ＬＮＧ施設のための垂直熱交換器構造
冷媒との間接的熱交換を介して天然ガスを冷却するために１つ又はそれよりも多くの垂直ケトル内コア熱交換器を利用するＬＮＧ施設。垂直ケトル内コア熱交換器はプロット空間を節約し、ＬＮＧ施設内で利用されるコールドボックスのサイズを低減するために使用され得る。加えて、垂直ケトル内コア熱交換器は、コアに対する改良された冷媒アクセス、コア周りの改良された冷媒循環、及び／又は、コアより上の改良された蒸気／液体分離の故に、増大された熱移転効率を示し得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガスを液化するための方法及び装置に関する。他の特徴において、本発明は、冷媒と冷却流体との間の間接的熱移転を促進するための改良された方法及び装置に関する。さらに他の特徴において、本発明は、天然ガスを冷却する少なくとも１つの垂直ケトル内コアを利用する天然ガスを液化するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスの低温液化は、天然ガスを輸送及び貯蔵により便利な形態に変換する手段として普通に実施されている。そのような液化は、天然ガスの容積を約６００倍だけ減少し、その結果、大気圧付近で貯蔵され且つ輸送され得る製品が得られる。
【０００３】
天然ガスは、パイプラインによって供給源から遠方の市場へ輸送されることが多い。実質的に一定且つ高い負荷率の下でパイプラインを稼働するのが望ましいが、しばしばパイプラインの配送性及び容量は要求を超過し、他の時には、要求がパイプラインの配送性を超過する。要求が供給を超過するピーク又は供給が要求を超過する谷を剃り落とすために、要求が供給を超過するときに超過ガスが送り出され得るよう、超過ガスを貯蔵することが望ましい。そのような手法は将来的な要求ピークが貯槽からの材料で満足されることを可能にする。これを行うための１つの実際的な手段は、ガスを液化状態に変換し、次に、要求に応じて液体を気化することである。
【０００４】
候補市場から遠距離によって隔離された供給源からガスを輸送し、且つ、パイプラインも利用可能でないか或いは実際的でないときに、天然ガスの液化はより大きく重要でさえある。これは輸送が外航船によって行われなければならない場合に実際的に当て嵌まる。気相状態での船輸送は一般的に実際的でない。何故ならば、ガスの特定容積を著しく減少するために相当な加圧が求められるからである。そのような加圧は、より高価な貯蔵容器の使用を必要とする。
【０００５】
天然ガスを液状で貯蔵し且つ輸送するために、天然ガスは、好ましくは、液化天然ガス（ＬＮＰ）が近大気蒸気圧を保有する−２４０°Ｆ〜−２６０°Ｆに冷却される。天然ガスの液化のための多くのシステムが従来技術に存在し、ガスは、複数の冷却段階を通じてガスを高圧で順次的に通すことによって液化され、然る後、ガスは、液化温度に達するまで連続的に低温に冷却される。冷却は、一般的に、プロパン、ポリピレン、エタン、エチレン、メタン、窒素、二酸化炭素、又は、先行冷媒の組み合わせ（例えば、混合冷媒システム）のような１つ又はそれよりも多くの冷媒を用いた間接熱交換によって達成される。本発明に特に適用可能な液化方法は、最終冷却サイクルのために開放メタンサイクルを利用し、加圧ＬＮＧ含有流はフラッシュされ、フラッシュされた蒸気（即ち、フラッシュされたガス流）は、引き続き、冷却剤として利用され、再圧縮され、冷却され、処理天然ガス供給流と混合され、且つ、液化されることによって、加圧ＬＮＧ含有流を生成する。
【０００６】
多くのＬＮＧ施設は、天然ガス埋蔵地付近の比較的遠隔地に配置される。新しいＬＮＧ施設がそのような沿革場所に建造されるとき、ＬＮＧ施設の主要コンポーネントがより人口集中した地域で製造され、引き続き、最終組立てのためにＬＮＧ施設の場所に（普通は外航船によって）輸送される。コストを節約するために、ＬＮＧ施設のバルクな複雑なコンポーネントは輸送前に建築されるのが望ましいので、ＬＮＧ施設の場所での建設の殆どは、事前製造された複雑なコンポーネントの比較的簡単な組立てを含む。しかしながら、ＬＮＧ施設の容積及びサイズが増大するに応じて、特定の複雑なコンポーネントは、現地外で建設し、次に、最終目的地に輸送するには大きくなり過ぎる。１つのそうようなコンポーネントは「コールドボックス」として知られる。
【０００７】
コールドボックスは、同様な低温で動作する複数の冷却コンポーネント（例えば、熱交換器、弁、及び、導管）を収容する囲壁である。典型的なコールドボックスにおいて、冷却コンポーネントは囲壁内で組み立てられ、複数の冷却コンポーネントを絶縁するために流動性を有する絶縁体（例えば、膨張パーライトの粒子）によって取り囲まれる。コールドボックスは、各コンポーネントを個別に絶縁するのに対して、複数の冷却コンポーネントを絶縁するためのより一層効率的且つ費用効率的な手段を提供する。
【０００８】
上記に暗示されたように、コールドボックスの全てのコンポーネントをより人口集中した地域で組み立て、次に、組み立てられたコールドボックス全体を据付けのために遠隔のＬＮＧ施設場所に輸送するのがより一層安価である。しかしながら、ＬＮＧ施設の容積及びサイズが増大し続けると、コールドボックスのサイズも増加する。事実、幾つかのコールドボックスは今や標準的な外航船で輸送するには大き過ぎる。コールドボックスのサイズ増加の主要な理由は、より大きなＬＮＧ施設のより大きな冷却要求の故に、コールドボックス内部に配置される従来的な水平のケトル内コア熱交換器のサイズが増大することである。よって、従来的な水平なケトル内コア値熱交換器を利用する新規に建設される高容積ＬＮＧ施設は、現地で組み立てられることを要求する。何故ならば、事前組立コールドボックスは、標準的な外航船で輸送するには大き過ぎるからである。
【０００９】
従来的な水平なケトル内コア熱交換器によって引き起こされるサイズ／空間問題に加えて、多数の熱移転非効率が、そのような水平なケトル内コア熱交換器と関連付けられ得る。例えば、交換器のコアよりも下に設けられる最小液体冷媒深さは、コアへの液体冷媒の利用性を阻害し得る。また、コアの頂部とシェルの上方ガス状冷媒出口との間の垂直距離は、気相及び液相の冷媒の十分な分離をもたらすには小さ過ぎ得る。コアより上の十分な液体／ガス分離が達成されないとき、上向きに流れるガス状冷媒内に混入される著しい量の液体冷媒が、シェルの上方ガス状冷媒出口から望ましくなく排出し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、より多くのコンポーネントが現地外で製造され、次に、輸送され、ＬＮＧ施設の場所で組み立てられることを可能にする新規な天然ガス液化システムを提供することが望ましい。
【００１１】
再び、コールドボックスの寸法を最小限化する冷却コンポーネントを利用するコールドボックス構造を提供することが望ましい。
【００１２】
さらに再び、従来的な水平なケトル内コア熱交換器に関連する非効率を克服する間接的熱交換システムを提供することが望ましい。
【００１３】
上記の目的は例示的であり、ここに請求される本発明によって全て達成されることは必要でない。本発明の他の目的及び利点は、記載された記載及び図面から明らかであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従って、本発明の１つの特徴は、冷媒からの熱を冷却流体に移転する方法に関する。本方法は、（ａ）冷媒をシェル内に定められる１よりも大きな高さ対幅比を有する内部容積に導入するステップと、（ｂ）冷却流体をシェルの内部容積内に配置されるプレート−フィンコア内に導入するステップと、（ｃ）コア内の冷却流体からの熱を、間接的熱交換を介して、冷媒に移転するステップとを含む。
【００１５】
本発明の他の特徴は、天然ガス流を液化するプロセスに関する。本プロセスは、（ａ）主にプロパン又はプロピレンを含む第一冷媒との間接的熱交換を介して天然ガス流を冷却するステップと、（ｂ）主にエタン又はエチレンを含む第二冷媒との間接的熱交換を介して天然ガスをさらに冷却するステップとを含み、ステップ（ａ）及び／又は（ｂ）の冷却するステップの少なくとも一部は、少なくとも１つの垂直なケトル内コア熱交換器によって遂行される。
【００１６】
本発明のさらなる特徴は、内部容積と、内部容積内に配置される少なくとも１つのコアとを含む熱交換器に関する。シェルは、実質的に円筒形の側壁と、正上方エンドキャップと、正下方エンドキャップとを含む。上方及び下方のエンドキャップは、側壁の概ね両端部に配置される。側壁は、内部容積内へシェル側流体を受容するための流体入口を定める。正上方エンドキャップは、内部容積からの気相シェル側流体を排出するための蒸気出口を定める。正下方エンドキャップは、内部容積からの液相シェル側流体を排出するための液体出口を定める。
【００１７】
本発明のさらに他の特徴は、内部容積を定めるシェルと、シェル内に配置されるコアとを含む熱交換器に関する。シェルは、中心側壁軸に沿って延びる実質的に円筒形の側壁内部容積を含む。コアは、複数のコア側通路と、複数のシェル側通路とを定める。コア側通路は、シェルの前記内部容積から流体的に隔離されるのに対し、シェル側通路は、シェルの内部容積との流体連絡をもたらす反対の開放端部を提供する。シェル側通路は、熱交換器が側壁軸と実質的に直立向きに位置付けられるとき、熱サイフォン効果がシェル側通路内に創成されるよう、側壁軸の延長方向と実質的に平行な方向に延びる。
【００１８】
本発明のさらに他の特徴は、シェルと、シェル内に配置されるプレート−フィンコアと、支持構造とを含む。シェルは、中心側壁軸に沿って延びる実質的に円筒形の側壁を含み、支持構造は、側壁軸が実質的に直立な垂直構造にシェルを支持するよう構成される。
【００１９】
本発明のさらなる特徴は、内部容積を定めるコールドボックスと、内部容積内に配置される複数の垂直ケトル内コア熱交換器とを含む。
【００２０】
本発明のさらなる特徴は、１つ又はそれよりも多くの冷媒との間接的熱交換によって天然ガス供給流を冷却するための液化天然ガス施設に関する。液化天然ガス施設は、第一冷媒との間接的熱交換を介して天然ガス流を冷却するための第一冷却サイクルを含む。第一冷却サイクルは、第一垂直ケトル内コア熱交換器を含み、互いに隔離されたケトル側容積互いに流体的に隔離されたケトル側容積と、コア側容積とを定める。ケトル側容積は、第一冷媒を収容するよう構成されるのに対し、コア側容積は、天然ガス流を受容するよう構成される。
【００２１】
本発明の好適実施態様が添付の図面を参照して以下に詳細に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、高容量ＬＮＧ施設における益々大きなコールドボックスの必要に由来する上記の問題に対する解決を探索中に着想された。しかしながら、本発明の少なくとも１つの実施態様は、天然ガス液化の領域外にも用途を見い出し得る。例えば、図１乃至９に描写される垂直ケトル内コア熱交換器設計は、ＬＮＧプロセス／施設における使用に良好に適するが、これらの熱交換器は、間接熱移転を要求する多くの他の用途のために望ましいそれらの実施を行う増大された効率を示す。
【００２３】
初めに図１を参照すると、発明的な垂直ケトル内コア熱交換器１０が、シェル１２及びコア１４を概ね含むよう例証されている。シェル１２は、実質的に円筒形の側壁１６と、上方エンドキャップ１８と、下方エンドキャップ２０とを含む。上方及び下方エンドキャップ１８，２０は、側壁１６の概ね反対端部に結合される。側壁１６は、熱交換器１０が使用されているときに実質的に直立位置に維持される中心側壁軸２２に沿って延在する。シェル１２の直立無機を維持するために、如何なる従来的な支持システム２３ａ，ｂも使用し得る。シェル１２は、コア１４とシェル側流体（Ａ）とを収容するための内部容積２４を定める。側壁１６は、シェル側流体供給流（Ａｉｎ）を内部容積２４内に導入するためのシェル側流体入口２６を定める。上方エンドキャップ１８は、ガス状の／気化したシェル側流体（Ａｖ−ｏｕｔ）を内部容積２４から排出するための蒸気出口２８を定めるのに対し、下方エンドキャップ２０は液体シェル側流体（ＡＬ−ｏｕｔ）を内部容積２４から排出するための液体出口３０を定める。
【００２４】
熱交換器１０のコア１４が、シェル１２の内部容積２４内に配置され、液体シェル側流体（Ａ）に部分的に浸水される。コア１４はコア側流体（Ｂ）を受け、コア側流体（Ｂ）とシェル側流体（Ａ）との間の間接的熱移転を促進する。コア側流体入口３２が、シェル１２の側壁１６を通じて延在し、コア１４の入口ヘッダ３４に流体的に結合され、それによって、コア１４内へのコア側流体供給流（Ｂｉｎ）の導入を提供する。コア側流体出口３６が、コア１４の出口ヘッダ３８に流体的に結合され、シェル１２の側壁１６を通じて延在し、それによって、コア１４からのコア側流体（Ｂｏｕｔ）の排出を提供する。
【００２５】
図２及び３におそらく最良に例証されているように、コア１４は、好ましくは、複数の離間したプレート／フィン分割器を含み、それらの間に流体通路を定める。好ましくは、分割器は、複数の交互する流体隔離されたコア側通路４２ａ，ｂ及びシェル側通路４４ａ，ｂを定める。図１乃至３を参照すると、コア側及びシェル側通路４２，４４は、中心側壁軸２２の延長方向と実質的に平行な方向に延在するのが好ましい。コア側通路４２は、入口ヘッダ３４からコア側流体（Ｂ）を受け取り、コア側流体（Ｂ）を出口ヘッダ３８内に排出する。シェル側通路４４は、シェル１２の内部容積２４との流体連絡を提供する対向する開放端部を含む。
【００２６】
図３に例証されるように、シェル側流体（Ａ）及びコア側流体（Ｂ）は、コア１４のシェル側及びコア側通路４４，３２を通じて対流状に流れる。好ましくは、コア側流体（Ｂ）は、コア側通路４２を通じて概ね下向きに流れるのに対し、シェル側流体（Ａ）は、シェル側通路４４を通じて概ね上向きに流れる。コア１４を通じたコア側流体（Ｂ）の下向きの流れは、如何なる従来的な手段によっても、例えば、流体（Ｂ）をコア側流体入口３２（図１）に高圧で機械的にポンピングすることによって提供される。コア１４を通じたシェル側流体（Ａ）の上向きの流れは、当該技術分野において「熱サイフォン効果」として知られる特異な機構によってもたらされる。熱サイフォン効果は、直立流れチャネル内の液体の沸騰によって引き起こされる。液体が沸騰し始めるまで、液体が開放端部付き直立の流れチャネル内で加熱されると、結果として生じる蒸気は、自然な浮力の故に、流れチャネルを通じて上昇する。直立流れチャネルを通じた蒸気のこの上昇は、流れチャネルの下方部分内で液体にサイフォン効果を引き起こす。もし流れチャネルの下方開放端部に液体が連続的に供給されるならば、熱サイフォン効果によって、流れチャネルを通じた液体の連続的な上向きの流れがもたらされる。
【００２７】
図１乃至３を参照すると、熱交換器１０内にもたらされる熱サイフォン効果は、シェル側流体（Ａ）を、コア１４を通じて並びにコアの周りに循環する自然対流ポンプとして作用し、それによって、コア１４内の間接的熱交換を増大する。熱サイフォン効果は、シェル側流体（Ａ）をコア１４のシェル側通路４４内で気化させる。最適な熱サイフォン効果を発生するために、コア１４の大部分は、液体表面レベル４６より下で液体シェル側流体（Ａ）内に浸水されなければならない。シェル側通路４４の下方開口への液体シェル側流体（Ａ）の適切な利用性を保証するために、コア１４の底部と内部容積２４の底部との間に実質的な空間が提供されるのが好ましい。ガス状シェル側流体を排出する蒸気出口２８内の混入された液相シェル側流体の適切な分離を保証するために、コア１４の頂部と内部容積２４の頂部との間に実質的な空間が提供されるのが好ましい。コア１４の周りの液体シェル側流体の適切な循環を保証するために、コア１４の側部とシェル１２の側壁１６との間に実質的な空間が提供されるのが好ましい。図１に例証され且つ以下の表１において定量化される寸法及び比率を備える熱交換器１０を建設することによって、上述の利点を実現しうる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
図１において、Ｘ１は、中心側壁軸２２の延長方向に対して垂直に測定された反応ゾーン２４の最大幅である。Ｘ２は、中心側壁軸２２の延長方向に対して垂直に測定されたコア１４の最小幅である。Ｙ１は、中心側壁軸２２の延長方向と平行に測定された反応ゾーン２４の最大高さである。Ｙ２は、中心側壁軸２２の延長方向と平行に測定されたコア１４の最大高さである。Ｙ３は、中心側壁軸２２の延長方向と平行に測定されたコア１４の底部と反応ゾーン２４の底部との間の最大間隔である。Ｙ４は、中心側壁軸２２の延長方向と平行に測定されたコア１４の頂部と反応ゾーン２４の頂部との間の最大間隔である。
【００３０】
本発明の好適な実施態様において、熱交換器１０は、垂直ケトル内コア熱交換器であり、コア１４は、鑞付けアルミニウム、プレート−フィンコアである。ここにおいて使用されるとき、「ケトル内コア熱交換器」という用語は、シェル側流体とコア側流体との間の間接的熱移転を促進するよう動作可能な熱交換器を意味し、熱交換器は、シェル側流体を受け取るためのシェルと、コア側流体を受け取るためにシェル内に配置されるコアとを含み、コアは、複数の離間されたコア側流体通路を定め、シェル側流体は、コア側通路間に定められる離散的なシェル側通路を通じて自由に循環される。ケトル内コア熱交換器とシェル及び管熱交換器との間の１つの際立った特徴は、シェル及び管熱交換器は管間に離散的なシェル側通路を有さないことである。ケトル内コア熱交換器の離散的なシェル側通路は、それが熱サイフォン効果を最大限に利用することを可能にする。ここにおいて使用されるとき、「垂直ケトル内コア熱交換器」という用語は、中心側壁軸に沿って延在する実質的に円筒形の側壁を含むシェルを有するケトル内コア熱交換器を意味し、中心側壁軸２２は実質的に直立位置に維持される。
【００３１】
図４及び５を今や参照すると、代替的な垂直ケトル内コア熱交換器１００が、シェル１０２と、第一コア１０４と、第二コア１０６とを概ね含むものとして例証されている。熱交換器１００の２つの別個のコア１０４，１０６は、シェル側流体（Ａ）と２つの別個のコア側流体（Ｂ１及びＢ２）との間の同時の間接的熱移転を許容する。動作中に両方のコア１０４，１０６が液体シェル側流体（Ａ）内に部分的に浸水されるよう、コア１０４，１０６は隣り合って配置されるのが好ましい。二重コア熱交換器１００のシェル１０２及びコア１０４，１０６は、好ましくは、図１乃至３の単一コア熱交換器１０を参照して上記に記載されたものと同様に構成される。
【００３２】
図６及び７を今や参照すると、代替的な垂直ケトル内コア熱交換器２００が、シェル２０２と、第一コア２０４と、第二コア２０６と、第三コア２０８とを概ね含むように例証されている。熱交換器２００の３つの別個のコア２０４，２０６，２０８は、シェル側流体（Ａ）と３つの別個のコア側流体（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３９との間の同時の間接的熱移動を許容する。動作中に全てのコア２０４，２０６，２０８が液体シェル側流体（Ａ）内に部分的に浸水されるよう、コア２０４，２０６，２０８は隣り合って配置されるのが好ましい。三重コア熱交換器２００のシェル１０２及びコア２０４，２０６，２０８は、好ましくは、図１乃至３の単一コア熱交換器１０を参照して上記に記載されたものと同様に構成される。
【００３３】
図８を今や参照すると、代替的な垂直ケトル内コア熱交換器３００が、段階付きシェル３０２と、コア３０４とを概ね含むように例証されている。段階付きシェル３０２は、実質的に円筒形の狭い上方区画３０６と、実質的に円形の広い下方区画３０８と、上方及び下方区画３０６，３０８を接続する概ね切頭円錐形の移行区画３１０とを含む。広い下方区画３０６の最大幅（Ｘ１）の狭い上方区画３０４の最大幅（Ｘ３）に対する比率は、少なくとも約１．１：１、より好ましくは、少なくとも約１．２５：１、最も好ましくは、１．５：１〜２：１の範囲内であるのが好ましい。熱交換器３００の段階付きシェル３０２は、シェル３０２の上方出口を通じた蒸気の排出の前に蒸気／液体分離を許容するために、コア３０４の上により垂直な空間をもたらす。加えて、熱交換器３００の構造は、装置の重心を下げる。
【００３４】
図９を今や参照すると、代替的な垂直ケトル内コア熱交換器４００が、段階付きシェル４０２と、コア４０４とを概ね含むように例証されている。段階付きシェル４０２は、実質的に円筒形の狭い下方区画４０６と、実質的に円筒形の広い上方区画４０８と、下方及び上方区画４０６，４０８を接続する概ね切頭円錐形の移行部４１０とを概ね含むように例証されている。広い上方区画４０６の最大幅（Ｘ１）の狭い下方区画４０４の最大幅（Ｘ４）に対する比率は、少なくとも約１：１．１、より好ましくは、少なくとも約１．２５：１、最も好ましくは、１．５：１〜２：１の範囲内であるのが好ましい。熱交換器４００の段階付きシェル４０２は、コア４０４の上に増大された蒸気／液体分離をもたらす。何故ならば、コア１４より上のより大きな断面は、上向きに流れる蒸気の速度を最小限化し、それによって、蒸気が上方蒸気出口を通じて放出される前に、混入された液体が蒸気から「落ちる」のを可能にする。
【００３５】
本発明の好適実施態様において、図１乃至９に例証された１つ又はそれよりも多くの垂直ケトル内コア熱交換器構は、冷媒との間接的熱交換を介して天然ガスを冷却する天然ガス液化プロセスで利用される。垂直ケトル内コア熱交換器が、低温天然ガス流に使用されるとき、冷媒はシェル側流体として利用され得るし、冷却を受ける天然ガス流はコア側流体として利用され得る。
【００３６】
好ましくは、上記に記載された１つ又はそれよりも多くの垂直ケトル内コア熱交換器構造が、天然ガス流を冷却するカスケード冷却プロセスで利用される。カスケード冷却プロセスは、天然ガス流からの熱エネルギーを冷媒に移転し、究極的には熱エネルギーを環境に移転するために、１つ又はそれよりも多くの冷媒を使用する。本質的には、カスケード冷却システム全体は、天然ガス流が低温から低温に漸進的に冷却されるときに、天然ガス流から熱エネルギーを除去することによって、熱ポンプとして機能する。カスケード冷却プロセスの設計は、熱力学的効率及び資本費用の均衡を含む。熱移転プロセスにおいて、熱力学的不可逆性は、加熱流体と冷却流体との間の温度勾配がより小さくなるに応じて低減されるが、そのような小さな温度勾配を得ることは、熱移転地域の量の著しい増大、様々なプロセス機器に対する主要な変更、並びに、流速とアプローチ及び出口温度との両方が所要冷却／加熱デューティと適合するようなそのような機器を通じる流速の適切な選択を必要とする。
【００３７】
ここにおいて使用されるとき、「開放サイクルカスケード冷却プロセス」という用語は、少なくとも１つの閉塞冷却サイクルと、１つの開放冷却サイクルとを含みカスケード冷却プロセスを意味し、開放サイクルで利用される冷媒／冷却剤の沸点は、閉塞サイクルで利用される冷却剤又は複数の冷却剤の沸点よりも低く、圧縮開放サイクル冷媒／冷却剤を凝縮する冷却デューティの一部は、１つ又はそれよりも多くの閉塞サイクルによってもたらされる。本発明において、主にメタンを含む流れが、開放サイクルにおいて冷媒／冷却剤として利用される。この主にメタンを含む流れは、処理済み天然ガス供給流に起源し、圧縮開放メタンサイクルガス流を含み得る。ここにおいて使用されるとき、「主に」、「主として」、「専ら」、及び、「主要部分において」という用語は、流体流の特定成分の存在を記載するために使用されるときには、流体流が少なくとも５０モールパーセントの定まった成分を含むことを意味する。例えば、「主に」メタンを含む流れ、「主として」メタンを含む流れ、「専ら」メタンから成る流れ、或いは、メタンの「主要部分」から構成される流れは、少なくとも５０モールパーセントのメタンを含む流れを意味する。
【００３８】
天然ガスを液化する最も効率的且つ効果的な手段の１つは、膨張型例冷却と組み合わされた最適化されたカスケード型稼働を介してである。そのような液化プロセスは、多段階プロパンサイクル、多段階エタン又はエチレンサイクル、及び、供給ガスの一部をメタン源として利用し且つ天然ガス流をさらに冷却し圧力を近大気圧に減少するためにその内部に多段階膨張サイクルを含む開放端部メタンサイクルを通じる通路を介してガス流を順次的に冷却することによる、高圧（例えば、６５０ｐｓｉａ）での天然ガス流のカスケード型冷却を含む。冷却サイクルのシーケンスにおいて、最高の沸点を有する冷媒が利用され、第一に、中間の沸点を有する冷媒が後続し、最終的に、最低の沸点を有する冷媒が後続する。ここにおいて使用されるとき、「上流」及び「下流」という用語は、工場を通じる天然ガスの流路に沿う天然ガス液化工場の様々なコンポーネントの相対的位置を記載するために使用される。
【００３９】
様々な前処理ステップが、酸性ガス、メルカプタン、水銀、及び、ＬＮＧ施設に供給される天然ガス供給流からの水分のような特定の望ましくない成分を除去するための手段を提供する。ここで使用されるとき、天然ガス流は主にメタンで構成され如何なる流れでもよく、メタンの大部分は天然ガス供給流に起源し、そのような供給流は、例えば、少なくとも８５モールパーセントのメタンを含み、残りは、エタン、より高い炭化水素、窒素、二酸化炭素、並びに、水銀、硫化水素、及び、メルカプタンのような少量の他の汚染物質である。前処理ステップは、冷却サイクルの上流に配置される、或いは、初期サイクルにおける冷却の早期段階の１つの下流に配置される別個のステップであり得る。以下は、当業者に直ちに知られる幾つかの入手可能な手段の非包括的なリストである。酸性ガス、及び、より少ない範囲で、メルカプタンは、水性アミン含有溶剤を利用する化学反応プロセスを介して日常的に除去される。この処理ステップは、初期サイクル中の第一冷却段階の上流で概ね遂行される。水の大部分は、初期冷却サイクルの上流で、並びに、初期冷却サイクルにおける第一冷却段階の下流でも、ガス圧縮及び冷却に続く二相ガス−液体分離を介して、液体として日常的に除去される。水銀は、水銀吸収剤ベッドを介して日常的に除去される。水及び酸性ガスの残余量は、再生可能な分子篩のような適切に選択された吸収剤ベッドを介して日常的に除去される。
【００４０】
前処理された天然ガス供給流は、一般的に、高圧で液化プロセスに供給されるか、或いは、概ね５００ｐｓｉａよりも大きな、好ましくは、約５００ｐｓｉａ〜約３０００ｐｓｉａの、より好ましくは、約５００ｐｓｉａ〜約１０００ｐｓｉａの、さらに一層好ましくは、約６００ｐｓｉａ〜約８００ｐｓｉａの高圧に圧縮される。供給流温度は、典型的には、近周囲から周囲より僅かに上である。代表的な温度範囲は、６０°Ｆ〜１５０°Ｆである。
【００４１】
前記のように、天然ガス供給流は、複数の異なる冷媒（好ましくは３つ）によって複数の多段階サイクル又はステップ（好ましくは３段階）において冷却される。段階の数が増大するに応じて、所与サイクルのための全体的な冷却効率は向上するが、この効率の増大には、正味資本費用及びプロセス複雑性の対応する増大が伴う。供給ガスは、好ましくは、比較的高沸点冷媒を利用する第一閉塞冷却サイクル中の有効な数の冷却段階、名目上、２つの、好ましくは、２〜４つの、より好ましくは、３つの段階を通過される。そのような比較的高沸点冷媒は、好ましくは、プロパン、ポリピレン、又は、それらの混合物の大部分で構成され、より好ましくは、冷媒は、少なくとも約７５モールパーセントのプロパン、より一層好ましくは、少なくとも９０モールパーセントのプロパンを含み、最も好ましくは、冷媒は本質的にプロパンから成る。然る後、処理済み供給ガス流は、より低い沸点を有する冷媒との熱交換における第二閉塞冷却サイクル中の有効な数の、名目上、２つの、好ましくは、２〜４つの、より好ましくは２つ又は３つの段階を通じて流れる。そのようなより低い沸点の冷媒は、好ましくは、エタン、エチレン、又は、それらの混合物の大部分を含み、より好ましくは、冷媒は、少なくとも約７５モールパーセントのエチレン、より一層好ましくは、少なくとも９０モールパーセントのエチレンを含み、最も好ましくは、冷媒は本質的にエチレンから成る。各冷却段階は、別個の冷却ゾーンを含む。前記されたように、処理済み天然ガス供給流は、好ましくは、第二サイクルの最終段階において、１つ又はそれよりも多くの再循環流（即ち、圧縮開放メタンサイクルガス流）と混合され、それによって、液化流を生成する。第二冷却サイクルの最終段階において、液化流は、大部分で、好ましくは、その全体で凝縮（即ち、液化）され、それによって、加圧ＬＮＧ含有流を生成する。一般的に、この場所でのプロセス圧力は、第一サイクルの第一段階への前処理済みの供給ガスの圧力よりも僅かに低いだけである。
【００４２】
一般的に、天然ガス流は、１つ又はそれよりも多くの冷却段階においてＣ２＋リッチ液体の形成をもたらすよう、そのような量のＣ２＋成分を含有する。この液体は、ガス−液体分離手段、好ましくは、１つ又はそれよりも多くの従来的なガス−液体分離器を介して除去される。一般的に、各段階における天然ガスの順次的冷却は、主としてメタンのガス流及び顕著な量のエタン及びより重い成分を含有する液体流を生成するために、可能な限り多くのＣ２及びより高い分子重量炭化水素をガスから除去するよう制御される。有効な数のガス／液体分離手段が、Ｃ２＋成分に富む液体流の除去のために、冷却ゾーンの下流の戦力的な場所に配置される。ガス／液体分離手段、好ましくは、従来的なガス／液体分離器の正確な場所及び数は、天然ガス供給流のＣ２＋組成物、ＬＮＧ製品の所望ＢＴＵ含有量、他の用途のためのＣ２＋成分の値、及び、ＬＮＧ工場及びガス工場稼働の当業者によって日常的に考慮される他の要因のような、稼働パラメータの数に依存する。Ｃ２＋炭化水素流又は複数流は、単一段階フラッシュ又は分割コラムを介して脱メタン化され得る。後者の場合には、結果として生じるメタンリッチ流は、圧力で液化プロセスに直接的に戻され得る。前者の場合には、このメタンリッチ流は、再加圧され且つ再循環され得るし、或いは、燃料ガスとして利用され得る。Ｃ２＋炭化水素流もしくは複数流又は脱メタン化Ｃ２＋炭化水素流は燃料として用いられ得るし、或いは、例えば、特定の化学成分（例えば、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、及び、Ｃ５＋）に富む個々の流れを生成するために、１つ又はそれよりも多くの分割ゾーンへ分割することによって、おそらくさらに処理され得る。
【００４３】
次に、加圧ＬＮＧ含有流は、後述されるように第三サイクル内に生成されるフラッシュガス（即ち、フラッシュガス流）との主メタンエコノマイザ内での接触を介して、並びに、近大気圧への加圧ＬＮＧ含有流の順次的な膨張を介して、第三サイクル又は開放メタンサイクルと呼ばれる段階でさらに冷却される。第三冷却サイクルにおいて冷媒として使用されるフラッシュガスは、好ましくは、メタンの大部分から成り、より好ましくは、フラッシュガス冷媒は、少なくとも７５モールパーセントのメタン、さらにより好ましくは、少なくとも９０モールパーセントのメタンを含み、最も好ましくは、冷媒は本質的にメタンから成る。近大気圧への加圧ＬＮＧ含有流の膨張中、加圧ＬＮＧ含有流は、少なくとも１つの、好ましくは２乃至４の、より好ましくは、３つの膨張を介して冷却され、各膨張は圧力減少手段としてエキスパンダを利用する。適切なエキスパンダは、例えば、ジュールトムソン膨張弁又は水圧エキスパンダのいずれかを含む。分離器を用いたガス−液体生成物の分離が膨張に続く。水圧エキスパンダが利用され且つ適切に利用されるとき、出力の回復に関連するより大きな効率、流れ温度のより大きな減少、並びに、フラッシュ膨張ステップ中のより少ない蒸気の生成は、エキスパンダと関連するより高い資本費用及び稼働費用を相殺するだけに留まらないことが多い。１つの実施態様において、フラッシング前の加圧ＬＮＧ含有流の追加的な冷却が、先ず、１つ又はそれよりも多くの水圧エキスパンダを介してこの流れの一部をフラッシングすることによって、次に、フラッシング前に加圧ＬＮＧ含有流の残部を冷却するために前記フラッシュガス流を利用する間接的熱交換手段を介してフラッシングすることによって可能にされる。次に、暖められたフラッシュガス流は、温度及び圧力の見地に基づいて、開放メタンサイクルにおける適切な場所への復帰を介して再循環され、再圧縮される。
【００４４】
ここに記載される液化プロセスは、幾つかの種類の冷却のうちの１つを使用し得る。冷却は、（ａ）間接的熱交換、（ｂ）気化、及び、（ｃ）膨張又は圧力減少を含むが、これらに限定されない。間接的熱交換は、ここにおいて使用されるときには、冷媒が、冷却剤と被冷却物質との間の実際の物理的な接触なしに、被冷却物質を冷却するプロセスを意味する。間接的熱交換手段の具体的な例は、シェル及び管熱交換器において受ける熱交換、ケトル内コア熱交換器、及び、蝋付けアルミニウムプレート−フィン熱交換器を含む。冷媒及び被冷却物質の物理的状態は、システムの供給及び選択される熱交換器の種類に依存して変化し得る。よって、シェル及び管熱交換器は、典型的には、冷却剤が液相にあり且つ被冷却物質が液相又は気相にある場合に、或いは、物質の１つが位相変化を受け、プロセス条件がケトル内コア熱交換器の使用を好まないときに利用される。一例として、アルミニウム及びアルミニウム合金が、コアのための建設の好適材料であるが、そのような材料は指定されたプロセス条件での使用には適さないこともあり得る。冷媒が気相にあり、且つ、被冷却物質が液相又は気相にある場合には、プレート−フィン熱交換器が典型的に利用される。最後に、被冷却物質が液相又は気相にあり、且つ、冷媒が熱交換中に液相から気相への位相変化を受ける場合には、ケトル内コア熱交換器が典型的に利用される。
【００４５】
気化冷却は、一定圧力に維持されるシステムを用いた物質の一部の蒸発又は気化による物質の冷却を意味する。よって、気化中、気化する物質の部分は、液相に留まる物質の部分から熱を吸収し、故に、液体部分を冷却する。最後に、膨張又は圧力減少冷却は、ガス、液体、又は、二相システムの圧力が圧力減少手段を通過することによって減少されるときに起こる冷却を意味する。１つの実施態様において、この膨張はジュールトムソン膨張値を意味する。他の実施態様において、この膨張は水圧又はガスエキスパンダのいずれかを意味する。エキスパンダは膨張プロセスから仕事エネルギーを回復するので、膨張直後に、より低いプロセス流温度が可能である。
【００４６】
図１０に示されるフロー図及び装置は、最適化されたコールドボックス内に配置された１つ又はそれよりも多くの垂直ケトル内コア熱交換器を利用する発明的なＬＮＧ施設の好適な実施態様である。図１１及び１２は、複数の垂直ケトル内コア熱交換器を含む最適化されたコールドボックスの好適実施態様を例証している。当業者は、図１０乃至１２が概略的であるに過ぎず、従って、成功的な稼働のために商業的工場に必要とされる機器の多くの品目が、明瞭性の故に省略されていることを認識するであろう。そのような品目は、例えば、コンプレッサ制御、流れ及びレベル測定並びに対応するコントローラ温度及び圧力コントロール、ポンプ、モータ、フィルタ、追加的な熱交換器、及び、弁等を含み得る。これらの品目は、標準的な工学的慣行に従って設けられる。
【００４７】
図１０乃至１２の理解を容易化するために、以下の番号付け命名法が利用される。５００乃至５９９に番号付けられる品目は、液化プロセスと直接的に関連するプロセス容器及び機器である。６００乃至６９９に番号付けられる品目は、主にメタン流を含む流れライン又は導管に対応している。７００乃至７９９に番号付けられる品目は、主にエチレン流を含む流れライン又は導管に対応している。８００乃至８９９に番号付けられる品目は、主にプロパン流を含む流れライン又は導管に対応している。
【００４８】
図１０を参照すると、ガス状プロパンが、ガスタービンドライバ（図示せず）によって駆動される多段階（好ましくは三段階）コンプレッサ５１８において圧縮される。圧縮の三段階は、好ましくは、単一ユニット内に存在するが、圧縮の各段階は、別個のユニット、又は、単一のドライバによって駆動されるよう機械的に結合される複数のユニットであり得る。圧縮直後、圧縮されたプロパンは導管８００を通じて冷却器５２０に通され、それは冷却器で冷却され且つ液化される。フラッシング前の液化プロパン冷媒の代表的な圧力及び温度は、約１００°Ｆ及び約１９０ｐｓｉａである。冷却器５２０からの流れは、導管８０２を通じて膨張弁５１２として例証される圧力減少手段に通され、液化プロパンの圧力はそこで減少され、それによって、その一部を気化し或いはフラッシングする。次に、結果として得られる二相生成物は、導管８０４を通じて高段プロパン冷却器５０２内に流れ、導管６５２を介して導入されるガス状メタン冷媒、導管６００を介して導入される天然ガス供給、及び、導管７０２を介して導入されるガス状エチレン冷媒は、間接的熱交換手段５０４，５０６，５０８を介してそれぞれ冷却され、それによって、導管６５４，６０２，７０４を介してそれぞれ生成される冷却ガス流を生成する。導管６５４内のガスは、後続段落でより詳細に議論される主メタンエコノマイザ５７４に供給され、流れはそこで間接的熱交換手段５９８を介して冷却される。次に、結果として得られる導管６５８を介して生成される冷却圧縮メタン循環流は、導管６２０内で重量(heavies)除去コラム５６０からの重量減少（即ち、軽く炭化水素リッチな）蒸気流と混合され、エチレン冷却器５６８に供給される。
【００４９】
冷却器５０２からのプロパンガスは、導管８０６を通じてコンプレッサ５１８に戻される。このガスはコンプレッサ５１８の高段入口ポートに供給される。残余の液体プロパンは導管８０８を通過され、圧力は膨張弁５１４として例証される圧力減少手段を通じる通路によってさらに減少され、然る後、液化プロパンの追加的部分がフラッシュされる。次に、結果として得られる二相流が導管８１０を通じて中間段間プロパン冷却器５２２に供給され、それによって、冷却器５２２のための冷媒をもたらす。冷却器５０２からの冷却済み供給ガス流は導管６０２を介して別個の機器５１０に流れ、気相及び液相はそこで分離される。Ｃ３＋成分に富み得る液相が導管６０３を介して除去される。気相は津悪寒６０４を介して除去され、次に、導管６０６及び６０８を介して運搬される２つの別個の流れに分流される。導管６０５内の流れは、プロパン冷却器５２２に供給される。導管６０８内の流れは、熱交換器５６２への供給となり、究極的には、以下に詳細に議論される重量除去コラム５６０への剥離ガスとなる。冷却器５０２からのエチレン冷媒は、導管７０４を介して冷却器５２２に導入される。冷却器５２２内で、ここにおいてメタンリッチ流とも呼ばれる供給ガス流、及び、エチレン冷媒流は、間接的熱移転手段５２４及び５２６を介してそれぞれ冷却され、それによって、導管６１０及び７０６を介して冷却されたメタンリッチ及びエチレン冷媒流を生成する。プロパン冷媒のこのように気化された部分は分離され、導管８１１を通じてコンプレッサ５１８の中段に通される。冷却器５２２からの液体プロパン冷媒は導管８１４を介して除去され、膨張弁５１６として例証される圧力減少手段を横断してフラッシュされ、次に、導管８１６を介して冷却器／凝縮器５２８に供給される。
【００５０】
図１０に例証されるように、メタンリッチ流は、導管６１０を介して中段プロパン冷却器５２２から低段プロパン冷却器５２８に流れる。冷却器５２８内では、流れは間接的熱交換手段５３０を介して冷却される。同様に、エチレン冷媒流は、導管７０６を介して中段プロパン冷却器５２２から低段プロパン冷却器５２８に流れる。後者において、エチレン冷媒は、間接的熱交換手段５３２を介して完全に凝縮され或いはほぼ全体的に凝縮される。気化されたプロパンは低段プロパン冷却器５２８から除去され、導管８２０を介してコンプレッサ５１８の低段入口に戻される。
【００５１】
図１０に例証されるように、低段プロパン冷却器５２８から出るメタンリッチ流は、導管６１２を介して高段エチレン冷却器５４２に導入される。エチレン冷媒は、導管７０８を介して低段プロパン冷却器５２８から出て、好ましくは、分離容器５３７に供給され、光成分は導管７０９によって除去され、凝縮されたエチレンは導管７１０を介して除去される。プロセス中のこの場所でのエチレン冷媒は、概ね約−２４°Ｆの温度及び約２８５ｐｓｉａの圧力にある。次に、エチレン冷媒はエチレンエコノマイザ５３４に流れ、エチレン冷媒は間接的熱交換手段５３８を介してそこで冷却され、導管７１１を介して除去され、膨張弁５４０として例証される圧力減少手段に通され、その直後、冷媒は事前選択された温度及び圧力にフラッシュされ、導管７１２を介して高段エチレン冷却器５４２に供給される。蒸気は導管７１４を介して冷却器５４２から除去され、エチレンエコノマイザ５３４に経路指定され、蒸気は間接的熱交換手段５４６を介して冷媒として機能する。次に、エチレン蒸気は導管７１６を介してエチレンエコノマイザ５３４から除去され、エチレンコンプレッサ５４８の高段入口に供給される。高段エチレン冷却器５４２内で気化されないエチレン冷媒は、導管７１８を介して除去され、間接的熱交換手段５５０を介したさらなる冷却のためにエチレンエコノマイザ５３４に戻され、導管７２０を介してエチレンエコノマイザから除去され、膨張弁５５２として例証される圧力減少手段内でフラッシュされ、その直後に、その結果として得られる二相生成物は、導管７２２を介して低段エチレン冷却器５５４に導入される。
【００５２】
間接的熱交換手段５４４内での冷却後、メタンリッチ流は、導管６１６を介して高段エチレン冷却器５４２から除去される。次に、この流れは、低段エチレン冷却器５５４内の間接的熱交換手段５５６によってもたらされる冷却を介して部分的に凝縮され、それによって、導管６１８を介して重量除去コラム５６０に流れる二相流を生成する。前記のように、ライン６０４内のメタンリッチ流は、導管６０６及び６０８を介して流れるよう分流される。ここでは剥離ガスとも呼ばれる導管６０８の含有物は、先ず、熱交換機５６２に供給され、この流れは間接的熱交換手段５６６を介してそこで冷却され、それによって、冷却された剥離ガス流となり、次に、それは導管６０９を介して重量除去コラム５６０に流れる。ベンゼン、シクロヘキサン、他の芳香族、及び／又は、より重い炭化水素成分のようなＣ４＋炭化水素の著しい凝縮を含む重量リッチ液体流が、導管６１４を介して重量除去コラム５６０から除去され、好ましくは、流れ制御手段５９７、好ましくは、圧力減少手段としても機能しうる制御弁を介してフラッシュされ、導管６１７を介して熱交換器５６２に輸送される。好ましくは、流れ制御手段５９７を介してフラッシュされる流れは、メタンコンプレッサ５８３への高段入口ポートでの圧力程度或いはそれよりも大きな圧力にフラッシュされる。フラッシングは、より大きな冷却能力を流れに付与する。熱交換器５６２において、導管６１７によって送り出される流れは、間接的熱交換手段５６４を介して冷却能力をもたらし、導管６１９を介して熱交換器５６２から出る。重量除去コラム５６０において、導管６１８を介して逆流状に導入される二相流は、導管６０９を介して導入される冷却された剥離ガス流と接触され、それによって、導管６２０を介する重量減少蒸気流、並びに、導管６１４を介する重量リッチ液体流を生成する。
【００５３】
導管６１９内の重量リッチ流は、引き続き液体部分と蒸気部分とに分離され、好ましくは、容器５６７内でフラッシュされ或いは分割される。いずれの場合においても、重量リッチ液体流が導管６２３を介して生成され、第二メタンリッチ蒸気流が導管６２１を介して生成される。図１０に例証される好適実施態様において、導管６２１内の流れは、引き続き導管６２８を介して送り出される第二流と混合され、混合流はメタンコンプレッサ５８３の高段入口ポートへ供給される。
【００５４】
前記されたように、導管６５４内のガスは主メタンエコノマイザ５７４に供給され、流れは間接的熱交換手段５９８を介してそこで冷却される。結果として得られる導管６５８内の冷却された圧縮メタン循環又は冷媒流は、好適実施態様において、重量除去コラム５６０からの重量減少蒸気流と混合され、導管６２０を介して送り出され、低段エチレン冷却器５６８に供給される。低段エチレン冷却器５６８では、この流れは間接的熱交換手段５７０を介して冷却され且つ凝縮され、低段エチレン冷却器５４４からの液体排水は導管７２６を介してエチレン凝縮器５６８に経路指定される。凝縮器５６８からの凝縮されたメタンリッチ生成物は、導管６２２を介して生成される。導管を介して引き出されるエチレン冷却器５５４からの蒸気、及び、導管７２８から引き出されるエチレン凝縮器５６８は結合され、且つ、導管７３０を介してエチレンエコノマイザ５３４に経路指定され、蒸気は間接的熱交換手段５５８を介して冷媒として機能する。次に、流れは導管７３２を介してエチレンエコノマイザ５３４からエチレンコンプレッサ５４８の低段入口に経路指定される。
【００５５】
図１０に示されるように、エチレンコンプレッサ５４８の低段側を介して導入される蒸気からのコンプレッサ排水は、導管７３４を介して除去され、内部段階冷却器５７１を介して冷却され、導管７１６内に存在する高段流と一緒の射出のために、導管７３６を介してコンプレッサ５４８に戻される。好ましくは、二段階は単一のモジュールであるが、それらはそれぞれ別個のモジュール又は共通のドライバに機械的に結合された複数のモジュールであり得る。コンプレッサ５４８からの圧縮されたエチレン生成物は、導管７００を介して下流の冷却器５７２に経路指定される。冷却器５７２からの生成物は、導管７０２を介して流れ、前記に議論されたように、高段プロパン冷却器５０２に導入される。
【００５６】
導管６２２内の加圧ＬＮＧ含有流、好ましくは、全体的に液体流は、好ましくは、約−２００〜約−５０°Ｆの範囲内、より好ましくは、約−１７５〜約−１００°Ｆの範囲内、最も好ましくは、約−１５０〜約−１２５°Ｆの範囲内にある。導管６２２内の流れの圧力は、好ましくは、約５００〜約７００ｐｓｉａの範囲内、最も好ましくは、約５５０〜約７２５ｐｓｉａの範囲内にある。
【００５７】
導管６２２内の流れは、主メタンエコノマイザ５７４に向けられ、流れは以下に説明される間接的熱交換手段／熱交換器経路５７６によってさらに冷却される。主メタンエコノマイザ５７４は、エコノマイザ５７４内の様々な主にメタンを含む流れの間の熱の間接的熱交換をもたらす複数の熱交換器経路を含むのが好ましい。好ましくは、メタンエコノマイザ５７４は、１つ又はそれよりも多くのプレート−フィン熱交換器を含む。熱交換器経路５７６からの冷却された流れは、導管６２４を介してメタンエコノマイザ５７４から出る。導管６２４内の流れの温度は、導管６２２内の流れの温度よりも少なくとも１０°Ｆ少ないのが好ましい。最も好ましくは、導管６２４内の流れの温度は、約−２００〜約ないます１６０°Ｆの範囲内にある。次に、導管６２４内の流れの圧力は、膨張弁５７４として例証される圧力減少手段によって減少され、それはガス流の一部を気化し或いはフラッシュし、それによって、二相流を生成する。次に、膨張弁５７８からの二相流は、高段メタンフラッシュドラムに通され、二相流はそこで導管６２６を通じて排出されるフラッシュガス流と導管６３０を通じて排出される液相流（即ち、加圧ＬＮＧ含有流）とに分離される。次に、フラッシュガス流は、導管６２６を介して主メタンエコノマイザ５７４に移転され、流れは熱交換器経路５８２内で冷媒として機能し熱交換器経路５７６内の流れの冷却を助ける。よって、熱交換器経路５８２内の主にメタンを含む流れは、熱交換器経路５７６内の主にメタンを含む流れとの間接的熱交換によって、少なくとも部分的に暖められる。暖められた流れは、導管６２８を介して、熱交換器経路５８２及びメタンエコノマイザ５７４から出る。導管６２８を介して熱交換器経路５８２から出る暖められた主にメタンを含む流れの温度は、好ましくは、導管６２４内の流れの温度よりも少なくとも約１０°Ｆ大きく、導管６２４内の流れの温度よりも少なくとも２５°Ｆ大きい。導管６２８を介して熱交換器経路５８２から出る流れの温度は、好ましくは、約−５０°Ｆよりも暖かく、より好ましくは、約０°Ｆよりも暖かく、より一層好ましくは、約２５°Ｆよりも暖かく、最も好ましくは、４０〜１００°Ｆの範囲内である。
【００５８】
導管６３０を介して、高段フラッシュドラム５８０から出る液相流は、第二メタンエコノマイザ５８７を通じて通され、液体は、間接的熱交換手段５８８を介して、下流フラッシュ蒸気によってさらに冷却される。冷却された液体は、導管６３２を介して、第二メタンエコノマイザ５８７から出て、圧力を減少すると同時に、その第二部分を気化するために、膨張弁５９１として例証される圧力減少手段を介して膨張され或いはフラッシュされる。次に、この二相流は、中段メタンフラッシュドラム５９２に通され、流れは、そこで、導管６３６を通過する気相と導管６３４を通過する液相に分離される。気相は導管６３６を通じて第二メタンエコノマイザ５８７に流れ、蒸気は間接的熱交換器手段５８９を介して導管６３０を介してエコノマイザ５８７に導入される液体を冷却する。導管６３８は、第二メタンエコノマイザ５８７内の間接熱交換器手段５８９と主メタンエコノマイザ５７４内の熱交換器経路５９５との間の流れ導管として働く。熱交換器経路５９５からの暖められた蒸気流は、導管６４０を介して主メタンエコノマイザ５７４から出て、メタンコンプレッサ５８３の中段入口に伝えられる。
【００５９】
導管６３４を介して中段フラッシュドラム５９２から出る液相は、膨張弁５９３として例証される圧力減少手段を通過することによって圧力がさらに減少される。再び、液化ガスの第三部分は気化され或いはフラッシュされる。膨張弁５９３からの二相流は、最終又は低段フラッシュドラム５９４に通される。フラッシュドラム５９４内では、気相が分離され、導管６４４を通じて第二メタンエコノマイザ５８７に通され、そこでは、気相は間接的熱交換器手段５９０を介して冷媒として機能し、導管６４６を介して第二メタンエコノマイザ５８７から出て、導管は第一メタンエコノマイザ５７４に接続され、そこでは、蒸気は熱交換器経路５９６を介して冷媒として機能する。熱交換器経路５９６からの暖められた蒸気流は、導管６４８を介して主メタンエコノマイザ５７４から出て、コンプレッサ５８３の低段入口に伝えられる。
【００６０】
低段フラッシュドラム５９４からの液化天然ガス生成物は、ほぼ大気圧にあり、導管６４２を通じてＬＮＧ貯蔵タンク５９９に通される。従来的慣行によれば、貯蔵タンク内の液化天然ガスは、（典型的には外航ＬＮＧタンカーを介して）所望場所に輸送され得る。次に、ＬＮＧは、従来的な天然ガスパイプラインを介したガス状の輸送のために、陸上ＬＮＧターミナルで気化され得る。
【００６１】
図１０に示されるように、コンプレッサ５８３の高段、中段、及び、低段は、好ましくは、単一ユニットに結合される。しかしながら、各段階は、別個のユニットとして存在することができ、その場合には、複数ユニットは、単一のドライバによって駆動されるよう、一体に機械的に結合される。低段部分からの圧縮ガスは中段冷却器５８５を通過し、第二段階の圧縮に先立ち、導管６４０内の中圧ガスと結合される。コンプレッサ５８３の中段からの圧縮ガスは、中段冷却器５８４を通され、第三段階の圧縮に先立ち、導管６２１及び６２８を介してもたらされる高圧ガスと結合される。圧縮ガス（即ち、圧縮された開放メタンサイクルガス流）は、導管６５０を通じて高段メタンコンプレッサから排出され、冷却器５８６内で冷却され、前記に議論されたように、導管６５２を介して高圧プロパン冷却器５０２に経路指定される。流れは間接的熱交換手段５０４を介して冷却器５０２内で冷却され、導管６５４を介して主メタンエコノマイザ５７４に流れる。主メタンエコノマイザ５７４に入る圧縮された開放メタンサイクルガス流は、間接的熱交換手段５９８を通じた流れを介して全体的に冷却を受ける。次に、この冷却された流れは、導管６５８を介して除去され、エチレン冷却の第一段階の上流の処理済み天然ガス供給流と結合される。
【００６２】
図１０に例証されるＬＮＧ施設は、好ましくは、（波線で描写れた）エチレンコールドボックス５９８を含む。ここで使用されるとき、「コールドボックス」という用語は、複数のコンポーネントを収容する絶縁され、比較的低温の流体流がその内部で生成される囲壁を意味する。ここで使用されるとき、「エチレンコールドボックス」という用語は、天然ガス流を冷却するために主にエチレン冷媒流がその内部で利用されるコールドボックスを意味する。
【００６３】
図１０乃至１２に概略的に示されるように、エチレンコールドボックス５９８は、好ましくは、エチレンエコノマイザ５３４と、高段エチレン冷却器５４２と、低段エチレン冷却器５４５４と、エチレン凝縮器５６８と、エチレン冷却サイクルと関連付けられた様々な導管及び弁とを収容する。図１１及び１２は、冷却器５４２，５５４及び凝縮器５６８が、図１乃至９を参照して上記に記載された構造を有する垂直ケトル内コア熱交換器であり得る。コールドボックス５９８内で垂直熱交換器を利用することは、コールドボックス５９８がより小さなプロット空間を有することを可能にする。加えて、垂直ケトル内コア熱交換器は、上記に議論された増大された熱移転効率をもたらし得る。
【００６４】
図１１及び１２に示されるように、エチレンボックス５９８は、好ましくは、浄化ガス出口９００と、浄化ガス入口９０２とを含む。エチレンボックス５９８内に水が蓄積しないことを保証するために、実質的に炭化水素を含まない浄化ガスが、入口９００を介してエチレンコールドボックス５９８内に連続的に導入される。浄化ガスは、コールドボックス５９８の内部を通じて流れ、出口９０２を介してコールドボックス５９８から出る。出口９０２を介してコールドボックス５９８から出る浄化ガスは、炭化水素分析器９０４に運搬される。炭化水素分析器９０４は、浄化ガス内の炭化水素の存在を検出するよう動作可能である。もし検出器９０４が浄化ガス内の異常に高い炭化水素濃度を検出するならば、これはエチレンボックス５９８内に炭化水素漏れがあることを意味する。
【００６５】
たった１つのコールドボックス（即ち、エチレンコールドボックス５９８）が図１０のＬＮＧ施設中に例証されているが、ＬＮＧ施設は、垂直ケトル内コア熱交換器を収容する他のコールドボックスを利用し得る。例えば、メタン冷却サイクルの様々なコンポーネントが、メタンコールドボックス内に配置され得る。加えて、図１０乃至１２は、エチレン冷却器／凝縮器５４２、５４４、５６９が垂直ケトル内コア熱交換器であることを例証しているだけであるが、図１０の発明的なＬＮＧ施設は、間接的熱移転が求められる様々な他の場所で垂直ケトル内コア変換器を利用し得る。例えば、１つ又はそれよりも多くのプロパン冷却器５０２、５２２、５２８は、図１乃至９を参照して上記に記載された構造を有する垂直ケトル内コア熱交換器を利用し得る。
【００６６】
本発明の１つの実施態様において、図１０に例証されるＬＮＧ生産システムは、従来的なプロセスシミュレーションソフトウェアを使用してコンピュータ上に模擬される。適切なシミュレーションソフトウェアの例は、ＨｙｐｒｏｔｅｃｈからのＨＹＳＹＳ（ＴＭ）、Ａｓｐｅｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．からのＡｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ（Ｒ）、及び、Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｉｎｃ．からのＰＲＯ／ＩＩ（Ｒ）を含む。
【００６７】
上記に記載された本発明の好適な形態は、例証としてのみ使用されるべきであり、本発明の範囲を限定する意味で解釈するために使用されるべきではない。上記に示された例示的な実施態様に対する明らかな変更は、本発明の精神から逸脱することなしに、当業者によって直ちに行われ得る。
【００６８】
本発明者は、これによって、以下の請求項に記載されるような本発明の文字通りの範囲の外側にあるが著しく逸脱しない如何なる装置に関して、本発明の合理的な公正な範囲を決定し且つ評価するために均等論に依存する意図を述べる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の原理に従って建設された垂直ケトル内コア熱交換器を示す切欠き側面図である。
【図２】図１の垂直ケトル内コア熱交換器を示す頂部断面図であり、コア内に形成された交互するシェル側通路及びコア側通路をより明瞭に例証するために、コアの頂部が部分的に切り取られている。
【図３】図２中の線３−３に沿って取られた側断面図であり、コアを通じるコア側流体及びシェル側流体の流れの方向を特に例証すると共に、コア内のシェル側流体の沸騰によって引き起こされる熱サイフォン効果を例証している。
【図４】２つの別個のコアを有する代替的なケトル内コア熱交換器を示す切欠き側面図である。
【図５】図４の垂直ケトル内コア熱交換器を示す上断面図であり、シェル内の２つのコアの空間的配置を特に例証している。
【図６】３つの別個のコアを有する代替的な垂直ケトル内コア熱交換器を示す切欠き側面図である。
【図７】図６の垂直ケトル内コア熱交換器を示す上断面図であり、シェル内の３つのコアの空間的配置を特に例証している。
【図８】狭い上方区画及び広い下方区画を有するシェルを利用する代替的な垂直ケトル内コア熱交換器を示す切欠き側面図である。
【図９】広い上方区画及び狭い下方区画を有するシェルを利用する代替的な垂直ケトル内コア熱交換器を示す切欠き側面図である。
【図１０】天然ガス流を冷却するために少なくとも１つの垂直ケトル内コア熱交換器を利用するＬＮＧ生産のためのカスケード冷却プロセスを示す簡略されたフロー図である。
【図１１】図１０のＬＮＧ施設内で利用され得るエチレンコールドボックスを示す切欠き側面図であり、コールドボックス内に配置された垂直ケトル内コア熱交換器の構造を特に例証している。
【図１２】図１１のエチレンコールドボックスを示す切欠き上面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガスを液化するための方法及び装置に関する。他の特徴において、本発明は、冷媒と冷却流体との間の間接的熱移転を促進するための改良された方法及び装置に関する。さらに他の特徴において、本発明は、天然ガスを冷却する少なくとも１つの垂直ケトル内コアを利用する天然ガスを液化するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスの低温液化は、天然ガスを輸送及び貯蔵により便利な形態に変換する手段として普通に実施されている。そのような液化は、天然ガスの容積を約６００倍だけ減少し、その結果、大気圧付近で貯蔵され且つ輸送され得る製品が得られる。
【０００３】
天然ガスは、パイプラインによって供給源から遠方の市場へ輸送されることが多い。実質的に一定且つ高い負荷率の下でパイプラインを稼働するのが望ましいが、しばしばパイプラインの配送性及び容量は要求を超過し、他の時には、要求がパイプラインの配送性を超過する。要求が供給を超過するピーク又は供給が要求を超過する谷を剃り落とすために、要求が供給を超過するときに超過ガスが送り出され得るよう、超過ガスを貯蔵することが望ましい。そのような手法は将来的な要求ピークが貯槽からの材料で満足されることを可能にする。これを行うための１つの実際的な手段は、ガスを液化状態に変換し、次に、要求に応じて液体を気化することである。
【０００４】
候補市場から遠距離によって隔離された供給源からガスを輸送し、且つ、パイプラインも利用可能でないか或いは実際的でないときに、天然ガスの液化はより大きく重要でさえある。これは輸送が外航船によって行われなければならない場合に実際的に当て嵌まる。気相状態での船輸送は一般的に実際的でない。何故ならば、ガスの特定容積を著しく減少するために相当な加圧が求められるからである。そのような加圧は、より高価な貯蔵容器の使用を必要とする。
【０００５】
天然ガスを液状で貯蔵し且つ輸送するために、天然ガスは、好ましくは、液化天然ガス（ＬＮＰ）が近大気蒸気圧を保有する−２４０°Ｆ〜−２６０°Ｆに冷却される。天然ガスの液化のための多くのシステムが従来技術に存在し、ガスは、複数の冷却段階を通じてガスを高圧で順次的に通すことによって液化され、然る後、ガスは、液化温度に達するまで連続的に低温に冷却される。冷却は、一般的に、プロパン、ポリピレン、エタン、エチレン、メタン、窒素、二酸化炭素、又は、先行冷媒の組み合わせ（例えば、混合冷媒システム）のような１つ又はそれよりも多くの冷媒を用いた間接熱交換によって達成される。本発明に特に適用可能な液化方法は、最終冷却サイクルのために開放メタンサイクルを利用し、加圧ＬＮＧ含有流はフラッシュされ、フラッシュされた蒸気（即ち、フラッシュされたガス流）は、引き続き、冷却剤として利用され、再圧縮され、冷却され、処理天然ガス供給流と混合され、且つ、液化されることによって、加圧ＬＮＧ含有流を生成する。
【０００６】
多くのＬＮＧ施設は、天然ガス埋蔵地付近の比較的遠隔地に配置される。新しいＬＮＧ施設がそのような沿革場所に建造されるとき、ＬＮＧ施設の主要コンポーネントがより人口集中した地域で製造され、引き続き、最終組立てのためにＬＮＧ施設の場所に（普通は外航船によって）輸送される。コストを節約するために、ＬＮＧ施設のバルクな複雑なコンポーネントは輸送前に建築されるのが望ましいので、ＬＮＧ施設の場所での建設の殆どは、事前製造された複雑なコンポーネントの比較的簡単な組立てを含む。しかしながら、ＬＮＧ施設の容積及びサイズが増大するに応じて、特定の複雑なコンポーネントは、現地外で建設し、次に、最終目的地に輸送するには大きくなり過ぎる。１つのそうようなコンポーネントは「コールドボックス」として知られる。
【０００７】
コールドボックスは、同様な低温で動作する複数の冷却コンポーネント（例えば、熱交換器、弁、及び、導管）を収容する囲壁である。典型的なコールドボックスにおいて、冷却コンポーネントは囲壁内で組み立てられ、複数の冷却コンポーネントを絶縁するために流動性を有する絶縁体（例えば、膨張パーライトの粒子）によって取り囲まれる。コールドボックスは、各コンポーネントを個別に絶縁するのに対して、複数の冷却コンポーネントを絶縁するためのより一層効率的且つ費用効率的な手段を提供する。
【０００８】
上記に暗示されたように、コールドボックスの全てのコンポーネントをより人口集中した地域で組み立て、次に、組み立てられたコールドボックス全体を据付けのために遠隔のＬＮＧ施設場所に輸送するのがより一層安価である。しかしながら、ＬＮＧ施設の容積及びサイズが増大し続けると、コールドボックスのサイズも増加する。事実、幾つかのコールドボックスは今や標準的な外航船で輸送するには大き過ぎる。コールドボックスのサイズ増加の主要な理由は、より大きなＬＮＧ施設のより大きな冷却要求の故に、コールドボックス内部に配置される従来的な水平のケトル内コア熱交換器のサイズが増大することである。よって、従来的な水平なケトル内コア値熱交換器を利用する新規に建設される高容積ＬＮＧ施設は、現地で組み立てられることを要求する。何故ならば、事前組立コールドボックスは、標準的な外航船で輸送するには大き過ぎるからである。
【０００９】
従来的な水平なケトル内コア熱交換器によって引き起こされるサイズ／空間問題に加えて、多数の熱移転非効率が、そのような水平なケトル内コア熱交換器と関連付けられ得る。例えば、交換器のコアよりも下に設けられる最小液体冷媒深さは、コアへの液体冷媒の利用性を阻害し得る。また、コアの頂部とシェルの上方ガス状冷媒出口との間の垂直距離は、気相及び液相の冷媒の十分な分離をもたらすには小さ過ぎ得る。コアより上の十分な液体／ガス分離が達成されないとき、上向きに流れるガス状冷媒内に混入される著しい量の液体冷媒が、シェルの上方ガス状冷媒出口から望ましくなく排出し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、より多くのコンポーネントが現地外で製造され、次に、輸送され、ＬＮＧ施設の場所で組み立てられることを可能にする新規な天然ガス液化システムを提供することが望ましい。
【００１１】
再び、コールドボックスの寸法を最小限化する冷却コンポーネントを利用するコールドボックス構造を提供することが望ましい。
【００１２】
さらに再び、従来的な水平なケトル内コア熱交換器に関連する非効率を克服する間接的熱交換システムを提供することが望ましい。
【００１３】
上記の目的は例示的であり、ここに請求される本発明によって全て達成されることは必要でない。本発明の他の目的及び利点は、記載された記載及び図面から明らかであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従って、本発明の１つの特徴は、冷媒からの熱を冷却流体に移転する方法に関する。本方法は、（ａ）冷媒をシェル内に定められる１よりも大きな高さ対幅比を有する内部容積に導入するステップと、（ｂ）冷却流体をシェルの内部容積内に配置されるプレート−フィンコア内に導入するステップと、（ｃ）コア内の冷却流体からの熱を、間接的熱交換を介して、冷媒に移転するステップとを含む。
【００１５】
本発明の他の特徴は、天然ガス流を液化するプロセスに関する。本プロセスは、（ａ）主にプロパン又はプロピレンを含む第一冷媒との間接的熱交換を介して天然ガス流を冷却するステップと、（ｂ）主にエタン又はエチレンを含む第二冷媒との間接的熱交換を介して天然ガスをさらに冷却するステップとを含み、ステップ（ａ）及び／又は（ｂ）の冷却するステップの少なくとも一部は、少なくとも１つの垂直なケトル内コア熱交換器によって遂行される。
【００１６】
本発明のさらなる特徴は、内部容積と、内部容積内に配置される少なくとも１つのコアとを含む熱交換器に関する。シェルは、実質的に円筒形の側壁と、正上方エンドキャップと、正下方エンドキャップとを含む。上方及び下方のエンドキャップは、側壁の概ね両端部に配置される。側壁は、内部容積内へシェル側流体を受容するための流体入口を定める。正上方エンドキャップは、内部容積からの気相シェル側流体を排出するための蒸気出口を定める。正下方エンドキャップは、内部容積からの液相シェル側流体を排出するための液体出口を定める。
【００１７】
本発明のさらに他の特徴は、内部容積を定めるシェルと、シェル内に配置されるコアとを含む熱交換器に関する。シェルは、中心側壁軸に沿って延びる実質的に円筒形の側壁内部容積を含む。コアは、複数のコア側通路と、複数のシェル側通路とを定める。コア側通路は、シェルの前記内部容積から流体的に隔離されるのに対し、シェル側通路は、シェルの内部容積との流体連絡をもたらす反対の開放端部を提供する。シェル側通路は、熱交換器が側壁軸と実質的に直立向きに位置付けられるとき、熱サイフォン効果がシェル側通路内に創成されるよう、側壁軸の延長方向と実質的に平行な方向に延びる。
【００１８】
本発明のさらに他の特徴は、シェルと、シェル内に配置されるプレート−フィンコアと、支持構造とを含む。シェルは、中心側壁軸に沿って延びる実質的に円筒形の側壁を含み、支持構造は、側壁軸が実質的に直立な垂直構造にシェルを支持するよう構成される。
【００１９】
本発明のさらなる特徴は、内部容積を定めるコールドボックスと、内部容積内に配置される複数の垂直ケトル内コア熱交換器とを含む。
【００２０】
本発明のさらなる特徴は、１つ又はそれよりも多くの冷媒との間接的熱交換によって天然ガス供給流を冷却するための液化天然ガス施設に関する。液化天然ガス施設は、第一冷媒との間接的熱交換を介して天然ガス流を冷却するための第一冷却サイクルを含む。第一冷却サイクルは、第一垂直ケトル内コア熱交換器を含み、互いに隔離されたケトル側容積互いに流体的に隔離されたケトル側容積と、コア側容積とを定める。ケトル側容積は、第一冷媒を収容するよう構成されるのに対し、コア側容積は、天然ガス流を受容するよう構成される。
【００２１】
本発明の好適実施態様が添付の図面を参照して以下に詳細に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、高容量ＬＮＧ施設における益々大きなコールドボックスの必要に由来する上記の問題に対する解決を探索中に着想された。しかしながら、本発明の少なくとも１つの実施態様は、天然ガス液化の領域外にも用途を見い出し得る。例えば、図１乃至９に描写される垂直ケトル内コア熱交換器設計は、ＬＮＧプロセス／施設における使用に良好に適するが、これらの熱交換器は、間接熱移転を要求する多くの他の用途のために望ましいそれらの実施を行う増大された効率を示す。
【００２３】
初めに図１を参照すると、発明的な垂直ケトル内コア熱交換器１０が、シェル１２及びコア１４を概ね含むよう例証されている。シェル１２は、実質的に円筒形の側壁１６と、上方エンドキャップ１８と、下方エンドキャップ２０とを含む。上方及び下方エンドキャップ１８，２０は、側壁１６の概ね反対端部に結合される。側壁１６は、熱交換器１０が使用されているときに実質的に直立位置に維持される中心側壁軸２２に沿って延在する。シェル１２の直立無機を維持するために、如何なる従来的な支持システム２３ａ，ｂも使用し得る。シェル１２は、コア１４とシェル側流体（Ａ）とを収容するための内部容積２４を定める。側壁１６は、シェル側流体供給流（Ａｉｎ）を内部容積２４内に導入するためのシェル側流体入口２６を定める。上方エンドキャップ１８は、ガス状の／気化したシェル側流体（Ａｖ−ｏｕｔ）を内部容積２４から排出するための蒸気出口２８を定めるのに対し、下方エンドキャップ２０は液体シェル側流体（ＡＬ−ｏｕｔ）を内部容積２４から排出するための液体出口３０を定める。
【００２４】
熱交換器１０のコア１４が、シェル１２の内部容積２４内に配置され、液体シェル側流体（Ａ）に部分的に浸水される。コア１４はコア側流体（Ｂ）を受け、コア側流体（Ｂ）とシェル側流体（Ａ）との間の間接的熱移転を促進する。コア側流体入口３２が、シェル１２の側壁１６を通じて延在し、コア１４の入口ヘッダ３４に流体的に結合され、それによって、コア１４内へのコア側流体供給流（Ｂｉｎ）の導入を提供する。コア側流体出口３６が、コア１４の出口ヘッダ３８に流体的に結合され、シェル１２の側壁１６を通じて延在し、それによって、コア１４からのコア側流体（Ｂｏｕｔ）の排出を提供する。
【００２５】
図２及び３におそらく最良に例証されているように、コア１４は、好ましくは、複数の離間したプレート／フィン分割器を含み、それらの間に流体通路を定める。好ましくは、分割器は、複数の交互する流体隔離されたコア側通路４２ａ，ｂ及びシェル側通路４４ａ，ｂを定める。図１乃至３を参照すると、コア側及びシェル側通路４２，４４は、中心側壁軸２２の延長方向と実質的に平行な方向に延在するのが好ましい。コア側通路４２は、入口ヘッダ３４からコア側流体（Ｂ）を受け取り、コア側流体（Ｂ）を出口ヘッダ３８内に排出する。シェル側通路４４は、シェル１２の内部容積２４との流体連絡を提供する対向する開放端部を含む。
【００２６】
図３に例証されるように、シェル側流体（Ａ）及びコア側流体（Ｂ）は、コア１４のシェル側及びコア側通路４４，３２を通じて対流状に流れる。好ましくは、コア側流体（Ｂ）は、コア側通路４２を通じて概ね下向きに流れるのに対し、シェル側流体（Ａ）は、シェル側通路４４を通じて概ね上向きに流れる。コア１４を通じたコア側流体（Ｂ）の下向きの流れは、如何なる従来的な手段によっても、例えば、流体（Ｂ）をコア側流体入口３２（図１）に高圧で機械的にポンピングすることによって提供される。コア１４を通じたシェル側流体（Ａ）の上向きの流れは、当該技術分野において「熱サイフォン効果」として知られる特異な機構によってもたらされる。熱サイフォン効果は、直立流れチャネル内の液体の沸騰によって引き起こされる。液体が沸騰し始めるまで、液体が開放端部付き直立の流れチャネル内で加熱されると、結果として生じる蒸気は、自然な浮力の故に、流れチャネルを通じて上昇する。直立流れチャネルを通じた蒸気のこの上昇は、流れチャネルの下方部分内で液体にサイフォン効果を引き起こす。もし流れチャネルの下方開放端部に液体が連続的に供給されるならば、熱サイフォン効果によって、流れチャネルを通じた液体の連続的な上向きの流れがもたらされる。
【００２７】
図１乃至３を参照すると、熱交換器１０内にもたらされる熱サイフォン効果は、シェル側流体（Ａ）を、コア１４を通じて並びにコアの周りに循環する自然対流ポンプとして作用し、それによって、コア１４内の間接的熱交換を増大する。熱サイフォン効果は、シェル側流体（Ａ）をコア１４のシェル側通路４４内で気化させる。最適な熱サイフォン効果を発生するために、コア１４の大部分は、液体表面レベル４６より下で液体シェル側流体（Ａ）内に浸水されなければならない。シェル側通路４４の下方開口への液体シェル側流体（Ａ）の適切な利用性を保証するために、コア１４の底部と内部容積２４の底部との間に実質的な空間が提供されるのが好ましい。ガス状シェル側流体を排出する蒸気出口２８内の混入された液相シェル側流体の適切な分離を保証するために、コア１４の頂部と内部容積２４の頂部との間に実質的な空間が提供されるのが好ましい。コア１４の周りの液体シェル側流体の適切な循環を保証するために、コア１４の側部とシェル１２の側壁１６との間に実質的な空間が提供されるのが好ましい。図１に例証され且つ以下の表１において定量化される寸法及び比率を備える熱交換器１０を建設することによって、上述の利点を実現しうる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
図１において、Ｘ１は、中心側壁軸２２の延長方向に対して垂直に測定された反応ゾーン２４の最大幅である。Ｘ２は、中心側壁軸２２の延長方向に対して垂直に測定されたコア１４の最小幅である。Ｙ１は、中心側壁軸２２の延長方向と平行に測定された反応ゾーン２４の最大高さである。Ｙ２は、中心側壁軸２２の延長方向と平行に測定されたコア１４の最大高さである。Ｙ３は、中心側壁軸２２の延長方向と平行に測定されたコア１４の底部と反応ゾーン２４の底部との間の最大間隔である。Ｙ４は、中心側壁軸２２の延長方向と平行に測定されたコア１４の頂部と反応ゾーン２４の頂部との間の最大間隔である。
【００３０】
本発明の好適な実施態様において、熱交換器１０は、垂直ケトル内コア熱交換器であり、コア１４は、鑞付けアルミニウム、プレート−フィンコアである。ここにおいて使用されるとき、「ケトル内コア熱交換器」という用語は、シェル側流体とコア側流体との間の間接的熱移転を促進するよう動作可能な熱交換器を意味し、熱交換器は、シェル側流体を受け取るためのシェルと、コア側流体を受け取るためにシェル内に配置されるコアとを含み、コアは、複数の離間されたコア側流体通路を定め、シェル側流体は、コア側通路間に定められる離散的なシェル側通路を通じて自由に循環される。ケトル内コア熱交換器とシェル及び管熱交換器との間の１つの際立った特徴は、シェル及び管熱交換器は管間に離散的なシェル側通路を有さないことである。ケトル内コア熱交換器の離散的なシェル側通路は、それが熱サイフォン効果を最大限に利用することを可能にする。ここにおいて使用されるとき、「垂直ケトル内コア熱交換器」という用語は、中心側壁軸に沿って延在する実質的に円筒形の側壁を含むシェルを有するケトル内コア熱交換器を意味し、中心側壁軸２２は実質的に直立位置に維持される。
【００３１】
図４及び５を今や参照すると、代替的な垂直ケトル内コア熱交換器１００が、シェル１０２と、第一コア１０４と、第二コア１０６とを概ね含むものとして例証されている。熱交換器１００の２つの別個のコア１０４，１０６は、シェル側流体（Ａ）と２つの別個のコア側流体（Ｂ１及びＢ２）との間の同時の間接的熱移転を許容する。動作中に両方のコア１０４，１０６が液体シェル側流体（Ａ）内に部分的に浸水されるよう、コア１０４，１０６は隣り合って配置されるのが好ましい。二重コア熱交換器１００のシェル１０２及びコア１０４，１０６は、好ましくは、図１乃至３の単一コア熱交換器１０を参照して上記に記載されたものと同様に構成される。
【００３２】
図６及び７を今や参照すると、代替的な垂直ケトル内コア熱交換器２００が、シェル２０２と、第一コア２０４と、第二コア２０６と、第三コア２０８とを概ね含むように例証されている。熱交換器２００の３つの別個のコア２０４，２０６，２０８は、シェル側流体（Ａ）と３つの別個のコア側流体（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３９との間の同時の間接的熱移動を許容する。動作中に全てのコア２０４，２０６，２０８が液体シェル側流体（Ａ）内に部分的に浸水されるよう、コア２０４，２０６，２０８は隣り合って配置されるのが好ましい。三重コア熱交換器２００のシェル１０２及びコア２０４，２０６，２０８は、好ましくは、図１乃至３の単一コア熱交換器１０を参照して上記に記載されたものと同様に構成される。
【００３３】
図８を今や参照すると、代替的な垂直ケトル内コア熱交換器３００が、段階付きシェル３０２と、コア３０４とを概ね含むように例証されている。段階付きシェル３０２は、実質的に円筒形の狭い上方区画３０６と、実質的に円形の広い下方区画３０８と、上方及び下方区画３０６，３０８を接続する概ね切頭円錐形の移行区画３１０とを含む。広い下方区画３０６の最大幅（Ｘ１）の狭い上方区画３０４の最大幅（Ｘ３）に対する比率は、少なくとも約１．１：１、より好ましくは、少なくとも約１．２５：１、最も好ましくは、１．５：１〜２：１の範囲内であるのが好ましい。熱交換器３００の段階付きシェル３０２は、シェル３０２の上方出口を通じた蒸気の排出の前に蒸気／液体分離を許容するために、コア３０４の上により垂直な空間をもたらす。加えて、熱交換器３００の構造は、装置の重心を下げる。
【００３４】
図９を今や参照すると、代替的な垂直ケトル内コア熱交換器４００が、段階付きシェル４０２と、コア４０４とを概ね含むように例証されている。段階付きシェル４０２は、実質的に円筒形の狭い下方区画４０６と、実質的に円筒形の広い上方区画４０８と、下方及び上方区画４０６，４０８を接続する概ね切頭円錐形の移行部４１０とを概ね含むように例証されている。広い上方区画４０６の最大幅（Ｘ１）の狭い下方区画４０４の最大幅（Ｘ４）に対する比率は、少なくとも約１：１．１、より好ましくは、少なくとも約１．２５：１、最も好ましくは、１．５：１〜２：１の範囲内であるのが好ましい。熱交換器４００の段階付きシェル４０２は、コア４０４の上に増大された蒸気／液体分離をもたらす。何故ならば、コア１４より上のより大きな断面は、上向きに流れる蒸気の速度を最小限化し、それによって、蒸気が上方蒸気出口を通じて放出される前に、混入された液体が蒸気から「落ちる」のを可能にする。
【００３５】
本発明の好適実施態様において、図１乃至９に例証された１つ又はそれよりも多くの垂直ケトル内コア熱交換器構は、冷媒との間接的熱交換を介して天然ガスを冷却する天然ガス液化プロセスで利用される。垂直ケトル内コア熱交換器が、低温天然ガス流に使用されるとき、冷媒はシェル側流体として利用され得るし、冷却を受ける天然ガス流はコア側流体として利用され得る。
【００３６】
好ましくは、上記に記載された１つ又はそれよりも多くの垂直ケトル内コア熱交換器構造が、天然ガス流を冷却するカスケード冷却プロセスで利用される。カスケード冷却プロセスは、天然ガス流からの熱エネルギーを冷媒に移転し、究極的には熱エネルギーを環境に移転するために、１つ又はそれよりも多くの冷媒を使用する。本質的には、カスケード冷却システム全体は、天然ガス流が低温から低温に漸進的に冷却されるときに、天然ガス流から熱エネルギーを除去することによって、熱ポンプとして機能する。カスケード冷却プロセスの設計は、熱力学的効率及び資本費用の均衡を含む。熱移転プロセスにおいて、熱力学的不可逆性は、加熱流体と冷却流体との間の温度勾配がより小さくなるに応じて低減されるが、そのような小さな温度勾配を得ることは、熱移転地域の量の著しい増大、様々なプロセス機器に対する主要な変更、並びに、流速とアプローチ及び出口温度との両方が所要冷却／加熱デューティと適合するようなそのような機器を通じる流速の適切な選択を必要とする。
【００３７】
ここにおいて使用されるとき、「開放サイクルカスケード冷却プロセス」という用語は、少なくとも１つの閉塞冷却サイクルと、１つの開放冷却サイクルとを含みカスケード冷却プロセスを意味し、開放サイクルで利用される冷媒／冷却剤の沸点は、閉塞サイクルで利用される冷却剤又は複数の冷却剤の沸点よりも低く、圧縮開放サイクル冷媒／冷却剤を凝縮する冷却デューティの一部は、１つ又はそれよりも多くの閉塞サイクルによってもたらされる。本発明において、主にメタンを含む流れが、開放サイクルにおいて冷媒／冷却剤として利用される。この主にメタンを含む流れは、処理済み天然ガス供給流に起源し、圧縮開放メタンサイクルガス流を含み得る。ここにおいて使用されるとき、「主に」、「主として」、「専ら」、及び、「主要部分において」という用語は、流体流の特定成分の存在を記載するために使用されるときには、流体流が少なくとも５０モールパーセントの定まった成分を含むことを意味する。例えば、「主に」メタンを含む流れ、「主として」メタンを含む流れ、「専ら」メタンから成る流れ、或いは、メタンの「主要部分」から構成される流れは、少なくとも５０モールパーセントのメタンを含む流れを意味する。
【００３８】
天然ガスを液化する最も効率的且つ効果的な手段の１つは、膨張型例冷却と組み合わされた最適化されたカスケード型稼働を介してである。そのような液化プロセスは、多段階プロパンサイクル、多段階エタン又はエチレンサイクル、及び、供給ガスの一部をメタン源として利用し且つ天然ガス流をさらに冷却し圧力を近大気圧に減少するためにその内部に多段階膨張サイクルを含む開放端部メタンサイクルを通じる通路を介してガス流を順次的に冷却することによる、高圧（例えば、６５０ｐｓｉａ）での天然ガス流のカスケード型冷却を含む。冷却サイクルのシーケンスにおいて、最高の沸点を有する冷媒が利用され、第一に、中間の沸点を有する冷媒が後続し、最終的に、最低の沸点を有する冷媒が後続する。ここにおいて使用されるとき、「上流」及び「下流」という用語は、工場を通じる天然ガスの流路に沿う天然ガス液化工場の様々なコンポーネントの相対的位置を記載するために使用される。
【００３９】
様々な前処理ステップが、酸性ガス、メルカプタン、水銀、及び、ＬＮＧ施設に供給される天然ガス供給流からの水分のような特定の望ましくない成分を除去するための手段を提供する。ここで使用されるとき、天然ガス流は主にメタンで構成され如何なる流れでもよく、メタンの大部分は天然ガス供給流に起源し、そのような供給流は、例えば、少なくとも８５モールパーセントのメタンを含み、残りは、エタン、より高い炭化水素、窒素、二酸化炭素、並びに、水銀、硫化水素、及び、メルカプタンのような少量の他の汚染物質である。前処理ステップは、冷却サイクルの上流に配置される、或いは、初期サイクルにおける冷却の早期段階の１つの下流に配置される別個のステップであり得る。以下は、当業者に直ちに知られる幾つかの入手可能な手段の非包括的なリストである。酸性ガス、及び、より少ない範囲で、メルカプタンは、水性アミン含有溶剤を利用する化学反応プロセスを介して日常的に除去される。この処理ステップは、初期サイクル中の第一冷却段階の上流で概ね遂行される。水の大部分は、初期冷却サイクルの上流で、並びに、初期冷却サイクルにおける第一冷却段階の下流でも、ガス圧縮及び冷却に続く二相ガス−液体分離を介して、液体として日常的に除去される。水銀は、水銀吸収剤ベッドを介して日常的に除去される。水及び酸性ガスの残余量は、再生可能な分子篩のような適切に選択された吸収剤ベッドを介して日常的に除去される。
【００４０】
前処理された天然ガス供給流は、一般的に、高圧で液化プロセスに供給されるか、或いは、概ね５００ｐｓｉａよりも大きな、好ましくは、約５００ｐｓｉａ〜約３０００ｐｓｉａの、より好ましくは、約５００ｐｓｉａ〜約１０００ｐｓｉａの、さらに一層好ましくは、約６００ｐｓｉａ〜約８００ｐｓｉａの高圧に圧縮される。供給流温度は、典型的には、近周囲から周囲より僅かに上である。代表的な温度範囲は、６０°Ｆ〜１５０°Ｆである。
【００４１】
前記のように、天然ガス供給流は、複数の異なる冷媒（好ましくは３つ）によって複数の多段階サイクル又はステップ（好ましくは３段階）において冷却される。段階の数が増大するに応じて、所与サイクルのための全体的な冷却効率は向上するが、この効率の増大には、正味資本費用及びプロセス複雑性の対応する増大が伴う。供給ガスは、好ましくは、比較的高沸点冷媒を利用する第一閉塞冷却サイクル中の有効な数の冷却段階、名目上、２つの、好ましくは、２〜４つの、より好ましくは、３つの段階を通過される。そのような比較的高沸点冷媒は、好ましくは、プロパン、ポリピレン、又は、それらの混合物の大部分で構成され、より好ましくは、冷媒は、少なくとも約７５モールパーセントのプロパン、より一層好ましくは、少なくとも９０モールパーセントのプロパンを含み、最も好ましくは、冷媒は本質的にプロパンから成る。然る後、処理済み供給ガス流は、より低い沸点を有する冷媒との熱交換における第二閉塞冷却サイクル中の有効な数の、名目上、２つの、好ましくは、２〜４つの、より好ましくは２つ又は３つの段階を通じて流れる。そのようなより低い沸点の冷媒は、好ましくは、エタン、エチレン、又は、それらの混合物の大部分を含み、より好ましくは、冷媒は、少なくとも約７５モールパーセントのエチレン、より一層好ましくは、少なくとも９０モールパーセントのエチレンを含み、最も好ましくは、冷媒は本質的にエチレンから成る。各冷却段階は、別個の冷却ゾーンを含む。前記されたように、処理済み天然ガス供給流は、好ましくは、第二サイクルの最終段階において、１つ又はそれよりも多くの再循環流（即ち、圧縮開放メタンサイクルガス流）と混合され、それによって、液化流を生成する。第二冷却サイクルの最終段階において、液化流は、大部分で、好ましくは、その全体で凝縮（即ち、液化）され、それによって、加圧ＬＮＧ含有流を生成する。一般的に、この場所でのプロセス圧力は、第一サイクルの第一段階への前処理済みの供給ガスの圧力よりも僅かに低いだけである。
【００４２】
一般的に、天然ガス流は、１つ又はそれよりも多くの冷却段階においてＣ２＋リッチ液体の形成をもたらすよう、そのような量のＣ２＋成分を含有する。この液体は、ガス−液体分離手段、好ましくは、１つ又はそれよりも多くの従来的なガス−液体分離器を介して除去される。一般的に、各段階における天然ガスの順次的冷却は、主としてメタンのガス流及び顕著な量のエタン及びより重い成分を含有する液体流を生成するために、可能な限り多くのＣ２及びより高い分子重量炭化水素をガスから除去するよう制御される。有効な数のガス／液体分離手段が、Ｃ２＋成分に富む液体流の除去のために、冷却ゾーンの下流の戦力的な場所に配置される。ガス／液体分離手段、好ましくは、従来的なガス／液体分離器の正確な場所及び数は、天然ガス供給流のＣ２＋組成物、ＬＮＧ製品の所望ＢＴＵ含有量、他の用途のためのＣ２＋成分の値、及び、ＬＮＧ工場及びガス工場稼働の当業者によって日常的に考慮される他の要因のような、稼働パラメータの数に依存する。Ｃ２＋炭化水素流又は複数流は、単一段階フラッシュ又は分割コラムを介して脱メタン化され得る。後者の場合には、結果として生じるメタンリッチ流は、圧力で液化プロセスに直接的に戻され得る。前者の場合には、このメタンリッチ流は、再加圧され且つ再循環され得るし、或いは、燃料ガスとして利用され得る。Ｃ２＋炭化水素流もしくは複数流又は脱メタン化Ｃ２＋炭化水素流は燃料として用いられ得るし、或いは、例えば、特定の化学成分（例えば、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、及び、Ｃ５＋）に富む個々の流れを生成するために、１つ又はそれよりも多くの分割ゾーンへ分割することによって、おそらくさらに処理され得る。
【００４３】
次に、加圧ＬＮＧ含有流は、後述されるように第三サイクル内に生成されるフラッシュガス（即ち、フラッシュガス流）との主メタンエコノマイザ内での接触を介して、並びに、近大気圧への加圧ＬＮＧ含有流の順次的な膨張を介して、第三サイクル又は開放メタンサイクルと呼ばれる段階でさらに冷却される。第三冷却サイクルにおいて冷媒として使用されるフラッシュガスは、好ましくは、メタンの大部分から成り、より好ましくは、フラッシュガス冷媒は、少なくとも７５モールパーセントのメタン、さらにより好ましくは、少なくとも９０モールパーセントのメタンを含み、最も好ましくは、冷媒は本質的にメタンから成る。近大気圧への加圧ＬＮＧ含有流の膨張中、加圧ＬＮＧ含有流は、少なくとも１つの、好ましくは２乃至４の、より好ましくは、３つの膨張を介して冷却され、各膨張は圧力減少手段としてエキスパンダを利用する。適切なエキスパンダは、例えば、ジュールトムソン膨張弁又は水圧エキスパンダのいずれかを含む。分離器を用いたガス−液体生成物の分離が膨張に続く。水圧エキスパンダが利用され且つ適切に利用されるとき、出力の回復に関連するより大きな効率、流れ温度のより大きな減少、並びに、フラッシュ膨張ステップ中のより少ない蒸気の生成は、エキスパンダと関連するより高い資本費用及び稼働費用を相殺するだけに留まらないことが多い。１つの実施態様において、フラッシング前の加圧ＬＮＧ含有流の追加的な冷却が、先ず、１つ又はそれよりも多くの水圧エキスパンダを介してこの流れの一部をフラッシングすることによって、次に、フラッシング前に加圧ＬＮＧ含有流の残部を冷却するために前記フラッシュガス流を利用する間接的熱交換手段を介してフラッシングすることによって可能にされる。次に、暖められたフラッシュガス流は、温度及び圧力の見地に基づいて、開放メタンサイクルにおける適切な場所への復帰を介して再循環され、再圧縮される。
【００４４】
ここに記載される液化プロセスは、幾つかの種類の冷却のうちの１つを使用し得る。冷却は、（ａ）間接的熱交換、（ｂ）気化、及び、（ｃ）膨張又は圧力減少を含むが、これらに限定されない。間接的熱交換は、ここにおいて使用されるときには、冷媒が、冷却剤と被冷却物質との間の実際の物理的な接触なしに、被冷却物質を冷却するプロセスを意味する。間接的熱交換手段の具体的な例は、シェル及び管熱交換器において受ける熱交換、ケトル内コア熱交換器、及び、蝋付けアルミニウムプレート−フィン熱交換器を含む。冷媒及び被冷却物質の物理的状態は、システムの供給及び選択される熱交換器の種類に依存して変化し得る。よって、シェル及び管熱交換器は、典型的には、冷却剤が液相にあり且つ被冷却物質が液相又は気相にある場合に、或いは、物質の１つが位相変化を受け、プロセス条件がケトル内コア熱交換器の使用を好まないときに利用される。一例として、アルミニウム及びアルミニウム合金が、コアのための建設の好適材料であるが、そのような材料は指定されたプロセス条件での使用には適さないこともあり得る。冷媒が気相にあり、且つ、被冷却物質が液相又は気相にある場合には、プレート−フィン熱交換器が典型的に利用される。最後に、被冷却物質が液相又は気相にあり、且つ、冷媒が熱交換中に液相から気相への位相変化を受ける場合には、ケトル内コア熱交換器が典型的に利用される。
【００４５】
気化冷却は、一定圧力に維持されるシステムを用いた物質の一部の蒸発又は気化による物質の冷却を意味する。よって、気化中、気化する物質の部分は、液相に留まる物質の部分から熱を吸収し、故に、液体部分を冷却する。最後に、膨張又は圧力減少冷却は、ガス、液体、又は、二相システムの圧力が圧力減少手段を通過することによって減少されるときに起こる冷却を意味する。１つの実施態様において、この膨張はジュールトムソン膨張値を意味する。他の実施態様において、この膨張は水圧又はガスエキスパンダのいずれかを意味する。エキスパンダは膨張プロセスから仕事エネルギーを回復するので、膨張直後に、より低いプロセス流温度が可能である。
【００４６】
図１０に示されるフロー図及び装置は、最適化されたコールドボックス内に配置された１つ又はそれよりも多くの垂直ケトル内コア熱交換器を利用する発明的なＬＮＧ施設の好適な実施態様である。図１１及び１２は、複数の垂直ケトル内コア熱交換器を含む最適化されたコールドボックスの好適実施態様を例証している。当業者は、図１０乃至１２が概略的であるに過ぎず、従って、成功的な稼働のために商業的工場に必要とされる機器の多くの品目が、明瞭性の故に省略されていることを認識するであろう。そのような品目は、例えば、コンプレッサ制御、流れ及びレベル測定並びに対応するコントローラ温度及び圧力コントロール、ポンプ、モータ、フィルタ、追加的な熱交換器、及び、弁等を含み得る。これらの品目は、標準的な工学的慣行に従って設けられる。
【００４７】
図１０乃至１２の理解を容易化するために、以下の番号付け命名法が利用される。５００乃至５９９に番号付けられる品目は、液化プロセスと直接的に関連するプロセス容器及び機器である。６００乃至６９９に番号付けられる品目は、主にメタン流を含む流れライン又は導管に対応している。７００乃至７９９に番号付けられる品目は、主にエチレン流を含む流れライン又は導管に対応している。８００乃至８９９に番号付けられる品目は、主にプロパン流を含む流れライン又は導管に対応している。
【００４８】
図１０を参照すると、ガス状プロパンが、ガスタービンドライバ（図示せず）によって駆動される多段階（好ましくは三段階）コンプレッサ５１８において圧縮される。圧縮の三段階は、好ましくは、単一ユニット内に存在するが、圧縮の各段階は、別個のユニット、又は、単一のドライバによって駆動されるよう機械的に結合される複数のユニットであり得る。圧縮直後、圧縮されたプロパンは導管８００を通じて冷却器５２０に通され、それは冷却器で冷却され且つ液化される。フラッシング前の液化プロパン冷媒の代表的な圧力及び温度は、約１００°Ｆ及び約１９０ｐｓｉａである。冷却器５２０からの流れは、導管８０２を通じて膨張弁５１２として例証される圧力減少手段に通され、液化プロパンの圧力はそこで減少され、それによって、その一部を気化し或いはフラッシングする。次に、結果として得られる二相生成物は、導管８０４を通じて高段プロパン冷却器５０２内に流れ、導管６５２を介して導入されるガス状メタン冷媒、導管６００を介して導入される天然ガス供給、及び、導管７０２を介して導入されるガス状エチレン冷媒は、間接的熱交換手段５０４，５０６，５０８を介してそれぞれ冷却され、それによって、導管６５４，６０２，７０４を介してそれぞれ生成される冷却ガス流を生成する。導管６５４内のガスは、後続段落でより詳細に議論される主メタンエコノマイザ５７４に供給され、流れはそこで間接的熱交換手段５９８を介して冷却される。次に、結果として得られる導管６５８を介して生成される冷却圧縮メタン循環流は、導管６２０内で重量(heavies)除去コラム５６０からの重量減少（即ち、軽く炭化水素リッチな）蒸気流と混合され、エチレン冷却器５６８に供給される。
【００４９】
冷却器５０２からのプロパンガスは、導管８０６を通じてコンプレッサ５１８に戻される。このガスはコンプレッサ５１８の高段入口ポートに供給される。残余の液体プロパンは導管８０８を通過され、圧力は膨張弁５１４として例証される圧力減少手段を通じる通路によってさらに減少され、然る後、液化プロパンの追加的部分がフラッシュされる。次に、結果として得られる二相流が導管８１０を通じて中間段間プロパン冷却器５２２に供給され、それによって、冷却器５２２のための冷媒をもたらす。冷却器５０２からの冷却済み供給ガス流は導管６０２を介して別個の機器５１０に流れ、気相及び液相はそこで分離される。Ｃ３＋成分に富み得る液相が導管６０３を介して除去される。気相は津悪寒６０４を介して除去され、次に、導管６０６及び６０８を介して運搬される２つの別個の流れに分流される。導管６０５内の流れは、プロパン冷却器５２２に供給される。導管６０８内の流れは、熱交換器５６２への供給となり、究極的には、以下に詳細に議論される重量除去コラム５６０への剥離ガスとなる。冷却器５０２からのエチレン冷媒は、導管７０４を介して冷却器５２２に導入される。冷却器５２２内で、ここにおいてメタンリッチ流とも呼ばれる供給ガス流、及び、エチレン冷媒流は、間接的熱移転手段５２４及び５２６を介してそれぞれ冷却され、それによって、導管６１０及び７０６を介して冷却されたメタンリッチ及びエチレン冷媒流を生成する。プロパン冷媒のこのように気化された部分は分離され、導管８１１を通じてコンプレッサ５１８の中段に通される。冷却器５２２からの液体プロパン冷媒は導管８１４を介して除去され、膨張弁５１６として例証される圧力減少手段を横断してフラッシュされ、次に、導管８１６を介して冷却器／凝縮器５２８に供給される。
【００５０】
図１０に例証されるように、メタンリッチ流は、導管６１０を介して中段プロパン冷却器５２２から低段プロパン冷却器５２８に流れる。冷却器５２８内では、流れは間接的熱交換手段５３０を介して冷却される。同様に、エチレン冷媒流は、導管７０６を介して中段プロパン冷却器５２２から低段プロパン冷却器５２８に流れる。後者において、エチレン冷媒は、間接的熱交換手段５３２を介して完全に凝縮され或いはほぼ全体的に凝縮される。気化されたプロパンは低段プロパン冷却器５２８から除去され、導管８２０を介してコンプレッサ５１８の低段入口に戻される。
【００５１】
図１０に例証されるように、低段プロパン冷却器５２８から出るメタンリッチ流は、導管６１２を介して高段エチレン冷却器５４２に導入される。エチレン冷媒は、導管７０８を介して低段プロパン冷却器５２８から出て、好ましくは、分離容器５３７に供給され、光成分は導管７０９によって除去され、凝縮されたエチレンは導管７１０を介して除去される。プロセス中のこの場所でのエチレン冷媒は、概ね約−２４°Ｆの温度及び約２８５ｐｓｉａの圧力にある。次に、エチレン冷媒はエチレンエコノマイザ５３４に流れ、エチレン冷媒は間接的熱交換手段５３８を介してそこで冷却され、導管７１１を介して除去され、膨張弁５４０として例証される圧力減少手段に通され、その直後、冷媒は事前選択された温度及び圧力にフラッシュされ、導管７１２を介して高段エチレン冷却器５４２に供給される。蒸気は導管７１４を介して冷却器５４２から除去され、エチレンエコノマイザ５３４に経路指定され、蒸気は間接的熱交換手段５４６を介して冷媒として機能する。次に、エチレン蒸気は導管７１６を介してエチレンエコノマイザ５３４から除去され、エチレンコンプレッサ５４８の高段入口に供給される。高段エチレン冷却器５４２内で気化されないエチレン冷媒は、導管７１８を介して除去され、間接的熱交換手段５５０を介したさらなる冷却のためにエチレンエコノマイザ５３４に戻され、導管７２０を介してエチレンエコノマイザから除去され、膨張弁５５２として例証される圧力減少手段内でフラッシュされ、その直後に、その結果として得られる二相生成物は、導管７２２を介して低段エチレン冷却器５５４に導入される。
【００５２】
間接的熱交換手段５４４内での冷却後、メタンリッチ流は、導管６１６を介して高段エチレン冷却器５４２から除去される。次に、この流れは、低段エチレン冷却器５５４内の間接的熱交換手段５５６によってもたらされる冷却を介して部分的に凝縮され、それによって、導管６１８を介して重量除去コラム５６０に流れる二相流を生成する。前記のように、ライン６０４内のメタンリッチ流は、導管６０６及び６０８を介して流れるよう分流される。ここでは剥離ガスとも呼ばれる導管６０８の含有物は、先ず、熱交換機５６２に供給され、この流れは間接的熱交換手段５６６を介してそこで冷却され、それによって、冷却された剥離ガス流となり、次に、それは導管６０９を介して重量除去コラム５６０に流れる。ベンゼン、シクロヘキサン、他の芳香族、及び／又は、より重い炭化水素成分のようなＣ４＋炭化水素の著しい凝縮を含む重量リッチ液体流が、導管６１４を介して重量除去コラム５６０から除去され、好ましくは、流れ制御手段５９７、好ましくは、圧力減少手段としても機能しうる制御弁を介してフラッシュされ、導管６１７を介して熱交換器５６２に輸送される。好ましくは、流れ制御手段５９７を介してフラッシュされる流れは、メタンコンプレッサ５８３への高段入口ポートでの圧力程度或いはそれよりも大きな圧力にフラッシュされる。フラッシングは、より大きな冷却能力を流れに付与する。熱交換器５６２において、導管６１７によって送り出される流れは、間接的熱交換手段５６４を介して冷却能力をもたらし、導管６１９を介して熱交換器５６２から出る。重量除去コラム５６０において、導管６１８を介して逆流状に導入される二相流は、導管６０９を介して導入される冷却された剥離ガス流と接触され、それによって、導管６２０を介する重量減少蒸気流、並びに、導管６１４を介する重量リッチ液体流を生成する。
【００５３】
導管６１９内の重量リッチ流は、引き続き液体部分と蒸気部分とに分離され、好ましくは、容器５６７内でフラッシュされ或いは分割される。いずれの場合においても、重量リッチ液体流が導管６２３を介して生成され、第二メタンリッチ蒸気流が導管６２１を介して生成される。図１０に例証される好適実施態様において、導管６２１内の流れは、引き続き導管６２８を介して送り出される第二流と混合され、混合流はメタンコンプレッサ５８３の高段入口ポートへ供給される。
【００５４】
前記されたように、導管６５４内のガスは主メタンエコノマイザ５７４に供給され、流れは間接的熱交換手段５９８を介してそこで冷却される。結果として得られる導管６５８内の冷却された圧縮メタン循環又は冷媒流は、好適実施態様において、重量除去コラム５６０からの重量減少蒸気流と混合され、導管６２０を介して送り出され、低段エチレン冷却器５６８に供給される。低段エチレン冷却器５６８では、この流れは間接的熱交換手段５７０を介して冷却され且つ凝縮され、低段エチレン冷却器５４４からの液体排水は導管７２６を介してエチレン凝縮器５６８に経路指定される。凝縮器５６８からの凝縮されたメタンリッチ生成物は、導管６２２を介して生成される。導管を介して引き出されるエチレン冷却器５５４からの蒸気、及び、導管７２８から引き出されるエチレン凝縮器５６８は結合され、且つ、導管７３０を介してエチレンエコノマイザ５３４に経路指定され、蒸気は間接的熱交換手段５５８を介して冷媒として機能する。次に、流れは導管７３２を介してエチレンエコノマイザ５３４からエチレンコンプレッサ５４８の低段入口に経路指定される。
【００５５】
図１０に示されるように、エチレンコンプレッサ５４８の低段側を介して導入される蒸気からのコンプレッサ排水は、導管７３４を介して除去され、内部段階冷却器５７１を介して冷却され、導管７１６内に存在する高段流と一緒の射出のために、導管７３６を介してコンプレッサ５４８に戻される。好ましくは、二段階は単一のモジュールであるが、それらはそれぞれ別個のモジュール又は共通のドライバに機械的に結合された複数のモジュールであり得る。コンプレッサ５４８からの圧縮されたエチレン生成物は、導管７００を介して下流の冷却器５７２に経路指定される。冷却器５７２からの生成物は、導管７０２を介して流れ、前記に議論されたように、高段プロパン冷却器５０２に導入される。
【００５６】
導管６２２内の加圧ＬＮＧ含有流、好ましくは、全体的に液体流は、好ましくは、約−２００〜約−５０°Ｆの範囲内、より好ましくは、約−１７５〜約−１００°Ｆの範囲内、最も好ましくは、約−１５０〜約−１２５°Ｆの範囲内にある。導管６２２内の流れの圧力は、好ましくは、約５００〜約７００ｐｓｉａの範囲内、最も好ましくは、約５５０〜約７２５ｐｓｉａの範囲内にある。
【００５７】
導管６２２内の流れは、主メタンエコノマイザ５７４に向けられ、流れは以下に説明される間接的熱交換手段／熱交換器経路５７６によってさらに冷却される。主メタンエコノマイザ５７４は、エコノマイザ５７４内の様々な主にメタンを含む流れの間の熱の間接的熱交換をもたらす複数の熱交換器経路を含むのが好ましい。好ましくは、メタンエコノマイザ５７４は、１つ又はそれよりも多くのプレート−フィン熱交換器を含む。熱交換器経路５７６からの冷却された流れは、導管６２４を介してメタンエコノマイザ５７４から出る。導管６２４内の流れの温度は、導管６２２内の流れの温度よりも少なくとも１０°Ｆ少ないのが好ましい。最も好ましくは、導管６２４内の流れの温度は、約−２００〜約ないます１６０°Ｆの範囲内にある。次に、導管６２４内の流れの圧力は、膨張弁５７４として例証される圧力減少手段によって減少され、それはガス流の一部を気化し或いはフラッシュし、それによって、二相流を生成する。次に、膨張弁５７８からの二相流は、高段メタンフラッシュドラムに通され、二相流はそこで導管６２６を通じて排出されるフラッシュガス流と導管６３０を通じて排出される液相流（即ち、加圧ＬＮＧ含有流）とに分離される。次に、フラッシュガス流は、導管６２６を介して主メタンエコノマイザ５７４に移転され、流れは熱交換器経路５８２内で冷媒として機能し熱交換器経路５７６内の流れの冷却を助ける。よって、熱交換器経路５８２内の主にメタンを含む流れは、熱交換器経路５７６内の主にメタンを含む流れとの間接的熱交換によって、少なくとも部分的に暖められる。暖められた流れは、導管６２８を介して、熱交換器経路５８２及びメタンエコノマイザ５７４から出る。導管６２８を介して熱交換器経路５８２から出る暖められた主にメタンを含む流れの温度は、好ましくは、導管６２４内の流れの温度よりも少なくとも約１０°Ｆ大きく、導管６２４内の流れの温度よりも少なくとも２５°Ｆ大きい。導管６２８を介して熱交換器経路５８２から出る流れの温度は、好ましくは、約−５０°Ｆよりも暖かく、より好ましくは、約０°Ｆよりも暖かく、より一層好ましくは、約２５°Ｆよりも暖かく、最も好ましくは、４０〜１００°Ｆの範囲内である。
【００５８】
導管６３０を介して、高段フラッシュドラム５８０から出る液相流は、第二メタンエコノマイザ５８７を通じて通され、液体は、間接的熱交換手段５８８を介して、下流フラッシュ蒸気によってさらに冷却される。冷却された液体は、導管６３２を介して、第二メタンエコノマイザ５８７から出て、圧力を減少すると同時に、その第二部分を気化するために、膨張弁５９１として例証される圧力減少手段を介して膨張され或いはフラッシュされる。次に、この二相流は、中段メタンフラッシュドラム５９２に通され、流れは、そこで、導管６３６を通過する気相と導管６３４を通過する液相に分離される。気相は導管６３６を通じて第二メタンエコノマイザ５８７に流れ、蒸気は間接的熱交換器手段５８９を介して導管６３０を介してエコノマイザ５８７に導入される液体を冷却する。導管６３８は、第二メタンエコノマイザ５８７内の間接熱交換器手段５８９と主メタンエコノマイザ５７４内の熱交換器経路５９５との間の流れ導管として働く。熱交換器経路５９５からの暖められた蒸気流は、導管６４０を介して主メタンエコノマイザ５７４から出て、メタンコンプレッサ５８３の中段入口に伝えられる。
【００５９】
導管６３４を介して中段フラッシュドラム５９２から出る液相は、膨張弁５９３として例証される圧力減少手段を通過することによって圧力がさらに減少される。再び、液化ガスの第三部分は気化され或いはフラッシュされる。膨張弁５９３からの二相流は、最終又は低段フラッシュドラム５９４に通される。フラッシュドラム５９４内では、気相が分離され、導管６４４を通じて第二メタンエコノマイザ５８７に通され、そこでは、気相は間接的熱交換器手段５９０を介して冷媒として機能し、導管６４６を介して第二メタンエコノマイザ５８７から出て、導管は第一メタンエコノマイザ５７４に接続され、そこでは、蒸気は熱交換器経路５９６を介して冷媒として機能する。熱交換器経路５９６からの暖められた蒸気流は、導管６４８を介して主メタンエコノマイザ５７４から出て、コンプレッサ５８３の低段入口に伝えられる。
【００６０】
低段フラッシュドラム５９４からの液化天然ガス生成物は、ほぼ大気圧にあり、導管６４２を通じてＬＮＧ貯蔵タンク５９９に通される。従来的慣行によれば、貯蔵タンク内の液化天然ガスは、（典型的には外航ＬＮＧタンカーを介して）所望場所に輸送され得る。次に、ＬＮＧは、従来的な天然ガスパイプラインを介したガス状の輸送のために、陸上ＬＮＧターミナルで気化され得る。
【００６１】
図１０に示されるように、コンプレッサ５８３の高段、中段、及び、低段は、好ましくは、単一ユニットに結合される。しかしながら、各段階は、別個のユニットとして存在することができ、その場合には、複数ユニットは、単一のドライバによって駆動されるよう、一体に機械的に結合される。低段部分からの圧縮ガスは中段冷却器５８５を通過し、第二段階の圧縮に先立ち、導管６４０内の中圧ガスと結合される。コンプレッサ５８３の中段からの圧縮ガスは、中段冷却器５８４を通され、第三段階の圧縮に先立ち、導管６２１及び６２８を介してもたらされる高圧ガスと結合される。圧縮ガス（即ち、圧縮された開放メタンサイクルガス流）は、導管６５０を通じて高段メタンコンプレッサから排出され、冷却器５８６内で冷却され、前記に議論されたように、導管６５２を介して高圧プロパン冷却器５０２に経路指定される。流れは間接的熱交換手段５０４を介して冷却器５０２内で冷却され、導管６５４を介して主メタンエコノマイザ５７４に流れる。主メタンエコノマイザ５７４に入る圧縮された開放メタンサイクルガス流は、間接的熱交換手段５９８を通じた流れを介して全体的に冷却を受ける。次に、この冷却された流れは、導管６５８を介して除去され、エチレン冷却の第一段階の上流の処理済み天然ガス供給流と結合される。
【００６２】
図１０に例証されるＬＮＧ施設は、好ましくは、（波線で描写れた）エチレンコールドボックス５９８を含む。ここで使用されるとき、「コールドボックス」という用語は、複数のコンポーネントを収容する絶縁され、比較的低温の流体流がその内部で生成される囲壁を意味する。ここで使用されるとき、「エチレンコールドボックス」という用語は、天然ガス流を冷却するために主にエチレン冷媒流がその内部で利用されるコールドボックスを意味する。
【００６３】
図１０乃至１２に概略的に示されるように、エチレンコールドボックス５９８は、好ましくは、エチレンエコノマイザ５３４と、高段エチレン冷却器５４２と、低段エチレン冷却器５４５４と、エチレン凝縮器５６８と、エチレン冷却サイクルと関連付けられた様々な導管及び弁とを収容する。図１１及び１２は、冷却器５４２，５５４及び凝縮器５６８が、図１乃至９を参照して上記に記載された構造を有する垂直ケトル内コア熱交換器であり得る。コールドボックス５９８内で垂直熱交換器を利用することは、コールドボックス５９８がより小さなプロット空間を有することを可能にする。加えて、垂直ケトル内コア熱交換器は、上記に議論された増大された熱移転効率をもたらし得る。
【００６４】
図１１及び１２に示されるように、エチレンボックス５９８は、好ましくは、浄化ガス出口９００と、浄化ガス入口９０２とを含む。エチレンボックス５９８内に水が蓄積しないことを保証するために、実質的に炭化水素を含まない浄化ガスが、入口９００を介してエチレンコールドボックス５９８内に連続的に導入される。浄化ガスは、コールドボックス５９８の内部を通じて流れ、出口９０２を介してコールドボックス５９８から出る。出口９０２を介してコールドボックス５９８から出る浄化ガスは、炭化水素分析器９０４に運搬される。炭化水素分析器９０４は、浄化ガス内の炭化水素の存在を検出するよう動作可能である。もし検出器９０４が浄化ガス内の異常に高い炭化水素濃度を検出するならば、これはエチレンボックス５９８内に炭化水素漏れがあることを意味する。
【００６５】
たった１つのコールドボックス（即ち、エチレンコールドボックス５９８）が図１０のＬＮＧ施設中に例証されているが、ＬＮＧ施設は、垂直ケトル内コア熱交換器を収容する他のコールドボックスを利用し得る。例えば、メタン冷却サイクルの様々なコンポーネントが、メタンコールドボックス内に配置され得る。加えて、図１０乃至１２は、エチレン冷却器／凝縮器５４２、５４４、５６９が垂直ケトル内コア熱交換器であることを例証しているだけであるが、図１０の発明的なＬＮＧ施設は、間接的熱移転が求められる様々な他の場所で垂直ケトル内コア変換器を利用し得る。例えば、１つ又はそれよりも多くのプロパン冷却器５０２、５２２、５２８は、図１乃至９を参照して上記に記載された構造を有する垂直ケトル内コア熱交換器を利用し得る。
【００６６】
本発明の１つの実施態様において、図１０に例証されるＬＮＧ生産システムは、従来的なプロセスシミュレーションソフトウェアを使用してコンピュータ上に模擬される。適切なシミュレーションソフトウェアの例は、ＨｙｐｒｏｔｅｃｈからのＨＹＳＹＳ（ＴＭ）、Ａｓｐｅｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．からのＡｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ（Ｒ）、及び、Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｉｎｃ．からのＰＲＯ／ＩＩ（Ｒ）を含む。
【００６７】
上記に記載された本発明の好適な形態は、例証としてのみ使用されるべきであり、本発明の範囲を限定する意味で解釈するために使用されるべきではない。上記に示された例示的な実施態様に対する明らかな変更は、本発明の精神から逸脱することなしに、当業者によって直ちに行われ得る。
【００６８】
本発明者は、これによって、以下の請求項に記載されるような本発明の文字通りの範囲の外側にあるが著しく逸脱しない如何なる装置に関して、本発明の合理的な公正な範囲を決定し且つ評価するために均等論に依存する意図を述べる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の原理に従って建設された垂直ケトル内コア熱交換器を示す切欠き側面図である。
【図２】図１の垂直ケトル内コア熱交換器を示す頂部断面図であり、コア内に形成された交互するシェル側通路及びコア側通路をより明瞭に例証するために、コアの頂部が部分的に切り取られている。
【図３】図２中の線３−３に沿って取られた側断面図であり、コアを通じるコア側流体及びシェル側流体の流れの方向を特に例証すると共に、コア内のシェル側流体の沸騰によって引き起こされる熱サイフォン効果を例証している。
【図４】２つの別個のコアを有する代替的なケトル内コア熱交換器を示す切欠き側面図である。
【図５】図４の垂直ケトル内コア熱交換器を示す上断面図であり、シェル内の２つのコアの空間的配置を特に例証している。
【図６】３つの別個のコアを有する代替的な垂直ケトル内コア熱交換器を示す切欠き側面図である。
【図７】図６の垂直ケトル内コア熱交換器を示す上断面図であり、シェル内の３つのコアの空間的配置を特に例証している。
【図８】狭い上方区画及び広い下方区画を有するシェルを利用する代替的な垂直ケトル内コア熱交換器を示す切欠き側面図である。
【図９】広い上方区画及び狭い下方区画を有するシェルを利用する代替的な垂直ケトル内コア熱交換器を示す切欠き側面図である。
【図１０】天然ガス流を冷却するために少なくとも１つの垂直ケトル内コア熱交換器を利用するＬＮＧ生産のためのカスケード冷却プロセスを示す簡略されたフロー図である。
【図１１】図１０のＬＮＧ施設内で利用され得るエチレンコールドボックスを示す切欠き側面図であり、コールドボックス内に配置された垂直ケトル内コア熱交換器の構造を特に例証している。
【図１２】図１１のエチレンコールドボックスを示す切欠き上面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒からの熱を冷却流体に移転する方法であって、
（ａ） 前記冷媒をシェル内に定められる１よりも大きな高さ対幅比を有する内部容積に導入するステップと、
（ｂ） 前記冷却流体を前記シェルの前記内部容積内に配置されるプレート−フィンコア内に導入するステップと、
（ｃ） 前記コア内の前記冷却流体からの熱を、間接的熱交換を介して、前記冷媒に移転するステップとを含む、
方法。
【請求項２】
前記高さ対幅比は、少なくとも約１．２５である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｃ）は、前記冷媒の少なくとも一部を気化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｃ）の前記気化するステップは、前記コア内にサイフォン効果を引き起こす、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
（ｄ） 前記シェル内の液相冷媒のレベルを、前記コアの高さの少なくとも５０％が前記液相媒体内に浸水される高さに維持するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｄ）は、前記シェル内の液相冷媒のレベルを、前記コアの高さの７５〜９５％が前記液相冷媒内に浸水される高度に維持するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ａ）は、前記冷媒を、前記シェル内の液相冷媒のレベルより上の場所で、前記内部容積内に導入するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
（ｅ） 前記シェルの上方出口から気相冷媒を除去するステップと、
（ｆ） 前記シェルの下方出口から気相冷媒を除去するステップとを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記シェルは、中心側壁軸に沿って延びる実質的に円筒形の側壁を含み、前記側壁軸は実質的に直立である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記高さ対幅比は、少なくとも１．２５である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記コアは、前記冷却流体を受容する複数のコア側通路を定め、前記コアは、前記冷媒を受容する複数のシェル側通路を定め、前記シェル側通路のそれぞれは、下方冷媒入口と上方冷媒出口との間で概ね上向きに延びる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｃ）は、前記シェル側通路内の前記冷媒の少なくとも一部を気化するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記気化するステップは、前記シェル側通路を通じる前記冷媒の自然な上向きの対流を引き起こす、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記コアは、前記シェルの頂部、底部、及び、側部から離間する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記内部容積は、最大高さ（Ｈ）を有し、前記コアは、少なくと０．２Ｈだけ前記内部容積の前記底部から離間し、前記コアは、少なくとも０．２Ｈだけ前記内部容積の前記頂部から離間する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記冷却される流体は、主に、メタンを含み、前記冷媒は、主に、プロパン、プロピレン、エタン、エチレン、メタン、又は、二酸化炭素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記冷却流体は、天然ガス流であり、前記冷媒は、主に、プロパン又はエチレンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
天然ガス流を液化するためのプロセスであって、
（ａ） 主にプロパン又はプロピレンを含む第一冷媒との間接的熱交換を介して前記天然ガス流を冷却するステップと、
（ｂ） 主にエタン又はエチレンを含む第二冷媒との間接的熱交換を介して前記天然ガスをさらに冷却するステップとを含み、
前記ステップ（ａ）及び／又は（ｂ）の前記冷却するステップの少なくとも一部は、少なくとも１つの垂直なケトル内コア熱交換器によって遂行される、
方法。
【請求項１９】
前記ケトル内コア熱交換器は、シェルと、該シェル内に収容されるプレート−フィンコアとを含み、
前記シェルは、中心側壁軸に沿って延びる実質的に円筒形の側壁を含み、
前記熱交換器は、前記側壁が実質的に直立の向きを有するよう位置付けられる、
請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記コアは、複数の概ね上向きに延びるコア側通路と、複数の概ね上向きに延びるシェル側通路とを定め、
前記天然ガス流は、前記コア側通路内に受容され、
前記第一冷媒又は前記第二冷媒は、前記シェル側通路内に受容される、
請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記コアは、交互するコア側通路及びシェル側通路を定める、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記ステップ（ａ）及び／又は（ｂ）の冷却するステップは、前記シェル側通路内の前記第一冷媒の少なくとも一部を気化させることによって、熱サイフォン効果をもたらす、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記シェルは、最大高さ（Ｈ）を有する内部通路を定め、前記コアは、前記内部容積の頂部から少なくとも０．２Ｈだけ離間し、前記コアは、前記内部容積の底部から少なくも２Ｈだけ離間する、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記コアは、前記シェルの前記側壁から離間する、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２５】
（ｃ） 主にメタンを含む第三冷媒との間接的熱交換を介して前記天然ガス流をさらに冷却するステップをさらに含む、
請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２６】
（ｄ） 前記天然ガス流の少なくとも一部をフラッシングすることによって、気相天然ガスをもたらすステップをさらに含み、
前記ステップ（ｃ）は、前記気相天然ガスの少なくとも一部を前記第三冷媒として使用することを含む、
請求項２５に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記第一冷媒は、主にプロパンを含み、前記第二冷媒は、主にエチレンを含む、請求項２６に記載のプロセス。
【請求項２８】
（ｅ） 前記ステップ（ａ）及び（ｂ）のプロセスによって生成される液化天然ガスを気化するステップをさらに含む、
請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２９】
請求項１８に記載のプロセスによって生成される液化天然ガス生成物。
【請求項３０】
請求項１８に記載のプロセスを模擬するためにコンピュータを使用するステップを含む、コンピュータシミュレーションプロセス。
【請求項３１】
内部容積を定めるシェルと、
前記内部容積内に配置される少なくとも１つのコアとを含み、
前記シェルは、実質的に円筒形の側壁と、正上方エンドキャップと、正下方エンドキャップとを含み、前記上方及び下方のエンドキャップは、前記側壁の概ね両端部に配置され、
前記側壁は、前記内部容積内へシェル側流体を受容するための流体入口を定め、
前記正上方エンドキャップは、前記内部容積からの気相シェル側流体を排出するための蒸気出口を定め、
前記正下方エンドキャップは、前記内部容積からの液相シェル側流体を排出するための液体出口を定める、
熱交換器。
【請求項３２】
前記コアは、プレート−フィンコアである、請求項３１に記載の熱交換器。
【請求項３３】
前記内部容積は、最大高さ（Ｈ）と最大幅（Ｗ）とを有し、前記内部容積は、１よりも大きいＨ／Ｗ比を有する、請求項３１に記載の熱交換器。
【請求項３４】
前記コアは、前記内部容積の頂部及び底部から少なくとも０．２Ｈだけ離間する、請求項３３に記載の熱交換器。
【請求項３５】
前記流体入口は、前記内部容積の頂部及び底部から少なくとも０．３Ｈだけ離間する、請求項３３に記載の熱交換器。
【請求項３６】
前記コアは、最大高さ（ｈ）を有し、前記コア及び前記シェルは、０．７５よりも少ないｈ／Ｈ比を有する、請求項３３に記載の熱交換器。
【請求項３７】
前記ｈ／Ｈ比は、０．２５〜０．５である、請求項３６に記載の熱交換器。
【請求項３８】
前記コアは、最小幅（ｗ）を有し、
前記コア及び前記シェルは、０．９５よりも少ないｗ／Ｗ比を有する、
請求項３３に記載の熱交換器。
【請求項３９】
前記側壁は、中心側壁軸に沿って延び、
前記コアは、前記中心側壁軸の延長方向と実質的に平行に流れる２つの流体の間に対流熱交換をもたらす、
請求項３１に記載の熱交換器。
【請求項４０】
前記コアは、複数のコア側通路と、複数のシェル側通路とを定め、
前記コア側通路及び前記シェル側通路は、互いに流体的に隔離され、
前記シェル側通路は、正下方入口と、正上方出口とを提供し、
前記シェル側通路は、前記正下方入口から前記正上方出口に延びる、
請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項４１】
前記コア側通路及び前記シェル側通路は、前記側壁軸の延長方向と実質的に平行に延びる、
請求項４０に記載の熱交換器。
【請求項４２】
前記コアは、蝋付けアルミニウム、プレート−フィンコアである、請求項３１に記載の熱交換器。
【請求項４３】
中心側壁軸に沿って延びる、実質的に円筒形の側壁内部容積を定めるシェルと、
該シェル内に配置されるコアとを含む、
熱交換器であって、
前記コアは、複数のコア側通路と、複数のシェル側通路とを定め、前記コア側通路は、前記シェルの前記内部容積から流体的に隔離され、
前記シェル側通路は、前記シェルの前記内部容積との流体連絡をもたらす反対側の開放端部を提供し、前記シェル側通路は、当該熱交換器が前記側壁軸と実質的に直立向きに位置付けられるとき、熱サイフォン効果が前記シェル側通路内に創成されるよう、前記側壁軸の延長方向と実質的に平行な方向に延びる、
熱交換器。
【請求項４４】
前記シェル側通路に進入する如何なる流体も前記端部の１つを通じて進入しなければならないよう、前記複数のシェル側通路は、前記端部でのみ開放する、
請求項４３に記載の熱交換器。
【請求項４５】
前記コアは、プレート−フィンコアである、請求項４３に記載の熱交換器。
【請求項４６】
前記コアは、蝋付けアルミニウム、プレート−フィンコアである、請求項４３に記載の熱交換器。
【請求項４７】
前記内部容積は、前記側壁軸に沿って測定される最大高さ（Ｈ）と、前記側壁軸に対して垂直に測定される最大幅（Ｗ）とを有し、前記内部容積は、１よりも大きいＨ／Ｗ比を有する、請求項４３に記載の熱交換器。
【請求項４８】
前記シェルは、正上方エンドキャップと、正下方エンドキャップとを含み、
前記最大高さ（Ｈ）は、前記エンドキャップ間で測定され、
前記コアは、前記正上方エンドキャップから少なくとも０．２Ｈの第一最大距離だけ離間する正上方端部を提供し、
前記コアは、前記正下方エンドキャップから少なくとも０．２Ｈの第二最大距離だけ離間する正下方端部を提供し、
前記第一及び第二の最大距離は、前記側壁軸の延長方向と実質的に平行に測定される、
請求項４７に記載の熱交換器。
【請求項４９】
前記第一及び第二の最大距離は、少なくとも２フィートである、請求項４８に記載の熱交換器。
【請求項５０】
前記コアは、前記側壁軸に沿って測定される最大高さ（Ｈ）を有し、前記コア及び前記シェルは、０．７５よりも少ないｈ／Ｈ比を有する、請求項４７に記載の熱交換器。
【請求項５１】
前記シェルは、前記シェルの前記内部容積とそれぞれ連絡する入口と、第一出口と、第二出口とを含み、
前記第一及び第二の出口は、前記側壁軸に沿って互いに離間し、
前記第一及び第二の出口は、前記シェルの概ね両端部に配置される、
請求項４３に記載の熱交換器。
【請求項５２】
前記入口は、前記側壁内に形成される、請求項５１に記載の熱交換器。
【請求項５３】
中心側壁軸に沿って延びる実質的に円筒形の側壁を含むシェルと、
該シェル内に配置されるプレート−フィンコアと、
前記側壁軸が実質的に直立な垂直構造に前記シェルを支持するよう構成される支持構造とを含む、
ケトル内コア熱交換器システム。
【請求項５４】
前記コアは、蝋付けアルミニウム、プレート−フィンコアである、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記シェルは、前記コアが配置される内部容積を定め、
該内部容積は、前記側壁軸に沿って測定される最大高さ（Ｈ）と、前記側壁軸に対して垂直に測定される最大幅（Ｗ）とを有し、
前記内部容積は、１よりも大きいＨ／Ｗ比を有する、
請求項５３に記載のシステム。
【請求項５６】
前記シェルは、正上方エンドキャップと、正下方エンドキャップとを含み、
前記最大高さ（Ｈ）は、前記エンドキャップ間で測定され、
前記コアは、前記正上方エンドキャップから少なくとも０．２Ｈの第一最大距離だけ離間する正上方端部を提供し、
前記コアは、前記正下方エンドキャップから少なくとも０．２Ｈの第二最大距離だけ離間する正下方端部を提供し、
前記第一及び第二の最大距離は、前記側壁軸の延長方向と実質的に平行に測定される、
請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記第一及び第二の最大距離は、少なくとも２フィートである、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
前記コアは、前記側壁軸に沿って測定される最大高さ（Ｈ）を有し、
前記コア及び前記シェルは、０．７５よりも少ないｈ／Ｈ比を有する、
請求項５８に記載のシステム。
【請求項５９】
前記シェルは、前記シェルの前記内部容積とそれぞれ連絡する入口と、第一出口と、第二出口とを含み、
前記第一及び第二の出口は、前記側壁軸に沿って互いに離間し、
前記第一及び第二の出口は、前記シェルの概ね両端部に配置される、
請求項５５に記載のシステム。
【請求項６０】
前記入口は、前記側壁内に形成される、請求項５９に記載のシステム。
【請求項６１】
内部容積を定めるコールドボックスと、
前記内部容積内に配置される複数の垂直ケトル内コア熱交換器とを含む、
装置。
【請求項６２】
前記コールドボックスの前記内部容積内に配置され、且つ、前記ケトル内コア熱交換器を実質的に取り囲む実質的に緩い絶縁材料をさらに含む、
請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記絶縁材料は、パーライトを含む、請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記コールドボックスは、浄化ガス入口と、浄化ガス出口とを定め、
前記コールドボックスは、前記浄化ガス入口及び出口を除き、実質的に流体密である、
請求項６１に記載の装置。
【請求項６５】
炭化水素の存在を検出するよう動作可能な炭化水素モニタをさらに含み、
該炭化水素モニタは、前記浄化ガス出口と流体連絡して配置される、
請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
１つ又はそれよりも多くの冷媒との間接的熱交換によって天然ガス供給流を冷却するための液化天然ガス施設であって、
該液化天然ガス施設は、
第一冷媒との間接的熱交換を介して前記天然ガス流を冷却するための第一冷却サイクルを含み、
該第一冷却サイクルは、第一垂直ケトル内コア熱交換器を含み、
該第一垂直ケトル内コア熱交換器は、互いに流体的に隔離されたケトル側容積と、コア側容積とを定め、
前記ケトル側容積は、前記第一冷媒を収容するよう構成され、前記コア側容積は、前記天然ガス流を受容するよう構成される、
液化天然ガス施設。
【請求項６７】
前記第一冷媒は、主に、プロパン、プロピレン、エタン、エチレン、又は、二酸化炭素を含む、請求項６６に記載の施設。
【請求項６８】
前記第一冷媒は、主にエチレンを含む、請求項６６に記載の施設。
【請求項６９】
前記第一冷却サイクルは、前記第一冷媒との間接的熱交換を介して、前記天然ガス流を順次的に冷却するために、複数の垂直ケトル内コア熱交換器を利用する、請求項６６に記載の施設。
【請求項７０】
前記第一冷却サイクルは、前記複数の垂直ケトル内コア熱交換器を収容するコールドボックスを含む、請求項６６に記載の施設。
【請求項７１】
前記第一冷媒と異なる組成の第二冷媒との間接的熱交換を介して前記天然ガス流を冷却するための第二冷却サイクルをさらに含む、
請求項６６に記載の施設。
【請求項７２】
前記第二冷媒は、主に、プロパン、プロピレン、エタン、エチレン、又は、二酸化炭素を含む、請求項７１に記載の施設。
【請求項７３】
前記第一冷媒は、主にエチレンを含み、
前記第二冷媒は、主にプロパンを含む、
請求項７１に記載の施設。
【請求項７４】
前記第二冷却サイクルは、前記第一冷却サイクルの上流に配置される、請求項７３に記載の施設。
【請求項７５】
前記第二冷却サイクルは、第二垂直ケトル内コア熱交換器を含む、請求項７１に記載の施設。
【請求項７６】
前記第一及び第二の冷却サイクルの下流に配置される開放メタン冷却サイクルをさらに含む、
請求項７１に記載の施設。
【請求項１】
冷媒からの熱を冷却流体に移転する方法であって、
（ａ） 前記冷媒をシェル内に定められる１よりも大きな高さ対幅比を有する内部容積に導入するステップと、
（ｂ） 前記冷却流体を前記シェルの前記内部容積内に配置されるプレート−フィンコア内に導入するステップと、
（ｃ） 前記コア内の前記冷却流体からの熱を、間接的熱交換を介して、前記冷媒に移転するステップとを含む、
方法。
【請求項２】
前記高さ対幅比は、少なくとも約１．２５である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｃ）は、前記冷媒の少なくとも一部を気化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｃ）の前記気化するステップは、前記コア内にサイフォン効果を引き起こす、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
（ｄ） 前記シェル内の液相冷媒のレベルを、前記コアの高さの少なくとも５０％が前記液相媒体内に浸水される高さに維持するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｄ）は、前記シェル内の液相冷媒のレベルを、前記コアの高さの７５〜９５％が前記液相冷媒内に浸水される高度に維持するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ａ）は、前記冷媒を、前記シェル内の液相冷媒のレベルより上の場所で、前記内部容積内に導入するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
（ｅ） 前記シェルの上方出口から気相冷媒を除去するステップと、
（ｆ） 前記シェルの下方出口から気相冷媒を除去するステップとを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記シェルは、中心側壁軸に沿って延びる実質的に円筒形の側壁を含み、前記側壁軸は実質的に直立である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記高さ対幅比は、少なくとも１．２５である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記コアは、前記冷却流体を受容する複数のコア側通路を定め、前記コアは、前記冷媒を受容する複数のシェル側通路を定め、前記シェル側通路のそれぞれは、下方冷媒入口と上方冷媒出口との間で概ね上向きに延びる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｃ）は、前記シェル側通路内の前記冷媒の少なくとも一部を気化するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記気化するステップは、前記シェル側通路を通じる前記冷媒の自然な上向きの対流を引き起こす、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記コアは、前記シェルの頂部、底部、及び、側部から離間する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記内部容積は、最大高さ（Ｈ）を有し、前記コアは、少なくと０．２Ｈだけ前記内部容積の前記底部から離間し、前記コアは、少なくとも０．２Ｈだけ前記内部容積の前記頂部から離間する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記冷却される流体は、主に、メタンを含み、前記冷媒は、主に、プロパン、プロピレン、エタン、エチレン、メタン、又は、二酸化炭素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記冷却流体は、天然ガス流であり、前記冷媒は、主に、プロパン又はエチレンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
天然ガス流を液化するためのプロセスであって、
（ａ） 主にプロパン又はプロピレンを含む第一冷媒との間接的熱交換を介して前記天然ガス流を冷却するステップと、
（ｂ） 主にエタン又はエチレンを含む第二冷媒との間接的熱交換を介して前記天然ガスをさらに冷却するステップとを含み、
前記ステップ（ａ）及び／又は（ｂ）の前記冷却するステップの少なくとも一部は、少なくとも１つの垂直なケトル内コア熱交換器によって遂行される、
方法。
【請求項１９】
前記ケトル内コア熱交換器は、シェルと、該シェル内に収容されるプレート−フィンコアとを含み、
前記シェルは、中心側壁軸に沿って延びる実質的に円筒形の側壁を含み、
前記熱交換器は、前記側壁が実質的に直立の向きを有するよう位置付けられる、
請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記コアは、複数の概ね上向きに延びるコア側通路と、複数の概ね上向きに延びるシェル側通路とを定め、
前記天然ガス流は、前記コア側通路内に受容され、
前記第一冷媒又は前記第二冷媒は、前記シェル側通路内に受容される、
請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記コアは、交互するコア側通路及びシェル側通路を定める、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記ステップ（ａ）及び／又は（ｂ）の冷却するステップは、前記シェル側通路内の前記第一冷媒の少なくとも一部を気化させることによって、熱サイフォン効果をもたらす、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記シェルは、最大高さ（Ｈ）を有する内部通路を定め、前記コアは、前記内部容積の頂部から少なくとも０．２Ｈだけ離間し、前記コアは、前記内部容積の底部から少なくも２Ｈだけ離間する、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記コアは、前記シェルの前記側壁から離間する、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２５】
（ｃ） 主にメタンを含む第三冷媒との間接的熱交換を介して前記天然ガス流をさらに冷却するステップをさらに含む、
請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２６】
（ｄ） 前記天然ガス流の少なくとも一部をフラッシングすることによって、気相天然ガスをもたらすステップをさらに含み、
前記ステップ（ｃ）は、前記気相天然ガスの少なくとも一部を前記第三冷媒として使用することを含む、
請求項２５に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記第一冷媒は、主にプロパンを含み、前記第二冷媒は、主にエチレンを含む、請求項２６に記載のプロセス。
【請求項２８】
（ｅ） 前記ステップ（ａ）及び（ｂ）のプロセスによって生成される液化天然ガスを気化するステップをさらに含む、
請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２９】
請求項１８に記載のプロセスによって生成される液化天然ガス生成物。
【請求項３０】
請求項１８に記載のプロセスを模擬するためにコンピュータを使用するステップを含む、コンピュータシミュレーションプロセス。
【請求項３１】
内部容積を定めるシェルと、
前記内部容積内に配置される少なくとも１つのコアとを含み、
前記シェルは、実質的に円筒形の側壁と、正上方エンドキャップと、正下方エンドキャップとを含み、前記上方及び下方のエンドキャップは、前記側壁の概ね両端部に配置され、
前記側壁は、前記内部容積内へシェル側流体を受容するための流体入口を定め、
前記正上方エンドキャップは、前記内部容積からの気相シェル側流体を排出するための蒸気出口を定め、
前記正下方エンドキャップは、前記内部容積からの液相シェル側流体を排出するための液体出口を定める、
熱交換器。
【請求項３２】
前記コアは、プレート−フィンコアである、請求項３１に記載の熱交換器。
【請求項３３】
前記内部容積は、最大高さ（Ｈ）と最大幅（Ｗ）とを有し、前記内部容積は、１よりも大きいＨ／Ｗ比を有する、請求項３１に記載の熱交換器。
【請求項３４】
前記コアは、前記内部容積の頂部及び底部から少なくとも０．２Ｈだけ離間する、請求項３３に記載の熱交換器。
【請求項３５】
前記流体入口は、前記内部容積の頂部及び底部から少なくとも０．３Ｈだけ離間する、請求項３３に記載の熱交換器。
【請求項３６】
前記コアは、最大高さ（ｈ）を有し、前記コア及び前記シェルは、０．７５よりも少ないｈ／Ｈ比を有する、請求項３３に記載の熱交換器。
【請求項３７】
前記ｈ／Ｈ比は、０．２５〜０．５である、請求項３６に記載の熱交換器。
【請求項３８】
前記コアは、最小幅（ｗ）を有し、
前記コア及び前記シェルは、０．９５よりも少ないｗ／Ｗ比を有する、
請求項３３に記載の熱交換器。
【請求項３９】
前記側壁は、中心側壁軸に沿って延び、
前記コアは、前記中心側壁軸の延長方向と実質的に平行に流れる２つの流体の間に対流熱交換をもたらす、
請求項３１に記載の熱交換器。
【請求項４０】
前記コアは、複数のコア側通路と、複数のシェル側通路とを定め、
前記コア側通路及び前記シェル側通路は、互いに流体的に隔離され、
前記シェル側通路は、正下方入口と、正上方出口とを提供し、
前記シェル側通路は、前記正下方入口から前記正上方出口に延びる、
請求項３９に記載の熱交換器。
【請求項４１】
前記コア側通路及び前記シェル側通路は、前記側壁軸の延長方向と実質的に平行に延びる、
請求項４０に記載の熱交換器。
【請求項４２】
前記コアは、蝋付けアルミニウム、プレート−フィンコアである、請求項３１に記載の熱交換器。
【請求項４３】
中心側壁軸に沿って延びる、実質的に円筒形の側壁内部容積を定めるシェルと、
該シェル内に配置されるコアとを含む、
熱交換器であって、
前記コアは、複数のコア側通路と、複数のシェル側通路とを定め、前記コア側通路は、前記シェルの前記内部容積から流体的に隔離され、
前記シェル側通路は、前記シェルの前記内部容積との流体連絡をもたらす反対側の開放端部を提供し、前記シェル側通路は、当該熱交換器が前記側壁軸と実質的に直立向きに位置付けられるとき、熱サイフォン効果が前記シェル側通路内に創成されるよう、前記側壁軸の延長方向と実質的に平行な方向に延びる、
熱交換器。
【請求項４４】
前記シェル側通路に進入する如何なる流体も前記端部の１つを通じて進入しなければならないよう、前記複数のシェル側通路は、前記端部でのみ開放する、
請求項４３に記載の熱交換器。
【請求項４５】
前記コアは、プレート−フィンコアである、請求項４３に記載の熱交換器。
【請求項４６】
前記コアは、蝋付けアルミニウム、プレート−フィンコアである、請求項４３に記載の熱交換器。
【請求項４７】
前記内部容積は、前記側壁軸に沿って測定される最大高さ（Ｈ）と、前記側壁軸に対して垂直に測定される最大幅（Ｗ）とを有し、前記内部容積は、１よりも大きいＨ／Ｗ比を有する、請求項４３に記載の熱交換器。
【請求項４８】
前記シェルは、正上方エンドキャップと、正下方エンドキャップとを含み、
前記最大高さ（Ｈ）は、前記エンドキャップ間で測定され、
前記コアは、前記正上方エンドキャップから少なくとも０．２Ｈの第一最大距離だけ離間する正上方端部を提供し、
前記コアは、前記正下方エンドキャップから少なくとも０．２Ｈの第二最大距離だけ離間する正下方端部を提供し、
前記第一及び第二の最大距離は、前記側壁軸の延長方向と実質的に平行に測定される、
請求項４７に記載の熱交換器。
【請求項４９】
前記第一及び第二の最大距離は、少なくとも２フィートである、請求項４８に記載の熱交換器。
【請求項５０】
前記コアは、前記側壁軸に沿って測定される最大高さ（Ｈ）を有し、前記コア及び前記シェルは、０．７５よりも少ないｈ／Ｈ比を有する、請求項４７に記載の熱交換器。
【請求項５１】
前記シェルは、前記シェルの前記内部容積とそれぞれ連絡する入口と、第一出口と、第二出口とを含み、
前記第一及び第二の出口は、前記側壁軸に沿って互いに離間し、
前記第一及び第二の出口は、前記シェルの概ね両端部に配置される、
請求項４３に記載の熱交換器。
【請求項５２】
前記入口は、前記側壁内に形成される、請求項５１に記載の熱交換器。
【請求項５３】
中心側壁軸に沿って延びる実質的に円筒形の側壁を含むシェルと、
該シェル内に配置されるプレート−フィンコアと、
前記側壁軸が実質的に直立な垂直構造に前記シェルを支持するよう構成される支持構造とを含む、
ケトル内コア熱交換器システム。
【請求項５４】
前記コアは、蝋付けアルミニウム、プレート−フィンコアである、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記シェルは、前記コアが配置される内部容積を定め、
該内部容積は、前記側壁軸に沿って測定される最大高さ（Ｈ）と、前記側壁軸に対して垂直に測定される最大幅（Ｗ）とを有し、
前記内部容積は、１よりも大きいＨ／Ｗ比を有する、
請求項５３に記載のシステム。
【請求項５６】
前記シェルは、正上方エンドキャップと、正下方エンドキャップとを含み、
前記最大高さ（Ｈ）は、前記エンドキャップ間で測定され、
前記コアは、前記正上方エンドキャップから少なくとも０．２Ｈの第一最大距離だけ離間する正上方端部を提供し、
前記コアは、前記正下方エンドキャップから少なくとも０．２Ｈの第二最大距離だけ離間する正下方端部を提供し、
前記第一及び第二の最大距離は、前記側壁軸の延長方向と実質的に平行に測定される、
請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記第一及び第二の最大距離は、少なくとも２フィートである、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
前記コアは、前記側壁軸に沿って測定される最大高さ（Ｈ）を有し、
前記コア及び前記シェルは、０．７５よりも少ないｈ／Ｈ比を有する、
請求項５８に記載のシステム。
【請求項５９】
前記シェルは、前記シェルの前記内部容積とそれぞれ連絡する入口と、第一出口と、第二出口とを含み、
前記第一及び第二の出口は、前記側壁軸に沿って互いに離間し、
前記第一及び第二の出口は、前記シェルの概ね両端部に配置される、
請求項５５に記載のシステム。
【請求項６０】
前記入口は、前記側壁内に形成される、請求項５９に記載のシステム。
【請求項６１】
内部容積を定めるコールドボックスと、
前記内部容積内に配置される複数の垂直ケトル内コア熱交換器とを含む、
装置。
【請求項６２】
前記コールドボックスの前記内部容積内に配置され、且つ、前記ケトル内コア熱交換器を実質的に取り囲む実質的に緩い絶縁材料をさらに含む、
請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記絶縁材料は、パーライトを含む、請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記コールドボックスは、浄化ガス入口と、浄化ガス出口とを定め、
前記コールドボックスは、前記浄化ガス入口及び出口を除き、実質的に流体密である、
請求項６１に記載の装置。
【請求項６５】
炭化水素の存在を検出するよう動作可能な炭化水素モニタをさらに含み、
該炭化水素モニタは、前記浄化ガス出口と流体連絡して配置される、
請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
１つ又はそれよりも多くの冷媒との間接的熱交換によって天然ガス供給流を冷却するための液化天然ガス施設であって、
該液化天然ガス施設は、
第一冷媒との間接的熱交換を介して前記天然ガス流を冷却するための第一冷却サイクルを含み、
該第一冷却サイクルは、第一垂直ケトル内コア熱交換器を含み、
該第一垂直ケトル内コア熱交換器は、互いに流体的に隔離されたケトル側容積と、コア側容積とを定め、
前記ケトル側容積は、前記第一冷媒を収容するよう構成され、前記コア側容積は、前記天然ガス流を受容するよう構成される、
液化天然ガス施設。
【請求項６７】
前記第一冷媒は、主に、プロパン、プロピレン、エタン、エチレン、又は、二酸化炭素を含む、請求項６６に記載の施設。
【請求項６８】
前記第一冷媒は、主にエチレンを含む、請求項６６に記載の施設。
【請求項６９】
前記第一冷却サイクルは、前記第一冷媒との間接的熱交換を介して、前記天然ガス流を順次的に冷却するために、複数の垂直ケトル内コア熱交換器を利用する、請求項６６に記載の施設。
【請求項７０】
前記第一冷却サイクルは、前記複数の垂直ケトル内コア熱交換器を収容するコールドボックスを含む、請求項６６に記載の施設。
【請求項７１】
前記第一冷媒と異なる組成の第二冷媒との間接的熱交換を介して前記天然ガス流を冷却するための第二冷却サイクルをさらに含む、
請求項６６に記載の施設。
【請求項７２】
前記第二冷媒は、主に、プロパン、プロピレン、エタン、エチレン、又は、二酸化炭素を含む、請求項７１に記載の施設。
【請求項７３】
前記第一冷媒は、主にエチレンを含み、
前記第二冷媒は、主にプロパンを含む、
請求項７１に記載の施設。
【請求項７４】
前記第二冷却サイクルは、前記第一冷却サイクルの上流に配置される、請求項７３に記載の施設。
【請求項７５】
前記第二冷却サイクルは、第二垂直ケトル内コア熱交換器を含む、請求項７１に記載の施設。
【請求項７６】
前記第一及び第二の冷却サイクルの下流に配置される開放メタン冷却サイクルをさらに含む、
請求項７１に記載の施設。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００８−５１８１８７（Ｐ２００８−５１８１８７Ａ）
【公表日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３７９３０（Ｐ２００７−５３７９３０）
【出願日】平成１７年１０月１４日（２００５．１０．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３６８４６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４７０９７
【国際公開日】平成１８年５月４日（２００６．５．４）
【出願人】（５０３０５４１１１）コノコフィリップス カンパニー (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１４日（２００５．１０．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３６８４６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４７０９７
【国際公開日】平成１８年５月４日（２００６．５．４）
【出願人】（５０３０５４１１１）コノコフィリップス カンパニー (12)
【Ｆターム（参考）】
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