JPH0668431B2 - 天燃ガスの液化方法 - Google Patents

天燃ガスの液化方法

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JPH0668431B2
JPH0668431B2 JP63040546A JP4054688A JPH0668431B2 JP H0668431 B2 JPH0668431 B2 JP H0668431B2 JP 63040546 A JP63040546 A JP 63040546A JP 4054688 A JP4054688 A JP 4054688A JP H0668431 B2 JPH0668431 B2 JP H0668431B2
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エアー．プロダクツ．アンド．ケミカルス．インコーポレーテツド
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、天然ガスその他高メタン含有供給ガスの液
化方法に関し、さらに具体的には、多成分系冷媒による
一つまたは二つの閉冷却サイクルを使用した天然ガスの
液化工程において、天然ガス供給流を予冷するために、
例えばプロパンやフレオンのような単一成分系冷媒閉環
サイクルを付加することに関するものである。
（従来の技術） 経済的な燃料原料としての天然ガスその他の高メタン含
有ガスの回収と利用を行うためには、ガスの生産現場か
ら使用場所への輸送を行うに当たって、該ガスを液化す
ることが要求されている。しかし多量のガスを液化する
ためには当然莫大なエネルギーコストが要求されるの
で、天然ガスを競争可能な価格で入手することができる
ようにするためには、その液化方法は、信頼性が高く且
つ可及的にエネルギー効率が良いものでなくてはならな
い。
ガス液化法における非効率性は、単一成分系冷媒サイク
ルにおいて、液化を達成するために用いられる冷却装置
における圧縮に要する負荷が、装置の運転に要する駆動
体またはモーターに対する供給エネルギーと釣合いがと
れない場合に発生する。そしてこの場合において圧縮負
荷は液化法において最も大きな電力消費を要する操作で
ある。
また、このような天然ガスの液化方法は、それぞれに特
有な気候条件を有する様々な地方において適用できるも
のでなくてはならず、このような気候条件は特に極地に
近い地方では季節的な変化が著しい筈である。そしてこ
のような気候条件の変化は、天然ガスの液化に必要な冷
却を行わせるために使用される冷却用空気や冷却水に対
して温度の点で支配的な影響を及ぼす。即ち、利用する
冷却用空気や冷却水に季節変動や気候帯の変化のために
著しい温度変化が起こるときは、種々の冷却サイクルに
おける圧縮負荷と駆動体との間に著しい不均衡が発生す
るのである。
またこのような圧縮負荷と圧縮駆動力の不均衡性のほ
か、冷凍サイクルの他の非効率性要因として液化のため
に使用する冷媒と液化ガスとの間の整合性の問題があ
る。多成分系多段フラッシュサイクルにおいて、冷媒の
組成上の変動や拘束は当業者を悩ますものの一つであ
る。
このような変化する周囲条件や、多成分および多サイク
ル冷却法に容易適合できるような効率的な液化法につい
ての種々の提案が試みられている。
米国特許第4,112,700号においては、天然ガスを液化す
るために二つの閉サイクル冷媒流れが使用される天然ガ
ス処理のための液化計画について記述されている。そこ
においては、天然ガスを液化するために最初の高水準
（高温）予冷冷媒サイクルが多段で使用されている。該
冷媒は冷却水によって最初に全部が凝縮されることはな
い。この第１の高水準予冷冷媒は、多段工程において相
分離され、冷媒の軽質分は分離されて再循環され、一方
で冷媒の重質分は保留されて天然ガスの低温での冷却に
使用される。さらにまた第１の高水準予冷冷媒は、第２
の低水準（低温）冷媒を冷却するために用いられる。こ
の第２の低水準冷媒は、天然ガスを一段で液化するため
に使用される。この方法の欠点は初期の相分離後の高水
準予冷冷媒は分子量が段々と高くなる成分を利用するた
めに温度冷却能力が段々と低くなることである。さら
に、第２の低水準冷媒による天然ガスの液化は多段より
も寧ろ一段で行われる。結局該高水準冷媒は、その冷却
能力が発揮されるまでに外部冷却液による凝縮がが全部
行われないという問題を有する。
米国特許第4,274,849号には、別々の二つの冷却サイク
ルを利用した高メタンガス液化法が開示されている。各
サイクルは多成分系冷媒を利用しており、天然ガスは低
水準（低温）冷媒によって、間接熱交換により二段で冷
却液化される。高水準（高温）冷媒は、天然ガスとは熱
交換せず、前記低水準冷媒を補助熱交換器において間接
熱交換により一段で冷却する。
米国特許第4,339,253号には、低水準冷媒の二段冷却液
化による天然ガスの２冷媒サイクル液化法（二つの冷却
サイクルによる液化法）が開示されている。この方法で
は、該低水準冷媒は高水準冷媒によって一段で冷却さ
れ、また高水準冷媒は天然ガスをそれからの水分が分縮
する程度の温度に冷却して乾燥し、しかる後乾燥天然ガ
スを工程中の主液化帯域に送る。該２冷媒サイクル液化
法における各サイクル間において、それぞれ異なる段で
の熱交換を行う場合に、冷媒を混合成分系で構成したと
き、冷媒組成物の系統の変化によってサイクル間で釣合
いのとれた熱交換を行うことが困難となることがある。
H.パラドウスキー（Paradouski）と、O.スケラ（Squer
a）が、1983年５月15日から19日までの間に開催された
液化天然ガスについての第７回国際会議で発表した調査
論文「リクイファクション・オブ・ジ・アソシエーテッ
ド・ガスイズ」（Liquefaction of the Associated Gas
es）においては、二つの閉冷却サイクルを使用してガス
の液化を行う液化工程図がその第３図に示されている。
工程図の右側に描かれた高水準サイクルは低水準サイク
ルの冷却に使用されるだけでなく、水分凝縮のためのガ
ス流の予冷を行うのに使用される。この方法において
は、該高水準冷媒を多段で再圧縮して、低水準冷媒を三
段の異なる温度および圧力で冷却するが、熱交換器中の
種々の段の冷却に合うように高水準冷媒の組成変更を行
うことについては何等考慮されていない。
米国特許第4,525,185号には、多成分系冷媒を使用し
た、二つの閉冷却サイクル、即ち天然ガスを冷却するた
めの低水準冷媒と、その低水準冷媒を冷却するための高
水準冷媒を使用した天然ガスの液化方法が開示されてい
る。その改良点は、圧縮後高水準冷媒を分離し、追加圧
縮を行った後、外部冷却液によって蒸気相流を液化する
点にある。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記した諸方法においては残念なことに
天然ガス供給流の予冷に際しての水和物の生成の問題を
無視しているために、予冷温度を制御して水和物の生成
を防止しながら天然ガス供給流の予冷を行うことについ
ての記載がない。
水和物が生成すると、水和物は予冷器中に蓄積されて、
天然ガス供給流の流通を妨げ、予冷効率を低下させるば
かりでなく、場合によっては予冷作業を中断してこれに
対処しなければならなくなるなどの問題を引き起こすの
で、結果的に液化効率を低下させる問題があるのであ
る。
この発明は、一つまたは、二つの多成分系冷媒冷却サイ
クルの何れかを利用して効果的な天然ガスその他の高メ
タン含有ガスの液化を行うに際して、供給流の予冷に際
しての水和物の生成を防止し、効果的な液化を実施する
方法を提供す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） 上記の目的を達成するためのこの発明は、高水準冷媒に
より低水準冷媒を冷却し、且つ該低水準冷媒により天然
ガス供給流を冷却して液化するようにした多成分系冷媒
による一つまたは、二つの閉冷却サイクルを使用した天
然ガスの液化方法において、 該天然ガス供給流を、予冷器中において沸騰単一成分系
冷媒の圧力を制御することにより該予冷器内の温度を水
和物の生成が防止されるような温度に調節しながら、該
沸騰単一成分系冷媒で熱交換することにより予冷して気
化冷媒を生成させること、 該気化冷媒を増圧し、また気化冷媒を高水準多成分系冷
媒で熱交換して凝縮させること、 得られた凝縮冷媒をフラッシュして、該フラッシュ冷媒
を該予冷器に戻すことにより再循環させること、 よりなることを特徴とする天然ガスの液化方法である。
この発明による天然ガスの液化方法における改良点は、
天然ガス供給流を該天然ガス供給流中の水和物の生成を
防止し、且つその上に該天然ガス供給流中の水分の凝縮
による除去が最大限になるように、閉環状冷却サイクル
により供給された単一成分系冷媒によって予冷すること
にある。
天然ガス供給流の予冷は、沸騰した単一成分系冷媒によ
って、該天然ガス供給流を間接熱交換することによって
達成される。そして、水和物の生成防止に不可欠な予冷
温度の調節は、予冷器中の沸騰冷媒の圧力を制御するこ
とで実現させることができる。この熱交換により気化さ
れ予冷器から取り出された気化冷媒は随意に圧縮増圧す
ることができ、その後多成分系冷却サイクルで間接的に
熱交換することにより凝縮する。
また他の方法としては、該気化単一成分系冷媒を圧縮増
圧することなく先ず多成分系冷媒により凝縮し、しかる
後、予冷器にポンピングすることにより増圧することが
できる。またさらに他の方法としては、該単一成分系冷
媒の圧縮とポンピングの両者を行う。
何れにしても気化冷媒は予冷器に戻す前に凝縮と増圧を
行うことが必須である。一旦凝縮された液化単一成分系
冷媒はフラッシュされ、予冷器に戻されて再循環され
る。
この発明の方法は、多成分系冷媒を用いた一つまたは二
つの閉冷却サイクルによる液化方法であれば、何れの液
化方法においても適用することが可能である。
（作用） 以下にこの発明の作用について説明する。
先ず、この発明の優れた作用についての理解を容易にす
るために、この発明に最も近い従来技術である米国特許
第4,525,185号記載の技術に付いて具体的に説明し、次
いで該従来技術の問題点およびこれを克服するために行
われたこの発明の作用について言及する。
第３図は、上記の従来技術の概略工程図を示すものであ
る。第３図に見られるように、先ず天然ガス供給流れは
管路10によって工程に導入される。天然ガスは、代表的
な例としては以下に示すような組成のものが使用され
る。
C1 91.69％ C2 4.56％ C3 2.05％ C4 0.98％ C5+ 0.43％ N2 0.31％ この供給天然ガスは、約93゜Ｆ（約33.9℃）の温度、65
5psia（約45.85kg／cm2）の圧力で液化装置に導入され
る。
液化に先立って、メタンよりも重い炭化水素の大部分を
供給流れから除去する必要がある。これらの前処理工程
は、従来技術において周知であるのでここでは詳述しな
い。先ず管路10の天然ガス供給流れを管路44の低水準
（低温）冷媒によって熱交換器12内で熱交換して予冷
し、該予冷天然ガスは乾燥装置および蒸留装置を通して
循環させ、水分と高炭化水素を除去する。
この純化（クリーン・アップ）工程は図面には示されて
いないが、一般的には液化前に11および12の位置におい
て行われる。上記の水分を除去し、高炭化水素を有効に
低下させた天然ガスは、好ましくは二束コイル巻回熱交
換器からなる主熱交換器14に送られる。この天然ガスは
該主熱交換器の第１段即ち第１束で冷却され全量が凝縮
液化される。次いで、この液化天然ガスを主熱交換器14
の第２段即ち第２束において約−240゜Ｆ（−約115℃）
の温度になるように再冷却する。
続いて液化天然ガスは該主熱交換器14から排出され、弁
を通してフラッシュされ、フラッシュガスと液化天然ガ
ス製品とに相分離され、該液化天然ガス製品は貯蔵用容
器16にポンプアップされてその所望量を随時取り出すこ
とができる。貯蔵された液化天然ガス上に生成した蒸気
は、圧縮加圧してフラッシュガス回収交換器18において
再加温すべきフラッシュガスと併合させて燃料として使
用する。
第３図の方法は、二つの閉サイクル冷媒を使用した天然
ガスの液化に関するものであり、低水準冷媒サイクル
は、天然ガス液化のために最低水準の冷媒温度を与え
る。そしてこの低水準（最低温度の）冷媒は、高水準
（比較的高い温度の）冷媒によって、水準冷媒と高水準
冷媒との間で熱交換を行うことにより冷却される。
天然ガスを実際に冷却液化し、再冷却をするための低水
準多成分系冷媒は、主として窒素、メタン、エタン、プ
ロパンおよびブタンからなる組成を有する。低水準冷媒
におけるこれらの成分の正確な濃度は、外部条件、特に
液化プラントにおいて使用される外部冷却液の温度と供
給される天然ガスの組成によって定まる。またこれらの
成分の正確な組成と濃度範囲は、低水準冷媒サイクルと
高水準冷媒サイクルの間において必要とされるパワーの
移動やバランスによっても左右される。
低水準冷媒は、圧縮機内で多段で圧縮され、次いで外部
冷却液によって後冷却される。該外部冷却液、例えば海
水は通常圧縮熱の除去に使用される。
圧縮冷却を行った約103゜Ｆ（約39.4℃）の温度、634ps
ia（44.38kg／cm2）の圧力の低水準冷媒は、多段補助熱
交換器24内において高水準冷媒によってさらに冷却され
る。好ましい実施態様では、該補助熱交換器24は、加温
段階26、中間段階28、中間段階30および冷却段階32の４
段階よりなる。該補助熱交換器24を出た低水準冷媒は、
管路34内で一部が液化される。次いで該低水準冷媒を相
分離器36に導入して、約−50゜Ｆ（約−10℃）のカット
温度で相分離を行う。相分離によって得られた低水準冷
媒の液相は、管路38に取り出してされに冷却を行うため
に主熱交換器14に導入し、次いで該熱交換器14から取り
出して弁を通して温度および圧力を降下させ、該主熱交
換器14における第１束に存在する種々の管面を降下する
噴霧として該交換器の該殻側面内に約−200゜Ｆ（約−9
3.3℃）の温度で再導入する。
相分離器36により得られた蒸気相流は、さらに管路42を
スリップ流は管路40の主蒸気流れとに分離され、該主蒸
気流れ40は、さらに主熱交換器14の第１束に導入され引
き続き第２束に導入されて、完全に液化され再冷却して
から弁を通して温度と圧力を降下させるために取り出さ
れる。管路42のスリップ流は、フラッシュ回収熱交換器
18を通過して、フラッシュ天然からにより冷却能力が回
復される。
さらにこのスリップ液化流の温度と圧力を降下させて管
路40からの主蒸気液化流と合併させ、前記主熱交換器14
の第１束と第２束の両管束上を降下する噴霧として約−
240゜Ｆ（約−115.6℃）の温度で主熱交換器14の最上部
に導入する。再加温された冷媒は主熱交換器14の底部に
ある管路44から取り出されて低水準冷媒の閉サイクル内
を再循環させる。この方法においては、天然ガス液化の
ための熱交換は全部低水準冷媒により行われ、高水準冷
媒は天然ガスの冷却のためには使用されない。
低水準冷媒の冷却負荷温度よりもかなり高い冷却負荷温
度で使用される高水準冷媒は、前記した二つの閉サイク
ルのうちの第２の閉サイクルを構成する。
高水準冷媒は、天然ガスに対しては間接熱交換器におい
て低水準冷媒を冷却することのみに使用されるものであ
って、液化される天然ガスに対しては冷却機能を果たさ
ないのである。高水準冷媒は、多成分系冷媒として主と
してエタンとプロパンとを含有するが、特定の設備のた
めの特定の冷却実施条件においては、種々のブタン類や
ペンタン類を含ませて混合成分系冷媒として提供するこ
ともできる。
この高水準冷媒は、種々の圧力レベルにおいて多段圧縮
機46に導入され、約170゜Ｆ（約76.7℃）の温度および
約350psia（約76.7kg／cm2）の圧力の蒸気相として管路
48に取り出され、次いで熱交換器50内で常温水のような
外部冷却液により後冷却されることによって部分凝縮し
て蒸気相と液相の混合相となり熱交換器50から管路52に
流出する。この冷媒混合相は相分離器54で蒸気相流と液
相流とに相分離される。
相分離器54の上部から管路76に取り出された蒸気相流れ
は、さらに圧縮機78で約446psia（約31.22kg／cm2）の
圧力に圧縮される。これにより蒸気相冷媒は、後冷却熱
交換器80内において外部冷却液によって完全に凝縮でき
るような圧力になるのである。この場合においても好ま
しい外部冷却液は常温水である。
後冷却熱交換器80から管路82に取り出された完全凝縮冷
媒は、次いで補助熱交換器24における高水準段（高温）
26、中間水準段（中間温度）28、中間水準段（中間温
度）30および低水準段（低温）32の各段を通過すること
によって深冷される。上記したように混合成分系の高水
準冷媒は相分離器54で相分離を行うことにより、その中
に含まれるより軽質の成分は管路76における蒸気相流中
に分離され、最終的に補助熱交換器24の段32において要
求される最低温度水準が得られる。
一方相分離器54の底部から管路56に取り出された液相冷
媒流は、補助熱交換器24の高水準（より高温の）段26を
通過し、管路58において該管路58を通る残存流と、該管
路58の途中に設けられた弁を通りフラッシュして温度と
圧力を低下した管路60の副流とに分割される。そして管
路60の副流は、向流的に高水準段26に戻されて冷媒流を
冷却する。これにより再加温され気化した該副流冷媒は
管路62により圧縮機46に戻されて再圧縮される。
一方管路58の液相流は、補助熱交換器24の中間水準（中
間温度の）段28を通過し、先の管路60の副流の場合と同
様に管路64の第２残存流と管路66の第２副流とに分割さ
れ、第２副流は弁66によってフラッシュされて降温降圧
された後、中間水準段28に戻されて冷媒流を冷却すると
ともに再加温気化されて管路68により圧縮機46に戻され
て再圧縮される。
一方管路64の第２残存流は、さらに中間水準段30を通過
し、弁70によって全てフラッシュされて降温降圧された
後、向流的に中間水準段30に戻されて冷媒流を冷却し、
再加温されて気化した第２残存流は管路72および74を経
て最圧縮をするために圧縮機46に戻される。
低水準段32を含む補助熱交換器24の各段を通過した管路
82による冷媒流は、弁84によりフラッシュして降温降圧
されて低水準段32に戻され、該段において補助熱交換器
における最低温度水準の冷却効果を与えた後、管路84を
経て管路74において第２残存流と併合させて最圧縮をす
るために圧縮機46に戻される。
上述したような二重混合成分系液化機構における高水準
冷媒サイクルの独特な操作方法においては、補助熱交換
器の各段での特定な冷却負荷に合せて冷媒の組成を調整
することができる。特に補助熱交換器24の低水準（低
温）段32において必要とされる低水準冷却能（低温冷却
能）は、相分離器54における相分離のために冷媒を特定
の低分子量冷媒成分を含有させることによって容易に達
成することができる。
しかしながら、外部冷却液の冷却能力の完全利用は、圧
縮機78においてより一層の圧縮を行い、後冷却熱交換器
80において、該外部冷却液によって気化冷媒流を完全に
凝縮させることによって行うことができる。即ち、冷却
効率の向上は、サイクル中において冷却能を発揮する冷
媒を、外部冷却液、例えば常温水等によって完全に凝縮
させることによって図ることができることが見出された
のである。
第３図中の高水準冷媒サイクルを示す図においては、４
段の補助熱交換器24および３段の高水準圧縮機46が使用
されているが、これらの装置の段数は状況によって適宜
増減させることが望ましい。しかし、装置にどのような
変更が行われた場合においても、最初の相分離、外部冷
却液による冷媒の完全凝縮および相分離を伴わない冷媒
流の分割の諸工程は適用が可能でなくてはならない。
以上、この発明の理解を助けるためにこの発明に酷似す
る米国特許第4,525,185号の方法を詳述したが、この方
法は既存の他の類似方法と同様に、天然ガス予冷器にお
ける温度制御について問題がある。そもそも予冷器にお
ける温度制御は、供給天然ガスにおける水和物生成の回
避のためにも重要であるが、その後に行われる固定吸着
床乾燥器での水分乾燥を行うに先立って予冷の度合いを
最大化するためにも重要である。
何となれば予冷器からの供給天然ガス温度を低くすれば
するほど、該供給ガスから凝縮分離し得る水分量を大き
くすることができ、乾燥器に送られるガス中に残存する
水分量を最少化することができるからである。従って予
冷度の多寡は、乾燥器およびその付属再生設備の大きさ
と価格に大きな影響を及ぼすのである。
しかも、この温度制御は、前述したような混合成分系冷
媒を使用した液化法においては、さらに複雑になるため
に確実性に欠け、その結果水和物生成を十分に回避する
ことができない。さらにこれを詳述すると、米国特許第
4,525,185号に開示された方法における供給天然ガスの
予冷器の温度制御は、典型的には予冷器を通る混合成分
系冷媒の流量を制御するために二つの変数、即ち該予冷
器における混合成分系冷媒の温度および供給ガスの温度
の測定を行っている。しかし、混合成分系冷媒の温度と
流量は変数であり、しかも混合成分系冷媒は比較的広範
な温度範囲に亘って沸騰をするので、該混合成分系冷媒
の制御によって供給天然ガスの過冷却およびこれに基づ
く水和物の生成を回避することは極めて困難である。
そして、乾燥予冷器中に生成する水和物は蓄積されて予
冷器に導入される天然ガス流の流通を阻止するので、予
冷器に加温して蓄積された水和物による阻止を排除する
間、液化天然ガスの生産を中断しなければならなくなる
のである。
この発明は、先に述べたように天然ガス供給流れを予冷
するために、従来法における単一または二つの混合成分
系冷媒閉サイクルによる天然ガスの液化法工程に、プロ
パンもしくはフレオンの如き単一成分系冷媒による閉環
状単一成分系冷媒サイクルを組み込み、該単一成分系冷
媒の圧力制御を行うことによって、該単一成分系冷媒の
温度を乾燥前の天然ガス供給流中に水和物が生成せずに
その予冷が最大限行われるように正確に制御することを
可能に、これによって従来問題のあった混合成分系冷媒
による予冷温度の制御性の欠如の問答を克服し得るもの
である。
（実施例） 以下にこの発明の実施例について説明する。
実施例１ 第１図は、この発明の概略工程を示す図面であり、この
実施例においては、供給天然ガスの予冷のために従来の
２閉サイクル多成分系冷媒による液化工程中に単一成分
系閉環状冷却サイクルを組み込んだものである。第１図
の符号中、先に示した第３図と共通する部分には同一符
号を付した。
第１図に示されるように、天然ガス供給流は管路10によ
り工程中に導入されるが、この天然ガス供給流は、第３
図の場合と同様93゜Ｆ（約33.9℃）の温度、665psia
（約45.85kg／cm2）の圧力で導入される。
管路10による天然ガス供給流は、予冷器として用いた熱
交換器100において、例えばプロパンのような閉環状単
一成分系冷媒サイクルからの沸騰した単一成分系冷媒に
より66.3゜Ｆ（約19.1℃）に予冷され、その後熱交換器
12において、管路44により送られた低温の冷媒により熱
交換されてさらに冷却される。
次いで該予冷天然ガスを乾燥装置および蒸留装置を通し
て循環させ、その中の水分と高炭化水素とを除去する。
この標準的な浄化工程は、一般的には液化に先立ってス
テーション11と13とにおいて行われるが、その詳細は図
示されていない。
天然ガス供給流の予冷のために使用される単一成分系閉
環状冷却サイクルでは、予冷器中で冷媒を沸騰させるこ
とにより該予冷を行う。予冷器100内の温度制御は、単
一成分系冷媒の圧力制御、例えば冷媒がプロパンであれ
ば、これを7.84kg／cm2の圧力に制御することにより行
われる。大抵の仕様の熱交換器を予冷器として適用する
ことが可能であるが、そのうち特に好ましい形式のもの
は、円筒多管式釜型リボイラーである。管路118を介し
て予冷器100に導入された液体単一成分系冷媒は、該予
冷器100内で管路10からの暖かい天然ガス供給流と間接
熱交換されて沸騰する。
熱伝達量、即ち予冷器100の温度制御は、予冷器100の外
殻側面の圧力を圧力弁104を介して制御することによっ
て行われる。そして、この予冷器内の気化単一成分系冷
媒の圧力を制御することにより、温度制御を行うことで
天然ガス供給流中の水分の凝縮を最大限にし、しかも水
和物の生成を防止することが可能となる。そしてこの能
力が、結果として乾燥器運転の改善に繋るのである。
気化単一成分系冷媒は、弁104、管路106によって予冷器
100から取り出され、任意に圧縮機108で圧縮増圧され
る。その後該冷媒は熱交換器112において、管路124から
の高水準多成分系冷媒と間接熱交換されて凝縮が行われ
る。その後、該凝縮冷媒をポンプ116で任意に増圧して
ジュール・トムソン弁117を介してフラッシュし、管路1
18を経て予冷器100に再循環する。該凝縮冷媒のジュー
ル・トムソン弁117でのフラッシュは、これによる温度
と圧力の降下が予冷器100における予冷に適切な水準に
なるように行われる。
単一成分系冷媒の増圧を行うには、次の３通りの方法の
うちいずれか一つを選択すればよい。
１） 気化冷媒を圧縮機108によって圧縮する。
２） 凝縮冷媒をポンプ116を使用し加圧する。
３） 気化冷媒を圧縮機108で圧縮し、且つ凝縮冷媒を
ポンプ116を使用し加圧する。
この増圧操作は凝縮工程の前後何れにおいて行ってもよ
い。そして好ましい増圧方法は、高水準冷媒の冷却曲線
によって決定される。
第１図に示すこの発明における高水準多成分系冷却サイ
クル部分における、第３図の従来法に対する改善点は次
の通りである。
相分離器54の底部から管路56に取り出された液相冷媒流
を、補助熱交換器24における高水準（高温）段を通過さ
せて管路58の残存流と、管路60の副流60とに分割するに
際し、さらに副流を管路120により分割し、該管路120の
副流をジュール・トムソン弁122を介してフラッシュし
て降温降圧し、この管路120の副流を熱交換器112におい
て先の単一成分系冷却サイクルにおける低水準冷媒を冷
却するために使用する。そして該熱交換器112において
暖められた副流ほ管路124により管路60の副流と併合さ
せ、管路62を通って圧縮機46に還流される。
二つの多成分系冷却サイクルにおける上記以外の点にお
いては、先の第３図に示した従来法の記載内容と同一で
あるので重複を避けるために説明を省略する。
実施例２ 第２図に示す概略工程図に示すように、この実施例にお
いては、単一成分系、例えばプロパンを使用した閉環状
冷却サイクルを、従来法による１個の多成分系冷媒閉サ
イクルを使用した天然ガス供給流れの液化工程に付加し
たものである。
第２図に示されるように天然ガス供給流れを管路210に
よって予冷器として使用する熱交換器200に導入し、こ
れを予冷器200中において管路275により導入された単一
成分系冷媒と熱交換することにより予冷する。
該予冷天然ガスを乾燥装置および蒸留装置を通して循環
させ、その中の水分および高炭化水素を除去する。この
浄化工程は、液化に先立ってステーション211および213
において行われることを示す以外は特にその詳細は図示
しない。
天然ガス供給流れの予冷のために使用される単一成分系
閉環状冷却サイクルは、予冷器中で冷媒を沸騰させるこ
とにより該予冷を行う。予冷器200内の温度調節は、予
冷器内の沸騰状態にある単一成分系冷媒の圧力に制御す
ることにより行われる。大抵の仕様の熱交換器が予冷器
として適用することが可能であるが、そのうち特に好ま
しい形式のものは、円筒多管式釜型リボイラーである。
管路275を介して予冷器200に導入された液体単一成分系
冷媒は、該予冷器200内で管路210からの暖かい天然ガス
供給流れと間接熱交換されることにより沸騰する。
熱伝達量、即ち予冷器200の温度制御は、予冷器200の外
殻側面の圧力を背圧弁276を介して制御することによっ
て行われる。そして、この予冷器内の気化単一成分系冷
媒の圧力を制御することにより、温度調節を正確に行う
ことができ、これによって天然ガス供給流れ中の水分の
凝縮を最大限にし、しかも水和物の生成を防止すること
が可能になる。そして、その結果水和物の蓄積による予
冷器の運転停止の問題を排除することができ、且つ乾燥
器運転の改善を図ることができる。
気化単一成分系冷媒は、予冷器200から取り出され、弁2
76、管路278を介して任意に圧縮機280で圧縮増圧され
る。その後該冷媒は熱交換器214において、管路290から
の高水準多成分系冷媒と間接熱交換された凝縮が行われ
る。その後、該凝縮冷媒をポンプ292で任意に増圧し
て、管路275を経て予冷器200に再循環させる。
なお、単一成分系冷媒の増圧を行うには、実施例１で示
したのと同様の方法、つまり次の３通りの方法のうちい
ずれか一つを選択すればよい。
１） 気化冷媒を圧縮機108によって圧縮する。
２） 凝縮冷媒をポンプ116を使用し加圧する。
３） 気化冷媒を圧縮機108で圧縮し、且つ凝縮冷媒を
ポンプ116を使用し加圧する。この場合において、最も
好ましい増圧方法は、ポンプを使用する方法である。
水分を除去し、高炭化水素を有効に低下させた天然ガス
は、その後冷却された主熱交換器214において全量が凝
縮液化される。液化天然ガスは主熱交換器214において
さらに冷却された後、該主熱交換器214から排出され、
弁を通ってフラッシュされ、フラッシュガスと貯蔵タン
ク216にポンピングされる液化天然ガス製品とに相分離
される。かくして、貯蔵タンク216において液化天然ガ
ス製品の所望量を適用することができる。なお、貯蔵タ
ンク216における液化天然ガス上に形成されるは、取り
出して圧縮加圧して前記フラッシュガスと併合させて、
フラッシュガス回収熱交換器で再加温されてから燃料と
して使用される。
この実施例における方法は、先に述べたように一つの閉
サイクル多成分系冷媒を使用して天然ガスの液化を行う
ものであるから、該多成分系冷媒は天然ガスの液化に必
要な低い冷媒温度を与えるものでなくてはならない。こ
のような多成分系冷媒の代表例としては、窒素、メタ
ン、エタン、プロパンおよびブタンからなるものを挙げ
ることができる。
多成分系冷媒中の、これら成分の正確な濃度は液化プラ
ントにおける外部条件、殊に外部冷却液および天然ガス
供給流の組成等によって変わる。
多成分系冷媒は多段圧縮する圧縮機装置220において、
外部冷却液により後冷却する。次の通りである。外部冷
却液としては海水等が用いられ圧縮熱の除去に使用され
る。
圧縮機装置220において圧縮された冷媒は、第１相分離
器221で相分離を行い、液相と蒸気相に分離する。分離
された液相冷媒は管路223により取り出されて主熱交換
器214に導入され、さらに冷却してから該主熱交換器214
から取り出されて、弁を通して降温降圧させ、主熱交換
器214の下部にある種々の管面を降下する噴霧として使
用するために該主熱交換器214の下部外殻側面に再導入
する。また第１相分離器221により得られた蒸気相冷媒
も主熱交換器214に導入され、冷却および部分凝縮を行
わせる。この部分凝縮をさせた蒸気相冷媒は、主熱交換
器214から取り出された後第２相分離器に導入されて、
ここで一部が液相となり、該液相冷媒は管路238により
主熱交換器214に導入され、さらに冷却してから該主熱
交換器214から取り出されて、弁を介して降温降圧さ
せ、主熱交換器214の上部にある種々の管面を降下する
噴霧として使用するために該主熱交換器214の上部外殻
側面を再導入する。
相分離器236において得られた蒸気相冷媒は主蒸気流と
スリップ流とに分割され、主蒸気流は管路240によって
再度主熱交換器214に導入され、ここで全量で液化され
再冷却されて、該主熱交換器のオーバーヘッド付近から
取り出され弁を通して降温降圧される。一方スリップ流
は、管路242によりフラッシュ回収熱交換器218に導入さ
れ、フラッシュ天然ガスと熱交換して冷却される。上記
の冷却冷媒流をさらに弁を通して降温降圧させ、主熱交
換器214のオーバーヘッド付近から取り出された冷媒流
と併合させて該主熱交換器214の第１段と第２段の両管
束面を降下する噴霧として使用するために該主熱交換器
214のオーバーヘッド付近に再導入する。主熱交換器214
において天然ガス供給流れの液化のための熱交換を終え
再加温された冷媒は、該主熱交換器214の底部から取り
出され、管路244を経て多段圧縮機装置220に戻し、この
操作を繰り返すことにより多成分系冷媒の閉サイクル内
で再循環が行われる。
（発明の効果） 上述したように、この発明によるときは天然ガスの液化
において、前処理として行われる天然ガス供給流れの予
冷器内での冷却に際しての温度調節を正確に行うことに
より水和物の生成を回避しつつ、含まれる水分の凝縮を
最大化することができるのでその後の乾燥工程における
費用を節減することができ、また予冷乾燥工程の中断を
回避することができるので、きわめて効率的な液化天然
ガスの製造を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、単一成分系冷媒、例えばプロパンの冷却サイ
クルを、２多成分系冷媒冷却サイクルによる天然ガス液
化法に付加したこの発明の天然ガス液化法の概略工程
図、第２図は、単一成分系冷媒、例えばプロパンの冷却
サイクルを、１多成分系冷媒サイクル天然ガス液化法に
付加したこの発明の天然ガス液化法の概略工程図、第３
図は、米国特許第4,545,185号に示された従来法による
２多成分系冷媒冷却サイクルによる天然ガス液化法の概
略工程図である。 10……管路、11……ステーション、12……熱交換器、13
……ステーション、14……主熱交換器、16……貯蔵容
器、18……フラッシュガス回収熱交換器、20……圧縮機
装置、24……補助熱交換器、26……高温段、28……中間
段、30……中間段、32……低温段、34……管路、38……
管路、40……気（蒸気）相流、42……スリップ流、44…
…管路、50……熱交換器、52……管路、58……残存流、
60……副流、62……管路、70……弁、72……管路、74…
…管路、76……管路、78……圧縮機、80……後冷却熱交
換器、82……管路、84……弁、100……予冷器、104……
圧力弁、106……管路、108……圧縮機、110……管路、1
12……熱交換器、116……ポンプ、117……ジュール・ト
ムソン弁、118……管路、120……副流、124……管路、2
00……予冷器、210……熱交換器、211……ステーショ
ン、213……ステーション、214……主熱交換器、216…
…貯蔵容器、218……回収熱交換器、220……圧縮機装
置、221……分離器、240……主蒸気流、242……管路、2
44……管路、275……管路、276……背圧弁、278……管
路、290……管路、292……ポンプ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−114681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−28101（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−74980（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−248976（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高水準冷媒により低水準冷媒を冷却し、且
    つ該低水準冷媒により天然ガス供給流を冷却して液化す
    るようにした多成分系冷媒による二つの閉冷却サイクル
    を使用した天然ガスの液化方法において、 該天然ガス供給流を、予冷器中において沸騰単一成分系
    冷媒の圧力を制御することにより該予冷器内の温度を水
    和物の生成が防止されるような温度に調節しながら、該
    沸騰単一成分系冷媒で熱交換することにより予冷して気
    化冷媒を生成させること、 該気化冷媒を増圧し、また気化冷媒を高水準多成分系冷
    媒で熱交換して凝縮させること、 得られた凝縮冷媒をフラッシュして、該フラッシュ冷媒
    を該予冷器に戻すことにより再循環させること、 よりなることを特徴とする天然ガスの液化方法。
  2. 【請求項２】該気化冷媒の増圧を、該気化冷媒の凝縮を
    行う前に該気化冷媒を圧縮することによって達成する請
    求項１記載の天然ガスの液化方法。
  3. 【請求項３】該気化冷媒の増圧を、該気化冷媒の凝縮を
    行った後に該気化冷媒をポンピングすることによって達
    成する請求項１記載の天然ガスの液化方法。
  4. 【請求項４】該気化冷媒の増圧を、該気化冷媒の凝縮を
    行う前に該気化冷媒の圧縮し、且つ該気化冷媒の凝縮を
    行った後に該気化冷媒をポンピングすることの両者によ
    って達成する請求項１記載の天然ガスの液化方法。
  5. 【請求項５】多成分系冷媒による一つの閉冷却サイクル
    を使用して、該多成分系冷媒により天然ガスを冷却液化
    するようにした天然ガス供給流の液化方法において、 該天然ガス供給流れを予冷器中において、沸騰単一成分
    系冷媒の圧力を制御することによって該予冷器内の温度
    を調節しながら、該沸騰単一成分系冷媒によって熱交換
    することにより水和物の生成を防止し、且つその上凝縮
    による該天然ガス供給流中における水分の除去が最大限
    行われるようにして予冷して気化冷媒を生成させるこ
    と、 該気化冷媒を増圧し、また気化冷媒を該多成分系冷媒で
    熱交換して凝縮させること、 得られた凝縮冷媒をフラッシュして、該フラッシュ冷媒
    を該予冷器に戻して再循環させること、 よりなることを特徴とする天然ガスの液化方法。
  6. 【請求項６】該気化冷媒の増圧を、該気化冷媒の凝縮を
    行う前に該気化冷媒を圧縮することによって達成する請
    求項５記載の天然ガスの液化方法。
  7. 【請求項７】該気化冷媒の増圧を、該気化冷媒の凝縮を
    行った後に該気化冷媒をポンピングすることによって達
    成する請求項５記載の天然ガスの液化方法。
  8. 【請求項８】該気化冷媒の増圧を、該気化冷媒の凝縮を
    行う前に該気化冷媒の圧縮し、且つ該気化冷媒の凝縮を
    行った後に該気化冷媒をポンピングすることの両者によ
    って達成する請求項５記載の天然ガスの液化方法。
  9. 【請求項９】天然ガス供給流を第１の閉冷却サイクル中
    において低水準冷媒と熱交換することにより冷却液化す
    るとともに該低水準冷媒を該熱交換の間に再加温するこ
    と、 該再加温された低水準冷媒を増圧するために圧縮する一
    方でさらに外部冷却液によって後冷却すること、 さらに該低水準冷媒を第２の閉冷却サイクル中において
    高水準冷媒によって多段熱交換することにより冷却する
    とともに該高水準冷媒を該熱交換の間に再加温するこ
    と、 該再加温された高水準冷媒は増圧のために圧縮し、さら
    に該冷媒を部分液化するために外部冷却液によって後冷
    却すること、 該高水準冷媒を気相冷媒流と液相冷媒流とに相分離させ
    ること、 低水準冷媒を冷却し該気相冷媒流を冷却液化を行わせる
    ために、液相冷媒流を多段で降温降圧することにより深
    冷膨張をせること、 気相冷媒流を液相冷媒流によって深冷し、降温降圧によ
    る膨張を行わせることによって低水準冷媒に対する冷却
    を与える前に、該気相冷媒流を圧縮し、外部冷却液によ
    り凝縮させること、 よりなる高水準冷媒により低水準冷媒を冷却し、且つ該
    低水準冷媒により天然ガス供給流を冷却して液化するよ
    うにした多成分系冷媒による二つの閉冷却サイクルを使
    用した天然ガスの液化方法において、 該天然ガス供給流を予冷器中において、沸騰単一成分系
    冷媒の圧力を制御することによって該予冷器の温度を調
    節しながら、該沸騰単一成分系冷媒で熱交換することに
    より水和物の生成を防止するようにして予冷して気化冷
    媒を生成させること、 該気化冷媒を増圧し、且つ気化冷媒を高水準多成分系冷
    媒で熱交換して凝縮させること、 得られた凝縮冷媒をフラッシュして、該フラッシュ冷媒
    を該予冷器に戻すことにより再循環させること、 よりなることを特徴とする天然ガスの液化方法。
  10. 【請求項１０】該気化冷媒の増圧を、該気化冷媒の凝縮
    を行う前に該気化冷媒を圧縮することによって達成する
    請求項９記載の天然ガスの液化方法。
  11. 【請求項１１】該気化冷媒の増圧を、該気化冷媒の凝縮
    を行った後に該気化冷媒をポンピングすることによって
    達成する請求項９記載の天然ガスの液化方法。
  12. 【請求項１２】該気化冷媒の増圧を、該気化冷媒の凝縮
    を行う前に該気化冷媒の圧縮し、且つ該気化冷媒の凝縮
    を行った後に該気化冷媒をポンピングすることの両者に
    よって達成する請求項９記載の天然ガスの液化方法。
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