JP2016522378A - フローティングタンク用途における残存ｌｎｇの気化及び回収のための統合カスケードプロセス - Google Patents

Abstract

【課題】天然ガスの液化、及び特にオフショア液化設備における液化天然ガスを気化及び回収すること。【解決手段】ＬＮＧを気化し、回収するための方法及びシステムが提供される。１つの方法は、ａ）ＬＮＧの少なくとも一部を加熱して、ボイルオフガスの流れ及び液体クエンチの流れを提供するステップと；ｂ）ボイルオフガスの流れ及び液体クエンチの流れを、クエンチシステムに回送するステップであって、クエンチシステムは、ボイルオフガスの流れを冷却して、クエンチされた流れを提供するステップと；ｃ）クエンチされた流れを圧縮して、圧縮されクエンチされた流れを提供するステップとを有する。

Description

本発明は、一般に、天然ガスの液化に、及び特にオフショア液化設備における液化天然ガスを気化及び回収(recovering)することに関わる。

天然ガスは、エネルギー源として、もしくは例えばプラスチックスの製造において使用される工業用原料として広く使用される重要な資源である。主としてメタンからなる天然ガスは、自然に発生する炭化水素ガスの混合物であり、典型的には地下深部の天然の岩場もしくはその他の炭化水素貯留槽(reservoirs)内において見つかる。天然ガスのその他の成分は、エタン，プロパン，二酸化炭素，窒素，及び硫化水素を包含する（ただしこれらに限定されない）。

典型的には、天然ガスは、貯留槽から市場までを物理的に接続するパイプラインを介してソース(source)から消費者まで輸送される。天然ガスは、ときには必要なインフラ（即ちパイプライン）を欠いた遠隔地において見つかるので、天然ガスを輸送するための代替方法を使用しなくてはならない。天然ガスのソースと市場とが長距離により、例え大水域により分離される場合、このシチュエーションは普通に生じる。天然ガス輸送のコストが最小化されるならば、遠隔地から市場までこの天然ガスを持ち込むことは、重要な商業的価値を有し得る。

天然ガスを輸送する、１つの代替方法は、液化プロセスを介して天然ガスを液化形態に変換するステップを有する。天然ガスは、標準大気圧条件下では気相内に存在するので、液化された、液化天然ガス（ＬＮＧ）を製造するためには、当該天然ガスは、特定の熱力学プロセスを受けなければならない。その液化形態において、天然ガスは、その蒸気形態における特定の体積よりも顕著に低い特定の体積を有する。かくして、液化プロセスは、特にパイプラインがない場合において、天然ガスの輸送及び貯蔵しやすさを大いに向上させる。天然ガス源と市場とが、大水域によって分離されている場合、例えば、ＬＮＧタンクを運ぶ遠洋定期船は、天然ガス源と、遠く離れた市場とを効果的に接続し得る。

天然ガスをその液化形態に変換することは、その他の経済的利益を有し得る。例えば、ＬＮＧを貯蔵することは、天然ガス供給及び需要における周期的変動を相殺するのに役立ち得る。天然ガス需要が低いとき、及び／もしくは供給が高いとき、特にＬＮＧは、後の使用のためにより容易に「備蓄(stockpiled)」され得る。その結果、将来の需要ピークは、貯蔵由来のＬＮＧにより満たされ得る。需要が必要とするＬＮＧは気化可能である。

液体状態において天然ガスを貯蔵及び輸送するためには、当該天然ガスは典型的には大気圧近傍の蒸気圧における−１６０℃に冷却される。天然ガスの液化は、昇圧において複数の冷却ステージに、順次ガスを通すことにより達成され得る。その際、液化温度に到達するまで、ガスはより低い温度に連続して冷却される。冷却は、一般には１以上の冷媒、例えばプロパン，プロピレン，エタン，エチレン，メタン，窒素，二酸化炭素による間接熱交換，又は前記冷媒の組合せ（例えば混合冷媒システム）により達成される。

水上の(water-based)ＬＮＧ処理設備の運転を可能にする浮体式液化天然ガス（ＦＬＮＧ）テクノロジーを開発するため、拡大する努力がある。このような設備は、オフショア天然ガス田の上に浮かぶことができる。そこでは、当該設備は、ＬＮＧを直接市場に発送する前に、洋上においてＬＮＧを生産、液化、貯蔵及び輸送することができる。

浮体式設備の様々な態様は、点検（例えば、内側タンクの漏れ、絶縁の有効性、等をチェックする）及び／又は保守を受けることになる。それらは、ＦＬＮＧ ＬＮＧ貯蔵タンク内への物理的エントリ(physical entry)を必要とし得る。物理的エントリが可能である前に、貯蔵タンク内に貯蔵されたＬＮＧ貨物は、点検及び／又は保守後に、気化及び回収される必要がある。ＬＮＧ貯蔵タンクからＬＮＧを気化及び排出させるための慣用の方法が存在する一方で、限られた空間の制約に起因する、ＦＬＮＧ ＬＮＧ貯蔵タンクから残存ＬＮＧを除去することに対して追加の技術的な問題があるかもしれない。その上さらに、ＬＮＧについてのいくつかの慣用方法は、気化したＬＮＧを回収しない。

開示の概要
本発明は、一般に、天然ガスの液化に、及び特にオフショア液化設備における液化天然ガスを気化及び回収することに関わる。

メインの液化プロセスから生産され、且つＬＮＧ貯蔵タンク内に貯蔵される液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化する方法の一例は、
ａ）ＬＮＧの少なくとも一部を加熱して、ボイルオフガスの流れ及び液体クエンチの流れを提供するステップと；
ｂ）ボイルオフガスの流れ及び液体クエンチの流れを、クエンチシステムに回送するステップであって、クエンチシステムは、ボイルオフガスの流れを冷却して、クエンチされた流れを提供するステップと；
ｃ）クエンチされた流れを圧縮して、圧縮されクエンチされた流れを提供するステップと
を有する。

メインの液化プロセスから生産され、且つＬＮＧ貯蔵タンク内に貯蔵される液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化する方法のもう１つの例は、
ａ）メタン優勢な暖流を介して、ＬＮＧの少なくとも一部を加熱して、ボイルオフガスの流れ及び液体クエンチの流れを提供するステップと；
ｂ）ボイルオフガスの流れ及び液体クエンチの流れを、クエンチシステムに回送するステップであって、クエンチシステムは、ボイルオフガスの流れを冷却して、クエンチされた流れを提供するステップと；
ｃ）クエンチされた流れを圧縮して、圧縮されクエンチされた流れを提供するステップと
を有する。

液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化するシステムの一例は、
極低温材料を貯蔵するための、少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクと；
少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクから生産されたボイルオフガスを冷却するための、少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクの下流に位置するクエンチシステムであって、当該クエンチシステムは、少なくとも２つの導管を有し、その場合、第１の導管は、少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクからのボイルオフガスをクエンチシステムに輸送可能にし、且つ第２の導管は、少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクからの液体クエンチの流れをクエンチシステムに輸送可能にする、クエンチシステムと；
クエンチシステムの下流に位置するコンプレッサであって、クエンチシステムから出ていく流れを圧縮するように構成されるコンプレッサと、
を有する。

本発明及びその利点についてのより完全な理解は、添付の図面と併せて、以下の記載を参照することにより得られるかもしれない。図面中：
図１は、１以上の実施形態による気化及び回収システムと互換性のある、ＬＮＧ生産のためのカスケード冷凍プロセスの単純化したフロー図である。 図２Ａは、オープンモードにおいて作動する１以上の実施形態による気化及び回収システムのフロー図である。 図２Ｂは、クローズドモードにおいて作動する１以上の実施形態による気化及び回収システムのフロー図である。

詳細な説明
本発明は、ＬＮＧ貯蔵タンク内で見つかる残存ＬＮＧを気化及び回収するためのシステム及び方法を提供する。ＬＮＧ貯蔵タンクは、ＬＮＧを貯蔵するのに使用される、特化され絶縁された(insulated)極低温コンテナである。ＬＮＧ貯蔵タンクは、典型的には地中もしくは地上に設置されるが、これらは、オフショアＬＮＧ船の上に接地されてもよい。オフショア船の上に接地されたＬＮＧ貯蔵タンクは、本書において「ＦＬＮＧ ＬＮＧ貯蔵タンク」とも称する。

ＬＮＧは一般に安全と見なされるが（例えば、ＬＮＧは液体として爆発的ではない）、ＬＮＧ設備の定期的点検が推奨及び／又は必要とされる。ＬＮＧ貯蔵タンクの安全点検は、建造日の後又は管理当局（例えば船級協会）の規則もしくは要求に従い以前の点検について信用できる(crediting)日の後、５年以内にしばしば行われる。

これらの点検を行うことができる前、ＬＮＧ貯蔵タンク内に貯蔵されたＬＮＧは排出されなければならない。典型的には、貯蔵タンクのヒールから最後の数フィートの存在するＬＮＧ（「残存ＬＮＧ」）は、気化及び排出させるのが最も難しい。

点検及び／もしくは保守を受けるＬＮＧ貯蔵タンクは、ガスのないもしくは実質的にガスのない状態にあるべきであるところ、その他の貯蔵タンクが動作中のままであるならば、点検／保守に関連するコストを最小化し得る。これは、貨物製造／オフロードラインから排出ＬＮＧ貯蔵タンクを分離することにより達成されてよい。

一度ＬＮＧ貯蔵タンクの使用が中止されると(de-commisioned)、ＬＮＧ貯蔵タンクの点検及び／もしくは保守を行ってよい。本発明は、点検及び／もしくは保守の前に、ＬＮＧを気化及び排出させるのに必要とされる時間を大幅に最小化できる。その上さらに、ＬＮＧ貯蔵タンクから帰化したＬＮＧを、メインの液化プロセス（即ち、ＬＮＧ生産プロセス）に回収してよい。この気化及び回収プロセスは、フレアを低減し得る。その他の利点は、本書における開示から明らかとなる。

本発明は実施され得るか、さもなければ、天然ガスをその液化温度間に冷却して、液化天然ガスを製造するのに使用されるＬＮＧ設備と統合され得る。ＬＮＧ設備は、天然ガスから熱を抽出し、且つ環境に対して排除する(reject)ため、一般に１以上の冷媒を使用する。ＬＮＧシステムの多数の構成が存在し、且つ本発明は、ＬＮＧシステムの多くの異なるタイプにおいて実施されてよい。本発明は、（カスケードプロセスを包含する）１以上の既存のＬＮＧプロセスと統合されてよく、且つ将来のＬＮＧプロセスと互換性があってよく、必要とされる資本的設備を低減する。本書で使用されるように、「気化及び回収システム」は、残存ＬＮＧの気化及び回収において主として関与するこれらの機能及び設備を意味する。

一実施形態において、本発明は、混合冷媒ＬＮＧシステム内で実施されてよい。混合冷媒プロセスの例は、混合冷媒を使用する単一冷凍システム、プロパン予備冷却混合冷媒システム、及びデュアル混合冷媒システムを包含し得る（但しこれらに限定されない）。

別の一実施形態において、本発明は、純粋成分優勢な冷媒１以上を使用するカスケードタイプ冷凍プロセスを利用する、カスケードＬＮＧシステムにおいて実施されてよい。液化される天然ガス流からの熱除去を容易にするため、カスケードタイプ冷凍プロセスにおいて利用される冷媒は、連続的により低い沸点を有し得る。加えて、カスケードタイプ冷凍プロセスは、熱統合のあるレベルを包含し得る。例えば、カスケードタイプ冷凍プロセスは、低い揮発性を有する１以上の冷媒との間接的熱交換を介して、高い揮発性を有する１以上の冷媒を冷却し得る。１以上の冷媒との間接的熱交換を介して天然ガス流を冷却することに加え、カスケード及び混合冷媒ＬＮＧシステムは、その圧力を減らしながら、ＬＮＧを同時に冷却するための、１以上の膨張冷却ステージを利用可能である。

カスケードＬＮＧプロセス
一実施形態において、ＬＮＧプロセスは、複数のマルチステージ冷却サイクルを使用するカスケードタイプ冷凍プロセスを利用してよい。各サイクルは、徐々に低い(lower and lower)温度に天然ガス流を順次冷却するため、異なる冷媒組成を利用する。例えば、第１の冷媒は、第１の冷凍サイクルを冷却するのに使用されてよい。第２の冷媒は、第２の冷凍サイクルを冷却するのに使用されてよい。第３の冷媒は、第３の冷凍サイクルを冷却するのに使用されてよい。各冷凍サイクルは、クローズドサイクルもしくはオープンサイクルを考慮してよい。用語「第１の」「第２の」及び「第３の」は、冷凍サイクルの相対的位置を意味する。例えば、第１の冷凍サイクルは、第２の冷凍サイクルのすぐ上流に位置し、第２の冷凍サイクルは、第３の冷凍サイクルの上流に位置する等、である。３つの別々の冷凍サイクルにおける３つの異なる冷媒を有するカスケードＬＮＧプロセスについて少なくとも１つ参照されるが、これは、限定をすることを意図しない。いずれの数の冷媒及び／もしくは冷凍サイクルを有するカスケードＬＮＧプロセスは、本発明の１以上の実施形態と互換性であってよいことが確認される。カスケードＬＮＧプロセスに対するその他の変形例もまた、考えられる。別の一実施形態において、本発明の混合還流重質除去システム(mixed-reflux heavies removal system)を、非カスケードＬＮＧプロセスにおいて利用してよい。非カスケードＬＮＧプロセスの一例は、少なくとも１つの冷却サイクルにおいて天然ガス流を冷却するため、２以上の冷媒の組合せを利用する混合冷媒ＬＮＧプロセスを有する。

図１をまず参照すると、本書に記載された概念によるカスケードＬＮＧ設備の一例が説明される。図１に描かれたＬＮＧ設備は、一般に、プロパン冷凍サイクル３０，エチレン５０，及びメタン７０を、膨張セクション(expansion section)８０と共に有する。図２Ａ及び図２Ｂは、ＬＮＧ生産設備（例えば、図１に示される設備）と統合されてよい、気化及び回収システムのそれぞれの実施形態(embodiments)を説明する。より具体的には、図２Ａは、オープン動作モード（「オープンモード」）を説明しており、その場合、気化及び回収システムがメインの液化プロセス（例えば、図１に示されるプロセス）に対して開いている間、残存ＬＮＧの気化及び回収が達成される。図２Ｂは、クローズド動作モード（「クローズドモード」）を説明しており、その場合、気化及び回収システムがメインの液化プロセスに対して閉じている間、残存ＬＮＧの気化及び回収が達成される。図１乃至図２Ｂはもっぱら概略的であり、従って成功する操作のための商業プラントにおい必要となる装置の多くのアイテムが、明確さのために省略されていることを、当業者は認識する。このようなアイテムは、例えばコンプレッサ制御、フロー及びレベル測定及び対応するコントローラ、温度及び圧力制御、ポンプ、モータ、フィルタ、追加の熱交換器、バルブ、等を包含するに違いない。これらのアイテムは、標準エンジニアリング方式に従い提供され得る。

「プロパン」，「エチレン」，及び「メタン」は、それぞれ第１の冷媒，第２の冷媒，及び第３の冷媒を意味するのに使用されるのであるが、図１に描かれ且つ本書に記載される実施形態は、好適な冷媒のいずれの組合せに適用可能であると理解すべきである。プロパン冷凍サイクル３０の主要成分は、プロパンコンプレッサ３１，プロパンクーラー／コンデンサ３２，高ステージプロパンチラー(chillers)３３Ａ及び３３Ｂ，中間ステージプロパンチラー３４，及び低ステージプロパンチラー３５を包含する。エチレン冷凍サイクル５０の主要成分は、エチレンコンプレッサ５１，エチレンクーラー５２，高ステージエチレンチラー５３，低ステージエチレンチラー／コンデンサ５５，及びエチレンエコノマイザ５６を包含する。メタン冷凍サイクル７０の主要成分は、メタンコンプレッサ７１，メタンクーラー７２，及びメタンエコノマイザ７３を包含する。膨張セクション８０の主要成分は、高ステージメタン膨張バルブ及び／もしくはエキスパンダ(expander)８１，高ステージメタンフラッシュドラム８２，中間ステージメタン膨張バルブ及び／もしくはエキスパンダ８３，中間ステージメタンフラッシュドラム８４，低ステージメタン膨張バルブ及び／もしくはエキスパンダ８５，及び低ステージメタンフラッシュドラム８６を包含する。

図1に描かれたＬＮＧ設備の動作を、プロパン冷凍サイクル３０で始めて、今度はより詳細に説明する。プロパンは、例えばガスタービンドライバ（図示されず）により駆動されるマルチステージ（例えば３ステージ）プロパンコンプレッサ３１内で圧縮される。圧縮のステージは、単一ドライバに機械的に結合された、単一ユニット又は２以上の別々のユニット内に存在してよい。圧縮の際、プロパンは、プロパンクーラー３２へと、導管３００を通過させる。プロパンクーラー３２において、プロパンは冷却され、外部液体（例えば空気もしくは水）との間接的熱交換を介して液化される。プロパンクーラー３２からの流れの一部は、次いで、膨張バルブ３６Ａとして図示される減圧手段へと、導管３０２及び３０２Ａを通過可能である。膨張バルブ３６Ａにおいて、液化プロパンの圧力は減圧され、それによりその一部を蒸発させるか、もしくはフラッシュさせる。得られる２相流は、次いで導管３０４Ａを通過して、高ステージプロパンチラー３３Ａ内へ流れこむ。高ステージプロパンチラー３３Ａにおいて、それは、間接的熱交換手段３８内の天然ガス流１１０を冷却できる。高ステージプロパンチラー３３Ａは、フラッシュされたプロパン冷媒を使用して、導管１１０内に流入する天然ガス流を冷却する。プロパンクーラー３２からの流れの別の一部は、導管３０２Ｂを介して、膨張バルブ３６Ｂとして樹脂される別の減圧手段へと回送される(routed)。膨張バルブ３６Ｂにおいて、液化プロパンの圧力は、流れ３０４Ｂ内で減圧される。

高ステージプロパンチラー３３Ａからの冷却された天然ガス流は、導管１１４を介して分離容器へと流れる。分離容器において、水及びある場合においてはプロパン一部及び／もしくは重質成分が除去され、典型的には処理システム４０が続く。上流の処理において既に完了していない場合、処理システム４０において、水分、水銀及び水銀化合物、粒子、及びその他のおセイン物質が除去され、処理された流れを作り出す。流れは、処理システム４０を、導管１１６を介して出ていき。流れ１１６は、次いで中間ステージプロパンチラー３４に進入する。中間ステージプロパンチラー３４において、プロパン冷媒流との間接的熱交換を介して、間接的熱交換手段４１において、流れは冷却される。導管１１８内の得られる冷却された流れは、低ステージプロパンチラー３５へと回送される。低ステージプロパンチラー３５において、間接的熱交換手段４２を介して、流れはさらに冷却され得る。得られる冷却された流れは、次いで低ステージプロパンチラー３５を、導管１２０を介して出ていく。引き続き、導管１２０内の冷却された流れは、高ステージエチレンチラー５３へと回送され得る。

高ステージプロパンチラー３３Ａ及び３３Ｂを出ていく気化したプロパン冷媒流は、導管３０６介して、プロパンコンプレッサ３１の高ステージ吸入ポートへと戻される。未気化プロパン冷媒流は、導管３０８を介して高ステージプロパンチラー３３Ｂを出ていき、そして図1において膨張バルブ４３としてここに図示される減圧手段を介してフラッシュされる。高ステージプロパンチラー３３Ａ内の液体プロパン冷媒は、天然ガス流１１０のための冷凍能力を提供する。２相冷媒流は、導管３１０を介して、中間ステージプロパンチラー３４に進入できる。それにより、（導管１１６内の）天然ガス流、及び導管２０４を介して中間ステージプロパンチラー３４に進入する流れのための冷却剤を提供する。プロパン冷媒の気化した部分は、中間ステージプロパンチラー３４を、導管３１２を介して出ていき、そしてプロパンコンプレッサ３１の中間ステージ吸入ポートに進入する。プロパン冷媒の液化した一部は、中間ステージプロパンチラー３４を、導管３１４を介して出ていき、そして膨張バルブ４４としてここでは図示される減圧手段を通過させる。膨張バルブ４４において、液化プロパン冷媒の圧力は減圧されて、その一部をフラッシュもしくは気化させる。得られる気液冷媒流は、次いで導管３１６を介して低ステージプロパンチラー３５へと回送され得る。そしてそこにおいて、冷媒流は、メタンリッチな流れ、及びそれぞれ導管１１８及び２０６を介して低ステージプロパンチラー３５に進入するエチレン冷媒流を冷却できる。気化したプロパン冷媒流は、次いで低ステージプロパンチラー３５を出ていき、そして導管３１８を介してプロパンコンプレッサ３１の低ステージ吸入ポートに回送される。その場合、それは先に記載されたように圧縮及びリサイクルされる。

さらに図１を参照すると、導管２０２内のエチレン冷媒の流れは、高ステージプロパンチラー３３Ｂに進入する。高ステージプロパンチラー３３Ｂにおいて、エチレン流は間接的熱交換手段３９を介して冷却される。得られる冷却エチレン流は、それから導管２０４内、高ステージプロパンチラー３３Ｂから中間ステージプロパンチラー３４まで回送され得る。中間ステージプロパンチラー３４に進入する際、エチレン冷媒流は、中間ステージプロパンチラー３４内の間接的熱交換手段４５を介してさらに冷却され得る。得られる冷却されたエチレン流は、それから中間ステージプロパンチラー３４を出てよく、そして導管２０６を介して低ステージプロパンチラー３５へと回送され得る。低ステージプロパンチラー３５において、エチレン冷媒流は、間接的熱交換手段４６を介して、少なくとも部分的に凝縮され、もしくはその全体において凝縮される。得られる流れは、低ステージプロパンチラー３５を、導管２０８を介して出ていき、そして引き続き分離容器４７へと回送され得る。分離容器４７において、もし存在するならば、流れの蒸気部分は、導管２１０を介して除去され得る一方で、エチレン冷媒流の液体部分は、セパレータ４７を、導管２１２を介して出ていくことができる。セパレータ４７を出ていくエチレン冷媒流の液体部分は、代表的温度約−２４°Ｆ（約−３１℃）及び圧力約２８５ｐｓｉａ（約１，９６５ｋＰａ）を有し得る。

今度は図１内のエチレン冷凍サイクル５０を参照する。導管２１２内の液化エチレン冷媒流は、エチレンエコノマイザ５６に進入し得る。エチレンエコノマイザ５６において、間接的熱交換手段５７により、流れはさらに冷却され得る。導管２１４内の得られる冷却された液体エチレン流は、ここでは膨張バルブ５８として図示される減圧手段を介して回送され得る。その際、冷却された液体優勢な流れは減圧され、それによりその一部をフラッシュもしくは気化する。導管２１５内の冷却された２相流は、それから高ステージエチレンチラー５３に進入し得る。高ステージエチレンチラー５３において、エチレン冷媒流の少なくとも一部は気化して、間接的熱交換手段５９に進入する導管１２０内の流れをさらに冷却し得る。気化され且つ残存する液化エチレン冷媒は、高ステージエチレンチラー５３を出て、それぞれ導管２１６及び２２０を介してながれる。導管２１６内の気化したエチレン冷媒は、エチレンエコノマイザ５６に再進入し得る。エチレンエコノマイザ５６において、導管２１８を介して、エチレンコンプレッサ５１の高ステージ吸入ポートに進入する前に、間接的熱交換手段６０を介して、流れは暖められ得る。エチレンは、例えばガスタービンドライバ（図示されず）により駆動されるマルチステージ（例えば３ステージ）エチレンコンプレッサ５１内で圧縮される。圧縮のステージは、単一ドライバに機械的に結合された、単一ユニット又は２以上の別々のユニット内に存在してよい。

低ステージプロパンチラー３５を出ていく導管１２０内の冷却された流れは、高ステージエチレンチラー５３へと回送され得る。その場合、高ステージエチレンチラー５３の間接的熱交換手段５９を介して、それは冷却され得る。導管２２０内の、低ステージプロパンチラー３５を出ていく残存液化エチレン冷媒は、エチレンエコノマイザ５６に再進入することができ、そしてエチレンエコノマイザ５６内の間接的熱交換手段６１により、サブクーリング(sub-cooling)をさらに受ける。得られるサブクールされた冷媒流は、エチレンエコノマイザ５６を、導管２２２を介して出ていき、そして引き続き、ここでは膨張バルブ６２として図示される減圧手段を通過する。その際、冷媒流の圧力は減圧されて、その一部を気化もしくはフラッシュする。得られる、導管２２４内の冷却された２相流は、低ステージエチレンチラー／コンデンサ５５に進入する。

高ステージエチレンチラー５３を出ていく冷却された天然ガス流の一部は、導管１２２を介して回送され得、低ステージエチレンチラー／コンデンサ５５の間接的熱交換手段６３に進入する。低ステージエチレンチラー／コンデンサ５５において、冷却された流れは、少なくとも部分的に凝縮され、且つしばしば、低ステージエチレンチラー／コンデンサ５５に進入するエチレン冷媒との間接的熱交換を介してサブクールされる。気化したエチレン冷媒は、低ステージエチレンチラー／コンデンサ５５を、導管２２６を介して出ていき、それからエチレンエコノマイザ５６に進入する。エチレンエコノマイザ５６において、導管２３０を介して、エチレンコンプレッサ５１の低ステージ吸入ポート内へ供給される前に、間接的熱交換手段６４を介して、気化したエチレン冷媒２２６は暖められ得る。図１に示される通り、圧縮されたエチレン冷媒の流れは、エチレンコンプレッサ５１を、導管２３６を介して出ていき、そして引き続きエチレンクーラー５２に進入する。エチレンクーラー５２において、圧縮されたエチレン流は、外部液体（例えば水もしくは空気）との間接的熱交換を介して冷却され得る。得られる冷却されたエチレン流は、導管２０２を介して、先に記載したように追加冷却するための高ステージプロパンチラー３３Ｂ内に導入される。

低ステージエチレンチラー／コンデンサ５５を出ていく、導管１２４内の、凝縮され且つしばしばサブクールされた液体天然ガス流は、「加圧されたＬＮＧ担持流」とも呼ばれる。この加圧されたＬＮＧ担持流は、メインのメタンエコノマイザ７３に進入する前に、低ステージエチレンチラー／コンデンサ５５を、導管１２４を介して出ていく。メインのメタンエコノマイザ７３において、導管１２４内のメタンリッチな流れは、間接的熱交換手段７５内で、１以上のメタン冷媒流（例えば７６，７７，７８）との間接的熱交換を介して、さらに冷却され得る。冷却され、加圧されたＬＮＧ担持流は、メインのメタンエコノマイザ７３を、導管１３４を介して出ていき、そしてメタン冷凍サイクル７０の膨張セクション８０へと回送される(routes)。膨張セクション８０において、加圧されたＬＮＧ担持流は、まず高ステージメタン膨張バルブもしくはエキスパンダ(expander)８１を通過する。その際、この流れの圧力が減圧されて、その一部を気化もしくはフラッシュする。導管１３６内の得られる２相メタンリッチな流れは、それから高ステージメタンフラッシュドラム８２内へと進入し得る。その際、減圧流の蒸気部分及び液体部分は分離され得る。減圧流の蒸気部分（高ステージフラッシュガスとも称する）は、高ステージメタンフラッシュドラム８２を、導管１３８を介して出ていき、それからメインのメタンエコノマイザ７３内へと進入する。得られる暖められた蒸気流は、メインのメタンエコノマイザ７３を、導管１３８を介して出ていき、そしてそれから、図１に示されるようにメタンコンプレッサ７１の高ステージ吸入ポートへと回送される。

減圧流の液体部分は、高ステージメタンフラッシュドラム８２を、導管１４２を介して出ていき、それからメインのメタンエコノマイザ７３に再進入する。メタンエコノマイザ７３において、液体流は、メインのメタンエコノマイザ７３の間接的熱交換手段７４を介して冷却され得る。得られる冷却された流れは、メインのメタンエコノマイザ７３を、導管１４４を介して出ていき、そしてそれから、ここでは中間ステージ膨張バルブ８３及び／もしくはエキスパンダとして図示される第２の膨張ステージへと回送される。中間ステージ膨張バルブ８３は、冷却されたメタン流れの圧力をさらに減圧する。当該冷却されたメタン流れは、その一部を気化もしくはフラッシュすることにより、流れの温度を下げる。導管１４６内の得られる２相メタンリッチな流れは、それから中間ステージメタンフラッシュドラム８４に進入できる。中間ステージメタンフラッシュドラム８４において、この流れの液体部分及び蒸気部分は分離され得、そして中間ステージメタンフラッシュドラム８４を、それぞれ導管１４８及び１５０を介して出ていく。導管１５０内の蒸気部分（中間ステージフラッシュガスとも称する）は、メタンエコノマイザ７３に再進入し得る。メタンエコノマイザ７３において、メインのメタンエコノマイザ７３の間接的熱交換手段７７を介して、蒸気部分は加熱され得る。得られる暖められた流れは、それから導管１５４を介して、図１に示されるようにメタンコンプレッサ７１の中間ステージ吸入ポートへと回送され得る。

中間ステージメタンフラッシュドラム８４を、導管１４８介して出ていく液体流は、それから低ステージメタン膨張バルブ８５及び／もしくはエキスパンダを通過し得る。その際、液化したメタンリッチな流れの圧力は、さらに減圧され得、その一部を気化もしくはフラッシュする。導管１５６内の得られる冷却された２相流は、それから低ステージメタンフラッシュドラム８６に進入し得る。低ステージメタンフラッシュドラム８６において、蒸気相及び液相が分離される。低ステージメタンフラッシュドラム８６を、導管１５８を介して出ていく液体流は、大気圧近傍において液化天然ガス（ＬＮＧ）プロダクトを有し得る。ＬＮＧプロダクトは、続く貯蔵、輸送、及び／もしくは使用のため、下流に回送され得る。

導管１６０内の、低ステージメタンフラッシュドラム８６を出ていく蒸気流（低ステージメタンフラッシュガスとも称する）は、メタンエコノマイザ７３へと回送され得る。メタンエコノマイザ７３において、低ステージメタンフラッシュガスは、メインのメタンエコノマイザ７３の間接的熱交換手段７８を介して暖められ得る。得られる流れは、メタンエコノマイザ７３を、導管１６４を介して出ていってよい。その後、流れは、メタンコンプレッサ７１の低ステージ吸入ポートへと回送され得る。

メタンコンプレッサ７１は、１以上の圧縮ステージを有し得る。一実施形態において、メタンコンプレッサ７１は、単一モジュール内に３つの圧縮ステージを有する。別の一実施形態において、１以上の圧縮モジュールは、分離され得るが、１つの共通ドライバに機械的に結合される。一般に、１以上のインタークーラー（図示せず）が、続く圧縮ステージの間で提供され得る。

図１に示されるように、メタンコンプレッサ７１を出ていく圧縮されたメタン冷媒流は、導管１６６内へと放出され得る。圧縮されたメタン冷媒は、メタンクーラー７２へと回送され得る。その後、流れは、メタンクーラー７２内の外部液体（例えば空気もしくは水）との間接的熱交換を介して冷却され得る。得られる冷却されたメタン冷媒流は、メタンクーラー７２を、導管１１２を介して出ていき、そしてプロパン冷凍サイクル３０に向けられ、且つプロパン冷凍サイクル３０内でさらに冷却される。プロパン冷凍サイクル３０内で熱交換器手段３７を介して冷却する際、メタン冷媒流は、導管１３０内へと放出され得、及び引き続きメインのメタンエコノマイザ７３へと回送され得る。メインのメタンエコノマイザ７３において、間接的熱交換手段７０を介して、流れはさらに冷却され得る。得られるサブクールされた流れは、メインのエコノマイザ７３を、導管１６８を介して出ていき、そしてそれから、先に考察したように、低ステージエチレンチラー／コンデンサ５５に進入する前に、高ステージエチレンチラー５３から出てくる導管１２２内の流れと組み合わされる。

本書に記載された液化プロセスは、
（ａ）間接的熱交換，
（ｂ）気化，及び
（ｃ）膨張もしくは減圧
を包含する（ただしこれらに限定されない）冷却手段のいくつかのタイプの１つを含めてよい。本書で使用されるような間接的熱交換は、クーラー流と被冷却物との間の実際の物理的接触なしに、クーラー流が被冷却物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例は、シェルアンドチューブ熱交換器，コアインシェル熱交換器，及びろう付けアルミニウムプレートフィン熱交換器内で行われる熱交換を包含する。冷媒及び被冷却物の具体的物理的状態は、冷凍システムの要求及び選択された熱交換器のタイプに応じて、変化し得る。

膨張もしくは減圧冷却は、ガス，液体もしくは２相システムの圧力が、減圧手段を通過することにより減圧されるときに発生する冷却を意味する。いくつかの実施形態において、膨張手段は、ジュール＝トムソン膨張バルブであり得る。その他の実施形態において、防諜手段は、水圧もしくはガスエキスパンダいずれかであり得る。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、低いプロセス流温度が膨張の際に可能である。

残存ＬＮＧの気化及び回収
残存ＬＮＧの気化及び回収は、（図１に図示される）メイン液化プロセスから、導管Ａを介して、（図２Ａ及び図２Ｂに図示される）気化及び回収システムへと、メタンを回送する(routing)ことにより開始し得る。図２Ａ及び図２Ｂは、動作の異なるモードを表すが、２つのモードの主要な成分は、同一である。従って、いくつかの実施形態において、単一気化及び回収システムは、オープンモード及びクローズドモードいずれでも、追加の装置なしに動作可能である。明確さのため、参照番号が図中の類似のまたは同一の要素について一貫して使用される。

図２Ａを参照すると、メタンは、導管５０１内のメタンコンプレッサ放出から得られ、そしてメタンコンプレッサインタークーラーを通過させる。図示される実施形態において、コンプレッサ７１は、１以上のコンプレッサインタークーラーを特徴とするマルチステージコンプレッサである。図２Ａに示される実施形態において、メタンは、低ステージメタンコンプレッサ７１ａから得られ、そして低ステージメタンコンプレッサインタークーラー５０２へと回送される。低ステージメタンコンプレッサインタークーラー５０２を出ていくメタンは、それから気化及び回収システム内へと導入され得る。いくつかの実施形態において、多重ボイルオフガス（ＢＯＧ）コンプレッサ５１３が存在してよい。これらのコンプレッサは、常置(standing)タンク及び充填されているタンクからのＬＮＧ気化を取り扱うように設計された容量を有する。いくつかの実施形態において、容量は、充填されている輸送キャリアタンカーからの船積みＢＯＧを取り扱うためにも存在する。船積み容量は、しばしばＢＯＧコンプレッサ５１３のサイズを設定する。例えば、船積みＢＯＧ蒸気を取り扱わないときにタンク点検がなされるならば、過剰な容量がＢＯＧコンプレッサ５１３内に存在する。それは再循環されたＬＮＧ蒸気を取り扱うのに利用可能である。別の一実施形態において、ＢＯＧコンプレッサ５１３内に、再循環ガスを取り扱うように、追加の容量が設計され得る。

気化及び回収システム内への導入は、フィードバックループ５０６を介して、導管５０４を介して流れるメタンの流れを制御するフロー制御バルブ５０３により制御される。導管５０５内のメタンは、約２乃至６ｂａｒｇ及び３０乃至５０℃におけるものであり、そして引き続きヘッダ５０７を介して注入される。ヘッダ５０７は、ＬＮＧ貯蔵タンク５１０の底部における液面より下で終了する。このホットなメタンガスは、ＬＮＧ貯蔵タンク５１０をウォームアップしながら、ＬＮＧを気化する。得られる気化した天然ガスは、導管５１１を介してＢＯＧコンプレッサ吸入ドラム５１２へと、そして最終的にはＢＯＧコンプレッサ５１３へと回送される。ＦＬＮＧ容器(vessel)へ接続される場合、当該容器からのボイルオフガスは、クエンチのためＢＯＧコンプレッサ吸引ドラム５１２へと回送される。導管５２０を介して低ステージメタンコンプレッサ吸引へとガス注入することにより、気化した天然ガスの一部は、メインの液化プロセス内へと追加しなおすことができる。気化した天然ガスの一部はまた、例えばＢＯＧコンプレッサ５１３の容量に依存して、導管５２２を介して、必要なだけフレアされ得る。気化及び回収システムは、今度は、ボイルオフガスのフレアを最小化する、メインの液化プロセス内へ統合される。

図２Ｂは、クローズドモードにおいて作動する気化及び回収システムを図示する。このモードは、メインの液化プロセスが使用できない可能性があるときなどに、有用かもしれない。クローズドモード動作の際、ＢＯＧコンプレッサから得られる放出ガスは、ガスヒータへと回送される。いくつかの実施形態において、ガスヒータは、バルブによってハード配管されてよいか、またはスプール(spools)を省いてよい。このモードは、保守のために準備されているタンクを乾燥するため、ＢＯＧを生成するために使用されるべき、その他の貯蔵タンクの１つにおけるＬＮＧを必要とする。

図２Ｂを参照すると、ＢＯＧは、導管５１５を介して、ＢＯＧコンプレッサ５１３へと回送される。ＢＯＧコンプレッサ５１３において、それは圧縮される。得られる圧縮されたＢＯＧの一部は、導管５２０を介して、低ステージメタンコンプレッサへと回送されても、低ステージ圧縮が利用できないならば、フレアされてもよい。圧縮されたＢＯＧの残存部分は、バックアップ水ヒータ５４０へと回送される。フロー制御バルブ５３０は、バックアップ水ヒータ６５０への圧縮されたＢＯＧのフローを制御する。気化及び回収システムがオープンモードにおいて作動するとき（図２Ａ）、フロー制御バルブ５３０は閉じられる。気化及び回収システムがクローズドモードにおいて作動するとき（図２Ｂ）、フロー制御バルブ５３０は少なくとも部分的にオープンである。フロー制御バルブ５４１は、フロー制御ユニット５４２及びエンド制御ユニット５４３へのガス流のフローを制御する。

実施例１
オープンモード及びクローズドモード運転の両方において、加熱気化サイクルを完了するのに必要とされる時間をモデル化するため、動的シミュレーションが開発された。シミュレーションは、ＢＯＧの正確な組成に依存して、約３８乃至４０トン／時間を生産する４つのＢＯＧコンプレッサを包含する設計に基づいていた。ＢＯＧコンプレッサ放出は、正常な運転において約−１１０℃乃至−１２５℃にある。

オープンモード運転の際、６０Ｔ／ｈｒロード、−８０℃、ＢＯＧコンプレッサ吸引において、クエンチシステムが設計された。−１６０℃から＋５℃にタンクを加熱するのに必要とされる時間は、単一の２５００ｍ^３タンクにおける１メートルの残存ＬＮＧを気化するための時間を含めて、２４時間未満と推定された。加熱は、別々の単一作動タンクにより、ＢＯＧリターン速度４．３Ｔ／ｈｒで、同時になされた。この加熱プロセスは、不活性ガス、次いで空気をもたらす２０時間サイクルの前に必要とされる。この時間後、貯蔵タンク内における液体の底部１メートルの殆どが気化され、そして気化したガスが、コンプレッサ吸引における接続から再循環され、そして過剰なガスは、必要に応じフレアへと送られることが期待される。

クローズドモード運転の際、加熱プロセスは、不活性ガス、次いで空気をもたらす２０時間サイクルの前に必要とされる。ＢＯＧコンプレッサが扱える最大レートに達するまで、最初に得られ且つ再循環されるガスの量は、次第に増加する。この時間後、タンク内における液体の底部１メートルの殆どが気化され、そしてガスが、ＢＯＧコンプレッサ吸引における接続から再循環され、そして過剰なガスは、フレアへと送られることが期待される。スプリットレンジ圧力制御接続は、ガスがフレアへと回送されるようにする。暖められたメタンの温度制御を可能にするため、バイパスが提供され、それにより（温度制御における）熱ショックの可能性が最小化される。温水レートは、連続レートにおいて維持される。いくつかの実施形態において、温度制御を有する電気ヒータが使用されてよく、バイパスは使用されなくてよい。

最後に、いずれの参考文献、特に、本願の優先日後の発行日を有するいずれの参考文献の考察は、それが本発明の先行技術であることを認めているのではない、ことに留意すべきである。同時に、以下の各請求項は、本願発明の追加の実施形態として、この詳細説明もしくは明細書内に組み込まれる、

本書に記載されたシステム及びプロセスは、詳細に説明されたけれども、以下の請求項に規定されるように、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、多くの変更、置換及び改変が為されてよいと理解すべきである。当業者は、好ましい実施形態を検討し、且つ正確には本書に記載されたようではない、発明を実施するその他の方法を確認可能である。本発明の変更例及び同等物は、請求項の範囲内であるが、説明、要約及び図面は、本発明の範囲を限定するのに使用されるべきではないことを発明者は意図する。本発明は、請求項及びそれらの同等物として広いことが、具体的に意図される。

Claims (15)

1. メインの液化プロセスから生産され、且つＬＮＧ貯蔵タンク内に貯蔵される液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化する方法であって、
   ａ）ＬＮＧの少なくとも一部を加熱して、ボイルオフガスの流れ及び液体クエンチの流れを提供するステップと；
   ｂ）ボイルオフガスの流れ及び液体クエンチの流れを、クエンチシステムに回送するステップであって、クエンチシステムは、ボイルオフガスの流れを冷却して、クエンチされた流れを提供するステップと；
   ｃ）クエンチされた流れを圧縮して、圧縮されクエンチされた流れを提供するステップと
   を有する方法。
2. 圧縮されクエンチされた流れは、メインの液化プロセスに回送される、請求項１に記載の方法。
3. 圧縮されクエンチされた流れは、メインの液化プロセスの低ステージメタンコンプレッサに回送される、請求項２に記載の方法。
4. ステップａ）における加熱は、メタン優勢な暖流により提供される、請求項１に記載の方法。
5. メタン優勢な暖流を、メインの液化プロセスの冷凍サイクルにおける冷媒として使用する、請求項４に記載の方法。
6. 圧縮されクエンチされた流れを加熱して、圧縮されクエンチされた暖流を提供するステップであって、前記圧縮されクエンチされた暖流は、ＬＮＧを加熱するのに使用されるステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
7. クエンチシステムは、コンプレッサ吸引ドラムである、請求項１に記載の方法。
8. ＬＮＧキャリア由来のボイルオフガスを、クエンチシステムに回送するステップをさらに有する、請求項４に記載の方法。
9. 液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化するシステムであって、
   極低温材料を貯蔵するための、少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクと；
   少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクから生産されたボイルオフガスを冷却するための、少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクの下流に位置するクエンチシステムであって、当該クエンチシステムは、少なくとも２つの導管を有し、その場合、第１の導管は、少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクからのボイルオフガスをクエンチシステムに輸送可能にし、且つ第２の導管は、少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクからの液体クエンチの流れをクエンチシステムに輸送可能にする、クエンチシステムと；
   クエンチシステムの下流に位置するコンプレッサであって、クエンチシステムから出ていく流れを圧縮するように構成されるコンプレッサと、
   を有するシステム。
10. 少なくとも１つの貯蔵タンクは、ＬＮＧ生産システムの下流に位置する、請求項９に記載のシステム。
11. 低ステージメタンコンプレッサインタークーラーの下流、及びステージ間メタンコンプレッサの上流で取り出されたメタン優勢な流れの輸送を可能にするように構成された導管をさらに有する、請求項１０に記載のシステム。
12. 少なくとも１つのＬＮＧ貯蔵タンクの上流に位置するフローコントローラをさらに有する、請求項９に記載のシステム。
13. フローコントローラは、メタン優勢な流れをフロー制御する、請求項１２に記載のシステム。
14. コンプレッサの下流に位置するフローコントローラをさらに有する、請求項９に記載のシステム。
15. メインの液化プロセスから生産され、且つＬＮＧ貯蔵タンク内に貯蔵される液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化する方法であって、
    ａ）メタン優勢な暖流を介して、ＬＮＧの少なくとも一部を加熱して、ボイルオフガスの流れ及び液体クエンチの流れを提供するステップと；
    ｂ）ボイルオフガスの流れ及び液体クエンチの流れを、クエンチシステムに回送するステップであって、クエンチシステムは、ボイルオフガスの流れを冷却して、クエンチされた流れを提供するステップと；
    ｃ）クエンチされた流れを圧縮して、圧縮されクエンチされた流れを提供するステップと
    を有する方法。

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