特許 6272972 容積圧縮機を使用したＬＮＧプラントでの並列圧縮

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6272972

(24)【登録日】2018年1月12日

(45)【発行日】2018年1月31日

(54)【発明の名称】容積圧縮機を使用したＬＮＧプラントでの並列圧縮

(51)【国際特許分類】

   F25J 1/00 20060101AFI20180122BHJP

   F25J 1/02 20060101ALI20180122BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20180122BHJP

   F25B 1/053 20060101ALI20180122BHJP

   F25B 1/047 20060101ALI20180122BHJP

   F25B 1/10 20060101ALI20180122BHJP

【ＦＩ】

   F25J1/00 B

   F25J1/02

   F25B1/00 396G

   F25B1/00 396Z

   F25B1/053 A

   F25B1/047 Z

   F25B1/10 A

【請求項の数】29

【外国語出願】

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-188578(P2016-188578)

(22)【出願日】2016年9月27日

(65)【公開番号】特開2017-67432(P2017-67432A)

(43)【公開日】2017年4月6日

【審査請求日】2016年12月22日

(31)【優先権主張番号】14/870,557

(32)【優先日】2015年9月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】591035368

【氏名又は名称】エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100077517

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100087413

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 哲次

(74)【代理人】

【識別番号】100093665

【弁理士】

【氏名又は名称】蛯谷 厚志

(74)【代理人】

【識別番号】100173107

【弁理士】

【氏名又は名称】胡田 尚則

(74)【代理人】

【識別番号】100128495

【弁理士】

【氏名又は名称】出野 知

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(72)【発明者】

【氏名】ジョーセフ ジェラード ウェアーマン

(72)【発明者】

【氏名】ゴウリ クリシュナムルティ

【審査官】 神田 和輝

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５２６６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５１５７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２４４４７５９（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／１１７７８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６１−００３９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０４５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２３８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０６８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８３５７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ４１／０６

Ｆ２５Ｂ １／００−１／１０

Ｆ２５Ｊ １／００−５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素流体を液化するための装置であって、
第１冷媒を圧縮して第１圧縮冷媒流を作り出すように運転可能に構成された圧縮システムであって、前記圧縮システムが速度形圧縮機を含む少なくとも１つの圧縮ステージを有する第１圧縮回路と、容積圧縮機を含む少なくとも１つの圧縮ステージを有する第２圧縮回路とを含み、前記第２圧縮回路が前記第１圧縮回路と流体流れ連通していて、前記第１圧縮回路の少なくとも第１部分と並列して配置され、前記圧縮システムが、前記第１圧縮回路の前記少なくとも１つの圧縮ステージ及び前記第２圧縮回路の前記少なくとも１つの圧縮ステージに電力を与えるように運転可能に構成されたドライバ組立体をさらに含む、圧縮システムと、
前記第１冷媒の少なくとも一部と前記炭化水素流体の間での間接熱交換によって前記炭化水素流体を冷却するように運転可能に構成された第１熱交換器と
を含む装置。

【請求項2】

前記第１圧縮回路の前記少なくとも１つの圧縮ステージが複数の圧縮ステージを含み、前記複数の圧縮ステージのそれぞれが速度形圧縮機であり、前記第２圧縮回路の前記少なくとも１つの圧縮ステージのそれぞれが容積圧縮機である、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記圧縮システムが、前記第１圧縮回路の前記複数の圧縮ステージの少なくとも２つの間で前記第１冷媒を中間冷却するようにさらに運転可能に構成された、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記第１圧縮回路が複数の圧縮ステージを含み、前記第１圧縮回路が第２部分を含み、前記複数の圧縮ステージの少なくとも１つが前記第１部分に設置され、前記複数の圧縮ステージの少なくとも１つが前記第２部分に設置され、前記第２圧縮回路が前記第１圧縮回路の前記第１部分のみと並列して配置され、前記第１部分に設置された前記複数の圧縮ステージの前記少なくとも１つのそれぞれが、前記第２部分に設置された前記複数の圧縮ステージの前記少なくとも１つの全てより高い圧力で運転するように運転可能に構成された、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記炭化水素流体が前記第１熱交換器によって冷却された後に、前記炭化水素流体と第２冷媒の間での間接熱交換によって、前記炭化水素流体をさらに冷却して液化するように運転可能に構成された第２熱交換器をさらに含む、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記第１冷媒が、プロパン、混合冷媒、又は窒素である、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記炭化水素流体及び前記第２冷媒が、前記第２熱交換器のコイル巻付チューブ側を通じて流れた場合、前記第２熱交換器が、前記第２熱交換器のシェル側を通じて流れる前記第２冷媒との間接熱交換によって、前記炭化水素流体を液化して、前記第２冷媒を冷却するように運転可能に構成された、請求項５に記載の装置。

【請求項8】

前記炭化水素流体が前記第１熱交換器によってさらに冷却される前に、前記炭化水素流体と第２冷媒の間での間接熱交換によって、前記炭化水素流体を予備冷却するように運転可能に構成された第２熱交換器をさらに含む、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記第２冷媒がプロパンであり、前記第１冷媒が混合冷媒である、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記炭化水素流体及び前記第１冷媒が、前記第１熱交換器のコイル巻付チューブ側を通じて流れた場合、前記第１熱交換器が、前記第１熱交換器のシェル側を通じて流れる前記第１冷媒との間接熱交換によって、前記炭化水素流体を液化して、前記第１冷媒を冷却するように運転可能に構成された、請求項８に記載の装置。

【請求項11】

前記ドライバ組立体が前記第１圧縮回路のための第１ドライバと、前記第２圧縮回路のための第２ドライバとを含み、前記第１ドライバが前記第２ドライバから独立している、請求項１に記載の装置。

【請求項12】

前記第１圧縮回路と前記第２圧縮回路の間で、前記第１冷媒の流れの分布を制御するように運転可能に構成された弁をさらに含む、請求項１に記載の装置。

【請求項13】

前記速度形圧縮機が遠心圧縮機であり、前記容積圧縮機がスクリュー圧縮機である、請求項１に記載の装置。

【請求項14】

ａ．第１冷媒流に関して圧縮過程を実行する工程であって、前記圧縮過程が前記第１冷媒流を圧縮して圧縮第１冷媒流を作り出すことを含む工程と、
ｂ．前記圧縮第１冷媒流に対する間接熱交換によって炭化水素流体を冷却して、第１炭化水素流体出力流及び加温第１冷媒流を作り出す工程と
を含む方法であって、
工程（ａ）が、前記第１冷媒流を第１部分と第２部分とに分けること、少なくとも１つの速度形圧縮機を含む第１圧縮過程で前記第１冷媒流の前記第１部分を圧縮して第１圧縮流を作り出すこと、少なくとも１つの容積圧縮機を含む第２圧縮過程で前記第１冷媒流の前記第２部分を圧縮して第２圧縮流を作り出すこと、及び、前記第１圧縮流と前記第２圧縮流とを組み合わせて複合圧縮冷媒流を作り出すことをさらに含む方法。

【請求項15】

工程（ａ）が、前記第１圧縮過程における複数の圧縮ステージで、前記第１冷媒流の前記第１部分を圧縮することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

工程（ａ）が、前記第１冷媒流を前記第１部分と前記第２部分とに分ける前に、前記第１圧縮過程の前記複数の圧縮ステージの少なくとも１つで前記第１冷媒流を圧縮することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

工程（ａ）が、前記複数の圧縮ステージの２つの間で前記第１冷媒流を冷却することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

工程（ａ）が、前記第１冷媒流を前記第１部分と前記第２部分とに分ける前に、前記第１冷媒流から前記第１冷媒の第３部分を除去することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項19】

工程（ａ）が、少なくとも１つの第１冷媒副流を前記第１冷媒流と組み合わせることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項20】

工程（ａ）が、前記第１冷媒流を前記第１部分と前記第２部分とに分ける前に、前記少なくとも１つの第１冷媒副流の少なくとも１つを前記第１冷媒流と組み合わせることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

工程（ａ）が、前記圧縮第１冷媒流を作り出す前に、少なくとも１つの熱交換器で前記複合圧縮冷媒流を冷却することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項22】

工程（ａ）が、前記圧縮第１冷媒流を作り出す前に、前記複合圧縮冷媒流をさらに圧縮することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項23】

工程（ｂ）での間接熱交換の前に、前記圧縮第１冷媒流が冷却され膨張される、請求項１４に記載の方法。

【請求項24】

工程（ａ）が、前記第１冷媒流を前記第１部分と前記第２部分とに分けることをさらに含み、前記第１部分が前記第１冷媒流の少なくとも７０％を含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項25】

（ｃ）工程（ｂ）を実行した後に、第２冷媒との間接熱交換によって前記第１炭化水素流体出力流を液化する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項26】

（ｃ）工程（ｂ）を実行する前に、第２冷媒との間接熱交換によって前記炭化水素流体を予備冷却する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項27】

工程（ｂ）が、前記炭化水素流体を液化して、主要熱交換器のシェル側を通じて流れる混合冷媒との間接熱交換によって、前記主要熱交換器のコイル巻付チューブ側を通じて流れる前記混合冷媒を冷却して、炭化水素流体生成物流を作り出すことをさらに含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

ａ．第１冷媒流との間接熱交換によって熱交換システムで炭化水素流体を冷却して、前記第１冷媒流を加温して、加温第１冷媒流を作り出す工程と、
ｂ．１つ又は複数の圧縮ステージで前記加温第１冷媒流を圧縮して、少なくとも１つの他の冷媒流と混合して、第２冷媒流を作り出す工程と、
ｃ．前記第２冷媒流の少なくとも一部を少なくとも２つの部分、第１部分と第２部分とに分ける工程と、
ｄ．少なくとも１つの速度形圧縮機を含む第１圧縮過程で前記第２冷媒流の前記第１部分を圧縮して、第１圧縮流を作り出す工程と、
ｅ．前記第１圧縮過程と並列して配置される、少なくとも１つの容積圧縮機を含む第２圧縮過程で、前記第２冷媒流の前記第２部分を圧縮して、第２圧縮流を作り出す工程と、
ｆ．前記第１圧縮流と前記第２圧縮流とを組み合わせて、複合圧縮冷媒流を作り出す工程と、
ｇ．前記複合圧縮冷媒流を冷却して、冷却複合冷媒流を作り出す工程と、
ｈ．前記冷却複合冷媒流を膨張させて、膨張冷媒流を作り出す工程と
を含む方法。

【請求項29】

工程（ａ）が、前記炭化水素流体を少なくとも部分的に液化することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

天然ガスを冷却、液化、及び任意選択で過冷却するための多くの液化システムが当技術分野でよく知られており、例えば、単一混合冷媒（ＳＭＲ）サイクル、プロパン予備冷却混合冷媒（Ｃ３ＭＲ）サイクル、複混合冷媒（ＤＭＲ）サイクル、Ｃ３ＭＲ−窒素ハイブリッド（例えば、ＡＰ−Ｘ（商標））サイクル、窒素又はメタンのエクスパンダーサイクル、及びカスケードサイクルである。典型的に、そのようなシステムにおいては、天然ガスは１つ又は複数の冷媒との間接熱交換によって冷却され、液化され、及び任意選択で過冷却される。様々な冷媒、例えば、混合冷媒、純成分、２相冷媒、ガス相冷媒などを用いることができる。窒素、メタン、エタン／エチレン、プロパン、ブタン、及びペンタンの混合物である混合冷媒（ＭＲ）が、多くのベースロード液化天然ガス（ＬＮＧ）プラントで使用されている。ＭＲ流の組成は、典型的に、供給ガス組成及び運転条件に基づいて最適化される。

【0002】

冷媒は、１つ又は複数の熱交換器と１つ又は複数の冷媒圧縮システムとを含む冷媒回路において循環される。冷媒回路は閉ループ又は開ループであることができる。天然ガスは、熱交換機で冷媒に対する間接熱交換によって冷却され、液化され、及び／又は過冷却される。

【0003】

それぞれの冷媒圧縮システムは、循環する冷媒を圧縮して冷却するための圧縮回路と、圧縮機を駆動するのに必要な電力を供給するためのドライバ組立体とを含む。天然ガスを冷却、液化、及び任意選択で過冷却するのに必要とされる熱負荷を提供する低温低圧冷媒流を作るために、膨張する前に冷媒が高圧に圧縮されて冷却される必要があるため、冷媒圧縮システムは液化システムの不可欠な構成要素である。

【0004】

ベースロードＬＮＧプラントでの冷媒圧縮の過半数は、高容量、可変速度、高効率、低メンテナンス性、小サイズなどを含むそれらの固有の能力のために、速度形（ｄｙｎａｍｉｃ）圧縮機又は動的（ｋｉｎｅｔｉｃ）圧縮機、具体的には遠心圧縮機によって行われる。軸流圧縮機及び斜流圧縮機のような他の種類の速度形圧縮機がまた、同様の理由で使用されている。速度形圧縮機は、圧縮されるべき流体の運動量を増加させることによって機能する。反対に、容積圧縮機は、圧縮されるべき流体の容積を減らすことによって機能する。往復型圧縮機及びスクリュー圧縮機のような容積圧縮機は、典型的に、それらのより低い流れ能力のためにベースロードＬＮＧサービスにおいて好ましくなく、多くのユニット、より高いコスト、及びより大きい敷地面積に対するニーズを次々にもたらす。

【0005】

ＬＮＧサービスにおいて使用されている４つの主な種類のドライバ、すなわち、産業用ガスタービン、航空転用ガスタービン、蒸気タービン、及び電気モータが存在する。

【0006】

幾つかのシナリオにおいては、ＬＮＧ製造速度は、導入された冷媒圧縮機によって制限されることがある。１つのそのようなシナリオは圧縮機の運転点がアンチサージラインに近い場合である。サージは、圧縮機の最大ヘッド能力及び最小体積流れ限界に達した運転点として規定される。アンチサージラインは、サージに対する安全な運転方法においての運転点である。Ｃ３ＭＲサイクルについてのそのようなシナリオの例は、最大ヘッド、それによって到達されるべき最低許容流量をもたらすプロパン予備冷却システムへの増大した負荷が存在する高い周囲温度の場合である。したがって、冷媒流量が制限され、次いで、それが冷媒及びＬＮＧ製造速度を制限する。

【0007】

ＬＮＧ製造速度が、導入された冷媒圧縮機によって制限される別のシナリオは、圧縮機がストーンウォール又はチョークに近い場合である。ストーンウォール又はチョークは、圧縮機の最大安定体積流及び最小ヘッド能力に達した運転点として規定される。そのようなシナリオの例は、プラントがフル稼働であり最大ＬＮＧ容量で稼働している場合である。圧縮機は、それを通じてより多くの冷媒流を扱うことができなくて、したがって、プラントが圧縮機の運転によって制限される。

【0008】

ＬＮＧ製造が導入された冷媒圧縮機によって制限されることがある更なるシナリオは、圧縮機の運転点が圧縮機の設計仕様、例えば、流量計数、吸気マッハ数などによって制限される大きなベースロード設備に対してである。

【0009】

幾つかのシナリオにおいて、ＬＮＧ製造は、利用可能なドライバ電力によって制限される。これは、プラントが高いＬＮＧ製造速度で運転している際に起こる場合がある。それはまた、減少した利用可能なガスタービン電力のために、高い周囲温度でガスタービンドライバを持つプラントに対して起こる場合がある。

【0010】

冷媒圧縮システムを除去するための１つの方法は、第１圧縮機の排出量でのそのドライバと共に、遠心圧縮機のような追加の速度形圧縮機を追加することである。これは、圧縮機がアンチサージラインの近くで運転しているというシナリオに対する圧縮システムに、より大きなヘッドを組み込むことを助けるが、第１圧縮機の排出量で追加の速度形圧縮機を追加することは、圧縮機がストーンウォールの近くで運転している場合に、限定された利益しか有さない。したがって、追加の速度形圧縮機を追加することは最大流量の制約の問題を解決しない。

【0011】

別のアプローチは、第１圧縮機と並列した、遠心圧縮機のような第２速度形圧縮機を追加することである。第２圧縮機は、典型的に、第１圧縮機と比較して容量が極めて小さく、このことは２つの並列圧縮機のバランスを取ること、及び、体積流量が一致しないことがあるが出口圧力を一致させることを確実にすることに関する課題を有する。典型的な速度形圧縮機の容量に対するヘッドの曲線を図１に示す。緩やかな曲線形状が与えられた場合、出口でのヘッドを一致させるが、全流量がは望の冷媒流を合計するということを確認することが難しくなる場合がある。システムを除去するために同様サイズの第２圧縮機を追加することは、圧縮機サイズを一致させることに関連する大きなコストのため、適した選択ではない。

【0012】

さらに、圧縮システムでの運転条件が変化する場合、（上で記載したような）異なる流れ特性を持つ２つの並列速度形圧縮機間での分流を調整することは難しい。例えば、アンチサージラインに近いＣ３ＭＲプラント運転において、周囲温度が減少する場合、サージへの接近が増加して、第２圧縮機を通じてより低い流量が要求される。追加的に、第２圧縮機のパラメータ（例えば、速度）は変化させることができなく、それは、そのような変化が出口圧力における変化を引き起こし、第１圧縮機との不均衡を作り出すためである。さらに、第１圧縮機が混合冷媒圧縮機であるというシナリオにおいては、変化する供給組成及び周囲条件を伴うＭＲ組成における任意の変化は、２つの圧縮機の不均衡を引き起こすことがある。これらの課題の多くは、両圧縮機が同一ではなく、第２圧縮機が典型的に主要圧縮機よりも極めて小さい容量であるという事実により駆り立てられる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

概して、第１圧縮機と並列するより低い容量の速度形圧縮機を追加することは、効率的に設計及び運転するのが困難になる場合がある柔軟性のない設計をもたらす。したがって、必要とされることは、より単純かつより効率的な、ＬＮＧプラントでの負荷圧縮システムの除去方法である。

【課題を解決するための手段】

【0014】

この要旨は、発明の詳細な説明において以下でさらに説明される簡易化した形態での概念の選択を紹介するために提供される。この要旨は、特許請求の範囲に記載した主題の重要な特徴又は不可欠な特徴を特定することを意図するものでも、特許請求の範囲に記載した主題の範囲を限定するために使用されることを意図するものでもない。

【0015】

以下で説明され、以下に続く特許請求の範囲によって規定されるように、説明する実施形態は、ＬＮＧ液化プロセスの一部として使用される圧縮システムの改善を提供する。記載される実施形態は、ＬＮＧ液化プラントの１つ又は複数の冷媒圧縮システムにおける少なくとも１つの速度形圧縮機と並列する容積圧縮機を使用することによって、当技術分野におけるニーズを満足して、それによって、プラントが、別の方法でプラント容量を制限する条件下で運転することを可能とする。

【0016】

それに加えて、本発明のシステム及び方法の幾つかの具体的態様を以下で説明する。

【0017】

態様１−炭化水素流体を液化するための装置であって、
第１冷媒を圧縮して第１圧縮冷媒流を作り出すように運転可能に構成された圧縮システムであって、圧縮システムが速度形圧縮機を含む少なくとも１つの圧縮ステージを有する第１圧縮回路と、容積圧縮機を含む少なくとも１つの圧縮ステージを有する第２圧縮回路とを含み、第２圧縮回路が第１圧縮回路と流体流れ連通していて、第１圧縮回路の少なくとも第１部分と並列して配置され、圧縮システムが、第１圧縮回路の少なくとも１つの圧縮ステージ及び第２圧縮回路の少なくとも１つの圧縮ステージに電力を与えるように運転可能に構成されたドライバ組立体をさらに含む、圧縮システムと、
第１冷媒の少なくとも一部と炭化水素流体の間での間接熱交換によって炭化水素流体を冷却するように運転可能に構成された第１熱交換器と
を含む装置。

【0018】

態様２−第１圧縮回路の少なくとも１つの圧縮ステージが複数の圧縮ステージを含み、複数の圧縮ステージのそれぞれが速度形圧縮機であり、第２圧縮回路の少なくとも１つの圧縮ステージのそれぞれが容積圧縮機である、態様１に記載の装置。

【0019】

態様３−圧縮システムが、第１圧縮回路の複数の圧縮ステージの少なくとも２つの間で第１冷媒を中間冷却するようにさらに運転可能に構成された、態様２に記載の装置。

【0020】

態様４−第１圧縮回路が複数の圧縮ステージを含み、第１圧縮回路が第２部分を含み、複数の圧縮ステージの少なくとも１つが第１部分に設置され、複数の圧縮ステージの少なくとも１つが第２部分に設置され、第２圧縮回路が第１圧縮回路の第１部分のみと並列して配置され、第１部分に設置された複数の圧縮ステージの少なくとも１つのそれぞれが、第２部分に設置された複数の圧縮ステージの少なくとも１つの全てより高い圧力で運転するように運転可能に構成された、態様１〜３のいずれか１つに記載の装置。

【0021】

態様５−炭化水素流体が第１熱交換器によって冷却された後に、炭化水素流体と第２冷媒の間での間接熱交換によって、炭化水素流体をさらに冷却して液化するように運転可能に構成された第２熱交換器をさらに含む、態様１〜４のいずれか１つに記載の装置。

【0022】

態様６−第１冷媒が、プロパン、混合冷媒、又は窒素である、態様１〜５のいずれか１つに記載の装置。

【0023】

態様７−炭化水素流体及び第２冷媒が、第２熱交換器のコイル巻付チューブ側を通じて流れた場合、第２熱交換器が、第２熱交換器のシェル側を通じて流れる第２冷媒と間接熱交換することによって、炭化水素流体を液化して、第２冷媒を冷却するように運転可能に構成された、態様５〜６のいずれか１つに記載の装置。

【0024】

態様８−炭化水素流体が第１熱交換器によってさらに冷却される前に、炭化水素流体と第２冷媒の間での間接熱交換によって、炭化水素流体を予備冷却するように運転可能に構成された第２熱交換器をさらに含む、態様１に記載の装置。

【0025】

態様９−第２冷媒がプロパンであり、第１冷媒が混合冷媒である、態様１及び８のいずれか１つに記載の装置。

【0026】

態様１０−炭化水素流体及び第１冷媒が、第１熱交換器のコイル巻付チューブ側を通じて流れた場合、第１熱交換器が、第１熱交換器のシェル側を通じて流れる第１冷媒との間接熱交換によって、炭化水素流体を液化して、第１冷媒を冷却するように運転可能に構成された、態様１及び８〜９のいずれか１つに記載の装置。

【0027】

態様１１−ドライバ組立体が第１圧縮回路のための第１ドライバと、第２圧縮回路のための第２ドライバとを含み、第１ドライバが第２ドライバから独立している、態様１〜１０のいずれか１つに記載の装置。

【0028】

態様１２−第１圧縮回路と第２圧縮回路の間で、第１冷媒の流れの分布を制御するように運転可能に構成された弁をさらに含む、態様１〜１１のいずれか１つに記載の装置。

【0029】

態様１３−速度形圧縮機が遠心圧縮機であり、容積圧縮機がスクリュー圧縮機である、態様１〜１２のいずれか１つに記載の装置。

【0030】

態様１４−
ａ．第１冷媒流に関して圧縮過程を実行する工程であって、圧縮過程が第１冷媒流を圧縮して圧縮第１冷媒流を作り出すことを含む工程と、
ｂ．圧縮第１冷媒流に対する間接熱交換によって炭化水素流体を冷却して、第１炭化水素流体出力流及び加温第１冷媒流を作り出す工程と
を含む方法であって、
工程（ａ）が、第１冷媒流を第１部分と第２部分とに分けること、少なくとも１つの速度形圧縮機を含む第１圧縮過程で第１冷媒流の第１部分を圧縮して第１圧縮流を作り出すこと、少なくとも１つの容積圧縮機を含む第２圧縮過程で第１冷媒流の第２部分を圧縮して第２圧縮流を作り出すこと、及び、第１圧縮流と第２圧縮流とを組み合わせて複合圧縮冷媒流を作り出すことをさらに含む方法。

【0031】

態様１５−工程（ａ）が、第１圧縮過程における複数の圧縮ステージで、第１冷媒流の第１部分を圧縮することをさらに含む、態様１４に記載の方法。

【0032】

態様１６−工程（ａ）が、第１冷媒流を第１部分と第２部分とに分ける前に、第１圧縮過程の複数の圧縮ステージの少なくとも１つで第１冷媒流を圧縮することをさらに含む、態様１４〜１５のいずれか１つに記載の方法。

【0033】

態様１７−工程（ａ）が、複数の圧縮ステージの２つの間で第１冷媒流を冷却することをさらに含む、態様１４〜１６のいずれか１つに記載の方法。

【0034】

態様１８−工程（ａ）が、第１冷媒流を第１部分と第２部分とに分ける前に、第１冷媒流から第１冷媒の第３部分を除去することをさらに含む、態様１４〜１７のいずれか１つに記載の方法。

【0035】

態様１９−工程（ａ）が、少なくとも１つの第１冷媒副流を第１冷媒流と組み合わせることをさらに含む、態様１４〜１８のいずれか１つに記載の方法。

【0036】

態様２０−工程（ａ）が、第１冷媒流を第１部分と第２部分とに分ける前に、少なくとも１つの第１冷媒副流の少なくとも１つを第１冷媒流と組み合わせることをさらに含む、態様１４〜１９のいずれか１つに記載の方法。

【0037】

態様２１−工程（ａ）が、圧縮第１冷媒流を作り出す前に、少なくとも１つの熱交換器で複合圧縮冷媒流を冷却することをさらに含む、態様１４〜２０のいずれか１つに記載の方法。

【0038】

態様２２−工程（ａ）が、圧縮第１冷媒流を作り出す前に、複合圧縮冷媒流をさらに圧縮することをさらに含む、態様１４〜２０のいずれか１つに記載の方法。

【0039】

態様２３−工程（ｂ）での間接熱交換の前に、圧縮第１冷媒流が冷却され膨張される、態様１４〜２２のいずれか１つに記載の方法。

【0040】

態様２４−工程（ａ）が、第１冷媒流を第１部分と第２部分とに分けることをさらに含み、第１部分が第１冷媒流の少なくとも７０％を含む、態様１４〜２３のいずれか１つに記載の方法。

【0041】

態様２５−
（ｃ）工程（ｂ）を実行した後に、第２冷媒との間接熱交換によって第１炭化水素流体出力流を液化する工程をさらに含む、態様１４〜２４のいずれか１つに記載の方法。

【0042】

態様２６−
（ｃ）工程（ｂ）を実行する前に、第２冷媒との間接熱交換によって炭化水素流体を予備冷却する工程をさらに含む、態様１４〜２４のいずれか１つに記載の方法。

【0043】

態様２７−工程（ｂ）が、炭化水素流体を液化して、主要熱交換器のシェル側を通じて流れる混合冷媒との間接熱交換によって、主要熱交換器のコイル巻付チューブ側を通じて流れる混合冷媒を冷却して、炭化水素流体生成物流を作り出すことをさらに含む、態様２６に記載の方法。

【0044】

態様２８−
ａ．第１冷媒流との間接熱交換によって熱交換システムで炭化水素流体を冷却して、第１冷媒流を加温して、加温第１冷媒流を作り出す工程と、
ｂ．１つ又は複数の圧縮ステージで加温第１冷媒流を圧縮して、少なくとも１つの他の冷媒流と混合して、第２冷媒流を作り出す工程と、
ｃ．第２冷媒流の少なくとも一部を少なくとも２つの部分、第１部分と第２部分とに分ける工程と、
ｄ．少なくとも１つの速度形圧縮機を含む第１圧縮過程で第２冷媒流の第１部分を圧縮して、第１圧縮流を作り出す工程と、
ｅ．第１圧縮過程と並列して配置される、少なくとも１つの容積圧縮機を含む第２圧縮過程で、第２冷媒流の第２部分を圧縮して、第２圧縮流を作り出す工程と、
ｆ．第１圧縮流と第２圧縮流とを組み合わせて、複合圧縮冷媒流を作り出す工程と、
ｇ．複合圧縮冷媒流を冷却して、冷却複合冷媒流を作り出す工程と、
ｈ．冷却複合冷媒流を膨張させて、膨張冷媒流を作り出す工程と
を含む方法。

【0045】

態様２９−工程（ａ）が、炭化水素流体を少なくとも部分的に液化することをさらに含む、態様２８に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】速度形圧縮機及び容積圧縮機についての、入口体積流量率に対するヘッド率を示すグラフである。

【図2】先行技術に従ったＣ３ＭＲシステムの模式的フロー図である。

【図3】先行技術に従ったＣ３ＭＲシステムの予備冷却システムの模式的フロー図である。

【図4】先行技術に従ったＣ３ＭＲシステムのプロパン圧縮システムの模式的フロー図である。

【図5】本発明の第１例示的実施形態に従ったＣ３ＭＲシステムのプロパン圧縮システムの模式的フロー図である。

【図6】本発明の第２例示的実施形態に従ったＣ３ＭＲシステムのプロパン圧縮システムの模式的フロー図である。

【図7】本発明の第３例示的実施形態に従ったＣ３ＭＲシステムの混合冷媒圧縮システムの模式的フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0047】

以下の詳細な説明は、好ましい例示的実施形態を提供しているにすぎず、請求項に記載された本発明の範囲、利用可能性、又は構成を限定することを意図するものでない。むしろ、好ましい例示的実施形態における以下の詳細な説明は、当業者に、請求項に記載された本発明の好ましい例示的実施形態を実施することを可能とする説明を提供する。請求項に記載された本発明の趣旨及び範囲に逸脱することなく、部材の機能及び配置に様々な変更を施してもよい。

【0048】

図面に対応する本明細書で提示される参照番号は、他の特徴の文脈を提供するために、本明細書内での追加の説明をせずに１つ又は複数の次の図面で繰り返すことがある。

【0049】

特許請求の範囲においては、請求項に記載された工程を明確にするために文字が使用される（例えば、（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ））。これらの文字は、その方法の工程を言い表すために使用され、そのような順序が特許請求の範囲において具体的に記載されない限りかつ明確に記載されている範囲でのみ、請求項に記載された工程を実施する順序を表すことを意図するものでない。

【0050】

方向を示す用語が、本明細書及び特許請求の範囲で使用され、本発明の一部を説明することがある（例えば、上、下、左、右など）。これらの方向を示す用語は、例示的実施形態を説明するのを助けることを単に意図しており、請求項に記載された発明の範囲を限定する意図ではない。本明細書で使用した場合、「上流」という用語は、基準点からの導管内の流体の流れ方向と反対である方向を意味することが意図される。同様に、「下流」という用語は、基準点からの導管内の流体の流れ方向と同一である方向を意味することが意図される。

【0051】

本明細書に別段の記載がない限り、明細書、図面及び特許請求の範囲で特定される任意の及び全ての百分率は、質量パーセント基準に基づいて理解されるべきである。本明細書に別段の記載がない限り、明細書、図面及び特許請求の範囲で特定される任意の及び全ての圧力は、ゲージ圧を意味すると理解されるべきである。

【0052】

「流体流れ連通」という用語は、明細書及び特許請求の範囲で使用された場合、部材間で液体、蒸気、及び／又は２相混合物を、制御された様式で（すなわち、漏れなしで）直接又は間接のいずれかで移送することを可能とする２以上の部材間での接続性を言い表す。互いに流体流れ連通しているような２以上の部材を結合するのは、当技術分野で公知の任意の適切な方法、例えば、溶接、フランジ付導管、ガスケット、及びボルトを使用した方法を伴うことができる。２以上の部材はまた、それらを分離することができるシステムの他の部材、例えば、弁、ゲート、又は流体流れを選択的に制限若しくは移動することができる他のデバイスを通じて一緒に結合することができる。

【0053】

「導管（ｃｏｎｄｕｉｔ）」という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、システムの２以上の部材間で流体を移送することができる１つ又は複数の構造を言い表す。例えば、導管としては液体、蒸気、及び／又はガスを移送する管、ダクト、通路、及びそれらの組み合わせを挙げることができる。

【0054】

「天然ガス」という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、主成分のメタンを含有する炭化水素ガス混合物を意味する。

【0055】

「炭化水素ガス」又は「炭化水素流体」という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、少なくとも１つの炭化水素を含むガス／流体を意味し、炭化水素が、ガス／流体の全体の組成の８０％以上、及びより好ましくは９０％以上を含む。

【0056】

「混合冷媒」（「ＭＲ」と省略される）という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、少なくとも２つの炭化水素を含む流体を意味し、炭化水素が冷媒の全体の組成の８０％以上を含む。

【0057】

「束（ｂｕｎｄｌｅ）」及び「チューブ束」は本出願の範囲内においては同じ意味で使用され、同義であることが意図される。

【0058】

「周囲流体」という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、周囲の圧力及び温度で又はその近くでシステムへ提供される流体を意味する。

【0059】

「圧縮回路」という用語は、互いに流体連通であり直列に配置された（以下、「直列流体流れ連通」）部材及び導管を言い表すために本明細書で使用され、第１の圧縮機又は圧縮ステージより上流で始まり、最終の圧縮機又は圧縮ステージより下流で終わる。「圧縮過程」という用語は、関連圧縮回路を含む部材及び導管によって行われる工程を言い表すことが意図される。

【0060】

本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、「高−高」、「高」、「中」、及び「低」という用語は、これらの用語が使用される部材の性質に対する相対的な値を表現することが意図される。例えば、高−高圧流は、本出願中で説明され又は請求項に記載される、対応する高圧流若しくは中圧流若しくは低圧流よりも高い圧力を有する流れを示すことが意図される。同様に、高圧流は、本明細書又は請求項で説明される、対応する中圧流若しくは低圧流よりも高いが、本出願中で説明され又は請求項に記載される、対応する高−高圧流よりも低い圧力を有する流れを示すことが意図される。同様に、中圧流は、本明細書又は請求項で説明される、対応する低圧流よりも高いが、本出願中で説明され又は請求項に記載される、対応する高圧流よりも低い圧力を有する流れを示すことが意図される。

【0061】

本明細書で使用される場合、「寒剤（ｃｒｙｏｇｅｎ）」又は「低温流体」という用語は、液体、ガス、又は−７０℃未満の温度を有する混合相流体を意味することが意図される。寒剤の例としては、液体窒素（ＬＩＮ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液体ヘリウム、液体二酸化炭素及び加圧した混合相寒剤（例えば、ＬＩＮと気体窒素との混合物）が挙げられる。本明細書で使用される場合、「極低温」という用語は、−７０℃未満の温度を意味することが意図される。

【0062】

表１は、説明する実施形態を理解する目的として、本明細書及び図面を通じて用いられる頭字語のリストを規定する。

【0063】

【表1】

【0064】

説明する実施形態は、炭化水素流体の液化に対する効率的なプロセスを提供し、特に天然ガスの液化に適用することができる。図２について言及すると、従来技術の典型的なＣ３ＭＲプロセスが示される。供給流１００（好ましくは天然ガスである）は、前処理部９０において公知の方法によって洗浄及び乾燥されて、水と、ＣＯ₂及びＨ₂Ｓのような酸性ガスと、水銀のようなその他の汚染物質とを除去して、前処理供給流１０１を作り出す。前処理供給流１０１（実質的に水を含まない）は、予備冷却システム１１８で予備冷却されて予備冷却天然ガス流１０５を作り出し、ＭＣＨＥ１０８でさらに冷却、液化、及び／又は過冷却されて、ＬＮＧ流１０６を作り出す。ＬＮＧ流１０６は、典型的に、弁又はタービン（図示無し）を通過させることで圧力を下げて、次いで、ＬＮＧ保存タンク１０９に送られる。タンク中での圧力減少及び／又はボイルオフの間に作り出された任意のフラッシュ蒸気は流れ１０７によって表され、それはプラントでの燃料として使用されて、供給するために循環されて、又は排出されることがある。

【0065】

前処理供給流１０１は、１０℃未満、好ましくは約０℃未満、及びより好ましくは約−３０℃の温度まで予備冷却される。予備冷却天然ガス流１０５は、約−１５０℃と約−７０℃の間、好ましくは約−１４５℃と約−１００℃の間の温度に液化され、その後、約−１７０℃と約−１２０℃の間、好ましくは約−１７０℃と約−１４０℃の間の温度に過冷却される。図２に示されるＭＣＨＥ１０８は３つの束を持つコイル巻付熱交換器である。しかしながら、任意の数の束及び任意の熱交換器の種類を利用することができる。

【0066】

「実質的に水を含まない」という用語は、前処理供給流１０１での任意の残留水が、下流の冷却及び液化プロセスにおける水のフリーズアウトに関連する運転の問題を防止するのに十分に低い濃度で存在することを意味する。本明細書で説明する実施形態においては、水濃度は好ましくは１．０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは０．１ｐｐｍと０．５ｐｐｍの間である。

【0067】

Ｃ３ＭＲプロセスで使用される予備冷却冷媒はプロパンである。図２に図示したように、プロパン冷媒１１０は、前処理供給流１０１に対して加温されて、加温低圧プロパン流１１４を作り出す。加温低圧プロパン流１１４は、４つの圧縮ステージを含むことができる１つ又は複数のプロパン圧縮機１１６で圧縮される。中圧レベルでの３つの副流１１１、１１２及び１１３が、それぞれ、プロパン圧縮機１１６の最終ステージ、第３ステージ及び第２ステージのサクションでプロパン圧縮機１１６に入る。圧縮プロパン流１１５は凝結装置１１７で凝結されて低温高圧流が作り出され、次いで圧力が減少され（減圧弁は図示無し）、プロパン冷媒１１０を作り出し、予備冷却システム１１８で前処理供給流１０１を冷却することが要求される冷却負荷を提供する。プロパン液体が加温されて加温低圧プロパン流１１４を作り出す場合は、プロパン液体を蒸発させる。凝結装置１１７は、典型的に、空気又は水のような周囲流体に対して熱を交換する。図では４つのステージのプロパン圧縮を示すが、任意の数の圧縮ステージを利用することができる。複数の圧縮ステージが説明され又は請求項に記載された場合、そのような複数の圧力ステージは、単一の複数ステージ圧縮機、複数圧縮機、又はそれらの組み合わせを含むことができることが理解されるべきである。圧縮機は単一ケーシング又は複数ケーシングの中にあることができる。プロパン冷媒を圧縮するプロセスは、一般的に、プロパン圧縮過程として本明細書で言い表される。プロパン圧縮過程は、図３においてより詳細に説明される。

【0068】

ＭＣＨＥ１０８において、冷媒の少なくとも一部、好ましくは冷媒の全てが、弁又はタービンを通過して圧力が減少した後に、冷媒流の少なくとも一部が蒸発することによって提供される。

【0069】

低圧ガスＭＲ流１３０はＭＣＨＥ１０８のシェル側の底から回収されて、低圧サクションドラム１５０を通じて送られ、任意の液体を切り離し、蒸気流１３１は低圧（ＬＰ）圧縮機１５１で圧縮されて中圧ＭＲ流１３２を作り出す。低圧ガスＭＲ流１３０は、典型的に、プロパン予備冷却温度での温度か又はそれに近い温度、好ましくは約−３０℃で、かつ、１０ｂａｒ（１４５ｐｓｉａ）未満の圧力で回収される。中圧ＭＲ流１３２は、低圧最終冷却器１５２で冷却されて冷却中圧ＭＲ流１３３を作り出し、任意の液体が中圧サクションドラム１５３で排水され、中圧蒸気流１３４を作り出し、中圧（ＭＲ）圧縮機１５４でさらに圧縮される。得られた高圧ＭＲ流１３５は中圧最終冷却器１５５で冷却され、冷却高圧ＭＲ流１３６を作り出す。冷却高圧ＭＲ流１３６は、任意の液体が排出される高圧サクションドラム１５６に送られる。得られた高圧蒸気流１３７は、高圧（ＨＰ）圧縮機１５７でさらに圧縮され、高−高圧ＭＲ流１３８を作り出し、高圧最終冷却器１５８で冷却され、冷却高−高圧ＭＲ流１３９を作り出す。次いで、冷却高−高圧ＭＲ流１３９は予備冷却システム１１８で蒸発プロパンに対して冷却され、２相ＭＲ流１４０を作り出す。次いで、２相ＭＲ流１４０は蒸気−液体分離器１５９に送られ、ＭＲＬ流１４１とＭＲＶ流１４３とが得られ、それらはＭＣＨＥ１０８に戻されてさらに冷却される。相分離器を出た液体流は、産業においてＭＲＬと言い表され、相分離器を出た蒸気流は、それらがその後に液化された後でさえ、産業においてＭＲＶと言い表される。ＭＣＨＥ１０８の底から回収され、次いで、複数流としてＭＣＨＥ１０８のチューブ側に戻ってきた後、ＭＲを圧縮して冷却するプロセスは、一般的に、本明細書においてＭＲ圧縮過程と言い表される。

【0070】

ＭＲＬ流１４１及びＭＲＶ流１４３の両方が、ＭＣＨＥ１０８の２つの分離回路で冷却される。ＭＲＬ流１４１が、第１の２束のＭＣＨＥ１０８で冷却され、部分的に液化され、圧力が減少した冷却流を得て、冷却２相流１４２を作り出しＭＣＨＥ１０８のシェル側に戻され、第１の２束のＭＣＨＥで要求される冷媒を提供する。ＭＲＶ流１４３は、第１、第２及び第３の２束のＭＣＨＥ１０８で冷却され、冷却高圧減圧弁を通過して圧力を低減され、流れ１４４としてＭＣＨＥ１０８に導かれて、過冷却、液化、及び冷却工程での冷媒を提供する。ＭＣＨＥ１０８は、天然ガスの液化に適した任意の交換機、例えば、コイル巻付熱交換機、プレートフィン熱交換器又はシェルアンドチューブ熱交換器であることができる。コイル巻付熱交換器は、天然ガスの液化のための最新の交換機であり、流れプロセスのための複数の渦巻チューブ及び加温冷媒流を含む少なくとも１つのチューブ束と、冷却冷媒流を流すためのシェル空間とを含む。

【0071】

図３は、図１に示した予備冷却システム１１８及び予備冷却圧縮過程の例示的な配置を図示する。図１に記載されるように、前処理供給流１０１は蒸発器１７８、１７７、１７４及び１７１で冷却され、それぞれ、冷却プロパン流１０２、１０３、１０４及び１０５を作り出す。加温低圧プロパン流１１４は、１つ又は複数の圧縮機１１６で圧縮されて圧縮プロパン流１１５を作り出す。プロパン圧縮機１１６は、それに入る副流１１３、１１２及び１１１を持つ４つのステージの圧縮機として示される。圧縮プロパン流１１５は典型的に凝結器１１７で完全に凝結され、プロパン冷媒１１０を作り出し、プロパン膨張弁１７０で圧力を減少されることがあり、流れ１２０を作り出し、それは高−高圧蒸発器１７１で部分的に蒸発され２相流１２１を作り出して、次いで、それは蒸気−液体分離器１９２で蒸気流と液体冷媒流１２２とに分離されることがある。蒸気流は高圧副流１１１と言い表され、プロパン圧縮機１１６の第４圧縮ステージのサクションで導かれる。液体冷媒流１２２は減圧弁１７３で圧力を減少され、流れ１２３を作り出し、それは高圧蒸発器１７４で部分的に蒸発され、２相流１２４を作り出し、次いで、それは蒸気−液体分離器１７５で分離されることがある。蒸気部は中圧副流１１２と言い表され、プロパン圧縮機１１６の第３圧縮ステージのサクションで導かれる。液体冷媒流１２５は減圧弁１７６で圧力を減少されて流れ１２６を作り出し、それは中圧蒸発器１７７で部分的に蒸発され、２相流１２７を作り出し、それは蒸気−液体分離器１９２で相分離されることがある。蒸気部は低圧副流１１３と言い表され、プロパン圧縮機１１６の第２圧縮ステージのサクションで導かれる。液体冷媒流１２８は減圧弁１７９で圧力を減少されて流れ１２９を作り出し、それは低圧蒸発器１７８で完全に蒸発されて加温低圧プロパン流１１４を作り出し、プロパン圧縮機１１６の第１ステージのサクションに送られる。

【0072】

この方法においては、冷媒を４つの蒸発器の圧力レベルに対応する４つの温度レベルで供給することができる。４つ超又は４つ未満の蒸発器及び温度／圧力レベルを有することがまた可能である。任意の種類の熱交換器を、蒸発器１７１、１７４、１７７及び１７８、例えば、ケトル、コア、プレートフィン、シェルアンドチューブ、コイル巻付、コアインケトルなどに対して使用することができる。ケトルの場合においては、熱交換器及び蒸気−液体分離器を共通ユニットに組み合わせることができる。

【0073】

プロパン冷媒１１０は、典型的に、１つが前処理供給流１０１を予備冷却して予備冷却天然ガス流１０５を作り出し、もう１つが冷却高−高圧ＭＲ流１３９を冷却して２相ＭＲ流１４０を作り出す２つの並列システムに送られるべき２つの流れに分けられる。簡単にするため、供給予備冷却回路のみを図２に示す。

【0074】

図４は、Ｃ３ＭＲシステムのプロパン圧縮システムを示す。プロパン圧縮機１１６は、４つの圧縮ステージを含む単一圧縮機又は４つの分離圧縮機であることができる。それはまた、４つ超又は４つ未満の圧縮ステージ／圧縮機を伴うことができる。約１〜５ｂａｒａの圧力で加温低圧プロパン流１１４は第１プロパン圧縮ステージ１１６Ａに入り、約１．５〜１０ｂａｒａの圧力で中圧プロパン流１８０を作り出す。次いで、中圧プロパン流１８０は低圧副流１１３と混合され中圧混合流１８１を作り出し、それは第２プロパン圧縮ステージ１１６Ｂに供給され、約２〜１５ｂａｒａの圧力で高圧プロパン流１８２を作り出す。次いで、高圧プロパン流１８２は中圧副流１１２と組み合わさり高圧混合流１８３を作り出し、それは第３圧縮ステージ１１６Ｃに送られ、約２．５〜２０ｂａｒａの圧力で高−高圧プロパン流１８４を作り出す。次いで、高−高圧プロパン流１８４は高圧副流１１１と組み合わさり高−高圧混合流１８５を作り出し、それは第４圧縮ステージ１１６Ｄに送られ、約２．５〜３０ｂａｒａの圧力で圧縮プロパン流１１５を作り出す。次いで、圧縮プロパン流１１５は図２の凝結器１１７で凝結される。

【0075】

図２〜４に示した予備冷却及び液化圧縮機は、典型的に、それらの高容量、可変速度、高効率、低メンテナンス性、小サイズなどが与えられる速度形圧縮機又は動的圧縮機、具体的には遠心圧縮機である。軸流圧縮機及び斜流圧縮機のような他の種類の速度形圧縮機がまた、同様の理由で使用されている。往復型圧縮機及びスクリュー圧縮機のような容積圧縮機は、典型的に、複数ユニット、より高いコスト、より大きい敷地面積に対するニーズをもたらすそれらのより低い流れ能力のため、ベースロードＬＮＧサービスにおいて好ましくない。図１は、速度形圧縮機及び容積圧縮機についての、入口体積流量率に対する圧力比率（固定参照点に関する両方の値）の曲線を示す。その曲線が示すように、速度形圧縮機は、しばしば、容積圧縮機に比べてより高い入口体積流量で運転する。したがって、それらは、ベースロードＬＮＧサービスにおいて有利である、より高い冷媒流容量を有する。また、図１で明らかなことは、速度形圧縮機についてはより緩やかな曲線であるのと反対に、容積圧縮機については急な曲線である。遠心圧縮機についての緩やかな曲線の利益は、それらが広い範囲の流量及び圧力で運転することができることで、それによりそれらを様々な運転シナリオに適するものにする。一方、容積圧縮機は、急な曲線のため狭い範囲の運転流量を提供する。速度の可変性は、遠心圧縮機の別の利益である。圧力及び体積流量は、プラント性能を最適化するために速度を変化させることにより調整することができる。容積圧縮機での速度変化の影響もあるが、しばしば、その速度範囲はより小さいものである。容積圧縮機のこれらの態様は、典型的に、ベースロードＬＮＧ圧縮サービスでの使用について考えられる欠点であるが、本明細書に記載される本発明は、ＬＮＧプラントを除去するような容積圧縮機を利用するための新規の方法を提供する。

【0076】

図２〜４で示される実施形態では、２つの第１圧縮回路が存在する。１つ目の第１圧縮回路はＣ３ＭＲプロセスの一部であり、加温低圧プロパン流１１４で始まり、圧縮プロパン流１１５で終わり、４つの圧縮ステージ１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、１１６Ｄを含む。２つ目の第１圧縮回路はＭＲ圧縮システムの一部であり、蒸気流１３１で始まり、高−高圧ＭＲ流１３８で終わり、ＬＰ圧縮機１５１、低圧最終冷却器１５２、中圧サクションドラム１５３、ＭＰ圧縮機１５４、中圧最終冷却器１５５、高圧サクションドラム１５６、及びＨＰ圧縮機１５７を含む。

【0077】

図５は、本発明の例示的実施形態を表し、プラント性能はプロパン圧縮機、具体的にはプロパン圧縮機１１６の第４圧縮ステージ１１６Ｄによって制限される。本明細書で説明するものを除き、図５に示される実施形態は、上で説明され図２〜４を参照した実施形態と同一である。図５はプロパン圧縮過程を示し、プロパン圧縮機１１６は、１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃ、及び１１６Ｄと示される４つの圧縮ステージを含む。第４圧縮ステージ１１６Ｄが障害になることがある様々なシナリオが存在する。例えば、第４圧縮ステージ１１６Ｄは、最大流れ容量限界（ストーンウォールの状態に近い）である場合があり、又は、それは最大ヘッド制約（サージの状態に近い）である場合がある。これらのシナリオは、プラント運転条件、例えば、製造速度、周囲温度、供給ガス圧力などによって駆り立てられる。第４圧縮ステージ１１６Ｄはまた、任意の他の圧縮機設計仕様又は運転限界である場合がある。

【0078】

第４圧縮ステージ１１６Ｄを除去するために、容積圧縮機１８７が第４圧縮ステージ１１６Ｄと並列に提供される。高−高圧混合流１８５は２つ、第１圧縮流１８５Ａと第２圧縮流１８５Ｂとに分けられる。好ましくは５０％超の高−高圧混合流１８５が第１圧縮流１８５Ａに向けられる。より好ましくは、７０％超の高−高圧混合流１８５が第１圧縮流１８５Ａに向けられる。比例弁（図示無し）又はその他の適切な制御デバイスを、任意選択で、第１圧縮流１８５Ａと第２圧縮流１８５Ｂの間での分流の調整を可能とするために提供することができる。この実施形態においては、プロパン圧縮機１１６は、遠心圧縮機のような速度形圧縮機又は動的圧縮機であり、容積圧縮機１８７はスクリュー圧縮機又は往復型圧縮機である。代替実施形態において、容積圧縮機１８７は複数のステージ及び／又は複数の圧縮機からなることができる。

【0079】

両方の圧縮機１１６、１８７からの出口流１８６Ａと１８６Ｂとは組み合わされて、圧縮プロパン流１１５を作り出し、それは図２の凝結器１１７に送られる。複数の凝結器（図示無し）をまた、必要であれば用いることができる。容積圧縮機１８７は、ＬＮＧプラントで利用可能な任意の余分なドライバ電力によって又は専用電気モータ若しくは任意の他の電力源によって駆動することできる。

【0080】

「第２」という用語は、本明細書では、「第１」流体流、圧縮回路、圧縮過程、及び圧縮機の少なくとも一部と並列して配置される流体流、圧縮回路、圧縮過程、及び圧縮機を識別するために使用される。「第２」という用語はまた、容積圧縮機の並列使用が、存在するＬＮＧプラントでの１つ又は複数の速度形圧縮機への改造として組み入れることができるため使用される。本明細書で具体的に述べたものを除き、「第２」及び「第１」という用語は、相対的な容量又は性能特性を示すことを意図するものでない。この実施形態において、第２圧縮回路は、第２圧縮流１８５Ｂ、容積圧縮機１８７、及び出口流１８６Ｂからなる。

【0081】

圧縮プロパン流１１５の圧力は、凝結器１１７での凝結温度を決定し、それは、順に、予備冷却温度を決定し、ＬＮＧプラントの全体の効率に影響する。図５の実施形態の性能を改善するために、第４圧縮ステージ１１６Ｄと容積圧縮機１８７との出口圧力を一致させることが望ましい。容積圧縮機の流量に対する急なヘッド曲線が与えられたるため（図１参照）、圧力の一致が体積流量の影響を考慮せずに容積圧縮機１８７の特性によって自動的に達成される。したがって、第１圧縮流１８５Ａと第２圧縮流１８５Ｂの間の分流は、所望の総冷媒流量及びプラント性能を達成するために調整することができる。プラント運転中に、容積圧縮機１８７の運転における変化に対する駆動力として、分流を調整することが望ましいことがある。更なるプロセスの調整を、第１圧縮回路における圧縮機又は第２圧縮回路における圧縮機の速度を独立して変化させることで行うことができる。

【0082】

図６は図５の別の形であり、第２圧縮回路がプロパン圧縮機１１６の第３及び第４圧縮ステージ１１６Ｃ、１１６Ｄと並列して導入される。別段の記載があるものを除き、図６の実施形態は、図５を参照して上で説明した実施形態と同一である。この実施形態において、高圧混合流１８３は第１圧縮流１８３Ａと第２圧縮流１８３Ｂとに分かれる。第１圧縮流１８３Ａは、第１圧縮回路の第３圧縮ステージ１１６Ｃに送られて、その後、高圧副流１１１と混合され、第１圧縮回路の第４圧縮ステージ１１６Ｄで圧縮し、一方で、第２圧縮流１８３Ｂは第２圧縮回路の容積圧縮機１８７に送られる。出口流１８８Ａと１８８Ｂとは混合されて圧縮プロパン流１１５を作り出し、それは図２の凝結器１１７に送られる。この実施形態においては、第２圧縮回路は、第２圧縮流１８５Ｂ、容積圧縮機１８７、及び出口流１８８Ｂからなる。

【0083】

この実施形態の配置は、圧縮機１１６の第３及び第４圧縮ステージ１１６Ｃ、１１６Ｄの両方がＬＮＧ製造を制限している場合に有利である。第１圧縮回路は遠心圧縮機のような少なくとも１つの速度形圧縮機を含み、一方で、第２圧縮回路はスクリュー圧縮機のような少なくとも１つの容積圧縮機を含む。代替実施形態においては、第２圧縮機は、任意の数の圧縮ステージと並列して提供されることがある。多くの用途において、第２圧縮回路と並列して設置されない任意の圧縮機又は圧縮ステージよりも高い圧力で運転する第１圧縮回路の圧縮機又は圧縮ステージと並列して配置される第２圧縮回路を有することが好ましい。

【0084】

図６の更なる変形として、第２圧縮回路は、容積圧縮機１８７が、ある運転条件下で第４圧縮ステージ１１６Ｄのみと並列して運転され、他の運転条件下で第３及び第４圧縮ステージ１１６Ｃ、１１６Ｄの両方と並列して運転することを可能とする、弁１９４、１９５及び導管１９３を備えることができる。従来技術を超えた本発明のこの実施形態の利益は、図５で示される実施形態に対して挙げられた多くの利益に加えて、圧縮システムの柔軟な運転を可能として、圧縮性能を除去することである。

【0085】

図５〜６及び関連する説明は、Ｃ３ＭＲ液化サイクルのプロパン予備冷却圧縮機を言い表すが、本発明は、限定されないが、２相冷媒、ガス相冷媒、混合冷媒、純成分冷媒（例えば窒素）などを含む任意の他の冷媒種に適用可能である。加えて、それは、予備冷却、液化又は過冷却を含む、ＬＮＧプラントで利用する任意のサービスに対して使用されるべき冷媒において潜在的に有用である。本発明は、ＳＭＲ、ＤＭＲ、窒素エクスパンダーサイクル、メタンエクスパンダーサイクル、ＡＰ−Ｘ、カスケード、及び任意の他の適切な液化サイクルを含む任意のプロセスサイクルを利用する天然ガス液化プラントでの圧縮システムに適用することができる。追加的に、本発明は開ループ及び閉ループの液化サイクルの両方に適用することができる。

【0086】

図７は、低圧ＭＲ（ＬＰ ＭＲ）圧縮機１５１がプラント性能を制限する本発明の更なる実施形態を表す。別段の記載があるものを除き、図７の実施形態は図２〜４を参照して上で説明した実施形態と同一である。加えて、図７の実施形態は図５の実施形態と組み合わせて実行することができる。

【0087】

この実施形態において、ＭＲ冷媒蒸気流１３１は、２つの流れ、第１圧縮流１３１Ａと第２圧縮流１３１Ｂとに分けられる。第１圧縮流１３１Ａは第１ＬＰ ＭＲ圧縮機１５１（第１圧縮回路の一部）に送られて出口流１９０Ａを作り出す。第２圧縮流１３１Ｂは第２圧縮機１９１（第２圧縮回路の一部）に送られて出口流１９０Ｂを作り出す。出口流１９０Ａと１９０Ｂとは組み合わされ中圧ＭＲ流１３２を作り出し、それは低圧最終冷却器１５２に送られて冷却中圧ＭＲ流１３３を作り出す。分離最終冷却器（図示無し）をまた必要であれば用いることができる。第１圧縮回路は遠心圧縮機のような少なくとも１つの速度形圧縮機を含み、一方で、第２圧縮回路はスクリュー圧縮機のような少なくとも１つの容積圧縮機を含む。この実施形態において、第２圧縮回路は第２圧縮流１３１Ｂで始まり、第２圧縮機１９１を含み、出口流１０９Ｂで終わる。

【0088】

従来技術を超えたこの実施形態の利益は、前述の実施形態について挙げられた全ての利益に加えて、ＭＲ組成の柔軟性の利益である。混合冷媒液化プロセスにおいて、ＭＲ流の組成は、所望の熱交換器冷却曲線及び全体のプロセス効率を達成するために、典型的に、供給組成変化、周囲温度変化、供給圧力変化、ＬＮＧ製造速度変化などに基づいてプラントが運転する間に変化する。速度形圧縮機とは異なり、容積圧縮機はＭＲ組成変化にほとんど影響を受けなく、したがって、第１圧縮回路と第２圧縮回路の間の分割は、ヘッドに影響を与えずに、ＭＲ組成変化を必要に応じて調整することができる。

【0089】

代替実施形態において、ＭＲ圧縮回路での任意の若しくは全てのステージ又は圧縮機と並列する第２圧縮回路を導入することが可能である。第２圧縮回路は、全体のＭＲ圧縮システム又は制限しているステージ若しくは圧縮機とだけ並列して加えることができる。第２圧縮機１９１は、ＬＮＧプラントで利用可能な任意の余分なドライバ電力によって又は分離電気モータ若しくは任意の他の電力源によって駆動することができる。加えて、幾つかの実施形態において、冷媒の一部は、第１圧縮回路と第２圧縮回路の間で冷媒を分ける前に除去することができる。

【0090】

本発明の別の例示的実施形態は、ＬＮＧ製造が利用可能なドライバ電力によって制限されるシナリオ、例えば、ガスタービンドライバに対する減少した利用可能な電力のために高い製造速度で又は高い周囲温度の中で適用可能である。そのような場合において、追加のドライバは第２圧縮機を駆動するために提供されることがある。これは、圧縮システムにおいて利用可能な電力を増加させ、同時に、圧縮システムへの追加の電力を分配する好都合な方法を提供して、制限しているステージを除去する。これは、存在するＬＮＧプラントの容量を増加するために改造設計を行う場合に特に有益である。

【0091】

本明細書で記載した本発明の実施形態は、任意の数の圧縮機、圧縮機ケーシング、圧縮ステージ、内部冷却器又は最終冷却器の存在などを含む任意の圧縮機設計に適用可能である。追加的に、第２圧縮回路は、連続した若しくは並列した複数の圧縮機又は圧縮ステージを含むことができる。本発明は、往復型圧縮機又はピストン型圧縮機並びに回転羽又はスクリュー圧縮機のような様々な種類の容積圧縮機に適用可能である。本発明に関連する方法及びシステムは、新規のプラント設計の一部として又は存在するＬＮＧプラントを除去するための改造として実行することができる。

【実施例】

【0092】

［例１］
以下は、本発明の例示的実施形態の運転例である。その例のプロセス及びデータは、約４百万メートルトン／年のＬＮＧを製造して、具体的には図５に示される実施形態を言い表すプラントにおいて、図２〜４と同様のＣ３ＭＲプロセスのシミュレーションに基づく。本例の説明を単純化するために、図５に示される実施形態に関して説明した部材及び参照番号を使用する。

【0093】

この例においては、プラント性能は、プロパン圧縮機１１６の第４圧縮ステージによって制限され、それは、可能である最大ヘッドでの遠心圧縮機の運転であり、高い周囲運転条件のためにアンチサージラインであった。スクリュー圧縮機を第４圧縮ステージ１１６Ｄと並列に追加した。加温低圧プロパン流１１４を、１．２ｂａｒａ（１７．４ｐｓｉａ）、−３６℃（−３３°Ｆ）かつ１０２８２６ｍ³／時間（３６３１２６６ｆｔ³／時間）の流量で、第１プロパン圧縮ステージ１１６Ａに入れて、２．３ｂａｒａ（３３．４ｐｓｉａ）、−１０℃（１４°Ｆ）で出した。それを、同じ圧力かつ７３６４４ｍ³／時間（２６００７１３ｆｔ³／時間）の流量で低圧副流１１３と混合した。中圧混合流１８１を第２プロパン圧縮ステージ１１６Ｂに入れて、４．２ｂａｒａ（６０．９ｐｓｉａ）かつ９℃（４８°Ｆ）に圧縮して、それを同じ圧力かつ６２７８０ｍ³／時間（２２１７０５５ｆｔ³／時間）の流量で中圧副流１１２と混合した。高圧混合流１８３を第３圧縮ステージ１１６Ｃに入れて、７．５ｂａｒａ（１０８．８ｐｓｉａ）かつ２９℃（８４°Ｆ）に圧縮して、それを同じ圧力かつ８４３０５ｍ³／時間（２９７７２０３ｆｔ³／時間）の流量で高圧副流１１１と混合した。高−高圧混合流１８５を、第１圧縮流１８５Ａと第２圧縮流１８５Ｂとに分けた。第２圧縮流１８５Ｂの流量は１７１６０ｍ³／時間（６０６０００ｆｔ³／時間）であった。両方の流れを２２．８ｂａｒａ（３３０．７ｐｓｉａ）に圧縮して、出口流１８６Ａと１８６Ｂとを作り出し、それらを組み合わせて２２．８ｂａｒａ（３３０．７ｐｓｉａ）かつ１６６６９４ｍ³／時間（５８８６７４３ｆｔ³／時間）の流量で圧縮プロパン流１１５を作り出した。

【0094】

液化システムの電力要求が、スクリュー圧縮機を駆動するのに要する追加の電力を構成するために１．４％増加した。この場合において、この追加の電力量はＬＮＧプラントで利用可能であり、第２圧縮機を駆動するのに利用した。プラントの全体のＬＮＧ製造は３．９％増加した。したがって、本発明はプロパン圧縮機を除去するのに成功して、改善したプラントの容量及び効率をもたらした。

【0095】

［例２］
以下は、本発明の例示的実施形態の運転例である。その例のプロセス及びデータは、約４百万メートルトン／年のＬＮＧを製造して、具体的には図６に示される実施形態を言い表すプラントにおいて、図２〜４と同様のＣ３ＭＲプロセスのシミュレーションに基づく。本例の説明を単純化するために、図６に示される実施形態に関して説明した部材及び参照番号を使用する。

【0096】

本例は例１と同様の運転シナリオであり、唯一の違いは、プロパン圧縮機の第３及び第４圧縮ステージ１１６Ｃ及び１１６Ｄの両方を、容積圧縮機１８７（本例において、それはスクリュー圧縮機）を使用して側管を通したことであった。加温低圧プロパン流１１４を、１．３ｂａｒａ（１８．９ｐｓｉａ）、−３５℃（−３１°Ｆ）かつ１０８０７０ｍ³／時間（３８１６４５０ｆｔ³／時間）の流量で第１プロパン圧縮ステージ１１６Ａに入れて、２．３ｂａｒａ（３３．４ｐｓｉａ）、−１０℃（１４°Ｆ）で出した。それを、同じ圧力かつ７７１３３ｍ³／時間（２７２３９２６ｆｔ³／時間）の流量で低圧副流１１３と混合した。中圧混合流１８１を第２プロパン圧縮ステージ１１６Ｂに入れて、４．２ｂａｒａ（６０．９ｐｓｉａ）かつ９℃（４８°Ｆ）に圧縮して、同じ圧力かつ６５１１１ｍ³／時間（２２９９３７３ｆｔ³／時間）の流量で中圧副流１１２と混合した。高圧混合流１８３を第１圧縮流１８３Ａと第２圧縮流１８３Ｂとに分けた。１８３Ｂの流量は９６７７ｍ³／時間（３４１７４０ｆｔ³／時間）であった。第２圧縮流１８３Ｂを容積圧縮機１８７（本例ではそれは往復型圧縮機であった）で２２．８ｂａｒａ（３３０．７ｐｓｉａ）に圧縮した。第１圧縮流１８３Ａを、第３圧縮ステージ１１６Ｃで７．５ｂａｒａ（１０８．８ｐｓｉａ）かつ２９℃（８４°Ｆ）に圧縮して、同じ圧力かつ６８０１１ｍ³／時間（２４０１７８６ｆｔ³／時間）の流量で高圧副流１１１と混合した。高−高圧混合流１８５を第４圧縮ステージ１１６Ｄに入れて、２２．８ｂａｒａ（３３０．７ｐｓｉａ）に圧縮した。出口流１８８Ａと１８８Ｂとを組み合わせて、２２．８ｂａｒａ（３３０．７ｐｓｉａ）かつ１５９２０７ｍ³／時間（５６２２３４２ｆｔ³／時間）の流量で圧縮プロパン流１１５を作り出した。

【0097】

この場合において、液化システムの電力要求が、第２圧縮機（容積圧縮機）を駆動するために３％増加した。この追加の電力量はＬＮＧプラントで利用可能であり、第２圧縮機を運転するのに利用した。プラントの全体のＬＮＧ製造は２％増加した。したがって、本発明はプロパン圧縮機を除去するのに成功して、高い周囲条件の中で改善したプラント容量をもたらした。

【0098】

本発明は、好ましい実施形態及びそれらの代替実施形態に関して開示している。もちろん、本発明の教訓からの様々な変化、変更、及び修正を、それらの意図した趣旨及び範囲から逸脱することなく当業者によって実行することができる。本発明は、添付された特許請求の範囲の用語によって限定されるにすぎないことが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】