
通過する冷媒の流れを冷却する。この再び暖めら
れかつ気化した冷媒はライン６２により圧縮機４
６に再圧縮のために戻される。
ライン５８中の残りの液相冷媒は中間レベル熱
交換段２８を通過し、そして第二側流６６が残り
の流れ６４から取り出される。第二側流６６は弁
を通るときにより低い温度および圧力に気化せし
められ、そして中間レベル段２８を対向流をなし
て通りそれにより反対方向に流れる冷媒の流れを
冷却する。この再び暖められかつ気化した冷媒は
ライン６８により圧縮機４６に再圧縮のために戻
される。
ライン６４中の残りの液相の流れはさらに中間
レベル段３０を通過し、そして中間レベル段３０
を対向流をなして通過する前に弁７０を通過して
より低い温度および圧力まで気化せしめられそれ
により中間レベル段３０を反対方向に通過する冷
媒の流れを冷却する。この再び暖められかつ気化
した冷媒はライン７２および７４により圧縮機４
６に再圧縮のために戻される。
段３２を含む補助熱交換器２４のすべての段を
通過するライン８２中の冷媒の流れは弁８４を通
してより低い温度および圧力まで気化せしめられ
そして段３２を通つて対向流をなして戻り補助熱
交換器２４中で最も低いレベルまでの冷却を行な
いそしてライン８６により再圧縮のために戻され
る。この気化した冷媒はライン７４中を流れる冷
媒の流れと再び合流せしめられる。
本発明による二段混合成分冷媒液化装置の高レ
ベル冷媒サイクルを操作する独特の態様は補助熱
交換器２４における特定の冷凍作用に合わせて冷
媒を調整することを可能ならしめる。特に、段３
２において必要な低レベル冷却作用は分離器５４
中でなされる相分離により特定的に分子量の小さ
い冷媒成分からなる冷媒の流れによつて行なわれ
る。しかしながら、周囲環境における冷却流体の
十分な冷却能力は圧縮機７８中でのそれ以後の圧
縮により利用される。圧縮機７８は周囲環境から
得られた冷却流体が最終冷却熱交換器８０の中で
気体の流れを完全に凝縮することを可能ならしめ
る。サイクル中に冷却作用を行なう冷媒を外部の
周囲環境における冷却流体例えば周囲環境の水に
より完全に凝縮することにより冷凍効率を高める
ことができることが判明した。
それに加えて、本発明の高レベル冷凍サイクル
はまたライン５６中の液相の冷媒の流れが補助熱
交換器２４のより低温度の種々の中間段中の重い
成分の分離を回避するように補助熱交換器２４の
高温段２６および中間段２８を通るときに該ライ
ン５６中の液相冷媒の流れを分離する。側流６０
および６６を相分離を伴わないで分離することに
より、中間段３０中でより低温に冷却する作用を
行なう流れの組成物は混合冷媒の重い成分に分離
されないでむしろ以前の冷媒の流れ６０および６
６と同一の組成を使用している。本発明の高レベ
ル冷媒サイクルの流路構成は四段の補助熱交換器
および三段の圧縮機を使用した型式で示してある
が、特定の用途に対してはより多い段またはより
少い段からなる熱交換または圧縮を使用すること
が望ましい場合がありうると考えられる。しかし
ながら、初期の相分離、周囲環境における冷却流
体による総合的な凝縮およびそれ以上の相分離を
伴わない冷媒の分流の原理はこうした別の構成に
も適用することができる。
多成分高レベル冷媒の成分をさらに分配する本
発明の種々の別の構成が企図され、これらを第２
図に示した。第２図について述べると、高レベル
冷媒サイクルの流路構成の別の実施態様を第１図
に示した全体のサイクルから分離して示してあ
る。第１図に示した高レベルサイクルに相当する
第２図に示した構成部分は第１図の符号の前に１
を付け加えた同様な符号で表示してある。従つ
て、高レベル冷媒は圧縮機１４６の中で所定圧力
に圧縮される。次いで、ライン１４８中の圧縮さ
れた冷媒は最終冷却熱交換器１５０の中で外部の
周囲環境における冷却流体例えば水により最終冷
却されてその一部分が凝縮する。ライン１５２中
の一部分が凝縮した冷媒はその後相分離器１５４
の中で最初に相分離される。冷媒の気相は相分離
器１５４の頂部からライン１７６の中に取り込ま
れ、そして圧縮機１７８の中でさらに圧縮され
る。圧縮機１７８の中での圧縮は最終冷却熱交換
器１８０の中で完全というよりもむしろ部分的な
凝縮が可能になる程度に行われるにすぎない。最
終冷却熱交換器１８０には外部の周囲環境におけ
る冷却流体が供給される。単に部分的な液化を行
なうことにより冷媒の流れを第二相分離器１８１
の中で相分離することが可能になる。液相は底部
からの流れとしてライン１８３の中に取り出さ
れ、そして気相は頂部からの流れとしてライン１
８７の中に取り出される。ライン１８７中の気相
は圧縮機１８９の中で所定圧力までさらに圧縮さ
れそれによりライン１９１中の冷媒の流れは最終
冷却熱交換器１９３の中で外部の周囲環境から送
られる冷却流体により完全に凝縮され液化され
る。それ故に、ライン１８２中の冷媒は液相で補
助熱交換器１２４の中に導入される。
ライン１８２の中の液相冷媒は気化した高レベ
ル冷媒により冷却されるために補助熱交換器１２
４の種々の段１２６，１２８，１３０および１３
２のすべてを通過する。ライン１８２の中の冷媒
は補助熱交換器１２４の低ベレル段１３２を通過
した後に弁１８４を通してより低い温度および圧
力まで気化され、そして低レベル段１３２を対向
流をなして戻るように流れて低レベル段１３２の
中で冷凍作用を行なう。
最初の相分離器１５４からの液相冷媒は底部か
らの流れとしてライン１５６の中に取り出され
る。第二相分離器１８１からの液相の流れ１８３
は弁１８５を通してその圧力が適当に降下せしめ
られた後にライン１５６中の液相の流れと合流せ
しめられ、そして合流した流れは補助熱交換器１
２４の高レベル段１２６の中に導入される。側流
１６０が高レベル段１２６を通過する液相冷媒の
残りの流れ１５８から分流せしめられる。側流１
６０は高ヘベル段１２６を通して対向流をなして
戻りその中で冷却作用をなす前に弁を通過してよ
り低い温度および圧力まで気化される。次いで、
この気化した冷媒はライン１６２を経て再圧縮の
ために圧縮機１４６に戻される。
別の態様として、ライン１８３の中の冷媒を補
助熱交換器１２４の段１２６，１２８および１３
０に別個に通し、弁１７０の中で膨脹させそして
流れ１８６と合流させて段１３０の過で冷却作用
を行うことができる。段１３０では、冷媒は第１
図に示した流路の冷媒よりも軽い成分にさらに分
離される。
段１５８の中の残りの液相冷媒の流れは中間レ
ベル段１２８を通過し、そして側流１６６と残り
の流れ１６４とに分流される。側流１６６は中間
レベル段１２８において冷凍作用を行なう前によ
り低い温度および圧力まで気化される。中間段１
２８では、流れ１６６が段１２８を対向流をなし
て通過し、そしてライン１６７により段１２６に
さらに通される。側流１６６を補助熱交換器１２
４の二つの段１２８，１２６に通すことにより、
ライン１５８の中の冷媒の温度はより低くなりそ
して冷凍作用に対してより密接に適合させること
ができ、従つて、冷媒をライン１６７により戻さ
ないで多相の再圧縮を行うことが必要である。多
相の再圧縮においては、液相が圧縮機１４６の作
動に支障を生ずる。ライン１６７の中の冷媒を補
助熱交換器１２４の付加的な段１２６に通すこと
により、冷媒が再び暖められてライン１６８の中
の冷媒のすべてが気相になる。ライン１６４の中
の残りの液相冷媒は弁１７０を通つてその温度お
よび圧力が降下せしめられる前に段１３０におい
てさらに冷却される。この冷媒は低レベル段１３
２からライン１８６を経て戻る冷媒と合流せしめ
られる。合流した冷媒は中間レベル段１３０を対
向流をなして通過し、そしてライン１７４を経て
圧縮器１４６に再圧縮されるために戻る。第１図
に示した流路構成に対するこの変更により、圧縮
機１４６に戻るライン１８６中の冷媒に二相の流
れを生ずることなくライン１３４中の低レベル冷
媒およびライン１８２中の高レベル冷媒を補助熱
交換機１２４の低レベル段１３２に接近させるこ
ともまた可能になる。ライン１８６中の冷媒をラ
イン１６４の液相冷媒に合流させかつ中間レベル
段１３０で付加的な冷凍作用を行なうことによ
り、二相の問題を回避することができる。
この実施態様は低レベル（低温）冷凍作用を極
めて効率のよい方法で行なうことができるという
利点を持つている。相分離器１５４の中で起こる
初期の相分離により気相１７６の中の多成分冷媒
のより軽い成分が分離される。より重い成分はラ
イン１５６中に液相分離される。第１図について
前述したように、多成分冷媒の種々の冷媒のこの
分離により、別の低レベル冷媒サイクルを有する
種々の熱交換段における冷凍作用の効率が向上す
る。この作用をさらに高めるために、本発明のこ
の別の実施態様では、ライン１７６中の気相の流
れの圧縮および最終冷却を調節して完全な凝縮が
行われないようにし、しかも第二相分離器１８１
中でさらに相分離を行なうように構成されてい
る。この第二の相分離により、ライン１８７中の
冷凍において軽い成分の付加的なレベルの分離が
生ずる。中間の重い冷媒成分はライン１８３の中
に除去されそして弁１８５の中で適当に圧力調節
された後にこのような中間の冷媒成分はライン１
５６中のより重い冷媒成分と合流せしめられる。
このような態様で、最も低温度冷凍を要求される
補助熱交換器１２４の段１３２における冷凍作用
が最大濃度の軽い成分を有する多成分冷媒から生
ずる冷凍により行なわれる。軽い成分は例えば低
レベル段１３２において起こるような最も低温度
の冷凍作用を行なうために最も効率的である。そ
れ故に、その実施態様のサイクルは冷凍作用の効
率を高める一方、最終冷却熱交換器１８０の下流
側の装置のために付加的な資本的支出が必要であ
る。より低い温度に冷却する付加的な能力を与え
てあるために、圧縮器１４６に戻る二相の流れを
保護することが必要である。圧縮機１４６は可成
りの量の液相を含む供給冷媒を圧縮する運転を行
なうと損傷することがありうる。それ故に、冷媒
の戻つてくる流れをいくつかの熱交換段に通すこ
とにより、低温運転が行なわれると共に圧縮機に
二相流が戻ることを阻止することができる。第１
図の流路構成について前述したように、第２図に
示した流路構成は補助熱交換機１２４に流入する
すべての冷媒を完全に凝縮するために外部の周囲
環境における冷却流体を使用する。周囲環境の冷
却流体によりこのような完全な凝縮が行なわれる
場合に効率が向上することが判明した。圧縮機１
７８および１８９において付加的な圧縮を行なう
ことにより、周囲環境から導かれた冷却流体によ
りこのような完全な凝縮を行なうことができる。
液化装置に二段混合冷凍サイクルを使用するこ
とにより、始動時にサイクル中に導入された冷媒
の組成ならびに本発明の第１図および第２図にお
いて高レベルサイクルに示したようなサイクルの
内部の組成物の変更において各々の冷凍サイクル
の組成を変更する場合に可成りの自由度が得られ
る。冷凍状態の変更により冷却される物質および
冷却作用を行なう冷媒に関する冷却曲線にさらに
正確に接近することができる。それに加えて、混
合成分冷媒により、特に種々の圧縮機のための駆
動機を負荷と整合させることが必要である場合に
機会の良好な適合が得られるようにするために圧
縮動力負荷を一つのサイクルから他のサイクルに
変化させることができる。それに加えて、周囲環
境から導かれた異なる冷却流体または異なる供給
ガスの圧力および組成に対してはこのような負の
不釣合い量のシフトが起こる。二段混合成分冷媒
液化装置を使用することにより冷媒が流れる装置
を変更しないで負荷を再び整合することができ
る。
添付図面では、最も高い位置に低温段を備えた
補助熱交換器を有する液化プラントを示してある
が、低温段を最下部に備えた補助熱交換器を運転
しかつ第２図に示した態様と反対の態様で熱交換
器にそれぞれの流れを導入することも考えられ
る。また、第１図は熱交換器１２に供給される天
然ガスに対して予冷作用のすべてを行なう低レベ
ル冷媒サイクルを示しているが、高レベル冷媒の
スリツプストリームを熱交換器１２に通すかまた
は天然ガスのスリツプストリームを補助熱交換器
２４に通すことにより高レベル冷媒によりこの予
冷作用を助けることも考えられる。
以上、本発明をいくつかの好ましい実施態様に
ついて記載したが、当業者によりこれらの実施態
様からの変型、変更が企図されるであろう。これ
らの変型、変更は本発明の範囲内にあると考える
べきである。従つて、本発明の範囲は前記特許請
求の範囲により確認すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は高レベル冷媒サイクルの好ましい操作
方式を示した本発明の方法全体の流路構成図、第
２図は第１図に示した高レベル冷媒サイクルの別
の操作方式を示した本発明の部分的な流れ構成図
である。 １２……予備冷却熱交換器、１１，１３……液
化ステーシヨン、１４……主熱交換器、１６……
LNG貯蔵容器、１８……フラツシユガス回収熱
交換器、２４……補助熱交換器、２６……高温
段、２８，３０……中間段、３２……低温段、３
６……分離器、４０……主気相の流れ、４２……
スリツプストリーム、４６……多段圧縮機、５０
……熱交換器、５４……相分離器、６０，６６…
…サイドストリーム、７０……弁、７８……圧縮
機、８０……最終冷却熱交換器、８４……弁、１
２４……補助熱交換器、１２６，１２８，１３
０，１３２……段、１４６……圧縮機、１５０…
…最終冷却熱交換器、１５４……相分離器、１６
０，１６６……サイドストリーム、１７８……圧
縮機、１８０……最終冷却熱交換器、１８１……
相分離器、１８９……圧縮機、１９３……最終冷
却熱交換器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 高レベル冷媒が低レベル冷媒を冷却し且つ低
    レベル冷媒が天然ガスを冷却し且つ液化する二つ
    の閉サイクル多成分冷媒を使用して天然ガスを液
    化する方法であつて、 (a) 第一冷凍閉サイクル中の低レベル多成分冷媒
    との熱交換により天然ガスの流れを冷却し且つ
    液化し、この際前記冷媒は熱交換の間再び暖め
    られ、 (b) 再び暖められた低レベル冷媒を高圧に圧縮し
    且つ前記冷媒を外部冷却流体により最終冷却
    し、 (c) 第二冷凍閉サイクル中の高レベル多成分冷媒
    を用いる多段熱交換により前記低レベル冷媒を
    さらに冷却し、この際前記高レベル冷媒は熱交
    換の間再び暖められ、 (d) 前記の再び暖められた高レベル冷媒を高圧に
    圧縮し且つ外部冷却流体により最終冷却して前
    記高レベル冷媒の一部を液化し、 (e) 前記高レベル冷媒を気相冷媒の流れと液相冷
    媒の流れとに相分離し、 (f) 液相冷媒の流れの部分を過冷し且つより低い
    温度および圧力まで多段階で膨張させて低レベ
    ル冷媒を冷却し且つ気相冷媒の流れを冷却し且
    つ液化する 諸工程を含む前記天然ガスを液化する方法であつ
    て、(e)で相分離した気相冷媒の流れを圧縮し且つ
    外部冷却流体により凝縮させた後、凝縮された気
    相冷媒の流れを液相冷媒の流れにより過冷却し、
    次いて低い温度および圧力に膨張させて低レベル
    冷媒に最も低い温度の冷却段を与えることからな
    る、二つの閉サイクル多成分冷媒を使用して天然
    ガスを液化する方法。 ２ 高レベル気相冷媒の流れが低レベル冷媒との
    最終熱交換段階において再び暖められた後に前記
    低レベル冷媒との前記熱交換の中間段階において
    熱交換を行なうために液相冷媒と合流せしめられ
    ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
    載の方法。 ３ 低レベル冷媒との熱交換の低温段からの高レ
    ベル冷媒が前記低レベル冷媒との熱交換の高温段
    にさらに通されることを特徴とする、特許請求の
    範囲第１項記載の方法。 ４ 気相高レベル冷媒が圧縮後に部分的にのみ液
    化され、次いで相分離され、液相が液相高レベル
    冷媒と合流せしめられ且つ気相がさらに圧縮され
    且つ外部冷却流体により凝縮せしめられることを
    特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の方
    法。 ５ 高レベル冷媒が低レベル冷媒を冷却し且つ低
    レベル冷媒が天然ガスを冷却し且つ液化する二つ
    の閉サイクル多成分冷媒を使用して天然ガスを液
    化する装置であり、 天然ガスを低レベル冷媒により冷却し且つ液化
    するための主熱交換器と、 低レベル冷媒を高圧に圧縮するための少なくと
    も１基の圧縮機と、 低レベル冷媒を高レベル冷媒により多段階的に
    冷却するための補助熱交換器と、 低レベル冷媒を気相流と液相流とに分離するた
    めの相分離器と、 気相流および液相流を前記主熱交換器に別々に
    送り且つ前記気相流および液相流を前記圧縮機に
    再循環させるための装置と、 高レベル冷媒を高圧に圧縮するための少なくと
    も１基の圧縮機と、 圧縮された高レベル冷媒を外部冷媒流体により
    冷却するための最終冷却熱交換器と、 高レベル冷媒を気相流と液相流とに分離するた
    めの相分離器と、 前記高レベル気相流を前記補助熱交換器に送り
    且つ膨張させて低レベル冷媒の流れを冷却するた
    めの装置と、 前記高レベル液相流の諸部分を分離し次いでそ
    れぞれをより低い温度および圧力まで膨張させて
    前記低レベル冷媒を冷却する装置を含む前記高レ
    ベル液相流を前記補助熱交換器に送る装置と、 高レベル冷媒を再圧縮するために再循環させる
    装置 とを備えている前記天然ガスを液化する装置であ
    つて、前記高レベル冷媒の前記気相流を液化する
    ための圧縮機および最終冷却熱交換器を備えてい
    ることを特徴とする二つの閉サイクル多成分冷媒
    を使用して天然ガスを液化する装置。 ６ 第二液相高レベル冷媒の流れを分離する第二
    相分離器と、第二液相高レベル冷媒の流れを第一
    液相高レベル冷媒の流れと合流させる装置と、第
    二相分離器からの気相を液化するための圧縮機お
    よび最終冷却熱交換器とを備えていることを特徴
    とする、特許請求の範囲第５項に記載の天然ガス
    を液化する装置。
JP59222335A 1983-10-25 1984-10-24 天然ガスを液化する方法および装置 Granted JPS60114681A (ja)

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