流体を冷却し液化するための装置および方法
熱交換器の壁（８５）内のシェル側（７８）およびシェル側（７８）を通して延在する複数の流路を有する熱交換器を備える装置内で、流体が冷却され液化される。複数の流路は、１つまたは複数の１次流路の２つ以上の１次群（４０ａ，４０ｂ）を備え、それぞれの前記１次群は、液化流体ストリーム（５０，７０）を提供するために、熱交換器（５）を通して流体ストリームの一部を運び、熱交換器（５）のシェル側（７８）の冷媒に接して前記一部を間接的に冷却するためのものである。１次入口ヘッダ（６，６’）は、１次流路の２つ以上の１次群（４０ａ，４０ｂ）を流体源（１０）に接続し、１次流路の２つ以上の１次群（４０ａ，４０ｂ）の間で流体ストリームを分割するように配列される。１次流路の残りの未遮断の１次群を通して流体ストリームが流れることを可能にしながら、１次流路の２つ以上の１次群（４０ａ，４０ｂ）の少なくとも１つの１次群を選択的に遮断する手段（２５ａ，２５ｂ）が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化流体ストリームを提供するために流体ストリームを冷却し液化するための装置、および、そのための方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
本開示の文脈では、用語「液化される（liquefied）」は、一般に、別途特定されない限り、部分的にまたは完全に液化されることを意味する。
流体ストリーム（stream）は、たとえば販売されるかまたは別の場所に輸送される液化生成物ストリームの形態で提供されることも、装置が使用される方法において、たとえば１つまたは複数の熱交換器に冷却デューティ（duty）を提供する冷媒として内部で使用されることもある。流体ストリームは、炭化水素ストリームの形態で提供することができる。こうした炭化水素ストリームは、本開示の文脈では、天然ガスまたは合成供給源から得ることができる。液化された炭化水素ストリームは、たとえば液化天然ガス（ＬＮＧ）の形態で生成物ストリームとして使用されることも、装置が使用される方法において、たとえば冷却デューティを提供する冷媒ストリームとして内部で使用されることもある。
【０００３】
天然ガスは、有用な燃料供給源であると共に、種々の炭化水素化合物の供給源である。いくつかの理由で、天然ガスストリームの供給源のまたは供給源の近くのＬＮＧプラント内で天然ガスを液化することが望ましいことが多い。例として、天然ガスは、占有する容積がより小さく、高圧で貯蔵される必要がないため、ガス形態と比較してより容易に液体として長い距離にわたって貯蔵および輸送することができる。通常、天然ガスは、主にメタンを含むが、高い圧力でＬＮＧプラントに入り、極低温での液化に適した精製供給ストリームを生成するために前処理される。精製ガスは、熱交換器を使用して少なくとも１つの冷却ステージを通して処理されて、液化が達成されるまで、その温度が徐々に低減される。液体天然ガスは、その後、貯蔵および輸送に適した最終雰囲気圧力になるまでさらに膨張されうる。
【０００４】
少なくとも１つの冷却ステージは、天然ガスの温度を経時的に低減する予備冷却および主冷却ステージを備えうる。主冷却ステージは、ＬＮＧなどの、液化された、部分的にまたは完全に液化された炭化水素ストリームを提供するために、少なくとも１つの主熱交換器内で実施することができる。
【０００５】
米国特許第６，２７２，８８２号は、ＬＮＧを得るために、ガス状でメタンに富む供給ストリームを液化するためのプロセスを開示する。そのプロセスは、２つの冷却ステージ、プロパン予備冷却冷媒サイクルおよび混合式冷媒主冷却サイクルを利用する。その壁内のシェル側およびシェル側を通して延在する少なくとも１つのチューブ側を画定する主熱交換器は、主冷却ステージにおいて天然ガスを液化するために使用される。天然ガスは、炭化水素ストリームフローチューブ内のチューブ側の１つの側を通って流され、そこで、天然ガスは、熱交換器のシェル側の混合主冷媒に接して間接的に冷却され液化される。
【０００６】
米国特許第６，２７２，８８２号は、ＬＮＧの生産を最適化するために、高度なプロセス制御方策を使用し、その方策は、操作変数としてとりわけ主冷媒の画分（fraction）および冷却される炭化水素ストリームの質量流量、および、被制御変数としてとりわけ主熱交換器内の温度差を利用する。
【０００７】
米国特許第６，７２７，８８２号の高度なプロセス制御方法は、操作変数として、冷却される炭化水素ストリームの質量流量の変化をもたらしうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高度なプロセス制御方法の結果としての炭化水素ストリームのマスフローの変化に加えて、このマスフローの減少は、修理と整備のための液化施設の部分的なシャットダウン（換言すれば、部分的な停止）（いわゆる「ターンダウン運転（turn down operation）」）の結果として、または、ＬＮＧについての需要が低い期間中に起こる可能性がある。
【０００９】
設計された運転条件からの炭化水素ストリームのマスフローの減少は、主熱交換器（複数可）の前後の炭化水素ストリームの摩擦圧力降下の減少をもたらし、冷却プロセスにおける不安定な挙動の可能性を増加させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様では、本発明は、液化流体ストリームを提供するために流体ストリームを冷却し液化する装置を提供し、前記装置は、少なくとも、
−熱交換器であって、熱交換器の壁内のシェル側および熱交換器のシェル側を通して延在する複数の流路を有し、前記複数の流路は、１つまたは複数の１次流路の２つ以上の１次群を備え、前記１次群の各々は、熱交換器を通して流体ストリームの一部を運び、前記一部を熱交換器のシェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、
−１次流路の２つ以上の１次群を流体の供給源に接続し、１次流路の２つ以上の１次群の間で流体ストリームを分割するように配置された１次入口ヘッダと、
−流体ストリームの流量に応答して、１次流路の２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、１次流路の残りの未遮断の１次群を通して流体ストリームが流れることを許容する手段と、を備える。
【００１１】
さらなる態様では、本発明は、液化流体ストリームを提供するために、流体ストリームを冷却し液化する方法を提供し、方法は、
−液化流体ストリームを提供するために、第１の態様で規定される装置に流体ストリームおよび冷媒を流す工程を少なくとも含む。
【００１２】
好ましい態様では、装置に流体ストリームを流す前記工程は、１次入口ヘッダ内への流体ストリームを可能にすること、および、１次流路の残りの未遮断の１次群を通して流体ストリームが流れることを可能にしながら、流体ストリームの流量に応答して、１次流路の２つ以上の１次群の少なくとも１つの１次群を選択的に遮断することを含む。
【００１３】
さらに別の態様では、本発明は、液化流体ストリームを提供するために、流体ストリームを冷却し液化する方法を提供し、方法は、少なくとも、
−所定流量の流体ストリームおよび冷媒を装置に流す工程であって、装置が、少なくとも、熱交換器であって、熱交換器の壁内のシェル側および熱交換器のシェル側を通して延在する複数の流路を有し、複数の流路は、１つまたは複数の１次流路の２つ以上の１次群を備え、前記１次群の各々は、熱交換器を通して前記流体ストリームの一部を運び、前記一部を熱交換器のシェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、１次流路の前記２つ以上の１次群を流体の供給源に接続し、１次流路の２つ以上の１次群の間で流体ストリームを分割するように配置された１次入口ヘッダとを備える、工程と、
−１次入口ヘッダ内へ流体ストリームを流す工程と、
−流体ストリームの流量に応答して、１次流路の２つ以上の１次群の少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、１次流路の残りの未遮断の１次群を通して流体ストリームが流れることを許容して液化流体ストリームを提供する工程とを含む。
【００１４】
本発明の実施形態は、ここで、単に例によってまた添付の非制限的な図面を参照して述べられるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態による炭化水素ストリームを液化する装置の図式的概略図である。
【図２】さらなる実施形態による炭化水素ストリームを液化する装置の図式的概略図である。
【図３】別の実施形態による炭化水素ストリームを液化する装置の図式的概略図である。
【図４】別の実施形態による本発明の装置を利用して炭化水素ストリームを液化する方法の図式的概略図である。
【図５】さらなる実施形態による本発明の装置を利用して炭化水素冷媒ストリームを液化する方法の図式的概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本説明のために、単一の参照数字が、ラインならびにそのラインで運ばれるストリームに割当てられる。同様の参照数字は、同様のラインまたは構成要素を示す。本明細書で使用されるように、用語「フロー（flow）」および「マスフロー（mass flow）」は、「質量流量（mass flow rate）」を指す。
【００１７】
本発明は、液化される流体ストリームのマスフロー変動によりよく対処しようとして考えられた。
本開示は、流体ストリームがその液化中にそこを通って流れる１次流路の複数の１次群を有する熱交換器を設け、それにより、１次流路の残りに流体が流れるように誘導しながら、１次流路の１次群の少なくとも１つの１次群が選択的に遮断されうることによって、流体ストリームのマスフローの減少中の不安定な挙動を軽減することができる装置および方法を提案する。こうして、低いマスフローの結果としての全ての１次流路の前後の摩擦圧力降下のいずれの減少も、減少した数の１次流路を通して流体ストリームを誘導することによって軽減されうる。こうした装置を通して流体ストリームおよび冷媒を流す工程を少なくとも含む、流体ストリームを冷却し液化する方法が提案される。
【００１８】
本明細書で述べる方法および装置は、有利には、所定期間にわたってそのマスフローが変動する流体ストリームと共に働き、装置の熱設計から生じる向上したターンダウン特性を提供する。
【００１９】
１次流路の１次群の少なくとも１つの１次群の選択的な遮断は、流体ストリームの流量の減少に応答して実施されうる。こうして、液化施設のターンダウンに対処する方法は、液化施設が上記第１の態様による装置を備える場合に提供することができる。明らかに、選択的に遮断された流路の群の選択的な遮断は、流量の回復または部分的な回復をもたらす流量の増加に応答して終了して、直前に遮断された流路の群を通した流体の流れが回復されうる。
【００２０】
冷却され液化された流体ストリームは、好ましくは、装置および／または方法から運び去られる（exported）。冷却され液化された流体ストリームの大部分は、装置および／または方法から除去され、装置および／または方法に戻されない。通常、運び去ることは、冷却され液化された流体ストリームを、装置／方法から離れて別の場所へ輸送するために利用可能にすることを必要とする。任意選択で、冷却され液化された流体ストリームを、前記輸送前におよび／または前記輸送中におよび／または前記輸送後に、貯蔵タンクに貯蔵することができる。
【００２１】
米国特許第４，２０８，１９８号は、熱蒸気の体積による熱交換負荷の変動が、熱交換器内の冷蒸気通路の等間隔に配置された部分（fraction）の段階的で完全な閉鎖によって補償される方法を開示する。この方法が、流体流が経験する、熱交換器の前後の摩擦圧力降下の減少に関連する上述した安定性問題を解決しないことが述べられる。
【００２２】
この説明の残りの部分では、流体は、しばしば、炭化水素流体であり、流体ストリームは炭化水素流体ストリームであると仮定されることになり、装置は、しばしば、液化済み炭化水素ストリームを提供するために、炭化水素ストリームを冷却し液化する装置であると仮定されることになる。その結果、１次流路または１次流路の群は、以下で、「炭化水素流路（hydrocarbon flow passages）」と呼ばれることがある。
【００２３】
炭化水素ストリームを冷却し液化する装置は、熱交換器であって、熱交換器のシェル側を通って横断する複数の炭化水素流路を有する、熱交換器を備える。本明細書で開示される方法および装置は、流体の凝縮がそこで起こる、シェルおよび複数の流路を備えるいずれの熱交換器にも適用されうることが当業者に明らかになる。
【００２４】
炭化水素流路内の炭化水素は、熱交換器のシェル側の冷媒に接して間接的に熱交換されうる。こうした装置は、ＬＮＧまたは凝縮ガスの液化燃料化（Gas to liquid）（ＧＴＬ）生成物などの液化済み炭化水素ストリームの最適な生産のために設計されうる。所望の出力における生産中に、炭化水素ストリームは、全ての炭化水素流路間で分割されうる。所望の出力における炭化水素ストリームのマスフローから生じる、炭化水素流路の前後での特定の摩擦圧力降下が存在することになる。
【００２５】
炭化水素フローチューブは、通常、熱交換器の中央の周りで通常螺旋状に角度をなしてで主熱交換器内に円周方向に配列され、それにより、炭化水素ストリームは、主熱交換器の底部から頂部まで流れるにつれて、少なくとも部分的に凝縮され、蒸気から液体に相を変更する。凝縮された液体炭化水素は、蒸気相より密度が高いため、混合物が上に移動するための十分な駆動力が存在しない場合、炭化水素フローチューブを戻るように落ちることになる。そのため、液化方法は、液化済み炭化水素を、上にまた主熱交換器から出るように移動させるのに十分である流れ速度および摩擦圧力降下を有する炭化水素ストリームによって働くように設計される。
【００２６】
しかし、炭化水素ストリームのマスフローは、時々、たとえばターンダウン事象中に、または特に、高度なプロセス制御最適化の結果として減少する可能性がある。これは、炭化水素流路の前後の摩擦圧力降下の減少をもたらす可能性がある。
【００２７】
炭化水素ストリームのマスフローは、減少する場合、凝縮炭化水素が炭化水素フローチューブを戻るように落ちるレベルに達し、蒸気炭化水素ストリームの通過を一時的に遮断する液体プラグを提供するように凝集する。したがって、蒸気炭化水素ストリームの圧力は、液体炭化水素プラグが除去されるまで液体炭化水素プラグの下で増加することになる。炭化水素ストリームのマスフローが低過ぎる場合、さらなるプラグが形成し続けることになり、炭化水素フローチューブ内での液体プラグ形成および解除の反復をもたらし、主熱交換器内での不安定なフロー挙動を生成する。この挙動は、主交換器内での急激な熱振動をもたらし、たとえばチューブの漏れの結果として、（長い期間にわたって）交換器の機械的故障の一因となる可能性がある。
【００２８】
これは、液化される流体の摩擦圧力降下を設計レベルにまたは設計レベルの近くに維持することによって回避されうる。炭化水素流路の前後の炭化水素ストリーム摩擦圧力降下を設計レベルにまたは設計レベルの近くに維持するために、炭化水素ストリームが、炭化水素ストリーム流路の全てではないが一部に選択的に提供されることが提案される。炭化水素ストリームの減少したマスフローをより少数の炭化水素流路にわたって分散させることによって、摩擦圧力降下のいずれの減少も軽減されうる。これは、設計条件より低い炭化水素ストリームのマスフローで、方法および装置が効果的に働くことを可能にする。
【００２９】
こうして、炭化水素ストリームの１００％マスフローにおける設計された運転中に圧力降下の減少があり、一方、炭化水素ストリームの減少したマスフローにおいて依然として安定した運転が可能である熱交換器を設計することが可能である。これは、熱交換器の径および複雑さの低減をもたらすことができ、製造コストを下げる。
【００３０】
代替の手法は、圧力降下に対処することによって炭化水素ストリームの最小質量流量での安定した運転を有するように主熱交換器を設計することである。
たとえば、単相流を有する主熱交換器の場合、炭化水素フローチューブ内でのマスフローと圧力降下との関係は、ほぼ２次式（quadratic）である。そのため、たとえば、炭化水素ストリームのマスフローの５０％減少において安定した挙動を示すように設計された冷却プロセスは、炭化水素ストリームの１００％マスフローの場合に必要であるより、４倍高い圧力降下を持って主熱交換器が設計されることを要求することになる。しかし、炭化水素フローチューブ内でのこうした圧力降下の増加に対処する主熱交換器を製造することは、ＣＡＰＥＸの著しい増加、および、ＬＮＧなどの液化生成物の生産能力の著しい減少をもたらす。現時点で開示される熱交換器は、より費用効果的でかつより実用的であると予想される。
【００３１】
さらに、より小さな圧力降下について設計された本明細書で開示する熱交換器は、より高い圧力降下に対処するように設計された交換器と比較して、減少したマスフローであっても、熱力学的により効率的である。これは、より低い圧力降下によって、液化圧力が高くなり、より高い液化温度、そのため増加した生産能力が可能になるからである。標準的なエネルギー理論によれば、より高い温度で等価な熱デューティを提供することは、より少ない圧縮器電力を可能にする。
【００３２】
したがって、本明細書で開示される装置は、６０％以上、７０％以上、または８０％以上の減少など、５０％を超える、炭化水素ストリームのマスフローの減少に対処するように設計されうる。
【００３３】
図１は、炭化水素ストリーム１０の形態の流体を冷却し液化するために使用されうる熱交換器５を備える装置１の図式的概略図である。炭化水素ストリーム１０は、天然ガスまたは石油貯留層から得られる天然ガスから得ることができるが、あるいは、同様にフィッシャートロプシュ法（Fischer-Tropsch process）などの合成供給源を含む、別の供給源から得ることができる。炭化水素ストリーム１０は、予備処理されていてもよく、これは、以下でより詳細に論じられる。
【００３４】
熱交換器５は、コイル巻回式熱交換器またはシェルおよびチューブ熱交換器とすることができる。熱交換器５は、シェル側７８を含む内部体積を画定し取り囲む壁８５を有する。内部体積は、さらに、フローチューブなどの複数の流路を備える。これらの流路は、それぞれが流路の１つまたは複数を備える群にグループ分けされる。簡単化のために、図１は、こうした流路の４つの群を示す。４つの群とは、熱交換器５を通して液化される流体を輸送するための流路の２つの１次群４０ａ、４０ｂ、自動冷却によって液化される冷媒を輸送するための自動冷却流路の２次群２４０、および、たとえば別の冷媒組成物などの補助ストリームを冷却するための補助流路の３次群３４０である。各群が、数十または数百の流路を含むことができることが、当業者によって理解されるであろう。これらの流路は、好ましくは、熱交換器５の底部のまたは底部の近くの入口３７ａ、３７ｂ、２３７、３３７から熱交換器５内の重力方向に関して高い地点の出口４５ａ、４５ｂ、２４５、３４６まで、その内容物を輸送するように配列される。
【００３５】
以降のさらなる説明では、これらの流路の群が、例において冷媒ストリームのために使用されると仮定して、自動冷却流路の２次群は、「冷媒第１流路（refrigerant first flow passages）」と呼ばれることがあり、一方、補助流路の３次群は、「冷媒第２流路（refrigerant second flow passages）」と呼ばれることがある。
【００３６】
流路の群４０、２４０、３４０は、２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂを備える。各炭化水素流路は、炭化水素ストリーム１０の一部４０ａ、４０ｂを運ぶ。部分炭化水素ストリーム４０ａ、４０ｂは、熱交換器５のシェル側７８の冷媒に接して間接的に冷却される。その冷媒は、通常、重力の影響下でシェル側７８を通して下に移動する。
【００３７】
１次入口ヘッダ６は、１次流路の２つ以上の１次群４０ａ、４０ｂ（ここでは、炭化水素流路４０ａ、４０ｂ）を、冷却され液化される炭化水素流体の供給源に接続する。１次入口ヘッダ６は、１次流路の２つ以上の１次群４０ａ、４０ｂの間で炭化水素流体ストリーム１０を分割するように配列される。
【００３８】
１次流路の残りの未遮断の１次群を通して流体ストリームが流れることを可能にしながら、１次流路の２つ以上の１次群の少なくとも１つの１次群を選択的に遮断する手段が設けられる。図１の実施形態では、これらの手段は、１次入口ヘッダの一部を形成するが、このことは、本発明の要件である必要はない。
【００３９】
１次流路の２つ以上の１次群の少なくとも１つの１次群を選択的に遮断する手段は、流体ストリームの流量に応答して働く。装置は、流体ストリーム１０の流量を示す信号に応答して選択的な遮断を制御する手段を備えることができる。こうした信号は、ライン１０内の流体ストリームの流量を確定する、好ましくは測定する手段を使用して生成することができる。図１の実施形態では、これは、ライン１０に接続されたフローセンサＦとして示される。しかし、ライン１０内の流体ストリームの流量は、ライン７０などの代わりに別のラインのフローセンサを使用して直接確定することができる、かつ／または、フローに直接にまたは間接的に関連する代替のパラメータから間接的に計算することができる。
【００４０】
冷媒が、主冷却冷媒回路内の主冷媒である場合、熱交換器５は、主熱交換器である。主冷媒は、混合主冷媒とすることができる。適した混合主冷媒の例は、以下でより詳細に論じられる。主冷媒は、少なくとも部分的に、好ましくは完全に液化された主冷媒として、少なくとも１つの主冷媒入口２７５ａ、２７５ｂにおいて、主熱交換器のシェル側７８に提供されうる。
【００４１】
全ての群の流路は、互いに巻き付けられてレイアウトされ、それにより、冷媒によって提供される冷却デューティが、流路の間で均等に分配される。液体冷媒液滴は、群４０、２４０、３４０内の流路のそれぞれの上に膜を形成しうる。熱は、冷媒と流路の内容物との間で交換される。流路の群４０、２４０、３４０はそれぞれ、主熱交換器５のシェル側の冷媒と熱交換相互作用状態にあるように配列された熱交換面を備える。主熱交換器５内を垂直に観察すると、流路を構成するフローチューブに沿って、重力方向に関して高い地点から重力方向に関して低い地点へ冷媒膜が流れることができるように、流路が分配される。流路のそれぞれの内容物は、熱交換面に沿って重力に抗する方向に流れる。そのため、たとえば、流体ストリーム１０は、重力に抗して、すなわち、重力方向に関して低い地点から重力方向に関して高い地点へ未遮断の１次群を通って流れる。冷媒液滴は、シェル７８内の均等な熱分布を維持するために、落ちて、隣接するフローチューブ４０、２４０、３４０の間で移動しうる。
【００４２】
主冷媒は、群４０、２４０、３４０内の流路の内容物を冷却するにつれて、温められ、蒸発することができる。温められた主冷媒は、主熱交換器５の底部でまたは底部の近くで少なくとも１つの主冷媒出口２８５を通して、温められた主冷媒ストリーム２９０として回収される。
【００４３】
図１に示す実施形態では、主冷媒の第１および第２の画分を有する混合冷媒が、炭化水素部分ストリーム４０ａ、４０ｂを冷却するために使用される。主冷媒ストリームの第１の画分２１０ａは、主熱交換器５の第１の画分の主冷媒通路入口２３７に流される。主冷媒ストリームの第１の画分２１０ａは、第１の画分の主冷媒通路出口２４５において少なくとも１つの冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０を提供するために、少なくとも１つの主冷媒の第１の流路２４０を通して第１の画分２１０ａを流すことによって、交換器のシェル側７８内の主冷媒に接して自動冷却される。単一の冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０が図１に示される。
【００４４】
少なくとも１つの冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０は、ここでは第１の画分の主冷媒膨張（expansion）装置２５５の形態で示す、少なくとも１つの膨張装置に流れることができ、そこで、少なくとも１つのストリームが、膨張して、少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２７０が提供される。少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２７０は、その後、主熱交換器５のシェル側７８に、少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームとして流されうる。少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームは、少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒入口２７５に流されて、複数の流路４０、２４０、３４０内の流体を冷却する主冷媒を提供する。
【００４５】
同様に、主冷媒ストリームの第２の画分２１０ｂは、主熱交換器５の第２の画分の主冷媒通路入口３３７に流される。主冷媒ストリームの第２の画分２１０ｂは、第２の画分の主冷媒通路出口３４５において少なくとも１つの冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０を提供するために、ここでは主冷媒の第２の流路３４０の形態で示される、少なくとも１つの３次群の１つまたは複数の補助流路を通して第２の画分２１０ｂを流すことによって、交換器のシェル側７８内の主冷媒に接して自動冷却される。単一の冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０が図１に示される。
【００４６】
少なくとも１つの冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０は、少なくとも１つの第２の画分の主冷媒膨張装置３５５に流れることができ、そこで、少なくとも１つのストリームが、膨張して、少なくとも１つの膨張した第２の画分の主冷媒ストリーム３７０が提供される。少なくとも１つの膨張した第２の画分の主冷媒ストリーム３７０は、その後、主熱交換器５のシェル側７８に、少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームとして流されうる。少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームは、少なくとも１つの膨張した第２の画分の主冷媒入口３７５に流されて、流路の群４０、２４０、３４０内の流体を冷却する主冷媒を提供する。
【００４７】
設計容量における主熱交換器５の通常運転中、２つ以上の炭化水素流路はそれぞれ、炭化水素ストリームの一部４０ａ、４０ｂを運んで、これを主冷媒に接して冷却し液化することができる。時々、炭化水素ストリーム１０のマスフローは、たとえば高度なプロセス制御プロセスの結果として、部分的なシャットダウンの結果として、または供給または需要の減少の結果として減少する。１次入口ヘッダ６内への炭化水素ストリーム１０のマスフローが所定期間にわたって減少する場合、好ましくはそのマスフローが設定閾値未満に減少する場合、本明細書で述べる方法および装置は、炭化水素流路４０ａ、４０ｂの少なくとも一方を選択的に遮断できる。炭化水素ストリーム１０のマスフローのこうした減少は、「ターンダウン（turn down）」とも呼ばれる。選択的な遮断は、炭化水素ストリームの減少したマスフローが、主熱交換器５内のより少数の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの間で分配されることを可能にし、それにより、流路内の圧力降下が、実質的に変化しないままになる、または、不安定な冷却挙動を生成するのに十分に変化しない。
【００４８】
図１に示す実施形態では、１次流路の２つの１次群４０ａ、４０ｂが示され、その群は、炭化水素流路４０ａ、４０ｂと呼ばれる。実際には、これらの群はそれぞれ、通常、主熱交換器５内の複数の流路を示す。炭化水素ストリーム１０のマスフローの減少に応答して、２つの炭化水素流路４０ａ、４０ｂの一方または他方は、残りの未遮断の炭化水素流路を通るマスフローを可能にしながら、選択的に遮断されることができる。
【００４９】
同様に、流路の２次群および３次群２４０および３４０はそれぞれ、自動冷却および補助入口ヘッダ２３５、３３５に接続された、１つまたは複数の自動冷却または補助流路を備える。本例における自動冷却および補助入口ヘッダは、冷媒入口ヘッダである。群４０、２４０、３４０内の流路が、主熱交換器５を通して一様に分配されるため、炭化水素流路４０ａ、４０ｂの少なくとも１つの選択的な遮断は、交換器内で不均等な熱分布および熱勾配をもたらさないことになる。
【００５０】
図１に示す実施形態は、設計された運転容量から、マスフローの５０％より大きいターンダウンを提供する場合に有利である。その理由は、炭化水素ストリーム１０の質量流量の５０％以上の減少に応答して、炭化水素流路４０ａ、４０ｂの半分（すなわち、一方）が選択的に遮断されて、主熱交換器５内で実質的に一定の圧力降下を維持することができるからである。
【００５１】
１次流路の３つ以上の１次群が、さらなるターンダウンオプション（option）を提供することができることが明らかになる。たとえば、その中の少なくとも２つが選択的に遮断可能である３つの１次群（炭化水素流路）を用いて、１次流路の３つの１次群のうちの１つの１次群および３つの１次群のうちの２つの１次群をそれぞれ選択的に遮断することによって、約３３％および６６％のターンダウン運転に対処することが可能であることになる。さらなる例では、その中の少なくとも３つが選択的に遮断可能である４つの炭化水素流路（１次群）が設けられる場合、炭化水素流路のうちの、１つ、２つ、または３つをそれぞれ選択的に遮断することによって、約２５％、５０％、および７５％のターンダウン運転に対処することが可能であることになる。
【００５２】
２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの選択的な遮断は、ここでは少なくとも１つの炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５の形態で設けられる、１次部分ストリーム入口制御弁を使用することによって達成することができる。少なくとも１つの炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５は、炭化水素流路の少なくとも一つに対して部分炭化水素ストリームのマスフローを制御するように動作する。少なくとも１つの炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５は、選択的に遮断される各炭化水素流路（１次群）について設けられる。
【００５３】
好ましくは、炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５は、スナップアクションコントロール（すなわち、２位置オン／オフ制御モード）によって制御され、それにより、コントローラが弁２５を開放するかまたは閉鎖する。好ましくは、弁２５内で絞り操作（throttling）は起きない。
【００５４】
こうした入口制御弁２５は、センサＦからの流量を示す信号を使用するコントローラによって制御されうる。流量が、設定された第１の閾値より下がる場合、コントローラは、入口制御弁２５を閉鎖する。流量が、設定された第２の閾値を超えて増加する場合、コントローラは、弁２５を開放する。第１および第２の閾値は、振動を回避するために互いに異なるとすることができる。あるいは、コントローラは、手動操作であることができ、それにより、弁２５は手動で制御される。
【００５５】
図１は、１次入口ヘッダ６が２つ以上の１次部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂ（本例では、同様に「炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ（hydrocarbon part stream inlet headers）」と呼ばれることがある）を備える一実施形態を示す。各ヘッダは、炭化水素流路の形態で、１次流路の１次群４０ａ、４０ｂの一方に一意に接続される。１次ヘッダストリーム分割装置１５は、流体ストリーム１０を、それぞれが流体部分ストリーム導管に入る２つ以上の流体部分ストリーム２０ａ、２０ｂに分離するように配列される。本例では、流体部分ストリームはまた、「炭化水素部分ストリーム（hydrocarbon part streams）」と呼ばれることがある。選択的に遮断する手段は、ここで、流体部分ストリーム導管２０ａ、２０ｂのそれぞれにおいて１次部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂの形態で具現化される。本例では、１次部分ストリーム入口制御弁はまた、「炭化水素部分ストリーム入口制御弁（hydrocarbon part stream inlet control valves）」と呼ばれ、流体部分ストリーム導管２０ａ、２０ｂは、「炭化水素部分ストリーム導管（hydrocarbon part stream conduits）」と呼ばれることがある。
【００５６】
図１に示す実施形態では、炭化水素ストリーム１０は、２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの間の１次ヘッダストリーム分割器１５に流される。分割する手段１５は、炭化水素ストリーム分割装置を備えることができる。炭化水素ストリーム分割装置１５は、２つ以上の炭化水素部分ストリーム２０ａ、２０ｂを提供できる。
【００５７】
２つ以上の炭化水素部分ストリーム２０ａ、２０ｂはそれぞれ、炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂに流れることができる。炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂは、制御された炭化水素部分ストリーム３０ａ、３０ｂを提供する。
【００５８】
２つ以上の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂは、制御された炭化水素部分ストリーム３０ａ、３０ｂを受取るために設けられる。各炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂは、選択的に共に遮断される、炭化水素流路４０ａ、４０ｂまたは流路の群に接続される。そのため、炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂを閉鎖することによって、部分炭化水素ストリーム２０ａ、２０ｂは、それぞれの炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂ、したがってそれぞれの炭化水素流路４０ａ、４０ｂまたは流路の群に達することを防止される。
【００５９】
たとえば、炭化水素ストリーム入口制御弁２５ｂを閉鎖することは、部分炭化水素ストリーム２０ｂが炭化水素流路４０ｂに達することを防止することになる。炭化水素ストリーム入口制御弁２５ａが開放したままになる場合、炭化水素流路４０ａを通るマスフローが、炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａを介して維持されうる。
【００６０】
２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂが、特定の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂに接続されうることが明らかになる。図１に示す実施形態では、炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂの同等の比率（すなわち、一方）が、所与の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂに接続されうる。こうした実施形態では、炭化水素ストリーム入口制御弁２５ｂを閉鎖することは、炭化水素流路４０ａ、４０ｂの半分、すなわち、流路４０ｂを選択的に遮断することになる。この構成は、炭化水素ストリーム１０のマスフローの約５０％のターンダウンで安定した冷却を提供しうる。
【００６１】
さらなる実施形態（図１には示さず）では、２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの不同の比率が、異なる炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂに接続されうる。たとえば、２倍の数の炭化水素流路が、第１の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダと比較して、第２の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダに接続されうる。その結果、第１の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ用の炭化水素ストリーム入口制御弁を閉鎖することは、炭化水素流路の３３％の選択的な遮断を提供することになり、炭化水素ストリーム１０のマスフローの３３％の減少を可能にし、３３％ターンダウン用の残りの未遮断の流路において比較的一定の圧力降下が維持される。同様に、第２の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ用の炭化水素ストリーム入口制御弁を閉鎖することは、炭化水素流路の６７％の選択的な遮断を提供することになり、炭化水素ストリーム１０のマスフローの６７％のターンダウンに対処する。２つ以上の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂに対して炭化水素ストリーム１０のマスフローの所望の比率を提供するために、こうした実施形態が、２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの間で炭化水素ストリームを分割する手段１５を必要とする場合があることが明らかになる。
【００６２】
２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂは、２つ以上の炭化水素流路出口４５ａ、４５ｂにおいて主熱交換器を出る。各出口４５ａ、４５ｂは、液化済み炭化水素ストリーム５０ａ、５０ｂを生成する。２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂは、液化済み炭化水素ストリーム５０ａ、５０ｂを合流させる（combine）するために、少なくとも１つの炭化水素ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂに接続されうる。
【００６３】
２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂは、１次流路の２つ以上の１次群から流出する液化済み炭化水素流体ストリームを合流するために、１次出口ヘッダ７に接続されることができる。本例では、１次出口ヘッダは、２つ以上の１次部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂを備える。本例では、出口ヘッダは、各炭化水素流路４０ａ、４０ｂ用の炭化水素ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂの形態をとる。各炭化水素部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂは、液化済み炭化水素部分ストリーム６０ａ、６０ｂを提供しうる。
【００６４】
液化済み炭化水素部分ストリーム６０ａ、６０ｂは、液化済み炭化水素ストリーム合流装置６５において合流されて、合流された液化済み炭化水素ストリーム７０を提供しうる。
【００６５】
代替の実施形態（図１では示さず）では、単一炭化水素ストリーム出口ヘッダは、全ての炭化水素流路を合流して、合流された液化済み炭化水素ストリームを提供する。
残りの図には、フローセンサが示されない。それでも、フローセンサは、先に説明した選択的な遮断を制御するのを補助するためにどのようにでも存在することができる。
【００６６】
図２は、複数の流路が、さらに、１つまたは複数の自動冷却流路の２つ以上の２次群２４０ａ、２４０ｂを構成する実施形態の群を概略的に示す。これらは、本例の場合、冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂと呼ばれることになる。２次入口ヘッダ８は、自動冷却流路の２つ以上の２次群２４０ａ、２４０ｂを、冷媒源２１０ａに接続する。２次入口ヘッダ８は、さらに、冷媒ストリームを、自動冷却流路の２つ以上の２次群の間で分割するように配列される。１次入口ヘッダ６と同様に、２次入口ヘッダ６はまた、自動冷却流路の残りの未遮断の２次群を通して冷媒ストリームが流れることを可能にしながら、自動冷却流路の２つ以上の２次群の少なくとも１つを選択的に遮断する手段を備えることができる。これらの手段は、「２次手段（secondary means）」と呼ばれることがある。
【００６７】
そのため、図２の装置１は、炭化水素ストリーム１０を冷却し液化するために使用されうる熱交換器５を備える装置１の図式的概略図である。熱交換器５は、好ましくは、図１の実施形態と同様に主熱交換器であり、それにより、部分炭化水素ストリーム４０ａ、４０ｂを間接的に冷却する冷媒は主冷媒である。
【００６８】
炭化水素ストリーム１０のマスフローが減少するターンダウン運転中、炭化水素ストリームによって必要とされる冷却デューティもまた減少することになることが明らかになる。減少フローの炭化水素ストリーム１０の過剰冷却を防止するために、主熱交換器５に対する主冷媒のマスフローもまた減少することが好ましい。炭化水素ストリームの減少を伴う工程における主冷媒のマスフローの減少は、たとえターンダウン運転中でも、冷却デューティについての需要と冷却デューティの供給を整合したままにさせうる。
【００６９】
図２の実施形態は、有利には、第１および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ａ、２１０ｂとして主熱交換器５に供給されうる混合主冷媒を利用する。炭化水素ストリーム１０および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂの作用は、図１の実施形態について論じた作用と同様である。しかし、図２の主熱交換器５は、２つ以上の冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂの少なくとも１つを選択的に遮断する前記第２の手段２２５ａ、２２５ｂと共に、２つ以上の冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂを提供し、それにより、主熱交換器５を通る第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａのマスフローは、炭化水素ストリーム１０のマスフローが減少すると、不安定な冷却挙動をもたらすことなく減少しうる。
【００７０】
第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａは、２つ以上の主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂの間で第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａを分割する手段２１５ａに流されうる。分割する手段２１５ａは、第１の画分の主冷媒ストリーム分割装置を備えることができる。第１の画分の主冷媒ストリーム分割装置２１５ａは、２つ以上の第１の画分の主冷媒部分ストリーム２２０ａ、２２０ｂを提供しうる。
【００７１】
２つ以上の第１の画分の主冷媒部分ストリーム２２０ａ、２２０ｂはそれぞれ、第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口制御弁２２５ａ、２２５ｂに流れることができる。第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口制御弁２２５ａ、２２５ｂは、制御された第１の画分の主冷媒部分ストリーム２３０ａ、２３０ｂを提供する。
【００７２】
２つ以上の第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ２３５ａ、２３５ｂは、制御された第１の画分の主冷媒部分ストリーム２３０ａ、２３０ｂを受取るために設けられる。各第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ２３５ａ、２３５ｂは、それぞれの第１の画分の主冷媒通路入口２３７ａ、２３７ｂを介して１つの主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂ（流路の２次群）に接続される。主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂは、選択的に共に遮断されうる。そのため、第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口制御弁２２５ａ、２２５ｂを閉鎖することによって、それぞれの第１の画分の主冷媒部分ストリーム２２０ａ、２２０ｂは、それぞれの第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ２３５ａ、２３５ｂ、したがってそれぞれの主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂに達することを防止される。
【００７３】
第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａは、２つ以上の冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０ａ、２５０ｂを提供するために、主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂ内で交換器のシェル側７８内の主冷媒に接して自動冷却されうる。２つ以上の主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂは、２つ以上の第１の画分の主冷媒通路出口２４５ａ、２４５ｂにおいて主熱交換器５の壁８５を出る。
【００７４】
さらに、図２の実施形態は、自動冷却流路の２次群の下流に少なくとも１つの膨張装置２５５ａ、２５５ｂをさらに備える。膨張装置は、熱交換器５のシェル内への冷媒入口装置２７５ａの上流に配列され、冷媒入口装置に接続される。膨張装置はまた、本例のために、「第１の画分の主冷媒膨張装置（first fraction main refrigerant expansion device）」と呼ばれることがある。
【００７５】
２つ以上の冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０ａは、２つ以上の第１の画分の主冷媒膨張装置２５５ａ、２５５ｂに流され、そこで、膨張して、２つ以上の膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２６０ａ、２６０ｂを提供できる。２つ以上の膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２６０ａ、２６０ｂは、その後、第１の画分の主冷媒合流装置２６５ａにおいて合流されて、冷却用主冷媒ストリーム２７０ａを提供できる。冷却用主冷媒ストリーム２７０ａは、少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒入口２７５ａを介して主熱交換器５のシェル側７８に流されて、流路の群４０ａ、４０ｂ、２４０ａ、２４０ｂ、３４０内の流体を冷却する主冷媒を提供できる。
【００７６】
第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａが、炭化水素ストリーム１０に関する工程においてターンダウンされるために、選択的に遮断されうる２つ以上の主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂの比率が、選択的に遮断されうる２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの比率と同じであることが好ましい。
【００７７】
図２の実施形態は、主熱交換器５内の冷媒の第２の流路３４０を選択的に遮断する手段を提供しない。これは、冷媒の第２の流路３４０における冷却中に、第２の画分の相転移、より詳細には凝縮が全く起こらないように、第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂを、液体ストリームとして提供することができるからである。その結果、こうした液体の第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂは、冷却プロセス中に減少したマスフローにおいて不安定な挙動を示さないことになる。
【００７８】
しかし、第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂが完全な液体のストリームとして提供されない場合、または、主冷媒の第２の流路３４０における圧力降下の変化を回避することが所望される場合、２つ以上の主冷媒の第２の流路を備える主熱交換器が設けられうることが当業者に明らかになる。さらに、残りの未遮断の冷媒の第２の流路を通して主冷媒の第２の画分の一部が流れることを可能にしながら、第２の流路の少なくとも１つの流路を選択的に遮断する手段は、第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂのマスフローの減少を可能にすることになる。これは、第１の画分の主冷媒のものと同様に、第２の画分の主冷媒弁および第２の画分の主冷媒ヘッダの構成を使用して達成されうる。
【００７９】
図３は、本明細書で開示される方法および装置の第３の実施形態を示し、熱交換器５は、流路の群４０ａ、４０ａ’、４０ａ’’、４０ｂ、４０ｂ’、４０ｂ’’、２４０、２４０’、２４０’’、３４０、３４０’が複数の流路束に分割される主熱交換器である。流路束は、一対の入口ヘッダと出口ヘッダとの間で熱交換器５の壁８５を通過する少なくとも１つの流路を備える。
【００８０】
図１および図２の実施形態と同様に、炭化水素ストリーム１０は、炭化水素の第１および第２の部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂに流される炭化水素の第１および第２の部分ストリーム２０ａ、２０ｂに分割される。炭化水素の第１および第２の部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂは、制御された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム３０ａ、３０ｂを炭化水素の第１および第２の部分ストリーム下側入口ヘッダ３５ａ’、３５ｂ’に提供する。
【００８１】
図１および図２の実施形態と対照的に、図３の主熱交換器５は、流路を交換器内の異なるレベルの複数の束に分割する。図３は、炭化水素の第１および第２の下側流路４０ａ’、４０ｂ’ならびに主冷媒の第１および第２の下側流路２４０’、３４０’を備える下側束８２を示す。中間束８４は、炭化水素の第１および第２の中間流路４０ａ’’、４０ｂ’’ならびに主冷媒の第１および第２の中間流路２４０’’、３４０’’を備える。上側束８６は、炭化水素の第１および第２の上側流路４０ａ’’’、４０ｂ’’’ならびに主冷媒の第１の上側流路２４０’’’を備える。
【００８２】
炭化水素の第１および第２の部分ストリーム下側入口ヘッダ３５ａ’、３５ｂ’は、炭化水素の第１および第２の下側流路４０ａ’、４０ｂ’にそれぞれ接続される。これらの炭化水素ストリーム流路は、それぞれの炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂを使用して選択的に遮断されうる。
【００８３】
炭化水素の第１および第２の下側流路４０ａ’、４０ｂ’は、炭化水素の第１および第２の部分ストリーム下側出口ヘッダ１０５ａ、１０５ｂにそれぞれ接続される。炭化水素の第１および第２の部分ストリーム下側出口ヘッダ１０５ａ、１０５ｂは、第１の液化済み炭化水素ストリーム合流装置１１５に流されうる第１の液化済み炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１１０ａ、１１０ｂを生成する。第１の液化済み炭化水素ストリーム合流装置１１５は、合流された第１の液化済み炭化水素ストリーム１２０を提供する。合流された第１の液化済み炭化水素ストリーム１２０は、好ましくは、液相と蒸気相を含む２相ストリームなどの部分液化ストリームである。
【００８４】
合流された第１の液化済み炭化水素ストリーム１２０は、液体ストリームとして底部の第１の液化済み炭化水素ストリーム１３０を、また、蒸気ストリームとして頂部の第１の冷却された炭化水素ストリーム１４０を提供できる、ガス／液体分離器などの第１の液化済み炭化水素ストリーム分離装置１２５に流されうる。底部の第１の液化済み炭化水素ストリーム１３０は、天然ガス液抽出用の少なくとも１つの分画装置（fractionation device）に流されうる、または、分離装置内で還流（reflux）として使用されうる。
【００８５】
頂部の第１の冷却された炭化水素ストリーム１４０は、ストリームを、頂部の第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１５０ａ、１５０ｂに合流する、第１の冷却された炭化水素ストリーム合流器（combiner）装置１４５に流されうる。頂部の第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１５０ａ、１５０ｂは、第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム入口制御弁１５５ａ、１５５ｂにそれぞれ流されて、制御された第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１６０ａ、１６０ｂを提供しうる。制御された第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１６０ａ、１６０ｂは、炭化水素の第１および第２の部分ストリーム中間入口ヘッダ１６５ａ、１６５ｂに流されうる。炭化水素の第１および第２の部分ストリーム中間入口ヘッダ１６５ａ、１６５ｂは、炭化水素の第１および第２の中間流路４０ａ’’、４０ｂ’’に接続される。そのため、第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム入口制御弁１５５ａ、１５５ｂは、炭化水素の第１および第２の中間流路４０ａ’’、４０ｂ’’に対するアクセスを選択的に遮断するために使用されうる。
【００８６】
炭化水素の第１および第２の中間流路４０ａ’’、４０ｂ’’は、炭化水素の第１および第２の部分ストリーム中間出口ヘッダ１７５ａ、１７５ｂにそれぞれ接続される。炭化水素の第１および第２の部分ストリーム中間出口ヘッダ１７５ａ、１７５ｂは、第２の冷却された炭化水素ストリーム合流装置１８５に流されうる第２の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１８０ａ、１８０ｂを生成する。第２の冷却された炭化水素ストリーム合流装置１８５は、合流された第２の冷却された炭化水素ストリーム１９０を提供する。合流された第２の冷却された炭化水素ストリーム１９０は、部分液化ストリームとすることができ、また、好ましくは完全液化ストリームである。
【００８７】
合流された第２の冷却された炭化水素ストリーム１９０は、ストリームを、分割された第２の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム７１０ａ、７１０ｂに分割できる、随意の第２の冷却された炭化水素ストリーム分離装置１９５に流されうる。分割された第２の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム７１０ａ、７１０ｂは、炭化水素の第１および第２の部分ストリーム上側入口ヘッダ７１５ａ、７１５ｂに流されうる。炭化水素の第１および第２の部分ストリーム上側入口ヘッダ７１５ａ、７１５ｂは、壁８５を通過して主熱交換器５に入る炭化水素の第１および第２の上側流路４０ａ’’’、４０ｂ’’’に接続される。
【００８８】
炭化水素の第１および第２の上側流路４０ａ’’’、４０ｂ’’’は、図１の実施形態に関連して論じたように、液化済み炭化水素ストリーム５０ａ、５０ｂとして熱交換器５を出る。合流された第２の液化済み炭化水素ストリーム１９０が完全液化ストリームである実施形態では、第１および第２の上側流路４０ａ’’’、４０ｂ’’’の少なくとも一方を選択的に遮断する手段は、必要とされないことになる。その理由は、炭化水素ストリーム１０のマスフローの減少中に、ストリームが、実質的に蒸気成分がない、したがって、冷却プロセスにおいて不安定な挙動を示す可能性が低いからである。その結果、代替の実施形態（図３には示さず）において、第２の液化済み炭化水素ストリーム分離装置１９５は、全ての炭化水素上側流路が、合流された第２の炭化水素ストリーム１９０に接続された単一の炭化水素上側入口ヘッダから供給されるように要求されないとすることができることが当業者に明らかになる。
【００８９】
合流された第２の液化済み炭化水素ストリーム１９０が、液相と蒸気相を含む２相ストリームである代替の実施形態（図３には示さず）では、第１および第２の上側流路４０ａ’’’、４０ｂ’’’の少なくとも一方を選択的に遮断する手段は、下側および中間ステージ８２、８４と同様に設けることができる。
【００９０】
図３に示す実施形態では、主冷媒の第１および第２の画分を有する混合冷媒は、炭化水素流路４０ａ’、４０ｂ’、４０ａ’’、４０ｂ’’、４０ａ’’’、４０ｂ’’’内の炭化水素部分ストリームを冷却するために使用される。
【００９１】
主冷媒ストリームの第１の画分２１０ａは、少なくとも１つの主冷媒の下側流路２４０’、少なくとも１つの主冷媒の中間流路２４０’’、および少なくとも１つの主冷媒の上側の第１の流路２４０’’’を通して第１の画分２１０ａを流すことによって、交換器のシェル側７８内の主冷媒に接して間接的な熱交換によって自動冷却される。
【００９２】
主冷媒ストリームの第１の画分２１０ａは、少なくとも１つの第１の画分の主冷媒の部分ストリーム入口ヘッダ２３５’に流されうる。それぞれの第１の画分の主冷媒の部分ストリーム入口ヘッダ２３５’は、少なくとも１つの主冷媒の下側の第１の流路２４０’またはこうした流路の群に接続される。少なくとも１つの主冷媒の下側の第１の流路２４０’の他端は、主冷媒の第１の画分の下側出口ヘッダ７５５ａに接続される。
【００９３】
主冷媒の第１の画分の下側出口ヘッダ７５５ａは、少なくとも１つの主冷媒の第１の画分の下側ストリーム７６０ａに接続される。少なくとも１つの主冷媒の第１の画分の下側ストリーム７６０ａは、主冷媒の第１の画分の中間入口ヘッダ７６５ａに流される。
【００９４】
主冷媒の第１の画分の中間入口ヘッダ７６５ａは、少なくとも１つの主冷媒の中間の第１の流路２４０’’またはこうした流路の群に接続される。少なくとも１つの主冷媒の中間の第１の流路２４０’’の他端は、主冷媒の第１の画分の中間出口ヘッダ７７５に接続される。
【００９５】
主冷媒の第１の画分の中間出口ヘッダ７７５は、少なくとも１つの主冷媒の第１の画分の中間ストリーム７８０に接続される。少なくとも１つの主冷媒の第１の画分の中間ストリーム７８０は、主冷媒の第１の画分の上側入口ヘッダ７８５に流される。
【００９６】
主冷媒の第１の画分の上側入口ヘッダ７８５は、少なくとも１つの主冷媒の上側の第１の流路２４０’’’またはこうした流路の群に接続される。少なくとも１つの主冷媒の上側の第１の流路２４０’’’の他端は、主冷媒の第１の画分の上側出口ヘッダ７９５に接続される。
【００９７】
主冷媒の第１の画分の上側出口ヘッダ７９５は、少なくとも１つの冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０’を提供する。単一の冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０’が図３に示される。少なくとも１つの冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０’は、少なくとも１つの第１の画分の主冷媒膨張装置２５５’に流され、そこで、膨張して、少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２７０’を提供できる。少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２７０’は、その後、少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームとして主熱交換器５のシェル側７８に流されうる。少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームは、下側、中間、および上側の流路の群４０ａ’、４０ｂ’、４０ａ’’、４０ｂ’’、４０ａ’’’、４０ｂ’’’、２４０’、２４０’’、２４０’’’、３４０’、３４０’’内の流体を冷却する主冷媒を提供する。
【００９８】
同様に、主冷媒ストリームの第２の画分２１０ｂは、少なくとも１つの主冷媒の下側の第２の流路３４０’および少なくとも１つの主冷媒の中間流路３４０’’を通して第２の画分２１０ｂを流すことによって、交換器のシェル側７８内の主冷媒に接して間接的な熱交換によって自動冷却される。
【００９９】
主冷媒ストリームの第２の画分２１０ｂは、少なくとも１つの第２の画分の主冷媒の部分ストリーム入口ヘッダ３３５’に流される。それぞれの第２の画分の主冷媒の部分ストリーム入口ヘッダ３３５’は、少なくとも１つの主冷媒の下側の第２の流路３４０’またはこうした流路の群に接続される。少なくとも１つの主冷媒の下側の第２の流路３４０’の他端は、主冷媒の第２の画分の下側出口ヘッダ７５５ｂに接続される。
【０１００】
主冷媒の第２の画分の下側出口ヘッダ７５５ｂは、少なくとも１つの主冷媒の第２の画分の下側ストリーム７６０ｂに接続される。少なくとも１つの主冷媒の第２の画分の下側ストリーム７６０ｂは、主冷媒の第２の画分の中間入口ヘッダ７６５ｂに流される。
【０１０１】
主冷媒の第２の画分の中間入口ヘッダ７６５ｂは、少なくとも１つの主冷媒の中間の第２の流路３４０’’またはこうした流路の群に接続される。少なくとも１つの主冷媒の中間の第２の流路３４０’’の他端は、主冷媒の第２の画分の中間出口ヘッダ３４７に接続される。主冷媒の第２の画分の中間出口ヘッダ３４７は、少なくとも１つの冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０’を提供する。単一の冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０’が図３に示される。
【０１０２】
少なくとも１つの冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０’は、少なくとも１つの第２の画分の主冷媒膨張装置３５５’に流され、そこで、膨張して、少なくとも１つの膨張した第２の画分の主冷媒ストリーム３７０’を提供できる。少なくとも１つの膨張した第２の画分の主冷媒ストリーム３７０’は、その後、少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームとして主熱交換器５のシェル側７８に流されうる。少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームは、下側および中間の流路の群４０ａ’、４０ｂ’、４０ａ’’、４０ｂ’’、２４０’、２４０’’、３４０’、３４０’’内の流体を冷却する主冷媒を提供する。
【０１０３】
好ましい実施形態では、本明細書で開示される方法は、炭化水素供給ストリームのための液化プロセスの一部として利用されうる。炭化水素供給ストリームは、冷却され液化される任意の適したガスストリームとすることができるが、通常、天然ガスストリームである。通常、天然ガスストリームは、実質的にメタンからなる炭化水素組成物である。好ましくは、炭化水素供給ストリームは、少なくとも５０モル％のメタン、より好ましくは少なくとも８０モル％のメタンを含む。
【０１０４】
天然ガスなどの炭化水素組成物はまた、Ｈ２Ｏ、Ｎ２、ＣＯ２、Ｈｇ、Ｈ２Ｓなどの非炭化水素や他の硫黄化合物などを含有することができる。所望される場合、天然ガスは、冷却し液化する前に前処理することができる。この前処理は、ＣＯ２およびＨ２Ｓなどの望ましくない成分の減少および／または除去、あるいは予冷、予備加圧などのような他の工程を含むことができる。これらの工程は当業者にはよく知られているため、それらのメカニズムは、ここではさらに論じられない。
【０１０５】
用語「炭化水素供給ストリーム（hydrocarbon feed stream）」はまた、洗浄、脱水、および／またはスクラビングを含む処理などの任意の処理の前の組成物、ならびに、限定はしないが硫黄、硫黄化合物、二酸化炭素、水、Ｈｇ、および少なくとも１種のＣ２＋炭化水素を含む少なくとも１つの化合物または物質を低減および／または除去するために部分的、実質的、または完全に処理された組成物を含むことができる。
【０１０６】
原料によって、天然ガスは、特にエタン、プロパン、およびブタンなどの、メタンより重い種々の量の炭化水素、ならびに、おそらくより少量のペンタンおよび芳香族炭化水素を含有することができる。組成物は、ガスのタイプおよび場所に応じて変わる。
【０１０７】
慣例的に、メタンより重い炭化水素は、いくつかの理由で、かなり冷却する前に炭化水素供給ストリームから種々の程度に除去することができる。たとえばブタンより重い化合物は、その化合物がメタン液化プラントの一部を塞ぐようにさせうる十分に高い凍結温度を有し、したがって、これらの化合物は、本質的に完全に除去される。Ｃ２〜Ｃ４化合物は、液化生成物の所望の仕様を満たすために抽出されることが多い。Ｃ２〜Ｃ４炭化水素が、炭化水素供給ストリームから分離されうる、または、その含有量が、デメタナイザ（換言すれば、メタン除去装置）によって炭化水素供給ストリーム内で低減されうる。デメタナイザは、メタン富化されている頂部の炭化水素ストリームおよびＣ２〜Ｃ４炭化水素を含む底部のメタン希薄ストリームを提供する。底部のメタン希薄ストリームは、その後、液化石油ガス（ＬＰＧ）および凝縮ストリームを提供するためにさらなる分離器に流されうる。
【０１０８】
分離後、メタン富化されている炭化水素ストリームが冷却され液化される。炭化水素ストリームは、主冷媒回路などの少なくとも１つの冷媒回路内の少なくとも１つの冷媒ストリームに接して流される。好ましい実施形態では、主冷媒ステージの主熱交換器内で冷却し液化する前に、炭化水素ストリームは、予備冷却用冷媒に接して予備冷却される。予備冷却は、当技術分野で知られているいくつかの方法によって行われうる。
【０１０９】
こうした冷媒回路は、圧縮冷媒ストリームを提供するために、少なくとも部分的に蒸発した冷媒ストリームを圧縮するための少なくとも１つの冷媒圧縮器を備えることができる。圧縮冷媒ストリームは、その後、冷却器、通常、空気または水冷却器などの周囲冷却器（ambient cooler）内で冷却されて、第１の冷却冷媒ストリームとして冷媒ストリームを提供することができる。冷媒圧縮器は、少なくとも１つのタービンまたは電動機によって駆動されうる。
【０１１０】
炭化水素ストリームの冷却および液化は、少なくとも１つのステージで実施されうる。予備冷却または補助冷却とも呼ばれる初期冷却は、予備冷却された炭化水素ストリームを提供するために、少なくとも１つの予備冷却用熱交換機器内の予備冷却用冷媒回路の、単一冷媒または混合冷媒などの予備冷却用冷媒を使用して実施されうる。予備冷却された炭化水素ストリームは、好ましくは、０℃より低い温度などで部分的に液化される。
【０１１１】
好ましくは、こうした予備冷却用熱交換器は、予備冷却ステージを備えることができ、任意の後続の冷却は、少なくとも１つの主および／または副冷却用冷却ステージにおいて炭化水素ストリームの画分を液化するために、少なくとも１つの主熱交換器で実施される。
【０１１２】
こうして、２つ以上の冷却ステージを含むことができ、それぞれのステージは少なくとも１つの工程、パーツ（parts）などを有する。たとえば、各冷却ステージは、１〜５の熱交換器を備えることができる。炭化水素ストリームおよび／または冷媒の前記画分またはある画分は、冷却ステージの全ての熱交換器および／または全ての同じ熱交換器を通過しない場合がある。
【０１１３】
一実施形態では、炭化水素は、２つまたは３つの冷却ステージを含む方法において冷却され液化させることができる。予備冷却ステージは、好ましくは、炭化水素供給ストリームの温度を、０℃未満、通常−２０℃〜−７０℃の範囲に下げることを意図される。
【０１１４】
２つ以上の予備冷却用熱交換器として使用するための熱交換器は、当技術分野でよく知られている。予備冷却用熱交換器は、コイル巻回式熱交換器、プレートフィン熱交換器、およびシェルおよびチューブ熱交換器を含む群から選択することができる。
【０１１５】
本明細書で述べる方法および装置による主冷却ステージが、その後実施される。主冷却ステージは、予備冷却ステージと別である。すなわち、主冷却ステージは、少なくとも１つの別個の主熱交換器を備える。主冷却ステージは、好ましくは、炭化水素ストリーム、通常、少なくとも予備冷却ステージによって−１００℃未満に冷却された炭化水素ストリームの画分の温度を低減することを意図される。
【０１１６】
熱交換器の任意の熱交換器の少なくとも１つは、図１、図２、または図３の実施形態によるスプール巻回式熱交換器あるいはシェルおよびチューブ熱交換器などの、本明細書で述べる熱交換器である。任意選択で、熱交換器は、そのシェル内に少なくとも１つの冷却セクションを備えることができ、各冷却セクションは、他の冷却場所に対する冷却ステージまたは別個の「熱交換器」として考えられうる。
【０１１７】
別の実施形態では、予備冷却用冷媒ストリームおよび任意の主冷媒ストリームの一方または両方は、冷却された混合冷媒ストリームを提供するために、少なくとも１つの熱交換器、好ましくは、先に述べた予備冷却用熱交換器および主熱交換器の２つ以上を通して流されうる。
【０１１８】
冷媒が、予備冷却用冷媒回路または任意の主冷媒回路などの混合冷媒回路内の混合冷媒である場合、混合冷媒は、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ペンタンからなる群から選択される２つ以上の成分の混合物から形成されてもよい。少なくとも１つの他の冷媒が、別個のまたはオーバラップ冷媒回路あるいは他の冷媒回路内で使用することができる。
【０１１９】
予備冷却用冷媒回路は、混合予備冷却用冷媒を含むことができる。主冷媒回路は、好ましくは、混合主冷却用冷媒を含む。本明細書で参照される混合冷媒または混合冷媒ストリームは、少なくとも５モル％の２つの異なる成分を含む。より好ましくは、混合冷媒は、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、およびペンタンを含む群の中の２つ以上を含む。
【０１２０】
予備冷却用混合冷媒についての一般的な組成は、
メタン（Ｃ１） ０〜２０モル％
エタン（Ｃ２） ５〜８０モル％
プロパン（Ｃ３） ５〜８０モル％
ブタン（Ｃ４） ０〜１５モル％
とすることができる。組成物全体は１００モル％を含む。
【０１２１】
主冷却用混合冷媒についての一般的な組成は、
窒素 ０〜２５モル％
メタン（Ｃ１） ２０〜７０モル％
エタン（Ｃ２） ３０〜７０モル％
プロパン（Ｃ３） ０〜３０モル％
ブタン（Ｃ４） ０〜１５モル％
とすることができる。組成物全体は１００モル％を含む。
【０１２２】
別の実施形態では、主熱交換器内で冷却され液化された炭化水素ストリームは、予備冷却されている可能性がある。予備冷却された天然ガスストリームなどの炭化水素ストリームは、その後、主熱交換器内でさらに冷却されて、ＬＮＧストリームなどの、少なくとも部分的に、好ましくは完全に液化された炭化水素ストリームを提供する。
【０１２３】
好ましくは、本明細書で述べる方法および装置によって提供される、液化済み炭化水素ストリームは、通常、運搬容器によって別の場所に輸送される前に、少なくとも１つの貯蔵タンクに貯蔵される。
【０１２４】
図４は、炭化水素ストリーム１０を冷却し液化するための装置１の図式的概略図である。炭化水素ストリームを処理し液化するいくつかの方法が当技術分野で知られている。図４の実施形態は、１つのこうした例示的な方法である。
【０１２５】
天然ガスから得られるストリームなどの炭化水素供給ストリーム５１０が提供される。炭化水素供給ストリーム５１０は、好ましくは、ＣＯ２およびＨ２Ｓなどの望ましくない成分を低減するかつ／または除去するために前処理されているような、液化に適した形態である。
【０１２６】
炭化水素供給ストリーム５１０は、好ましくは、所定の仕様の限度内の組成を有する液化済み生成物ストリーム７０になるように、いつでも冷却され液化される用意ができている調製されたストリーム５８０を生成するための成分を、炭化水素供給ストリーム５１０から抽出するために、随意の抽出ユニット５４５に流れることができる加圧されたストリームである。調製されたストリーム５８０は、たとえば、圧縮済みメタン富化ストリーム５８０の形態で提供される。当業者にも知られている、当技術分野で利用可能な多くのこうした抽出ユニットが存在する。例として、抽出ユニットは、スクラブ塔またはデメタナイザおよび随意の再圧縮器を備えることができる。
【０１２７】
抽出された成分は、通常液体ストリームである抽出生成物ストリーム５７０の形態で抽出ユニット５４５から放出されることができる。抽出ユニット５４５が、デメタナイザに基づく場合、抽出生成物ストリーム５７０は、通常ＮＧＬストリームの形態のメタン低減（depleted）ストリーム５７０とすることができる。抽出生成物ストリーム５７０は、任意選択で、天然ガス液抽出用の、デエタナイザ、デプロパナイザ、および／またはデブタナイザなどの、少なくとも１つのさらなる分画装置（図示せず）に流れることができる。
【０１２８】
本例の場合、圧縮済みメタン富化ストリームであると仮定されることになる、結果として得られる調製されたストリーム５８０は、少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５８５に流れることができ、そこで、調製されたストリーム５８０は、本例では予備冷却されたメタン富化炭化水素ストリームであると仮定される、予備冷却された調製済みストリーム５９０を提供するために、予備冷却用冷媒に接して冷却される。予備冷却用冷媒は、入って来る冷却された予備冷却用冷媒ストリーム４１０として予備冷却用熱交換器に供給され、出て行く、温められた予備冷却用冷媒ストリーム４２０として予備冷却用熱交換器から回収することができる。好ましくは、入って来る冷却された予備冷却用冷媒ストリーム４１０は、本質的に液体形態であり、一方、出て行く温められた予備冷却用冷媒ストリーム４２０は、好ましくは本質的に蒸気形態である。予備冷却用冷媒は、しばしば本質的にプロパンからなる単一成分予備冷却用冷媒、または、プロパンを含む混合予備冷却用冷媒などの混合予備冷却用冷媒とすることができる。複数の予備冷却用熱交換器５８５が存在する場合、予備冷却用冷媒は、それぞれの予備冷却用熱交換器５８５において異なる圧力で提供されうる。
【０１２９】
予備冷却されたメタン富化炭化水素ストリーム５９０は、炭化水素ストリーム１０の形態で主熱交換器５に直接流れることができる。しかし、図４の実施形態では、ストリーム５９０は、たとえば抽出ユニット５４５（図示せず）のために液体還流ストリーム５９７を生成するため、ガス液体分離器などの随意の主熱交換器分離器５９５に最初に流れた。こうした場合、炭化水素ストリーム１０は、頂部蒸気ストリームの形態で主熱交換器分離器５９５から提供される。
【０１３０】
簡単化のために、予備冷却用冷媒回路の残りは図示されない。こうした予備冷却用冷媒回路の構成は当業者に知られている。適した予備冷却用冷媒回路の一例は、図５に示される。
【０１３１】
図４の実施形態は、冷却し液化するための主熱交換器である熱交換器５に流される炭化水素ストリーム１０を示す。主熱交換器５は、主冷媒の第１および第２の流路２４０、３４０の、図１の実施形態と同一の構造を有する。
【０１３２】
図４の実施形態は、選択的な遮断手段の代替の場所を示す。１次出口ヘッダ７’は、合流器６５を示し、合流器６５は、それぞれの１次部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂからの液化済み流体部分ストリーム６０ａ、６０ｂを合流して、合流された液化済み流体ストリーム７０を提供する。しかし、１次流路４０ａ、４０ｂの１次群の少なくとも一方を選択的に遮断する手段は、１次出口ヘッダ７’内に配置される。流体部分ストリーム出口制御弁７５ａ、７５ｂは、１次部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂと液化済み流体ストリーム合流装置６５との間に設けられる。
【０１３３】
そのため、この実施形態では、２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの少なくとも１つを選択的に遮断する手段７５ａ、７５ｂは、図１および図２に示すように上流ではなく、主熱交換器５の下流に設けられる。選択的な遮断手段の下流配置が、同様に、自動冷却流路の２次群２４０用の２次出口ヘッダ手段に適用することができることが理解されるであろう。図１または図２の構成が、選択的な遮断手段の代替の配置の代わりに、所望である場合、図４のスキームで使用することができることも理解されるであろう。
【０１３４】
図４の実施形態では、炭化水素ストリーム１０は、炭化水素ストリーム分割装置などの、２つ以上の炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂの間で炭化水素ストリーム１０を分割する手段１５に流される。炭化水素ストリーム１０を分割する手段１５は、２つ以上の炭化水素部分ストリーム２０ａ、２０ｂを提供する。２つ以上の炭化水素部分ストリーム２０ａ、２０ｂは、２つ以上の部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂに接続されうる。それぞれの炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂは、炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂの少なくとも１つに接続される。
【０１３５】
２つ以上の炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂは、２つ以上の炭化水素流路出口４５ａ、４５ｂにおいて主熱交換器５を出る。それぞれの出口４５ａ、４５ｂは、液化済み炭化水素ストリーム５０ａ、５０ｂを生成する。２つ以上の炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂは、２つ以上の部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂに接続される。それぞれの部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂは、液化済み炭化水素部分ストリーム６０ａ、６０ｂを、炭化水素部分ストリーム出口制御弁７５ａ、７５ｂに提供する。炭化水素部分ストリーム出口制御弁７５ａ、７５ｂは、２つ以上の炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂの少なくとも１つを選択的に遮断する手段である。
【０１３６】
それぞれの炭化水素部分ストリーム出口制御弁７５ａ、７５ｂは、制御された液化済み炭化水素部分ストリーム８０ａ、８０ｂを提供する。２つ以上の制御された液化済み炭化水素部分ストリーム８０ａ、８０ｂは、制御された液化済み炭化水素部分ストリーム合流装置６５に流されて、合流された液化済み炭化水素ストリーム７０を提供しうる。
【０１３７】
炭化水素部分ストリーム出口制御弁７５ａ、７５ｂの一方を閉鎖することは、それぞれの炭化水素流路４０ａ、４０ｂまたはこうした流路の群を選択的に遮断することになることが明らかになる。こうして、主熱交換器５に対する炭化水素ストリーム１０のマスフローは、炭化水素流路４０ａ、４０ｂにおける不安定な冷却挙動を回避しながら低減されうる。
【０１３８】
図４は、さらに、主冷媒冷却回路２０１を示す。この実施形態では、主冷媒は、先に論じたような混合主冷媒である。
主冷媒ストリーム２００は、ガス／液体分離器などの主冷媒分離装置２０５に流される。主冷媒分離装置は、主熱交換器５に流される第１および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ａ、２１０ｂを提供する。第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａは、好ましくは、主冷媒分離装置２０５から頂部で引出される蒸気ストリームである。第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂは、好ましくは、主冷媒分離装置２０５の底部から引出される液体ストリームである。
【０１３９】
第１および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ａ、２１０ｂは、図１の実施形態について論じたように、主熱交換器５内で自動冷却され、膨張し、交換器のシェル側７８に流される。主冷媒は、流路の群４０ａ、４０ｂ、２４０、３４０内の流体と間接的に熱交換されて、流体を冷却し、主冷媒を温める。温かい冷媒は、温められた主冷媒ストリーム２９０として、主熱交換器５の底部でまたは底部の近くで少なくとも１つの主冷媒出口２８５から回収される。
【０１４０】
温められた主冷媒ストリーム２９０は、主冷媒圧縮器ノックアウトドラム２９５に流される。主冷媒圧縮器ノックアウトドラム２９５は、主冷媒圧縮器供給ストリーム３１０を提供する。主冷媒圧縮器供給ストリーム３１０は、実質的にガス状でありうる。
【０１４１】
主冷媒圧縮器供給ストリーム３１０は、主冷媒圧縮器３１５に流され、そこで、圧縮されて、圧縮済み主冷媒ストリーム３２０を提供する。主冷媒圧縮器３１５は、ガスまたはストリームタービンあるいは電動機などの主冷媒圧縮器ドライバ３４５によって機械的に駆動される。
【０１４２】
圧縮済み主冷媒ストリーム３２０は、その後、空気または水冷却器などの、少なくとも１つの主冷媒冷却装置３２５内で冷却されて、第１の冷却済み主冷媒ストリーム３３０を提供する。第１の冷却済み主冷媒ストリーム３３０は、その後、予備冷却用冷媒に接してさらに冷却するために少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５８５’に流されて、主冷媒ストリーム２００を提供しうる。図４に示すように、第１の冷却済み主冷媒ストリーム３３０は、圧縮済みメタン富化ストリーム５８０と別個の予備冷却用熱交換器内で冷却されることができる。入って来るまた出て行く冷媒ストリーム４１０’，４２０’は、それでも同じ予備冷却用冷媒サイクルの一部とすることができる。
【０１４３】
あるいは、第１の冷却済み主冷媒ストリーム３３０は、たとえば予備冷却用熱交換器内で利用可能な２つの別個のチューブ束が存在するとき、圧縮済みメタン富化ストリーム５８０と同じ予備冷却用熱交換器内で冷却されることができる。
【０１４４】
第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａが、通常、自動冷却の影響下で凝縮されるため、選択的な遮断装置はまた、たとえば図２で例示されるような主冷媒の第１の流路２４０に適用することができる。明らかに、この場合も、選択的遮断は、１次出口ヘッダと同様に、２次出口ヘッダ内で主熱交換器の下流に配置されることができる。
【０１４５】
結果として得られる液化された炭化水素ストリームが生成物ストリームとして使用されない例として、図５は、主熱交換器に冷却デューティを提供するために、炭化水素ストリーム１０’が主冷却用混合冷媒ストリームとして使用される実施形態を示す。この場合、本発明の装置は、主冷却用混合冷媒ストリームが部分的に液化される予備冷却用熱交換器５ａの形態で実現される。
【０１４６】
単一の予備冷却用熱交換器５ａだけが図５に示されるが、２つ以上の予備冷却用熱交換器は、選択的に遮断されうる２つ以上の炭化水素流路を備えうる。たとえば、２つの予備冷却用熱交換器は、たとえば直列または並列に設けられることができる。予備冷却用熱交換器は、シェル側７８ａ内の予備冷却用冷媒と同じ圧力または異なる圧力で運転することができる。
【０１４７】
天然ガスから得られたストリームなどの炭化水素供給ストリーム５１０ａが提供される。炭化水素供給ストリーム５１０ａは、好ましくは、ＣＯ２およびＨ２Ｓなどの望ましくない成分を低減するかつ／または除去するために前処理されているような、液化に適した形態である。
【０１４８】
炭化水素供給ストリーム５１０ａは、好ましくは、加圧されたストリームである。炭化水素供給ストリーム５１０ａは、炭化水素供給熱交換器５１２内で冷却されて、冷却済み炭化水素供給ストリーム５１４を提供しうる。
【０１４９】
冷却済み炭化水素供給ストリーム５１４は、スクラブ塔またはデメタナイザなどの随意の炭化水素供給分画装置５４５ａに流されて、メタン富化頂部ストリーム５６０ａおよびメタン低減底部ストリーム５７０ａを提供することができる。メタン低減底部ストリーム５７０ａは、天然ガス液抽出用の、デエタナイザ、デプロパナイザ、および／またはデブタナイザなどの、少なくとも１つのさらなる分画装置（図示せず）に流されうる。
【０１５０】
炭化水素供給分画装置５４５ａからのメタン富化頂部ストリーム５６０ａは、少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５８５ａに流されうる。メタン富化頂部ストリーム５６０ａは、熱交換器のシェル側７８ａ内の予備冷却用冷媒に接して冷却するための、予備冷却用熱交換器５ａ内の少なくとも１つのメタン富化ストリーム流路６４０を通して流されて、予備冷却済みメタン富化炭化水素ストリーム５９０ａが提供されうる。
【０１５１】
予備冷却用冷媒は、プロパンを含む混合予備冷却用冷媒などの混合予備冷却用冷媒とすることができる。複数の予備冷却用熱交換器５８５ａが混合予備冷却用冷媒と共に使用される場合、混合予備冷却用冷媒は、異なる予備冷却用熱交換器５８５ａのシェル側７８ａ内で異なる圧力で提供されうる。
【０１５２】
予備冷却用冷媒は、予備冷却用冷媒回路４０１内に設けられる。予備冷却用熱交換器５ａからの、出て行く温められた予備冷却用冷媒ストリームとしての予備冷却用冷媒圧縮器供給ストリーム４２０ａは、予備冷却用冷媒圧縮器４２５に流される。予備冷却用冷媒圧縮器は、予備冷却用冷媒圧縮器供給ストリーム４２０ａを圧縮して、圧縮済み予備冷却用冷媒ストリーム４３０を提供する。予備冷却用冷媒圧縮器４２５は、ガスまたはストリームタービンあるいは電動機などの予備冷却用冷媒圧縮器ドライバ４３５によって機械的に駆動される。
【０１５３】
圧縮済み予備冷却用冷媒ストリーム４３０は、その後、空気または水冷却器などの、少なくとも１つの予備冷却用冷媒冷却装置３２５ａ内で冷却されて、第１の冷却済み予備冷却用冷媒ストリーム４５０を提供する。第１の冷却済み予備冷却用冷媒ストリーム４５０は、その後、少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５ａに流されうる。第１の冷却済み予備冷却用冷媒ストリーム４５０は、予備冷却用熱交換器５ａ内の少なくとも１つの予備冷却用冷媒流路４４０を通して流されうる。予備冷却用冷媒流路４４０内の予備冷却用冷媒は、熱交換器のシェル側７８ａ内の予備冷却用冷媒に接して自動冷却されて、第２の冷却済み予備冷却用冷媒ストリーム４６０が提供される。
【０１５４】
第２の冷却済み予備冷却用冷媒ストリーム４６０は、ジュールトムソン弁または膨張器などの少なくとも１つの予備冷却用冷媒膨張装置４６５に流されて、そこで、膨張して、少なくとも１つの膨張済み予備冷却用冷媒ストリーム４１０ａを入って来る冷却済み予備冷却用冷媒ストリームとして提供しうる。少なくとも１つの膨張済み予備冷却用冷媒ストリーム４１０ａは、その後、流路４０ｃ、４０ｄ、４４０、６４０の内容物を冷却するために、予備冷却用熱交換器５ａのシェル側７８ａに流されうる。
【０１５５】
少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５８５ａは、予備冷却済みメタン富化炭化水素ストリーム５９０ａを提供する。予備冷却済みメタン富化炭化水素ストリーム５９０ａは、ガス／液体分離器などの主熱交換器分離器５９５ａに流されうる。主熱交換器分離器５９５ａは、メタン富化主熱交換器供給ストリーム６１０を頂部蒸気ストリームとして、また、供給分画還流ストリーム５９７を底部液体ストリームとして提供しうる。
【０１５６】
供給分画還流ストリーム５９７は、炭化水素供給分画装置５４５ａに流されうる。供給分画還流ストリーム５９７は、改善された分離を提供するために、冷却済み炭化水素供給ストリーム５１４より重力に関して高い地点で炭化水素供給分画装置５４５ａに流されることが好ましい。
【０１５７】
図５の実施形態は、従来の主熱交換器６４５に流されるメタン富化主熱交換器供給ストリーム６１０を示す。メタン富化主熱交換器供給ストリーム６１０は、少なくとも１つのメタン富化ストリーム流路６４０を通して流れることができ、そこで、混合主冷却用冷媒などの主冷却用冷媒に接して間接的に冷却され液化される。
【０１５８】
主熱交換器６４５は、液化された、おそらく部分的に液化されるが、好ましくは完全に液化された、メタン富化ストリーム６５０を提供する。炭化水素供給ストリーム５１０ａが天然ガスから得られると、液化されたメタン富化ストリーム６５０はＬＮＧであり得る。
【０１５９】
図５は、さらに、主冷媒冷却回路２０１ａを示す。この実施形態では、主冷媒は、先に論じたような少なくとも１つの炭化水素を含む混合主冷却用冷媒である。
主冷媒圧縮器供給ストリーム３１０ａは、主冷媒圧縮器３１５ａに流され、そこで、圧縮されて、圧縮済み主冷媒ストリーム３２０ａを提供する。主冷媒圧縮器３１５ａは、ガスまたはストリームタービンあるいは電動機などの主冷媒圧縮器ドライバ３４５ａによって機械的に駆動されうる。
【０１６０】
圧縮済み主冷媒ストリーム３２０ａは、その後、空気または水冷却器などの、少なくとも１つの主冷媒冷却装置３２５ａ内で冷却されて、第１の冷却済み主冷媒ストリームを炭化水素ストリーム１０’として提供しうる。第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’（炭化水素ストリーム）は、その後、予備冷却用冷媒に接してさらに冷却するために少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５ａに流されうる。
【０１６１】
第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’（炭化水素ストリーム）は、メタン富化頂部ストリーム５６０ａと同じまたは異なる予備冷却用熱交換器内で冷却されることができる。図５の実施形態では、第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’（炭化水素ストリーム）は、メタン富化頂部ストリーム５６０ａと同じ予備冷却用熱交換器５ａ内で冷却される。
【０１６２】
図５の予備冷却用熱交換器５ａは、２つ以上の主冷媒流路４０ｃ、４０ｄの少なくとも１つを選択的に遮断する手段２５ｃ、２５ｄと共に、１次流路の２つ以上の１次群として２つ以上の第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄを提供し、それにより、予備冷却用熱交換器５ａを通る第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’のマスフローは、不安定な冷却挙動をもたらすことなく減少されうる。この設計は、第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’が、予備冷却用熱交換器５ａ内で少なくとも部分的に液化される実質的に蒸気のストリームであるとき有利である。
【０１６３】
第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’は、１次流路の２つ以上の１次群４０ｃ、４０ｄの間で、第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’の形態の流体ストリームを分割する手段１５ａを備えることができる１次入口ヘッダ６’に流されうる。分割する手段１５ａは、第１の冷却済み主冷媒分割装置を備えることができる。第１の冷却済み主冷媒分割装置１５ａは、２つ以上の第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム２０ｃ、２０ｄを炭化水素部分ストリームとして提供しうる。
【０１６４】
２つ以上の第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム２０ｃ、２０ｄ（流体部分ストリーム）はそれぞれ、第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口制御弁２５ｃ、２５ｄ（１次部分ストリーム入口制御弁）に流れることができる。それぞれの第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂ（１次部分ストリーム入口制御弁）は、制御された第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム３０ｃ、３０ｄを提供する。
【０１６５】
２つ以上の第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ３５ｃ、３５ｄは、制御された第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム３０ｃ、３０ｄを受取る１次部分ストリーム入口ヘッダとして提供される。それぞれの第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ３５ｃ、３５ｄは、選択的に共に遮断される、第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄまたはこうした流路の群に接続される。そのため、第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口制御弁２５ｃ、２５ｄを閉鎖することによって、第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム２０ｃ、２０ｄは、それぞれの第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ３５ｃ、３５ｄ、したがってそれぞれの第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄに達することを防止される。こうして、予備冷却用熱交換器５ａを通る主冷媒のマスフローは、不安定な冷却挙動を軽減しながら減少されうる。
【０１６６】
第１の冷却済み主冷媒部分ストリームは、第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄ内で交換器のシェル側７８ａ内の予備冷却用冷媒に接して間接的に冷却されて、２つ以上の第２の部分的に液化された主冷媒部分ストリーム５０ｃ、５０ｄを液化済み炭化水素ストリームとして提供しうる。
【０１６７】
２つ以上の第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄは、少なくとも１つの第２の液化済み主冷媒ストリーム出口ヘッダ５５ｃ、５５ｄを備える１次出口ヘッダに接続されうる。図５の実施形態は、選択的に遮断されうる、それぞれの第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄまたは流路の群用の、第２の液化済み主冷媒ストリーム出口ヘッダ５５ｃ、５５ｄを示す。それぞれの第２の液化済み主冷媒ストリーム出口ヘッダ５５ｃ、５５ｄは、予備冷却済み主冷媒部分ストリーム６０ｃ、６０ｄの形態で液化済み流体を提供しうる。
【０１６８】
予備冷却済み主冷媒部分ストリーム６０ｃ、６０ｄは、予備冷却済み主冷媒合流装置６５ａで合流されて、予備冷却済み主冷媒ストリーム２００’を主冷媒ストリームとして提供しうる。
【０１６９】
予備冷却済み主冷媒ストリーム２００’は、ガス／液体分離器などの主冷媒分離装置２０５ａに流され得る。主冷媒分離装置２０５ａは、主熱交換器６４５に流される第１および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ａ、２１０ｂを提供する。第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａは、好ましくは、主冷媒分離装置２０５ａから頂部で引出される蒸気ストリームである。第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂは、好ましくは、主冷媒分離装置２０５ａの底部から引出される液体ストリームである。
【０１７０】
第１および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ａ、２１０ｂは、図１の実施形態について論じたように、主熱交換器内で自動冷却され、膨張し、交換器のシェル側７８に流される。主冷媒は、流路の群２４０、３４０、６４０内の流体と間接的に熱交換されて、流体を冷却し、主冷媒を温める。温かい冷媒は、温められた主冷媒ストリーム２９０として、主熱交換器６４５の底部でまたは底部の近くで少なくとも１つの主冷媒出口２８５ａから回収される。
【０１７１】
温められた主冷媒ストリーム２９０ａは、主冷媒圧縮器ノックアウトドラム２９５ａに流され得る。主冷媒圧縮器ノックアウトドラム２９５ａは、実質的に蒸気ストリームでありうる主冷媒圧縮器供給ストリーム３１０ａを提供する。
【０１７２】
本発明は、添付特許請求項の範囲から逸脱することなく多くの種々の方法で実施されうることを当業者は理解するであろう。たとえば、図４によるプロセススキームは、図２の実施形態に開示される装置と共に利用されることができ、ターンダウン運転中に、第１の画分の主冷媒流れチャネルならびに炭化水素流れチャネルが選択的に遮断されることを可能にする。
【０１７３】
さらに、図５によるプロセススキームは、図１または図２または図４の実施形態による主熱交換器５と共に使用されることができ、それにより、炭化水素ストリーム１０および／または主冷媒ストリームの第１の画分２１０ａの一方または両方に向上した熱的安定性が提供される可能性がある。
【０１７４】
本明細書で提供される図は、熱交換器のシェルの外に位置する炭化水素部分ストリームおよび冷媒ストリームの種々の入口および出口ヘッダを示す。しかし、代替の実施形態では、入口および出口ヘッダの一方または両方が、熱交換器の内部、その壁内に設置されうることが当業者に明らかになる。しかし、少なくとも選択的に遮断する手段が、これらの手段に対するアクセスおよび制御を容易にするために、熱交換器の壁の外に配置されることが好ましい。
【０１７５】
先の説明は、概念的なレベルで、１次流路の２つ以上の１次群の少なくとも１つの群を選択的に遮断する手段を述べる。実際には、これらの手段は、当業者によって採用される通常の設計慣行に従ってより精緻な方法で実施することができる。たとえば、選択的に遮断する手段は、遮断された流路の群（図示せず）内への共有ヘッダを介した開放した（非遮断の）流路の群からの逆流を回避するように配列されることができる。これは、たとえば、選択的に遮断される必要がある流路の群の各端部に、また排他的ではなく、流路の群の入口端または出口端に連携動作式弁を設けることによって達成されることができる。
【０１７６】
本明細書で開示する方法および装置は、流量の比較的大きな変動を受けることが予想される炭層メタンの形態のまたは炭層メタンから得られる天然ガスを含む流体を冷却し液化するのに特に適する。
【０１７７】
本発明は、添付特許請求項の範囲から逸脱することなく多くの種々の方法で実施されうることを当業者は理解するであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化流体ストリームを提供するために流体ストリームを冷却し液化するための装置、および、そのための方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
本開示の文脈では、用語「液化される（liquefied）」は、一般に、別途特定されない限り、部分的にまたは完全に液化されることを意味する。
流体ストリーム（stream）は、たとえば販売されるかまたは別の場所に輸送される液化生成物ストリームの形態で提供されることも、装置が使用される方法において、たとえば１つまたは複数の熱交換器に冷却デューティ（duty）を提供する冷媒として内部で使用されることもある。流体ストリームは、炭化水素ストリームの形態で提供することができる。こうした炭化水素ストリームは、本開示の文脈では、天然ガスまたは合成供給源から得ることができる。液化された炭化水素ストリームは、たとえば液化天然ガス（ＬＮＧ）の形態で生成物ストリームとして使用されることも、装置が使用される方法において、たとえば冷却デューティを提供する冷媒ストリームとして内部で使用されることもある。
【０００３】
天然ガスは、有用な燃料供給源であると共に、種々の炭化水素化合物の供給源である。いくつかの理由で、天然ガスストリームの供給源のまたは供給源の近くのＬＮＧプラント内で天然ガスを液化することが望ましいことが多い。例として、天然ガスは、占有する容積がより小さく、高圧で貯蔵される必要がないため、ガス形態と比較してより容易に液体として長い距離にわたって貯蔵および輸送することができる。通常、天然ガスは、主にメタンを含むが、高い圧力でＬＮＧプラントに入り、極低温での液化に適した精製供給ストリームを生成するために前処理される。精製ガスは、熱交換器を使用して少なくとも１つの冷却ステージを通して処理されて、液化が達成されるまで、その温度が徐々に低減される。液体天然ガスは、その後、貯蔵および輸送に適した最終雰囲気圧力になるまでさらに膨張されうる。
【０００４】
少なくとも１つの冷却ステージは、天然ガスの温度を経時的に低減する予備冷却および主冷却ステージを備えうる。主冷却ステージは、ＬＮＧなどの、液化された、部分的にまたは完全に液化された炭化水素ストリームを提供するために、少なくとも１つの主熱交換器内で実施することができる。
【０００５】
米国特許第６，２７２，８８２号は、ＬＮＧを得るために、ガス状でメタンに富む供給ストリームを液化するためのプロセスを開示する。そのプロセスは、２つの冷却ステージ、プロパン予備冷却冷媒サイクルおよび混合式冷媒主冷却サイクルを利用する。その壁内のシェル側およびシェル側を通して延在する少なくとも１つのチューブ側を画定する主熱交換器は、主冷却ステージにおいて天然ガスを液化するために使用される。天然ガスは、炭化水素ストリームフローチューブ内のチューブ側の１つの側を通って流され、そこで、天然ガスは、熱交換器のシェル側の混合主冷媒に接して間接的に冷却され液化される。
【０００６】
米国特許第６，２７２，８８２号は、ＬＮＧの生産を最適化するために、高度なプロセス制御方策を使用し、その方策は、操作変数としてとりわけ主冷媒の画分（fraction）および冷却される炭化水素ストリームの質量流量、および、被制御変数としてとりわけ主熱交換器内の温度差を利用する。
【０００７】
米国特許第６，７２７，８８２号の高度なプロセス制御方法は、操作変数として、冷却される炭化水素ストリームの質量流量の変化をもたらしうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高度なプロセス制御方法の結果としての炭化水素ストリームのマスフローの変化に加えて、このマスフローの減少は、修理と整備のための液化施設の部分的なシャットダウン（換言すれば、部分的な停止）（いわゆる「ターンダウン運転（turn down operation）」）の結果として、または、ＬＮＧについての需要が低い期間中に起こる可能性がある。
【０００９】
設計された運転条件からの炭化水素ストリームのマスフローの減少は、主熱交換器（複数可）の前後の炭化水素ストリームの摩擦圧力降下の減少をもたらし、冷却プロセスにおける不安定な挙動の可能性を増加させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様では、本発明は、液化流体ストリームを提供するために流体ストリームを冷却し液化する装置を提供し、前記装置は、少なくとも、
−熱交換器であって、熱交換器の壁内のシェル側および熱交換器のシェル側を通して延在する複数の流路を有し、前記複数の流路は、１つまたは複数の１次流路の２つ以上の１次群を備え、前記１次群の各々は、熱交換器を通して流体ストリームの一部を運び、前記一部を熱交換器のシェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、
−１次流路の２つ以上の１次群を流体の供給源に接続し、１次流路の２つ以上の１次群の間で流体ストリームを分割するように配置された１次入口ヘッダと、
−流体ストリームの流量に応答して、１次流路の２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、１次流路の残りの未遮断の１次群を通して流体ストリームが流れることを許容する手段と、を備える。
【００１１】
さらなる態様では、本発明は、液化流体ストリームを提供するために、流体ストリームを冷却し液化する方法を提供し、方法は、
−液化流体ストリームを提供するために、第１の態様で規定される装置に流体ストリームおよび冷媒を流す工程を少なくとも含む。
【００１２】
好ましい態様では、装置に流体ストリームを流す前記工程は、１次入口ヘッダ内への流体ストリームを可能にすること、および、１次流路の残りの未遮断の１次群を通して流体ストリームが流れることを可能にしながら、流体ストリームの流量に応答して、１次流路の２つ以上の１次群の少なくとも１つの１次群を選択的に遮断することを含む。
【００１３】
さらに別の態様では、本発明は、液化流体ストリームを提供するために、流体ストリームを冷却し液化する方法を提供し、方法は、少なくとも、
−所定流量の流体ストリームおよび冷媒を装置に流す工程であって、装置が、少なくとも、熱交換器であって、熱交換器の壁内のシェル側および熱交換器のシェル側を通して延在する複数の流路を有し、複数の流路は、１つまたは複数の１次流路の２つ以上の１次群を備え、前記１次群の各々は、熱交換器を通して前記流体ストリームの一部を運び、前記一部を熱交換器のシェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、１次流路の前記２つ以上の１次群を流体の供給源に接続し、１次流路の２つ以上の１次群の間で流体ストリームを分割するように配置された１次入口ヘッダとを備える、工程と、
−１次入口ヘッダ内へ流体ストリームを流す工程と、
−流体ストリームの流量に応答して、１次流路の２つ以上の１次群の少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、１次流路の残りの未遮断の１次群を通して流体ストリームが流れることを許容して液化流体ストリームを提供する工程とを含む。
【００１４】
本発明の実施形態は、ここで、単に例によってまた添付の非制限的な図面を参照して述べられるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態による炭化水素ストリームを液化する装置の図式的概略図である。
【図２】さらなる実施形態による炭化水素ストリームを液化する装置の図式的概略図である。
【図３】別の実施形態による炭化水素ストリームを液化する装置の図式的概略図である。
【図４】別の実施形態による本発明の装置を利用して炭化水素ストリームを液化する方法の図式的概略図である。
【図５】さらなる実施形態による本発明の装置を利用して炭化水素冷媒ストリームを液化する方法の図式的概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本説明のために、単一の参照数字が、ラインならびにそのラインで運ばれるストリームに割当てられる。同様の参照数字は、同様のラインまたは構成要素を示す。本明細書で使用されるように、用語「フロー（flow）」および「マスフロー（mass flow）」は、「質量流量（mass flow rate）」を指す。
【００１７】
本発明は、液化される流体ストリームのマスフロー変動によりよく対処しようとして考えられた。
本開示は、流体ストリームがその液化中にそこを通って流れる１次流路の複数の１次群を有する熱交換器を設け、それにより、１次流路の残りに流体が流れるように誘導しながら、１次流路の１次群の少なくとも１つの１次群が選択的に遮断されうることによって、流体ストリームのマスフローの減少中の不安定な挙動を軽減することができる装置および方法を提案する。こうして、低いマスフローの結果としての全ての１次流路の前後の摩擦圧力降下のいずれの減少も、減少した数の１次流路を通して流体ストリームを誘導することによって軽減されうる。こうした装置を通して流体ストリームおよび冷媒を流す工程を少なくとも含む、流体ストリームを冷却し液化する方法が提案される。
【００１８】
本明細書で述べる方法および装置は、有利には、所定期間にわたってそのマスフローが変動する流体ストリームと共に働き、装置の熱設計から生じる向上したターンダウン特性を提供する。
【００１９】
１次流路の１次群の少なくとも１つの１次群の選択的な遮断は、流体ストリームの流量の減少に応答して実施されうる。こうして、液化施設のターンダウンに対処する方法は、液化施設が上記第１の態様による装置を備える場合に提供することができる。明らかに、選択的に遮断された流路の群の選択的な遮断は、流量の回復または部分的な回復をもたらす流量の増加に応答して終了して、直前に遮断された流路の群を通した流体の流れが回復されうる。
【００２０】
冷却され液化された流体ストリームは、好ましくは、装置および／または方法から運び去られる（exported）。冷却され液化された流体ストリームの大部分は、装置および／または方法から除去され、装置および／または方法に戻されない。通常、運び去ることは、冷却され液化された流体ストリームを、装置／方法から離れて別の場所へ輸送するために利用可能にすることを必要とする。任意選択で、冷却され液化された流体ストリームを、前記輸送前におよび／または前記輸送中におよび／または前記輸送後に、貯蔵タンクに貯蔵することができる。
【００２１】
米国特許第４，２０８，１９８号は、熱蒸気の体積による熱交換負荷の変動が、熱交換器内の冷蒸気通路の等間隔に配置された部分（fraction）の段階的で完全な閉鎖によって補償される方法を開示する。この方法が、流体流が経験する、熱交換器の前後の摩擦圧力降下の減少に関連する上述した安定性問題を解決しないことが述べられる。
【００２２】
この説明の残りの部分では、流体は、しばしば、炭化水素流体であり、流体ストリームは炭化水素流体ストリームであると仮定されることになり、装置は、しばしば、液化済み炭化水素ストリームを提供するために、炭化水素ストリームを冷却し液化する装置であると仮定されることになる。その結果、１次流路または１次流路の群は、以下で、「炭化水素流路（hydrocarbon flow passages）」と呼ばれることがある。
【００２３】
炭化水素ストリームを冷却し液化する装置は、熱交換器であって、熱交換器のシェル側を通って横断する複数の炭化水素流路を有する、熱交換器を備える。本明細書で開示される方法および装置は、流体の凝縮がそこで起こる、シェルおよび複数の流路を備えるいずれの熱交換器にも適用されうることが当業者に明らかになる。
【００２４】
炭化水素流路内の炭化水素は、熱交換器のシェル側の冷媒に接して間接的に熱交換されうる。こうした装置は、ＬＮＧまたは凝縮ガスの液化燃料化（Gas to liquid）（ＧＴＬ）生成物などの液化済み炭化水素ストリームの最適な生産のために設計されうる。所望の出力における生産中に、炭化水素ストリームは、全ての炭化水素流路間で分割されうる。所望の出力における炭化水素ストリームのマスフローから生じる、炭化水素流路の前後での特定の摩擦圧力降下が存在することになる。
【００２５】
炭化水素フローチューブは、通常、熱交換器の中央の周りで通常螺旋状に角度をなしてで主熱交換器内に円周方向に配列され、それにより、炭化水素ストリームは、主熱交換器の底部から頂部まで流れるにつれて、少なくとも部分的に凝縮され、蒸気から液体に相を変更する。凝縮された液体炭化水素は、蒸気相より密度が高いため、混合物が上に移動するための十分な駆動力が存在しない場合、炭化水素フローチューブを戻るように落ちることになる。そのため、液化方法は、液化済み炭化水素を、上にまた主熱交換器から出るように移動させるのに十分である流れ速度および摩擦圧力降下を有する炭化水素ストリームによって働くように設計される。
【００２６】
しかし、炭化水素ストリームのマスフローは、時々、たとえばターンダウン事象中に、または特に、高度なプロセス制御最適化の結果として減少する可能性がある。これは、炭化水素流路の前後の摩擦圧力降下の減少をもたらす可能性がある。
【００２７】
炭化水素ストリームのマスフローは、減少する場合、凝縮炭化水素が炭化水素フローチューブを戻るように落ちるレベルに達し、蒸気炭化水素ストリームの通過を一時的に遮断する液体プラグを提供するように凝集する。したがって、蒸気炭化水素ストリームの圧力は、液体炭化水素プラグが除去されるまで液体炭化水素プラグの下で増加することになる。炭化水素ストリームのマスフローが低過ぎる場合、さらなるプラグが形成し続けることになり、炭化水素フローチューブ内での液体プラグ形成および解除の反復をもたらし、主熱交換器内での不安定なフロー挙動を生成する。この挙動は、主交換器内での急激な熱振動をもたらし、たとえばチューブの漏れの結果として、（長い期間にわたって）交換器の機械的故障の一因となる可能性がある。
【００２８】
これは、液化される流体の摩擦圧力降下を設計レベルにまたは設計レベルの近くに維持することによって回避されうる。炭化水素流路の前後の炭化水素ストリーム摩擦圧力降下を設計レベルにまたは設計レベルの近くに維持するために、炭化水素ストリームが、炭化水素ストリーム流路の全てではないが一部に選択的に提供されることが提案される。炭化水素ストリームの減少したマスフローをより少数の炭化水素流路にわたって分散させることによって、摩擦圧力降下のいずれの減少も軽減されうる。これは、設計条件より低い炭化水素ストリームのマスフローで、方法および装置が効果的に働くことを可能にする。
【００２９】
こうして、炭化水素ストリームの１００％マスフローにおける設計された運転中に圧力降下の減少があり、一方、炭化水素ストリームの減少したマスフローにおいて依然として安定した運転が可能である熱交換器を設計することが可能である。これは、熱交換器の径および複雑さの低減をもたらすことができ、製造コストを下げる。
【００３０】
代替の手法は、圧力降下に対処することによって炭化水素ストリームの最小質量流量での安定した運転を有するように主熱交換器を設計することである。
たとえば、単相流を有する主熱交換器の場合、炭化水素フローチューブ内でのマスフローと圧力降下との関係は、ほぼ２次式（quadratic）である。そのため、たとえば、炭化水素ストリームのマスフローの５０％減少において安定した挙動を示すように設計された冷却プロセスは、炭化水素ストリームの１００％マスフローの場合に必要であるより、４倍高い圧力降下を持って主熱交換器が設計されることを要求することになる。しかし、炭化水素フローチューブ内でのこうした圧力降下の増加に対処する主熱交換器を製造することは、ＣＡＰＥＸの著しい増加、および、ＬＮＧなどの液化生成物の生産能力の著しい減少をもたらす。現時点で開示される熱交換器は、より費用効果的でかつより実用的であると予想される。
【００３１】
さらに、より小さな圧力降下について設計された本明細書で開示する熱交換器は、より高い圧力降下に対処するように設計された交換器と比較して、減少したマスフローであっても、熱力学的により効率的である。これは、より低い圧力降下によって、液化圧力が高くなり、より高い液化温度、そのため増加した生産能力が可能になるからである。標準的なエネルギー理論によれば、より高い温度で等価な熱デューティを提供することは、より少ない圧縮器電力を可能にする。
【００３２】
したがって、本明細書で開示される装置は、６０％以上、７０％以上、または８０％以上の減少など、５０％を超える、炭化水素ストリームのマスフローの減少に対処するように設計されうる。
【００３３】
図１は、炭化水素ストリーム１０の形態の流体を冷却し液化するために使用されうる熱交換器５を備える装置１の図式的概略図である。炭化水素ストリーム１０は、天然ガスまたは石油貯留層から得られる天然ガスから得ることができるが、あるいは、同様にフィッシャートロプシュ法（Fischer-Tropsch process）などの合成供給源を含む、別の供給源から得ることができる。炭化水素ストリーム１０は、予備処理されていてもよく、これは、以下でより詳細に論じられる。
【００３４】
熱交換器５は、コイル巻回式熱交換器またはシェルおよびチューブ熱交換器とすることができる。熱交換器５は、シェル側７８を含む内部体積を画定し取り囲む壁８５を有する。内部体積は、さらに、フローチューブなどの複数の流路を備える。これらの流路は、それぞれが流路の１つまたは複数を備える群にグループ分けされる。簡単化のために、図１は、こうした流路の４つの群を示す。４つの群とは、熱交換器５を通して液化される流体を輸送するための流路の２つの１次群４０ａ、４０ｂ、自動冷却によって液化される冷媒を輸送するための自動冷却流路の２次群２４０、および、たとえば別の冷媒組成物などの補助ストリームを冷却するための補助流路の３次群３４０である。各群が、数十または数百の流路を含むことができることが、当業者によって理解されるであろう。これらの流路は、好ましくは、熱交換器５の底部のまたは底部の近くの入口３７ａ、３７ｂ、２３７、３３７から熱交換器５内の重力方向に関して高い地点の出口４５ａ、４５ｂ、２４５、３４６まで、その内容物を輸送するように配列される。
【００３５】
以降のさらなる説明では、これらの流路の群が、例において冷媒ストリームのために使用されると仮定して、自動冷却流路の２次群は、「冷媒第１流路（refrigerant first flow passages）」と呼ばれることがあり、一方、補助流路の３次群は、「冷媒第２流路（refrigerant second flow passages）」と呼ばれることがある。
【００３６】
流路の群４０、２４０、３４０は、２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂを備える。各炭化水素流路は、炭化水素ストリーム１０の一部４０ａ、４０ｂを運ぶ。部分炭化水素ストリーム４０ａ、４０ｂは、熱交換器５のシェル側７８の冷媒に接して間接的に冷却される。その冷媒は、通常、重力の影響下でシェル側７８を通して下に移動する。
【００３７】
１次入口ヘッダ６は、１次流路の２つ以上の１次群４０ａ、４０ｂ（ここでは、炭化水素流路４０ａ、４０ｂ）を、冷却され液化される炭化水素流体の供給源に接続する。１次入口ヘッダ６は、１次流路の２つ以上の１次群４０ａ、４０ｂの間で炭化水素流体ストリーム１０を分割するように配列される。
【００３８】
１次流路の残りの未遮断の１次群を通して流体ストリームが流れることを可能にしながら、１次流路の２つ以上の１次群の少なくとも１つの１次群を選択的に遮断する手段が設けられる。図１の実施形態では、これらの手段は、１次入口ヘッダの一部を形成するが、このことは、本発明の要件である必要はない。
【００３９】
１次流路の２つ以上の１次群の少なくとも１つの１次群を選択的に遮断する手段は、流体ストリームの流量に応答して働く。装置は、流体ストリーム１０の流量を示す信号に応答して選択的な遮断を制御する手段を備えることができる。こうした信号は、ライン１０内の流体ストリームの流量を確定する、好ましくは測定する手段を使用して生成することができる。図１の実施形態では、これは、ライン１０に接続されたフローセンサＦとして示される。しかし、ライン１０内の流体ストリームの流量は、ライン７０などの代わりに別のラインのフローセンサを使用して直接確定することができる、かつ／または、フローに直接にまたは間接的に関連する代替のパラメータから間接的に計算することができる。
【００４０】
冷媒が、主冷却冷媒回路内の主冷媒である場合、熱交換器５は、主熱交換器である。主冷媒は、混合主冷媒とすることができる。適した混合主冷媒の例は、以下でより詳細に論じられる。主冷媒は、少なくとも部分的に、好ましくは完全に液化された主冷媒として、少なくとも１つの主冷媒入口２７５ａ、２７５ｂにおいて、主熱交換器のシェル側７８に提供されうる。
【００４１】
全ての群の流路は、互いに巻き付けられてレイアウトされ、それにより、冷媒によって提供される冷却デューティが、流路の間で均等に分配される。液体冷媒液滴は、群４０、２４０、３４０内の流路のそれぞれの上に膜を形成しうる。熱は、冷媒と流路の内容物との間で交換される。流路の群４０、２４０、３４０はそれぞれ、主熱交換器５のシェル側の冷媒と熱交換相互作用状態にあるように配列された熱交換面を備える。主熱交換器５内を垂直に観察すると、流路を構成するフローチューブに沿って、重力方向に関して高い地点から重力方向に関して低い地点へ冷媒膜が流れることができるように、流路が分配される。流路のそれぞれの内容物は、熱交換面に沿って重力に抗する方向に流れる。そのため、たとえば、流体ストリーム１０は、重力に抗して、すなわち、重力方向に関して低い地点から重力方向に関して高い地点へ未遮断の１次群を通って流れる。冷媒液滴は、シェル７８内の均等な熱分布を維持するために、落ちて、隣接するフローチューブ４０、２４０、３４０の間で移動しうる。
【００４２】
主冷媒は、群４０、２４０、３４０内の流路の内容物を冷却するにつれて、温められ、蒸発することができる。温められた主冷媒は、主熱交換器５の底部でまたは底部の近くで少なくとも１つの主冷媒出口２８５を通して、温められた主冷媒ストリーム２９０として回収される。
【００４３】
図１に示す実施形態では、主冷媒の第１および第２の画分を有する混合冷媒が、炭化水素部分ストリーム４０ａ、４０ｂを冷却するために使用される。主冷媒ストリームの第１の画分２１０ａは、主熱交換器５の第１の画分の主冷媒通路入口２３７に流される。主冷媒ストリームの第１の画分２１０ａは、第１の画分の主冷媒通路出口２４５において少なくとも１つの冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０を提供するために、少なくとも１つの主冷媒の第１の流路２４０を通して第１の画分２１０ａを流すことによって、交換器のシェル側７８内の主冷媒に接して自動冷却される。単一の冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０が図１に示される。
【００４４】
少なくとも１つの冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０は、ここでは第１の画分の主冷媒膨張（expansion）装置２５５の形態で示す、少なくとも１つの膨張装置に流れることができ、そこで、少なくとも１つのストリームが、膨張して、少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２７０が提供される。少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２７０は、その後、主熱交換器５のシェル側７８に、少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームとして流されうる。少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームは、少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒入口２７５に流されて、複数の流路４０、２４０、３４０内の流体を冷却する主冷媒を提供する。
【００４５】
同様に、主冷媒ストリームの第２の画分２１０ｂは、主熱交換器５の第２の画分の主冷媒通路入口３３７に流される。主冷媒ストリームの第２の画分２１０ｂは、第２の画分の主冷媒通路出口３４５において少なくとも１つの冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０を提供するために、ここでは主冷媒の第２の流路３４０の形態で示される、少なくとも１つの３次群の１つまたは複数の補助流路を通して第２の画分２１０ｂを流すことによって、交換器のシェル側７８内の主冷媒に接して自動冷却される。単一の冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０が図１に示される。
【００４６】
少なくとも１つの冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０は、少なくとも１つの第２の画分の主冷媒膨張装置３５５に流れることができ、そこで、少なくとも１つのストリームが、膨張して、少なくとも１つの膨張した第２の画分の主冷媒ストリーム３７０が提供される。少なくとも１つの膨張した第２の画分の主冷媒ストリーム３７０は、その後、主熱交換器５のシェル側７８に、少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームとして流されうる。少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームは、少なくとも１つの膨張した第２の画分の主冷媒入口３７５に流されて、流路の群４０、２４０、３４０内の流体を冷却する主冷媒を提供する。
【００４７】
設計容量における主熱交換器５の通常運転中、２つ以上の炭化水素流路はそれぞれ、炭化水素ストリームの一部４０ａ、４０ｂを運んで、これを主冷媒に接して冷却し液化することができる。時々、炭化水素ストリーム１０のマスフローは、たとえば高度なプロセス制御プロセスの結果として、部分的なシャットダウンの結果として、または供給または需要の減少の結果として減少する。１次入口ヘッダ６内への炭化水素ストリーム１０のマスフローが所定期間にわたって減少する場合、好ましくはそのマスフローが設定閾値未満に減少する場合、本明細書で述べる方法および装置は、炭化水素流路４０ａ、４０ｂの少なくとも一方を選択的に遮断できる。炭化水素ストリーム１０のマスフローのこうした減少は、「ターンダウン（turn down）」とも呼ばれる。選択的な遮断は、炭化水素ストリームの減少したマスフローが、主熱交換器５内のより少数の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの間で分配されることを可能にし、それにより、流路内の圧力降下が、実質的に変化しないままになる、または、不安定な冷却挙動を生成するのに十分に変化しない。
【００４８】
図１に示す実施形態では、１次流路の２つの１次群４０ａ、４０ｂが示され、その群は、炭化水素流路４０ａ、４０ｂと呼ばれる。実際には、これらの群はそれぞれ、通常、主熱交換器５内の複数の流路を示す。炭化水素ストリーム１０のマスフローの減少に応答して、２つの炭化水素流路４０ａ、４０ｂの一方または他方は、残りの未遮断の炭化水素流路を通るマスフローを可能にしながら、選択的に遮断されることができる。
【００４９】
同様に、流路の２次群および３次群２４０および３４０はそれぞれ、自動冷却および補助入口ヘッダ２３５、３３５に接続された、１つまたは複数の自動冷却または補助流路を備える。本例における自動冷却および補助入口ヘッダは、冷媒入口ヘッダである。群４０、２４０、３４０内の流路が、主熱交換器５を通して一様に分配されるため、炭化水素流路４０ａ、４０ｂの少なくとも１つの選択的な遮断は、交換器内で不均等な熱分布および熱勾配をもたらさないことになる。
【００５０】
図１に示す実施形態は、設計された運転容量から、マスフローの５０％より大きいターンダウンを提供する場合に有利である。その理由は、炭化水素ストリーム１０の質量流量の５０％以上の減少に応答して、炭化水素流路４０ａ、４０ｂの半分（すなわち、一方）が選択的に遮断されて、主熱交換器５内で実質的に一定の圧力降下を維持することができるからである。
【００５１】
１次流路の３つ以上の１次群が、さらなるターンダウンオプション（option）を提供することができることが明らかになる。たとえば、その中の少なくとも２つが選択的に遮断可能である３つの１次群（炭化水素流路）を用いて、１次流路の３つの１次群のうちの１つの１次群および３つの１次群のうちの２つの１次群をそれぞれ選択的に遮断することによって、約３３％および６６％のターンダウン運転に対処することが可能であることになる。さらなる例では、その中の少なくとも３つが選択的に遮断可能である４つの炭化水素流路（１次群）が設けられる場合、炭化水素流路のうちの、１つ、２つ、または３つをそれぞれ選択的に遮断することによって、約２５％、５０％、および７５％のターンダウン運転に対処することが可能であることになる。
【００５２】
２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの選択的な遮断は、ここでは少なくとも１つの炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５の形態で設けられる、１次部分ストリーム入口制御弁を使用することによって達成することができる。少なくとも１つの炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５は、炭化水素流路の少なくとも一つに対して部分炭化水素ストリームのマスフローを制御するように動作する。少なくとも１つの炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５は、選択的に遮断される各炭化水素流路（１次群）について設けられる。
【００５３】
好ましくは、炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５は、スナップアクションコントロール（すなわち、２位置オン／オフ制御モード）によって制御され、それにより、コントローラが弁２５を開放するかまたは閉鎖する。好ましくは、弁２５内で絞り操作（throttling）は起きない。
【００５４】
こうした入口制御弁２５は、センサＦからの流量を示す信号を使用するコントローラによって制御されうる。流量が、設定された第１の閾値より下がる場合、コントローラは、入口制御弁２５を閉鎖する。流量が、設定された第２の閾値を超えて増加する場合、コントローラは、弁２５を開放する。第１および第２の閾値は、振動を回避するために互いに異なるとすることができる。あるいは、コントローラは、手動操作であることができ、それにより、弁２５は手動で制御される。
【００５５】
図１は、１次入口ヘッダ６が２つ以上の１次部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂ（本例では、同様に「炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ（hydrocarbon part stream inlet headers）」と呼ばれることがある）を備える一実施形態を示す。各ヘッダは、炭化水素流路の形態で、１次流路の１次群４０ａ、４０ｂの一方に一意に接続される。１次ヘッダストリーム分割装置１５は、流体ストリーム１０を、それぞれが流体部分ストリーム導管に入る２つ以上の流体部分ストリーム２０ａ、２０ｂに分離するように配列される。本例では、流体部分ストリームはまた、「炭化水素部分ストリーム（hydrocarbon part streams）」と呼ばれることがある。選択的に遮断する手段は、ここで、流体部分ストリーム導管２０ａ、２０ｂのそれぞれにおいて１次部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂの形態で具現化される。本例では、１次部分ストリーム入口制御弁はまた、「炭化水素部分ストリーム入口制御弁（hydrocarbon part stream inlet control valves）」と呼ばれ、流体部分ストリーム導管２０ａ、２０ｂは、「炭化水素部分ストリーム導管（hydrocarbon part stream conduits）」と呼ばれることがある。
【００５６】
図１に示す実施形態では、炭化水素ストリーム１０は、２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの間の１次ヘッダストリーム分割器１５に流される。分割する手段１５は、炭化水素ストリーム分割装置を備えることができる。炭化水素ストリーム分割装置１５は、２つ以上の炭化水素部分ストリーム２０ａ、２０ｂを提供できる。
【００５７】
２つ以上の炭化水素部分ストリーム２０ａ、２０ｂはそれぞれ、炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂに流れることができる。炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂは、制御された炭化水素部分ストリーム３０ａ、３０ｂを提供する。
【００５８】
２つ以上の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂは、制御された炭化水素部分ストリーム３０ａ、３０ｂを受取るために設けられる。各炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂは、選択的に共に遮断される、炭化水素流路４０ａ、４０ｂまたは流路の群に接続される。そのため、炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂを閉鎖することによって、部分炭化水素ストリーム２０ａ、２０ｂは、それぞれの炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂ、したがってそれぞれの炭化水素流路４０ａ、４０ｂまたは流路の群に達することを防止される。
【００５９】
たとえば、炭化水素ストリーム入口制御弁２５ｂを閉鎖することは、部分炭化水素ストリーム２０ｂが炭化水素流路４０ｂに達することを防止することになる。炭化水素ストリーム入口制御弁２５ａが開放したままになる場合、炭化水素流路４０ａを通るマスフローが、炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａを介して維持されうる。
【００６０】
２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂが、特定の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂに接続されうることが明らかになる。図１に示す実施形態では、炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂの同等の比率（すなわち、一方）が、所与の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂに接続されうる。こうした実施形態では、炭化水素ストリーム入口制御弁２５ｂを閉鎖することは、炭化水素流路４０ａ、４０ｂの半分、すなわち、流路４０ｂを選択的に遮断することになる。この構成は、炭化水素ストリーム１０のマスフローの約５０％のターンダウンで安定した冷却を提供しうる。
【００６１】
さらなる実施形態（図１には示さず）では、２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの不同の比率が、異なる炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂに接続されうる。たとえば、２倍の数の炭化水素流路が、第１の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダと比較して、第２の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダに接続されうる。その結果、第１の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ用の炭化水素ストリーム入口制御弁を閉鎖することは、炭化水素流路の３３％の選択的な遮断を提供することになり、炭化水素ストリーム１０のマスフローの３３％の減少を可能にし、３３％ターンダウン用の残りの未遮断の流路において比較的一定の圧力降下が維持される。同様に、第２の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ用の炭化水素ストリーム入口制御弁を閉鎖することは、炭化水素流路の６７％の選択的な遮断を提供することになり、炭化水素ストリーム１０のマスフローの６７％のターンダウンに対処する。２つ以上の炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂに対して炭化水素ストリーム１０のマスフローの所望の比率を提供するために、こうした実施形態が、２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの間で炭化水素ストリームを分割する手段１５を必要とする場合があることが明らかになる。
【００６２】
２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂは、２つ以上の炭化水素流路出口４５ａ、４５ｂにおいて主熱交換器を出る。各出口４５ａ、４５ｂは、液化済み炭化水素ストリーム５０ａ、５０ｂを生成する。２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂは、液化済み炭化水素ストリーム５０ａ、５０ｂを合流させる（combine）するために、少なくとも１つの炭化水素ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂに接続されうる。
【００６３】
２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂは、１次流路の２つ以上の１次群から流出する液化済み炭化水素流体ストリームを合流するために、１次出口ヘッダ７に接続されることができる。本例では、１次出口ヘッダは、２つ以上の１次部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂを備える。本例では、出口ヘッダは、各炭化水素流路４０ａ、４０ｂ用の炭化水素ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂの形態をとる。各炭化水素部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂは、液化済み炭化水素部分ストリーム６０ａ、６０ｂを提供しうる。
【００６４】
液化済み炭化水素部分ストリーム６０ａ、６０ｂは、液化済み炭化水素ストリーム合流装置６５において合流されて、合流された液化済み炭化水素ストリーム７０を提供しうる。
【００６５】
代替の実施形態（図１では示さず）では、単一炭化水素ストリーム出口ヘッダは、全ての炭化水素流路を合流して、合流された液化済み炭化水素ストリームを提供する。
残りの図には、フローセンサが示されない。それでも、フローセンサは、先に説明した選択的な遮断を制御するのを補助するためにどのようにでも存在することができる。
【００６６】
図２は、複数の流路が、さらに、１つまたは複数の自動冷却流路の２つ以上の２次群２４０ａ、２４０ｂを構成する実施形態の群を概略的に示す。これらは、本例の場合、冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂと呼ばれることになる。２次入口ヘッダ８は、自動冷却流路の２つ以上の２次群２４０ａ、２４０ｂを、冷媒源２１０ａに接続する。２次入口ヘッダ８は、さらに、冷媒ストリームを、自動冷却流路の２つ以上の２次群の間で分割するように配列される。１次入口ヘッダ６と同様に、２次入口ヘッダ６はまた、自動冷却流路の残りの未遮断の２次群を通して冷媒ストリームが流れることを可能にしながら、自動冷却流路の２つ以上の２次群の少なくとも１つを選択的に遮断する手段を備えることができる。これらの手段は、「２次手段（secondary means）」と呼ばれることがある。
【００６７】
そのため、図２の装置１は、炭化水素ストリーム１０を冷却し液化するために使用されうる熱交換器５を備える装置１の図式的概略図である。熱交換器５は、好ましくは、図１の実施形態と同様に主熱交換器であり、それにより、部分炭化水素ストリーム４０ａ、４０ｂを間接的に冷却する冷媒は主冷媒である。
【００６８】
炭化水素ストリーム１０のマスフローが減少するターンダウン運転中、炭化水素ストリームによって必要とされる冷却デューティもまた減少することになることが明らかになる。減少フローの炭化水素ストリーム１０の過剰冷却を防止するために、主熱交換器５に対する主冷媒のマスフローもまた減少することが好ましい。炭化水素ストリームの減少を伴う工程における主冷媒のマスフローの減少は、たとえターンダウン運転中でも、冷却デューティについての需要と冷却デューティの供給を整合したままにさせうる。
【００６９】
図２の実施形態は、有利には、第１および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ａ、２１０ｂとして主熱交換器５に供給されうる混合主冷媒を利用する。炭化水素ストリーム１０および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂの作用は、図１の実施形態について論じた作用と同様である。しかし、図２の主熱交換器５は、２つ以上の冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂの少なくとも１つを選択的に遮断する前記第２の手段２２５ａ、２２５ｂと共に、２つ以上の冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂを提供し、それにより、主熱交換器５を通る第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａのマスフローは、炭化水素ストリーム１０のマスフローが減少すると、不安定な冷却挙動をもたらすことなく減少しうる。
【００７０】
第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａは、２つ以上の主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂの間で第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａを分割する手段２１５ａに流されうる。分割する手段２１５ａは、第１の画分の主冷媒ストリーム分割装置を備えることができる。第１の画分の主冷媒ストリーム分割装置２１５ａは、２つ以上の第１の画分の主冷媒部分ストリーム２２０ａ、２２０ｂを提供しうる。
【００７１】
２つ以上の第１の画分の主冷媒部分ストリーム２２０ａ、２２０ｂはそれぞれ、第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口制御弁２２５ａ、２２５ｂに流れることができる。第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口制御弁２２５ａ、２２５ｂは、制御された第１の画分の主冷媒部分ストリーム２３０ａ、２３０ｂを提供する。
【００７２】
２つ以上の第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ２３５ａ、２３５ｂは、制御された第１の画分の主冷媒部分ストリーム２３０ａ、２３０ｂを受取るために設けられる。各第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ２３５ａ、２３５ｂは、それぞれの第１の画分の主冷媒通路入口２３７ａ、２３７ｂを介して１つの主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂ（流路の２次群）に接続される。主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂは、選択的に共に遮断されうる。そのため、第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口制御弁２２５ａ、２２５ｂを閉鎖することによって、それぞれの第１の画分の主冷媒部分ストリーム２２０ａ、２２０ｂは、それぞれの第１の画分の主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ２３５ａ、２３５ｂ、したがってそれぞれの主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂに達することを防止される。
【００７３】
第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａは、２つ以上の冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０ａ、２５０ｂを提供するために、主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂ内で交換器のシェル側７８内の主冷媒に接して自動冷却されうる。２つ以上の主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂは、２つ以上の第１の画分の主冷媒通路出口２４５ａ、２４５ｂにおいて主熱交換器５の壁８５を出る。
【００７４】
さらに、図２の実施形態は、自動冷却流路の２次群の下流に少なくとも１つの膨張装置２５５ａ、２５５ｂをさらに備える。膨張装置は、熱交換器５のシェル内への冷媒入口装置２７５ａの上流に配列され、冷媒入口装置に接続される。膨張装置はまた、本例のために、「第１の画分の主冷媒膨張装置（first fraction main refrigerant expansion device）」と呼ばれることがある。
【００７５】
２つ以上の冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０ａは、２つ以上の第１の画分の主冷媒膨張装置２５５ａ、２５５ｂに流され、そこで、膨張して、２つ以上の膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２６０ａ、２６０ｂを提供できる。２つ以上の膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２６０ａ、２６０ｂは、その後、第１の画分の主冷媒合流装置２６５ａにおいて合流されて、冷却用主冷媒ストリーム２７０ａを提供できる。冷却用主冷媒ストリーム２７０ａは、少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒入口２７５ａを介して主熱交換器５のシェル側７８に流されて、流路の群４０ａ、４０ｂ、２４０ａ、２４０ｂ、３４０内の流体を冷却する主冷媒を提供できる。
【００７６】
第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａが、炭化水素ストリーム１０に関する工程においてターンダウンされるために、選択的に遮断されうる２つ以上の主冷媒の第１の流路２４０ａ、２４０ｂの比率が、選択的に遮断されうる２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの比率と同じであることが好ましい。
【００７７】
図２の実施形態は、主熱交換器５内の冷媒の第２の流路３４０を選択的に遮断する手段を提供しない。これは、冷媒の第２の流路３４０における冷却中に、第２の画分の相転移、より詳細には凝縮が全く起こらないように、第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂを、液体ストリームとして提供することができるからである。その結果、こうした液体の第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂは、冷却プロセス中に減少したマスフローにおいて不安定な挙動を示さないことになる。
【００７８】
しかし、第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂが完全な液体のストリームとして提供されない場合、または、主冷媒の第２の流路３４０における圧力降下の変化を回避することが所望される場合、２つ以上の主冷媒の第２の流路を備える主熱交換器が設けられうることが当業者に明らかになる。さらに、残りの未遮断の冷媒の第２の流路を通して主冷媒の第２の画分の一部が流れることを可能にしながら、第２の流路の少なくとも１つの流路を選択的に遮断する手段は、第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂのマスフローの減少を可能にすることになる。これは、第１の画分の主冷媒のものと同様に、第２の画分の主冷媒弁および第２の画分の主冷媒ヘッダの構成を使用して達成されうる。
【００７９】
図３は、本明細書で開示される方法および装置の第３の実施形態を示し、熱交換器５は、流路の群４０ａ、４０ａ’、４０ａ’’、４０ｂ、４０ｂ’、４０ｂ’’、２４０、２４０’、２４０’’、３４０、３４０’が複数の流路束に分割される主熱交換器である。流路束は、一対の入口ヘッダと出口ヘッダとの間で熱交換器５の壁８５を通過する少なくとも１つの流路を備える。
【００８０】
図１および図２の実施形態と同様に、炭化水素ストリーム１０は、炭化水素の第１および第２の部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂに流される炭化水素の第１および第２の部分ストリーム２０ａ、２０ｂに分割される。炭化水素の第１および第２の部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂは、制御された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム３０ａ、３０ｂを炭化水素の第１および第２の部分ストリーム下側入口ヘッダ３５ａ’、３５ｂ’に提供する。
【００８１】
図１および図２の実施形態と対照的に、図３の主熱交換器５は、流路を交換器内の異なるレベルの複数の束に分割する。図３は、炭化水素の第１および第２の下側流路４０ａ’、４０ｂ’ならびに主冷媒の第１および第２の下側流路２４０’、３４０’を備える下側束８２を示す。中間束８４は、炭化水素の第１および第２の中間流路４０ａ’’、４０ｂ’’ならびに主冷媒の第１および第２の中間流路２４０’’、３４０’’を備える。上側束８６は、炭化水素の第１および第２の上側流路４０ａ’’’、４０ｂ’’’ならびに主冷媒の第１の上側流路２４０’’’を備える。
【００８２】
炭化水素の第１および第２の部分ストリーム下側入口ヘッダ３５ａ’、３５ｂ’は、炭化水素の第１および第２の下側流路４０ａ’、４０ｂ’にそれぞれ接続される。これらの炭化水素ストリーム流路は、それぞれの炭化水素部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂを使用して選択的に遮断されうる。
【００８３】
炭化水素の第１および第２の下側流路４０ａ’、４０ｂ’は、炭化水素の第１および第２の部分ストリーム下側出口ヘッダ１０５ａ、１０５ｂにそれぞれ接続される。炭化水素の第１および第２の部分ストリーム下側出口ヘッダ１０５ａ、１０５ｂは、第１の液化済み炭化水素ストリーム合流装置１１５に流されうる第１の液化済み炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１１０ａ、１１０ｂを生成する。第１の液化済み炭化水素ストリーム合流装置１１５は、合流された第１の液化済み炭化水素ストリーム１２０を提供する。合流された第１の液化済み炭化水素ストリーム１２０は、好ましくは、液相と蒸気相を含む２相ストリームなどの部分液化ストリームである。
【００８４】
合流された第１の液化済み炭化水素ストリーム１２０は、液体ストリームとして底部の第１の液化済み炭化水素ストリーム１３０を、また、蒸気ストリームとして頂部の第１の冷却された炭化水素ストリーム１４０を提供できる、ガス／液体分離器などの第１の液化済み炭化水素ストリーム分離装置１２５に流されうる。底部の第１の液化済み炭化水素ストリーム１３０は、天然ガス液抽出用の少なくとも１つの分画装置（fractionation device）に流されうる、または、分離装置内で還流（reflux）として使用されうる。
【００８５】
頂部の第１の冷却された炭化水素ストリーム１４０は、ストリームを、頂部の第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１５０ａ、１５０ｂに合流する、第１の冷却された炭化水素ストリーム合流器（combiner）装置１４５に流されうる。頂部の第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１５０ａ、１５０ｂは、第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム入口制御弁１５５ａ、１５５ｂにそれぞれ流されて、制御された第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１６０ａ、１６０ｂを提供しうる。制御された第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１６０ａ、１６０ｂは、炭化水素の第１および第２の部分ストリーム中間入口ヘッダ１６５ａ、１６５ｂに流されうる。炭化水素の第１および第２の部分ストリーム中間入口ヘッダ１６５ａ、１６５ｂは、炭化水素の第１および第２の中間流路４０ａ’’、４０ｂ’’に接続される。そのため、第１の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム入口制御弁１５５ａ、１５５ｂは、炭化水素の第１および第２の中間流路４０ａ’’、４０ｂ’’に対するアクセスを選択的に遮断するために使用されうる。
【００８６】
炭化水素の第１および第２の中間流路４０ａ’’、４０ｂ’’は、炭化水素の第１および第２の部分ストリーム中間出口ヘッダ１７５ａ、１７５ｂにそれぞれ接続される。炭化水素の第１および第２の部分ストリーム中間出口ヘッダ１７５ａ、１７５ｂは、第２の冷却された炭化水素ストリーム合流装置１８５に流されうる第２の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム１８０ａ、１８０ｂを生成する。第２の冷却された炭化水素ストリーム合流装置１８５は、合流された第２の冷却された炭化水素ストリーム１９０を提供する。合流された第２の冷却された炭化水素ストリーム１９０は、部分液化ストリームとすることができ、また、好ましくは完全液化ストリームである。
【００８７】
合流された第２の冷却された炭化水素ストリーム１９０は、ストリームを、分割された第２の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム７１０ａ、７１０ｂに分割できる、随意の第２の冷却された炭化水素ストリーム分離装置１９５に流されうる。分割された第２の冷却された炭化水素の第１および第２の部分ストリーム７１０ａ、７１０ｂは、炭化水素の第１および第２の部分ストリーム上側入口ヘッダ７１５ａ、７１５ｂに流されうる。炭化水素の第１および第２の部分ストリーム上側入口ヘッダ７１５ａ、７１５ｂは、壁８５を通過して主熱交換器５に入る炭化水素の第１および第２の上側流路４０ａ’’’、４０ｂ’’’に接続される。
【００８８】
炭化水素の第１および第２の上側流路４０ａ’’’、４０ｂ’’’は、図１の実施形態に関連して論じたように、液化済み炭化水素ストリーム５０ａ、５０ｂとして熱交換器５を出る。合流された第２の液化済み炭化水素ストリーム１９０が完全液化ストリームである実施形態では、第１および第２の上側流路４０ａ’’’、４０ｂ’’’の少なくとも一方を選択的に遮断する手段は、必要とされないことになる。その理由は、炭化水素ストリーム１０のマスフローの減少中に、ストリームが、実質的に蒸気成分がない、したがって、冷却プロセスにおいて不安定な挙動を示す可能性が低いからである。その結果、代替の実施形態（図３には示さず）において、第２の液化済み炭化水素ストリーム分離装置１９５は、全ての炭化水素上側流路が、合流された第２の炭化水素ストリーム１９０に接続された単一の炭化水素上側入口ヘッダから供給されるように要求されないとすることができることが当業者に明らかになる。
【００８９】
合流された第２の液化済み炭化水素ストリーム１９０が、液相と蒸気相を含む２相ストリームである代替の実施形態（図３には示さず）では、第１および第２の上側流路４０ａ’’’、４０ｂ’’’の少なくとも一方を選択的に遮断する手段は、下側および中間ステージ８２、８４と同様に設けることができる。
【００９０】
図３に示す実施形態では、主冷媒の第１および第２の画分を有する混合冷媒は、炭化水素流路４０ａ’、４０ｂ’、４０ａ’’、４０ｂ’’、４０ａ’’’、４０ｂ’’’内の炭化水素部分ストリームを冷却するために使用される。
【００９１】
主冷媒ストリームの第１の画分２１０ａは、少なくとも１つの主冷媒の下側流路２４０’、少なくとも１つの主冷媒の中間流路２４０’’、および少なくとも１つの主冷媒の上側の第１の流路２４０’’’を通して第１の画分２１０ａを流すことによって、交換器のシェル側７８内の主冷媒に接して間接的な熱交換によって自動冷却される。
【００９２】
主冷媒ストリームの第１の画分２１０ａは、少なくとも１つの第１の画分の主冷媒の部分ストリーム入口ヘッダ２３５’に流されうる。それぞれの第１の画分の主冷媒の部分ストリーム入口ヘッダ２３５’は、少なくとも１つの主冷媒の下側の第１の流路２４０’またはこうした流路の群に接続される。少なくとも１つの主冷媒の下側の第１の流路２４０’の他端は、主冷媒の第１の画分の下側出口ヘッダ７５５ａに接続される。
【００９３】
主冷媒の第１の画分の下側出口ヘッダ７５５ａは、少なくとも１つの主冷媒の第１の画分の下側ストリーム７６０ａに接続される。少なくとも１つの主冷媒の第１の画分の下側ストリーム７６０ａは、主冷媒の第１の画分の中間入口ヘッダ７６５ａに流される。
【００９４】
主冷媒の第１の画分の中間入口ヘッダ７６５ａは、少なくとも１つの主冷媒の中間の第１の流路２４０’’またはこうした流路の群に接続される。少なくとも１つの主冷媒の中間の第１の流路２４０’’の他端は、主冷媒の第１の画分の中間出口ヘッダ７７５に接続される。
【００９５】
主冷媒の第１の画分の中間出口ヘッダ７７５は、少なくとも１つの主冷媒の第１の画分の中間ストリーム７８０に接続される。少なくとも１つの主冷媒の第１の画分の中間ストリーム７８０は、主冷媒の第１の画分の上側入口ヘッダ７８５に流される。
【００９６】
主冷媒の第１の画分の上側入口ヘッダ７８５は、少なくとも１つの主冷媒の上側の第１の流路２４０’’’またはこうした流路の群に接続される。少なくとも１つの主冷媒の上側の第１の流路２４０’’’の他端は、主冷媒の第１の画分の上側出口ヘッダ７９５に接続される。
【００９７】
主冷媒の第１の画分の上側出口ヘッダ７９５は、少なくとも１つの冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０’を提供する。単一の冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０’が図３に示される。少なくとも１つの冷却された第１の画分の主冷媒ストリーム２５０’は、少なくとも１つの第１の画分の主冷媒膨張装置２５５’に流され、そこで、膨張して、少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２７０’を提供できる。少なくとも１つの膨張した第１の画分の主冷媒ストリーム２７０’は、その後、少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームとして主熱交換器５のシェル側７８に流されうる。少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームは、下側、中間、および上側の流路の群４０ａ’、４０ｂ’、４０ａ’’、４０ｂ’’、４０ａ’’’、４０ｂ’’’、２４０’、２４０’’、２４０’’’、３４０’、３４０’’内の流体を冷却する主冷媒を提供する。
【００９８】
同様に、主冷媒ストリームの第２の画分２１０ｂは、少なくとも１つの主冷媒の下側の第２の流路３４０’および少なくとも１つの主冷媒の中間流路３４０’’を通して第２の画分２１０ｂを流すことによって、交換器のシェル側７８内の主冷媒に接して間接的な熱交換によって自動冷却される。
【００９９】
主冷媒ストリームの第２の画分２１０ｂは、少なくとも１つの第２の画分の主冷媒の部分ストリーム入口ヘッダ３３５’に流される。それぞれの第２の画分の主冷媒の部分ストリーム入口ヘッダ３３５’は、少なくとも１つの主冷媒の下側の第２の流路３４０’またはこうした流路の群に接続される。少なくとも１つの主冷媒の下側の第２の流路３４０’の他端は、主冷媒の第２の画分の下側出口ヘッダ７５５ｂに接続される。
【０１００】
主冷媒の第２の画分の下側出口ヘッダ７５５ｂは、少なくとも１つの主冷媒の第２の画分の下側ストリーム７６０ｂに接続される。少なくとも１つの主冷媒の第２の画分の下側ストリーム７６０ｂは、主冷媒の第２の画分の中間入口ヘッダ７６５ｂに流される。
【０１０１】
主冷媒の第２の画分の中間入口ヘッダ７６５ｂは、少なくとも１つの主冷媒の中間の第２の流路３４０’’またはこうした流路の群に接続される。少なくとも１つの主冷媒の中間の第２の流路３４０’’の他端は、主冷媒の第２の画分の中間出口ヘッダ３４７に接続される。主冷媒の第２の画分の中間出口ヘッダ３４７は、少なくとも１つの冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０’を提供する。単一の冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０’が図３に示される。
【０１０２】
少なくとも１つの冷却された第２の画分の主冷媒ストリーム３５０’は、少なくとも１つの第２の画分の主冷媒膨張装置３５５’に流され、そこで、膨張して、少なくとも１つの膨張した第２の画分の主冷媒ストリーム３７０’を提供できる。少なくとも１つの膨張した第２の画分の主冷媒ストリーム３７０’は、その後、少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームとして主熱交換器５のシェル側７８に流されうる。少なくとも１つの冷却用主冷媒ストリームは、下側および中間の流路の群４０ａ’、４０ｂ’、４０ａ’’、４０ｂ’’、２４０’、２４０’’、３４０’、３４０’’内の流体を冷却する主冷媒を提供する。
【０１０３】
好ましい実施形態では、本明細書で開示される方法は、炭化水素供給ストリームのための液化プロセスの一部として利用されうる。炭化水素供給ストリームは、冷却され液化される任意の適したガスストリームとすることができるが、通常、天然ガスストリームである。通常、天然ガスストリームは、実質的にメタンからなる炭化水素組成物である。好ましくは、炭化水素供給ストリームは、少なくとも５０モル％のメタン、より好ましくは少なくとも８０モル％のメタンを含む。
【０１０４】
天然ガスなどの炭化水素組成物はまた、Ｈ２Ｏ、Ｎ２、ＣＯ２、Ｈｇ、Ｈ２Ｓなどの非炭化水素や他の硫黄化合物などを含有することができる。所望される場合、天然ガスは、冷却し液化する前に前処理することができる。この前処理は、ＣＯ２およびＨ２Ｓなどの望ましくない成分の減少および／または除去、あるいは予冷、予備加圧などのような他の工程を含むことができる。これらの工程は当業者にはよく知られているため、それらのメカニズムは、ここではさらに論じられない。
【０１０５】
用語「炭化水素供給ストリーム（hydrocarbon feed stream）」はまた、洗浄、脱水、および／またはスクラビングを含む処理などの任意の処理の前の組成物、ならびに、限定はしないが硫黄、硫黄化合物、二酸化炭素、水、Ｈｇ、および少なくとも１種のＣ２＋炭化水素を含む少なくとも１つの化合物または物質を低減および／または除去するために部分的、実質的、または完全に処理された組成物を含むことができる。
【０１０６】
原料によって、天然ガスは、特にエタン、プロパン、およびブタンなどの、メタンより重い種々の量の炭化水素、ならびに、おそらくより少量のペンタンおよび芳香族炭化水素を含有することができる。組成物は、ガスのタイプおよび場所に応じて変わる。
【０１０７】
慣例的に、メタンより重い炭化水素は、いくつかの理由で、かなり冷却する前に炭化水素供給ストリームから種々の程度に除去することができる。たとえばブタンより重い化合物は、その化合物がメタン液化プラントの一部を塞ぐようにさせうる十分に高い凍結温度を有し、したがって、これらの化合物は、本質的に完全に除去される。Ｃ２〜Ｃ４化合物は、液化生成物の所望の仕様を満たすために抽出されることが多い。Ｃ２〜Ｃ４炭化水素が、炭化水素供給ストリームから分離されうる、または、その含有量が、デメタナイザ（換言すれば、メタン除去装置）によって炭化水素供給ストリーム内で低減されうる。デメタナイザは、メタン富化されている頂部の炭化水素ストリームおよびＣ２〜Ｃ４炭化水素を含む底部のメタン希薄ストリームを提供する。底部のメタン希薄ストリームは、その後、液化石油ガス（ＬＰＧ）および凝縮ストリームを提供するためにさらなる分離器に流されうる。
【０１０８】
分離後、メタン富化されている炭化水素ストリームが冷却され液化される。炭化水素ストリームは、主冷媒回路などの少なくとも１つの冷媒回路内の少なくとも１つの冷媒ストリームに接して流される。好ましい実施形態では、主冷媒ステージの主熱交換器内で冷却し液化する前に、炭化水素ストリームは、予備冷却用冷媒に接して予備冷却される。予備冷却は、当技術分野で知られているいくつかの方法によって行われうる。
【０１０９】
こうした冷媒回路は、圧縮冷媒ストリームを提供するために、少なくとも部分的に蒸発した冷媒ストリームを圧縮するための少なくとも１つの冷媒圧縮器を備えることができる。圧縮冷媒ストリームは、その後、冷却器、通常、空気または水冷却器などの周囲冷却器（ambient cooler）内で冷却されて、第１の冷却冷媒ストリームとして冷媒ストリームを提供することができる。冷媒圧縮器は、少なくとも１つのタービンまたは電動機によって駆動されうる。
【０１１０】
炭化水素ストリームの冷却および液化は、少なくとも１つのステージで実施されうる。予備冷却または補助冷却とも呼ばれる初期冷却は、予備冷却された炭化水素ストリームを提供するために、少なくとも１つの予備冷却用熱交換機器内の予備冷却用冷媒回路の、単一冷媒または混合冷媒などの予備冷却用冷媒を使用して実施されうる。予備冷却された炭化水素ストリームは、好ましくは、０℃より低い温度などで部分的に液化される。
【０１１１】
好ましくは、こうした予備冷却用熱交換器は、予備冷却ステージを備えることができ、任意の後続の冷却は、少なくとも１つの主および／または副冷却用冷却ステージにおいて炭化水素ストリームの画分を液化するために、少なくとも１つの主熱交換器で実施される。
【０１１２】
こうして、２つ以上の冷却ステージを含むことができ、それぞれのステージは少なくとも１つの工程、パーツ（parts）などを有する。たとえば、各冷却ステージは、１〜５の熱交換器を備えることができる。炭化水素ストリームおよび／または冷媒の前記画分またはある画分は、冷却ステージの全ての熱交換器および／または全ての同じ熱交換器を通過しない場合がある。
【０１１３】
一実施形態では、炭化水素は、２つまたは３つの冷却ステージを含む方法において冷却され液化させることができる。予備冷却ステージは、好ましくは、炭化水素供給ストリームの温度を、０℃未満、通常−２０℃〜−７０℃の範囲に下げることを意図される。
【０１１４】
２つ以上の予備冷却用熱交換器として使用するための熱交換器は、当技術分野でよく知られている。予備冷却用熱交換器は、コイル巻回式熱交換器、プレートフィン熱交換器、およびシェルおよびチューブ熱交換器を含む群から選択することができる。
【０１１５】
本明細書で述べる方法および装置による主冷却ステージが、その後実施される。主冷却ステージは、予備冷却ステージと別である。すなわち、主冷却ステージは、少なくとも１つの別個の主熱交換器を備える。主冷却ステージは、好ましくは、炭化水素ストリーム、通常、少なくとも予備冷却ステージによって−１００℃未満に冷却された炭化水素ストリームの画分の温度を低減することを意図される。
【０１１６】
熱交換器の任意の熱交換器の少なくとも１つは、図１、図２、または図３の実施形態によるスプール巻回式熱交換器あるいはシェルおよびチューブ熱交換器などの、本明細書で述べる熱交換器である。任意選択で、熱交換器は、そのシェル内に少なくとも１つの冷却セクションを備えることができ、各冷却セクションは、他の冷却場所に対する冷却ステージまたは別個の「熱交換器」として考えられうる。
【０１１７】
別の実施形態では、予備冷却用冷媒ストリームおよび任意の主冷媒ストリームの一方または両方は、冷却された混合冷媒ストリームを提供するために、少なくとも１つの熱交換器、好ましくは、先に述べた予備冷却用熱交換器および主熱交換器の２つ以上を通して流されうる。
【０１１８】
冷媒が、予備冷却用冷媒回路または任意の主冷媒回路などの混合冷媒回路内の混合冷媒である場合、混合冷媒は、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ペンタンからなる群から選択される２つ以上の成分の混合物から形成されてもよい。少なくとも１つの他の冷媒が、別個のまたはオーバラップ冷媒回路あるいは他の冷媒回路内で使用することができる。
【０１１９】
予備冷却用冷媒回路は、混合予備冷却用冷媒を含むことができる。主冷媒回路は、好ましくは、混合主冷却用冷媒を含む。本明細書で参照される混合冷媒または混合冷媒ストリームは、少なくとも５モル％の２つの異なる成分を含む。より好ましくは、混合冷媒は、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、およびペンタンを含む群の中の２つ以上を含む。
【０１２０】
予備冷却用混合冷媒についての一般的な組成は、
メタン（Ｃ１） ０〜２０モル％
エタン（Ｃ２） ５〜８０モル％
プロパン（Ｃ３） ５〜８０モル％
ブタン（Ｃ４） ０〜１５モル％
とすることができる。組成物全体は１００モル％を含む。
【０１２１】
主冷却用混合冷媒についての一般的な組成は、
窒素 ０〜２５モル％
メタン（Ｃ１） ２０〜７０モル％
エタン（Ｃ２） ３０〜７０モル％
プロパン（Ｃ３） ０〜３０モル％
ブタン（Ｃ４） ０〜１５モル％
とすることができる。組成物全体は１００モル％を含む。
【０１２２】
別の実施形態では、主熱交換器内で冷却され液化された炭化水素ストリームは、予備冷却されている可能性がある。予備冷却された天然ガスストリームなどの炭化水素ストリームは、その後、主熱交換器内でさらに冷却されて、ＬＮＧストリームなどの、少なくとも部分的に、好ましくは完全に液化された炭化水素ストリームを提供する。
【０１２３】
好ましくは、本明細書で述べる方法および装置によって提供される、液化済み炭化水素ストリームは、通常、運搬容器によって別の場所に輸送される前に、少なくとも１つの貯蔵タンクに貯蔵される。
【０１２４】
図４は、炭化水素ストリーム１０を冷却し液化するための装置１の図式的概略図である。炭化水素ストリームを処理し液化するいくつかの方法が当技術分野で知られている。図４の実施形態は、１つのこうした例示的な方法である。
【０１２５】
天然ガスから得られるストリームなどの炭化水素供給ストリーム５１０が提供される。炭化水素供給ストリーム５１０は、好ましくは、ＣＯ２およびＨ２Ｓなどの望ましくない成分を低減するかつ／または除去するために前処理されているような、液化に適した形態である。
【０１２６】
炭化水素供給ストリーム５１０は、好ましくは、所定の仕様の限度内の組成を有する液化済み生成物ストリーム７０になるように、いつでも冷却され液化される用意ができている調製されたストリーム５８０を生成するための成分を、炭化水素供給ストリーム５１０から抽出するために、随意の抽出ユニット５４５に流れることができる加圧されたストリームである。調製されたストリーム５８０は、たとえば、圧縮済みメタン富化ストリーム５８０の形態で提供される。当業者にも知られている、当技術分野で利用可能な多くのこうした抽出ユニットが存在する。例として、抽出ユニットは、スクラブ塔またはデメタナイザおよび随意の再圧縮器を備えることができる。
【０１２７】
抽出された成分は、通常液体ストリームである抽出生成物ストリーム５７０の形態で抽出ユニット５４５から放出されることができる。抽出ユニット５４５が、デメタナイザに基づく場合、抽出生成物ストリーム５７０は、通常ＮＧＬストリームの形態のメタン低減（depleted）ストリーム５７０とすることができる。抽出生成物ストリーム５７０は、任意選択で、天然ガス液抽出用の、デエタナイザ、デプロパナイザ、および／またはデブタナイザなどの、少なくとも１つのさらなる分画装置（図示せず）に流れることができる。
【０１２８】
本例の場合、圧縮済みメタン富化ストリームであると仮定されることになる、結果として得られる調製されたストリーム５８０は、少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５８５に流れることができ、そこで、調製されたストリーム５８０は、本例では予備冷却されたメタン富化炭化水素ストリームであると仮定される、予備冷却された調製済みストリーム５９０を提供するために、予備冷却用冷媒に接して冷却される。予備冷却用冷媒は、入って来る冷却された予備冷却用冷媒ストリーム４１０として予備冷却用熱交換器に供給され、出て行く、温められた予備冷却用冷媒ストリーム４２０として予備冷却用熱交換器から回収することができる。好ましくは、入って来る冷却された予備冷却用冷媒ストリーム４１０は、本質的に液体形態であり、一方、出て行く温められた予備冷却用冷媒ストリーム４２０は、好ましくは本質的に蒸気形態である。予備冷却用冷媒は、しばしば本質的にプロパンからなる単一成分予備冷却用冷媒、または、プロパンを含む混合予備冷却用冷媒などの混合予備冷却用冷媒とすることができる。複数の予備冷却用熱交換器５８５が存在する場合、予備冷却用冷媒は、それぞれの予備冷却用熱交換器５８５において異なる圧力で提供されうる。
【０１２９】
予備冷却されたメタン富化炭化水素ストリーム５９０は、炭化水素ストリーム１０の形態で主熱交換器５に直接流れることができる。しかし、図４の実施形態では、ストリーム５９０は、たとえば抽出ユニット５４５（図示せず）のために液体還流ストリーム５９７を生成するため、ガス液体分離器などの随意の主熱交換器分離器５９５に最初に流れた。こうした場合、炭化水素ストリーム１０は、頂部蒸気ストリームの形態で主熱交換器分離器５９５から提供される。
【０１３０】
簡単化のために、予備冷却用冷媒回路の残りは図示されない。こうした予備冷却用冷媒回路の構成は当業者に知られている。適した予備冷却用冷媒回路の一例は、図５に示される。
【０１３１】
図４の実施形態は、冷却し液化するための主熱交換器である熱交換器５に流される炭化水素ストリーム１０を示す。主熱交換器５は、主冷媒の第１および第２の流路２４０、３４０の、図１の実施形態と同一の構造を有する。
【０１３２】
図４の実施形態は、選択的な遮断手段の代替の場所を示す。１次出口ヘッダ７’は、合流器６５を示し、合流器６５は、それぞれの１次部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂからの液化済み流体部分ストリーム６０ａ、６０ｂを合流して、合流された液化済み流体ストリーム７０を提供する。しかし、１次流路４０ａ、４０ｂの１次群の少なくとも一方を選択的に遮断する手段は、１次出口ヘッダ７’内に配置される。流体部分ストリーム出口制御弁７５ａ、７５ｂは、１次部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂと液化済み流体ストリーム合流装置６５との間に設けられる。
【０１３３】
そのため、この実施形態では、２つ以上の炭化水素流路４０ａ、４０ｂの少なくとも１つを選択的に遮断する手段７５ａ、７５ｂは、図１および図２に示すように上流ではなく、主熱交換器５の下流に設けられる。選択的な遮断手段の下流配置が、同様に、自動冷却流路の２次群２４０用の２次出口ヘッダ手段に適用することができることが理解されるであろう。図１または図２の構成が、選択的な遮断手段の代替の配置の代わりに、所望である場合、図４のスキームで使用することができることも理解されるであろう。
【０１３４】
図４の実施形態では、炭化水素ストリーム１０は、炭化水素ストリーム分割装置などの、２つ以上の炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂの間で炭化水素ストリーム１０を分割する手段１５に流される。炭化水素ストリーム１０を分割する手段１５は、２つ以上の炭化水素部分ストリーム２０ａ、２０ｂを提供する。２つ以上の炭化水素部分ストリーム２０ａ、２０ｂは、２つ以上の部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂに接続されうる。それぞれの炭化水素部分ストリーム入口ヘッダ３５ａ、３５ｂは、炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂの少なくとも１つに接続される。
【０１３５】
２つ以上の炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂは、２つ以上の炭化水素流路出口４５ａ、４５ｂにおいて主熱交換器５を出る。それぞれの出口４５ａ、４５ｂは、液化済み炭化水素ストリーム５０ａ、５０ｂを生成する。２つ以上の炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂは、２つ以上の部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂに接続される。それぞれの部分ストリーム出口ヘッダ５５ａ、５５ｂは、液化済み炭化水素部分ストリーム６０ａ、６０ｂを、炭化水素部分ストリーム出口制御弁７５ａ、７５ｂに提供する。炭化水素部分ストリーム出口制御弁７５ａ、７５ｂは、２つ以上の炭化水素ストリーム流路４０ａ、４０ｂの少なくとも１つを選択的に遮断する手段である。
【０１３６】
それぞれの炭化水素部分ストリーム出口制御弁７５ａ、７５ｂは、制御された液化済み炭化水素部分ストリーム８０ａ、８０ｂを提供する。２つ以上の制御された液化済み炭化水素部分ストリーム８０ａ、８０ｂは、制御された液化済み炭化水素部分ストリーム合流装置６５に流されて、合流された液化済み炭化水素ストリーム７０を提供しうる。
【０１３７】
炭化水素部分ストリーム出口制御弁７５ａ、７５ｂの一方を閉鎖することは、それぞれの炭化水素流路４０ａ、４０ｂまたはこうした流路の群を選択的に遮断することになることが明らかになる。こうして、主熱交換器５に対する炭化水素ストリーム１０のマスフローは、炭化水素流路４０ａ、４０ｂにおける不安定な冷却挙動を回避しながら低減されうる。
【０１３８】
図４は、さらに、主冷媒冷却回路２０１を示す。この実施形態では、主冷媒は、先に論じたような混合主冷媒である。
主冷媒ストリーム２００は、ガス／液体分離器などの主冷媒分離装置２０５に流される。主冷媒分離装置は、主熱交換器５に流される第１および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ａ、２１０ｂを提供する。第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａは、好ましくは、主冷媒分離装置２０５から頂部で引出される蒸気ストリームである。第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂは、好ましくは、主冷媒分離装置２０５の底部から引出される液体ストリームである。
【０１３９】
第１および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ａ、２１０ｂは、図１の実施形態について論じたように、主熱交換器５内で自動冷却され、膨張し、交換器のシェル側７８に流される。主冷媒は、流路の群４０ａ、４０ｂ、２４０、３４０内の流体と間接的に熱交換されて、流体を冷却し、主冷媒を温める。温かい冷媒は、温められた主冷媒ストリーム２９０として、主熱交換器５の底部でまたは底部の近くで少なくとも１つの主冷媒出口２８５から回収される。
【０１４０】
温められた主冷媒ストリーム２９０は、主冷媒圧縮器ノックアウトドラム２９５に流される。主冷媒圧縮器ノックアウトドラム２９５は、主冷媒圧縮器供給ストリーム３１０を提供する。主冷媒圧縮器供給ストリーム３１０は、実質的にガス状でありうる。
【０１４１】
主冷媒圧縮器供給ストリーム３１０は、主冷媒圧縮器３１５に流され、そこで、圧縮されて、圧縮済み主冷媒ストリーム３２０を提供する。主冷媒圧縮器３１５は、ガスまたはストリームタービンあるいは電動機などの主冷媒圧縮器ドライバ３４５によって機械的に駆動される。
【０１４２】
圧縮済み主冷媒ストリーム３２０は、その後、空気または水冷却器などの、少なくとも１つの主冷媒冷却装置３２５内で冷却されて、第１の冷却済み主冷媒ストリーム３３０を提供する。第１の冷却済み主冷媒ストリーム３３０は、その後、予備冷却用冷媒に接してさらに冷却するために少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５８５’に流されて、主冷媒ストリーム２００を提供しうる。図４に示すように、第１の冷却済み主冷媒ストリーム３３０は、圧縮済みメタン富化ストリーム５８０と別個の予備冷却用熱交換器内で冷却されることができる。入って来るまた出て行く冷媒ストリーム４１０’，４２０’は、それでも同じ予備冷却用冷媒サイクルの一部とすることができる。
【０１４３】
あるいは、第１の冷却済み主冷媒ストリーム３３０は、たとえば予備冷却用熱交換器内で利用可能な２つの別個のチューブ束が存在するとき、圧縮済みメタン富化ストリーム５８０と同じ予備冷却用熱交換器内で冷却されることができる。
【０１４４】
第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａが、通常、自動冷却の影響下で凝縮されるため、選択的な遮断装置はまた、たとえば図２で例示されるような主冷媒の第１の流路２４０に適用することができる。明らかに、この場合も、選択的遮断は、１次出口ヘッダと同様に、２次出口ヘッダ内で主熱交換器の下流に配置されることができる。
【０１４５】
結果として得られる液化された炭化水素ストリームが生成物ストリームとして使用されない例として、図５は、主熱交換器に冷却デューティを提供するために、炭化水素ストリーム１０’が主冷却用混合冷媒ストリームとして使用される実施形態を示す。この場合、本発明の装置は、主冷却用混合冷媒ストリームが部分的に液化される予備冷却用熱交換器５ａの形態で実現される。
【０１４６】
単一の予備冷却用熱交換器５ａだけが図５に示されるが、２つ以上の予備冷却用熱交換器は、選択的に遮断されうる２つ以上の炭化水素流路を備えうる。たとえば、２つの予備冷却用熱交換器は、たとえば直列または並列に設けられることができる。予備冷却用熱交換器は、シェル側７８ａ内の予備冷却用冷媒と同じ圧力または異なる圧力で運転することができる。
【０１４７】
天然ガスから得られたストリームなどの炭化水素供給ストリーム５１０ａが提供される。炭化水素供給ストリーム５１０ａは、好ましくは、ＣＯ２およびＨ２Ｓなどの望ましくない成分を低減するかつ／または除去するために前処理されているような、液化に適した形態である。
【０１４８】
炭化水素供給ストリーム５１０ａは、好ましくは、加圧されたストリームである。炭化水素供給ストリーム５１０ａは、炭化水素供給熱交換器５１２内で冷却されて、冷却済み炭化水素供給ストリーム５１４を提供しうる。
【０１４９】
冷却済み炭化水素供給ストリーム５１４は、スクラブ塔またはデメタナイザなどの随意の炭化水素供給分画装置５４５ａに流されて、メタン富化頂部ストリーム５６０ａおよびメタン低減底部ストリーム５７０ａを提供することができる。メタン低減底部ストリーム５７０ａは、天然ガス液抽出用の、デエタナイザ、デプロパナイザ、および／またはデブタナイザなどの、少なくとも１つのさらなる分画装置（図示せず）に流されうる。
【０１５０】
炭化水素供給分画装置５４５ａからのメタン富化頂部ストリーム５６０ａは、少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５８５ａに流されうる。メタン富化頂部ストリーム５６０ａは、熱交換器のシェル側７８ａ内の予備冷却用冷媒に接して冷却するための、予備冷却用熱交換器５ａ内の少なくとも１つのメタン富化ストリーム流路６４０を通して流されて、予備冷却済みメタン富化炭化水素ストリーム５９０ａが提供されうる。
【０１５１】
予備冷却用冷媒は、プロパンを含む混合予備冷却用冷媒などの混合予備冷却用冷媒とすることができる。複数の予備冷却用熱交換器５８５ａが混合予備冷却用冷媒と共に使用される場合、混合予備冷却用冷媒は、異なる予備冷却用熱交換器５８５ａのシェル側７８ａ内で異なる圧力で提供されうる。
【０１５２】
予備冷却用冷媒は、予備冷却用冷媒回路４０１内に設けられる。予備冷却用熱交換器５ａからの、出て行く温められた予備冷却用冷媒ストリームとしての予備冷却用冷媒圧縮器供給ストリーム４２０ａは、予備冷却用冷媒圧縮器４２５に流される。予備冷却用冷媒圧縮器は、予備冷却用冷媒圧縮器供給ストリーム４２０ａを圧縮して、圧縮済み予備冷却用冷媒ストリーム４３０を提供する。予備冷却用冷媒圧縮器４２５は、ガスまたはストリームタービンあるいは電動機などの予備冷却用冷媒圧縮器ドライバ４３５によって機械的に駆動される。
【０１５３】
圧縮済み予備冷却用冷媒ストリーム４３０は、その後、空気または水冷却器などの、少なくとも１つの予備冷却用冷媒冷却装置３２５ａ内で冷却されて、第１の冷却済み予備冷却用冷媒ストリーム４５０を提供する。第１の冷却済み予備冷却用冷媒ストリーム４５０は、その後、少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５ａに流されうる。第１の冷却済み予備冷却用冷媒ストリーム４５０は、予備冷却用熱交換器５ａ内の少なくとも１つの予備冷却用冷媒流路４４０を通して流されうる。予備冷却用冷媒流路４４０内の予備冷却用冷媒は、熱交換器のシェル側７８ａ内の予備冷却用冷媒に接して自動冷却されて、第２の冷却済み予備冷却用冷媒ストリーム４６０が提供される。
【０１５４】
第２の冷却済み予備冷却用冷媒ストリーム４６０は、ジュールトムソン弁または膨張器などの少なくとも１つの予備冷却用冷媒膨張装置４６５に流されて、そこで、膨張して、少なくとも１つの膨張済み予備冷却用冷媒ストリーム４１０ａを入って来る冷却済み予備冷却用冷媒ストリームとして提供しうる。少なくとも１つの膨張済み予備冷却用冷媒ストリーム４１０ａは、その後、流路４０ｃ、４０ｄ、４４０、６４０の内容物を冷却するために、予備冷却用熱交換器５ａのシェル側７８ａに流されうる。
【０１５５】
少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５８５ａは、予備冷却済みメタン富化炭化水素ストリーム５９０ａを提供する。予備冷却済みメタン富化炭化水素ストリーム５９０ａは、ガス／液体分離器などの主熱交換器分離器５９５ａに流されうる。主熱交換器分離器５９５ａは、メタン富化主熱交換器供給ストリーム６１０を頂部蒸気ストリームとして、また、供給分画還流ストリーム５９７を底部液体ストリームとして提供しうる。
【０１５６】
供給分画還流ストリーム５９７は、炭化水素供給分画装置５４５ａに流されうる。供給分画還流ストリーム５９７は、改善された分離を提供するために、冷却済み炭化水素供給ストリーム５１４より重力に関して高い地点で炭化水素供給分画装置５４５ａに流されることが好ましい。
【０１５７】
図５の実施形態は、従来の主熱交換器６４５に流されるメタン富化主熱交換器供給ストリーム６１０を示す。メタン富化主熱交換器供給ストリーム６１０は、少なくとも１つのメタン富化ストリーム流路６４０を通して流れることができ、そこで、混合主冷却用冷媒などの主冷却用冷媒に接して間接的に冷却され液化される。
【０１５８】
主熱交換器６４５は、液化された、おそらく部分的に液化されるが、好ましくは完全に液化された、メタン富化ストリーム６５０を提供する。炭化水素供給ストリーム５１０ａが天然ガスから得られると、液化されたメタン富化ストリーム６５０はＬＮＧであり得る。
【０１５９】
図５は、さらに、主冷媒冷却回路２０１ａを示す。この実施形態では、主冷媒は、先に論じたような少なくとも１つの炭化水素を含む混合主冷却用冷媒である。
主冷媒圧縮器供給ストリーム３１０ａは、主冷媒圧縮器３１５ａに流され、そこで、圧縮されて、圧縮済み主冷媒ストリーム３２０ａを提供する。主冷媒圧縮器３１５ａは、ガスまたはストリームタービンあるいは電動機などの主冷媒圧縮器ドライバ３４５ａによって機械的に駆動されうる。
【０１６０】
圧縮済み主冷媒ストリーム３２０ａは、その後、空気または水冷却器などの、少なくとも１つの主冷媒冷却装置３２５ａ内で冷却されて、第１の冷却済み主冷媒ストリームを炭化水素ストリーム１０’として提供しうる。第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’（炭化水素ストリーム）は、その後、予備冷却用冷媒に接してさらに冷却するために少なくとも１つの予備冷却用熱交換器５ａに流されうる。
【０１６１】
第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’（炭化水素ストリーム）は、メタン富化頂部ストリーム５６０ａと同じまたは異なる予備冷却用熱交換器内で冷却されることができる。図５の実施形態では、第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’（炭化水素ストリーム）は、メタン富化頂部ストリーム５６０ａと同じ予備冷却用熱交換器５ａ内で冷却される。
【０１６２】
図５の予備冷却用熱交換器５ａは、２つ以上の主冷媒流路４０ｃ、４０ｄの少なくとも１つを選択的に遮断する手段２５ｃ、２５ｄと共に、１次流路の２つ以上の１次群として２つ以上の第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄを提供し、それにより、予備冷却用熱交換器５ａを通る第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’のマスフローは、不安定な冷却挙動をもたらすことなく減少されうる。この設計は、第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’が、予備冷却用熱交換器５ａ内で少なくとも部分的に液化される実質的に蒸気のストリームであるとき有利である。
【０１６３】
第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’は、１次流路の２つ以上の１次群４０ｃ、４０ｄの間で、第１の冷却済み主冷媒ストリーム１０’の形態の流体ストリームを分割する手段１５ａを備えることができる１次入口ヘッダ６’に流されうる。分割する手段１５ａは、第１の冷却済み主冷媒分割装置を備えることができる。第１の冷却済み主冷媒分割装置１５ａは、２つ以上の第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム２０ｃ、２０ｄを炭化水素部分ストリームとして提供しうる。
【０１６４】
２つ以上の第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム２０ｃ、２０ｄ（流体部分ストリーム）はそれぞれ、第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口制御弁２５ｃ、２５ｄ（１次部分ストリーム入口制御弁）に流れることができる。それぞれの第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口制御弁２５ａ、２５ｂ（１次部分ストリーム入口制御弁）は、制御された第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム３０ｃ、３０ｄを提供する。
【０１６５】
２つ以上の第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ３５ｃ、３５ｄは、制御された第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム３０ｃ、３０ｄを受取る１次部分ストリーム入口ヘッダとして提供される。それぞれの第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ３５ｃ、３５ｄは、選択的に共に遮断される、第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄまたはこうした流路の群に接続される。そのため、第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口制御弁２５ｃ、２５ｄを閉鎖することによって、第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム２０ｃ、２０ｄは、それぞれの第１の冷却済み主冷媒部分ストリーム入口ヘッダ３５ｃ、３５ｄ、したがってそれぞれの第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄに達することを防止される。こうして、予備冷却用熱交換器５ａを通る主冷媒のマスフローは、不安定な冷却挙動を軽減しながら減少されうる。
【０１６６】
第１の冷却済み主冷媒部分ストリームは、第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄ内で交換器のシェル側７８ａ内の予備冷却用冷媒に接して間接的に冷却されて、２つ以上の第２の部分的に液化された主冷媒部分ストリーム５０ｃ、５０ｄを液化済み炭化水素ストリームとして提供しうる。
【０１６７】
２つ以上の第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄは、少なくとも１つの第２の液化済み主冷媒ストリーム出口ヘッダ５５ｃ、５５ｄを備える１次出口ヘッダに接続されうる。図５の実施形態は、選択的に遮断されうる、それぞれの第１の冷却済み主冷媒流路４０ｃ、４０ｄまたは流路の群用の、第２の液化済み主冷媒ストリーム出口ヘッダ５５ｃ、５５ｄを示す。それぞれの第２の液化済み主冷媒ストリーム出口ヘッダ５５ｃ、５５ｄは、予備冷却済み主冷媒部分ストリーム６０ｃ、６０ｄの形態で液化済み流体を提供しうる。
【０１６８】
予備冷却済み主冷媒部分ストリーム６０ｃ、６０ｄは、予備冷却済み主冷媒合流装置６５ａで合流されて、予備冷却済み主冷媒ストリーム２００’を主冷媒ストリームとして提供しうる。
【０１６９】
予備冷却済み主冷媒ストリーム２００’は、ガス／液体分離器などの主冷媒分離装置２０５ａに流され得る。主冷媒分離装置２０５ａは、主熱交換器６４５に流される第１および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ａ、２１０ｂを提供する。第１の画分の主冷媒ストリーム２１０ａは、好ましくは、主冷媒分離装置２０５ａから頂部で引出される蒸気ストリームである。第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ｂは、好ましくは、主冷媒分離装置２０５ａの底部から引出される液体ストリームである。
【０１７０】
第１および第２の画分の主冷媒ストリーム２１０ａ、２１０ｂは、図１の実施形態について論じたように、主熱交換器内で自動冷却され、膨張し、交換器のシェル側７８に流される。主冷媒は、流路の群２４０、３４０、６４０内の流体と間接的に熱交換されて、流体を冷却し、主冷媒を温める。温かい冷媒は、温められた主冷媒ストリーム２９０として、主熱交換器６４５の底部でまたは底部の近くで少なくとも１つの主冷媒出口２８５ａから回収される。
【０１７１】
温められた主冷媒ストリーム２９０ａは、主冷媒圧縮器ノックアウトドラム２９５ａに流され得る。主冷媒圧縮器ノックアウトドラム２９５ａは、実質的に蒸気ストリームでありうる主冷媒圧縮器供給ストリーム３１０ａを提供する。
【０１７２】
本発明は、添付特許請求項の範囲から逸脱することなく多くの種々の方法で実施されうることを当業者は理解するであろう。たとえば、図４によるプロセススキームは、図２の実施形態に開示される装置と共に利用されることができ、ターンダウン運転中に、第１の画分の主冷媒流れチャネルならびに炭化水素流れチャネルが選択的に遮断されることを可能にする。
【０１７３】
さらに、図５によるプロセススキームは、図１または図２または図４の実施形態による主熱交換器５と共に使用されることができ、それにより、炭化水素ストリーム１０および／または主冷媒ストリームの第１の画分２１０ａの一方または両方に向上した熱的安定性が提供される可能性がある。
【０１７４】
本明細書で提供される図は、熱交換器のシェルの外に位置する炭化水素部分ストリームおよび冷媒ストリームの種々の入口および出口ヘッダを示す。しかし、代替の実施形態では、入口および出口ヘッダの一方または両方が、熱交換器の内部、その壁内に設置されうることが当業者に明らかになる。しかし、少なくとも選択的に遮断する手段が、これらの手段に対するアクセスおよび制御を容易にするために、熱交換器の壁の外に配置されることが好ましい。
【０１７５】
先の説明は、概念的なレベルで、１次流路の２つ以上の１次群の少なくとも１つの群を選択的に遮断する手段を述べる。実際には、これらの手段は、当業者によって採用される通常の設計慣行に従ってより精緻な方法で実施することができる。たとえば、選択的に遮断する手段は、遮断された流路の群（図示せず）内への共有ヘッダを介した開放した（非遮断の）流路の群からの逆流を回避するように配列されることができる。これは、たとえば、選択的に遮断される必要がある流路の群の各端部に、また排他的ではなく、流路の群の入口端または出口端に連携動作式弁を設けることによって達成されることができる。
【０１７６】
本明細書で開示する方法および装置は、流量の比較的大きな変動を受けることが予想される炭層メタンの形態のまたは炭層メタンから得られる天然ガスを含む流体を冷却し液化するのに特に適する。
【０１７７】
本発明は、添付特許請求項の範囲から逸脱することなく多くの種々の方法で実施されうることを当業者は理解するであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化流体ストリームを提供するために流体ストリームを冷却し液化する装置であって、
前記装置は、少なくとも、
熱交換器であって、前記熱交換器の壁内のシェル側および前記熱交換器の前記シェル側を通して延在する複数の流路を備え、前記複数の流路は、１つまたは複数の１次流路を含む２つ以上の１次群を備え、前記１次群の各々は、前記熱交換器を通して前記流体ストリームの一部を運び、前記一部を前記熱交換器の前記シェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、
１次流路の前記２つ以上の１次群を前記流体の供給源に接続し、１次流路の前記２つ以上の１次群の間で前記流体ストリームを分割するように配置された１次入口ヘッダと、
前記流体ストリームの流量に応答して、１次流路の前記２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の１次流路の１次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する手段と、を備える装置。
【請求項２】
前記１次入口ヘッダは、
２つ以上の１次部分ストリーム入口ヘッダであって、前記１次部分ストリーム入口ヘッダの各々が、１次流路の前記１次群のうちの１つの１次群に一意に接続される、１次部分ストリーム入口ヘッダと、
前記流体ストリームを、２つ以上の流体部分ストリームに分離する１次ヘッダストリーム分割装置であって、前記２つ以上の流体部分ストリームの各々が流体部分ストリーム導管内にある、１次ヘッダストリーム分割装置と、を備えており、
１次流路の前記２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の１次流路の１次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する前記手段は、前記流体部分ストリーム導管のうちの少なくとも１つの導管内の１次部分ストリーム入口制御弁を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記熱交換器は、スプール巻回式熱交換器、および、シェルおよびチューブ式熱交換器からなる群から選択され、１つまたは複数の１次流路を含む前記２つ以上の１次群は、互いに巻き付けられて配置される、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
１次流路の前記２つ以上の１次群から流出する前記液化流体ストリームを合流させるように、１次流路の前記２つ以上の１次群に接続された１次出口ヘッダをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記１次出口ヘッダは、２つ以上の１次部分ストリーム出口ヘッダを備えており、前記１次部分ストリーム出口ヘッダの各々が、液化流体部分ストリームを提供し、前記１次部分ストリーム出口ヘッダの各々は、１次流路の１つの１次群に一意に接続され、
前記装置は、さらに、
前記１次部分ストリーム出口ヘッダの各々からの前記液化流体部分ストリームを合流させて、合流液化流体ストリームを提供するように、前記１次部分ストリーム出口ヘッダの下流に配置される液化流体ストリーム合流装置を備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
１次流路の前記２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の１次流路の１次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する前記手段は、前記１次部分ストリーム出口ヘッダのうちの少なくとも１つと前記液化流体ストリーム合流装置との間に配置される流体部分ストリーム出口制御弁を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記１次流路は、前記熱交換器の底部のまたは前記底部の近傍の入口から前記熱交換器内の重力方向に関して高い位置の出口まで前記流体ストリームを移送するように配置される、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
１次流路の前記１次群は、熱交換面を備えており、前記熱交換面は、前記流体ストリームの前記一部を前記熱交換器の前記シェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却するように、前記冷媒と熱交換相互作用状態にあるように配置されており、前記流体ストリームの前記一部は、前記熱交換面に沿って上方に移動するように配置される、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
１次流路の前記２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の１次流路の１次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する前記手段は、前記シェル側に対して前記熱交換器の壁の外側に配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の流路は、さらに、１つまたは複数の自動冷却流路を含む２つ以上の２次群を備えており、
前記装置は、さらに、
自動冷却流路の前記２つ以上の２次群を前記冷媒の供給源に接続し、自動冷却流路の前記２つ以上の２次群の間で冷媒ストリームを分割するように配置された２次入口ヘッダと、
自動冷却流路の前記２つ以上の２次群のうちの少なくとも１つの２次群を選択的に遮断すると共に自動冷却流路の残りの未遮断の２次群を通して前記冷媒ストリームが流れることを許容する第２の手段と、
自動冷却流路の前記２次群の下流で、かつ、前記熱交換器のシェル内への冷媒入口装置の上流に配置され、前記冷媒入口装置に接続される、少なくとも１つの膨張装置とを備える、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
液化流体ストリームを提供するために、流体ストリームを冷却し液化する方法であって、前記方法は、少なくとも、
所定流量の流体ストリームおよび冷媒を装置に流す工程であって、前記装置が、少なくとも、熱交換器であって、前記熱交換器の壁内のシェル側および前記熱交換器の前記シェル側を通して延在する複数の流路を備え、前記複数の流路は、１つまたは複数の１次流路を含む２つ以上の１次群を備え、前記１次群の各々は、前記熱交換器を通して前記流体ストリームの一部を運び、前記一部を前記熱交換器の前記シェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、１次流路の前記２つ以上の１次群を前記流体の供給源に接続し、１次流路の前記２つ以上の１次群の間で前記流体ストリームを分割するように配置された１次入口ヘッダと、を備える、工程と、
前記１次入口ヘッダ内へ前記流体ストリームを流す工程と、
前記流体ストリームの流量に応答して、１次流路の前記２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、１次流路の残りの未遮断の１次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容して液化流体ストリームを提供する工程と、を含む方法。
【請求項１２】
前記流体ストリームの前記一部は、間接冷却によって少なくとも部分的に凝縮される間に、前記熱交換器を通して上方に移動する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
自動冷却流路の前記２つ以上の２次群を前記冷媒の供給源に接続し、自動冷却流路の前記２つ以上の２次群の間で冷媒ストリームを分割するように配置された２次入口ヘッダ内へ冷媒流体を流す工程と、
前記２次入口ヘッダ内へ前記冷媒流体を流す工程と、
自動冷却流路の前記２つ以上の２次群のうちの少なくとも１つの２次群を選択的に遮断すると共に、自動冷却流路の残りの未遮断の２次群を通して前記冷媒ストリームが流れることを許容する工程と、をさらに含む、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法および装置から前記液化流体ストリームの少なくとも一部を運び去る工程をさらに含む、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記流体ストリームは、好ましくは天然ガスから得られる炭化水素ストリームである、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１】
液化流体ストリームを提供するために流体ストリームを冷却し液化する装置であって、
前記装置は、少なくとも、
熱交換器であって、前記熱交換器の壁内のシェル側および前記熱交換器の前記シェル側を通して延在する複数の流路を備え、前記複数の流路は、１つまたは複数の１次流路を含む２つ以上の１次群を備え、前記１次群の各々は、前記熱交換器を通して前記流体ストリームの一部を運び、前記一部を前記熱交換器の前記シェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、
１次流路の前記２つ以上の１次群を前記流体の供給源に接続し、１次流路の前記２つ以上の１次群の間で前記流体ストリームを分割するように配置された１次入口ヘッダと、
前記流体ストリームの流量に応答して、１次流路の前記２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の１次流路の１次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する手段と、を備える装置。
【請求項２】
前記１次入口ヘッダは、
２つ以上の１次部分ストリーム入口ヘッダであって、前記１次部分ストリーム入口ヘッダの各々が、１次流路の前記１次群のうちの１つの１次群に一意に接続される、１次部分ストリーム入口ヘッダと、
前記流体ストリームを、２つ以上の流体部分ストリームに分離する１次ヘッダストリーム分割装置であって、前記２つ以上の流体部分ストリームの各々が流体部分ストリーム導管内にある、１次ヘッダストリーム分割装置と、を備えており、
１次流路の前記２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の１次流路の１次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する前記手段は、前記流体部分ストリーム導管のうちの少なくとも１つの導管内の１次部分ストリーム入口制御弁を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記熱交換器は、スプール巻回式熱交換器、および、シェルおよびチューブ式熱交換器からなる群から選択され、１つまたは複数の１次流路を含む前記２つ以上の１次群は、互いに巻き付けられて配置される、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
１次流路の前記２つ以上の１次群から流出する前記液化流体ストリームを合流させるように、１次流路の前記２つ以上の１次群に接続された１次出口ヘッダをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記１次出口ヘッダは、２つ以上の１次部分ストリーム出口ヘッダを備えており、前記１次部分ストリーム出口ヘッダの各々が、液化流体部分ストリームを提供し、前記１次部分ストリーム出口ヘッダの各々は、１次流路の１つの１次群に一意に接続され、
前記装置は、さらに、
前記１次部分ストリーム出口ヘッダの各々からの前記液化流体部分ストリームを合流させて、合流液化流体ストリームを提供するように、前記１次部分ストリーム出口ヘッダの下流に配置される液化流体ストリーム合流装置を備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
１次流路の前記２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の１次流路の１次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する前記手段は、前記１次部分ストリーム出口ヘッダのうちの少なくとも１つと前記液化流体ストリーム合流装置との間に配置される流体部分ストリーム出口制御弁を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記１次流路は、前記熱交換器の底部のまたは前記底部の近傍の入口から前記熱交換器内の重力方向に関して高い位置の出口まで前記流体ストリームを移送するように配置される、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
１次流路の前記１次群は、熱交換面を備えており、前記熱交換面は、前記流体ストリームの前記一部を前記熱交換器の前記シェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却するように、前記冷媒と熱交換相互作用状態にあるように配置されており、前記流体ストリームの前記一部は、前記熱交換面に沿って上方に移動するように配置される、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
１次流路の前記２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、残りの未遮断の１次流路の１次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容する前記手段は、前記シェル側に対して前記熱交換器の壁の外側に配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の流路は、さらに、１つまたは複数の自動冷却流路を含む２つ以上の２次群を備えており、
前記装置は、さらに、
自動冷却流路の前記２つ以上の２次群を前記冷媒の供給源に接続し、自動冷却流路の前記２つ以上の２次群の間で冷媒ストリームを分割するように配置された２次入口ヘッダと、
自動冷却流路の前記２つ以上の２次群のうちの少なくとも１つの２次群を選択的に遮断すると共に自動冷却流路の残りの未遮断の２次群を通して前記冷媒ストリームが流れることを許容する第２の手段と、
自動冷却流路の前記２次群の下流で、かつ、前記熱交換器のシェル内への冷媒入口装置の上流に配置され、前記冷媒入口装置に接続される、少なくとも１つの膨張装置とを備える、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
液化流体ストリームを提供するために、流体ストリームを冷却し液化する方法であって、前記方法は、少なくとも、
所定流量の流体ストリームおよび冷媒を装置に流す工程であって、前記装置が、少なくとも、熱交換器であって、前記熱交換器の壁内のシェル側および前記熱交換器の前記シェル側を通して延在する複数の流路を備え、前記複数の流路は、１つまたは複数の１次流路を含む２つ以上の１次群を備え、前記１次群の各々は、前記熱交換器を通して前記流体ストリームの一部を運び、前記一部を前記熱交換器の前記シェル側の冷媒に接触させて間接的に冷却し、液化流体ストリームを提供する、熱交換器と、１次流路の前記２つ以上の１次群を前記流体の供給源に接続し、１次流路の前記２つ以上の１次群の間で前記流体ストリームを分割するように配置された１次入口ヘッダと、を備える、工程と、
前記１次入口ヘッダ内へ前記流体ストリームを流す工程と、
前記流体ストリームの流量に応答して、１次流路の前記２つ以上の１次群のうちの少なくとも１つの１次群を選択的に遮断すると共に、１次流路の残りの未遮断の１次群を通して前記流体ストリームが流れることを許容して液化流体ストリームを提供する工程と、を含む方法。
【請求項１２】
前記流体ストリームの前記一部は、間接冷却によって少なくとも部分的に凝縮される間に、前記熱交換器を通して上方に移動する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
自動冷却流路の前記２つ以上の２次群を前記冷媒の供給源に接続し、自動冷却流路の前記２つ以上の２次群の間で冷媒ストリームを分割するように配置された２次入口ヘッダ内へ冷媒流体を流す工程と、
前記２次入口ヘッダ内へ前記冷媒流体を流す工程と、
自動冷却流路の前記２つ以上の２次群のうちの少なくとも１つの２次群を選択的に遮断すると共に、自動冷却流路の残りの未遮断の２次群を通して前記冷媒ストリームが流れることを許容する工程と、をさらに含む、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法および装置から前記液化流体ストリームの少なくとも一部を運び去る工程をさらに含む、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記流体ストリームは、好ましくは天然ガスから得られる炭化水素ストリームである、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５１５２２８（Ｐ２０１３−５１５２２８Ａ）
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３５７６８（Ｐ２０１２−５３５７６８）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６６０６５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５１２２６
【国際公開日】平成２３年５月５日（２０１１．５．５）
【出願人】（３９００２３６８５）シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ (411)
【氏名又は名称原語表記】ＳＨＥＬＬ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＭＡＡＴＳＣＨＡＰＰＩＪ ＢＥＳＬＯＴＥＮ ＶＥＮＮＯＯＴＳＨＡＰ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６６０６５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５１２２６
【国際公開日】平成２３年５月５日（２０１１．５．５）
【出願人】（３９００２３６８５）シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ (411)
【氏名又は名称原語表記】ＳＨＥＬＬ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＭＡＡＴＳＣＨＡＰＰＩＪ ＢＥＳＬＯＴＥＮ ＶＥＮＮＯＯＴＳＨＡＰ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]