▶ チャート・エナジー・アンド・ケミカルズ，インコーポレーテッドの特許一覧
(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】
(24)【登録日】2022-03-24
(45)【発行日】2022-04-01
(54)【発明の名称】混合冷媒システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
F25J 1/02 20060101AFI20220325BHJP
F25J 1/00 20060101ALI20220325BHJP
F25J 5/00 20060101ALI20220325BHJP
【ＦＩ】
F25J1/02
F25J1/00 A
F25J5/00
【請求項の数】
22
(21)【出願番号】P 2018500566
(86)(22)【出願日】2016-07-08
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2018-09-27
(86)【国際出願番号】 US2016041580
(87)【国際公開番号】W WO2017008040
(87)【国際公開日】2017-01-12
【審査請求日】2019-06-05
(31)【優先権主張番号】62/190,069
(32)【優先日】2015-07-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】515255010
【氏名又は名称】チャート・エナジー・アンド・ケミカルズ，インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100104374
【弁理士】
【氏名又は名称】野矢 宏彰
(72)【発明者】
【氏名】デュコート，ジュニア，ダグラス・エイ
(72)【発明者】
【氏名】ポドルスキ，ジェームズ
【審査官】宮部 裕一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１４／１４６１３８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】英国特許出願公開第０２３２６４６５（ＧＢ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１９８８８３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２６０４１５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国実用新案第２０２３６１７５１（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特開平０８－１５９６５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１６５５６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２２６００８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】英国特許出願公開第０２３２６４６４（ＧＢ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２５Ｊ １／００－ ５／００
Ｃ１０Ｌ ３／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
混合冷媒でガスを冷却するためのシステムであって：ａ．高温端および低温端を、それらの間に延在する供給原料ストリーム冷却通路と共に含む主熱交換器であって、前記供給原料ストリーム冷却通路は、前記高温端で供給原料ストリームを受け入れ、前記低温端から冷却された生成物ストリームを移送するように適合されており、前記主熱交換器は、低圧液体冷却通路、高圧蒸気冷却通路、高圧液体冷却通路、低温分離器蒸気冷却通路、低温分離器液体冷却通路および冷凍通路も含む、主熱交換器；
ｂ．前記冷凍通路の出口と流体連通している入口、および出口を有する圧縮器第１セクション、前記圧縮器第１セクションの前記出口と流体連通している入口、および出口を有する第１セクション冷却器、前記第１セクション冷却器の前記出口と流体連通している入口、ならびに液体出口および蒸気出口を有する段間分離装置、前記段間分離装置の前記蒸気出口と流体連通している入口、および出口を有する圧縮器第２セクション、前記圧縮器第２セクションの前記出口と流体連通している入口、および出口を有する第２セクション冷却器、前記第２セクション冷却器の前記出口と流体連通している入口、ならびに液体出口および蒸気出口を有する高圧分離装置を含む、混合冷媒圧縮器システム；
ｃ．前記高圧分離装置の前記蒸気出口と流体連通している入口を有する前記熱交換器の前記高圧蒸気冷却通路；
ｄ．前記高圧蒸気冷却通路の出口と流体連通している入口を有する低温蒸気分離器であって、液体出口および蒸気出口を有する低温蒸気分離器；
ｅ．前記低温蒸気分離器の前記液体出口と流体連通している入口、および前記冷凍通路と流体連通している出口を有する前記熱交換器の前記低温分離器液体冷却通路；
ｆ．前記段間分離装置の前記液体出口と流体連通している入口を有する前記熱交換器の前記低圧液体冷却通路；
ｇ．前記低圧液体冷却通路の出口と連通している入口、および前記冷凍通路と流体連通している出口を有する第１の膨張装置；
ｈ．前記高圧分離装置の前記液体出口と流体連通している入口、および前記冷凍通路と流体連通している出口を有する前記熱交換器の前記高圧液体冷却通路；
ｉ．前記低温蒸気分離器の前記蒸気出口と流体連通している入口を有する前記熱交換器の前記低温分離器蒸気冷却通路；ならびに、
ｊ．前記低温分離器蒸気冷却通路の出口と流体連通している入口、および前記冷凍通路の入口と流体連通している出口を有する第２の膨張装置
を含み、
前記熱交換器が、前記冷凍通路と流体連通している出口、ならびに前記低温分離器液体冷却通路の前記出口および前記高圧液体冷却通路の前記出口および前記第１の膨張装置の前記出口と流体連通している入口を有する中温度冷媒通路を含み、そして、前記中温度冷媒通路内に配置された中温度膨張装置をさらに含む、
上記のシステム。
【請求項2】
混合冷媒でガスを冷却するためのシステムであって：ａ．高温端および低温端を、それらの間に延在する供給原料ストリーム冷却通路と共に含む主熱交換器であって、前記供給原料ストリーム冷却通路は、前記高温端で供給原料ストリームを受け入れ、前記低温端から冷却された生成物ストリームを移送するように適合されており、前記主熱交換器は、低圧液体冷却通路、高圧蒸気冷却通路、高圧液体冷却通路、低温分離器蒸気冷却通路、低温分離器液体冷却通路および冷凍通路も含む、主熱交換器；
ｂ．前記冷凍通路の出口と流体連通している入口、および出口を有する圧縮器第１セクション、前記圧縮器第１セクションの前記出口と流体連通している入口、および出口を有する第１セクション冷却器、前記第１セクション冷却器の前記出口と流体連通している入口、ならびに液体出口および蒸気出口を有する段間分離装置、前記段間分離装置の前記蒸気出口と流体連通している入口、および出口を有する圧縮器第２セクション、前記圧縮器第２セクションの前記出口と流体連通している入口、および出口を有する第２セクション冷却器、前記第２セクション冷却器の前記出口と流体連通している入口、ならびに液体出口および蒸気出口を有する高圧分離装置を含む、混合冷媒圧縮器システム；
ｃ．前記高圧分離装置の前記蒸気出口と流体連通している入口を有する前記熱交換器の前記高圧蒸気冷却通路；
ｄ．前記高圧蒸気冷却通路の出口と流体連通している入口を有する低温蒸気分離器であって、液体出口および蒸気出口を有する低温蒸気分離器；
ｅ．前記低温蒸気分離器の前記液体出口と流体連通している入口、および前記冷凍通路と流体連通している出口を有する前記熱交換器の前記低温分離器液体冷却通路；
ｆ．前記段間分離装置の前記液体出口と流体連通している入口を有する前記熱交換器の前記低圧液体冷却通路；
ｇ．前記低圧液体冷却通路の出口と連通している入口、および前記冷凍通路と流体連通している出口を有する第１の膨張装置；
ｈ．前記高圧分離装置の前記液体出口と流体連通している入口、および前記冷凍通路と流体連通している出口を有する前記熱交換器の前記高圧液体冷却通路；
ｉ．前記低温蒸気分離器の前記蒸気出口と流体連通している入口を有する前記熱交換器の前記低温分離器蒸気冷却通路；ならびに、
ｊ．前記低温分離器蒸気冷却通路の出口と流体連通している入口、および前記冷凍通路の入口と流体連通している出口を有する第２の膨張装置
を含み、
前記低温分離器液体冷却通路の前記出口、前記高圧液体冷却通路の前記出口および前記第１の膨張装置の前記出口と流体連通している中温度分離装置をさらに含み、前記中温度分離装置が、前記冷凍通路と流体連通している蒸気および液体出口を含む、
上記のシステム。
【請求項3】
混合冷媒でガスを冷却するためのシステムであって：ａ．高温端および低温端を、それらの間に延在する供給原料ストリーム冷却通路と共に含む主熱交換器であって、前記供給原料ストリーム冷却通路は、前記高温端で供給原料ストリームを受け入れ、前記低温端から冷却された生成物ストリームを移送するように適合されており、前記主熱交換器は、低圧液体冷却通路、高圧蒸気冷却通路、高圧液体冷却通路、低温分離器蒸気冷却通路、低温分離器液体冷却通路および冷凍通路も含む、主熱交換器；
ｂ．前記冷凍通路の出口と流体連通している入口、および出口を有する圧縮器第１セクション、前記圧縮器第１セクションの前記出口と流体連通している入口、および出口を有する第１セクション冷却器、前記第１セクション冷却器の前記出口と流体連通している入口、ならびに液体出口および蒸気出口を有する段間分離装置、前記段間分離装置の前記蒸気出口と流体連通している入口、および出口を有する圧縮器第２セクション、前記圧縮器第２セクションの前記出口と流体連通している入口、および出口を有する第２セクション冷却器、前記第２セクション冷却器の前記出口と流体連通している入口、ならびに液体出口および蒸気出口を有する高圧分離装置を含む、混合冷媒圧縮器システム；
ｃ．前記高圧分離装置の前記蒸気出口と流体連通している入口を有する前記熱交換器の前記高圧蒸気冷却通路；
ｄ．前記高圧蒸気冷却通路の出口と流体連通している入口を有する低温蒸気分離器であって、液体出口および蒸気出口を有する低温蒸気分離器；
ｅ．前記低温蒸気分離器の前記液体出口と流体連通している入口、および前記冷凍通路と流体連通している出口を有する前記熱交換器の前記低温分離器液体冷却通路；
ｆ．前記段間分離装置の前記液体出口と流体連通している入口を有する前記熱交換器の前記低圧液体冷却通路；
ｇ．前記低圧液体冷却通路の出口と連通している入口、および前記冷凍通路と流体連通している出口を有する第１の膨張装置；
ｈ．前記高圧分離装置の前記液体出口と流体連通している入口、および前記冷凍通路と流体連通している出口を有する前記熱交換器の前記高圧液体冷却通路；
ｉ．前記低温蒸気分離器の前記蒸気出口と流体連通している入口を有する前記熱交換器の前記低温分離器蒸気冷却通路；ならびに、
ｊ．前記低温分離器蒸気冷却通路の出口と流体連通している入口、および前記冷凍通路の入口と流体連通している出口を有する第２の膨張装置
を含み、
前記冷凍通路が、前記低温分離器液体冷却通路の前記出口、前記高圧液体冷却通路の前記出口、および前記低圧液体冷却通路の前記出口と流体連通している中温度冷媒入口を含み、前記中温度冷媒入口と前記熱交換器の前記高温端の間に延在する主冷凍通路および前記熱交換器の前記低温端と前記中温度冷媒入口の間に延在する低温冷凍通路を含む、
上記のシステム。
【請求項4】
前記低温分離器液体冷却通路と流体連通している入口を有する第３の膨張装置、および前記高圧液体冷却通路と流体連通している入口を有する第４の膨張装置をさらに含み、前記第３および第４の膨張装置が、それぞれ、前記冷凍通路と流体連通している出口を有する、請求項１～３のいずれかに記載のシステム。
【請求項5】
前記冷凍通路が、前記第３および第４の膨張装置の前記出口、および前記第１の膨張装置の前記出口と流体連通している中温度冷媒入口を含み、前記中温度冷媒入口と前記熱交換器の前記高温端の間に延在する主冷凍通路および前記熱交換器の前記低温端と前記中温度冷媒入口の間に延在する低温冷凍通路を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記低温分離器液体冷却通路および前記高圧液体冷却通路の出口と流体連通している入口、および前記中温度膨張装置の前記入口と流体連通している出口を有する合流部をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記低温分離器液体冷却通路および前記高圧液体冷却通路が、前記低圧液体冷却通路の前記出口と流体連通している、請求項１～３のいずれかに記載のシステム。
【請求項8】
前記第２の膨張装置の前記出口と流体連通している低温分離装置をさらに含み、前記低温分離装置が、前記冷凍通路と流体連通している蒸気および液体出口を含む、請求項１～３のいずれかに記載のシステム。
【請求項9】
前記供給原料ストリーム冷却通路が、供給原料処理システムと流体連通されるように適合された供給原料処理出口および供給原料処理入口を含む、請求項１～３のいずれかに記載のシステム。
【請求項10】
前記冷凍通路の前記出口と流体連通している入口、および蒸気出口を有するサクション分離装置をさらに含み、前記圧縮器第１セクション入口が、前記サクション分離装置の前記蒸気出口と流体連通している、請求項１～３のいずれかに記載のシステム。
【請求項11】
前記混合冷媒圧縮器システムが：(ａ)前記熱交換器から混合冷媒を受け入れるように適合されたサクション入口、および出口を有する圧縮器第１セクション；
(ｂ)前記圧縮器第１セクションの前記出口と流体連通している入口、および出口を有する第１セクション冷却器；
(ｃ)前記第１セクション冷却器の前記出口と流体連通している入口、および蒸気出口を有する段間分離装置
(ｄ)前記段間分離装置の前記蒸気出口と流体連通しているサクション入口、および出口を有する圧縮器第２セクション；
(ｅ)前記圧縮器第２セクションの前記出口と流体連通している入口、および出口を有する第２セクション冷却器；
(ｆ)前記第２セクション冷却器の前記出口と流体連通している入口ならびに蒸気出口および液体出口を有する高圧分離装置であって、前記蒸気出口が、高圧混合冷媒蒸気ストリームを前記熱交換器へ提供するように適合されており、前記液体出口が、高圧混合冷媒液体ストリームを前記熱交換器へ提供するように適合されている高圧分離装置；ならびに、
(ｇ)前記高圧分離装置と流体連通している入口、および前記段間分離装置と流体連通している出口を有する高圧再循環膨張装置
を含む、
請求項１～３のいずれかに記載のシステム。
【請求項12】
前記段間分離装置が液体出口を含み、前記段間分離装置の前記液体出口と流体連通している入口、および前記高圧分離装置と流体連通している出口を有する段間ポンプをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
前記高圧再循環膨張装置入口が、前記高圧分離装置の前記液体出口と流体連通している、請求項１１に記載のシステム。
【請求項14】
前記段間分離装置が、混合冷媒を前記熱交換器へ流入させるように適合された液体出口を有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項15】
前記圧縮器第１セクションおよび圧縮器第２セクションが、多段圧縮器の段である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項16】
前記熱交換器から前記混合冷媒を受け入れるよう適合された入口、および蒸気出口を有するサクション分離装置をさらに含み、前記圧縮器第１セクション入口の前記サクション入口が、前記サクション分離装置の前記蒸気出口と流体連通している、請求項１１に記載のシステム。
【請求項17】
混合冷媒を用いて、高温端および低温端を有する熱交換器中でガスを冷却する方法であって、前記熱交換器は前記高温端と前記低温端との間に延在する供給原料ストリーム冷却通路を含み、前記供給原料ストリーム冷却通路は、前記高温端で供給原料ストリームを受け入れ、前記低温端から冷却された生成物ストリームを移送するように適合されており、前記熱交換器は、低圧液体冷却通路、高圧蒸気冷却通路、高圧液体冷却通路、低温分離器蒸気冷却通路、低温分離器液体冷却通路および冷凍通路も含み、そして前記方法が：ａ．最初および最後の圧縮冷却サイクルを用いて混合冷媒を圧縮し冷却する工程；
ｂ．高圧液体ストリームおよび高圧蒸気ストリームを形成するように、前記最初および最後の圧縮冷却サイクル後に前記混合冷媒を分離する工程；
ｃ．低温分離器蒸気ストリームおよび低温分離器液体ストリームを形成するように、前記熱交換器および低温分離器を用いて前記高圧蒸気ストリームを冷却し分離する工程；
ｄ．膨張した低温ストリーム（４２０）を形成するように、前記低温分離器蒸気ストリームを冷却し膨張させる工程；
ｅ．過冷却された低温分離器ストリーム（３１０）を形成するように、前記低温分離器液体ストリームを冷却する工程；
ｆ．低圧液体ストリームを形成するように、前記最初および最後の圧縮冷却サイクルの間に、前記混合冷媒を平衡化し分離する工程；
ｇ．膨張した低圧ストリーム（５２０）を形成するように、前記低圧液体ストリームを冷却し膨張させる工程；
ｈ．過冷却された高圧ストリーム（３３０）を形成するように、前記高圧液体ストリームを過冷却する工程；
ｉ．前記過冷却された低温分離器ストリーム（３１０）と前記過冷却された高圧ストリーム（３３０）を混合し、得られたストリーム（３３５）を膨張させて中温度ストリーム３６５を形成する工程；
ｊ．前記中温度ストリーム（３６５）を、前記膨張した低圧ストリーム（５２０）および前記膨張した低温ストリーム（４２０）と合わせて主冷凍ストリームを形成する工程；および
ｋ．前記ガスが冷却されるように、前記ガスのストリームを、前記主冷凍ストリームと、向流熱交換で前記熱交換器を通過させる工程
を含み、
工程ｄ、ｅ、ｇおよびｈの前記冷却が、熱交換器を使用して遂行され、そして
分離装置において、前記膨張した低温分離器ストリーム（３２０）、前記膨張した高圧ストリーム（３４０）および前記膨張した低圧ストリーム（５２０）が合流し分離され、その結果、中温度蒸気ストリーム（３５５）および中温度液体ストリーム（３７５）が形成され、かつ前記膨張した低温ストリームと合わされる、
方法。
【請求項18】
低温蒸気ストリーム（４５５）および低温液体ストリーム（４７５）を形成するように前記膨張した低温ストリーム（４２０）を分離する工程をさらに含み、工程ｉが、前記低温蒸気ストリームおよび前記低温液体ストリームを、前記冷凍通路の入口で受け入れる工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記ガスが、工程ｋの間に液化される、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
低温蒸気ストリーム（４５５）および低温液体ストリーム（４７５）を形成するように前記膨張した低温ストリーム（４２０）を分離する工程をさらに含み、工程ｉが、前記低温蒸気ストリームおよび前記低温液体ストリームを、前記膨張した低温分離器ストリーム（３２０）、前記膨張した高圧ストリーム（３４０）および前記膨張した低圧ストリーム（５２０）と合わせて、前記主冷凍ストリームを形成する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項21】
低温蒸気ストリーム（４５５）および低温液体ストリーム（４７５）を形成するように、前記膨張した低温ストリーム（４２０）を分離する工程をさらに含み、工程ｉが、前記低温蒸気ストリームおよび前記低温液体ストリームを前記中温度蒸気ストリーム（３５５）および中温度液体ストリーム（３７５）と合わせて前記主冷凍ストリームを形成する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項22】
工程ｉが、前記過冷却された低温分離器ストリーム（３１０）および前記過冷却された高圧ストリーム（３３０）を合わせて、合流され過冷却されたストリーム（３３５）を形成する工程、および前記合流され過冷却されたストリーム（３３５）を膨張させて中温度冷媒ストリーム（３６５）を形成する工程、および前記中温度冷媒ストリームを前記膨張した低圧ストリーム（５２０）と合わせる工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
優先権の主張
[0001]本出願は、２０１５年７月８日出願の米国仮出願第６２／１９０，０６９号の利益を主張するものである。その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
[0001]本出願は、２０１５年７月８日出願の米国仮出願第６２／１９０，０６９号の利益を主張するものである。その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【0002】
[0002]本発明は、一般に、ガスを冷却または液化するためのシステムおよび方法、より詳細には、ガスを冷却または液化するための混合冷媒システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0003】
[0003]天然ガスおよび他のガスは、貯蔵および輸送のために液化される。液化はそのガスの体積を減少させ、これは一般に、１回または複数回の冷凍サイクルでの間接熱交換により、ガスを冷却することによって実施される。冷凍サイクルは設備の複雑さおよびサイクルの性能効率のため費用がかかる。したがって、設備コストを低くし、稼働させるのに複雑さがより小さく、より効率的であり、かつより安価なガスの冷却および／または液化システムが必要である。
【0004】
[0004]主としてメタンである天然ガスを液化するには、一般に、ガスストリームを約－１６０℃～－１７０℃に冷却し、次いで、圧力をおおよそ大気圧に低下させる必要がある。ガス状メタンを液化するための典型的な温度－エンタルピー曲線は、Ｓ字型曲線に沿って３つの領域を有する。ガスが冷却されるのにしたがって、約－７５℃超の温度でガスはデスーパーヒーティング状態であり；約－９０℃未満の温度で液体は過冷却状態である。これらの温度間で、比較的平坦な領域が観察され、そこでは、ガスは凝縮して液体になる。
【0005】
[0005]冷凍プロセスは、天然ガスを液化するのに必要な冷却を提供し、これらのうちで最も効率的なものは、天然ガスのための冷却曲線に、理想的には全温度範囲を通して数℃以内まで、密に近接する加熱曲線を有する。しかし、冷却曲線は、Ｓ字型プロファイルおよび大きな温度範囲を特色とするので、そうした冷凍プロセスは設計するのが困難である。それらの平坦な蒸発曲線のため、純成分冷媒プロセスは、二相領域において最も良く機能する。他方、多成分冷媒プロセスは、傾斜した蒸発曲線を有しており、デスーパーヒーティングおよび過冷却領域のためによりふさわしい。天然ガスを液化するために、両方のタイプのプロセスおよびその２つのハイブリッドタイプが開発されている。
【0006】
[0006]カスケード式のマルチレベル純成分冷凍サイクルは、プロピレン、エチレン、メタンおよび窒素などの冷媒で最初に使用された。十分なレベルで、そうしたサイクルは、図１に示されている冷却曲線に近似する正味の加熱曲線を発生させることができる。しかし、レベルの数が増加するのにしたがって、追加的な圧縮器トレーンが必要となり、望ましくないことに、これは、機械的複雑さを増すことになる。さらに、純成分冷媒は天然ガス冷却曲線に従うのではなく、一定温度で蒸発し、冷凍弁はその液体を蒸気中に不可逆的にフラッシュするので、そうしたプロセスは熱力学的に非効率的である。これらの理由によって、資本コストおよびエネルギー消費を低減し、操作性を改善するために、混合冷媒プロセスが普及してきている。
【0007】
[0007]Ｍａｎｌｅｙの米国特許第５，７４６，０６６号は、カスケード式のマルチレベル純成分プロセスの熱力学的非効率性を排除する、エチレン回収のためのカスケード式のマルチレベル混合冷媒プロセスを記載している。これは、冷媒はガス冷却曲線にしたがって上昇する温度で蒸発し、液体冷媒はフラッシングの前に過冷却され、熱力学的不可逆性を減少させるからである。純冷媒プロセスと比較して、冷媒サイクルがより少なくて済むため、機械的複雑さはいくらか低減される。例えば、Ｎｅｗｔｏｎの米国特許第４，５２５，１８５号；Ｌｉｕらの米国特許第第４，５４５，７９５号；Ｐａｒａｄｏｗｓｋｉらの米国特許第第４，６８９，０６３号；およびＦｉｓｃｈｅｒらの米国特許第第６，０４１，６１９号；ならびにＳｔｏｎｅらの米国特許出願公開第２００７／０２２７１８５号およびＨｕｌｓｅｙらの米国特許出願公開第２００７／０２８３７１８号を参照されたい。
【0008】
[0008]カスケード式のマルチレベル混合冷媒プロセスは、公知のものの中で最も効率的なプロセスであるが、より容易に操作できる、より簡単で、より効率的なプロセスが望ましい。
【0009】
[0009]冷凍用に１つの圧縮器しか必要とせず、機械的複雑さをさらに減少させる単一の混合冷媒プロセスが開発されている。例えば、Ｓｗｅｎｓｏｎの米国特許第４，０３３，７３５号を参照されたい。しかし、主に２つの理由のため、このプロセスは、上記で論じたカスケード式のマルチレベル混合冷媒プロセスよりいくらか多い電力を消費する。
【0010】
[0010]第１に、典型的な天然ガス冷却曲線に密に近接する正味の加熱曲線を発生する単一混合冷媒組成物を見出すことは、不可能ではないが、困難である。そうした冷媒は、それらの沸点が相平衡によって熱力学的に束縛される、相対的に高い沸騰成分と低い沸騰成分の範囲を必要とする。より高い沸騰成分は、低温でのそれらの凍結を回避するためにさらに限定される。望ましくない結果は、冷却過程のいくつかのポイントで比較的大きい温度差が必然的に発生し、これは電力消費との関連で非効率的であるということである。
【0011】
[0011]第２に、単一混合冷媒プロセスにおいて、より高い沸騰成分が、そのプロセスのより高温の末端でのみ冷凍を提供するとしても、冷媒成分のすべては最も低い温度まで実施される。望ましくない結果は、より低い温度で「不活性」であるそれらの成分を冷却し再加熱するためにエネルギーを消費しなければならないということである。これは、カスケード式のマルチレベル純成分冷凍プロセスでも、またカスケード式のマルチレベル混合冷媒プロセスでもあてはまらない。
【0012】
[0012]この第２の非効率性を緩和し、また、第１の点にも対処するために、単一混合冷媒から、より重い画分を分離し、より高温レベルの冷凍でそのより重い画分を使用し、次いで、後続する圧縮のために、そのより重い画分をより軽い画分と再混合する、多くの解決法が開発されている。例えば、Ｐｏｄｂｉｅｌｎｉａｋの米国特許第２，０４１，７２５号；Ｐｅｒｒｅｔの米国特許第３，３６４，６８５号；Ｓａｒｓｔｅｎの米国特許第４，０５７，９７２号；Ｇａｒｒｉｅｒらの米国特許第４，２７４，８４９号；Ｆａｎらの米国特許第４，９０１，５３３号；Ｕｅｎｏらの米国特許第５，６４４，９３１号；Ｕｅｎｏらの米国特許第５，８１３，２５０号；Ａｒｍａｎらの米国特許第６，０６５，３０５号；およびＲｏｂｅｒｔｓらの米国特許第６，３４７，５３１号；ならびにＳｃｈｍｉｄｔの米国特許出願公開第２００９／０２０５３６６号を参照されたい。慎重な設計によれば、平衡でないところでのストリームの再混合が熱力学的に非効率的であるにしても、これらのプロセスはエネルギー効率を改善することができる。これは、高圧で軽質画分および重質画分が分離され、次いで低圧で再混合され、その結果、それらが単一の圧縮器中で一緒に圧縮され得るからである。一般に、ストリームが、平衡で分離され、別個に処理され、次いで、非平衡条件で再混合される場合、熱力学的損失が発生し、これは、最終的に電力消費を増大させる。したがって、そうした分離の数は最小限にすべきである。これらのプロセスはすべて、より重い画分をより軽い画分から分離するために、冷凍プロセスにおいて、種々の場所で簡単な気／液平衡を使用する。
【0013】
[0013]しかし、簡単な一段気／液平衡分離は、還流での多重平衡段を使用するのと同じ程度には、画分を濃縮しない。より高度の濃縮は、特定の温度範囲にわたって冷凍を提供する組成物を単離するのに、より高い精度を可能にする。これは、典型的なガス冷却曲線に従うようにプロセス能力を増進させる。Ｇａｕｔｈｉｅｒの米国特許第４，５８６，９４２号およびＳｔｏｃｋｍａｎｎらの米国特許第６，３３４，３３４号（後者はＬＩＭＵＭ（登録商標）３プロセスとしてＬｉｎｄｅによって市販されている）は、異なる温度帯での冷凍に使用される分離された画分をさらに濃縮し、それにより、全体的なプロセスの熱力学的効率を改善するために、上記の大気圧縮器トレーンにおいて、いかに分画を使用し得るかを記載している。画分を濃縮し、それらの蒸発の温度範囲を小さくするための第２の理由は、それらの画分がそのプロセスの冷凍された部分を去るときに、それらが、確実に完全に蒸発するようにするためである。これは、冷媒の潜熱を十分に活用し、下流の圧縮器中への液体の同伴を排除する。この同じ理由のため、重質画分液体は、通常、そのプロセスの一部として、冷媒のより軽い画分中に再注入される。重質画分の分別は、再注入によってフラッシングを減少させ、二相液体の機械的分配を改善する。
【0014】
[0014]Ｓｔｏｎｅらの米国特許出願公開第２００７／０２２７１８５号に例示されているように、そのプロセスの冷凍された部分から、部分的に蒸発した冷凍ストリームを除去することは公知である。Ｓｔｏｎｅらは、これを、機械的（かつ熱力学的でない）理由のために、２つの別の混合冷媒を必要とするカスケード式のマルチレベル混合冷媒プロセスの関連において使用している。部分的に蒸発した冷凍ストリームは、圧縮の直前に、それらの予め分離された蒸気画分との再混合によって完全に蒸発する。
【0015】
[0015]マルチストリームの混合冷媒システムは公知であり、そこにおいて、重質画分の簡単な平衡分離は、主熱交換器を出るときに、その重質画分が完全に蒸発していない場合、混合冷媒プロセス効率を大幅に改善することが分かっている。例えば、Ｇｕｓｈａｎａｓらの米国特許出願公開第２０１１／０２２６００８号を参照されたい。圧縮器のサクションで存在する場合、液体冷媒を、予め分離し、時には、より高い圧力までポンピングしなければならない。液体冷媒を、その冷媒の蒸発した、より軽い画分と混合する場合、圧縮器サクションガスは冷却され、これは必要な電力をさらに減少させる。冷媒の重質成分は、熱交換器の低温端から排除され、これは、冷媒凍結の可能性を低下させる。また、中間段の間での重質画分の平衡分離は、第２またはより高次の段の圧縮器にかかる負担を減少させ、これはプロセス効率を改善する。独立した冷却前冷凍ループにおける重質画分の使用は、熱交換器の高温端で加熱／冷却曲線が極めて接近することをもたらすことができ、これは、より効率的な冷凍をもたらす。
【0016】
[0016]「低温蒸気」分離は、高圧蒸気を液体および蒸気ストリームに分別するために使用されている。例えば、上記で論じたＳｔｏｃｋｍａｎｎらの米国特許第６，３３４，３３４号；「Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ａｒｔ ＬＮＧ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ」、Ｌａｎｇｅ， Ｍ．， ５ｔｈ Ａｓｉａ ＬＮＧ Ｓｕｍｍｉｔ， Ｏｃｔ． １４， ２０１０；「Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｍｉｘｅｄ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ Ｓｅｒｉｅｓ， Ｖｅｎｋａｔａｒａｔｈｎａｍ， Ｇ．， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、１９９～２０５頁；および「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ Ｍｉｄ Ｓｃａｌｅ ＬＮＧ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」、Ｂａｕｅｒ， Ｈ．， Ｌｉｎｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇを参照されたい。Ａｉｒ ＰｒｏｄｕｃｔｓによってＡＰ－ＳＭＲ（商標）ＬＮＧプロセスとして市販されている別のプロセスでは、「高温」混合冷媒蒸気は、低温混合冷媒液体および蒸気ストリームに分離される。例えば、「Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｆｕｔｕｒｅ ＬＮＧ Ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ Ｆｌｏａｔｉｎｇ ＬＮＧ Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｇａｓ Ｕｎｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０１１， Ｂｕｋｏｗｓｋｉ， Ｊ．らを参照されたい。これらのプロセスにおいて、そのように分離された低温液体は、それ自体中温度冷媒として使用され、共通の返送ストリームを合流させる前では、そのように分離された低温蒸気から分離されたままになる。返送冷媒の残りと一緒に、低温液体および蒸気ストリームは、カスケードを介して再混合され、熱交換器の底部から一緒に排出される。
【0017】
[0017]上記で論じた蒸気分離システムでは、低温蒸気分離器中で液体を部分的に凝縮させるために使用される高温冷凍は、高圧アキュムレータからの液体によってもたらされる。これは、より高い圧力および理想温度未満の温度を必要とし、望ましくないことに、その両方は、稼働の間により多くの電力を消費する。
【0018】
[0018]低温蒸気分離を使用する別のプロセスは、多段の混合冷媒システムにおいてではあるが、Ｃｏｓｔａｉｎ Ｏｉｌの英国特許第２，３２６，４６４号に記載されている。このシステムでは、別個の還流熱交換器からの蒸気は、部分的に凝縮され、液体と蒸気ストリームに分離される。そのように分離された液体および蒸気ストリームは冷却され、低圧返送ストリーム中に再合流する前に、別々にフラッシュされる。次いで、主熱交換器を出る前に、低圧返送ストリームは、上記還流熱交換器からの過冷却されフラッシュされた液体と混合され、次いで、圧縮器ステージ間に設置された分離ドラムによって提供される、過冷却されフラッシュされた液体とさらに混合される。このシステムでは、「低温蒸気」分離された液体と上記還流熱交換器からの液体が、低圧返送ストリームを合流させる前に混合されることはない。すなわち、それらは、分離されたまま留まり、次いで、低圧返送ストリームと独立に合流する。
【0019】
[0019]電力消費は、とりわけ、返送ストリームのそれらの合流前に、高圧アキュムレータから得られた液体と低温蒸気分離された液体を混合することによって大幅に低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0020】
【文献】米国特許第５，７４６，０６６号
【文献】米国特許第４，５２５，１８５号
【文献】米国特許第４，５４５，７９５号
【文献】米国特許第４，６８９，０６３号
【文献】米国特許第６，０４１，６１９号
【文献】米国特許出願公開第２００７／０２２７１８５号
【文献】米国特許出願公開第２００７／０２８３７１８号
【文献】米国特許第４，０３３，７３５号
【文献】米国特許第２，０４１，７２５号
【文献】米国特許第３，３６４，６８５号
【文献】米国特許第４，０５７，９７２号
【文献】米国特許第４，２７４，８４９号
【文献】米国特許第４，９０１，５３３号
【文献】米国特許第５，６４４，９３１号
【文献】米国特許第５，８１３，２５０号
【文献】米国特許第６，０６５，３０５号
【文献】米国特許第６，３４７，５３１号
【文献】米国特許出願公開第２００９／０２０５３６６号
【文献】米国特許第４，５８６，９４２号
【文献】米国特許第６，３３４，３３４号
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２２６００８号
【文献】英国特許第２，３２６，４６４号
【非特許文献】
【0021】
【文献】「Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ａｒｔ ＬＮＧ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ」、Ｌａｎｇｅ， Ｍ．， ５ｔｈ Ａｓｉａ ＬＮＧ Ｓｕｍｍｉｔ， Ｏｃｔ． １４， ２０１０
【文献】「Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｍｉｘｅｄ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ Ｓｅｒｉｅｓ， Ｖｅｎｋａｔａｒａｔｈｎａｍ， Ｇ．， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、１９９～２０５頁
【文献】「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ Ｍｉｄ Ｓｃａｌｅ ＬＮＧ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」、Ｂａｕｅｒ， Ｈ．， Ｌｉｎｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
【文献】「Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｆｕｔｕｒｅ ＬＮＧ Ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ Ｆｌｏａｔｉｎｇ ＬＮＧ Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｇａｓ Ｕｎｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０１１， Ｂｕｋｏｗｓｋｉ， Ｊ．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0022】
[0020]上記課題の少なくとも一部に対処し効率を改善する、ガスを冷却または液化するための、混合ガスのシステムおよび方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0023】
[0021]以下で説明し特許請求する方法、装置およびシステムにおいて別個にまたは一緒に具現化し得る、本主題のいくつかの態様が存在する。一緒になったこれらの態様は、単独で使用するか、または本明細書で説明する主題の他の態様と組み合わせて使用することができ、これらの態様の説明は、別個でのこれらの態様の使用、あるいは、別個での、または、本文書に添付される特許請求の範囲で示されるような様々な組合せでのそうした態様の特許請求を排除しようとするものではない。
【0024】
[0022]一態様では、混合冷媒でガスを冷却するためのシステムを提供する。このシステムは、高温端および低温端を、それらの間に延在する供給原料ストリーム冷却通路と共に含む主熱交換器であって、その供給原料ストリーム冷却通路が、高温端で供給原料ストリームを受け入れ、低温端から冷却された生成物ストリームを移送するように適合されている主熱交換器を含む。この主熱交換器は、高圧蒸気冷却通路、高圧液体冷却通路、低温分離器蒸気冷却通路、低温分離器液体冷却通路および冷凍通路も含む。
【0025】
[0023]このシステムは、冷凍通路の出口と流体連通している入口、および出口を有する圧縮器第１セクションを含む混合冷媒圧縮器システムも含む。第１セクション冷却器は、その圧縮器第１セクションの出口と流体連通している入口、および出口を有する。段間分離装置は、その第１セクション冷却器の出口と流体連通している入口、ならびに液体出口および蒸気出口を有する。圧縮器第２セクションは、その段間分離装置の蒸気出口と流体連通している入口、および出口を有する。第２セクション冷却器は、その圧縮器第２セクションの出口と流体連通している入口、および出口を有する。高圧分離装置は、その第２セクション冷却器の出口と流体連通している入口、ならびに液体出口および蒸気出口を有する。
【0026】
[0024]熱交換器の高圧蒸気冷却通路は、高圧分離装置の蒸気出口と流体連通している入口を有し、低温蒸気分離器は、その高圧蒸気冷却通路の出口と流体連通している入口を有し、その低温蒸気分離器は液体出口および蒸気出口を有する。熱交換器の低温分離器液体冷却通路は、その低温蒸気分離器の液体出口と流体連通している入口、および冷凍通路と流体連通している出口を有する。熱交換器の低圧液体冷却通路は、その段間分離装置の液体出口と流体連通している入口を有する。第１の膨張装置は、その低圧液体冷却通路の出口と連通している入口、および冷凍通路と流体連通している出口を有する。熱交換器の高圧液体冷却通路は、その高圧分離装置の液体出口と流体連通している入口、および冷凍通路と流体連通している出口を有する。熱交換器の低温分離器蒸気冷却通路は、その低温蒸気分離器の蒸気出口と流体連通している入口を有する。第２の膨張装置は、その低温分離器蒸気冷却通路の出口と流体連通している入口、および冷凍通路の入口と流体連通している出口を有する。
【0027】
[0025]別の態様では、混合冷媒でガスを冷却するためのシステムは、高温端および低温端を、それらの間に延在する供給原料ストリーム冷却通路と共に含む主熱交換器を含む。この供給原料ストリーム冷却通路は、高温端で供給原料ストリームを受け入れ、低温端から冷却された生成物ストリームを移送するように適合されている。主熱交換器は、高圧蒸気冷却通路、高圧液体冷却通路、低温分離器蒸気冷却通路、低温分離器液体冷却通路および冷凍通路も含む。
【0028】
[0026]このシステムは、冷凍通路の出口と流体連通している入口、および出口を有する圧縮器第１セクションを含む混合冷媒圧縮器システムも含む。第１セクション冷却器は、その圧縮器第１セクションの出口と流体連通している入口、および出口を有する。段間分離装置は、その第１セクション冷却器の出口と流体連通している入口、および蒸気出口を有する。圧縮器第２セクションは、その段間分離装置の蒸気出口と流体連通している入口、および出口を有する。第２セクション冷却器は、その圧縮器第２セクションの出口と流体連通している入口、および出口を有する。高圧分離装置は、その第２セクション冷却器の出口と流体連通している入口、ならびに液体出口および蒸気出口を有する。
【0029】
[0027]熱交換器の高圧蒸気冷却通路は、高圧分離装置の蒸気出口と流体連通している入口を有する。低温蒸気分離器は、その高圧蒸気冷却通路の出口と流体連通している入口を有し、その低温蒸気分離器は液体出口および蒸気出口を有する。熱交換器の低温分離器液体冷却通路は、その低温蒸気分離器の液体出口と流体連通している入口、および冷凍通路と流体連通している出口を有する。熱交換器の高圧液体冷却通路は、その高圧分離装置の液体出口と流体連通している入口、および冷凍通路と流体連通している出口を有する。熱交換器の低温分離器蒸気冷却通路は、その低温蒸気分離器の蒸気出口と流体連通している入口を有する。膨張装置は、その低温分離器蒸気冷却通路の出口と流体連通している入口、および冷凍通路の入口と流体連通している出口を有する。
【0030】
[0028]さらに別の態様では、ガスを冷却する熱交換器へ混合冷媒を提供するための圧縮器システムを提供する。この圧縮器システムは、熱交換器から混合冷媒を受け入れるように適合されたサクション入口、および出口を有する圧縮器第１セクションを含む。第１セクション冷却器は、その圧縮器第１セクションの出口と流体連通している入口、および出口を有する。段間分離装置は、第１セクションアフタークーラーの出口と流体連通している入口、および蒸気出口を有する。圧縮器第２セクションは、その段間分離装置の蒸気出口と流体連通しているサクション入口、および出口を有する。第２セクション冷却器は、その圧縮器第２セクションの出口と流体連通している入口、および出口を有する。高圧分離装置は、その第２セクション冷却器の出口と流体連通している入口ならびに蒸気出口および液体出口を有し、その蒸気出口は、高圧混合冷媒蒸気ストリームを熱交換器へ提供するように適合されており、前記液体出口は、高圧混合冷媒液体ストリームを熱交換器へ提供するように適合されている。高圧再循環膨張装置は、高圧分離装置と流体連通している入口、および段間分離装置と流体連通している出口を有する。
【0031】
[0029]さらに別の態様では、混合冷媒を用いて、高温端および低温端を有する熱交換器中でガスを冷却する方法は、最初および最後の圧縮冷却サイクルを用いて混合冷媒を圧縮し冷却する工程、高圧液体ストリームおよび高圧蒸気ストリームを形成するように、最初および最後の圧縮冷却サイクル後に混合冷媒を分離する工程、低温分離器蒸気ストリームおよび低温分離器液体ストリームを形成するように、熱交換器および低温分離器を用いて高圧蒸気ストリームを冷却し分離する工程、膨張した低温ストリームを形成するように、低温分離器蒸気ストリームを冷却し膨張させる工程、過冷却された低温分離器ストリームを形成するように、低温分離器液体ストリームを冷却する工程、低圧液体ストリームを形成するように、最初および最後の圧縮冷却サイクルの間に、混合冷媒を平衡化し分離する工程、膨張した低圧ストリームを形成するように、低圧液体ストリームを冷却し膨張させる工程、過冷却された高圧ストリームを形成するように、高圧液体ストリームを過冷却する工程を含む。過冷却された低温分離器ストリームおよび過冷却された高圧ストリームを、膨張させて、膨張した低温分離器ストリームおよび膨張した高圧ストリームを形成するか、または混合し、次いで、膨張させて、中温度ストリームを形成する。その膨張したストリームまたは中温度ストリームは、膨張した低圧ストリームおよび膨張した低温ストリームと合流されて、主冷凍ストリームを形成する。ガスのストリームは、主冷凍ストリームでの向流熱交換でその熱交換器を通過し、それによってガスは冷却される。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】[0030]本開示の混合冷媒システムおよび方法の実施形態を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図3】[0032]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図4】[0033]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、混合冷媒圧縮器システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図5】[0034]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、混合冷媒圧縮器システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図6】[0035]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、混合冷媒圧縮器システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図7】[0036]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図8】[0037]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図9】[0038]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図10】[0039]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図11】[0040]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムの中温度部分を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図12】[0041]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムの中温度部分を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図13】[0042]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図14】[0043]本開示の混合冷媒システムの追加の実施形態における、混合冷媒圧縮器システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図15】[0044]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、混合冷媒圧縮器システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図16】[0045]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図17】[0046]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図18】[0047]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図19】[0048]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムを例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図20】[0049]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムの中温度部分を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図21】[0050]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムの中温度部分を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図22】[0051]本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態における、熱交換システムの中温度部分を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図23】[0052]供給原料処理システムを含む本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図24】[0053]供給原料処理システムを含む本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【図25】[0054]供給原料処理システムを含む本開示の混合冷媒システムおよび方法の追加の実施形態を例示するプロセスフローダイヤグラムおよび概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
[0055]液体天然ガスを生産するために天然ガスを液化することに関して、その実施形態を以下に例示し説明するが、本発明は、他の種類の流体を液化または冷却するために使用し得ることに留意すべきである。
【0034】
[0056]本明細書では、以下の実施形態で説明される通路およびストリームが、どちらも、図に示される同じ要素番号で参照されることがあることにも留意すべきである。やはり、本明細書で使用され、当業界で公知であるように、熱交換器は、そこで、異なる温度で２つ以上のストリーム間で、またはストリームとその環境間で間接熱交換が行われるその装置または装置中の領域である。本明細書で使用される、「連通」、「連通すること」および同種の用語は、一般に、別段の指定のない限り、流体連通を指す。また、連通している２つの流体は、混合によって熱を交換し得るが、そうした交換は、そのような交換が熱交換器中で起こり得るとしても、熱交換器における熱交換と同じとは見なされないものとする。熱交換システムは、具体的に説明されていなくても、熱交換器の一部である、またはそれと関連していることが当業界で一般に公知であるもの、例えば膨張装置、フラッシュ弁などを含むことができる。本明細書で使用される、「～の圧力を低下させること」は相変化を含まないが、「フラッシング」または「フラッシュされた」という用語は、部分的な相変化をも含む相変化を包含する。本明細書で使用される、「高い」、「中間の」、「高温の」などの用語は、当業界で慣用的であり、２０１０年３月１７日出願の米国特許出願１２／７２６，１４２号および２０１４年３月１８日出願の米国特許出願１４／２１８，９４９号（これらの内容のそれぞれを参照により本明細書に組み込む）に例示されているように、比較し得るストリームに対するものである。２００１年１２月２５日発行の米国特許第６，３３３，４４５号の内容も参照により本明細書に組み込む。
【0035】
[0057]混合冷媒システムおよび方法の第１の実施形態を図１に例示する。このシステムは、全般的に５０で示される混合冷媒（ＭＲ）圧縮器システム、および全般的に７０で示される熱交換システムを含む。
【0036】
[0058]熱交換システムは、高温端１０１および低温端１０２を有する、全般的に１００で示されるマルチストリーム熱交換器を含む。この熱交換器は、供給原料ストリーム冷却通路１０５および処理された供給原料ストリーム冷却通路１２０でできている供給原料ストリーム冷却通路１０３中で、熱交換器中の冷凍ストリームでの熱交換による熱の除去によって、液化された高圧天然ガス供給原料ストリーム５を受け入れる。結果として、液体天然ガス（ＬＮＧ）生成物のストリーム２０がもたらされる。熱交換器のマルチストリーム設計は、複数のストリームの単一の交換器中への好都合でエネルギー－効率的な統合を可能にする。適切な熱交換器は、Ｃｈａｒｔ Ｅｎｅｒｇｙ ＆ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｉｎｃ．、Ｔｈｅ Ｗｏｏｄｌａｎｄｓ、Ｔｅｘａｓから購入することができる。Ｃｈａｒｔ Ｅｎｅｒｇｙ ＆ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｉｎｃから入手できるプレートアンドフィン型マルチストリーム熱交換器は、物理的にコンパクトであるというさらなる利点を提供する。
【0037】
[0059]以下でより詳細に説明されるように、熱交換器１００を含む図１のシステムは、当業界で公知の他のガス処理または供給原料ガス処理のオプション１２５を実施するように構成することができる。これらの処理オプションは、ガスストリームが、熱交換器を１回または複数回出入りさせる（図１に例示されているように）ことを必要とする可能性があり、そのオプションは、例えば、天然ガス液体回収、凍結成分除去または窒素廃棄を含み得る。
【0038】
[0060]熱の除去は、ＭＲ圧縮器システム５０（および本明細書で説明される他のＭＲ圧縮器システム）を用いて、処理し再調整される単一混合冷媒を使用して、熱交換システム７０（および本明細書で説明される他の熱交換システム）の熱交換器１００において遂行される。一例に過ぎないが、混合冷媒は、２つ以上のＣ１～Ｃ５炭化水素および任意選択のＮ２を含むことができる。さらに、混合冷媒は、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、イソブタン、ｎ－ブタン、イソブテン、ブチレン、ｎ－ペンタン、イソペンタン、Ｎ２の２つ以上またはその組合せを含むことができる。より詳細な例示的冷媒組成物（ストリーム温度および圧力と併せた）は、限定しようとするものではないが、２０１４年３月１８日出願の米国特許出願１４／２１８，９４９号に提示されている。
【0039】
[0061]熱交換システム７０は、熱交換器１００から混合冷媒を受け入れ、混合冷媒をその熱交換器１００に戻す、低温蒸気分離器２００、中温度スタンドパイプ３００および低温スタンドパイプ４００を含む。
【0040】
[0062]ＭＲ圧縮器システムは、サクションドラム６００、多段圧縮器７００、段間分離装置またはドラム８００および高圧分離装置９００を含む。蓄積または分離ドラムが、装置２００、３００、４００、６００、８００および９００について例示されているが、これらに限定されないが、別のタイプの容器、サイクロン型分離器、蒸留ユニット、コアレッシング分離器またはメッシュもしくはベーン型ミスト除去器を含む、代替の分離装置を使用することもできる。
【0041】
[0063]それらの入口のためにサクションドラムを必要としない圧縮器を使用する実施形態おいては、サクションドラム６００を省略し得ることを理解すべきである。そうした圧縮器の非限定的な例はスクリュー型圧縮器である。
【0042】
[0064]ＭＲ圧縮器システム５０および熱交換システム７０の機能および追加の構成要素を以下で説明することとする。
[0065]圧縮器第１セクション７０１は、冷却され圧縮されたサクションドラムＭＲストリーム７２０が段間分離装置またはドラム８００へ提供されるように、圧縮されたサクションドラムＭＲ蒸気ストリーム７１０を第１セクション冷却器７１０Ｃに提供するための圧縮流体出口を含む。ストリーム７２０は段間分離装置またはドラム８００へ進み、得られる低圧ＭＲ蒸気ストリーム８５５は、圧縮器第２セクション７０２に提供される。圧縮器第２セクション７０２は、圧縮された高圧ＭＲ蒸気ストリーム７３０を第２セクション冷却器７３０Ｃへ提供する。結果として、少なくとも部分的に凝縮している高圧ＭＲストリーム７４０は高圧分離装置９００へ進む。
[0065]圧縮器第１セクション７０１は、冷却され圧縮されたサクションドラムＭＲストリーム７２０が段間分離装置またはドラム８００へ提供されるように、圧縮されたサクションドラムＭＲ蒸気ストリーム７１０を第１セクション冷却器７１０Ｃに提供するための圧縮流体出口を含む。ストリーム７２０は段間分離装置またはドラム８００へ進み、得られる低圧ＭＲ蒸気ストリーム８５５は、圧縮器第２セクション７０２に提供される。圧縮器第２セクション７０２は、圧縮された高圧ＭＲ蒸気ストリーム７３０を第２セクション冷却器７３０Ｃへ提供する。結果として、少なくとも部分的に凝縮している高圧ＭＲストリーム７４０は高圧分離装置９００へ進む。
【0043】
[0066]本実施形態および以下の実施形態において、その圧縮器第２セクションおよび第２セクション冷却器が、最後の圧縮器セクションおよび最後のセクション冷却器となるように、第１の圧縮および冷却セクションと第２の圧縮および冷却セクションの間に、１つまたは複数の追加の中間的な圧縮／圧縮器および冷却／冷却器セクションがあってよいことを理解されたい。圧縮器７０１および７０２は多段圧縮器の異なるセクションとして例示し記載されているが、これらの圧縮器７０１および７０２は、その代わりに、２つ以上の圧縮器を含む別個の圧縮器であってよいことをさらに理解すべきである。
【0044】
[0067]高圧分離装置９００は、ＭＲストリーム７４０を、高圧ＭＲ蒸気ストリーム９５５、および好ましくは中間沸騰冷媒液体ストリームである高圧ＭＲ液体ストリーム９７５の平衡とし分離する。
【0045】
[0068]全般的に図３の５２で示されるＭＲ圧縮器システムの代替の実施形態において、任意選択の中間ドラムポンプ８８０Ｐは、冷却され圧縮されたサクションドラムＭＲストリーム７２０が、それが中間ドラム８００に入る際に部分的に凝縮している場合にポンプ８８０Ｐおよびストリーム７４０からのストリームが分離装置９００中で混合され平衡化されるように、ＭＲ前方向液体ストリーム８８０の高圧分離装置９００へのポンプ輸送を提供される。例に過ぎないが、ポンプ８８０Ｐを出るストリームは、６００ｐｓｉｇの圧力および３７．８℃（１００°Ｆ）の温度を有し得る。
【0046】
[0069]さらに、ＭＲ圧縮器システム５２は、高圧ＭＲ再循環混合相ストリーム９９０が中間ドラム８００に提供されるように、高圧ＭＲ再循環液体ストリーム９８０を高圧分離装置９００から膨張装置９８０Ｅへ任意選択で提供することができ、それによってストリーム７２０および９９０は混合され平衡化される。高圧分離装置９００から中間ドラム８００へ液体を再循環すると、ポンプ８８０Ｐを、その中間ドラムが、そうでない場合、低温液体の十分な供給を受けられなくなる条件下、例えば高い周囲温度が存在する（すなわち、暑い日）場合、稼働するように保持する。装置９８０Ｅを開けると、十分な液体が収集されるまで、ポンプ８８０Ｐを停止させる必要性が排除され、それによって、高圧分離装置９００へ流れる冷媒は一定組成に保持される。例に過ぎないが、ストリーム９８０は、６００ｐｓｉｇの圧力および３７．８℃（１００°Ｆ）の温度を有することができ、ストリーム９９０は、２００ｐｓｉｇの圧力および１５．６℃（６０°Ｆ）の温度を有することができる。
【0047】
[0070]全般的に図４の５４で示されるＭＲ圧縮器システムの別の代替の実施形態では、混合相主ＭＲストリーム６１０は、図１および図３の熱交換器からサクション分離装置６００へ戻される。サクション分離装置６００は、それを通してサクションドラムＭＲ液体ストリーム６７５がドラムを出る液体出口を有する。ストリーム６７５はサクションドラムポンプ６７５Ｐへ進み、サクションドラムＭＲストリーム６８０をもたらし、これは中間ドラム８００へ進む。あるいは、ストリーム６８０は、分岐ストリーム６８１を介して、圧縮されたサクションドラムＭＲ蒸気ストリーム７１０へ流れ得る。さらに別の代替案として、ストリーム６８０は、分岐ストリーム６８２を介して、冷却され圧縮されたサクションドラムＭＲストリーム７２０へ流れ得る。
【0048】
[0071]図４にさらに例示され、当業界で公知であるように、ＭＲ再循環蒸気ライン９６０、アンチサージ再循環弁９６０Ｅ、およびアンチサージ再循環弁９６０Ｅ出口からサクション分離装置６００へ走るライン９７０を含む圧縮器能力またはサージ制御システムが提供される。当業界で公知の代替の圧縮器能力またはサージ制御配置を、図４に例示した能力またはサージ制御システムの代わりに使用することができる。
【0049】
[0072]全般的に図５の５６で示され、上記の実施形態におけるような、ＭＲ圧縮器システムの簡単な代替の実施形態では、サクション分離装置６００は、蒸気主ＭＲストリーム６１０を、図１の熱交換器の冷凍通路から受け入れるための入口を含む。サクションドラムＭＲ蒸気ストリーム６５５は、サクションドラムの出口から圧縮器第１セクション７０１へ提供される。
【0050】
[0073]圧縮器第１セクション７０１は、冷却され圧縮されたサクションドラムＭＲストリーム７２０が中間ドラム８００に提供されるように、圧縮されたサクションドラムＭＲ蒸気ストリーム７１０を第１セクション冷却器７１０Ｃへ提供するための圧縮流体出口を含む。ストリーム７２０は中間ドラム８００へ進み、得られる低圧ＭＲ蒸気ストリーム８５５は圧縮器第２セクション７０２に提供される。圧縮器第２セクション７０２は、圧縮された高圧ＭＲ蒸気ストリーム７３０を第２セクション冷却器７３０Ｃへ提供する。結果として、少なくとも部分的に凝縮している高圧ＭＲストリーム７４０は、高圧分離装置９００へ進む。
【0051】
[0074]高圧分離装置９００は、ＭＲストリーム７４０を、高圧ＭＲ蒸気ストリーム９５５、および好ましくは中間沸騰冷媒液体ストリームである高圧ＭＲ液体ストリーム９７５に分離する。
【0052】
[0075]全般的に図６の５８で示されるＭＲ圧縮器システムの代替の実施形態では、任意選択の中間ドラムポンプ８８０Ｐは、冷却され圧縮されたサクションドラムＭＲストリーム７２０が中間ドラム８００に入る際に部分的に凝縮している場合、ＭＲ前方向液体ストリーム８８０を、中間ドラム８００から高圧分離装置９００へポンプ輸送するために提供される。さらに、ＭＲ圧縮器システム５８は、高圧ＭＲ再循環混合相ストリーム９９０が分離装置ドラム８００に提供されるように、高圧分離装置９００から膨張装置９８０Ｅへの高圧ＭＲ再循環液体ストリーム９８０を任意選択で提供することができる。
【0053】
[0076]その他は、図６のＭＲ圧縮器システム５８は、図５のＭＲ圧縮器システム５４と同じである。
[0077]図１および図３の熱交換システム７０は、上記のＭＲ圧縮器システムのそれぞれで（および、代替のＭＲ圧縮器システム実施形態で）使用することができ、これを、ここで、図７を参照して詳細に論じることとする。図７に例示され、前に記されているように、マルチストリーム熱交換器１００は、熱交換器中の冷凍ストリームでの熱交換による熱の除去によって、供給原料ストリーム冷却通路１０３中で冷却および／または液化される、高圧天然ガス供給原料ストリーム５などの供給原料流体ストリームを受け入れる。結果として、液体天然ガスなどの生成物流体２０のストリームがもたらされる。
[0077]図１および図３の熱交換システム７０は、上記のＭＲ圧縮器システムのそれぞれで（および、代替のＭＲ圧縮器システム実施形態で）使用することができ、これを、ここで、図７を参照して詳細に論じることとする。図７に例示され、前に記されているように、マルチストリーム熱交換器１００は、熱交換器中の冷凍ストリームでの熱交換による熱の除去によって、供給原料ストリーム冷却通路１０３中で冷却および／または液化される、高圧天然ガス供給原料ストリーム５などの供給原料流体ストリームを受け入れる。結果として、液体天然ガスなどの生成物流体２０のストリームがもたらされる。
【0054】
[0078]供給原料ストリーム冷却通路１０３は、熱交換器１００の高温端に入口を有する前処理供給原料ストリーム冷却通路１０５、およびそれを通して生成物２０が排出される低温端での生成物出口を有する処理された供給原料ストリーム冷却通路１２０を含む。前処理供給原料ストリーム冷却通路１０５は、供給原料流体出口１０が合流する出口を有し、処理された供給原料ストリーム冷却通路１２０は、供給原料流体入口１５と連通している入口を有する。供給原料流体出口、および入口１０および１５は、外部供給原料処理（図１および図３の１２５）、例えば天然ガス液体回収、凍結成分除去または窒素廃棄などのために提供される。外部供給原料処理システムの一例を、図２３～図２５を参照して以下に提示する。
【0055】
[0079]全般的に図８の７２で示される熱交換システムの代替の実施形態では、供給原料ストリーム冷却通路１０３は、熱交換器１００の高温端および低温端の間を途切れることなく通過する。そうした実施形態は、外部供給原料処理システムが熱交換器１００で熱統合されない場合に用いることができる。
【0056】
[0080]この熱交換器は、熱交換器の低温端で、低温ＭＲ蒸気ストリーム４５５および低温ＭＲ液体ストリーム４７５を受け入れる入口を有する低温冷凍通路１４０を含む、全般的に図７の１７０で示される冷凍通路を含む。冷凍通路１７０は、それを通して冷媒返送ストリーム６１０が熱交換器１００を出る熱交換器の高温端での冷媒返送ストリーム出口を有する主冷凍通路１６０、および対応する通路を介して中温度ＭＲ蒸気ストリーム３５５および中温度ＭＲ液体ストリーム３７５を受け入れるように適合された中温度冷媒入口１５０も含む。結果として、以下でより詳細に説明されるように、低温ＭＲ蒸気および液体ストリーム（４５５および４７５）ならびに中温度ＭＲ蒸気および液体ストリーム（３５５および３７５）は、中温度冷媒入口１５０で、熱交換器内において混合される。
【0057】
[0081]中温度冷媒ストリームと低温冷媒ストリームの混合は、概ね、そこでそれらが合流するポイントから、および、そこから主冷凍通路出口への冷媒フローの方向の下流で、熱交換器中で中温度帯または領域を形成する。
【0058】
[0082]蒸気または混合相である主ＭＲストリーム６１０は、熱交換器１００の主冷凍通路１６０を出て、図１～図６のいずれかのＭＲ圧縮器システムへ進む。一例に過ぎないが、図１～図３、図５および図６の実施形態において、主ＭＲストリーム６１０は蒸気である可能性がある。周囲温度が設計より低温になってくると、主ＭＲストリーム６１０は混合相（蒸気および液体）となり、液体は、サクションドラム６００（図１～図３、図５および図６の）中で蓄積することになる。より低い温度で、そのプロセスが定常状態になってきた後、主ＭＲストリームは、再度すべて露点で蒸気となる。日中温まってきた場合、サクションドラム６００中の液体は蒸発し、主ＭＲストリームはすべて蒸気となることになる。結果として、その周囲温度が設計より低温になってきた場合、混合相主ＭＲストリームは、過渡状態においてのみ生じる。あるいは、このシステムを、混合相主ＭＲストリーム６１０のために設計することができる。
【0059】
[0083]熱交換器１００はまた、高温端で、図１～図６のＭＲ圧縮器システムのいずれかから高圧ＭＲ蒸気ストリーム９５５を受け入れ、高圧ＭＲ蒸気ストリームを冷却して、混合相低温分離器ＭＲ供給原料ストリーム２１０を形成するように適合された高圧蒸気冷却通路１９５も含む。通路１９５は、低温蒸気分離器２００と連通している出口も含む。低温蒸気分離器２００は、低温分離器供給原料ストリーム２１０を低温分離器ＭＲ蒸気ストリーム２５５と低温分離器ＭＲ液体ストリーム２７５に分離する。
【0060】
[0084]熱交換器１００は、低温分離器ＭＲ蒸気ストリーム２５５を受け入れるように、低温蒸気分離器２００と連通している入口を有する低温分離器蒸気冷却通路１２７も含む。低温分離器ＭＲ蒸気ストリームは、通路１２７中で冷却されて凝縮した低温ＭＲストリーム４１０を形成し、これは、膨張装置４１０Ｅでフラッシュされて、低温スタンドパイプ４００の方へ向かう膨張した低温ＭＲストリーム４２０を形成する。膨張装置４１０Ｅ（および本明細書で開示されるすべての「膨張装置」の場合のように）は、非限定的な例として、弁（例えばジュールトムソン弁）、タービンまたは制限オリフィスであってよい。
【0061】
[0085]低温スタンドパイプ４００は、混合相ストリーム４２０を、低温ＭＲ蒸気ストリーム４５５および低温ＭＲ液体ストリーム４７５に分離する。これは、低温冷媒通路１４０の入口に入る。蒸気および液体ストリーム４５５および４７５は、ストリーム４５５および４７５のための別個の入り口を有するヘッダーを介して、低温冷媒通路１４０へ入ることが好ましい。これは、ヘッダー内での液体および蒸気のより一様な分布を提供する。
【0062】
[0086]低温分離器ＭＲ液体ストリーム２７５は、低温分離器液体冷却通路１２５中で冷却されて過冷却された低温分離器ＭＲ液体ストリーム３１０を形成する。
[0087]高圧液体冷却通路１９７は、図１～図６のＭＲ圧縮器システムのいずれかから、高圧ＭＲ液体ストリーム９７５を受け入れる。高圧液体９７５は好ましくは中間沸騰冷媒液体ストリームである。高圧液体ストリームは、高温端に入り、冷却されて、過冷却された高圧ＭＲ液体ストリーム３３０を形成する。冷媒液体ストリーム３１０および３３０の両方は、膨張装置３１０Ｅおよび膨張装置３３０Ｅを介して独立にフラッシュされて、膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０および膨張した高圧ＭＲストリーム３４０を形成する。膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０は、中温度スタンドパイプ３００中で膨張した高圧ＭＲストリーム３４０と混合し平衡化されて、中温度ＭＲ蒸気ストリーム３５５および中温度ＭＲ液体ストリーム３７５を形成する。代替の実施形態では、２つのストリーム３１０および３３０を混合し、次いでフラッシュさせることができる。
[0087]高圧液体冷却通路１９７は、図１～図６のＭＲ圧縮器システムのいずれかから、高圧ＭＲ液体ストリーム９７５を受け入れる。高圧液体９７５は好ましくは中間沸騰冷媒液体ストリームである。高圧液体ストリームは、高温端に入り、冷却されて、過冷却された高圧ＭＲ液体ストリーム３３０を形成する。冷媒液体ストリーム３１０および３３０の両方は、膨張装置３１０Ｅおよび膨張装置３３０Ｅを介して独立にフラッシュされて、膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０および膨張した高圧ＭＲストリーム３４０を形成する。膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０は、中温度スタンドパイプ３００中で膨張した高圧ＭＲストリーム３４０と混合し平衡化されて、中温度ＭＲ蒸気ストリーム３５５および中温度ＭＲ液体ストリーム３７５を形成する。代替の実施形態では、２つのストリーム３１０および３３０を混合し、次いでフラッシュさせることができる。
【0063】
[0088]中温度ＭＲストリーム３５５および３７５は、冷凍通路の中温度冷媒入口１５０へ向けられ、そこで、それらは、合流した低温ＭＲ蒸気ストリーム４５５および低温ＭＲ液体ストリーム４７５と混合され、主冷凍通路１６０において冷凍を提供する。この冷媒は、蒸気相または混合相主ＭＲストリームもしくは冷媒返送ストリーム６１０として主冷凍通路１６０を出る。返送ストリーム６１０は、任意選択で、過熱された蒸気冷媒返送ストリームであってよい。
【0064】
[0089]全般的に図９の７４で示される熱交換システムの代替の実施形態は、低温ＭＲ膨張ループの代替の実施形態を提供する。この実施形態では、図７および図８の低温スタンドパイプ４００は除かれている。結果として、低温分離器蒸気冷却通路１２７からの凝縮した低温ＭＲストリーム４１０は熱交換器の低温端を出、膨張装置４１０Ｅでフラッシュされて低温ＭＲストリーム４６５を形成する。次いで、混合相ストリーム４６５は、低温冷媒通路１４０の入口に入る。熱交換システム７４の残りは、図７の熱交換器システム７０と同じであり、同じ仕方で稼働する。供給原料ストリーム処理の出口、および入口１０および１５（処理システムに送りおよび処理システムから受け取る）は、図８の熱交換システム７２に示した仕方で、省くことができる。
【0065】
[0090]全般的に図１０の７６で示される、熱交換システムの別の代替実施形態では、図７～図９の中温度スタンドパイプ３００は省かれている。結果として、図１０および図１１に例示されているように、冷媒液体ストリーム３１０および３３０の両方は、膨張装置３１０Ｅおよび３３０Ｅを介して独立にフラッシュされて、膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０および膨張した高圧ＭＲストリーム３４０を形成し、これらは、混合されて、中温度冷凍通路１３６を通して流れる中温度ＭＲストリーム３６５を形成する。中温度ＭＲストリーム３６５は、通路１３６を介して冷凍通路の中温度冷媒入口１５０へ向けられ、そこで、これは、低温ＭＲストリーム４６５と混合されて、主冷凍通路１６０における冷凍を提供する。熱交換システム７６の残りは、図９の熱交換器システム７４と同じであり、同じ仕方で稼働する。供給原料ストリーム処理出口、および入口１０および１５（処理システムとのやりとりにつながる）は、図８の熱交換システム７２に示した仕方で、省くことができる。
【0066】
[0091]図１２に例示されているように、膨張装置３１０Ｅおよび３３０Ｅは、２つのストリームが混合されてストリーム３３５を形成するように、過冷却された低温分離器ＭＲストリーム３１０および過冷却された高圧ＭＲストリーム３３０の通路から省くことができる。この実施形態では、膨張装置１３６Ｅは、ストリーム３３５がフラッシュされて中温度ＭＲストリーム３６５を形成するように、中温度冷凍通路１３６内に配置される。混合相である中温度ＭＲストリーム３６５は、中温度冷媒入口１５０へ提供される。
【0067】
[0092]混合冷媒システムおよび方法の他の代替実施形態を、図１３に例示する。このシステムは、全般的に６０で示されるＭＲ圧縮器システム、および全般的に８０で示される熱交換システムを含む。図１３の実施形態は、以下で説明する詳細を除いて、図１の実施形態と同じであり、同じ機能を有する。結果として、同じ参照番号は、対応する構成要素について繰り返されることになる。
【0068】
[0093]圧縮器第１セクション７０１は、冷却され圧縮されたサクションドラムＭＲストリーム７２０が中間ドラム８００へ提供されるように、圧縮されたサクションドラムＭＲ蒸気ストリーム７１０を第１セクション冷却器７１０Ｃへ提供するための圧縮流体出口を含む。ストリーム７２０は中間ドラム８００へ進み、得られる低圧ＭＲ蒸気ストリーム８５５は、圧縮器第２セクション７０２へ提供される。圧縮器第２セクション７０２は、圧縮された高圧ＭＲ蒸気ストリーム７３０を第２セクション冷却器７３０Ｃへ提供する。結果として、少なくとも部分的に凝縮している高圧ＭＲストリーム７４０は、高圧分離装置９００へ進む。
【0069】
[0094]高圧分離装置９００は、ＭＲストリーム７４０を、高圧ＭＲ蒸気ストリーム９５５と、好ましくは中間沸騰冷媒液体ストリームである高圧ＭＲ液体ストリーム９７５に分離する。高圧ＭＲ再循環液体ストリーム９８０は、ストリーム９７５から分岐され、膨張装置９８０Ｅへ提供され、その結果、高圧ＭＲ再循環混合相ストリーム９９０が中間ドラム８００へ提供される。これは、高温周囲温度（すなわち、暑い日など）の間に、中間ドラム８００が乾燥してしまうのを回避する。上記（図３に関して）および以下で説明するように、再循環ストリーム９８０を、代わりに、高圧分離装置９００から膨張装置９８０Ｅへ直接送ることができる。
【0070】
[0095]上記のＭＲ圧縮器システム実施形態とは対照的に、ＭＲ圧縮器システム６０の中間ドラム８００は、高い沸点を有する低圧ＭＲ液体ストリーム８７５を提供するための液体出口を含む。低圧ＭＲ液体ストリーム８７５は、熱交換器１００の低圧液体冷却通路１８７によって受け入れられ、さらに、以下で説明するように操作される。
【0071】
[0096]ＭＲ圧縮器システムの代替の実施形態が、全般的に図１４の６２で示されており、これは、やはり、低圧ＭＲ液体ストリーム８７５を提供する液体出口を有する中間ドラム８００を含む。
【0072】
[0097]全般的に図１５の６４で示されるＭＲ圧縮器システムの別の代替の実施形態では、混合相主ＭＲストリーム６１０は、図１３の熱交換器からサクション分離装置６００へ戻される。サクション分離装置６００は、それを通してサクションドラムＭＲ液体ストリーム６７５がドラムを出る液体出口を有する。ストリーム６７５はサクションドラムポンプ６７５Ｐへ進み、これはサクションドラムＭＲストリーム６８０をもたらし、中間ドラム８００へ進む。任意選択の分岐サクションドラムＭＲストリーム６８１および６８２は、圧縮されたサクションドラムＭＲ蒸気ストリーム７１０および／または冷却され圧縮されたサクションドラムＭＲストリーム７２０へ流れ得る。
【0073】
[0098]その他は、図１５のＭＲ圧縮器システム６４は、図１３のＭＲ圧縮器システム６０と同じであり、同じように機能する。
[0099]図１３および図１６の熱交換システム８０は、図１３、図１４および図１５（および代替のＭＲ圧縮器システム実施形態）のＭＲ圧縮器システム６０、６２および６４のそれぞれで使用することができる。熱交換システム８０を、ここで、図１６を参照して詳細に論じることとする。
[0099]図１３および図１６の熱交換システム８０は、図１３、図１４および図１５（および代替のＭＲ圧縮器システム実施形態）のＭＲ圧縮器システム６０、６２および６４のそれぞれで使用することができる。熱交換システム８０を、ここで、図１６を参照して詳細に論じることとする。
【0074】
[0100]図１６に例示され、かつ上記されているように、マルチストリーム熱交換器１００は、熱交換器における冷凍ストリームでの熱交換による熱の除去によって、供給原料ストリーム冷却通路１０３中で冷却および／または液化される、高圧天然ガス供給原料ストリーム５などの供給原料流体ストリームを受け入れる。結果として、液体天然ガスなどの生成物流体２０のストリームがもたらされる。
【0075】
[0101]図７の熱交換システム７０の場合のように、熱交換システム８０の供給原料ストリーム冷却通路１０３は、熱交換器１００の高温端で入口を有する前処理供給原料ストリーム冷却通路１０５、および、それを通して生成物２０が出る低温端に生成物出口を有する処理された供給原料ストリーム冷却通路１２０を含む。前処理供給原料ストリーム冷却通路１０５は、供給原料流体出口１０と合流する出口を有し、処理された供給原料ストリーム冷却通路１２０は、供給原料流体入口１５と連通している入口を有する。供給原料流体出口、および入口１０および１５は、外部供給原料処理（図１および図３の１２５）、例えば天然ガス液体回収、凍結成分除去または窒素廃棄などのために提供される。
【0076】
[0102]全般的に図１７の８２で示される熱交換システム代替の実施形態では、供給原料ストリーム冷却通路１０３は、熱交換器１００の高温端と低温端の間を途切れることなく通過する。そうした実施形態は、外部供給原料処理システムが熱交換器１００で熱統合されない場合に用いることができる。
【0077】
[0103]図７の熱交換システム７０の場合のように、熱交換器１００は、熱交換器の低温端で、低温ＭＲ蒸気ストリーム４５５および低温ＭＲ液体ストリーム４７５を受け入れる入口を有する低温冷凍通路１４０を含む、全般的に図１６の１７０で示される冷凍通路を含む。冷凍通路１７０は、また、それを通して冷媒返送ストリーム６１０が熱交換器１００を出る、熱交換器の高温端での冷媒返送ストリーム出口、および対応する通路を介して中温度ＭＲ蒸気ストリーム３５５および中温度ＭＲ液体ストリーム３７５を受け入れるように適合された中温度冷媒入口１５０を有する主冷凍通路１６０も含む。結果として、低温ＭＲ蒸気および液体ストリーム（４５５および４７５）ならびに中温度ＭＲ蒸気および液体ストリーム（３５５および３７５）は、熱交換器内において、中温度冷媒入口１５０で混合される。
【0078】
[0104]中温度冷媒ストリームと低温冷媒ストリームの混合は、概ね、そこでそれらが合流するポイントから、そこから主冷凍通路出口への冷媒フローの方向の下流で、熱交換器中で中温度帯または領域を形成する。
【0079】
[0105]主ＭＲストリーム６１０は、熱交換器１００の主冷凍通路１６０を出、図１３～図１５のいずれかのＭＲ圧縮器システムへ進み、これは、蒸気相または混合相中にある。一例に過ぎないが、図１３および図１４の実施形態では、主ＭＲストリーム６１０は蒸気であってよい。周囲温度が設計より低温になってくると、主ＭＲストリーム６１０は混合相（蒸気および液体）となり、液体は、サクションドラム６００（図１３～図１５の）中で蓄積することになる。より低い温度でプロセスが定常状態になってきた後、主ＭＲストリームは、再度すべて露点で蒸気となる。日中温まってきた場合、サクションドラム６００中の液体は蒸発し、主ＭＲストリームはすべて蒸気となることになる。結果として、その周囲温度が設計より低温になってきた場合、混合相主ＭＲストリームは、過渡状態においてのみ生じる。あるいは、このシステムを、混合相主ＭＲストリーム６１０のために設計することができる。
【0080】
[0106]熱交換器１００はまた、高温端で、図１３～図１５のＭＲ圧縮器システムのいずれかから高圧ＭＲ蒸気ストリーム９５５を受け入れ、高圧ＭＲ蒸気ストリームを冷却して、混合相低温分離器ＭＲ供給原料ストリーム２１０を形成するように適合された高圧蒸気冷却通路１９５も含む。通路１９５は、低温分離器供給原料ストリーム２１０を低温分離器ＭＲ蒸気ストリーム２５５と低温分離器ＭＲ液体ストリーム２７５に分離する、低温蒸気分離器２００と連通している出口を含む。
【0081】
[0107]熱交換器１００は、低温分離器ＭＲ蒸気ストリーム２５５を受け入れるように低温蒸気分離器２００の蒸気出口と連通している入口を有する低温分離器蒸気冷却通路１２７も含む。低温分離器ＭＲ蒸気ストリームは通路１２７中で冷却されて、凝縮した低温ＭＲストリーム４１０を形成し、次いで、膨張装置４１０Ｅでフラッシュされて、膨張した低温ＭＲストリーム４２０を形成し、これは、低温スタンドパイプ４００へ向かう。膨張装置４１０Ｅ（および、本開示で開示されるすべての「膨張装置」での場合におけるような）は、非限定的な例として、ジュールトンプソン弁、タービンまたはオリフィスであってよい。
【0082】
[0108]低温スタンドパイプ４００は、混合相ストリーム４２０を、低温ＭＲ蒸気ストリーム４５５と低温ＭＲ液体ストリーム４７５に分離し、これらは、低温冷媒通路１４０の入口に入る。
【0083】
[0109]低温分離器ＭＲ液体ストリーム２７５は、低温分離器液体冷却通路１２５中で冷却されて、過冷却された低温分離器ＭＲ液体ストリーム３１０を形成する。
[0110]高圧液体冷却通路１９７は、図１３～図１５のＭＲ圧縮器システムのいずれかから高圧ＭＲ液体ストリーム９７５を受け入れる。高圧液体９７５は、好ましくは中間沸騰冷媒液体ストリームである。高圧液体ストリームは高温端に入り、冷却されて、過冷却された高圧ＭＲ液体ストリーム３３０を形成する。冷媒液体ストリーム３１０および３３０の両方は、膨張装置３１０Ｅおよび３３０Ｅによって独立にフラッシュされて、膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０および膨張した高圧ＭＲストリーム３４０を形成する。膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０は、中温度スタンドパイプ３００中で、膨張した高圧ＭＲストリーム３４０と混合されて、中温度ＭＲ蒸気ストリーム３５５および中温度ＭＲ液体ストリーム３７５を形成する。代替の実施形態では、２つのストリーム３１０および３３０は、混合し、次いでフラッシュさせることができる。
[0110]高圧液体冷却通路１９７は、図１３～図１５のＭＲ圧縮器システムのいずれかから高圧ＭＲ液体ストリーム９７５を受け入れる。高圧液体９７５は、好ましくは中間沸騰冷媒液体ストリームである。高圧液体ストリームは高温端に入り、冷却されて、過冷却された高圧ＭＲ液体ストリーム３３０を形成する。冷媒液体ストリーム３１０および３３０の両方は、膨張装置３１０Ｅおよび３３０Ｅによって独立にフラッシュされて、膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０および膨張した高圧ＭＲストリーム３４０を形成する。膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０は、中温度スタンドパイプ３００中で、膨張した高圧ＭＲストリーム３４０と混合されて、中温度ＭＲ蒸気ストリーム３５５および中温度ＭＲ液体ストリーム３７５を形成する。代替の実施形態では、２つのストリーム３１０および３３０は、混合し、次いでフラッシュさせることができる。
【0084】
[0111]中温度ＭＲストリーム３５５および３７５は冷凍通路の中温度冷媒入口１５０へ向かい、そこで、それらは、合流した低温ＭＲ蒸気ストリーム４５５および低温ＭＲ液体ストリーム４７５と混合され、主冷凍通路１６０中で冷凍を提供する。冷媒は、蒸気相または混合相主ＭＲストリームもしくは冷媒返送ストリーム６１０として主冷凍通路１６０を出る。返送ストリーム６１０は、任意選択で、過熱された蒸気冷媒返送ストリームであってよい。
【0085】
[0112]熱交換器１００は、また、上記したように、図１３～図１５のいずれかのＭＲ圧縮器システムの段間分離装置またはドラム８００の液体出口から、好ましくは高沸点冷媒である低圧ＭＲ液体ストリーム８７５を受け入れる低圧液体冷却通路１８７も含む。高沸点ＭＲ液体ストリーム８７５は、低圧液体冷却通路１８７中で冷却されて、過冷却された低圧ＭＲストリームを形成し、これは、熱交換器をストリーム５１０として出る。次いで、過冷却された低圧ＭＲ液体ストリーム５１０は、フラッシュされるか、またはその圧力を膨張装置５１０Ｅで低減させて、膨張した低圧ＭＲストリーム５２０を形成する。例に過ぎないが、ストリーム５１０は２００ｐｓｉｇの圧力および－９０℃（－１３０°Ｆ）の温度を有してよく、ストリーム５２０は、５０ｐｓｉｇの圧力および－９０℃（－１３０°Ｆ）の温度を有し得る。ストリーム５２０は図１６に例示されているように、中温度スタンドパイプ３００へ向かい、そこでこれは、膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０および膨張した高圧ＭＲストリーム３４０と混合される。結果として、高沸点冷媒が、中温度冷媒入口１５０に、したがって主冷凍通路１６０に提供される。
【0086】
[0113]熱交換システムの代替の実施形態は、全般的に図１８の８４で示されており、低温ＭＲ膨張ループの代替の実施形態を提供する。より具体的には、この実施形態では、図１３、図１６および図１７の低温スタンドパイプ４００は除かれている。結果として、低温分離器蒸気冷却通路１２７からの凝縮した低温ＭＲストリーム４１０は、熱交換器の低温端を出、膨張装置４１０Ｅでフラッシュされて低温ＭＲストリーム４６５を形成する。次いで、混合相ストリーム４６５は、低温冷媒通路１４０の入口に入る。熱交換システム８４の残りは、図１６の熱交換器システム８０と同じであり、同じ仕方で稼働する。供給原料ストリーム処理出口、および入口１０および１５（処理システムとのやりとりにつながる）は、図１７の熱交換システム８２に示した仕方で、省くことができる。
【0087】
[0114]全般的に図１９の８６で示される熱交換システムの別の代替実施形態では、図１６～図１８の中温度スタンドパイプ３００は省かれている。結果として、図１９および図２０に例示されているように、冷媒液体ストリーム３１０および３３０の両方は、膨張装置３１０Ｅおよび３３０Ｅを介して独立にフラッシュされて、膨張した低温分離器ＭＲストリーム３２０および膨張した高圧ＭＲストリーム３４０を形成する。これら２つのストリームは、膨張した低圧ＭＲストリーム５２０と混合されて、中温度冷凍通路１３６を通して流れる中温度ＭＲストリーム３６５を形成する。中温度ＭＲストリーム３６５は、通路１３６を介して、冷凍通路の中温度冷媒入口１５０へ向かい、そこで、これは、低温ＭＲストリーム４６５と混合されて、主冷凍通路１６０における冷凍を提供する。熱交換システム８６の残りは、図１８の熱交換器システム８４と同じであり、同じ仕方で稼働する。供給原料ストリーム処理出口、および入口１０および１５（処理システムとのやりとりにつながる）は、図１７の熱交換システム８２に示した仕方で、省くことができる。
【0088】
[0115]図２１に例示されているように、膨張装置３１０Ｅおよび３３０Ｅは、過冷却された低温分離器ＭＲストリーム３１０および過冷却された高圧ＭＲストリーム３３０の通路から省くことができる。この実施形態では、膨張装置３１５Ｅは、ストリーム３１０および３３０の合流部の下流ではあるがストリーム５２０との合流部の上流に配置される。結果として、３１０および３３０の混合ストリームからなるストリーム３３５はフラッシュされ、次いで、ストリーム５２０と混合され、その結果、混合相である中温度ＭＲストリーム３６５が、通路１３６を介して中温度冷媒入口１５０に提供される。
【0089】
[0116]代替の実施形態では、図２０および図２１の膨張装置５１０Ｅは省くことができ、その結果、過冷却された低圧ＭＲストリーム５１０が提供されて（ストリーム５２０の代わりに）、膨張装置３１５Ｅによる膨張後、ストリーム３３５と混合されてストリーム３６５を形成する。
【0090】
[0117]図２２で例示される別の代替実施形態では、ストリーム３３５およびストリーム５１０は、組み合わされた混合および膨張装置１３６Ｅに向かうことができる。装置１３６Ｅは、一例に過ぎないが、複数の入口、および別個の液体および蒸気出口を有することができる。別の例として、その間にストリーム５１０がフィードされる、直列になった２つの液体エキスパンダーを使用することができる。
【0091】
[0118]上記実施形態のそれぞれにおいて、外部処理、前処理、後処理、総合的処理の１つもしくは複数またはその組合せを、独立に、供給原料ストリーム冷却通路と連通させ、供給原料ストリーム、生成物ストリームまたはその両方を処理するように適合させることができる。
【0092】
[0119]例として、図７および図１６を参照して上記したように、熱交換器１００の供給原料ストリーム冷却通路１０３は、交換器１００の高温端で入口を有する前処理供給原料ストリーム冷却通路１０５、および、それを通して生成物２０が出る低温端に生成物出口を有する処理された供給原料ストリーム冷却通路１２０を含む。前処理供給原料ストリーム冷却通路１０５は、供給原料流体出口１０と合流する出口を有し、処理された供給原料ストリーム冷却通路１２０は、供給原料流体入口１５と連通している入口を有する。供給原料流体出口、および入口１０および１５は、外部供給原料処理（図１および図３の１２５）、例えば天然ガス液体回収、凍結成分除去または窒素廃棄などのために提供される。
【0093】
[0120]ＭＲ圧縮器システム５０および熱交換システム７０で使用されるような、外部供給原料処理のためのシステムの例は、全般的に図２３の１２５で示される。図２３に例示されているように、供給原料流体出口１０は、混合相の供給原料流体を重質分ノックアウトドラム１２（または他の分離装置）へ向かわせる。ドラム１２は、供給原料ストリーム連通入口１５と連通している蒸気出口を含み、その結果、分離装置１２からの蒸気は、熱交換器の処理された供給原料ストリーム冷却通路１２０へ進む。分離装置１２は、それを通して液体ストリーム１４が熱交換器１６へ流れる液体出口も含み、その液体ストリーム１４は、ＭＲ圧縮器システム５０の高圧ＭＲ液体ストリーム９７５の分岐によって提供される冷媒ストリーム１８との熱交換によって加熱される。得られる加熱液体１９は、さらなる処理のために、凝縮物除去カラム２１へ流れる。
【0094】
[0121]外部供給原料処理１２５は、図２４に例示されているようなＭＲ圧縮器システム５２および熱交換システム７０、および図２５に例示されているようなＭＲ圧縮器システム６０および熱交換システム８０を含む、上記のＭＲ圧縮器システムおよび熱交換システム実施形態のいずれかと組み合わせることもできる。
【0095】
【0096】
[0123]外部処理、前処理または後処理のそれぞれは、供給原料ストリームから、硫黄、水、ＣＯ２、天然ガス液体（ＮＧＬ）、凍結成分、エタン、オレフィン、Ｃ６炭化水素、Ｃ６＋炭化水素、Ｎ２の１つもしくは複数またはその組合せを除去することの１つまたは複数を独立に含むことができる。
【0097】
[0124]さらに、１つまたは複数の前処理は、供給原料ストリーム冷却通路と連通され、供給原料ストリーム、生成物ストリームまたはその両方を処理するように適合された、脱硫、脱水、ＣＯ２除去、１つまたは複数の天然液体（ＮＧＬ）の除去の１つもしくは複数またはその組合せを独立に含むことができる。
【0098】
[0125]さらに、１つまたは複数の外部処理は、供給原料ストリーム冷却通路と連通され、供給原料ストリーム、生成物ストリームまたはその両方を処理するように適合された、１つもしくは複数の天然液体（ＮＧＬ）の除去、１つもしくは複数の凍結成分の除去、エタンの除去、１つもしくは複数のオレフィンの除去、１つもしくは複数のＣ６炭化水素の除去、１つもしくは複数のＣ６＋炭化水素の除去の１つまたは複数を独立に含むことができる。
【0099】
[0126]上記実施形態のそれぞれには、生成物からのＮ２の除去を含むことができ、供給原料ストリーム冷却通路と連通され、供給原料ストリーム、生成物ストリームまたはその両方を処理するように適合されていてよい、１つまたは複数の後処理が提供されてもよい。
【0100】
[0127]本発明の好ましい実施形態を示し、説明してきたが、その範囲が添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨から逸脱することなく、それに変更および改変を加えることができることは、当業者に明らかであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】