冷媒組成の制御
冷媒流の液化した部分（１６４）を汚染物除去カラム（１６２）に還流流として導入し、汚染物富化流（１６７）を汚染物除去カラムの塔底から取り出し、冷媒富化気相流（１６４）を汚染物除去カラムの塔頂から取り出し、そしてその気相流を逆ブレイトンサイクル冷媒装置に戻して導入することによって、汚染物を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置（１１０〜１５０）の冷媒流から除去する。このカラムのリボイラー（２７０）の役割を、この装置によって冷却及び／又は液化されている流体（１６３）によって与えることができ、又は気相の輸送を、冷媒流の一部（５６３）又はその流体（１６３）によってカラムに与えることができる。本発明は、天然ガスの液化への特有の用途を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、逆ブレイトンサイクル冷媒装置での冷媒流からの汚染物の除去に関する。これは、排他的ではないが特に、窒素冷媒流を用いて天然ガスを液化するのに用いられる逆ブレイトンサイクル冷媒装置への適用性を有する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスは、いわゆる逆ブレイトンサイクル（ガスリサイクル又は窒素リサイクルと呼ばれることもある）を用いることによって液化することができ、ここでは等エントロピーで膨張する冷媒を用いて、冷却をもたらす。天然ガス供給物は、冷却に用いる窒素冷媒流よりも通常は高い圧力である。それゆえ、天然ガスは、液化熱交換器内で窒素冷媒回路に漏出する場合がある。例えば、プレートフィン式熱交換器では、仕切板が、天然ガスを冷媒サイクルに漏出させる場合がある。巻コイル式熱交換器では、例えば、チューブが、交換器のシェル部で天然ガス流を冷媒サイクルに漏出させる場合がある。いずれの場合にも、炭化水素、特にメタンは、冷媒回路に蓄積し、これはサイクル効率を低下させる場合がある。冷却膨張器排出部で冷媒を露点付近に維持するように装置の圧力を低下させる必要があるため、サイクル効率は低下するであろう。装置の圧力は、設備に損傷をもたらす場合がある膨張器の排出部で過剰な液体を避けるために、低下させる必要がある。少量のリークでさえ、時間の経過によって蓄積することがある。例えば、冷媒として純粋な窒素を用いる利点の１つは、これが不活性であることであり、不活性冷媒流への炭化水素のリークは、この冷媒を可燃性とする場合がある。
【０００３】
冷媒回路中への炭化水素のリークに対処する１つの方法は、供給ガス圧力を低下させ、そうして冷却回路へのリークを少なくし又は逆流させることを必要としていた。しかし、供給ガス圧力を低下させることは、サイクル効率を低下させていた。例えば、別個の熱交換器で液化及び過冷却を行い、リークが過冷却器で起こる場合、過冷却器に入る液化天然ガス（ＬＮＧ）の圧力を、窒素圧力よりわずかに低い圧力まで低下させることによって、サイクル効率への影響なしにリークを和らげることもできる。
【０００４】
比較的少量のリークに対処する他の１つの方法は、冷媒回路をパージして、そして純粋な窒素の補給を増やすことであった。圧縮機のシール及び他の損失を補うために、少量の補給を通常は必要とする。しかし、パージは、ガス状冷媒の主な成分である窒素を浪費する。パージガスを燃料と組み合わせることもできるが、このようにすることは、燃料の窒素含量を増加させ、それにより空気中に比較的多くの窒素酸化物をもたらすであろう。さらに、この窒素の補給、又は冷却サイクルに窒素を再生する性能は、浮体式用途に限られる場合がある。
【０００５】
他の１つの方法は、天然ガスの液化器の使用を開示しており、ここでは等エントロピー的に膨張するガス状冷媒を用いて冷却を行い、かつ冷媒の一部を液化して、蒸留塔に還流させて、供給物の組成及び液化天然ガス生成物の内容に応じて、液化天然ガス生成物から窒素を除去していた。しかし、窒素を、ガス状冷媒からではなく液化天然ガス生成物から廃棄していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本分野では、パージをすることなく、予定されている修理を行うときの次の停止まで生産を阻害することなく、かつ装置の効率を低下させることなく、リークの可能性の問題に対処する必要性がある。
【０００７】
本発明の態様は、パージをすることなく、修理を行うときの予定された次の停止まで生産を阻害することなく、かつこの装置の効率を低下させることなく、冷却装置中の汚染物を除去する装置及び方法を与えることによって、本分野のこの必要性を満たす。本発明の態様は、冷媒の保有量を制御するための装置及び方法も与える。本発明の方法を、浮体式生産貯蔵積出設備船で行うことができ、本発明の装置をこの船体に取り付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの態様では、本発明は、次の工程を含む、逆ブレイトンサイクル冷媒装置の冷媒流から比較的低い揮発性の汚染物を取り出す方法を与える：
窒素を含有している上記冷媒流の、ガス状の又は液化している部分を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出す工程；
ガス状の場合、上記取り出した部分の少なくとも一部を液化する工程；
上記冷媒流の上記取り出した液化している部分又は上記液化したガス状部分の少なくとも一部を、還流流として汚染物除去カラムに導入する工程；
上記汚染物除去カラムの塔底部から、汚染物が富化した流を取り出す工程；
上記汚染物除去カラムの塔頂部から、冷媒が富化した蒸気流を取り出す工程；及び
上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に上記蒸気流を導入して戻す工程。
【０００９】
好ましくは、冷却装置への供給ガスは天然ガスであり、これは液化及び／又は過冷却され、かつ／又は窒素が冷媒であり、かつ／又は汚染物は、１種以上の炭化水素である。特定の用途では、逆ブレイトンサイクル冷媒装置は、天然ガスを液化及び／又は過冷却し、炭化水素富化流は、そのガスから導かれた汚染物である。
【００１０】
それゆえ、他の１つの態様では、本発明は、天然ガス流を液化する方法を与え、ここではこのガス流は、逆ブレイトンサイクル冷媒装置における冷媒流との間接的熱交換によって液化及び／又は過冷却される。この方法は、次の工程を含む：
上記冷媒流のガス状の又は液化している部分を取り出す工程；
ガス状の場合、上記取り出した部分の少なくとも一部を液化する工程；
上記取り出した液化している部分又は上記液化したガス状部分の少なくとも一部を、還流流として汚染炭化水素除去カラムに導入する工程；
上記汚染物除去カラムの塔底部から、炭化水素が富化した流を取り出す工程；
上記汚染物除去カラムの塔頂部から、冷媒が富化した蒸気流を取り出す工程；及び
上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に上記蒸気流を導入して戻す工程。
【００１１】
適切には、炭化水素富化流を、液化しかつ／又は過冷却した天然ガス流と混合する。
【００１２】
両方の態様に関して、逆ブレイトンサイクル冷媒装置から、冷媒流の一部を、液体かつ／又はガスとして取り出すことができる。
【００１３】
上記取り出した部分が液体である場合、通常はその圧力を低下させた後で、これを還流流として汚染物除去カラムに直接導入することができる。取り出される液体部分は、加温する冷媒流との間接的熱交換で冷却し、そして液化することによって得ることができる。
【００１４】
上記取り出した部分がガス状である場合、通常はその圧力を低下させた後で、その少なくとも一部を液化し、そして還流流として汚染物除去カラムに導入することができる。その液化しているガス状部分の一部を、例えば起動又は再開の間に、逆ブレイトンサイクル冷媒装置に後で戻すために、貯蔵することができる。
【００１５】
汚染物除去カラム用の蒸気の輸送を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出し、そしてカラムの頭底部に導入した部分的に冷却した供給流の一部によって与えることができる。あるいは又はさらに、このカラムのための焚上げ（ｂｏｉｌ ｕｐ）を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置からの部分的に冷却した供給流の一部、又は逆ブレイトンサイクル冷媒装置からの冷媒の一部を、カラムのリボイラーに導入することによって、与えることができる。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様では、汚染物を除去するための方法は、次の工程を含む：窒素を含有している冷媒流の液化している部分を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出す工程；上記冷媒流の上記液化している部分の少なくとも一部を、還流流として汚染物除去カラムに導入する工程；上記汚染物除去カラムの塔底部から、汚染物流を取り出す工程；上記汚染物除去カラムの塔頂部から、窒素が富化した蒸気流を取り出す工程；及び、上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に、上記窒素が富化した蒸気流を戻して導入する工程。
【００１７】
本発明の他の１つの好ましい実施態様では、汚染物を除去するための方法は、次の工程を含む：窒素を含有しているガス状冷媒流の一部を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出す工程；上記ガス状冷媒流の上記取り出した部分を液化する工程；上記液化した冷媒流を、還流流として汚染物除去カラムに導入する工程；上記汚染物除去カラムの塔底部から、汚染物流を取り出す工程；上記汚染物除去カラムの塔頂部から、窒素が富化した蒸気流を取り出す工程；及び、上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に、上記窒素が富化した蒸気流を戻して導入する工程。
【００１８】
本発明の他の１つの態様では、次を含む、汚染物を除去するための装置が与えられる：逆ブレイトンサイクル冷媒装置；汚染物除去カラム；上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置と上記汚染物除去カラムの塔頂部との間を流体に流通させる第一の導管；上記汚染物除去カラムの塔頂部と上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置との間を流体に流通させる第二の導管；及び汚染物除去カラムの塔底部から汚染物の流を、通常は汚染物貯蔵媒体に流れさせるための第三の導管。
【００１９】
好ましくは、汚染物除去カラムは、炭化水素除去カラムである。この装置は、逆ブレイトンサイクル冷媒装置と、液体冷媒貯蔵タンクとの間で、流体を流通させる第四の導管をさらに有することができる。
【００２０】
この装置は、第一の熱交換器、及び上記第一の熱交換器と流通している、ガス状冷媒を冷却するための第二の熱交換器、並びに上記第一の熱交換器及び上記第二の熱交換器と流通している、供給流を冷却するための第三の熱交換器を含むことができる。好ましくは、第三の熱交換器は、巻コイル式液化熱交換器である。この装置は、第四の熱交換器も具備することができ、ここでは第三の熱交換器は液化熱交換器であり、かつ第四の熱交換器は過冷却熱交換器である。
【００２１】
他の１つの態様では、本発明は、天然ガス流を液化する方法を含み、これは次の工程を有する：逆ブレイトンサイクル冷媒装置からの窒素冷媒流の一部を、上記冷媒流との間接的熱交換によって冷却し、そして液化する工程；及び上記窒素冷媒流の上記冷却し、そして液化した部分の少なくとも一部を、貯蔵容器に貯蔵する工程。
【００２２】
その液化して貯蔵した窒素冷媒の少なくとも一部を、抜き出し、そして次から選択される機能を果たすことができる：
上記液化した窒素冷媒の抜き出した部分を気化し、そして上記気化した窒素冷媒をパージガスとして用いること；
上記液体窒素冷媒を供給用運搬手段に搭載すること；及び
液化した窒素冷媒の上記抜き出した部分を気化し、そして上記気化した窒素冷媒を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置に戻して導入して、天然ガス流を液化すること。
【００２３】
好ましい実施態様に関して、天然ガスを液化及び／又は過冷却するのに必要な冷却負荷の少なくとも一部を、窒素を含むガス状冷媒を用いて与える天然ガス液化装置及び天然ガス液化方法が、開示される。ガス状冷媒に存在している過剰な炭化水素を、炭化水素除去カラムで除去することができる。ガス状冷媒の一部を、このカラムに導入することができる。炭化水素を除去した塔頂部からの生成物を、カラムの塔頂部から除去し、冷媒回路に戻すことができる。炭化水素が富化した塔底部の生成物を、カラムの塔底部から取り出すことができる。ガス状冷媒の一部を、少なくとも部分的に液化して、還流物としてカラムの塔頂部に導入することができる。還流物として用いられるそのガス状冷媒の一部を、ガス状冷媒の他の１つの部分との間接的熱交換によって、少なくとも部分的に液化することができる。それゆえ、ガス状冷媒は、還流物及び／又は貯蔵物として用いられるガス状冷媒を冷却し、かつ／又は液化するという点で、補助的な機能を果たすことができる。還流物として用いられるそのガス状冷媒の一部を、等エントロピー膨張によって少なくとも部分的に液化して２相領域にすることができる。
【００２４】
炭化水素が富化した塔底部の生成物を、ＬＮＧ生成物と混合することができる。カラムのための蒸発を、ガス状天然ガスの一部をカラムの塔底部に導入することによって与えることができる。カラムのための蒸発を、カラムの塔底部で液体の一部を気化させるリボイラーにおいて、ガス状天然ガスの一部を濃縮することによって与えることができる。カラムのための蒸発を、リボイラーで液体天然ガスの一部を過冷却することによって与えることができる。カラムのための蒸発を、このリボイラーでガス状冷媒の一部を冷却することによって与えることができる。カラムのための蒸発を、外部の手段によって、例えば水によって、与えることができる。
【００２５】
以下は、例としてのみの記載であり、また本発明の現行の好ましい実施態様についての添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図１Ｂ】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図１Ｃ】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図５】典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に例証するように、天然ガス供給流１００を、液化熱交換器１１４において、加温されるガス状冷媒流１４６との間接熱交換によって、冷却し、液化し、そして過冷却することができる。冷媒流１４６は、例えば窒素流であってよい。生成したこの液化し、過冷却した天然ガス流１０６を、バルブ１０７に通して減圧して、過冷却したＬＮＧ生成物流１０８とすることができる。そして、この回収した過冷却したＬＮＧ生成物流１０８を、例えば、貯蔵し、輸送し、又は他の１つのプロセスで使用することができる。
【００２８】
加温されるガス状冷媒流１４６が液化熱交換器１１４を出た後に得られる流１４８を含む、ガス状の低圧冷媒流１５０を、冷媒圧縮機１１０で圧縮し、高圧冷媒流１１１を生成することができる。そして、高圧冷媒流１１１の少なくとも一部１１２を、液化熱交換器１１４に導入し、そして冷却することができる。部分的に冷却した流１１２の一部１２０を、膨張機１２２で膨張させて、流１２４を生じさせることができる。
【００２９】
その一部１２０を取り出す位置の下流で、流１１２の他の一部１３８を液化熱交換器１１４から取り出すことができ、そして膨張機１４０で膨張させて、流１４２を生じさせることができる。汚染物除去カラム１６２の塔頂部から抜き出した炭化水素を除去した気相生成物の流１６４（例えば、窒素が富化した気相流）を、流１４２と混合することができ、そして混合した流１４６を、液化熱交換器１１４の低温側に導入することができる。汚染物除去カラム１６２は、例えば、炭化水素除去カラムとすることができる。
【００３０】
膨張機１２２からの流１２４を、部分的に加温した流１４６と混合し、流１４８を生じさせることができる。例えば、流１４８を、断続的な窒素補給流１４９と混合して、冷媒を補充して、混合した流１５０を生じさせることができる。そして、混合した流１５０を、冷媒圧縮機１１０の吸引部に導入して、２つの膨張機の逆ブレイトンガス冷却サイクルループを完成させることができる（すなわち、ここでは、ガスは圧縮を経て、実質的に定圧の冷却が続き、そしてその高圧ガスは実質的に等エントロピーの膨張を経て、冷却を与える）。
【００３１】
流１１１の一部である流１５１は、この冷却ループから出るあらゆる窒素損失を表す。実際には、損失は、複数の原因から、又は冷却回路の任意の場所から起こることがある。流１５１は、窒素パージ流を表すこともできる。簡単化のため、窒素補給流１４９及び窒素損失又は窒素パージ流１５１は、次の図２〜５で示さない。しかし、それらの関連する役割を、これらの続く図に適用することができ、適用しない場合もある。
【００３２】
図１Ａは、液化熱交換器１１４内の冷媒供給物が、冷媒回路流１４６に入る汚染物流１０として示されるリークを、どのようにして形成するかを示している。例えば、汚染物流１０は、炭化水素が富化した流となることもできる。
【００３３】
冷媒流の一部１１２を、液化熱交換器１１４で液化して、流１５９を生じさせることができる。流１５９を、バルブ１６０に通して減圧して、液体流１６１を生成することができる。そして、液体流１６１を、汚染物除去カラム１６２の塔頂部に還流物として導入することができる。例えば、汚染物除去カラム１６２は、リーク１０によりガス状冷媒に蓄積されるメタンを除去することができる。初期投入物が炭化水素を含有する場合、汚染物除去カラム１６２は、窒素冷媒を純化することができる。例えば、窒素冷媒の供給源が、窒素除去ユニット（ＮＲＵ）又は窒素ストリッパーカラムである場合、汚染物除去カラム１６２は、冷媒として用いられるガス状窒素を純化するであろう。
【００３４】
この典型的な実施態様では、汚染物除去カラム１６２のみが、汚染物流１０を扱うのに必要な主要装置の追加の部分となることができる。その典型的な実施態様は、汚染物流１０のリークの可能性が生じることに対して、（サイズについて）比較的小さく、かつ低コストの解決法を与える。
【００３５】
全ての典型的な実施態様を、例えば浮体式生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ）船で用いることができる。この典型的な実施態様は、非常に狭い空間を必要とし、かつあらゆる損失に対応するための補給冷媒又は交換冷媒として用いることができる少量の液体窒素の生産及び貯蔵を可能とすることができるがある。
【００３６】
部分的に冷却した天然ガス供給流１００の一部１６３を、液化熱交換器１１４から抜き出し、バルブ１６５に通して減圧させて、流１６６を生じさせ、そして汚染物除去カラム１６２の塔底部に導入して、汚染物除去カラム１６２に気相の輸送を与えることができる。流１６６は、例えば、部分的に気相の流となることができる。流１６３を、天然ガス供給流１００の一部として液化熱交換器１１４の上流から抜き出すこともできる。汚染物質除去カラム１６２からの炭化水素富化液体生成物流１６７を、バルブ１６８に通して減圧させて、流１６９を生じさせることができる。流１６９を、液化過冷却天然ガス流１０８と混合して、混合したＬＮＧ生成物流１０９を生産することができる。
【００３７】
圧縮機のインタークーラーとアフタークーラーは、簡単化のために示さないが、例えば冷媒圧縮機１１０と共に用いることができる。
【００３８】
図１Ｂは、図１Ａに類似した典型的な構成を示しているが、この典型的な実施態様では、液化熱交換器１１４を出る流１５８の一部１８０を、バルブ１８２に通して減圧させることができ、流１８４を生むことができる。そして、流１８４を液体窒素（ＬＩＮ）貯蔵タンク１８６に入れることができる。通常の操業中では、流１８０は存在しない場合があり、又は循環冷媒流１５８の小さな一部のみとなる場合がある。例えば、流１８０を、停止前に増加させて、起動又は再開を含む後の使用のために、冷媒を貯蔵することができる。
【００３９】
液化熱交換器１１４を出た流１５８の一部にすでになっている流１５９を、バルブ１６０に通して、減圧させ、液体流１６１を生成することができる。液体流１６１を、汚染物除去カラム１６２の塔頂部に還流物として導入することができる。
【００４０】
起動又は再開の間、ＬＩＮ流１８８を、ＬＩＮ貯蔵タンク１８６から抜き出し、ポンプ１９０で適切な圧力とし、そして生成物流１９２を、気化器１９４で気化させて流１９６を生むことができる。そして、流１９６を冷媒圧縮機１１０の吸引側に導入することができる。
【００４１】
図１Ｂで示されるように、流１５８及びより広義には冷媒回路は、２つの目的に資することができる。組成を制御する目的で、汚染物除去カラム１６２において還流物として用いられる供給流を与えること、及び冷媒保有量を制御する目的で、ＬＩＮの供給流をＬＩＮ貯蔵タンク１８６に与えることである。
【００４２】
汚染物除去カラム１６２がない場合でも、液体窒素回路（すなわち、冷媒が液化熱交換器１１４で液化される冷媒回路の一部）は、窒素保有量（起動、停止）を制御するために存在させることができる。例えば、液体流１６１を液体窒素（ＬＩＮ）タンクで貯蔵することができる。図１Ｃに示すように、液化熱交換器１１４を出る流１１２の液化した一部である流１８０を、バルブ１８２に通して、減圧させて、１８４を生じさせることができる。そして、流１８４は、ＬＩＮ貯蔵タンク１８６に入ることができる。
【００４３】
ＬＩＮ流１８８を、ＬＩＮ貯蔵タンク１８６から抜き出し、ポンプ１９０で適切な圧力とし、そして生成物流１９２を、気化器１９４で気化させて流１９５を生むことができる。流１９５の一部１９７を、限定しないがパージガス等の様々な目的で用いることができる。それゆえ、この実施態様では、貯蔵した窒素の一部を、冷却ループ以外の目的のために用いることができる。
【００４４】
流１９５の残りの流１９６を、流１４９、１４８と混合して、流１５０を生成して、冷媒圧縮機１１０の吸引側に導入することができる。ＬＩＮ貯蔵タンク１８６を出る流１８５は、ＬＩＮがＬＩＮ貯蔵タンクに十分に高い圧力の下で貯蔵される場合には存在する場合があり又は存在しない場合がある、フラッシュガスの小さな流を表している。
【００４５】
他の１つの実施態様では、ＬＩＮ貯蔵タンク１８６からの液体窒素冷媒を、他の１つの場所に供給するために搭載し、そして輸送することができる。
【００４６】
図２は、図１Ａに類似した典型的な実施態様を示すが、図１Ａの液化熱交換器１１４は、３つの交換器２１４、２３２、２０４に分けられている。ここで、熱交換器２１４、２３２は、ガス状冷媒を冷却するのみであり、主要な巻きコイル式液化熱交換器２０４は、天然ガス供給１００を冷却する。汚染物除去カラム１６２は、比較的良好な純度制御を可能とし、かつ冷媒ループのさらなる汚染の可能性を防ぐリボイラー２７０を具備することもできる。
【００４７】
図２に示されるように、天然ガス供給物流１００を、主要な巻きコイル式液化熱交換器２０４で加温するガス状冷媒流１４６（通常は窒素）を用いて、冷却し、液化し、そして過冷却して、液化して過冷却した天然ガス流１０６を生むことができる。
【００４８】
ガス状の低圧冷媒流１５０を、冷媒圧縮機１１０で圧縮することができ、ここでは生成する高圧冷媒流１１２を、熱交換器２１４で冷却し、流２１６を生成することができる。生成する流２１６を、流１２０及び２３０に分けることができる。流１２０を、膨張機１２２で膨張させて、流１２４を生みながら、流２３０を、熱交換器２３２でさらに冷却して、流２３４を生成することができる。
【００４９】
生成する流２３４を、流２３６及び１３８に分けることができる。流１３８を、膨張機１４０で膨張させて、流１４２を生成することができる。流１４２を、汚染物除去カラム１６２からの流１６４と混合することができ、そして混合した流１４６を、主要な巻きコイル式液化熱交換器２０４の低温側に導入することができる。流２３４の小さな一部である流２３６を、主要な巻きコイル式液化熱交換器２０４で液化して、流１５９を生じさせることができる。
【００５０】
流１２４を、流２２６及び２２８に分けることができる。流２２６を、熱交換器２３２に導入することができ、流２２８を主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４に導入することができる。流２２８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４において、加温した流１４６と混合する。加温して混合した流１４６及び２２８の一部を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４から、流２５４として抜き出して、比較的弱い冷却を必要とする主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の予冷（高温）部を調整することができる。
【００５１】
流２２６を熱交換器２３２で加温して、流２５２を生成することができる。流２５２を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２５４と混合して、混合した流２５６を生成することができる。流２５６を、熱交換器２１４でさらに加温して、流２５８を生むことができる。ガス状冷媒流２４８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の高温側から出る。流２５８を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２４８と混合して、混合した流１５０を形成することができる。そして、流１５０を冷媒圧縮機１１０の吸引部に導入して、逆ブレイトンガス冷却サイクルループを完結することができる。
【００５２】
この実施態様では、汚染物流１０として示されるリークは、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４のシェル側に入る。汚染物流１０は、例えば炭化水素が富化した流となることができる。
【００５３】
この典型的な実施態様では、流１６３をリボイラー熱交換器で液化して、汚染物除去カラム１６２のための蒸発を与える。そして、生成液２７２を流１０６と混合し、混合した流２０６を生むことができる。流２０６を、バルブ２０７に通して減圧させて、ＬＮＧ生成物流２０８を生むことができる。
【００５４】
炭化水素が富化した液体生成物１６７を、汚染物除去カラム１６２から取り出すことができる。これを、バルブ１６８に通して減圧させて、流１６９をもたらすことができる。流１６９を、ＬＮＧ生成物流２０８と混合して、最終ＬＮＧ生成物流２０９を生産することができる。
【００５５】
流１６３を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の上流部から、天然ガス供給流１００の一部として引き出すことができる。しかし、リボイラーのサイズをより小さくしなければならいので、流１６３を天然ガス供給流１００から引き出すことは、熱力学的に効率が比較的低くなるであろう。他の１つの実施態様では、他の１つの外部加熱手段を用いることができ、例えば水を用いることができる。
【００５６】
主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４から生成流１５９を、バルブ１６０に通して減圧して、流１６１を生むことができる。流１６１を、汚染物除去カラム１６２の塔頂部に還流物として導入することができる。例えば、液体流１６１を、ＬＩＮタンクに貯蔵することもできる。
【００５７】
図３は、ガス状冷媒液化回路のない装置を含む典型的な実施態様を示す（すなわち、ここでは少量部の冷媒を、加温する膨張したガス状冷媒との間接的な熱交換により液化する）。膨張器１４０を出る流３４２は、二相の流である。熱交換器の底部は、好ましくはシェル側にガス状冷媒を有する巻きコイル型は、相分離器として機能する。二相流３４２の液体部分３６０は、熱交換器２０４を出て、汚染物除去カラム１６２で還流物として用いられる。例えば、液体流３６０を、ＬＩＮタンクに貯蔵することができる。
【００５８】
図３に示したように、天然ガス供給流１００を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で加温するガス状冷媒流３４２及び１６４（通常は窒素）を用いて、冷却し、液化し、そして過冷却して、液化して過冷却した天然ガス流１０６を生成することができる。この実施態様では、流３４２及び１６４を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で混合することができる。
【００５９】
ガス状の低圧冷媒流１５０を、冷媒圧縮機１１０で圧縮することができ、ここでは生成する高圧冷媒流１１２を、熱交換器２１４で冷却して、流２１６を生成することができる。生成する流２１６を、流１２０及び２３０に分けることができる。流１２０を膨張器１２２で膨張させて、流１２４を生むことができ、流２３０を、熱交換器２３２でさらに冷却して、流２３４をもたらすことができる。流２３４を、膨張器１４０で膨張して、流３４２を二相流として生むことができる。
【００６０】
流１２４を、流２２６及び２２８に分けることができる。流２２６を、熱交換器２３２の高温側に導入することができ、流２２８を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４に導入することができる。流２２８は、加温した流３４２及び１６４と、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で混合する。混合し加温した流３４２、１６４、２２８の一部を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４から流２５４として引き出して、比較的弱い冷却を必要とする主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の予冷（高温）部を調整することができる。
【００６１】
流２２６を、熱交換器２３２で加温して、流２５２を生成することができる。流２５２を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２５４と混合して、混合した流２５６を生成することができる。流２５６を、熱交換器２１４でさらに加温して流２５８を生むことができる。ガス状冷媒流２４８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の高温側を出る。流２５８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２４８と混合して、混合した流１５０を形成することができる。そして、流１５０を、冷媒圧縮機１１０の吸引部に導入して、逆ブレイトンガス冷却サイクルループを完結することができる。
【００６２】
この実施態様では、汚染物流１０として示されるリークが、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４のシェル側に入る。例えば、汚染物流１０は、炭化水素が富化した流となることができる。
【００６３】
この実施態様では、流１６３を、リボイラー熱交換器２７０で液化して、汚染物除去カラム１６２のための蒸発を与えることができる。そして、生成する液体２７２を、流１０６と混合して、混合した流２０６を生むことができる。流２０６を、バルブ２０７に通して減圧して、ＬＮＧ生成物流２０８を生むことができる。
【００６４】
炭化水素が富化した液体生成物１６７を、汚染物除去カラム１６２から取り出して、これをバルブ１６８に通して減圧して、流１６９を生成することができる。流１６９を、ＬＮＧ生成物流２０８と混合して、最終ＬＮＧ生成物流２０９を生むことができる。
【００６５】
また、流１６３を、天然ガス供給流の一部として、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の上流から引き出すことができる。しかし、リボイラーのサイズをより小さくする必要があるため、流１６３を天然ガス供給流から引き出すことは、熱力学的に効率が低くなるであろう。他の１つの実施態様では、他の１つの外部加熱手段、例えば水を用いることができる。
【００６６】
図４は、ガス状冷媒を２つの異なる圧力に膨張させることができ、かつ主要な熱交換器を液化熱交換器部分４０２と過冷却熱交換器部分４０８に分けることができる典型的な装置を示す。
【００６７】
図４に示されるように、天然ガス供給流１００を、加温するガス状冷媒流２２８（典型的には窒素）を用いて液化熱交換器部分４０２で冷却し、そして液化して、流４０４を生むことができる。流４０４を、流４０６及び４６３に分けることができる。流４０６を、過冷却熱交換器４０８で過冷却して、過冷却した天然ガス流１０６を生むことができる。流４６３を、リボイラー熱交換器２７０で液化して、汚染物除去カラム１６２のための蒸発を与えることができる。
【００６８】
また、流４６３を、天然ガス供給流１００の一部として液化熱交換器部分４０２の上流から引き出すことができる。しかし、リボイラーのサイズをより小さくする必要があるので、天然ガス供給流１００を流４６３から引き出すことは、熱力学的に効率が低いであろう。他の１つの実施態様では、他の１つの外部加熱手段、例えば水を用いることができる。
【００６９】
ガス状低圧冷媒流１５０を、冷媒圧縮機１１０で圧縮することができ、ここでこの生成高圧冷媒流１１２を熱交換器２１４で冷却し、流２１６を生成することができる。生成流２１６を、流１２０及び２３０に分けることができる。流１２０を、膨張機１２２で膨張させて、流１２４を生成させ、一方で流２３０を熱交換器２３２でさらに冷却させて流２３４を生成することができる。
【００７０】
そして生成流２３４を、流１３８及び２３６に分けることができる。流１３８を、膨張機１４０で膨張させて、流１４２を生むことができる。この実施態様では、膨張機１４０は、膨張機１２２より低い圧力に排出する。流２３４の小さな一部である流２３６を、過冷却熱交換器４０８で過冷却して、過冷却した流１５９を生むことができる。過冷却した流１５９を、バルブ１６０に通して減圧させて、流１６１をもたらすことができる。そして、流１６１を、還流物として汚染物除去カラム１６２に導入することができる。例えば、液体流１６１を、ＬＩＮタンクに貯蔵することもできる。
【００７１】
流１４２を、汚染物除去カラム１６２からの流１６４と混合することができ、混合した流１４６を、過冷却熱交換器４０８の低温側に導入することができる。そして、生成する加温した流４２６を熱交換器２３２でさらに加温して、流４５６を生むことができる。そして、流４５６を熱交換器２１４でさらに加温して、流４５８を生むことができる。そして、流４５８を冷媒圧縮機４１０で圧縮して、流４４８を生むことができる。
【００７２】
流１２４を、流２２６及び２２８に分けることができる。流２２６を、熱交換器２３２の高温側に導入する一方で、流２２８を液化熱交換器部分４０２に導入することができる。加温した流２２８の一部を、液化熱交換器部分４０２から流２５４として引き出して、比較的弱い冷却を必要とする主要な巻きコイル型液化熱交換器４０２の予冷（高温）部分を調整することができる。
【００７３】
流２２６を、熱交換器２３２で加温して流２５２をもたらすことができる。流２５２を、液化熱交換器４０２からの流２５４と混合して、混合した流２５６をもたらすことができる。流２５６を、熱交換器２１４で加温して、流２５８を生むことができる。ガス状冷媒流２４８は、液化熱交換器部分４０２の高温側を出る。流２５８を、液化熱交換器４０２からの流２４８及び冷媒圧縮機４１０からの流４４８と混合し、流１５０を生むことができる。そして、流１５０を、冷媒圧縮機１１０の吸引部に導入し、逆ブレイトンガス冷却サイクルループを完結させることができる。
【００７４】
この実施態様において、汚染物流１０として示されるリークは、液化熱交換器部分４０２のシェル側に入る。例えば、汚染物流１０は、炭化水素が富化した流となることができる。
【００７５】
流４６３を、リボイラー熱交換器２７０で液化して、汚染物除去カラム１６２のための蒸発を与え、液体流２７２をもたらすことができる。そして、流２７２を流１０６と混合し、混合した流２０６を生じさせることができる。流２０６を、バルブ２０７を通して減圧させて、ＬＮＧ生成物流２０８を生むことができる。
【００７６】
炭化水素が富化した液体生成物１６７を、汚染物除去カラム１６２から取り出すことができ、ここではこれを、バルブ１６８に通して減圧させて流１６９をもたらすことができる。流１６９は、ＬＮＧ生成物流２０８と混合して、最終ＬＮＧ生成物流２０９を生むことができる。
【００７７】
図５は、他の１つの典型的な装置及びプロセスを示す。この実施態様では、汚染物除去カラムのリボイラー２７０は、ガス状冷媒の一部を加熱手段として用いる。
【００７８】
図５に示すように、天然ガス供給流１００を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で加温するガス状冷媒流１４６（通常は窒素）を用いて、冷却し、液化し、そして過冷却し、液化して過冷却した天然ガス流１０６を生成することができる。
【００７９】
ガス状低圧冷媒流１５０を、冷媒圧縮機１１０で圧縮することができ、ここでは生成した高圧冷媒流１１２を熱交換器２１４で冷却し、流２１６をもたらすことができる。生成する流２１６を、流１２０及び２３０に分けることができる。流２３０を、熱交換器２３２でさらに冷却し、流２３４をもたらすことができる。流２３４を、流２３６及び１３８に分けることができる。流２３４の小さな一部である流２３６を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で液化して、流１５９を生むことができる。
【００８０】
流１２０を、流５６３及び５２０に分けることができる。流５６３を、リボイラー熱交換器２７０で液化して、汚染物除去カラム１６２のための蒸発を与えることができる。生成した流５７２を、流１３８と混合して、流５３８を生むことができる。流５３８を、膨張機１４０で膨張させて、流１４２を生むことができる。流１４２を、汚染物除去カラム１６２からの流１６４と混合することができ、混合した流１４６を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の低温部に導入することができる。
【００８１】
流５２０を、膨張機１２２で膨張させて、流１２４をもたらすことができる。流１２４を、流２２６及び２２８に分けることができる。流２２６を、熱交換器２３２に導入することができ、流２２８を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４に導入することができる。流２２８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で、加温した流１４６と混合する。加温して混合した流１４６及び２２８の一部を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４から、流２５４として引き出して、比較的弱い冷却を必要とする主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の予冷（高温）部を調整することができる。
【００８２】
流２２６を、熱交換器２３２で加温して、流２５２をもたらすことができる。流２５２を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２５４と混合して、混合した流２５６をもたらすことができる。流２５６を、熱交換器２１４でさらに加温して、流２５８を生じさせることができる。ガス状冷媒流２４８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の高温側を出る。流２５８を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２４８と混合して、混合した流１５０を形成することができる。そして、流１５０を、冷媒圧縮機１１０の吸引部に導入して、逆ブレイトンガス冷却サイクルループを完結することができる。
【００８３】
汚染物流１０として示されるリークは、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４のシェル側に入る。例えば、汚染物流１０は、炭化水素が富化した流となることができる。
【００８４】
主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流１５９を、バルブ１６０に通して減圧し、流１６１を生むことができる。流１６１を、汚染物除去カラム１６２の塔頂部に還流物として導入することができる。例えば、液体流１６１を、ＬＩＮタンクに貯蔵することもできる。
【００８５】
炭化水素が富化した液体生成物１６７を、汚染物除去カラム１６２から取り出すことができ、これを、バルブ１６８に通して減圧し、流１６９をもたらすことができる。主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流１０６を、バルブ１０７に通して減圧し、ＬＮＧ生成物流１０８を生むことができる。流１６９を、ＬＮＧ生成物流１０８と混合して、最終ＬＮＧ生成物流１０９を生むことができる。
【実施例】
【００８６】
プラントが、年間１５０万ショートトン（米国）（１３５万トン）のＬＮＧを生産する。このプラントは、膨張機が２機の逆ブレイトンサイクルを用いる。このプラントは、ガス状の窒素を冷媒として用いる。天然ガスの冷媒回路へのリークは、１時間当たり９０ｋｇである。天然ガスは、４％の窒素、９１％のメタン及び５％のエタンを含有する。
【００８７】
図２に示すように、リボイラーを有する炭化水素除去カラムを、液化機に追加した。炭化水素除去カラムは、リボイラーに加えて５つの理論段数を含む。約４フィート（１．２ｍ）の充填層高さを、全ての場合に用いた。リボイラーの負荷は、約２９０ＫＷである。表１は、冷媒回路に維持されるメタン濃度の関数とした場合の、基本的な例（Ｂａｓｅ Ｃａｓｅ）（リークなし、純粋な窒素冷媒）と比較した場合のこのプラントの相対的な電力消費、及びＳｕｌｚｅｒ ５００Ｙ充填を用いたおおよその炭化水素除去カラムの直径を示す。
【００８８】
【表１】
【００８９】
表１に示されるように、効率に最小限の影響のみを与える小さな汚染物除去カラムを用いて、メタンを、冷媒流から効果的に除去して、冷媒回路において低いメタン濃度を維持することができる。
【００９０】
本発明の態様を、様々な図の好ましい実施態様に関連して述べてきたが、他の同様の実施態様を用いることができ、又は本発明から離れることなく、本発明と同じ機能を達成するために記載した実施態様に変更及び追加をなすことができると理解される。それゆえ、請求の範囲に係る発明は、あらゆる単一の態様に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲に従って、幅及び範囲をもって解釈されるべきである。
【技術分野】
【０００１】
本願は、逆ブレイトンサイクル冷媒装置での冷媒流からの汚染物の除去に関する。これは、排他的ではないが特に、窒素冷媒流を用いて天然ガスを液化するのに用いられる逆ブレイトンサイクル冷媒装置への適用性を有する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスは、いわゆる逆ブレイトンサイクル（ガスリサイクル又は窒素リサイクルと呼ばれることもある）を用いることによって液化することができ、ここでは等エントロピーで膨張する冷媒を用いて、冷却をもたらす。天然ガス供給物は、冷却に用いる窒素冷媒流よりも通常は高い圧力である。それゆえ、天然ガスは、液化熱交換器内で窒素冷媒回路に漏出する場合がある。例えば、プレートフィン式熱交換器では、仕切板が、天然ガスを冷媒サイクルに漏出させる場合がある。巻コイル式熱交換器では、例えば、チューブが、交換器のシェル部で天然ガス流を冷媒サイクルに漏出させる場合がある。いずれの場合にも、炭化水素、特にメタンは、冷媒回路に蓄積し、これはサイクル効率を低下させる場合がある。冷却膨張器排出部で冷媒を露点付近に維持するように装置の圧力を低下させる必要があるため、サイクル効率は低下するであろう。装置の圧力は、設備に損傷をもたらす場合がある膨張器の排出部で過剰な液体を避けるために、低下させる必要がある。少量のリークでさえ、時間の経過によって蓄積することがある。例えば、冷媒として純粋な窒素を用いる利点の１つは、これが不活性であることであり、不活性冷媒流への炭化水素のリークは、この冷媒を可燃性とする場合がある。
【０００３】
冷媒回路中への炭化水素のリークに対処する１つの方法は、供給ガス圧力を低下させ、そうして冷却回路へのリークを少なくし又は逆流させることを必要としていた。しかし、供給ガス圧力を低下させることは、サイクル効率を低下させていた。例えば、別個の熱交換器で液化及び過冷却を行い、リークが過冷却器で起こる場合、過冷却器に入る液化天然ガス（ＬＮＧ）の圧力を、窒素圧力よりわずかに低い圧力まで低下させることによって、サイクル効率への影響なしにリークを和らげることもできる。
【０００４】
比較的少量のリークに対処する他の１つの方法は、冷媒回路をパージして、そして純粋な窒素の補給を増やすことであった。圧縮機のシール及び他の損失を補うために、少量の補給を通常は必要とする。しかし、パージは、ガス状冷媒の主な成分である窒素を浪費する。パージガスを燃料と組み合わせることもできるが、このようにすることは、燃料の窒素含量を増加させ、それにより空気中に比較的多くの窒素酸化物をもたらすであろう。さらに、この窒素の補給、又は冷却サイクルに窒素を再生する性能は、浮体式用途に限られる場合がある。
【０００５】
他の１つの方法は、天然ガスの液化器の使用を開示しており、ここでは等エントロピー的に膨張するガス状冷媒を用いて冷却を行い、かつ冷媒の一部を液化して、蒸留塔に還流させて、供給物の組成及び液化天然ガス生成物の内容に応じて、液化天然ガス生成物から窒素を除去していた。しかし、窒素を、ガス状冷媒からではなく液化天然ガス生成物から廃棄していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本分野では、パージをすることなく、予定されている修理を行うときの次の停止まで生産を阻害することなく、かつ装置の効率を低下させることなく、リークの可能性の問題に対処する必要性がある。
【０００７】
本発明の態様は、パージをすることなく、修理を行うときの予定された次の停止まで生産を阻害することなく、かつこの装置の効率を低下させることなく、冷却装置中の汚染物を除去する装置及び方法を与えることによって、本分野のこの必要性を満たす。本発明の態様は、冷媒の保有量を制御するための装置及び方法も与える。本発明の方法を、浮体式生産貯蔵積出設備船で行うことができ、本発明の装置をこの船体に取り付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの態様では、本発明は、次の工程を含む、逆ブレイトンサイクル冷媒装置の冷媒流から比較的低い揮発性の汚染物を取り出す方法を与える：
窒素を含有している上記冷媒流の、ガス状の又は液化している部分を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出す工程；
ガス状の場合、上記取り出した部分の少なくとも一部を液化する工程；
上記冷媒流の上記取り出した液化している部分又は上記液化したガス状部分の少なくとも一部を、還流流として汚染物除去カラムに導入する工程；
上記汚染物除去カラムの塔底部から、汚染物が富化した流を取り出す工程；
上記汚染物除去カラムの塔頂部から、冷媒が富化した蒸気流を取り出す工程；及び
上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に上記蒸気流を導入して戻す工程。
【０００９】
好ましくは、冷却装置への供給ガスは天然ガスであり、これは液化及び／又は過冷却され、かつ／又は窒素が冷媒であり、かつ／又は汚染物は、１種以上の炭化水素である。特定の用途では、逆ブレイトンサイクル冷媒装置は、天然ガスを液化及び／又は過冷却し、炭化水素富化流は、そのガスから導かれた汚染物である。
【００１０】
それゆえ、他の１つの態様では、本発明は、天然ガス流を液化する方法を与え、ここではこのガス流は、逆ブレイトンサイクル冷媒装置における冷媒流との間接的熱交換によって液化及び／又は過冷却される。この方法は、次の工程を含む：
上記冷媒流のガス状の又は液化している部分を取り出す工程；
ガス状の場合、上記取り出した部分の少なくとも一部を液化する工程；
上記取り出した液化している部分又は上記液化したガス状部分の少なくとも一部を、還流流として汚染炭化水素除去カラムに導入する工程；
上記汚染物除去カラムの塔底部から、炭化水素が富化した流を取り出す工程；
上記汚染物除去カラムの塔頂部から、冷媒が富化した蒸気流を取り出す工程；及び
上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に上記蒸気流を導入して戻す工程。
【００１１】
適切には、炭化水素富化流を、液化しかつ／又は過冷却した天然ガス流と混合する。
【００１２】
両方の態様に関して、逆ブレイトンサイクル冷媒装置から、冷媒流の一部を、液体かつ／又はガスとして取り出すことができる。
【００１３】
上記取り出した部分が液体である場合、通常はその圧力を低下させた後で、これを還流流として汚染物除去カラムに直接導入することができる。取り出される液体部分は、加温する冷媒流との間接的熱交換で冷却し、そして液化することによって得ることができる。
【００１４】
上記取り出した部分がガス状である場合、通常はその圧力を低下させた後で、その少なくとも一部を液化し、そして還流流として汚染物除去カラムに導入することができる。その液化しているガス状部分の一部を、例えば起動又は再開の間に、逆ブレイトンサイクル冷媒装置に後で戻すために、貯蔵することができる。
【００１５】
汚染物除去カラム用の蒸気の輸送を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出し、そしてカラムの頭底部に導入した部分的に冷却した供給流の一部によって与えることができる。あるいは又はさらに、このカラムのための焚上げ（ｂｏｉｌ ｕｐ）を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置からの部分的に冷却した供給流の一部、又は逆ブレイトンサイクル冷媒装置からの冷媒の一部を、カラムのリボイラーに導入することによって、与えることができる。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様では、汚染物を除去するための方法は、次の工程を含む：窒素を含有している冷媒流の液化している部分を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出す工程；上記冷媒流の上記液化している部分の少なくとも一部を、還流流として汚染物除去カラムに導入する工程；上記汚染物除去カラムの塔底部から、汚染物流を取り出す工程；上記汚染物除去カラムの塔頂部から、窒素が富化した蒸気流を取り出す工程；及び、上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に、上記窒素が富化した蒸気流を戻して導入する工程。
【００１７】
本発明の他の１つの好ましい実施態様では、汚染物を除去するための方法は、次の工程を含む：窒素を含有しているガス状冷媒流の一部を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出す工程；上記ガス状冷媒流の上記取り出した部分を液化する工程；上記液化した冷媒流を、還流流として汚染物除去カラムに導入する工程；上記汚染物除去カラムの塔底部から、汚染物流を取り出す工程；上記汚染物除去カラムの塔頂部から、窒素が富化した蒸気流を取り出す工程；及び、上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に、上記窒素が富化した蒸気流を戻して導入する工程。
【００１８】
本発明の他の１つの態様では、次を含む、汚染物を除去するための装置が与えられる：逆ブレイトンサイクル冷媒装置；汚染物除去カラム；上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置と上記汚染物除去カラムの塔頂部との間を流体に流通させる第一の導管；上記汚染物除去カラムの塔頂部と上記逆ブレイトンサイクル冷媒装置との間を流体に流通させる第二の導管；及び汚染物除去カラムの塔底部から汚染物の流を、通常は汚染物貯蔵媒体に流れさせるための第三の導管。
【００１９】
好ましくは、汚染物除去カラムは、炭化水素除去カラムである。この装置は、逆ブレイトンサイクル冷媒装置と、液体冷媒貯蔵タンクとの間で、流体を流通させる第四の導管をさらに有することができる。
【００２０】
この装置は、第一の熱交換器、及び上記第一の熱交換器と流通している、ガス状冷媒を冷却するための第二の熱交換器、並びに上記第一の熱交換器及び上記第二の熱交換器と流通している、供給流を冷却するための第三の熱交換器を含むことができる。好ましくは、第三の熱交換器は、巻コイル式液化熱交換器である。この装置は、第四の熱交換器も具備することができ、ここでは第三の熱交換器は液化熱交換器であり、かつ第四の熱交換器は過冷却熱交換器である。
【００２１】
他の１つの態様では、本発明は、天然ガス流を液化する方法を含み、これは次の工程を有する：逆ブレイトンサイクル冷媒装置からの窒素冷媒流の一部を、上記冷媒流との間接的熱交換によって冷却し、そして液化する工程；及び上記窒素冷媒流の上記冷却し、そして液化した部分の少なくとも一部を、貯蔵容器に貯蔵する工程。
【００２２】
その液化して貯蔵した窒素冷媒の少なくとも一部を、抜き出し、そして次から選択される機能を果たすことができる：
上記液化した窒素冷媒の抜き出した部分を気化し、そして上記気化した窒素冷媒をパージガスとして用いること；
上記液体窒素冷媒を供給用運搬手段に搭載すること；及び
液化した窒素冷媒の上記抜き出した部分を気化し、そして上記気化した窒素冷媒を、逆ブレイトンサイクル冷媒装置に戻して導入して、天然ガス流を液化すること。
【００２３】
好ましい実施態様に関して、天然ガスを液化及び／又は過冷却するのに必要な冷却負荷の少なくとも一部を、窒素を含むガス状冷媒を用いて与える天然ガス液化装置及び天然ガス液化方法が、開示される。ガス状冷媒に存在している過剰な炭化水素を、炭化水素除去カラムで除去することができる。ガス状冷媒の一部を、このカラムに導入することができる。炭化水素を除去した塔頂部からの生成物を、カラムの塔頂部から除去し、冷媒回路に戻すことができる。炭化水素が富化した塔底部の生成物を、カラムの塔底部から取り出すことができる。ガス状冷媒の一部を、少なくとも部分的に液化して、還流物としてカラムの塔頂部に導入することができる。還流物として用いられるそのガス状冷媒の一部を、ガス状冷媒の他の１つの部分との間接的熱交換によって、少なくとも部分的に液化することができる。それゆえ、ガス状冷媒は、還流物及び／又は貯蔵物として用いられるガス状冷媒を冷却し、かつ／又は液化するという点で、補助的な機能を果たすことができる。還流物として用いられるそのガス状冷媒の一部を、等エントロピー膨張によって少なくとも部分的に液化して２相領域にすることができる。
【００２４】
炭化水素が富化した塔底部の生成物を、ＬＮＧ生成物と混合することができる。カラムのための蒸発を、ガス状天然ガスの一部をカラムの塔底部に導入することによって与えることができる。カラムのための蒸発を、カラムの塔底部で液体の一部を気化させるリボイラーにおいて、ガス状天然ガスの一部を濃縮することによって与えることができる。カラムのための蒸発を、リボイラーで液体天然ガスの一部を過冷却することによって与えることができる。カラムのための蒸発を、このリボイラーでガス状冷媒の一部を冷却することによって与えることができる。カラムのための蒸発を、外部の手段によって、例えば水によって、与えることができる。
【００２５】
以下は、例としてのみの記載であり、また本発明の現行の好ましい実施態様についての添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図１Ｂ】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図１Ｃ】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【図５】典型的な装置及び方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に例証するように、天然ガス供給流１００を、液化熱交換器１１４において、加温されるガス状冷媒流１４６との間接熱交換によって、冷却し、液化し、そして過冷却することができる。冷媒流１４６は、例えば窒素流であってよい。生成したこの液化し、過冷却した天然ガス流１０６を、バルブ１０７に通して減圧して、過冷却したＬＮＧ生成物流１０８とすることができる。そして、この回収した過冷却したＬＮＧ生成物流１０８を、例えば、貯蔵し、輸送し、又は他の１つのプロセスで使用することができる。
【００２８】
加温されるガス状冷媒流１４６が液化熱交換器１１４を出た後に得られる流１４８を含む、ガス状の低圧冷媒流１５０を、冷媒圧縮機１１０で圧縮し、高圧冷媒流１１１を生成することができる。そして、高圧冷媒流１１１の少なくとも一部１１２を、液化熱交換器１１４に導入し、そして冷却することができる。部分的に冷却した流１１２の一部１２０を、膨張機１２２で膨張させて、流１２４を生じさせることができる。
【００２９】
その一部１２０を取り出す位置の下流で、流１１２の他の一部１３８を液化熱交換器１１４から取り出すことができ、そして膨張機１４０で膨張させて、流１４２を生じさせることができる。汚染物除去カラム１６２の塔頂部から抜き出した炭化水素を除去した気相生成物の流１６４（例えば、窒素が富化した気相流）を、流１４２と混合することができ、そして混合した流１４６を、液化熱交換器１１４の低温側に導入することができる。汚染物除去カラム１６２は、例えば、炭化水素除去カラムとすることができる。
【００３０】
膨張機１２２からの流１２４を、部分的に加温した流１４６と混合し、流１４８を生じさせることができる。例えば、流１４８を、断続的な窒素補給流１４９と混合して、冷媒を補充して、混合した流１５０を生じさせることができる。そして、混合した流１５０を、冷媒圧縮機１１０の吸引部に導入して、２つの膨張機の逆ブレイトンガス冷却サイクルループを完成させることができる（すなわち、ここでは、ガスは圧縮を経て、実質的に定圧の冷却が続き、そしてその高圧ガスは実質的に等エントロピーの膨張を経て、冷却を与える）。
【００３１】
流１１１の一部である流１５１は、この冷却ループから出るあらゆる窒素損失を表す。実際には、損失は、複数の原因から、又は冷却回路の任意の場所から起こることがある。流１５１は、窒素パージ流を表すこともできる。簡単化のため、窒素補給流１４９及び窒素損失又は窒素パージ流１５１は、次の図２〜５で示さない。しかし、それらの関連する役割を、これらの続く図に適用することができ、適用しない場合もある。
【００３２】
図１Ａは、液化熱交換器１１４内の冷媒供給物が、冷媒回路流１４６に入る汚染物流１０として示されるリークを、どのようにして形成するかを示している。例えば、汚染物流１０は、炭化水素が富化した流となることもできる。
【００３３】
冷媒流の一部１１２を、液化熱交換器１１４で液化して、流１５９を生じさせることができる。流１５９を、バルブ１６０に通して減圧して、液体流１６１を生成することができる。そして、液体流１６１を、汚染物除去カラム１６２の塔頂部に還流物として導入することができる。例えば、汚染物除去カラム１６２は、リーク１０によりガス状冷媒に蓄積されるメタンを除去することができる。初期投入物が炭化水素を含有する場合、汚染物除去カラム１６２は、窒素冷媒を純化することができる。例えば、窒素冷媒の供給源が、窒素除去ユニット（ＮＲＵ）又は窒素ストリッパーカラムである場合、汚染物除去カラム１６２は、冷媒として用いられるガス状窒素を純化するであろう。
【００３４】
この典型的な実施態様では、汚染物除去カラム１６２のみが、汚染物流１０を扱うのに必要な主要装置の追加の部分となることができる。その典型的な実施態様は、汚染物流１０のリークの可能性が生じることに対して、（サイズについて）比較的小さく、かつ低コストの解決法を与える。
【００３５】
全ての典型的な実施態様を、例えば浮体式生産貯蔵積出設備（ＦＰＳＯ）船で用いることができる。この典型的な実施態様は、非常に狭い空間を必要とし、かつあらゆる損失に対応するための補給冷媒又は交換冷媒として用いることができる少量の液体窒素の生産及び貯蔵を可能とすることができるがある。
【００３６】
部分的に冷却した天然ガス供給流１００の一部１６３を、液化熱交換器１１４から抜き出し、バルブ１６５に通して減圧させて、流１６６を生じさせ、そして汚染物除去カラム１６２の塔底部に導入して、汚染物除去カラム１６２に気相の輸送を与えることができる。流１６６は、例えば、部分的に気相の流となることができる。流１６３を、天然ガス供給流１００の一部として液化熱交換器１１４の上流から抜き出すこともできる。汚染物質除去カラム１６２からの炭化水素富化液体生成物流１６７を、バルブ１６８に通して減圧させて、流１６９を生じさせることができる。流１６９を、液化過冷却天然ガス流１０８と混合して、混合したＬＮＧ生成物流１０９を生産することができる。
【００３７】
圧縮機のインタークーラーとアフタークーラーは、簡単化のために示さないが、例えば冷媒圧縮機１１０と共に用いることができる。
【００３８】
図１Ｂは、図１Ａに類似した典型的な構成を示しているが、この典型的な実施態様では、液化熱交換器１１４を出る流１５８の一部１８０を、バルブ１８２に通して減圧させることができ、流１８４を生むことができる。そして、流１８４を液体窒素（ＬＩＮ）貯蔵タンク１８６に入れることができる。通常の操業中では、流１８０は存在しない場合があり、又は循環冷媒流１５８の小さな一部のみとなる場合がある。例えば、流１８０を、停止前に増加させて、起動又は再開を含む後の使用のために、冷媒を貯蔵することができる。
【００３９】
液化熱交換器１１４を出た流１５８の一部にすでになっている流１５９を、バルブ１６０に通して、減圧させ、液体流１６１を生成することができる。液体流１６１を、汚染物除去カラム１６２の塔頂部に還流物として導入することができる。
【００４０】
起動又は再開の間、ＬＩＮ流１８８を、ＬＩＮ貯蔵タンク１８６から抜き出し、ポンプ１９０で適切な圧力とし、そして生成物流１９２を、気化器１９４で気化させて流１９６を生むことができる。そして、流１９６を冷媒圧縮機１１０の吸引側に導入することができる。
【００４１】
図１Ｂで示されるように、流１５８及びより広義には冷媒回路は、２つの目的に資することができる。組成を制御する目的で、汚染物除去カラム１６２において還流物として用いられる供給流を与えること、及び冷媒保有量を制御する目的で、ＬＩＮの供給流をＬＩＮ貯蔵タンク１８６に与えることである。
【００４２】
汚染物除去カラム１６２がない場合でも、液体窒素回路（すなわち、冷媒が液化熱交換器１１４で液化される冷媒回路の一部）は、窒素保有量（起動、停止）を制御するために存在させることができる。例えば、液体流１６１を液体窒素（ＬＩＮ）タンクで貯蔵することができる。図１Ｃに示すように、液化熱交換器１１４を出る流１１２の液化した一部である流１８０を、バルブ１８２に通して、減圧させて、１８４を生じさせることができる。そして、流１８４は、ＬＩＮ貯蔵タンク１８６に入ることができる。
【００４３】
ＬＩＮ流１８８を、ＬＩＮ貯蔵タンク１８６から抜き出し、ポンプ１９０で適切な圧力とし、そして生成物流１９２を、気化器１９４で気化させて流１９５を生むことができる。流１９５の一部１９７を、限定しないがパージガス等の様々な目的で用いることができる。それゆえ、この実施態様では、貯蔵した窒素の一部を、冷却ループ以外の目的のために用いることができる。
【００４４】
流１９５の残りの流１９６を、流１４９、１４８と混合して、流１５０を生成して、冷媒圧縮機１１０の吸引側に導入することができる。ＬＩＮ貯蔵タンク１８６を出る流１８５は、ＬＩＮがＬＩＮ貯蔵タンクに十分に高い圧力の下で貯蔵される場合には存在する場合があり又は存在しない場合がある、フラッシュガスの小さな流を表している。
【００４５】
他の１つの実施態様では、ＬＩＮ貯蔵タンク１８６からの液体窒素冷媒を、他の１つの場所に供給するために搭載し、そして輸送することができる。
【００４６】
図２は、図１Ａに類似した典型的な実施態様を示すが、図１Ａの液化熱交換器１１４は、３つの交換器２１４、２３２、２０４に分けられている。ここで、熱交換器２１４、２３２は、ガス状冷媒を冷却するのみであり、主要な巻きコイル式液化熱交換器２０４は、天然ガス供給１００を冷却する。汚染物除去カラム１６２は、比較的良好な純度制御を可能とし、かつ冷媒ループのさらなる汚染の可能性を防ぐリボイラー２７０を具備することもできる。
【００４７】
図２に示されるように、天然ガス供給物流１００を、主要な巻きコイル式液化熱交換器２０４で加温するガス状冷媒流１４６（通常は窒素）を用いて、冷却し、液化し、そして過冷却して、液化して過冷却した天然ガス流１０６を生むことができる。
【００４８】
ガス状の低圧冷媒流１５０を、冷媒圧縮機１１０で圧縮することができ、ここでは生成する高圧冷媒流１１２を、熱交換器２１４で冷却し、流２１６を生成することができる。生成する流２１６を、流１２０及び２３０に分けることができる。流１２０を、膨張機１２２で膨張させて、流１２４を生みながら、流２３０を、熱交換器２３２でさらに冷却して、流２３４を生成することができる。
【００４９】
生成する流２３４を、流２３６及び１３８に分けることができる。流１３８を、膨張機１４０で膨張させて、流１４２を生成することができる。流１４２を、汚染物除去カラム１６２からの流１６４と混合することができ、そして混合した流１４６を、主要な巻きコイル式液化熱交換器２０４の低温側に導入することができる。流２３４の小さな一部である流２３６を、主要な巻きコイル式液化熱交換器２０４で液化して、流１５９を生じさせることができる。
【００５０】
流１２４を、流２２６及び２２８に分けることができる。流２２６を、熱交換器２３２に導入することができ、流２２８を主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４に導入することができる。流２２８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４において、加温した流１４６と混合する。加温して混合した流１４６及び２２８の一部を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４から、流２５４として抜き出して、比較的弱い冷却を必要とする主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の予冷（高温）部を調整することができる。
【００５１】
流２２６を熱交換器２３２で加温して、流２５２を生成することができる。流２５２を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２５４と混合して、混合した流２５６を生成することができる。流２５６を、熱交換器２１４でさらに加温して、流２５８を生むことができる。ガス状冷媒流２４８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の高温側から出る。流２５８を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２４８と混合して、混合した流１５０を形成することができる。そして、流１５０を冷媒圧縮機１１０の吸引部に導入して、逆ブレイトンガス冷却サイクルループを完結することができる。
【００５２】
この実施態様では、汚染物流１０として示されるリークは、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４のシェル側に入る。汚染物流１０は、例えば炭化水素が富化した流となることができる。
【００５３】
この典型的な実施態様では、流１６３をリボイラー熱交換器で液化して、汚染物除去カラム１６２のための蒸発を与える。そして、生成液２７２を流１０６と混合し、混合した流２０６を生むことができる。流２０６を、バルブ２０７に通して減圧させて、ＬＮＧ生成物流２０８を生むことができる。
【００５４】
炭化水素が富化した液体生成物１６７を、汚染物除去カラム１６２から取り出すことができる。これを、バルブ１６８に通して減圧させて、流１６９をもたらすことができる。流１６９を、ＬＮＧ生成物流２０８と混合して、最終ＬＮＧ生成物流２０９を生産することができる。
【００５５】
流１６３を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の上流部から、天然ガス供給流１００の一部として引き出すことができる。しかし、リボイラーのサイズをより小さくしなければならいので、流１６３を天然ガス供給流１００から引き出すことは、熱力学的に効率が比較的低くなるであろう。他の１つの実施態様では、他の１つの外部加熱手段を用いることができ、例えば水を用いることができる。
【００５６】
主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４から生成流１５９を、バルブ１６０に通して減圧して、流１６１を生むことができる。流１６１を、汚染物除去カラム１６２の塔頂部に還流物として導入することができる。例えば、液体流１６１を、ＬＩＮタンクに貯蔵することもできる。
【００５７】
図３は、ガス状冷媒液化回路のない装置を含む典型的な実施態様を示す（すなわち、ここでは少量部の冷媒を、加温する膨張したガス状冷媒との間接的な熱交換により液化する）。膨張器１４０を出る流３４２は、二相の流である。熱交換器の底部は、好ましくはシェル側にガス状冷媒を有する巻きコイル型は、相分離器として機能する。二相流３４２の液体部分３６０は、熱交換器２０４を出て、汚染物除去カラム１６２で還流物として用いられる。例えば、液体流３６０を、ＬＩＮタンクに貯蔵することができる。
【００５８】
図３に示したように、天然ガス供給流１００を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で加温するガス状冷媒流３４２及び１６４（通常は窒素）を用いて、冷却し、液化し、そして過冷却して、液化して過冷却した天然ガス流１０６を生成することができる。この実施態様では、流３４２及び１６４を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で混合することができる。
【００５９】
ガス状の低圧冷媒流１５０を、冷媒圧縮機１１０で圧縮することができ、ここでは生成する高圧冷媒流１１２を、熱交換器２１４で冷却して、流２１６を生成することができる。生成する流２１６を、流１２０及び２３０に分けることができる。流１２０を膨張器１２２で膨張させて、流１２４を生むことができ、流２３０を、熱交換器２３２でさらに冷却して、流２３４をもたらすことができる。流２３４を、膨張器１４０で膨張して、流３４２を二相流として生むことができる。
【００６０】
流１２４を、流２２６及び２２８に分けることができる。流２２６を、熱交換器２３２の高温側に導入することができ、流２２８を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４に導入することができる。流２２８は、加温した流３４２及び１６４と、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で混合する。混合し加温した流３４２、１６４、２２８の一部を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４から流２５４として引き出して、比較的弱い冷却を必要とする主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の予冷（高温）部を調整することができる。
【００６１】
流２２６を、熱交換器２３２で加温して、流２５２を生成することができる。流２５２を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２５４と混合して、混合した流２５６を生成することができる。流２５６を、熱交換器２１４でさらに加温して流２５８を生むことができる。ガス状冷媒流２４８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の高温側を出る。流２５８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２４８と混合して、混合した流１５０を形成することができる。そして、流１５０を、冷媒圧縮機１１０の吸引部に導入して、逆ブレイトンガス冷却サイクルループを完結することができる。
【００６２】
この実施態様では、汚染物流１０として示されるリークが、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４のシェル側に入る。例えば、汚染物流１０は、炭化水素が富化した流となることができる。
【００６３】
この実施態様では、流１６３を、リボイラー熱交換器２７０で液化して、汚染物除去カラム１６２のための蒸発を与えることができる。そして、生成する液体２７２を、流１０６と混合して、混合した流２０６を生むことができる。流２０６を、バルブ２０７に通して減圧して、ＬＮＧ生成物流２０８を生むことができる。
【００６４】
炭化水素が富化した液体生成物１６７を、汚染物除去カラム１６２から取り出して、これをバルブ１６８に通して減圧して、流１６９を生成することができる。流１６９を、ＬＮＧ生成物流２０８と混合して、最終ＬＮＧ生成物流２０９を生むことができる。
【００６５】
また、流１６３を、天然ガス供給流の一部として、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の上流から引き出すことができる。しかし、リボイラーのサイズをより小さくする必要があるため、流１６３を天然ガス供給流から引き出すことは、熱力学的に効率が低くなるであろう。他の１つの実施態様では、他の１つの外部加熱手段、例えば水を用いることができる。
【００６６】
図４は、ガス状冷媒を２つの異なる圧力に膨張させることができ、かつ主要な熱交換器を液化熱交換器部分４０２と過冷却熱交換器部分４０８に分けることができる典型的な装置を示す。
【００６７】
図４に示されるように、天然ガス供給流１００を、加温するガス状冷媒流２２８（典型的には窒素）を用いて液化熱交換器部分４０２で冷却し、そして液化して、流４０４を生むことができる。流４０４を、流４０６及び４６３に分けることができる。流４０６を、過冷却熱交換器４０８で過冷却して、過冷却した天然ガス流１０６を生むことができる。流４６３を、リボイラー熱交換器２７０で液化して、汚染物除去カラム１６２のための蒸発を与えることができる。
【００６８】
また、流４６３を、天然ガス供給流１００の一部として液化熱交換器部分４０２の上流から引き出すことができる。しかし、リボイラーのサイズをより小さくする必要があるので、天然ガス供給流１００を流４６３から引き出すことは、熱力学的に効率が低いであろう。他の１つの実施態様では、他の１つの外部加熱手段、例えば水を用いることができる。
【００６９】
ガス状低圧冷媒流１５０を、冷媒圧縮機１１０で圧縮することができ、ここでこの生成高圧冷媒流１１２を熱交換器２１４で冷却し、流２１６を生成することができる。生成流２１６を、流１２０及び２３０に分けることができる。流１２０を、膨張機１２２で膨張させて、流１２４を生成させ、一方で流２３０を熱交換器２３２でさらに冷却させて流２３４を生成することができる。
【００７０】
そして生成流２３４を、流１３８及び２３６に分けることができる。流１３８を、膨張機１４０で膨張させて、流１４２を生むことができる。この実施態様では、膨張機１４０は、膨張機１２２より低い圧力に排出する。流２３４の小さな一部である流２３６を、過冷却熱交換器４０８で過冷却して、過冷却した流１５９を生むことができる。過冷却した流１５９を、バルブ１６０に通して減圧させて、流１６１をもたらすことができる。そして、流１６１を、還流物として汚染物除去カラム１６２に導入することができる。例えば、液体流１６１を、ＬＩＮタンクに貯蔵することもできる。
【００７１】
流１４２を、汚染物除去カラム１６２からの流１６４と混合することができ、混合した流１４６を、過冷却熱交換器４０８の低温側に導入することができる。そして、生成する加温した流４２６を熱交換器２３２でさらに加温して、流４５６を生むことができる。そして、流４５６を熱交換器２１４でさらに加温して、流４５８を生むことができる。そして、流４５８を冷媒圧縮機４１０で圧縮して、流４４８を生むことができる。
【００７２】
流１２４を、流２２６及び２２８に分けることができる。流２２６を、熱交換器２３２の高温側に導入する一方で、流２２８を液化熱交換器部分４０２に導入することができる。加温した流２２８の一部を、液化熱交換器部分４０２から流２５４として引き出して、比較的弱い冷却を必要とする主要な巻きコイル型液化熱交換器４０２の予冷（高温）部分を調整することができる。
【００７３】
流２２６を、熱交換器２３２で加温して流２５２をもたらすことができる。流２５２を、液化熱交換器４０２からの流２５４と混合して、混合した流２５６をもたらすことができる。流２５６を、熱交換器２１４で加温して、流２５８を生むことができる。ガス状冷媒流２４８は、液化熱交換器部分４０２の高温側を出る。流２５８を、液化熱交換器４０２からの流２４８及び冷媒圧縮機４１０からの流４４８と混合し、流１５０を生むことができる。そして、流１５０を、冷媒圧縮機１１０の吸引部に導入し、逆ブレイトンガス冷却サイクルループを完結させることができる。
【００７４】
この実施態様において、汚染物流１０として示されるリークは、液化熱交換器部分４０２のシェル側に入る。例えば、汚染物流１０は、炭化水素が富化した流となることができる。
【００７５】
流４６３を、リボイラー熱交換器２７０で液化して、汚染物除去カラム１６２のための蒸発を与え、液体流２７２をもたらすことができる。そして、流２７２を流１０６と混合し、混合した流２０６を生じさせることができる。流２０６を、バルブ２０７を通して減圧させて、ＬＮＧ生成物流２０８を生むことができる。
【００７６】
炭化水素が富化した液体生成物１６７を、汚染物除去カラム１６２から取り出すことができ、ここではこれを、バルブ１６８に通して減圧させて流１６９をもたらすことができる。流１６９は、ＬＮＧ生成物流２０８と混合して、最終ＬＮＧ生成物流２０９を生むことができる。
【００７７】
図５は、他の１つの典型的な装置及びプロセスを示す。この実施態様では、汚染物除去カラムのリボイラー２７０は、ガス状冷媒の一部を加熱手段として用いる。
【００７８】
図５に示すように、天然ガス供給流１００を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で加温するガス状冷媒流１４６（通常は窒素）を用いて、冷却し、液化し、そして過冷却し、液化して過冷却した天然ガス流１０６を生成することができる。
【００７９】
ガス状低圧冷媒流１５０を、冷媒圧縮機１１０で圧縮することができ、ここでは生成した高圧冷媒流１１２を熱交換器２１４で冷却し、流２１６をもたらすことができる。生成する流２１６を、流１２０及び２３０に分けることができる。流２３０を、熱交換器２３２でさらに冷却し、流２３４をもたらすことができる。流２３４を、流２３６及び１３８に分けることができる。流２３４の小さな一部である流２３６を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で液化して、流１５９を生むことができる。
【００８０】
流１２０を、流５６３及び５２０に分けることができる。流５６３を、リボイラー熱交換器２７０で液化して、汚染物除去カラム１６２のための蒸発を与えることができる。生成した流５７２を、流１３８と混合して、流５３８を生むことができる。流５３８を、膨張機１４０で膨張させて、流１４２を生むことができる。流１４２を、汚染物除去カラム１６２からの流１６４と混合することができ、混合した流１４６を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の低温部に導入することができる。
【００８１】
流５２０を、膨張機１２２で膨張させて、流１２４をもたらすことができる。流１２４を、流２２６及び２２８に分けることができる。流２２６を、熱交換器２３２に導入することができ、流２２８を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４に導入することができる。流２２８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４で、加温した流１４６と混合する。加温して混合した流１４６及び２２８の一部を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４から、流２５４として引き出して、比較的弱い冷却を必要とする主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の予冷（高温）部を調整することができる。
【００８２】
流２２６を、熱交換器２３２で加温して、流２５２をもたらすことができる。流２５２を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２５４と混合して、混合した流２５６をもたらすことができる。流２５６を、熱交換器２１４でさらに加温して、流２５８を生じさせることができる。ガス状冷媒流２４８は、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４の高温側を出る。流２５８を、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流２４８と混合して、混合した流１５０を形成することができる。そして、流１５０を、冷媒圧縮機１１０の吸引部に導入して、逆ブレイトンガス冷却サイクルループを完結することができる。
【００８３】
汚染物流１０として示されるリークは、主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４のシェル側に入る。例えば、汚染物流１０は、炭化水素が富化した流となることができる。
【００８４】
主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流１５９を、バルブ１６０に通して減圧し、流１６１を生むことができる。流１６１を、汚染物除去カラム１６２の塔頂部に還流物として導入することができる。例えば、液体流１６１を、ＬＩＮタンクに貯蔵することもできる。
【００８５】
炭化水素が富化した液体生成物１６７を、汚染物除去カラム１６２から取り出すことができ、これを、バルブ１６８に通して減圧し、流１６９をもたらすことができる。主要な巻きコイル型液化熱交換器２０４からの流１０６を、バルブ１０７に通して減圧し、ＬＮＧ生成物流１０８を生むことができる。流１６９を、ＬＮＧ生成物流１０８と混合して、最終ＬＮＧ生成物流１０９を生むことができる。
【実施例】
【００８６】
プラントが、年間１５０万ショートトン（米国）（１３５万トン）のＬＮＧを生産する。このプラントは、膨張機が２機の逆ブレイトンサイクルを用いる。このプラントは、ガス状の窒素を冷媒として用いる。天然ガスの冷媒回路へのリークは、１時間当たり９０ｋｇである。天然ガスは、４％の窒素、９１％のメタン及び５％のエタンを含有する。
【００８７】
図２に示すように、リボイラーを有する炭化水素除去カラムを、液化機に追加した。炭化水素除去カラムは、リボイラーに加えて５つの理論段数を含む。約４フィート（１．２ｍ）の充填層高さを、全ての場合に用いた。リボイラーの負荷は、約２９０ＫＷである。表１は、冷媒回路に維持されるメタン濃度の関数とした場合の、基本的な例（Ｂａｓｅ Ｃａｓｅ）（リークなし、純粋な窒素冷媒）と比較した場合のこのプラントの相対的な電力消費、及びＳｕｌｚｅｒ ５００Ｙ充填を用いたおおよその炭化水素除去カラムの直径を示す。
【００８８】
【表１】
【００８９】
表１に示されるように、効率に最小限の影響のみを与える小さな汚染物除去カラムを用いて、メタンを、冷媒流から効果的に除去して、冷媒回路において低いメタン濃度を維持することができる。
【００９０】
本発明の態様を、様々な図の好ましい実施態様に関連して述べてきたが、他の同様の実施態様を用いることができ、又は本発明から離れることなく、本発明と同じ機能を達成するために記載した実施態様に変更及び追加をなすことができると理解される。それゆえ、請求の範囲に係る発明は、あらゆる単一の態様に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲に従って、幅及び範囲をもって解釈されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の工程を含む、逆ブレイトンサイクル冷媒装置の冷媒流から比較的揮発性の低い汚染物を除去する方法：
前記冷媒流のガス状部分、又は前記冷媒流の液化部分を取り出す工程；
ガス状部分の場合、前記取り出した部分の少なくとも一部を液化する工程；
前記取り出した液化部分の少なくとも一部、又は前記液化したガス状部分の少なくとも一部を、汚染物除去カラムに還流流として導入する工程；
前記汚染物除去カラムの塔底部から汚染物が富化した流を取り出す工程；
前記汚染物除去カラムの塔頂部から冷媒が富化した気相流を取り出す工程；及び
前記気相流を、前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に戻して導入する工程。
【請求項２】
次の工程を含む、逆ブレイトンサイクル冷媒装置の冷媒流との間接的熱交換によって、天然ガス流を液化及び／又は過冷却する方法：
前記冷媒流のガス状部分、又は前記冷媒流の液化部分を取り出す工程；
ガス状部分の場合、前記取り出した部分の少なくとも一部を液化する工程；
前記取り出した液化部分の少なくとも一部、又は前記液化したガス状部分の少なくとも一部を、汚染炭化水素除去カラムに還流流として導入する工程；
前記汚染物除去カラムの塔底部から炭化水素が富化した流を取り出す工程；
前記汚染物除去カラムの塔頂部から冷媒が富化した気相流を取り出す工程；及び
前記気相流を、前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に戻して導入する工程。
【請求項３】
逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出した冷媒流の前記部分が液体であり、かつその少なくとも一部を、前記汚染物除去カラムに還流流として導入する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記冷媒流の前記取り出した液化部分を、加温される冷媒流との間接的熱交換によって冷却し、そして液化する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出した冷媒流の前記部分がガス状であり、かつその少なくとも一部を、液化し、そして前記汚染物除去カラムに還流流として導入する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に後で戻すために、前記冷媒流の前記液化したガス状部分を貯蔵する工程をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記冷媒流が、窒素を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記汚染物の流が、炭化水素が富化した流である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置が、天然ガスを液化及び／又は過冷却し、かつ前記炭化水素が富化した流が、前記天然ガスに由来する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記炭化水素富化流と、前記液化及び／又は過冷却した天然ガス流とを混合する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置から、部分的に冷却した供給流の一部を取り出す工程、及び前記部分的に冷却した供給流を、前記汚染物除去カラムの前記塔底部に導入して、前記汚染物除去カラムに気相の輸送を与える工程をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置から、部分的に冷却した供給流の一部を取り出す工程、及び前記部分的に冷却した供給流を、前記汚染物除去カラムのリボイラーに導入して、前記汚染物除去カラムのための焚き上げを与える工程をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置から、前記冷媒の一部を取り出す工程、及び前記一部を、前記汚染物除去カラムのリボイラーに導入して、前記汚染物除去カラムのための焚き上げを与える工程をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
浮体式生産貯蔵積出設備船で実行する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
次を具備している、請求項１に記載方法によって汚染物を除去するための装置：
逆ブレイトンサイクル冷媒装置；
汚染物除去カラム；
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置と、前記汚染物除去カラムの塔頂部との間に流体の流通を与える、第一の導管；
前記汚染物除去カラムの塔頂部と、前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置との間に流体の流通を与える、第二の導管；及び
前記汚染物除去カラムの塔底部からの汚染物の流体の流通を与える第三の導管。
【請求項１６】
前記汚染物除去カラムが、炭化水素除去カラムである、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置と液体冷媒貯蔵タンクとの間に流体の流通を与えるための第四の導管をさらに具備している、請求項１５又は１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置が、第一の熱交換器、及び前記第一の熱交換器と流通している、ガス状冷媒を冷却するための第二の熱交換器、並びに前記第一の熱交換器及び前記第二の熱交換器と流通している、供給流を冷却するための第三の熱交換器をさらに具備している、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記第三の熱交換器が巻きコイル型液化熱交換器である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置が、過冷却熱交換器である第四の熱交換器を有し、かつ前記第三の熱交換器が、液化熱交換器である、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
次の工程を有する、天然ガス流を液化する方法：
逆ブレイトンサイクル冷媒装置からの窒素冷媒流の一部を、前記冷媒流との間接的熱交換によって冷却し、そして液化する工程；
前記窒素冷媒流の前記冷却及び液化した部分の少なくとも一部を、貯蔵容器に貯蔵する工程。
【請求項２２】
前記貯蔵した液体窒素冷媒の少なくとも一部を引き出し、そうして次から選択される機能を果たす工程をさらに含む、請求項２１に記載の方法：
液体窒素冷媒の前記引き出した部分を気化し、前記気化した液体窒素冷媒をパージガスとして用いること；
液体窒素冷媒を供給用の輸送手段に積載すること；及び
液体窒素冷媒の前記引き出した部分を気化し、前記気化した液体窒素冷媒を前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に戻して導入して、天然ガス流を液化すること。
【請求項１】
次の工程を含む、逆ブレイトンサイクル冷媒装置の冷媒流から比較的揮発性の低い汚染物を除去する方法：
前記冷媒流のガス状部分、又は前記冷媒流の液化部分を取り出す工程；
ガス状部分の場合、前記取り出した部分の少なくとも一部を液化する工程；
前記取り出した液化部分の少なくとも一部、又は前記液化したガス状部分の少なくとも一部を、汚染物除去カラムに還流流として導入する工程；
前記汚染物除去カラムの塔底部から汚染物が富化した流を取り出す工程；
前記汚染物除去カラムの塔頂部から冷媒が富化した気相流を取り出す工程；及び
前記気相流を、前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に戻して導入する工程。
【請求項２】
次の工程を含む、逆ブレイトンサイクル冷媒装置の冷媒流との間接的熱交換によって、天然ガス流を液化及び／又は過冷却する方法：
前記冷媒流のガス状部分、又は前記冷媒流の液化部分を取り出す工程；
ガス状部分の場合、前記取り出した部分の少なくとも一部を液化する工程；
前記取り出した液化部分の少なくとも一部、又は前記液化したガス状部分の少なくとも一部を、汚染炭化水素除去カラムに還流流として導入する工程；
前記汚染物除去カラムの塔底部から炭化水素が富化した流を取り出す工程；
前記汚染物除去カラムの塔頂部から冷媒が富化した気相流を取り出す工程；及び
前記気相流を、前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に戻して導入する工程。
【請求項３】
逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出した冷媒流の前記部分が液体であり、かつその少なくとも一部を、前記汚染物除去カラムに還流流として導入する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記冷媒流の前記取り出した液化部分を、加温される冷媒流との間接的熱交換によって冷却し、そして液化する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
逆ブレイトンサイクル冷媒装置から取り出した冷媒流の前記部分がガス状であり、かつその少なくとも一部を、液化し、そして前記汚染物除去カラムに還流流として導入する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に後で戻すために、前記冷媒流の前記液化したガス状部分を貯蔵する工程をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記冷媒流が、窒素を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記汚染物の流が、炭化水素が富化した流である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置が、天然ガスを液化及び／又は過冷却し、かつ前記炭化水素が富化した流が、前記天然ガスに由来する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記炭化水素富化流と、前記液化及び／又は過冷却した天然ガス流とを混合する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置から、部分的に冷却した供給流の一部を取り出す工程、及び前記部分的に冷却した供給流を、前記汚染物除去カラムの前記塔底部に導入して、前記汚染物除去カラムに気相の輸送を与える工程をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置から、部分的に冷却した供給流の一部を取り出す工程、及び前記部分的に冷却した供給流を、前記汚染物除去カラムのリボイラーに導入して、前記汚染物除去カラムのための焚き上げを与える工程をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置から、前記冷媒の一部を取り出す工程、及び前記一部を、前記汚染物除去カラムのリボイラーに導入して、前記汚染物除去カラムのための焚き上げを与える工程をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
浮体式生産貯蔵積出設備船で実行する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
次を具備している、請求項１に記載方法によって汚染物を除去するための装置：
逆ブレイトンサイクル冷媒装置；
汚染物除去カラム；
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置と、前記汚染物除去カラムの塔頂部との間に流体の流通を与える、第一の導管；
前記汚染物除去カラムの塔頂部と、前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置との間に流体の流通を与える、第二の導管；及び
前記汚染物除去カラムの塔底部からの汚染物の流体の流通を与える第三の導管。
【請求項１６】
前記汚染物除去カラムが、炭化水素除去カラムである、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置と液体冷媒貯蔵タンクとの間に流体の流通を与えるための第四の導管をさらに具備している、請求項１５又は１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置が、第一の熱交換器、及び前記第一の熱交換器と流通している、ガス状冷媒を冷却するための第二の熱交換器、並びに前記第一の熱交換器及び前記第二の熱交換器と流通している、供給流を冷却するための第三の熱交換器をさらに具備している、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記第三の熱交換器が巻きコイル型液化熱交換器である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置が、過冷却熱交換器である第四の熱交換器を有し、かつ前記第三の熱交換器が、液化熱交換器である、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
次の工程を有する、天然ガス流を液化する方法：
逆ブレイトンサイクル冷媒装置からの窒素冷媒流の一部を、前記冷媒流との間接的熱交換によって冷却し、そして液化する工程；
前記窒素冷媒流の前記冷却及び液化した部分の少なくとも一部を、貯蔵容器に貯蔵する工程。
【請求項２２】
前記貯蔵した液体窒素冷媒の少なくとも一部を引き出し、そうして次から選択される機能を果たす工程をさらに含む、請求項２１に記載の方法：
液体窒素冷媒の前記引き出した部分を気化し、前記気化した液体窒素冷媒をパージガスとして用いること；
液体窒素冷媒を供給用の輸送手段に積載すること；及び
液体窒素冷媒の前記引き出した部分を気化し、前記気化した液体窒素冷媒を前記逆ブレイトンサイクル冷媒装置に戻して導入して、天然ガス流を液化すること。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５０６１０５（Ｐ２０１３−５０６１０５Ａ）
【公表日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２４２９５（Ｐ２０１２−５２４２９５）
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／００１９１０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１８６８６
【国際公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（５９１０３５３６８）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 (452)
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】７２０１ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ， Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ １８１９５−１５０１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／００１９１０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１８６８６
【国際公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（５９１０３５３６８）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 (452)
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】７２０１ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ， Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ １８１９５−１５０１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
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