特許 7218181 ２つの遠心圧縮機を含む圧縮列および２つの遠心圧縮機を含むＬＮＧプラント

(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】2023-01-27

(45)【発行日】2023-02-06

(54)【発明の名称】２つの遠心圧縮機を含む圧縮列および２つの遠心圧縮機を含むＬＮＧプラント

(51)【国際特許分類】

   F04D 17/12 20060101AFI20230130BHJP

【ＦＩ】

F04D17/12

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2018563712

(86)(22)【出願日】2017-06-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-06-24

(86)【国際出願番号】 EP2017063790

(87)【国際公開番号】W WO2017211871

(87)【国際公開日】2017-12-14

【審査請求日】2020-05-28

(31)【優先権主張番号】102016000058269

(32)【優先日】2016-06-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】517029381

【氏名又は名称】ヌオーヴォ・ピニォーネ・テクノロジー・ソチエタ・レスポンサビリタ・リミタータ

【氏名又は名称原語表記】Ｎｕｏｖｏ Ｐｉｇｎｏｎｅ Ｔｅｃｎｏｌｏｇｉｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】ペラゴッティ，アントニオ

(72)【発明者】

【氏名】リッツォ，エマニュエレ

(72)【発明者】

【氏名】ベケルッチ，ダビデ

【審査官】田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】特表２００６－５０３２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１８９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０９１４３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／０１５２２４（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開平０９－１１９３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２３４８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５９４９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ １７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン（２１０）と、前記エンジン（２１０）によって駆動される第１の遠心圧縮機（２２０）と、前記エンジン（２１０）によって駆動される第２の遠心圧縮機（２３０）とを備えており、
前記第１の遠心圧縮機（２２０）は、１つのケースの内部に前記第１の遠心圧縮機（２２０）の全てのインペラを収容するように構成され、
前記第２の遠心圧縮機（２３０）は、１つのケースの内部に前記第２の遠心圧縮機（２３０）の全てのインペラを収容するように構成され、
前記第１の遠心圧縮機（２２０）は、４０よりも大きい高分子量のガスの配管に連通した第１の入口を有し、
前記第２の遠心圧縮機（２３０）は、２０～３０の間の低分子量のガスの配管に連通した第２の入口を有し、
前記第２の遠心圧縮機（２３０）は、１０：１よりも高い圧縮比をもたらすように構成された、第１組のインペラ（３１１、３１２）および第２組のインペラ（３２１、３２２、３２３）を備え、
前記第１組のインペラ（３１１、３１２）は、遠心式であり、シュラウドを有さず、
前記第２組のインペラ（３２１、３２２、３２３）は、遠心式であり、シュラウドを有し、
前記シュラウドを有するインペラと前記シュラウドを有さないインペラが交互に配置され、
前記第１組のインペラ（３１１、３１２）と前記第２組のインペラ（３２１、３２２、３２３）の全てのインペラが積み重ねられて一体的に固定されている圧縮列。

【請求項2】

前記高分子量のガスは、プロパンであり、
前記低分子量のガスは、混合冷媒ガスである、請求項１に記載の圧縮列。

【請求項3】

前記エンジン（２１０）は、電気モータ、蒸気タービン、またはガスタービンである、請求項１または２に記載の圧縮列。

【請求項4】

前記エンジン（２１０）は、５０００～９０００ＲＰＭの最大回転速度を有する高速エンジンである、請求項３に記載の圧縮列。

【請求項5】

前記第２の遠心圧縮機（２３０）は、２：１より高い伝達比を有するギアボックス（２５０）を介して前記第１の遠心圧縮機（２２０）に機械的に接続される、請求項１または２に記載の圧縮列。

【請求項6】

前記エンジン（２１０）は、電気モータ、蒸気タービン、またはガスタービンである、請求項５に記載の圧縮列。

【請求項7】

前記エンジン（２１０）は、１５００ＲＰＭの速度で回転する電気エンジン又は３０００又は３６００ＲＰＭで回転するガスタービンである低速エンジンである、請求項５または６に記載の圧縮列。

【請求項8】

前記第２の遠心圧縮機（２３０）に直接的に接続される補助エンジン（２４０）をさらに備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧縮列。

【請求項9】

前記低分子量のガスは、プロパンと、エチレンまたはエタンと、メタンとの混合物である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の圧縮列。

【請求項10】

前記エンジン（２１０）は、航空転用ガスタービンである、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の圧縮列。

【請求項11】

前記第１組のインペラ（３１１、３１２）と前記第２組のインペラ（３２１、３２２、３２３）の全てのインペラが積み重ねられて、継手（３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃ、３４０Ｄ）によって結合し、タイロッド（３３０）によって一体的に固定されている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の圧縮列。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の圧縮列（２００）を備えるＬＮＧプラント（１００）。

【請求項13】

２つの前記圧縮列（２００、３００）を備える請求項１２に記載のＬＮＧプラント（１００）。

【請求項14】

前記第１の遠心圧縮機（２２０、３２０）と、前記第２の遠心圧縮機（２３０、３３０）とは、天然ガスの流れを液化させるべく協働する、請求項１２または１３に記載のＬＮＧプラント（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示される主題の実施形態は、２つの遠心圧縮機を含む圧縮列、および２つの遠心圧縮機を含むＬＮＧ（＝液化天然ガス）プラントに対応する。

【背景技術】

【0002】

図１は、先行技術によるＬＮＧプラント１００、特にＡＰＣＩプロセス、すなわち１つの純冷媒を使用する第１のサイクルおよび１つの混合冷媒を使用する第２のサイクルによる周知の液化技術を実施するプラントの概略図を示している。

【0003】

プラント１００は、第１の共通シャフトを有する遠心圧縮機１３０および遠心圧縮機１６０による第１の圧縮列と、第２の共通シャフトを有する遠心圧縮機１４０および遠心圧縮機１５０による第２の圧縮列とで構成される。圧縮機１３０は、プロパンを圧縮するために使用され、圧縮機１３０の入口１３１が、プロパンの配管に連通し、圧縮機１３０の出口１３２が、圧縮されたプロパンをもたらす。圧縮機１４０、１５０、および１６０は、混合冷媒ガスを圧縮するために使用され、圧縮機１４０の入口１４１が、混合冷媒の配管に連通し、圧縮機１４０の出口１４２が、圧縮機１５０の入口１５１に連通し、圧縮機１５０の出口１５２が、圧縮機１６０の入口１６１に連通し、圧縮機１６０の出口１６２が、圧縮された混合冷媒をもたらす。

【0004】

第１の圧縮列は、第１のエンジン１１０によって駆動され、第２の圧縮列は、第２のエンジン１２０によって駆動される。第１のエンジン１１０および第２のエンジン１２０は、低速エンジンであり、例えば１５００ＲＰＭの速度で回転する電気エンジンや、例えば３０００または３６００ＲＰＭの速度で回転するガスタービンなどであってよい。

【0005】

圧縮機１３０、１４０、１５０、および１６０の各々は、別個のケースの内部に収容される。

【0006】

プロパンのための第１の圧縮設備と、いわゆる「混合冷媒」（すなわち、異なる分子量を有する炭化水素の混合物）のための第２の圧縮設備とが存在するＬＮＧプラントが、国際公開第２００８／０１５２２４号パンフレットから知られている。図２の典型的なプロセスによれば、混合冷媒は、１８．５の圧縮を被る。国際公開第２００８／０１５２２４号パンフレットの優先日において、混合冷媒の圧縮は、典型的には３つの別個のケースの内部の３つの圧縮機によって実行されており、これは、「Ｔｈｅ ４．５ ＭＭＴＢＡ ＬＮＧ Ｔｒａｉｎ－Ａ Ｃｏｓｔ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｄｅｓｉｇｎ」という題名のＰｅｒｅｚによる論文（国際公開第２００８／０１５２２４号パンフレットによって引用されている）の図２および図３に示されている技術的解決策を反映する国際公開第２００８／０１５２２４号パンフレットの技術的解決策にも当てはまり、したがって、国際公開第２００８／０１５２２４号パンフレットの図１および図２におけるブロック１２２が、３つのケース内の３つの圧縮機に対応することに、注意すべきである。さらに、国際公開第２００８／０１５２２４号パンフレットによれば、第１の圧縮設備および第２の圧縮設備は、同じ速度で回転（すなわち、ギアボックスが設けられていない）する一方で、これらの圧縮設備の出力比は、自由に選択可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】国際公開第２０１３／１８２４９２号

【発明の概要】

【0008】

先行技術の技術的解決策と比べて圧縮機ケースの数を減らしたＬＮＧプラントを提供することが望ましいと考えられ、これは、設置面積の観点からも有利である。

【0009】

一般に、ＬＮＧプラントの効率、利用可能性、およびモジュール性を高め、ＬＮＧプラントのＣＡＰＥＸを低減することが有利である。

【0010】

上述の目的および利点は、特にＡＰＣＩプロセスを実施するＬＮＧプラントに当てはまる。

【0011】

本明細書において開示される主題の第１の実施形態は、圧縮列に関する。

【0012】

このような第１の実施形態によれば、圧縮列は、エンジンと、エンジンによって駆動される第１の遠心圧縮機と、エンジンによって駆動される第２の遠心圧縮機とを備え、第１の遠心圧縮機は、１つのケースの内部に収容され、第２の遠心圧縮機は、１つのケースの内部に収容され、第１の遠心圧縮機は、特に４０よりも大きい高分子量のガスの配管に連通した第１の入口を有し、第２の遠心圧縮機は、特に２０～３０の間の低分子量のガスの配管に連通した第２の入口を有し、第２の遠心圧縮機は、１０：１よりも高く、好ましくは１５：１よりも高い圧縮比をもたらすように構成される。

【0013】

本明細書において開示される主題の第２の実施形態は、ＬＮＧプラントに関する。

【0014】

このような第２の実施形態によれば、ＬＮＧプラントは、圧縮列を備え、圧縮列は、エンジンと、エンジンによって駆動される第１の遠心圧縮機と、エンジンによって駆動される第２の遠心圧縮機とを備え、第１の遠心圧縮機は１つのケースの内部に収容され、第２の遠心圧縮機は１つのケースの内部に収容され、第１の遠心圧縮機は、高分子量ガスのライン、特に４０より高いラインに流体的に接続された第１の入口と、第２の遠心圧縮機は、低分子量ガスのライン、特に２０と３０との間に流体的に接続された第２の入口と、第２の遠心圧縮機は、１０：１より高い、好ましくは１５：１より高い圧縮比を提供するように構成される。

【0015】

本明細書に組み込まれ、本明細書の一体の一部分を構成する添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示し、詳細な説明と併せて、これらの実施形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】先行技術によるＬＮＧプラントの概略図を示している。

【図2】圧縮列の実施形態の概略図を示している。

【図3】図２の圧縮列の構成要素であってよい圧縮機の実施形態の概略図を示している。

【図4】ＬＮＧプラントの実施形態の概略図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下の典型的な実施形態の説明は、添付の図面を参照する。

【0018】

以下の説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

【0019】

本明細書の全体を通して、「或る実施形態」または「一実施形態」への言及は、一実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体のさまざまな場所における「或る実施形態において」または「一実施形態において」という表現の出現は、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性を、１つ以上の実施形態において、任意の適切なやり方で組み合わせることが可能である。

【0020】

以下で（その数学的な意味に従って）、用語「組」は、１つ以上のアイテムからなる群を意味する。

【0021】

図２の圧縮列２００は、エンジン２１０と、エンジン２１０によって駆動される第１の遠心（すなわち、遠心流）圧縮機２２０と、エンジン２１０によって駆動される第２の遠心（すなわち、遠心流）圧縮機２３０とを備える。第１の遠心圧縮機２２０は、１つのケースの内部に収容されており、第２の遠心圧縮機２３０は、１つのケースの内部に収容されている。第１の遠心圧縮機２２０は、特に４０よりも大きい高分子量のガスの配管に連通した第１の入口を有し、第２の遠心圧縮機２３０は、特に２０～３０の間の低分子量のガスの配管に連通した第２の入口を有する。したがって、圧縮機２２０によって処理された後に第１の出口２２２にもたらされるガスは、圧縮機２３０によって処理された後に第２の出口２３２にもたらされるガスと、異なる。

【0022】

第２の遠心圧縮機２３０は、高圧縮比の圧縮機であり、特に１０：１よりも高く、好ましくは１５：１よりも高い圧縮比をもたらすように構成される。

【0023】

図２に示した圧縮列と同一または同様の列は、ＡＰＣＩプロセスを実施するために圧縮されたプロパンおよび圧縮された混合冷媒の両方をもたらすように構成される場合に、特に好都合である。この場合、
上述の高分子量のガスは、プロパンであり、
上述の低分子量のガスは、混合冷媒ガスであり、特にプロパンと、エチレンまたはエタンと、メタンとの混合物である。

【0024】

図２の列は、遠心圧縮機を２つだけしか備えていない。

【0025】

図２は、２組の実施形態を示している。第１組によれば、シャフトが１つ存在し、第２の圧縮機２３０が第１の圧縮機２２０に直接機械的に接続される。第２組によれば、２つのシャフトが存在し、第２の圧縮機２３０がギアボックス２５０を介して第１の圧縮機２２０に間接的に機械的に接続される。図２において、ギアボックスは、随意であるため破線で描かれている。

【0026】

以下は、第１組の実施形態に当てはまる。

【0027】

圧縮列は、ただ１つのシャフトを有する。

【0028】

エンジン２１０は、電気モータあるいは蒸気タービンまたはガスタービンであってよく、特に航空転用ガスタービンであってよい。

【0029】

エンジン２１０は、好ましくは５０００～９０００ＲＰＭの範囲内の最大回転速度、より好ましくは６０００～９０００ＲＰＭの範囲内の最大回転速度を有する高速エンジンである。

【0030】

以下は、第２組の実施形態に当てはまる。

【0031】

圧縮列は、２つのシャフトを有する。

【0032】

第２の遠心圧縮機２３０は、好ましくは２：１より高い伝達比を有するギアボックス２５０を介して第１の遠心圧縮機２２０に機械的に接続される。

【0033】

エンジン２１０は、電気モータあるいは蒸気タービンまたはガスタービンであり、特に航空転用ガスタービンである。

【0034】

エンジン２１０は、好ましくは１５００～５０００ＲＰＭの範囲内の最大回転速度、より好ましくは１５００～４０００ＲＰＭの範囲内の最大回転速度を有する低速エンジンである。

【0035】

以下は、両方の組の実施形態に当てはまる。

【0036】

トレインは、図２におけるエンジン２４０などの補助エンジン、好ましくは電気モータを、さらに含むことができる。図２において、エンジン２４０は、例えば第２の圧縮機２３０に直接接続されている。

【0037】

補助エンジンを、トレインの始動時に使用することができ、さらには／あるいは圧縮機によって吸収される出力が特定のしきい値を超えるときに主エンジンを補助するために使用できることに注意すべきであり、そのような補助エンジンは、「ヘルパー」と呼ばれることがある。

【0038】

図３の実施形態によれば、高圧縮比の圧縮機２３０は、高圧縮比の遠心（すなわち、遠心流）圧縮機であり、第１組のインペラ（すなわち、１つ以上のインペラ）と、第１組のインペラの下流または上流（好ましくは、下流）に配置された第２組のインペラ（すなわち、１つ以上のインペラ）とを含む。

【0039】

図３に示されるとおり、第１組は、２つのインペラ３１１および３１２を含むが、１から例えば２０までの任意の数のインペラが適切である。この実施形態によれば、第２組は、３つのインペラ３２１、３２２、および３２３を含むが、１から例えば２０までの任意の数のインペラが適切である。第１組のインペラ３１１および３１２は、遠心式であり、シュラウドを有していない。図３に示されるように、第２組のインペラ３２１、３２２、および３２３は、遠心式であり、シュラウドを有する。第１組および第２組の少なくともインペラ３１１、３１２、３２１、３２２、および３２３は、１つのケース３００の内部に収容される。第１組および第２組のインペラ３１１、３１２、３２１、３２２、および３２３は、機械的な接続によって互いに結合している。

【0040】

別の実施形態によれば、すべてのインペラが、遠心式であり、シュラウドを有する。

【0041】

軸流圧縮段の組は、例えば３つまたは４つなど、２つより多くてよい。

【0042】

１つ以上の補助入口が存在してもよい。

【0043】

１つ以上の補助出口が存在してもよい。

【0044】

好都合には、図３の実施形態のように、前記高圧縮比の遠心圧縮機のインペラの少なくともいくつかが、互いに積み重ねられ、Ｈｉｒｔｈ継手によって機械的に結合させられる。積み重ねられて結合したインペラは、タイロッドによって一体に締め付けられ、このようにして、きわめて安定かつ信頼できる機械的接続が達成される。各々のインペラは、例えばそれぞれの回転軸に貫通孔を有し、タイロッドを通すことができるように構成される。ロータは、インペラが積み重ねられて一体に締め付けられたときに実現される。

【0045】

図３の実施形態においては、２組のすべてのインペラ３１１、３１２、３２１、３２２、３２３が、積み重ねられ、Ｈｉｒｔｈ継手３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃ、３４０Ｄによって結合し、タイロッド３３０によって一体に締め付けられている。

【0046】

圧縮機２３０は、主入口３０１（図２においては２３１と標記されている）、主出口３０２（図２においては２３２と標記されている）、ならびに主入口３０１から主出口３０２への流路に沿った中間位置に位置する少なくとも１つの補助入口および／または少なくとも１つの補助出口を有し、図３は、いくつかの実施形態においては補助入口（上向きの矢印を参照）であり、いくつかの実施形態においては補助出口（下向きの矢印を参照）である１つの中間タップ３０３の一般的な場合を示している。

【0047】

好都合には、図３の実施形態のように、第２組のインペラ（３２１、３２２、および３２３）は、第１組のインペラ（３１１および３１２）の下流にあり、第２組のインペラ（３２１、３２２、および３２３）は、第１組のインペラ（３１１および３１２）よりも小さい直径を有することができる。

【0048】

図３の実施形態によれば、第１組のインペラ（３１１および３１２）のインペラは、シュラウドを有しておらず、第２組のインペラ（３２１、３２２、および３２３）のインペラよりも大きい直径を有する。

【0049】

シュラウドを有さないインペラは、シュラウドがないため、シュラウドを有するインペラよりも速く回転することができ、実際に、インペラが回転すると、シュラウドはシュラウドに作用する遠心力によって外側に引っ張られ、特定の回転速度においてシュラウドがインペラを引き抜く危険性がある。

【0050】

上記で定めた高圧縮比の遠心圧縮機のロータの構成により、圧縮機は、従来の遠心圧縮機よりも高速で回転することができ、したがってより大きい圧縮比を達成することができる。

【0051】

シュラウドを有さないインペラおよびシュラウドを有するインペラが、互いに交互に配置されてもよく、これが、特に１つ以上の補助入口および／または出口が存在する場合に生じることに、注意すべきである。

【0052】

図３に示した遠心圧縮機と同一または同様の遠心圧縮機は、きわめて速く回転することができ、したがって、きわめて高い圧縮比に達することができる。したがって、単一（かつ小型）のケース内の単一の革新的な遠心圧縮機が、別個のケース内の２つまたは３つ以上の従来の遠心圧縮機を置き換えることができる。

【0053】

さらに、インペラの高い回転速度により、高い流量係数を得ることができる。

【0054】

図２に示した圧縮列と同一または同様の列（特に、図３に示した圧縮機と同一または同様の圧縮器を有する）を用いることにより、より小さな空間および／またはより小さな設置面積ならびにより少数の機械で、高いＬＮＧ生産を得ることができる。

【0055】

２つ以上のケースではなく、ただ１つのケースを有することが、多数の観点から有利であることに注意すべきである。
－設置および保守が簡単になる。
－保守の時間が短縮される。
－信頼性が向上する（構成要素が少なく、故障の可能性が少ない）。
－機械の設置面積および重量が低減される。
－ガスの漏れが低減される。
－潤滑油システムの複雑さおよびサイズが低減される。

【0056】

図２に示した圧縮列と同一または同様の列は、主としてＬＮＧプラントにおいて使用されるように設計される。

【0057】

図４が、２つのそのような列を含むＬＮＧプラントの実施形態の概略図を示しており、ギアボックスは、図示されていないが、存在してもよい。

【0058】

このような実施形態において、両方の列は、好都合には同一である。

【0059】

このような実施形態において、両方の列は、ＡＰＣＩプロセスを実施する。

【0060】

このような実施形態において、両方の列は、図３に示した圧縮機と同一または同様の圧縮器を備える。

【0061】

図４に示したプラントなどのプラントは、図１のプラントに実質的に等しい出力を有することができる。いずれにせよ、図１のプラントに対する図４のプラントの利点の１つは、プラントの１つの構成要素が故障した場合に、図１のプラントはＬＮＧを生産することができないが、図４のプラントは定格の生産量の５０％を生産できることである。

【符号の説明】

【0062】

１００ ＬＮＧプラント
１１０ 第１のエンジン
１２０ 第２のエンジン
１２２ ブロック
１３０ 遠心圧縮機
１３１ （遠心圧縮機１３０の）入口
１３２ （遠心圧縮機１３０の）出口
１４０ 遠心圧縮機
１４１ （遠心圧縮機１４０の）入口
１４２ （遠心圧縮機１４０の）出口
１５０ 遠心圧縮機
１５１ （遠心圧縮機１５０の）入口
１５２ （遠心圧縮機１５０の）出口
１６０ 遠心圧縮機
１６１ （遠心圧縮機１６０の）入口
１６２ （遠心圧縮機１６０の）出口
２００ 圧縮列
２１０ エンジン
２２０ 第１の遠心圧縮機
２２２ 第１の出口
２３０ 第２の遠心圧縮機
２３２ 第２の出口
２４０ 補助エンジン
２５０ ギアボックス
３００ ケース
３０１ 主入口
３０２ 主出口
３０３ 中間タップ
３１１ インペラ
３１２ インペラ
３２１ インペラ
３２２ インペラ
３２３ インペラ
３３０ タイロッド
３４０Ａ Ｈｉｒｔｈ継手
３４０Ｂ Ｈｉｒｔｈ継手
３４０Ｃ Ｈｉｒｔｈ継手
３４０Ｄ Ｈｉｒｔｈ継手

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】