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公開番号2024058649
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2023177405
出願日2023-10-13
発明の名称セミ開ループ液化プロセス
出願人エアプロダクツアンドケミカルズインコーポレイテッド,AIR PRODUCTS AND CHEMICALS INCORPORATED
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F25J 1/00 20060101AFI20240418BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】セミ開ループ液化プロセスを提供する。
【解決手段】本明細書において記載されるのは、少なくとも第1の低温冷媒流との間接熱交換を介して天然ガス供給流を冷却及び液化して、第1の液化天然ガス流及び加温されたガス状冷媒流を形成することと、第1の液化天然ガス流をフラッシュ及び分離して、液化天然ガス生成物流及び少なくとも第1のフラッシュガス流を形成することと、第1のフラッシュガス流及び加温されたガス状冷媒流を組み合わせ及び圧縮して、圧縮冷媒流を形成することと、圧縮冷媒流の少なくとも第1の部分を膨張させて、第1の低温冷媒流を形成することと、よって天然ガスを液化する方法及びシステムであり、天然ガス供給流は、第1のフラッシュガス流又は圧縮冷媒流のいずれかから分離されたままであり、組み合わされない。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
天然ガスを液化する方法であって、
（ａ）少なくとも第１の低温冷媒流との間接熱交換を介して天然ガス供給流を冷却及び液化して、第１の液化天然ガス流及び加温されたガス状冷媒流を形成する工程と、
（ｂ）前記第１の液化天然ガス流をフラッシュさせ、分離して、液化天然ガス生成物流及び少なくとも第１のフラッシュガス流を形成する工程と、
（ｃ）前記第１のフラッシュガス流及び前記加温されたガス状冷媒流を組み合わせ、圧縮して、圧縮冷媒流を形成する工程と、
（ｄ）前記圧縮冷媒流の少なくとも第１の部分を膨張させて、前記第１の低温冷媒流を形成する工程と、を含み、
前記天然ガス供給流が、前記第１のフラッシュガス流又は前記圧縮冷媒流のいずれかから分離されたままであり、前記第１のフラッシュガス流又は前記圧縮冷媒流のいずれかと組み合わされない、方法。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
工程（ａ）が、主コイル巻き熱交換器ユニット又はユニットのセットのうちの１つ以上のコイル巻き熱交換器セクション内で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ｃ）が、前記第１のフラッシュガス流と、前記加温されたガス状冷媒流とを組み合わせる前に、前記第１のフラッシュガス流を１つ以上のフラッシュガス圧縮段階において圧縮することと、組み合わされた第１のフラッシュガス流及び加温されたガス状冷媒流を１つ以上の冷媒圧縮段階において圧縮して、前記圧縮冷媒流を形成することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方法が、
（ｅ）前記天然ガス供給流が工程（ａ）において冷却及び液化される前に、前記天然ガス供給流から第１の補助天然ガス流を取り出す工程と、
（ｆ）前記第１のフラッシュガス流との間接熱交換を介して前記第１の補助天然ガス流を冷却及び液化して、第２の液化天然ガス流を形成する工程と、を更に含み、
前記第１のフラッシュガス流が、工程（ｃ）において圧縮され、前記加温されたガス状冷媒流と組み合わされる前に、工程（ｆ）において加温され、
工程（ｂ）が、前記第２の液化天然ガス流及び前記第１の液化天然ガス流を組み合わせ、フラッシュさせ、及び分離して、前記液化天然ガス生成物流及び少なくとも前記第１のフラッシュガス流を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
工程（ｆ）が、第１のフラッシュガス熱交換器ユニット又はユニットのセットのうちの１つ以上のコイル巻き熱交換器セクション内で行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のフラッシュガス熱交換器ユニットが、相分離器セクションの上方に位置付けられた１つ以上のコイル巻き熱交換器セクションを包含するシェルケーシングを備える、一体型熱交換器及び相分離器であり、前記相分離器セクションが、工程（ｂ）において使用されて、前記第１のフラッシュガス流を前記第１及び第２の液化天然ガス流から分離する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
工程（ｆ）が、前記第１のフラッシュガス流との間接熱交換を介して前記第１の補助天然ガス流を予冷却、冷却、及び液化して、第２の液化天然ガス流を形成することを含み、
前記方法が、前記第１の補助天然ガス流を予冷却した後、及び液化する前に、前記第１の補助天然ガス流から天然ガスの第１の側流を取り出すことと、工程（ａ）において前記天然ガス供給流を予冷却した後、及び前記天然ガス供給流の液化前に、前記天然ガスの第１の側流を、前記天然ガス供給流に導入することと、を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
工程（ｂ）が、前記第１の液化天然ガス流をフラッシュさせ、分離して、前記液化天然ガス生成物流、並びに少なくとも前記第１のフラッシュガス流及び第２のフラッシュガス流を形成することを含み、
工程（ｃ）が、前記第２のフラッシュガス流、前記第１のフラッシュガス流、及び前記加温されたガス状冷媒流を組み合わせ、圧縮して、圧縮冷媒流を形成することを含み、
前記天然ガス供給流もまた、前記第２のフラッシュガス流から分離されたままであり、前記第２のフラッシュガス流と組み合わされない、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
工程（ｃ）が、前記第２のフラッシュガス流と前記第１のフラッシュガス流とを組み合わせる前に、１つ以上のフラッシュガス圧縮段階において前記第２のフラッシュガス流を圧縮することと、次いで、組み合わされた第１及び第２のフラッシュガス流と前記加温されたガス状冷媒流とを組み合わせる前に、前記組み合わされた第１及び第２のフラッシュガス流を１つ以上の更なるフラッシュガス圧縮段階において圧縮することと、前記組み合わされた第１及び第２のフラッシュガス流並びに前記加温されたガス状冷媒流を、１つ以上の冷媒圧縮段階において圧縮して、前記圧縮冷媒流を形成することと、を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法が、
（ｅ）工程（ａ）において前記天然ガス供給流が冷却及び液化される前に、第１の補助天然ガス流及び第２の補助天然ガス流を前記天然ガス供給流から取り出す工程と、
（ｆ）前記第１のフラッシュガス流との間接熱交換を介して前記第１の補助天然ガス流を冷却及び液化して、第２の液化天然ガス流を形成する工程と、
（ｇ）前記第２のフラッシュガス流との間接熱交換を介して前記第２の補助天然ガス流を冷却及び液化して、第３の液化天然ガス流を形成する工程と、を更に含み、
前記第１のフラッシュガス流が、工程（ｃ）において圧縮され、前記第２のフラッシュガス流及び加温されたガス状冷媒流と組み合わされる前に、工程（ｆ）において加温され、
前記第２のフラッシュガス流が、工程（ｃ）において圧縮され、前記第１のフラッシュガス流及び加温されたガス状冷媒流と組み合わされる前に、工程（ｇ）において加温され、
工程（ｂ）が、前記第２の液化天然ガス流及び前記第１の液化天然ガス流を組み合わせ、フラッシュさせ、分離して、第４の液化天然ガス流及び前記第１のフラッシュガス流を形成することと、次いで、前記第４の液化天然ガス流及び前記第３の液化天然ガス流を組み合わせ、フラッシュさせ、分離して、前記液化天然ガス生成物流及び少なくとも前記第２のフラッシュガス流を形成することと、を含む、請求項８に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス供給流を冷却し、１つ以上の冷媒の流れとの間接熱交換を介して液化し、得られた液化天然ガス（ＬＮＧ）流を次いでフラッシュさせ、分離して、ＬＮＧ生成物を生成する、天然ガスを液化するための方法及びシステムに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
天然ガスを液化するための様々な方法及びシステムが、当該技術分野で既知であり、その多くは、Ｒｏｂｅｒｔｓ、Ｂｕｋｏｗｓｋｉ、及びＭｉｔｃｈｅｌｌによる論文「ＡｎＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙＡｐｐｒｏａｃｈ」、ＨｙｄｒｏｃａｒｂｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１９に記載されている。この論文の図５は、ＡｉｒＰｒｏｄｕｃｔｓが開発したＡＰ－Ｃ１（商標）液化プロセスを示し、これはまたＭａｒｋＪ．Ｒｏｂｅｒｔｓ、Ｄｒ．ＯｚｎｕｒＳａｙｇｉ－Ａｒｓｌａｎ、Ｄｒ．ＦｅｉＣｈｅｎ、及びＪａｎｅｔＦ．Ｍｉｔｃｈｅｌｌによる「ＩｎｎｏｖａｔｉｖｅＬｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＦｌｏａｔｉｎｇＬＮＧ」と題された研究論文にも記載され、日本の東京において、ＦｌｏａｔｉｎｇＬＮＧ：ＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｅｓｓｉｏｎａｔｔｈｅ２０１７ＧａｓｔｅｃｈＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ＆Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎの一部として、２０１７年４月６日午前９時４０分～１０時０５分のプレゼンテーションと関連付けられる。
【０００３】
ＡｉｒＰｒｏｄｕｃｔｓは、Ｂｒａｙｔｏｎ冷却サイクル作動流体としてメタンの利点を活用するために、ＡＰ－Ｃ１（商標）液化プロセスを開発した。ＡＰ－Ｃ１（商標）プロセスでは、天然ガス供給流は、最終的なＬＮＧ生成物を生成するためにフラッシュされる前に、閉ループ逆Ｂｒａｙｔｏｎ冷却サイクルにおいて循環するメタン系冷媒との間接熱交換を介して液化される。
【０００４】
米国特許出願第２０１８／０１８０３５４Ａ１号は、開ループサイクルを使用して天然ガス供給流を液化する方法を描写する。この方法では、冷媒圧縮機を出る圧縮冷媒流は、第１及び第２の部分に分割され、第１の部分は、天然ガス供給流が膨張機において膨張される前に天然ガス供給流と組み合わされ、分離器において蒸気留分及び液体留分に分離されており、蒸気留分は、冷媒圧縮機に送られる前に第１の熱交換器において加温される。冷媒流の第２の部分は、第３及び第４の部分に更に分割される前に、第１の熱交換器セクションにおいて冷却され、第３の部分は、ＬＮＧ生成物を提供するために第２の熱交換器内で更に冷却及び液化されており、第４の部分は、膨張機内で膨張され、分離器内で蒸気留分及び液体留分に分離されており、蒸気留分は、冷媒圧縮機に送られる前に、第２の熱交換器内で加温され、第１の熱交換器内で更に加温されている。
【発明の概要】
【０００５】
天然ガスを液化するための方法及びシステム（本明細書において「セミ開ループ」方法及びシステムとも称される）が本明細書に開示され、天然ガス供給流は、低温冷媒の１つ以上の流れとの間接熱交換を介して冷却及び液化され、得られたＬＮＧ流は、次いでフラッシュされ、分離されて、フラッシュガス及びＬＮＧ生成物を生成する。開示された方法及びシステム（方法及びシステムはまた、本明細書において「セミ開ループ」方法及びシステムとも称される）では、フラッシュガス及び加温されたガス状冷媒は、組み合わされ、圧縮されて、冷媒を提供する圧縮冷媒を形成し、次いで、低温冷媒の１つ以上の流れを提供するように膨張され、天然ガス供給流は、フラッシュガス及び圧縮冷媒の両方から分離されたままである。
【０００６】
本発明に従う方法及びシステムのいくつかの好ましい態様を以下に概説する。
【０００７】
態様１：天然ガスを液化する方法であって、
（ａ）少なくとも第１の低温冷媒流との間接熱交換を介して天然ガス供給流を冷却及び液化して、第１の液化天然ガス流及び加温されたガス状冷媒流を形成する工程と、
（ｂ）第１の液化天然ガス流をフラッシュさせ、分離して、液化天然ガス生成物流及び少なくとも第１のフラッシュガス流を形成する工程と、
（ｃ）第１のフラッシュガス流及び加温されたガス状冷媒流を組み合わせ、圧縮して、圧縮冷媒流を形成する工程と、
（ｄ）圧縮冷媒流の少なくとも第１の部分を膨張させて、第１の低温冷媒流を形成する工程と、を含み、
天然ガス供給流は、第１のフラッシュガス流又は圧縮冷媒流のいずれかから分離されたままであり、第１のフラッシュガス流又は圧縮冷媒流のいずれかと組み合わされない、方法。
【０００８】
態様２：工程（ａ）が、主コイル巻き熱交換器ユニット又はユニットのセットのうちの１つ以上のコイル巻き熱交換器セクション内で行われる、態様１に記載の方法。
【０００９】
態様３：工程（ｃ）が、第１のフラッシュガス流と、加温されたガス状冷媒流とを組み合わせる前に、第１のフラッシュガス流を１つ以上のフラッシュガス圧縮段階において圧縮することと、当該組み合わされた第１のフラッシュガス流及び加温されたガス状冷媒流を１つ以上の冷媒圧縮段階において圧縮して、圧縮冷媒流を形成することと、を含む、態様１又は２に記載の方法。
【００１０】
態様４：方法が、
（ｅ）天然ガス供給流が工程（ａ）において冷却及び液化される前に、天然ガス供給流から第１の補助天然ガス流を取り出す工程と、
（ｆ）第１のフラッシュガス流との間接熱交換を介して第１の補助天然ガス流を冷却及び液化して、第２の液化天然ガス流を形成する工程と、を更に含み、
第１のフラッシュガス流が、工程（ｃ）において圧縮され、加温されたガス状冷媒流と組み合わされる前に、工程（ｆ）において加温され、
工程（ｂ）が、第２の液化天然ガス流及び第１の液化天然ガス流を組み合わせ、フラッシュさせ、及び分離して、液化天然ガス生成物流及び少なくとも第１のフラッシュガス流を形成することを含む、態様１～３のいずれか１つに記載の方法。
（【００１１】以降は省略されています）

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